DD225932A1 - Einrichtung zur brucherkennung an mehrschneidigen werkzeugen, insbesondere an fraesern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, insbesondere an Fraesern, die in einer bedienerarmen Fertigung eingesetzt werden. Die waehrend des Bearbeitungsprozesses am Maschinentisch auftretenden Schwingungen werden mittels Schwingungsaufnehmer aufgenommen und verstaerkt und ueber eine selektive, drehzahlgesteuerte Bandpassschaltung und einem drehzahlsynchronen Fensterdiskriminator bewertet, wobei die durch defekte Schneiden erzeugten, vom Grundpegel stark abweichenden Schwingungen zu einem Werkzeugbruchsignal fuer die Maschinensteuerung verarbeitet werden.

Description

Es werden alle Schwingungen, die durch den Maschinenantrieb und den normalen Zerspanungsprozeß hervorgerufen werden, vom Filter unterdrückt und nur die einen einstellbaren Schwellwert überschreitenden Schwingungsanteile, die durch defekte Schneiden hervorgerufen werden, einem Komparator und einem Fensterdiskriminator zugeleitet.

Periodische, mit der Umlauffrequenz der Hauptspindel, den Schwellwert überschreitende und in der Regel von defekten Schneiden hervorgerufene Schwingungen, werden zu einem Störungssignal für die Maschinensteuerung umgeformt.

Nichtperiodische oder einmalige Schwellwertüberschreitungen werden ebenfalls unterdrückt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, insbesondere an Fräsern ist geeignet, den Zustand der einzelnen Schneiden exakt zu überwachen und bei auftretenden Defekten an einzelnen Schneiden Signale an die Maschinensteuerung zu übermitteln, um eine Unterbrechung des Schneidvorganges und gegebenenfalls einen Werkzeugwechsel zu veranlassen. Dadurch können Störungen im Fertigungsablauf und Bearbeitungsfehler an Werkstücken verhindert und damit Fertigungskosten eingespart werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1: Das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Werkzeugbrucherkennung Figur 2: Fensterdiskriminator und

Figur 3: Impulspian der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Werkzeugbrucherkennung Der Schwingungsaufnehmer 1 einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, beispielsweise einem Fräser, ist an dem Werkstücktisch der Fräsmaschine befestigt.

Die im Betriebszustand vom Schwingungsaufnehmer 1, vorzugsweise einem piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, aufgenommenen Schwingungen werden zunächst im Verstärker 2 verstärkt und einer Bandpaßschaltung 3 zugeleitet, die auf die Umlauffrequenz der Hauptspindel als Mittelfrequenz abgestimmt ist. Die Abstimmung erfolgt entweder von Hand oder von der Drehzahlstellung der Werkzeugmaschine. Tritt nun zum Zeitpunkt t₀ der Bruch einer Schneide auf, so entsteht beim Durchgang der gebrochenen Schneide durch den Werkstoff ein Schwingungssignal, daß sich in Frequenz und Amplitude wesentlich vom durch den Zerspanungsprozeß hervorgerufenen Grundpegel unterscheidet. Das verstimmbare Filter der Bandpaßschaltung 3, deren Durchlaßfrequenz f =-§g (sec~¹) beträgt, überträgt nur das Schwingungssignal, welches durch Schneidenbruch hervorgerufen wird, ungedämpft und leitet es einem Komparator 4 zu.

Im Komparator wird dieses Signal 11 mit einer einstellbaren Schwellspannung verglichen.

Überschreitet die Amplitude des vom Bandpaß kommenden Signales die Schwellspannung, so wird am Ausgang 13 des Komparators ein Signal bereitgestellt.

Um eine zusätzliche Sicherheit gegen Störsignale zu erzielen, die durch Schwingungssignalanteile ausgelöst, jedoch nicht durch Werkzeugschneidenbruch hervorgerufen werden, wird das Signal 13 durch einen mit der Spindeldrehzahl über Signal 14 synchronisierbaren Fensterdiskriminator 5 auf Periodizität gewertet. Dieser Fensterdiskriminator 5 besteht aus dem haltezeitverstellbaren monostabilen Multivibrator 6, der nach Ablauf seiner Haltezeit den zweiten monostabilen Multivibrator startet, der einen Fensterimpuls 16 dem UND-Gatter 7 zuführt. Treffen dieser Fensterimpuls 16 gleichzeitig mit dem Signal 13 im UND-Gatter 7 zusammen, so entsteht das Werkzeugbruchsignal 8.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, insbesondere an Fräsern mittels Schwingungsauswertung, vorzugsweise zur Störungsüberwachung an Werkzeugmaschinen, im wesentlichen bestehend aus: Schwingungsaufnehmer, Verstärker, Schwellwertschalter und monostabile Multivibratoren, gekennzeichnet dadurch, daß direkt am Maschinentisch oder Werkstück einer Werkzeugmaschine ein, vorzugsweise piezoelektrischer Schwingungsaufnehmer (1) angebracht wird, an diesen elektrisch angekoppelt ein Verstärker (2), eine selektive, drehzahlgesteuerte Bandpaßschaltung (3) und ein Komparator (4) angeordnet sind und daß mittels eines nachgeschalteten, drehzahlsynchronen Fensterdiskriminators (5), der insbesondere aus verknüpften monostabilen haltezeitverstellbaren Multivibratoren (6) und einem UND-Gatter (7) besteht, ein von periodischen Schwingungsausschlägen defekter Schneiden hervorgerufenes Ausiösesignal, insbesondere zur Steuerung der Werkzeugmaschine, am Ausgang (8) anliegt.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, insbesondere an Fräsern mittels einer Schwingungsauswertung vorzugsweise zur Störungsüberwachung an Werkzeugmaschinen, die in einer bedienarmen Fertigung eingesetzt werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es sind bereits Einrichtungen zur Brucherkennung an Schneidwerkzeugen bekannt, die mittels elektronischer Schwingungsauswertung das Schwingungsspektrum des Spannungsprozesses einer Werkzeugmaschine auswerten, um den Schneidenzustand der Werkzeuge zu erkennen.

   Beispielsweise wird in einer Offenlegungsschrift DE OS 301 7020 eine Einrichtung beschrieben, bei der das Frequenzspektrum der vom Maschinenantrieb einer Fräsmaschine aufgenommenen Leistung ausgewertet wird, um den Zustand der Schneiden des Fräsers darzustellen. Diese Einrichtung ist jedoch nur durch einen konstruktiven Eingriff in den Maschinenantrieb realisierbar und sie liefert in einigen Fällen keine auswertbaren Aussagen, da sich die am Werkzeug auftretenden Wechselkräfte nicht nur infolge von Werkzeugabstumpfung bzw. -beschädigung sondern häufig auch durch andere Einflüsse ändern. Eine weitere bekannte Einrichtung wird in der Patentschrift Ch PS 591691 dargestellt: Sie sieht vor, die am Werkzeugtisch oder am Werkzeughalter auftretenden Schwingungen auszuwerten. Mittels einer elektronischen Auswertschaltung wird hier der Schwingungspegel der Maschine im normalen Zerspanungsablauf gespeichert und mit den momentanen Schwingungspegel des Zerspanungsvorganges verglichen.

   Wenn der Schwingungspegel infolge eines Werkzeugbruches oder einer Werkzeugabstumpfung ansteigt, dann wird in einer Speicherschaltung ein Differenzsignal gebildet, das bei Überschreitung eines kritischen Wertes durch einen Komparator zu einem Steuersignal an die Maschinensteuerung umgewandelt wird, womit die Maschine abgeschaltet werden kann. Diese Lösung geht davon aus, daß bei einem Schaden am Werkzeug oder bei dessen Verschleiß das Beschleunigungssignal generell ansteigt. Für einen Fräserkopf mit mehreren Schneiden ist diese Einrichtung jedoch nicht geeignet. Es sind keine eindeutigen Abhängigkeiten des Beschleunigungssignals vom Verschleißzustand bekannt. Eigene Untersuchungen bestätigen dies.

   Bei Bruch einer Schneide am Fräserkopf ergibt sich noch kein auswertbarer Unterschied des benötigten quadratischen Mittelwertes zum Normalpegel. Dieser tritt dann auf, wenn der überwiegende Teil der Schneiden möglichst gleichmäßig beschädigt ist.

   Es kommt aber darauf an, bei der ersten gebrochenen Schneide ein Signal zu erhalten, um eine weitere Beschädigung des Werkzeuges, Ausschuß des Werskstückes und eine mögliche Havarie an der Maschine zu vermeiden. Diese bekannte Einrichtung und Schaltungsordnung ermöglichen das noch nicht.

   Im Schwingungspegel der Werkzeugmaschine sind auch Schwingungserhöhungen beispielsweise von benachbarten Maschinen enthalten, welche von der Auswertung als Pegelerhöhung aufgenommen und als Störsignal gewertet und verarbeitetwerden, ohne daß eine tatsächliche Veränderung im Schneidprozeß {Werkzeugbruch) vorliegt. Es kommt somit zu unbegründeten Maschinenabschaltungen und Störungen im Fertigungsprozeß. Weiterhin machen sich gleichmäßige Abstumpfungen aller Werkzeugschneiden nicht generell als Erhöhung des Schwingungspegels bemerkbar. In solchen Fällen wird mit abgestumpftem Werkzeug weiter bearbeitet und es entstehen Ausschußwerkstücke.

   Es kommt darauf an, einen Werkzeugbruch einzelner Schneiden beispielsweise als Folge von Materialfehlern frühzeitig zu erkennen.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der Schwingungsauswertung von F'nrchtungen zur Brucherkennung, insbesondere an Fräsern, vorzugsweise an Werkzeugmaschinen in einer bedienerarmen Fertigung zu erhöhen, um Störungen im Fertigungsablauf frühstmöglich zu erkennen und Fertigungsausschuß durch defekte Werkzeuge auszuschließen.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Brucherkennung an mehrschneidigen Werkzeugen, insbesondere an Fräsern vorzugsweise für Werkzeugmaschinen, die in bedienerarmen Fertigungen eingesetzt werden, zu entwickeln, die das Schwingungsspektrum des Zerspanungsprozesses analysiert und Schwingungsausschläge einzelner defekter Schneiden erkennt und daraus gewonnene Störungssignale an die Maschinensteuerung gibt.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß direkt am Maschinentisch oder Werkstück einer Werkzeugmaschine ein vorzugsweise piezoelektrischer Schwingungsaufnehmer angebracht wird, an diesen elektrisch angekoppelt ein Verstärker, eine selektive, drehzahlgesteuerte Bandpaßschaltung und ein Komparator angeordnet sind und daß mittels eines nachgeschalteten, drehzahlsynchronen Fensterdiskriminators, der insbesondere aus verknüpften monostabilen, haltezeitverstellbaren Multivibratoren und einem UND-Gatter besteht, ein Auslösesignal, insbesondere zur Steuerung der Werkzeugmaschine, erzeugt wird.