DD215732A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR MONITORING THE WORKING CONDITIONS ON A TOOL MACHINE - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Anordnung zum Ueberwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine durch staendiges Messen mehrerer den Zerspanungsvorgang kennzeichnenden physikalischer Groessen, welche hinsichtlich eines einen Werkzeugbruch bzw. Prozessunregelmaessigkeiten erkennenden Zustandes des Zerspanungsprozesses ausgewertet werden. Der Werkzeugbruch soll mit geringem Aufwand sicher erkannt und von anderen Prozessunregelmaessigkeiten unterschieden werden. Anstelle der die Steifigkeit der Maschine beeintraechtigenden Kraftmessung sollen fuer die Kontrolle des Zerspanungsprozesses massgebende Parameter eingefuehrt werden, die zuverlaessig ohne zusaetzliche Verrechnung mit einander Werkzeugbrueche bzw. Prozessunregelmaessigkeiten erkennen. Dazu werden als physikalische Groessen die Ultraschallemission des Zerspanungsvorganges, die Hauptantriebs- und die Vorschubantriebsleistung gemessen und periodisch abgefragt. Die Messwerte jeder der physikalischen Groessen werden bezueglich der Abweichung von einem vorgegebenen Sollbereich ihrer Streuung ausgewertet. Bei Ueberschreitung des Sollbereiches der Streuung der Messwerte wird ein Signal ausgegeben und bis zur naechsten Abfrage zwischengespeichert. Das gleichzeitige Auftreten dieser Signale aller drei Messwerte wird als Werkzeugbruchsignal, das gleichzeitige Auftreten von zwei Signalen wird als Alarmsignal fuer Prozessunregelmaessigkeiten ausgegeben.Method and arrangement for monitoring the processing conditions on a machine tool by constantly measuring a plurality of physical sizes characterizing the cutting process, which are evaluated with regard to a state of the cutting process that recognizes a tool breakage or process irregularities. The tool break should be reliably detected with little effort and distinguished from other process irregularities. Instead of the force measurement affecting the rigidity of the machine, decisive parameters are to be introduced for the control of the cutting process, which reliably recognize tool breaks or process irregularities without additional compensation. For this purpose, the ultrasonic measurements of the cutting process, the main drive and the feed drive power are measured and interrogated periodically as physical quantities. The measured values of each of the physical quantities are evaluated with respect to the deviation from a predetermined desired range of their scattering. If the target range of scattering of the measured values is exceeded, a signal is output and buffered until the next request. The simultaneous occurrence of these signals of all three measured values is output as a tool breakage signal, the simultaneous occurrence of two signals is output as an alarm signal for process irregularities.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Anordnung zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer WerkzeugmaschineMethod and arrangement for monitoring the machining conditions on a machine tool
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine durch ständiges Messen mehrerer den Zerspanungsprozeß kennzeichnenden physikalischer Größen, welche hinsichtlich eines einen Werkzeugbruch bzw. Prozeßunregelmäßigkeiten erkennenden Zustandes des Zerspanungsprozesses ausgewertet werden. ,The invention relates to a method and an arrangement for monitoring the machining conditions on a machine tool by continuously measuring a plurality of physical parameters characterizing the machining process, which are evaluated with respect to a tool breakage or process irregularity-recognizing state of the machining process. .
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die bedienarme spanende Bearbeitung durch programmgesteuerte V/erkzeugmaschinen mit automatischer Werkstückbeschickung erfordert eine ständige Überwachung des Zerspaaungsprozesses hinsichtlich Störungen und Unregelmäßigkeiten sowie einer selbsttätigen Werkzeugbruchkontrolle· Aus der Erkennung der Störungen und Unregelmäßigkeiten des Zerspanungsprozesses lassen sich Maßnahmen zu deren Beseitigung ableiten. Aus der Erkennung eines Werkzeugbruches ist ein sofortiger Schnittabbruch einzuleiten, um die bei Werkzeugbrüchen eintretenden erheblichen Folgeschäden, wie die Zerstörung der Werkstück-The low-maintenance machining by program-controlled machine tools with automatic workpiece loading requires constant monitoring of the cutting process with regard to faults and irregularities as well as an automatic tool breakage control · Measures for eliminating them can be derived from the detection of faults and irregularities in the machining process. From the detection of a tool break, an immediate cut of the cut must be initiated in order to avoid the considerable consequential damage occurring during tool breaks, such as the destruction of the workpiece
oberfläche und/oder die Zerstörung von Maschinenbauteilen abzuwenden· Bei bedienfrei arbeitenden Werkzeugmaschinen läßt sich aus dem Werkzeugbruchsignal neben dem Schnittabbruch auch ein Werkzeugaustausch ableiten· Bei werkzeugmaschinen, die zur Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke und Bearbeitungsoperationen eingesetzt werden, muß die Überwachung möglichst unabhängig von diesen unterschiedlichen Bedingungen sein.avert the surface and / or the destruction of machine components · With tool-free machine tools, a tool exchange can be derived from the tool breakage signal in addition to cutting interruptions. · In machine tools used for machining different workpieces and machining operations, the monitoring must be as independent as possible from these different conditions ,
Aus dem DD-WP 105 739 ist es bekannt, vom plötzlichen Abfall der Schnittkraft bzw· dem Ansteigen der Schnittkraft über ihren Normalwert hinaus, auf einen Werkzeugbruch zu schließen· Dieser Schnittkraftverlauf tritt aber nicht in allen Fällen eines Werkzeugbruches ein· Art und Ablauf eines Werkzeugbrucb.es können in so vielfältiger Y/eise variieren, daß mit dieser bekannten Anordnung einerseits nicht alle vorkommenden Werkzeugbrüche erfaßt werden können und andererseits bestimmte einen Schnittkraftanstieg hervorrufende Zerapanüngsverläufe fälschlicherweise als Werkzeugbruch interpretiert werden·It is known from DD-WP 105 739, from the sudden drop in the cutting force or the increase in the cutting force beyond its normal value, to infer a tool break. However, this cutting force curve does not occur in all cases of tool breakage. Type and sequence of tool breakage They can vary in such varied ways that with this known arrangement on the one hand not all occurring tool breaks can be detected and on the other hand certain Zerapanüngsverläufe causing an increase in cutting force can be erroneously interpreted as a tool break ·
Bei einer anderen bekannten Einrichtung (DE-OS 22 51 333) werden aus Meßwerten der Zerspankraftkomponenten Verhältniswerte von Yorschubkraft zur Hauptschnittkraft und von der Rückkraft zur Hauptschnittkraft gebildet· Hierbei erfolgen zwei Vergleichsoperationen zur Erkennung eines Werkzeugbruches· In der ersten Vergleichsoperation wird der tatsächliche Wert einer jeden Zerspankraftkomponente mit einem zugeordneten Grenzwert verglichen· In der zweiten Vergleichsoperation wird jeder der Verhältniswerte mit einem vorgegebenen Verhältniswert verglichen· Mit diesem Verfahren läßt sich eine Vielzahl von Werkzeugbrüchen erkennen, jedoch sind die Fehlentscheidungen zu hoch, um eine vollautomatische Werkzeugmaschine bedienerlos betreiben zu können· Dies liegt darin begründet, daß beispielsweise durch Lunker oder bei der Drehbearbeitung durch Abweichungen von der Zylinderform einzelne Störimpulse auftreten, die als Werk-In another known device (DE-OS 22 51 333) are formed from measured values of Zerkankraftkomponenten ratio values of Yorschubkraft main and rear force to main cutting force · Here are two comparison operations to detect a tool break · In the first comparison operation, the actual value of each Cutting force component compared with an associated limit value. In the second comparison operation, each of the ratio values is compared with a predetermined ratio value. With this method, a plurality of tool breaks can be recognized, but the erroneous decisions are too high to operate a fully automatic machine tool without operator This is due to the fact that, for example due to blowholes or during machining due to deviations from the cylindrical shape, individual interfering impulses occur which are used as workpieces.
zeugbruchsignale interpretiert werden und zu einem unberechtigten' Unterbrechen des Schnitt Vorgängers bzw· Abschalten der Werkzeugmaschine führen können*breakage signals are interpreted and can lead to an unjustified 'interruption of the cut predecessor or shutdown of the machine tool *
Eine weitere' bekannte Vorgehensweise zur sicheren Unterscheidung eines Werkzeugbruches von sonstigen Störeinflüssen ist aus der DE-OS 30 43 827 bekannt. Zusätzlich zu den bereits aus den zuvor abgehandelten bekannten Vergleichsoperationen mit den Meßwerten der Zerspankraftkomponenten werden bei diesem Verfahren die Mittelwerte dieser Meßwerte und weitere Differenzwerte gebildet und darüberhinaus außerdem der Verlauf der Verhältniswerte auf ihre zeitliche Veränderung hin ausgewertet und kontrolliert. Hierdurch können zwar die* Fehlentscheidungen bezüglich eines eingetretenen Werkzeugbruches auf ein Minimum herabgesetzt werden, dafür wird der ohnehin hohe Aufwand an Rechentechnik zur Quotientenbildung und der Vergleichsoperationen der Kraftkomponenten weiter erhöht· Die umfangreich zu absolvierenden Verarbeitungsoperationen der Meßwerte erhöhen dabei selbst die Störanfälligkeit und die Einbeziehung des zeitlichen Verlaufs der berechneten Quotienten der Meßgrößen zur Entscheidungsfindung eines Werkzeugbruches kann eine zu träge Reaktion der Schnittunterbrechung ausgehend vom Zeitpunkt des Eintritts eines Werkzeugbruches verursachen. Alle diese bekannten auf der Messung der Schnittkräfte beruhenden Einrichtungen erfordern am Werkzeugträger oder dem Werkstückträger entsprechende Kraftmeßfühler. Da jedes kraftmessende Fühlelement eine funktionsbedingte elastische Verformung aufweist, beeinträchtigen solche Meßelemente die Steifigkeit der Werkzeugmaschine im Kraftfluß zwischen Werkzeug und Werkstück»Another 'known approach to safely distinguish a tool break from other disturbances is known from DE-OS 30 43 827. In addition to the previously discussed comparison operations with the measured values of the cutting force components, in this method the mean values of these measured values and further difference values are formed and, in addition, the course of the ratio values is evaluated and checked for their temporal change. In this way, the * wrong decisions regarding a broken tool break can be reduced to a minimum, for the already high cost of computer technology for quotient formation and the comparison operations of the force components is further increased · The extensive to be completed processing operations of the measured values thereby increase even the susceptibility and inclusion of the The time course of the calculated quotients of the measured variables for decision-making of a tool break can cause a too slow reaction of the cut interruption starting from the time of the occurrence of a tool breakage. All of these known devices based on the measurement of the cutting forces require corresponding force sensors on the tool carrier or the workpiece carrier. Since each force-sensing element has a functional elastic deformation, such measuring elements affect the rigidity of the machine tool in the power flow between the tool and the workpiece »
Andere bekannte Einrichtungen (DD-WP 146 501, DE-OS 21 25 426) die bei der Überwachung von Zerspanungsprozessen die Steifigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigende Maßnahmen meiden, erfassen Prozeßunregelmäßigkeiten durch Messen der an der Schnittstelle entstehenden Schwingungen in Form derOther known devices (DD-WP 146 501, DE-OS 21 25 426) in the monitoring of cutting processes avoid the rigidity of the machine tool interfering measures detect process irregularities by measuring the resulting vibrations at the interface in the form of
Körperschall- bzw. Ultraschallsignale» Durch Auswertung dieser Signale lassen sich Veränderungen des Zerspanungsprozesses nach verschiedenen Ursachen, wie beispielsweise Materiälinhomogenitäten, Spanformänderungen und auch Werkzeugverschleiß, unterscheiden. Eine eindeutige Auswertung dieser Meßgröße hinsichtlich eines Werkzeugbruches ist aber nicht möglich, weil zu viele unterschiedliche Einflußfaktären auch bei noch einwandfreiem Zustand des Werkzeuges zur Schwingungserregung Anlaß geben.Structure-borne noise or ultrasonic signals »By analyzing these signals, changes in the machining process can be differentiated according to various causes, such as material homogeneities, chip shape changes and also tool wear. However, a clear evaluation of this parameter with respect to a tool breakage is not possible because too many different influencing factors give cause even with still perfect condition of the tool for vibration excitation.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen von Bearbeitungsbedingungen zum Ziel, mit der ein Werkzeugbruch sicher und mit relativ geringem Aufwand erkannt und von anderen Prozeßunregelmäßigkeiten unterschieden werden kann.The invention has a method and an arrangement for monitoring machining conditions with the aim of a tool break safely and with relatively little effort can be detected and distinguished from other process irregularities.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine durch ständiges Messen mehrerer den Zerspanungsprozeß kennzeichnenden physikalischer Größen, welche hinsichtlich eines einen Werkzeugbruch bzw. Prozeßunregelmäs-^ sigkeiten erkennenden Zustandes des Zerspanungsprozesses ausgewertet werden, zu schaffen, das anstelle der die Steifigkeit der Maschine beeinträchtigenden Kraftmesssung für die Kontrolle des Zerspanungsprozesses maßgebende Parameter eingeführt werden sollen, die zuverlässig ohne zusätzliche Verrechnung der einzelnen Parameter untereinander sowohl Prozeßunregelmäßigkeiten als" auch Werkzeugbrüche eindeutig erkennen sollen, sowie eine.Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.The invention has for its object to provide a method for monitoring the machining conditions on a machine tool by continuously measuring a plurality of physical parameters characterizing the cutting process, which are evaluated in terms of a tool break or Prozeßunregelmäs- sigkeit recognizing state of the machining process, instead of the the rigidity of the machine impairing force measurement for the control of the cutting process relevant parameters are to be introduced, the reliable without additional settlement of the individual parameters with each other both process irregularities and "tool breaks clearly identify, as well as ein.Anordnung to carry out the process to create.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als physikalische Größen die Ultraschallemission des Zerspan-According to the invention, this object is achieved in that as physical variables the ultrasonic emission of the cutting
Vorganges sowie zwei Kenngrößen der Zerspanleistung gemessen und die Meßwerte periodisch abgefragt werden, wobei die Meßwerte jeder der physikalischen Größen bezüglich der Abweichung von einem vorgegebenen Sollbereich ihrer Streuung so ausgewertet werden, daß bei Überschreitung des Sollbereiches der Streuung der Meßwerte ein Signal ausgegeben wird, welches bis zur nächsten Abfrage zwischengespeichert wird, wobei das gleichzeitige Auftreten dieser Signale aller drei physikalischen Größen als Werkzeugbruchsignal ausgegeben und das gleichzeitige Auftreten von zwei Signalen, über einen von der Schnittzeit abgeleiteten Zeitanteil hinaus, als Alarmsignal für Prozeßunregelmäßigkeiten ausgegeben wird. Vorzugsweise sind die Kenngrößen der Zerspanleistung die Hauptantriebsleistung und die Vorschubantriebsleistung, Für" die Entscheidung der Überschreitung des Sollbereiches der Streuung der Meßwerte wird vorzugsweise die Streuung der letzten zehn Meßwerte zugrunde, gelegt. Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sieht Aufnehmer für die Ultraschallemission des Zerspanvorganges, für die Hauptantriebsleistung und die Vorschubantriebsleistung vor· Jedem Aufnehmer ist ein Tor nachgeordnet, welches mit seinem Durchschalteeingang am Ausgang eines Taktgebers angeschlossen ist, dessen Taktsignale die Tore nacheinander ansteuern. Die Ausgänge der Tore sind auf eine die Abweichung von einer vorgegebenen Streuung und die Überschreitung eines Sollbereiches der Streuung ermittelnden Auswert eschaltung geführt, deren Ausgang jeweils auf ein jedem Meßwertgeber zugeordnetes Speicherglied geschaltet ist. Die Ausgänge der drei Speicherglieder sind über ein Verknüpfungsglied am Setzeingang eines den Werkzeugbruch anzeigenden Signalspeichers angeschlossen und die Ausgänge von jeweils zwei Speichergliedern sind über ein zugehöriges Verknüpfungsglied auf ein zusammenfassendes ODER-Glied geschaltet, dessen Ausgang über ein Zeitglied am Setzeingang eines die Prozeßunregelmäßigkeiten anzeigenden Alarmsignalspeichers angeschlossen ist, desseo Löscheingang mit Einleitung jedes neuen Schnittes des Zerspanvorganges aktivierbar ist.Process and two parameters of Zerspanleistung measured and the measured values are interrogated periodically, the measured values of each of the physical variables are evaluated with respect to the deviation from a predetermined desired range of their scattering so that when exceeding the target range of scatter of the measured values, a signal is output, which up is latched to the next request, the concurrent occurrence of these signals of all three physical quantities being output as a tool break signal and the simultaneous occurrence of two signals beyond a time portion derived from the cutting time being output as a process irregularity alarm signal. Preferably, the parameters of the cutting power are the main drive power and the feed drive power. "The decision to exceed the nominal range of the scattering of the measured values is preferably based on the scattering of the last ten measured values. for the main drive power and the feed drive power upstream of each transducer is a gate which is connected with its switching input to the output of a clock whose clock signals drive the gates one after the other.The outputs of the gates are at a deviation from a given spread and exceeding one The output of the three memory elements are connected via a logic element to the setpoint of the scattering-determining evaluation circuit whose output is connected in each case to a memory element assigned to each sensor connected to a tool break indicating the latch and the outputs of two memory elements are connected via an associated gate to a summary OR gate whose output is connected via a timer at the set input of the process irregularities indicating alarm signal memory, desseo clear input with introduction of each new section of the Zerspanvorganges is activated.
Vorzugsweise ist als Zeitglied ein monoatabiler Multivibrator vorgesehen·Preferably, a mono-static multivibrator is provided as a timer.
Ausführungsbeispielembodiment
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen folgende Erkenntnisse zugrunde*The method according to the invention is based on the following findings *
Bei Überwachungssystemen sind möglichst Parameter des Zerspanungsvorganges als Überwachungskriterien zu verwenden, welche weitgehend von den unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen sowie unterschiedlichen Werkstoff- und Rohteileinflüssen, unabhängig sind. Die Auswertung von den Zerspanvorgang kennzeichnenden Größen und ihres Verlaufes über die Dauer einiger Werkstückumdrehungen hinweg zur eindeutigen Gewinnung eines Werkzeugbruchsignals ist hinsichtlich eines sofortigen Schnittabbruches zur Verhinderung von Folgeschäden zu träge. Um möglichst alle im Zerspanungsprozeß auftretenden Unregelmäßigkeiten, hervorgerufen durch Lunker, Spanformänderungen, Spanyerklemmungen, Werkstückformfehlern und -unrundheiten berücksichtigen zu können und andererseits einmalig zufällig auftretende Störsignale einzelner Parameter sowie periodisch auftretende Störungen (Unrundheit) eliminieren zu können, ohne die auftretenden Meßwerte über mehrere Werkstückumdrehungen verfolgen zu müssen, beruht das vorliegende Verfahren darauf, drei sich gegenseitig ergänzende auf Prozeßunregelmäßigkeiten unterschiedlich ansprechende Parameter des Zerspanungsprozesses ständig zyklisch meßtechnisch zu erfassen und nur bei gleichzeitigen Abweichungen aller drei Parameter von dem Sollbereich ihrer Streuung ein Werkzeugbruchsignal auszugeben.In monitoring systems, as far as possible parameters of the cutting process are to be used as monitoring criteria, which are largely independent of the different processing conditions and different material and blank influences. The evaluation of the parameters characterizing the cutting process and their course over the duration of several workpiece revolutions to uniquely obtain a tool breakage signal is too sluggish with regard to an immediate cut of cut to prevent consequential damage. In order to be able to take into account as much as possible all irregularities in the machining process caused by blowholes, chip form changes, spinner clamping, workpiece form errors and irregularities and to be able to eliminate once randomly occurring interfering signals of individual parameters as well as periodically occurring disturbances (out-of-roundness) without tracking the measured values over several workpiece revolutions to have, the present method is based on constantly measuring three mutually complementary to process irregularities differently responding parameters of the cutting process and to issue a tool breakage signal only with simultaneous deviations of all three parameters of the desired range of their scattering.
Wie durch Versuche erwiesen, ist ein Werkzeugbruch stets mit einer sprunghaften Veränderung der Meßwerte verbunden. Andererseits kommen durch Prozeßunregelmäßigkeiten ebenfalls Meßwertänderungen vor, die von solchen durch einen Werkzeugbruch hervorgerufenen Meßwertänderungen nicht zu unterscheiden sind. Solche durch Prozeßunregelmäßigkeiten entstehendenAs proven by experiments, a tool break is always associated with a sudden change in the measured values. On the other hand, process irregularities also result in measured value changes which can not be distinguished from those changes in the measured value caused by a tool breakage. Such resulting from process irregularities
Meßwertänderungen wirken sich aber nicht bei allen drei gemessenen Parametern gleichartig aus· Hinzu kommt, daß Abweichungen eines der drei Meßsignale als Störgrößen mit Zufallscharakter gewertet werden und für die Auslösung von Folgemaßnahmen gesperrt bleiben. Bei gleichzeitigem Auftreten von Abweichungen zweier Meßwerte, die über einen vorgegebenen Zeitraum anstehen, wird ein Alarmsignal ausgegeben, welches auf eine Prozeßunregelmäßigkeit oder einen Einstellfehler schließen läßt, die beispielsweise von einem Bediener durch Änderung von Schnittwerten beseitigt werden können. Das Ansteigen oder Abfallen der Leistungsparameter bei kontinuierlich ansteigender oder kontinuierlich abfallender Schnitttiefe, wie z, B* beim Kegeldrehen aus einem zylindrischen Rohteil, wird dadurch von Prozeßunregelmäßigkeiten unterschieden, daß nicht die absolute Größe der Parameter, sondern die Abweichung von einem vorgegebenen Sollbereich der Streuung ausgewertet wird. Dazu wird für jede der drei Meßgrößen aus mehreren, beispielsweise zehn Meßwerten die Streuung gebildet, welche durch jeden hinzukommenden neuen ( Meßwert unter Weglassung des ältesten der zehn Meßwerte -aktuell gehalten wird. Ein langsamer Anstieg oder Abfall der Absolutmeßwerte unter Beibehaltung des vorgegebenen Streubereiches wird von der Überwachungseinrichtung nicht erfaßt. Die Kenntnis der absoluten Größen der Parameter ist damit überflüssig. Durch diese mathematisch statistische Verarbeitung der Meßwerte und Berechnung der Streuung werden kleinere Meßwertschwankungen ausgeglichen, wobei plötzliche Änderungen einen deutlichen Anstieg der Streuung hervorrufen. Durch die Wahl der Streuung als Kontrollgröße werden positive und negative Änderungen der Meßwerte gleichermaßen berücksichtigt·However, measured value changes do not have the same effect on all three measured parameters. In addition, deviations of one of the three measuring signals are regarded as disturbing variables with a random character and remain blocked for the triggering of follow-up measures. If deviations of two measured values that occur over a given period of time occur simultaneously, an alarm signal is output which indicates a process irregularity or setting error which can be eliminated, for example, by an operator by changing cutting values. The increase or decrease of the performance parameters with continuously increasing or continuously decreasing depth of cut, such as B * when turning a cylindrical blank, is distinguished from process irregularities in that not the absolute size of the parameters, but the deviation from a predetermined target range of the dispersion is evaluated becomes. For this purpose, the scattering is formed for each of the three measured variables from a plurality of, for example ten, measured values, which is kept up-to-date by each additional new value ( reading omitting the oldest of the ten measured values.) A slow increase or decrease of the absolute measured values while maintaining the predetermined scattering range of The mathematical statistical processing of the measured values and calculation of the scattering compensates for smaller fluctuations in the measured value, whereby sudden changes cause a significant increase of the scattering positive and negative changes in the measured values are equally considered ·
Aus den Parametern Ultraschallemission, Hauptantriebs- und Vorachubantriebsleistung sind eindeutige Unterscheidungskriterien zwischen Prozeßunregelmäßigkeiten und einem Werkzeugbruch ableitbar. Während eine gleichzeitige sprunghafteFrom the parameters of ultrasonic emission, main drive and Vorachubantriebsleistung clear distinction criteria between process irregularities and a tool break are derived. While a simultaneous erratic
Änderung der Meßgrößen aller drei Parameter auf einen Werkzeugbruch, achließen läßt, ist die gleichzeitige Änderung von zwei der drei Parameter als Prozeßunregelmäßigkeit zu werten»Changing the measured variables of all three parameters to one tool break, let it be understood that the simultaneous change of two of the three parameters is to be regarded as process irregularity »
So hat sich gezeigt, daß Lunker eine sprunghafte Änderung der Haupt- und Vorschubantriebsleistung verursachen und damit eine eindeutige Überschreitung deren Sollbereiche der Streuung ergeben, dagegen die Ultraschallemission weniger stark anspricht und somit den Sollbereich ihrer Streuung nicht überschreitet· Das gleichzeitige Auftreten der Sollbereichsüberschreitungen von Hauptantriebs- und Vorschub*· antriebsleistung ergibt in diesem Fall auch noch kein Alarmsignal, da das zusätzlich erforderliche Zeitkriterium für das Vorliegen dieses Zustandes nicht gegeben ist, weil bereits die nächsten Meßwerte nach Überwindung der Lunkerstelle die auszuwertende Streuung berichtigt haben· Bei Spanformänderungen als eine andere Prozeßunregelmäßigkeit überschreitet die Ultraschallemisaion den Sollbereich ihrer Streuung, dagegen zeigen die Haupt- und Vorschubantriebsleistung keine Sollbereichsüberschreitungen· Bei Spanverklemmungen zeigen sich Sollbereichsüberschreitungen sowohl in der Ultraschallemission als auch in der Vorschubantriebsleistung, die z. B· ein Alarmsignal auslösen, wenn über den vorgegebenen Zeitraum hinweg keine Normalisierung des Prozeßzustandes eintritt· Dieser Prozeßzustand wird aber dadurch von einem Werkzeugbruch unterschieden, daß hierbei keine Sollbereichsüberschreitung der Hauptantriebsleistung vorliegt·Thus, it has been shown that voids cause a sudden change in the main and feed drive power, thus clearly exceeding their target ranges of scattering, whereas the ultrasound emission responds less strongly and thus does not exceed the target range of its scattering · The simultaneous occurrence of the setpoint overshoots of main propulsion and feed * drive power in this case also does not give an alarm signal, since the additionally required time criterion for the presence of this Z u state is not given, because already the next measured values after overcoming the void have corrected the scatter to be evaluated · In chip form changes as another Irregularity of the process exceeds the ultrasonic range of the desired range of their dispersion, on the other hand show the main and feed drive performance no target range overruns · For clamping jams are Sollbereichsüberschreitungen sowoh l in the ultrasonic emission as well as in the feed drive power, the z. B · triggers an alarm signal if no normalization of the process state occurs over the specified period of time. However, this process state is distinguished from a tool break in that in this case there is no setpoint overshoot of the main drive power.
Bei periodischen Schwankungen der Leistungsmeßwerte, die durch Unrundheit eines der Drehbearbeitung unterworfenen Rohlings hervorgerufen werden, bringt das Kriterium der Ultraschallemission nur geringe Änderungen, die den Sollbereich der Streuung nicht überschreiten und sich damit ebenfalls von einem Werkzeugbruch deutlich abgrenzen· Das erfindungsgemäße Verfahren kann, insbesondere für unterschiedliche Schnittbedingungen, wie sie an verschiedenenIn the case of periodic fluctuations of the power measurement values, which are caused by out-of-roundness of a blank subjected to turning, the criterion of ultrasound emission brings only slight changes which do not exceed the desired range of scattering and thus also clearly delineate from tool breakage different cutting conditions, as at different
Bearbeitungskonturen bzw. Bearbeitungsschnitten an unterschiedlichen Durchmesserabschnitten entstehen mit zugeordnet abgespeicherten experimentell und automatisch durch Probeschnitt ermittelten Sollwerten der einzelnen Meßgrößen ergänzt werden, d, h. zu einzelnen Programmsätzen verschiedener Bearbeitungskonturen an einem Werkstück sind jeweils zugehörige Sollwerte der drei Meßgrößen aufrufbar· Durch die erfindungsgemäße Lösung ist vor allem beim bediener^Losen Betreiben einer automatischen Werkzeugmaschine sichergestellt, daß einerseits die Werkzeugmaschine bzw· v_- das Werkstück nicht durch unerkannten Werkzeugbruch beschädigt werden und5andererseits die Werkzeugmaschine nicht bereits stillgesetzt wird, wenn eine Prozeßunregelmäßigkeit ohne Werkzeugbruch vorliegt·Processing contours or machining sections at different diameter sections are created with associated stored experimental and automatically determined by Probeschnitt set values of the individual measured variables are added, d, h. Associated set values of the three measured variables can be called up for individual program sets of different machining contours on a workpiece. The solution according to the invention ensures, above all when the operator operates an automatic machine tool, that the machine tool or the workpiece are not damaged by unrecognized tool breakage and 5 on the other hand, the machine tool is not already stopped when a process irregularities without broken tool is present ·
V/eitere Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß mit der Meßwerterfassung nicht in den Kraftfluß der Werkzeugmaschine eingegriffen und auch der Arbeitsraum der werkzeugmaschine nicht eingeschränkt wird· Darüberhinaus ist eine einfache Meßwerterfassung aus der Hauptantriebs- bzw. Vorschubantriebsleistung gegeben· Es sind auch keine Verrechnungen der Meßwerte untereinander erforderlich, . woraus neben geringem Schaltungsaufwand eine zeitverzugsarme Ausgabe des Werkzeugbruchsignals resultiert· In einem Prinzipschaltbild ist die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.V / eitere advantages of the method according to the invention are that intervened with the measured value not in the power flow of the machine tool and the working space of the machine tool is not limited · Moreover, a simple data acquisition from the main drive or feed drive power is given · There are also no billing the measured values required among each other,. resulting in addition to low circuit complexity a time lag distortion output of the tool break signal results · In a schematic diagram of the arrangement for performing the method is shown.
Ein Meßwertaufnehmer 1 für die Ultraschallemission liegt ausgangsseitig über eine Aufbereitungsachaltung 2 an einem Tor 3· In gleicher Weise sind ein Meßwertaufnehmer 4 für die Hauptantriebsleistung über eine Aufbereitungsschaltung 5 auf ein Tor 6 und ein Meßwertaufnehmer 7 für die Vorschubantriebsleistung über eine Aufbereitungsschaltung 8 auf ein Tor 9 geschaltet· Die Durchachalteeingange der.Tore 3; 6; 9 liegen an jeweils zeitlich versetzt wirksamen Ausgängen einer Teilerschaltung 10, die von einem Taktgeber 11 ansteuerbar ist. Die Ausgänge der Tore 3; 6; 9 sind über einen Analog/ Digital-Wandler 12 an einer Auswerteschaltung 13 angeschlossen,In the same way, a transducer 4 for the main drive power via a conditioning circuit 5 to a gate 6 and a transducer 7 for the feed drive power via a conditioning circuit 8 on a gate. 9 switched · The through-connection inputs of the.Tore 3; 6; 9 are each at a time offset outputs of a divider circuit 10 which is controlled by a clock generator 11. The exits of gates 3; 6; 9 are connected via an analog / digital converter 12 to an evaluation circuit 13,
Am. Ausgang der Auswerteschaltung 13 sind, jedem Meßwertaufnehmer 1; 4; 7 entsprechend zugeordnete Speicherglieder 14; 15; 1.6 angeschlossen, deren Setzeingänge an jeweils zeitlich versetzt wirksamen Ausgängen der Teilerschaltung 10 angeschlossen sind und mit den jeweiligen Durchschalteeingängen der Tore 3; 6; 9 synchron aufrufbar sind· Der Aus- " werteschaltung 13 ist ein Sollwertspeicher 17 vorgeschaltet, welcher für jeden der Meßwertaufnehmer 1; 4» 7 zugeordnete Einstellelemente besitzt und wobei der jeweilige Kanal von den zugeordneten Ausgängen der Teilerschaltung 10 aufrufbar ist. Die Auswerte schaltung 13 ist ebenfalls vom Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aktivierbar. Die Ausgänge der Speicherglieder 14; 15; 16 sind als Eingänge auf ein UND-Glied 18 geschaltet, dessen Ausgang am Setzeingang eines den Werkzeugbruch kennzeichnenden Speichers 19 angeschlossen ist. Die Ausgänge, von jeweils zwei Speichergliedern 14; 15 bzw. 14; 16 bzw. 15; 16 sind auf jeweils zugeordnete UHD-Gl ie der 20 bzw. 21 bzw. 22 geschaltet, deren Ausgänge an einem gemeinsamen ODER-Glied 23 angeschlossen sind, dessen Ausgang über ein Zeitglied 24 am Setzeingang eines Alarmspeichers 25 liegt. Der Alarmspeicher 25 liegt außerdem mit seinem Freigabe-Eingang für die Übernahme des am Setzeingang liegenden Signals über ein Uegation.sgÜed 26 und die Teilerschaltung 10 am Taktgeber 11.At the. Output of the evaluation circuit 13, each transducer 1; 4; 7 correspondingly assigned memory elements 14; 15; 1.6 connected, whose set inputs are connected to each time staggered outputs of the divider circuit 10 and the respective Durchschalteeingängen the gates 3; 6; The output circuit 13 is preceded by a setpoint memory 17, which has setting elements assigned to each of the transducers 1, 4 and 7, and wherein the respective channel can be called by the associated outputs of the divider circuit 10. The evaluation circuit 13 is can also be activated by the clock generator 11 via the divider circuit 10. The outputs of the memory elements 14, 15, 16 are connected as inputs to an AND gate 18 whose output is connected to the set input of a memory 19 characterizing the tool break 14, 15 and 14, 16 and 15, 16 are connected to respectively associated UHD Glie of 20 or 21 and 22, the outputs of which are connected to a common OR gate 23 whose output via a timer 24 on Set input of an alarm memory 25. The alarm memory 25 is also with its release input for the acquisition of the set input li eegation signal via a Uegation.sgÜed 26 and the divider circuit 10 at the clock 11th
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:The mode of operation of the arrangement is as follows:
Die Meßwerte Ultraschallemission, Hauptantriebs- und Vorschubantriebsleistung werden von den entsprechenden Meßwertaufnehmern 1; 4; 7 ständig erfaßt und stehen über die zugehörigen Aufbereitungsschaltungen 2; 5; 8 am jeweiligen Tor 3; 6; 9 an. Durch den Taktgeber 11 und die nachgeordnete Teilerschaltung 10 werden die Tore 3; 6; 9 zeitlich nacheinander durchgeschaltet, so daß die Meßwerte über den Analog/Digita!-Wandler 12 nacheinander der Auswerteschaltung 13 zur Verarbeitung zugeführt werden. Die Verarbeitung besteht in der Streuungsberechnung aus zehn aktuellen Meßwerten und dem VergleichThe measured values ultrasonic emission, main drive and feed drive power are from the corresponding transducers 1; 4; 7 constantly detected and are on the associated conditioning circuits 2; 5; 8 at the respective gate 3; 6; 9 on. By the clock 11 and the downstream divider circuit 10, the gates 3; 6; 9 consecutively switched through, so that the measured values via the analog / digital converter 12 are successively fed to the evaluation circuit 13 for processing. The processing consists in the scatter calculation of ten current measured values and the comparison
dieser Streuung der Meßwerte mit einem vom Sollwertspeicher 17 vorgegebenen Sollbereich der Streuung. Entsprechend dem zur Verarbeitung mit dem Tor 3; 6; 9 aufgerufenen Meßwert aus den Meßwertaufnehmern 1; 4; 7 wird auch der zugeordnete Sollwert am Sollwertapeicher 17 von dem Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aufgerufen· Das Ergebnis der Auswertung steht entweder als digitales "Null""-Signal bei Nichtüberschreitung des Sollbereiches der Streuung oder als digitales "L"-Signal bei Überschreitung des Sollbereiches der ' Streuung am Ausgang der Auswerteschaltung 13 und damit an den Speichergliedern 14; 15; 16· Von den Speichergliedern 14; 15; 16 wird jeweils das zugehörige vom Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aktiviert, so daß das anstehende Ergebnis bei "!"-Signal, also ,Überschreitung des Sollbereiches der Streuung, das Speicherglied setzt und bei "Null"-Signal, also Mchtüberschreitung des Sollbereiches der Streuung, das Speicherglied rücksetzt· Die Ausgänge der Speicherglieder 14; 15; 16 stehen statisch an den Eingängen des UND-Gliedes 18 an, so daß bei gleichzeitigem Vorliegen von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung aller drei Meßwerte der Speicher 19 gesetzt wird, d. h· Werkzeugbruchsignal ausgegeben wird. Beim Vorliegen von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung bei zwei von drei Meßwerten wird über das jeweilige UND-Glied 20 bzw. 21 bzw· 22 sowie das ODER-Glied 23 das Zeitglied 24 angesteuert· Bei Einsatz eines monostabilen Multivibrators als Zeitglied 24 wird erst mit Vorliegen des Eingangssignals über die Kippzeit hinaus das Signal an den Setzeingang des Alarmspeichers 25 angelegt· Die Übernahme des Setzeingangs in den Alarmspeicher 25 erfolgt zur eindeutigen Trennung von den Aktivierungssignalen der Meßwertverarbeitung zu unterschiedlichen Taktzeitpunkten, d. h· durch das negierte Taktsignal in der Taktpause· Zwischenzeitlich durch Wegfall von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung rückgesetzte Speicherglieder 14; 15; 16 lassen den monostabilen Multivibrator in die Ausgangslage zurückkippen· Hierdurch ist gewährleistet, daß kurzzeitig eintre-this scattering of the measured values with a predetermined range of the variance from the setpoint memory 17. According to the processing with the gate 3; 6; 9 called measured value from the transducers 1; 4; The result of the evaluation is either a digital "zero" signal when the nominal range of the scattering is not exceeded or as a digital "L" signal when the value is exceeded Desired range of the 'scattering at the output of the evaluation circuit 13 and thus to the memory elements 14, 15, 16 of the memory elements 14, 15, 16 is the associated from the timer 11 via the divider circuit 10 is activated, so that the upcoming result at "!" -Signal, ie, exceeding the target range of the scattering, the memory element sets and at "zero" signal, ie Mchtüberschreitung the target range of the scattering, resets the memory element · The outputs of the memory elements 14, 15, 16 are statically connected to the inputs of the AND Link 18, so that in the presence of simultaneous exceedances of the desired range of the scattering of all three measured values of the spoke r 19 is set, d. h · tool breakage signal is output. In the presence of exceeding the target range of the scattering in two out of three measured values, the timing element 24 is actuated via the respective AND element 20 or 21 or 22 and the OR element 23. When a monostable multivibrator is used as the timing element 24, it is only present the signal is applied to the set input of the alarm memory 25 · the acquisition of the set input into the alarm memory 25 is carried out for the clear separation of the activation signals of the measured value processing at different clock instants, d. h · by the negated clock signal in the clock pause · Memory elements 14 which have been reset in the meantime by the elimination of overshoots of the setpoint range of the scattering; 15; 16 cause the monostable multivibrator to tilt back into the starting position. This ensures that a short-term
tende Sollbereichsüberschreitungen nicht schon zur Ausgabe eines Alarmsignals führen und erat beim unveränderten Vorliegen über einen Mindestzeitraum hinaus ala Prozeßunregelmäßigkeiten angezeigt werden. Sowohl der Alarmspeicher 25 wie auch der Speicher 19 zur Anzeige eines Werkzeugbruches werden nach Beseitigung der Störungen von äußeren Löschsignalen L wieder in ihre Ausgangslage zurückgesetzt. Beim Alarmspeicher 25 geschieht dies mit Einleitung ^edes neuen Schnittes. Beim Speicher 19 erfolgt die Löschung nach dem Austausch des gebrochenen Werkzeuges·tending out of range does not already lead to the output of an alarm signal and, if it remains unchanged over a minimum period of time, the process irregularities are displayed. Both the alarm memory 25 as well as the memory 19 for displaying a tool break are reset to its original position after removal of the disturbances from external deletion signals L. In alarm memory 25, this is done with the introduction of each new cut. The memory 19 is erased after the replacement of the broken tool ·
Claims (5)
dadurch gekennzeichnet,A method for monitoring the machining conditions on a machine tool by continuously measuring a plurality of physical parameters characterizing the machining process, which are evaluated with regard to a state of the machining process that detects a tool breakage or process irregularities,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,2. Method according to item 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Method according to item 1 and 2,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,5. Arrangement according to item 4,
characterized,
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