DD202827A1

DD202827A1 - METHOD AND DEVICE FOR MONITORING CLASPING TOOLS

Info

Publication number: DD202827A1
Application number: DD23648681A
Authority: DD
Inventors: Peter Menz
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1981-12-31
Publication date: 1983-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ueberwachung spanender Werkzeuge waehrend des Eingriffs durch Temperaturmessung, insbesondere von Werkzeugen mit Hartmetallbestueckung, beispielsweise Wendeschneidplatten, wobei die Meszgroeszen bzw. aus ihnen gewonnene Werte den Zustand der Schneide des Werkzeuges charakterisieren und in Steuereinheiten ausgewertet werden. Ziel sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ueberwachung spanender Werkzeuge, die bei verringertem Meszaufwand einen breiten Anwendungsbereich aufweisen. Hierzu sollen ein Verfahren und eine Einrichtung entwickelt werden, die auf einfache Art und Weise eine Bestimmung des Zustandes der Schneide spanender Werkzeuge und daraus resultierende zuverlaessige Steuerung von Werkzeugmaschinen insbesondere waehrend ihres Einsatzes unter Produktionsbedingungen ermoeglichen. Erfindungsgemaesz wird die Temperatur an mindestens zwei Stellen kontinuierlich oder in definierten Abstaenden gemessen. Die Meszstellen befinden sich dabei auf einem Temperaturgradienten des sich im Werkzeug ausbildenden Temperaturfeldes. Die Veraenderung oder auch zeitabhaengige Veraenderung der Temperatur wird in der Steuereinheit ausgewertet.The invention relates to a method and a device for monitoring cutting tools during the intervention by temperature measurement, in particular tools with carbide, for example indexable inserts, the Meszgroeszen or values obtained from them characterize the state of the cutting edge of the tool and evaluated in control units. The aim is a method and a device for monitoring of cutting tools, which have a wide range of applications with reduced Meszaufwand. For this purpose, a method and a device are to be developed, which allow in a simple manner a determination of the state of the cutting edge of cutting tools and the resulting reliable control of machine tools, especially during their use under production conditions. According to the invention, the temperature is measured continuously or at defined intervals at at least two points. The measuring points are thereby located on a temperature gradient of the forming in the tool temperature field. The change or even time-dependent change in temperature is evaluated in the control unit.

Description

3 6 4 8 6 43 6 4 8 6 4

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren ,und Einrichtung zur üuerwachung spanender WerkzeugeMethod and device for monitoring cutting tools

Anwendungsgebiet dor ßrtiiidungField of application

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung spanender Werkzeuge während des Eingriffs durch Temperaturmessung, insbesondere von Werkzeugen mit Hartmetallbestückung, beispielsweise Wendeschneidplatten, wobei die Meßgrößen bzw· aus ihnen gewonnene Werte den Zustand der Schneide des Werkzeugs charakterisieren und in Steuereinheiten ausgewertet v/erden.The invention relates to a method and a device for monitoring cutting tools during the intervention by temperature measurement, in particular tools with tungsten carbide, such as indexable inserts, wherein the measured variables or values obtained from them characterize the state of the cutting edge of the tool and evaluated in control units ,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung spanender Werkzeuge bekannt, bei denen die Temperatur an der Freifläche des Werkzeugs gemessen wird. Zu diesem Zweck befindet sich auf der Freifläche ein Verschleißsensor, wobei zwischen dem Werkzeug und der leitfähigen Meßschicht des Verschleißsensors eine Isolierschicht angeordnet ist. Ein Meßinstrument mJä; den Strom, der durch den temperaturabhängigen Widerstand der Isolierschicht und der Spannung zwischen dem Werkzeug und der leitfähigen Meßschicht hervorgerufen wird. Mit der Änderung des Temperaturfeldes ändert sich der Strom. Da die Temperatur im Schneidenbereich vom Verschleiß der Schneide des Werkzeugs abhängig ist, ist auchMethods and devices for monitoring cutting tools are already known, in which the temperature at the free surface of the tool is measured. For this purpose, located on the free surface, a wear sensor, wherein between the tool and the conductive measuring layer of the wear sensor, an insulating layer is arranged. A meter mJä; the current that is caused by the temperature-dependent resistance of the insulating layer and the voltage between the tool and the conductive measuring layer. As the temperature field changes, the current changes. Since the temperature in the cutting area depends on the wear of the cutting edge of the tool, too

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der gemessene Strom ein Maß für den Verschleiß (DD-PS 124 1H). Eine scüagartige Änderung des Stromes ist ein Zeichen für Schneiden-bruch (DD-PS 124 162). (Dhermospannungimtesungen an Schneidwerkzeugen mit Wendeschneidplatten wurden gemäß DD-PS 89 320 durchgeführt. Dazu wurden abwechselnd Schichten aus elektrisch nicht leitendem und leitendem Werkstoff aufgetragen. Zwischen den elektrisch leitfähigen Werkstoffen wird beim Zerspanen an der Kontaktfläche eine thermo-elektrische Spannung gemessen.the measured current is a measure of wear (DD-PS 124 1H). A scüagartige change of the current is a sign of cutting-break (DD-PS 124 162). (Thermal stress measurements on cutting tools with indexable inserts were carried out in accordance with DD-PS 89 320. Layers of electrically nonconductive and conductive material were applied alternately.A thermoelectric voltage is measured between the electrically conductive materials during machining at the contact surface.

Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen in dem hohen Meßaufwand und ihrem begrenzten Anwendungsbereich· Diese Meßverfahren liefern als Meßergebnis absolute Temperaturen, die sich jedoch erst nach relativ langer Zeit im Werkzeug einstellen. Der hohe Meßaufwand ergibt sich durch die Notwendigkeit, Jedes Werkzeug entsprechend zu präparieren. Eine Zerstörung der Werkzeugschneide bedeutet auch gleichzeitig eine Zerstörung der Meßwertgeber. Dadurch ist die Anwendung dieser Verfahren zur Überwachung der Werkzeuge, insbesondere unter Produktionsbedingungen nur sehr begrenzt möglich·The disadvantages of the methods mentioned are the high measurement complexity and their limited field of application. These measuring methods provide absolute results as a measurement result, which, however, do not appear in the mold until after a relatively long time. The high measuring effort results from the need to prepare each tool accordingly. Destruction of the cutting edge also means at the same time destruction of the transmitter. As a result, the application of these methods for monitoring the tools, in particular under production conditions, is possible only to a very limited extent.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung spanender Werkzeuge zu schaffen, die bei verringertem Meßaufwand einen breiten Anwendungsbereich aufweisen.The aim of the invention is to provide a method and a device for monitoring cutting tools, which have a wide range of applications with reduced measuring effort.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, die auf einfache Art und V/eise eine Bestimmung des Zustandes der Sohneide spanender Werkzeuge und daraus resultierende zuverlässige Steuerung von Werkzeugmaschinen, insbesondere während ihres Einsatzes unterThe invention has for its object to develop a method and a device that in a simple way and V / irise a determination of the condition of the sonorities of cutting tools and the resulting reliable control of machine tools, especially during their use under

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Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur an mindestens zwei Stellen kontinuierlich oder in definierten Abständen gemessen wird. Die Meßstellen befinden sich dabei auf einem Temperaturgradienten des sich im V/erkzeug ausbildenden Temperaturfeldes. Die Veränderung oder auch zeitabhängige Veränderung der Temperatur wird in der Steuereinheit ausgewertet.According to the invention, the object is achieved in that the temperature is measured continuously or at defined intervals at at least two points. The measuring points are located on a temperature gradient of the forming in V / erkzeug temperature field. The change or time-dependent change in the temperature is evaluated in the control unit.

Es ist beispielsweise möglich, daß die Veränderung der Temperatur in Form der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird.For example, it is possible for the change in temperature to be represented in the form of the difference between the measured variables.

Ebenso ist es auch möglich, daß die zeitabhängige Veränderung der Temperatur in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgrößen dargestellt wird.Likewise, it is also possible that the time-dependent change in temperature in the form of the rate of change of the measured variables is displayed.

Schließlich ist es auch möglich, daß die zeitabhängige Veränderung der Temperatur in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird.Finally, it is also possible that the time-dependent change of the temperature is displayed in the form of the rate of change of the difference of the measured variables.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die beiden Stellen, an denen die Temperatur gemessen wird, in an die Werkzeugschneide grenzenden Bereichen bzw. im Werkzeugschaft angeordnet sind. Eine Meßstelle kann sich dabei in unmittelbarer Nähe der Schneide des Werkzeugs befinden bzw. unmittelbar an die Hartmetallbestückung angrenzen.An advantageous device for carrying out the method is that the two points at which the temperature is measured, are arranged in adjoining the tool cutting edge areas or in the tool shank. A measuring point can be in the immediate vicinity of the cutting edge of the tool or directly adjacent to the hard metal component.

Die erfindungsgemäße Lösung untersucht nicht, wie die bekannten Verfahren, eine absolute Temperatur im Schneidenbereich des Werkzeugs sondern den von der Schneide, der Spanfläche der Nebenfreifläche und der Freifläche abfließenden Wärme st rom.The solution according to the invention does not investigate, as the known methods, an absolute temperature in the cutting area of the tool but the heat flowing away from the cutting edge, the rake face of the auxiliary rake face and the clearance surface.

Dieser Wärmestrom führt zur Änderung der Temperatur an den Meßstellen und ist bei konstanter Energieumsetzung im Schneidenbereich konstant. Bei Anordnung zweier Temperaturmeßstellen in Richtung des Temperaturgradienten ist der Yi/ärmestrom proportional der Differenz der an diesen StellenThis heat flow leads to a change in the temperature at the measuring points and is constant with constant energy conversion in the cutting area. When two temperature measuring points are arranged in the direction of the temperature gradient, the Yi / heat flow is proportional to the difference in these points

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gemessenen Temperatur. Der Energieumsatz im Schneidenbereich, steht in direktem Zusammenhang mit dem Schneidenzustand, der wiederum durch Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Sehneidkantenversatζ bzw. Schneidkantenbruch best imnit ist. Dadurch ist es möglich, durch Bewertung des Temperaturanstieges bzw. -abfalls, der Temperaturdifferenz, der zeitlichen Änderung der gemessenen Temperaturwerte sowie der zeitlichen Änderung der Temperaturdifferenz, den Verschleißzustand spanender Werkzeuge zu beurteilen· Vorteilhaft ist dabei, daß mehrere verschleißabhängige Größen gewonnen werden, so daß beispielsweise durch deren Vergleich oder auch andere Hechenoperationen eine genauere Beurteilung des Verschleißes und somit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Steuerprozesses der Werkzeugmaschine möglich ist. Dem Bediener bleibt es überlassen, eine ganz bestimmte Größe der gewonnenen Y/erte zur Steuerung der Werk zeugmas chine auszunutzen. Das wird dann der Pail sein, wenn charakteristische Verschleißerscheinungen, die nur durch diese eine Größe erfaßt werden können, zu ermitteln sind. Beispielsweise ist eine schnelle Änderung der Meßwerte, wie ein großer negativer Anstieg der Temperatur, sehr kleine Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturdifferenz gleich Mull ein Zeichen für Schneidenbruch·measured temperature. The energy turnover in the cutting area is directly related to the cutting condition, which in turn is best due to flank wear, crater wear, cutting edge aberration or cutting edge breakage. This makes it possible, by evaluating the temperature increase or decrease, the temperature difference, the temporal change of the measured temperature values and the temporal change of the temperature difference to assess the state of wear of cutting tools. It is advantageous that several wear-dependent variables are obtained, so that For example, by comparing them or other Hechenoperationen a more accurate assessment of wear and thus an increase in the reliability of the control process of the machine tool is possible. It is up to the operator to take advantage of a specific size of the y-values obtained to control the factory tooling. This will then be the pail, if characteristic wear phenomena, which can only be detected by this one size, are to be determined. For example, a rapid change in the measured values, such as a large negative increase in the temperature, very small temperature differences or temperature difference equal to Mull, is an indication of cutting edge breakage.

Da die Wärmestrommessung im Werkzeugschaft möglich ist, vereinfacht sich die Präparierung des Werkzeugs mit den Meßfühlern erheblich. Außerdem werden die Meßfühler durch den Verschleiß der Schneide, insbesondere bei Schneidenbruch, nicht mit beeinträchtigt, so daß das Werkzeug nach dem Ersatz der Schneide ohne Wechsel der Meßfühler weiter verwendet werden kann. Damit eignet sich dieses Verfahren auch sehr gut für die Überwachung von Werkzeugmaschinen, die im bedienerarmen Betrieb eingesetzt werden·Since the heat flow measurement in the tool shank is possible, the preparation of the tool with the sensors is simplified considerably. In addition, the sensors are not affected by the wear of the blade, especially at cutting edge, so that the tool can be used after replacement of the blade without changing the probe on. Thus, this method is also very well suited for the monitoring of machine tools that are used in user-poor operation ·

Durch die Vielfalt der Auswertemöglichkeiten der Meßwerte ist dieses Verfahren besonders für eine rechnergesteuerte spanende Bearbeitung geeignet.Due to the variety of evaluation options of the measured values, this method is particularly suitable for computer-controlled machining.

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Ausführungsbeispiel ,Embodiment,

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden· Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der Temperaturerfassung und -verarbeitung zur überwachung des Verschleißes an der Schneide eines Drehwerkzeuges. In einem Block 1 ist die Informationserfassung dargestellt. Das Drehwerkzeug besteht aus einem Schaft 2, auf dem eine Wendeschneidplatte 3 befestigt ist· In dem Schaft 2 sind im Bereich des Temperaturfeldes der Werkzeugschneide, dargestellt durch Isothermen 4, zwei Thermoelemente 5; 6 angebracht, wobei das eine Thermoelement 5 sich in unmittelbarer Nähe der Wendeschneidplatte befindet. Das andere Thermoelement 6 weist in Richtung des Temperaturgradienten einen größeren Abstand zur Wendeschneidplatte 3 auf. Dadurch ist es möglieh, gleichzeitig zwei Temperaturwerte zu messen und diese in gewünschter Weise auszuwerten. Im vorliegenden Beispiel werden die gemessenen Thermospannungen in einem Operationsverstärker 7 für die weitere Informationsverarbeitung, die von einem Block 8 dargestellt wird, aufbereitet. Der Block 8 besteht aus einem Meßgerät 9 und einem Schwellwertschalter 10. In einem Block 11, der im vorliegenden Beispiel aus einer optischen Signalanlage 12 besteht, erfolgt entsprechend des Zustandes der Schneide eine optische Signalisierung an den Bediener der Werkzeugmaschine.The invention will be explained in more detail below with reference to an example. The accompanying drawing shows a block diagram of the temperature detection and processing for monitoring the wear on the cutting edge of a turning tool. In a block 1, the information acquisition is shown. The turning tool consists of a shaft 2, on which an indexable insert 3 is fastened. In the shaft 2, in the region of the temperature field of the tool cutting edge, represented by isotherms 4, two thermocouples 5; 6, wherein the one thermocouple 5 is located in the immediate vicinity of the indexable insert. The other thermocouple 6 has a greater distance to the indexable insert 3 in the direction of the temperature gradient. This makes it possible to simultaneously measure two temperature values and evaluate them in the desired manner. In the present example, the measured thermoelectric voltages in an operational amplifier 7 for the further information processing, which is represented by a block 8, prepared. The block 8 consists of a measuring device 9 and a threshold value 10. In a block 11, which consists in the present example of an optical signal system 12, carried out according to the state of the cutting an optical signaling to the operator of the machine tool.

Die Informationsverarbeitung kann beispielsweise wie folgt ablaufen:The information processing may, for example, proceed as follows:

Durch die Anordnung der beiden Thermoelemente 5» 6 im Schaft 2 des Drehwerkzeuges werden zwei unterschiedlich große Thermospannungen gemessen, deren Differenz im Operationsverstärker 7 gebildet wird. Diese Temperaturdifferenz ist dem Wärmestrom proportional, der über das die Wendeschneidplatte 2 umgebende Temperaturfeld abfließt. Bei der Bearbeitung eines ersten Werkstückes mit unverschlissener Schneide liest der Bediener am Meßgerät 9 einen diesem Wärmestrom entsprechenden Wert abound stellt einen, dem zu-Due to the arrangement of the two thermocouples 5 »6 in the shaft 2 of the rotary tool two different sized thermoelectric voltages are measured, the difference in the operational amplifier 7 is formed. This temperature difference is proportional to the heat flow, which flows off via the temperature field surrounding the indexable insert 2. When a first workpiece with an unworn blade is machined, the operator at the measuring device 9 reads off a value corresponding to this heat flow and sets one to which

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lässigen Verschleißwert entsprechenden Schwellwert am Schwellwertschalter 10 ein. Mt zunehmendem Verschleiß der Schneide dta Drehwerkzeuges bei fortlaufender Bearbeitung nähert sieh der aktuelle Wert am Ausgang des Operationsverstärkers 7 dem eingestellten Schwellwert und erreicht diesen schließlich· Dann gibt der Schwellwertschalter 10 ein Signal an die optische Signalanlage 12, die dem Bediener den Verschleiß der Schneide des Drehwerkzeuges anzeigt. Die erforderlichen Maßnahmen, beispielsweise das Wenden der Wendeschneidplatte 3, werden eingeleitet· Anstelle des im vorliegenden Beispiel angeordneten Block« 8 kann die Irifomititionsverarbeitung auch in einer Rechnersteuerung einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden.permissible wear value corresponding threshold value at the threshold value switch 10. The current value at the output of the operational amplifier 7 approaches the set threshold and finally reaches it. Then the threshold value switch 10 gives a signal to the optical signal system 12, which causes the operator to wear the cutting edge of the rotary tool displays. The necessary measures, for example the turning of the indexable insert 3, are initiated. Instead of the block 8 arranged in the present example, the iridomization processing can also be carried out in a computer control of a machine tool.

Claims

236486 4 7 Invention claim

1 · Method for monitoring cutting tools during the intervention by temperature measurement, in particular tools with tungsten carbide tipped, such as indexable inserts, wherein the measured variables or herrane values characterize the state of the cutting edge of the tool and are evaluated in control units, characterized in that the temperature at least two points, which are located on a temperature gradient of forming in the tool temperature field, measured continuously or at defined intervals and their change or time-dependent change in the control unit is evaluated «.

2. The method according to item 1, characterized in that the change is represented in the form of the difference of the measured variables ·

3 · Method according to item 1, characterized in that the time-dependent change in the form of the rate of change of the measured variables is displayed.

4. The method according to item 1, characterized in that the time-dependent change in the form of the rate of change of the difference of the measured variables is displayed ·

5. A device for carrying out the method according to point to 5, characterized in that the two points at which the temperature is measured, are arranged in adjoining the tool cutting edge areas or in the tool shank, with a measuring point in the immediate vicinity of the cutting edge of Tool is or · directly adjacent to the hard metal assembly.

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