DD225086A1

DD225086A1 - INDIRECT, CONTINUOUS, PROCESS-BASED WORKING PROCESS MONITORING AND CONTROL SYSTEM FOR TOOLING MACHINES

Info

Publication number: DD225086A1
Application number: DD26438384A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Eilenberger; Peter Weiss; Christian Bergmann
Original assignee: Maw Industriearmaturen Und App
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1985-07-24
Also published as: DD225086B1

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN INDIREKT, KONTINUIERLICH, PROZESSBEGLEITEND ARBEITENDES PROZESSUEBERWACHUNGS- UND -REGELSYSTEM AN WERKZEUGMASCHINEN, WELCHES ALS FLUIDSENSORSYSTEM WIRKSAM IST. UNTER AUSNUTZUNG DES REPRODUZIERBAREN ZUSAMMENHANGS ZWISCHEN DER VORSCHUBKRAFT UND EINER DIESER ENTGEGENWIRKENDEN, VERAENDERLICHEN KRAFTKOMPONENTE, HERVORGERUFEN DURCH UEBERLASTUNG, WERKZEUGVERSCHLEISS..., WERDEN DURCH SIGNALGEBER UND/ODER MESSWANDLER SIGNALE UND STEUERGROESSEN ERZEUGT, DIE EINE PROZESSSTOERUNG EINES BEARBEITUNGSZENTRUMS SIGNALISIEREN BZW. UEBER STEUER-, STELL- UND REGELEINRICHTUNGEN EINE ABSCHALTUNG UND/ODER OPTIMIERTE REGELUNG DES PROZESSABLAUFES BEWIRKEN.THE INVENTION CONCERNS AN INDIRECT, CONTINUOUS, PROCESS-RELATED WORKING PROCESS MONITORING AND CONTROL SYSTEM OF TOOLING MACHINES WHICH IS EFFECTIVE AS A FLUID SENSOR SYSTEM. UNDER EXPLOITATION OF REPRODUCIBLE LINK BETWEEN THE FEED POWER AND ONE OF THESE TOWARDS ACTING, mutable POWER COMPONENT, CAUSED by overload, tool wear ... ARE BY SIGNAL AND / OR MESSWANDLER SIGNALS AND STEUERGROESSEN GENERATED THAT AN PROZESSSTOERUNG A PROCESSING CENTER SIGNAL OR USING CONTROL, SETTING AND CONTROL DEVICES TO OBTAIN A SHUT-OFF AND / OR OPTIMIZED CONTROL OF THE PROCESS PROCESS.

Description

.Titel der Erfindung Title of the invention

Indirekt, kontinuierlich, prozeßbegleitend arbeitendes Prozeßübe rwachungs- und -regelsystem an WerkzeugmaschinenIndirect, continuous, process-accompanying process monitoring and control system on machine tools

Anwendungsgebiete der ErfindungFields of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein umfassendes und betriebssicheres Prozeßüberwachungs- und -regelsystem mit entsprechender Prozeßregelung·, welches prozeßbedingte -Störungen .(Werkzeugye rschieijS, vVarkzeugbruch, Maschinenüberlastung) erfaßt und kompensiert „ Sie ist besonders geeignet zur Erhöhung der Verfügbarkeit (automatischer, unbeaufsichtigter Arbeitsablauf) und zur Verringerung der zeitlichen Nutzungsverluste von ..Bea.rbeitungsmaschinen, insbesondere automatisch arbeitende, spanabhebende Werkzeugmaschinen.The invention relates to a comprehensive and reliable process monitoring and control system with appropriate process control · which detects and compensates for process-related problems (Werkzeugye rschieijS, vVarkzeugbruch, machine overload) "It is particularly suitable for increasing the availability (automatic, unattended workflow) and Reduction of the temporal loss of use of working machines, in particular automatically working, cutting machine tools.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind überwachungseinrichtungen bekannt, die den Schutz vor Schäden an Werkzeugen, Werkstücken und Maschinen garantieren und den Leistungsverlust an den Bearbeitungsmaschinen und den Qualitätsverlust an den Werkstücken verringern. Oberwachungseinrichtungan werden nach der Verfahrensweise der Meßwerterfassung, der Meßwerfumformung und dem MeSort an der Bearbeitungsmaschine unterschieden.There are known monitoring devices that guarantee protection against damage to tools, workpieces and machines and reduce the loss of power at the processing machines and the loss of quality of the workpieces. Monitoring devices are differentiated according to the method of measurement acquisition, measurement throwover and measurement on the processing machine.

1. intermittierend direkt messende Überwachungssysteme1. Intermittent direct monitoring systems

2. kontinuierlich indirekt messende Überwachungssysteme2. continuous indirect monitoring systems

Die intermittierend direkt messenden Systeme gewährleisten eine präzise Ermittlung einer Meßgröße, da beispielsweise die Messung der Meßgröße - Verschleiß, direkt am Werkzeug erfolgt. Nach dieser Verfahrensweise arbeitende Systeme werden in mehreren Patentschriften beschrieben:The intermittently direct measuring systems ensure a precise determination of a measured variable, since, for example, the measurement of the measured variable - wear takes place directly on the tool. Systems operating according to this procedure are described in several patents:

OO - PS 94 300 DO - PS 94 752 DO - PS 139 344OO - PS 94 300 DO - PS 94 752 DO - PS 139 344

Alle Lösungen haben nach verschiedenen Prinzipien arbeitende Werkzeug oder Werkstück abtastende Elemente zur Grundlage. Diese Abtastelemente tasten nach verschiedenen Verfahrensweisen die Werkzeuge ab, stellen durch einen Soll-Ist-Vergleich Werkzeugbruch und den Werkzeugverschleiß fest. Nachteilig ist bei diesen Verfahren das Anfallen der Messzeit als Nebenzeit (Herabminderung der Wirtschaftlichkeit der Maschine) . und weiterhin ist zu berücksichtigen, daß Prozeßkorrekturen erst nach durchgeführter Bearbeitung erfolgen können.All solutions are based on different principles of working tools or workpiece scanning elements. These sensing elements scan the tools according to various procedures, determine tool breakage and tool wear through a target / actual comparison. A disadvantage of these methods is the onset of the measuring time as an auxiliary time (reduction of the economic efficiency of the machine). and furthermore, it should be taken into consideration that process corrections can only take place after the processing has been carried out.

In der Patentschrift OD-PS 113 627 wird dieser Nachteil umgangen, indem ein Verfahren mittels Abtastelektrode zur Feststellung der Abnutzung eines Werkzeuges bei der Bearbeitung vorgeschlagen wird. ... . . . ' ' . . Da Abtastelemente direkt oder unmittelbar in der Nähe der Wirkstellen der Werkzeuge arbeiten, unterliegen sie auch den Störeinflüssen wie Späne, Gl, Temperature·.. und werden dadurch in ihrer Funktionssicherheit eingeschränkt.In the patent document OD-PS 113 627 this disadvantage is circumvented by a method by means of scanning electrode for detecting the wear of a tool during machining is proposed. .... , , ''. , Since sensing elements work directly or directly in the vicinity of the effective points of the tools, they are also subject to interference such as chips, Gl, Temperature · .. and are thus limited in their reliability.

Das Kontrollverfahren mittels Abtastelektrode ermöglicht desweiteren keine prozeßspezifische Regelung entsprechend des Werkzeugverschieißgrades.The control method by means of scanning electrode also allows no process-specific control according to the Werkzeuggeschieißgrades.

Kontinuierlich, indirekt messende Überwachungssysteme erfassen den aktuellen Prozeßzustand, wobei eine prozeßbsstimmende Kenngröße (z.B. Motorstrom, Zerspankraft) auf einen vorgegebenen Grenzwert führt. Sie besitzen den grundlegenden Vorteil, daß beim Erreichen eines bestimmten Grenzwertes das Werkzeug möglichst schnell aus dem Schnitt genommen werden kann. Neben Verkürzung der Hauptzeit (Messzeit als Nebenzeit entfällt) beinhaltet dieses System den wesentlichen Vorteil durch Früherkennung dem Werkzeugbruch und den Folgeschäden vorzubeugen* Geeignete Meßkenngrößen zur kontinuierlichen Erfassung von Prozeßzuständen sind z.B. Motorstrom, Drehmoment, ZerspankraftkOmponenten und Schnittleistungen.Continuous, indirect monitoring systems detect the current process condition, with a process-determining characteristic (e.g., motor current, cutting force) leading to a predetermined limit. They have the fundamental advantage that when a certain limit value is reached, the tool can be taken out of the cut as quickly as possible. In addition to shortening the main time (measuring time as a secondary time is omitted), this system includes the significant advantage of early detection to prevent tool breakage and consequential damage * Suitable measurement parameters for continuous detection of process conditions are e.g. Motor current, torque, cutting force components and cutting performance.

Hieraus werden bekanntermaßen Zusammenhänge zu den Prozeßkenngrößen (z.B. Werkzeugverschleiß) geschlossen» Zur Ermittlung der Meßkanngrößen werden an sich bekannte Kraft- und Momentensensoren angewendet. Auf dieser- Grundlage werden verschiedeneFrom this it is known that relationships to the process parameters (for example tool wear) are closed. "Known force and moment sensors are used to determine the measured parameters. On this basis are different

Systeme mit unterschiedlichen Meßorten und Meßverfahren vorgeschlagen.Systems proposed with different measuring locations and measuring methods.

In der vorgeschlagenen Lösung aus DO-PS 129 045 kommt ein Verfahren zur Anwendung, welches durch Messung der Schnittkraft oder des Schnittmomentes mittels eines mechanischen Meßwertaufnehmers erfolgt, der Änderungen im Ausgang als Signal zur Unterbrechung der Werkstückbearbeitung benutzt.In the proposed solution of DO-PS 129 045 a method is used, which is carried out by measuring the cutting force or the cutting torque by means of a mechanical transducer that uses changes in the output as a signal to interrupt the workpiece machining.

Nachteilig hierbei ist, daß Schnittkraft und Schnittmoment keine ausreichende Aussagekraft als Kenngröße (geringe Zerspankraftänderungen) erzielen.The disadvantage here is that cutting force and cutting moment do not achieve sufficient significance as a parameter (low cutting force changes).

In De-AS 2058847 wird eine ähnliche, mit den selben Nachteilen behaftete Einrichtung zur Messung der Hauptschnittkraft für im Singriff befindliche Werkzeuge angewendet.In De-AS 2058847, a similar device with the same disadvantages is used to measure the main cutting force for tools in the attack mode.

Nach dem Verfahren der magnetisch-elektrischen Drehmomenten-^ messung zum Schutz von Werkzeugen und rotierenden Maschinenteilen arbeitet der Vorschlag "nach DE-AS 2157984ο Auch in dieser Lösung besteht der Nachteil darin, daß durch die Orehmomentenmessung die Ermittlung von Schneidenbruch oder des Standzeitendes sehr unzuverlässig ist, wobei zusätzlich Oberlagerungen von Störeinflüss'en durch rotierende Maschinenelemente auftreten können·After the method of the magnetic-electric torque measurement for the protection of tools and rotating machine parts, the proposal works "to DE-AS 2157984ο Also in this solution, the disadvantage is that the determination of cutting edge break or end of life is very unreliable by the Orehmomentenmessung , wherein in addition upper deposits of disturbing liquids by rotating machine elements can occur ·

Durch an sich bekannte und eigene bestätigende Untersuchungen ist die Vorschubkraftmessung die aussagekräftigere Kanngröße zur Prozeßüberwachung des Zerspanungsprozeßes. Diese Kenngröße liefert erfaßbarere Daten, da die Vorschubkraft wesentlich stärker auf Veränderungen der Schneidengeometrie (Verschleiß, Bruch) reagiert und sich durch einen impulsförmigen Vorschubkraftanstieg bemerkbar macht.By itself known and own confirmatory investigations, the feed force measurement is the more meaningful Kanngröße for process monitoring of the cutting process. This parameter provides more detectable data, since the feed force reacts much more strongly to changes in the cutting edge geometry (wear, breakage) and makes itself felt by a pulse-shaped feed force increase.

Die Vorschubkraftmessungen beim Zerspanen erfordern ein anderes Konzept zur Erfassung, des Bearbeitungsprozesses und. sind in den bekannten Lösungen lediglich auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten.The feed force measurements during machining require a different concept for the detection, the machining process and. are tailored in the known solutions only to the particular application.

Zum Beispiel in DD-PS 150711 wurde eine Sicherheitseinrichtung für Vorschubantriebe von Werkzeugmaschinen erfunden, die die Vorschubkraftmessung in Form der vom Vorschubantrieb erzeugten Axialkraft nutzt <.For example, in DD-PS 150711 a safety device for feed drives of machine tools was invented, which uses the feed force measurement in the form of the axial force generated by the feed drive <.

Durch die DE-OS 2911005 ist eine Sicherheitsabschalteinrichtung zum Schutz von Werkzeug, Werkstück und Antrieb bekannt, welche in Abhängigkeit von der Größe -aer vom Werkzeug auf die Werk-By DE-OS 2911005 a safety shutdown device for the protection of tool, workpiece and drive is known, which depends on the size -aer from the tool to the factory

zeugmaschine ausgeübten Kraftkomponente entgegen der Vorschubrichtung eine SicherrTeitsabschaltung ermöglicht. Diese Einrichtungen erlauben allerdings nur einen Schutz vor Überlast (z.3. Werkzeugbruch) und ermöglichen keine Kontrolle über den Zustand der Verschleißgröße und keine notwendigen Korrekturen aus einem Soll-Ist-Vergleich.machine force against the feed direction allows a Safe shutdown. However, these devices only allow protection against overload (z.3 tool breakage) and do not allow any control over the condition of the wear quantity and no necessary corrections from a target / actual comparison.

Desweiteren kann durch diese Einrichtungen keine Kontrolle über das Vorhandensein beispielsweise eines Bohrwerkzeuges erreicht werden. :Furthermore, by these means no control over the presence of, for example, a drilling tool can be achieved. :

Ziel der Erfindung ^: Object of the invention ^:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein in ein Bearbeitungszentrum integriertes " Prozeßüberwachu'ngs- und-regelsystem zu schaffen, welches den VVerkzeugbruch erkennt, den VerschleißdesWerkzeuges feststellt, die Maschinenüberlastung signalisiert und die notwendigen Korrekturen aus einem Soll-Ist-Vergleich einleitet. Durch Sicherstellung des funktionell reproduzierbaren Zusammenhangs zwischen Meßkenngröße und der zu überwachenden Prpzeßkenngröße als Zusammenhang von schwankenden Prozeßparametern während der Zerspanung, soll die Möglichkeit einer Regelung von Einstellgrößen zur Optimierung des Prozeßablaufes erreicht werdeneThe object of the invention is to provide a process monitoring and control system integrated in a machining center which detects tool breakage, detects tool wear, signals machine overload and initiates the necessary corrections from a target / actual comparison the functionally reproducible relationship between the measured characteristic and the Prpzeßkenngröße to be monitored as a connexion of fluctuating process parameters during machining, the possibility of regulating variables should be achieved to optimize the process flow

Darüber hinaus soll das Prozeßüberwachungs- und -regelsystem folgende Forderung erfüllen:In addition, the process monitoring and control system should meet the following requirement:

-Die statischen und dynamischen Eigenschaften der Maschine und die Größe des Arbeitsraumes dürfen nicht beeinträchtigt werden . -.; ' .-The static and dynamic characteristics of the machine and the size of the working space must not be affected. - .; '.

- Die Meßwertaufnahme soll unabhängig von äußeren Einflüssen (ül, Schsiutz, Temperatur) zuverlässig funktionieren.- The measured value recording should function independently of external influences (ül, Schsiutz, temperature) reliably.

- Der praktische Einsatz soll weitgehende Wartungsfreiheit, hohe Zuverlässigkeit, kostengünstige Bauweise und dia Möglichkeit der unkomplizierten Nachrüstbarkeit garantieren.- The practical application should guarantee a high degree of freedom from maintenance, high reliability, cost-effective design and the possibility of uncomplicated retrofitting.

Darlegung-des Wesens der ErfindungPresentation of the essence of the invention

Das. Wesen der Erfindung besteht in einem Prozeßüberwachungsund -regelsystem zur kontinuierlichen, indirekten, prozeßbegleitenden Messung der Vorschubkraft. Das Meßsystem ermöglicht eine Beeinflussung des Prozeßablaufes während der Bear-The. Essence of the invention consists in a process monitoring and control system for continuous, indirect, process-accompanying measurement of the feed force. The measuring system makes it possible to influence the process flow during the machining process.

beitung und stellt darüber hinaus einen funktionellen reproduzierbaren Zusammenhang zwischen Meßkenngröße (Vorschubkraft) und der zu überwachenden Prozeßkenngröße (Werkzeugverschleiß,...) sicher· -Furthermore, it ensures a functionally reproducible correlation between the measured characteristic (feed force) and the process parameter to be monitored (tool wear, etc.).

Das Prozeßüberwachungs- und -regelsystem hat die Verknüpfung von Fluidtechnik und Elektronik/Elektrotechnik zur Grundlage. Beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide ruft eine Veränderung dieser (Werkzeugbruch, Werkzeugverschleiß) die sprunghafte Erhöhung des Verhältnisses von Vorschubkraft zur Schnittkraft hervor. Die von einem Werkzeug ausgehende Kraft die entgegengesetzt der'Strömungsrichtung eines fluidischen Drucksystems wirkt, kann nur dann kompensiert werden, wenn eine dem entgegenwirkende proportionale Kraft (Druck)unter Voraussetzung einer entsprechenden Stromregelung aufgewendet wird. In Abhängigkeit von der Größe der vom spanenden Werkzeug auf ein druckabhängiges System wirkende Kraftkomponente entgegen der Vorschubrichtung reagieren gemäß der Erfindung ein System von elektro-fluidischen Signalgebern und - Meßwandlern in Verbindung mit Zeitschaltgliedarn, Steuer- und Stelleinheiten und Steuer- und Regeleinrichtungen so auf das druckabhangigs System, daß entsprechend einer Zielgröße zum einen der Zerspanvorgang plötzlich aufgehoben werden kann bzw. der Vorschub proportional der entgegengesetzten Kraftkomponente geregelt wird. Die Prozeßüberwachung erfolgt durch Signalgeber, mit mindestens drei unabhängig voneinander verstellbaren Schaltpunkten gekoppelt über Zaitstellglieder mit einer Steuer- und Stelleinheit.The process monitoring and control system is based on the combination of fluid technology and electronics / electrical engineering. When machining with a geometrically determined cutting edge, a change in this (tool breakage, tool wear) causes a sudden increase in the ratio of the feed force to the cutting force. The force exerted by a tool which acts in the opposite direction of the flow direction of a fluidic pressure system can only be compensated if a counteracting proportional force (pressure) is applied under the condition of a corresponding current regulation. Depending on the size of the forces acting on a pressure-dependent system by the cutting tool force component against the feed direction react according to the invention, a system of electro-fluidic signalers and - transducers in conjunction with Zeitschaltgliedarn, control and actuation units and control and regulating devices so on the druckabhangigs System that according to a target size, on the one hand, the Zerspanvorgang can be canceled suddenly or the feed proportional to the opposite force component is controlled. The process monitoring is performed by signal generator, with at least three independently adjustable switching points coupled via Zaitstellglieder with a control and positioning unit.

Zur Prozeßüberwachung genügen zwei Zielgrößen dies sind, ein oberer und ein unterer Grenzwert.For process monitoring, two target values are sufficient, one upper and one lower limit.

Der obere Grenzwert, der das Standzeitende bzw. den Schneidenbruch des Werkzeuges markiert, wird durch einen auf entsprechenden Maximaldruck eingestallten Schaltpunkt signalisiert (akkustisch, visuell) , oder dieses Signal bewirkt den Rückruf des zerspanenden Werkzeuges über eine Steuer- und Stelleinheit.The upper limit, which marks the end of service life or the cutting edge breakage of the tool, is signaled by a switch point located at the corresponding maximum pressure (acoustically, visually), or this signal causes the tool to be called back via a control and positioning unit.

Der untere Grenzwert ist auf einen Minimaldruck festgelegt, das heißt, der Vorschubdruck übersteigt in einer bestimmten Zeiteinheit nicht den Leerlaufdruck. Dieser Grenzwert zeigt an, daß das zu zerspanende Werkzeug sich nicht im Eingriff befin-The lower limit is set to a minimum pressure, that is, the feed pressure does not exceed the idling pressure in a certain time unit. This limit indicates that the tool being cut is not engaged.

det, also das Werkzeug nicht mehr vorhanden ist. Diese Prozeßstörung, hervorgerufen durch Kollision oder andere plötzliche Überlastung, welche das Werkzeug vollständig zerstört, wird durch zwei Signalschaltpunkte angezeigt. Diese Schaltpunkte '-eines elektro-fluidischen Signalgebers sind so eingestellt,daß der eine in.jedem Fall mit Beginn des Vorschubes schaltet und der andere nur dann, wenn sich das zerspanende Werkzeug im Eingriff befindet. .Erfolgt keine Zerspanung und demnach kein Druckanstieg, das heißt, das Werkzeug fehlt, erfolgt durch den zweiten Signalschaltpunkt keine Signalgebung. Durch das Zeitstellglied wird nach einer festgelegten Zeiteinheit, bei Nichterfolgendes /zweiten Schaltsignals das Stoppen der gesamten Werkzeugmaschine bewirkt» Die Einstellung der einzelnen Signalschaltpunkte auf die entsprechenden Grenzwerte bzw«. Druckstufen erfolgt dadurch, daß unter voller Druckstromerzeugung über ein zusc'haltbares Druckventil diese Grenzwerte/Druckstüfen simuliert werden, die anhand einer.Meßeinrichtung ablesbar sind. Die Prozeßregelung basiert ebenfalls auf der Grundlage der Vorschübdrucke rfassungο Im Gegensatz zu den Signalgebern wird über elekt ro-fluidische Meßwandlar eine,dem entsprechenden Druck proportionals elektrische -Größe/erzeugt.-.det, so the tool is no longer available. This process disturbance, caused by collision or other sudden overload that completely destroys the tool, is indicated by two signal switching points. These switching points of an electro-fluidic signaling device are set so that one switches in each case with the beginning of the feed and the other only when the cutting tool is engaged. If no chipping occurs and there is no increase in pressure, that is, if the tool is missing, no signal is given by the second signal switching point. The timer causes the entire machine tool to be stopped after a defined time unit, if the second switching signal does not succeed or »the setting of the individual signal switching points to the corresponding limit values or«. Pressure stages are effected by simulating these limits / pressure tests under full pressure current generation via a compressible pressure valve which can be read by means of a measuring device. The process control is also based on the Vorschübdrucke rfassungο In contrast to the signal generators via electrof ro-fluidische Meßwandlar a, proportional to the corresponding pressure electrical-generated /.-.

Ober eine elektronische Ansteuerung, die diese elektrische Größe (Ist-Wert) verstärkt und mit einem vorgegebenen Soll-Wart vergleicht .,- erfolgt, durch eine Stauer- und Regeleinrichtung dem ' Varschleißgrad. des spanenden Werkzeuges entsprechende proportionale Stromregelung. Diese Vorschubregelung wird in dam Bereich, in dam dar Zustand der iVerkzeügs'chne'iden einen Zarspanprozeß gewährleistet.du rchgeführt * Bei Überschreitung dieses Be reiches (otandzaitahda) ^: bewirkt die Preisüberwachung die Signalgebung., daß das.-Werkzeug verschlissen ist, .Above an electronic control that amplifies this electrical variable (actual value) and compares with a predetermined desired-Wart., - takes place, by a stagnation and control device the 'Varschleißgrad. the cutting tool corresponding proportional current control. This feed control is rchgeführt in dam area dam represents a state of iVerkzeügs'chne'iden Zarspanprozeß gewährleistet.du * In case of exceeding this Be rich ^{(otandzaitahda)} causes the price control signaling that das. tool is worn..

ÄusführungebeispielÄusführungebeispiel

Die Erfindung soll im folgenden, anhand zweier sich ergänzender Beispiele mit dan dazu 'gehörenden-Zeichnungen Figur i, Figur 2 und Figur 3 näher erläutert werden* Die Figur 1 zaigt das Prozsßübarwachungssystem. In jedar Arbeitsstation, beispielsweise an Längs- und Rundtaktmaschinen,, kommen Druckstromverbrauchar 2 als Schlitten- oder Pinolsneinheiten zum Einsatz, an denen dar Vorschub hydraulisch inThe invention will be explained in more detail below with reference to two complementary examples with dan belonging thereto 'drawings Figure i, Figure 2 and Figure 3 * Figure 1 täigt the Prozsßübarwachungssystem. In jedar workstation, for example, on longitudinal and rotary transfer machines ,, Druckstromverbrauchar 2 are used as sled or Pinolsneinheiten, where the feed hydraulically in

stufenloser Regelung durch Stromregelventile δ und Drosselventile 6 erfolgt. Im praktischen Einsatz können an solchen Bearbeitungseinheiten alle spanabhebenden Arbeiten verrichtet und durch die Erfindung überwacht werden, so zum Beispiel Bohren (auch mehrspindelig), Fräsen, Senken, Reiben, Drehen Einstechen.Stepless control by flow control valves δ and throttle valves 6 takes place. In practical use, all machining operations can be performed on such processing units and monitored by the invention, such as drilling (also multi-spindle), milling, sinking, rubbing, turning grooving.

Die Vorschubsteuerung der Bearbeitungseinheiten erfolgt nach einem vorgegebenen Programm mittels hydraulischer Steuer- und Stelleinheiten 3,4 und entsprechender elektrisch/elektronischer Steuerung.The feed control of the processing units is carried out according to a predetermined program by means of hydraulic control and actuation units 3,4 and corresponding electrical / electronic control.

Die Bearbeitungseinheit ist in diesem konkreten Beispiel eine 3ohreinheit, an der ein Spiralbohrer zum Einsatz kommt. Der in Figur 3 dargestellte, stark idealisierte Arbeitszyklus zeichnet den .Zarspan.ur.gsprqzs.ß unter ungestörten, Arbeitsbedingungen, auf. Die hydraulischen Druckspitzen (Eirischaltspitzen} Zylinderendanschlag), die über, bzw. unter den zu schaltenden "kritischen Druckstufen (Grenzwerte) liegen, werden durch die den Signalgebern 8, .9 nachgeschaltete-Zeitstellglieder 16.1, 16.2 abgefangen. Das Zeitstellglied 16.1 entfällt, wenn die Zy lindere rid 1 a^; ge ri'a Bs c'Haltung vor dem Zylinderendanschlag erfolgt. Mit Veränderung der geometrisch bestimmten Bohrerschneide erfolgt bei geregelter Vorschubgeschwindigkeit durch das Stromregelventil 5, je nach Größe der vom Bohrwerkzeug auf den Druckstromverbraucher 2 wirkenden Kraft, entgegen des Vorschubverlaufes über die Fluidleitung 18 ein proportionaler Anstieg des hydraulischen Druckes, vorausgesetzt es erfolgt eine konstante Druckstromerzeugung bzw. ss existiert sin geschlossenes fluiciisches Druck sy s.t em. Erreicht das Bohrwerkzeug das Standzeitende, bzw. ist die Schneide gebrochen, steigt demnach der hydraulische Vorschubdruck Pv an. Nach vorher, entsprechend dem Verschleiß ermittelten und festgelegten Druckstufen (oberer Grenzwert), erfolgt durch den Signalgeber 8, in diesem Seispiel einen elektro-hydraulischen Einpunktdruckscnalter (Schaltpunkt einstellbar), über eine Elektroleitung 19 und über das Zeitstellglied 16.1 an die Steuer- und Stelleinheit 3, beispielsweise ein Wegeventil, ein elektrisches Schaltsignal welches bewirkt, daß das Bohrwerkzeug umgehend aus dem Zerspan-The processing unit is in this particular example a 3ohreinheit on which a twist drill is used. The highly idealized working cycle illustrated in Figure 3 records the .Zarspan.ur.gsprqzs.ß under undisturbed working conditions. The hydraulic pressure peaks (Eirischaltspitzen} cylinder end stop), which are above, or below the "critical pressure levels (limits) to be switched, are intercepted by the time encoders 16.1, 16.2 connected downstream of the signal generators 8, 9. The time actuator 16.1 is omitted when the Zy assuage rid 1 ^a; ge Ri'a Bs c'Haltung takes place before the Zylinderendanschlag with change of geometrically defined cutting edge is carried out at a controlled feed rate through the flow control valve 5 depending on the size of the force acting by the drilling bit to the pressure flow loads 2 force against the feed path. via the fluid line 18, a proportional increase in the hydraulic pressure, provided that there is a constant pressure current generation or ss exists closed fluiciisches sy st em. If the drilling tool reaches the end of life, or the cutting edge is broken, therefore, the hydraulic feed pressure Pv increases. After before, according to the Ver wear and determined pressure levels (upper limit), carried by the signal generator 8, in this example, an electro-hydraulic Einpunktdruckscnalter (switching point adjustable), via an electric line 19 and the timer 16.1 to the control and positioning unit 3, for example, a directional control valve, an electrical switching signal which causes the drilling tool to be removed immediately from the machining

! ^: — 8 - ' . . ι! ^: - 8 - '. , ι

Prozeß herausgenommen wird· Neben der Verschleißerkennung wird somit dem Werkzeugbruch vorgebeugt,Process is taken out · In addition to the wear detection, the tool break is thus prevented,

Ein zweiter Signalgeber 9, mit zwei voneinander unabhängig einstellbaren Schaltpunkten, beispielsweise ein elektro-hydraulischer Zweipunktschalter, ist erfindungsgemäß so eingestellt, daß er am unteren Grenzwert (Bohrwerkzeug nicht vorhanden) ein analoges Schaltsignal an die Steuer- und .Stelleinheit 3 abgibt» Im ungestörten Prozeßablauf werden vom Signalgeber 9 beide Schaltsignale abgegeben, welches bedeutet, daß der Zerspanprozeß am unteren Grenzwert normal verläuft. Wird kein zweites Schaltsignal vom Signalgeber 9 erzeugt, also kein Vorschubdruck-. anstieg erfolgt, das heißt, der Vorschubdruck im Beispiel Figur 3 mit IO MPa über die Zeit abläuft bedeutet dieses, Bohrwerkzeug ist nicht vorhanden. Oe nach Zylinderendlagenabschaltung erfolgt die elektrische Verknüpfung der Schaltsignale so, daß entweder das zweite Signal das erste Signal aufhebt unter Berücksichtigung einer Mindestzeiteinheit (durch Zeitstellglied 15 i-2)V oder daß. nach Schaltung des e rsten Sign ales in einer bestimmten Zeiteinheit; das Schalten des.zweiten Signals= erfolgen muß. Qas Einstel;len\der Signalgeber 8, 9 auf die entsprechenden ,Grenzwerte (Zielgrößen) erfolgt durch eine Meßeinrichtung 11 mit druckstoßschützender Blende 12, in Verbindung mit einem Druckventil 7.2. A second signal generator 9, with two independently adjustable switching points, such as an electro-hydraulic two-point switch, according to the invention is set so that it at the lower limit (drilling tool not present) an analog switching signal to the control and .Stelleinheit 3 gives »In the undisturbed process are emitted by the signal generator 9, both switching signals, which means that the machining process at the lower limit is normal. If no second switching signal generated by the signal generator 9, so no feed pressure. increase occurs, that is, the feed pressure in the example Figure 3 runs with IO MPa over time means this, drilling tool is not available. Oe after Zylinderendlagenabschaltung the electrical connection of the switching signals takes place so that either the second signal cancels the first signal, taking into account a minimum time unit (by timer 15 i-2) V or that. after switching the first signal in a certain time unit; the switching of the second signal must occur. Qas setting the signal generator 8, 9 to the corresponding, limit values (target variables) is effected by a measuring device 11 with pressure shock-protecting diaphragm 12, in conjunction with a pressure valve 7.2.

Das Druckventil 7ol, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil, ermöglicht die Einstellung eines bestimmten Systemdruckes unter voller Druckstromerzeugung mittels eines Druckstromerzeugers I₁ um die.Signalgeber 3, 9 auf die entsprechenden Grenzwerte einstellen zu. können . . The pressure valve 7ol, for example, a pressure limiting valve, allows the setting of a specific system pressure under full pressure current generation by means of a pressure generator I ₁ to die.Signalgeber 3, 9 set to the appropriate limits. can . ,

Das Druckventil 7o2 ist zusätzlich vorgesehen,, um das Druckventil 7.1 und den damit festgelegten Anlagendruck zum Betreiben der Werkzeugmaschine nicht ständig verstellen und. nachträglich wieder einjustieren zu müssen»The pressure valve 7o2 is additionally provided to not permanently adjust the pressure valve 7.1 and the system pressure set for operating the machine tool and. retroactively adjust again »

Zur, Optimierung des Einstellvorganges in praktischer und ökonomischer Hinsicht erfolgt über ein fluidisches Steuer- und Regelorgan IC, ausgelegt als Manometerwahlventil, die Zuschaltung von mehr als einer Bearbeitungseinheit in Verbindung mit den Signalgebern 3, 9 und Zeitstellgliedern 15.1, 16„2. Das erfindungsgemäße Prozeßüberwachungssystem ist an entsprechenden Bearbeitungsmaschinen als kompaktes Gerät unkompliziertTo, optimization of the adjustment process in practical and economic terms via a fluidic control and regulating IC, designed as a manometer selector valve, the connection of more than one processing unit in conjunction with the signal generators 3, 9 and time actuators 15.1, 16 "2nd The process monitoring system according to the invention is uncomplicated on corresponding processing machines as a compact device

nachrüstbar.retrofitted.

Das System ist direkt vor den Druckstromverbraucher 2 zu installieren um einen weitestgehend unverfälschten Prozeßzustand ermitteln zu können.The system is to be installed directly in front of the pressure current consumer 2 in order to be able to determine a largely unadulterated process condition.

Eine weitere Grundvoraussatzung für die volle Wirksamkeit dieses Prozeßüberwachungssystems stellt das 3tromregelvantil 5 dar, denn dieses Element garantiert die für das System benötigte ölstromregelung in Unabhängigkeit von Druck und Temperatur, das heißt, daß im Gegensatz zu einer Drossel eine lastunabhängige Regelung erfolgt.Another Grundvoraussatzung for the full effectiveness of this process monitoring system is the 3tromregelvantil 5, because this element guarantees the required for the system oil flow control independence of pressure and temperature, that is, in contrast to a throttle is a load-independent control.

Die Vervollkommnung des Prozeßüberwachungssystems zum Prozeßregelsystem Figur 2, basiert auf der Schaltung der vorangegangenen Ausführung zur Figur 1·The perfection of the process monitoring system to the process control system Figure 2, based on the circuit of the preceding embodiment to Figure 1

Die s:rfindungsgernäße Prozeßregelung Figur 2, als die der Schnittleistung angepaßte kontinuierliche Vorschubregelung, arbeitet auf der Grundlage der Umwandlung f luidi.s.cher zu einheitlichen elektrischen Abbildungsgrößen, die wiederum als Ausgangsgrößen für fluidische Regel- und Steuervorgänge herangezogen werden. Im konkreten Beispiel erfolgt durch eine elektronische Ansteuerung 15, .bestehend .aus. einem.,,Verstärker mit entsprechender Regalfunktion (Soll-Ist-Vergleich), Sollwertgebung, Spannungs- und Leistungsverstärkung, die Regelung eiher durch 'einen Filter schmutzgeschützten Steuer- und Regeleinrichtung 14, zum Beispiel eines Proportional-Stromregelventils mit zugehörigem Druckdifferenzventil 14.3.2, as the continuous feed control adapted to the cutting performance, operates on the basis of the conversion f luidi.s.cher to uniform electrical magnitudes, which in turn are used as output variables for fluidic control and control operations. In the concrete example, by an electronic control 15, .bestehend .aus. a. ,, Amplifier with appropriate shelf function (target-actual comparison), setpoint, voltage and power gain, the control eiher by 'a filter dirt-protected control and regulating device 14, for example, a proportional flow control valve with associated pressure differential valve 14.3.

Dieses Proportional-Stromregelventil übt durch lagegeregelte Steuermagnete 14.2.1, 14.2.2 auf den Druckstromverbraucher 2 in Verbindung mit dem Wegsensor .14.1, dem Meßwandler 13 und 'der elektronischen Ansteuerung 15 eine vorschubdruckabhängige Stromregelung aus »This proportional flow control valve exercises by position-controlled control magnets 14.2.1, 14.2.2 on the pressure flow consumer 2 in conjunction with the displacement sensor .14.1, the transducer 13 and 'the electronic control 15 a feed pressure-dependent current control from »

Steigt der durch das mehr und mehr verschleißende Werkzeug ansteigende Gegendruck, erfolgt durch den elektro-fluidischen Meßwandler 13, beispielsweise einen Druckauf nehmer, die Umwandlung der Druckgröße in eine entsprechende Spannungsgröße. Diese Spannungsgröße (Ist-Wert) und die Information über die Stellung, des Ventilkolbenlängsschiebers durch den Wegsensor 14.1 gehen in die elektronische Ansteuerung 15 ein_o Von diesem geht ein elektrischer Soll-Wert, der einer bestimmten Kolbenlängsschieberstellung entspricht an die Steuermagnets 14.2.1, 14.2.2.Increases the increasing by the more and more abrasive tool counter pressure, takes place by the electro-fluidic transducer 13, for example, a Druckauf participants, the conversion of the print size in a corresponding voltage magnitude. This voltage value (actual value) and the information about the position of the valve piston longitudinal slide by the displacement sensor 14.1 go into the electronic control 15 _o from this is an electrical reference value corresponding to a certain piston longitudinal slide position to the control magnet 14.2.1, 14.2 .2.

-XU--XU-

In Abhängigkeit von der positiven oder negativen Momentandifferenz zwischen Soll-Ist-Wert wird der entsprechende Steuermagnet 14.2.1, 14.2.2 erregt und der Kolbenlängsschieber in-die die Differenz vermindernde Richtung verschoben. Es erfolgt somit' eine Vorschubregelung des Druckstromverbrauchers 2 in Abhängigkeit , der Prozeßkenngröße Werkzeugverschleiße Die Prozeßregelung erfolgt in dem Bereich zwischen normalen Bohrverlauf und dem Standzeitende des Bohrwerkzeuges am oberen Grenzwert, wo dann zusätzlich eine entsprechende Signalgebung durch den Signalgeber 9 . erfolgt„Depending on the positive or negative instantaneous difference between the setpoint-actual value, the corresponding control magnet 14.2.1, 14.2.2 is energized and the piston longitudinal slide is displaced in the direction that reduces the difference. The process control takes place in the area between the normal course of drilling and the end of life of the drilling tool at the upper limit, where then additionally a corresponding signaling by the signal generator. 9 he follows"

Ist.die Auflösung zwischen der Prozeßkenngröße Verschleiß und dam ungestörten Zerspanprozeß nicht ausreichend, was bei im Durchmesser kleinen Bohrwerkzeugen -auf tritt, sind die Signalgeber 8, 9 durch einen feinfühligeren Meßwandler 13 zu ersetzen.Ist.die resolution between the process parameter wear and dam undisturbed Zerspanprozeß is not sufficient, which occurs in small diameter drilling tools -auf the signal generator 8, 9 are replaced by a sensitive transducer 13.

Claims

-JLl-

trf indungsar.sp smells;

1. Indirect, continuous, process-accompanying Prozeßüberwachungs- and -regelsystem by determining the feed pressure to machining centers, in particular automatic, cutting machine tools for detecting tool breakage, tool wear, material inhomogeneities and machine overload and the detection of the reproducible relationship between measurement and process characteristic, provided for Process optimization and protection of tool, workpiece and machine characterized in that the process monitoring and control system in the assignment and circuitry of the elements (2, 3, 5, 7.2, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 14.1, 14.2.1, 14.2.2, 14.3, '15, 16.1, 15.2, 18, 19) of a pressure-dependent sphere of action as a fluid sensor system by detecting and controlling the current process state.

2. Process monitoring and control system according to item 1, thereby

characterized in that a number of "signal transmitters (8, 9) together with at least three independently adjustable switching points via time actuators (IS.1, 1S.2) to a control and positioning unit for each tool, tool group or processing unit to be monitored (3) and / or at least one transducer (13) via an electronic control (15) on a control and regulating device (14) act.

3. process monitoring and control system according to item 1, 2, characterized in that by a connection to be closed by means of a fluidic stagnation and control element (IC) with at least one inlet and a neßeinrichtung (11) and a pressure valve (7.2) for at least one Saar'osiungung unit to measure the system pressure centrally and is adjustable to adjust the signal generator.