DD227919A1

DD227919A1 - Einrichtung zur spanformueberwachung bei der spanenden metallbearbeitung

Info

Publication number: DD227919A1
Application number: DD26897584A
Authority: DD
Inventors: Manfred Reissig
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1985-10-02
Also published as: GB2167694B; FR2572321A1; JPS61110035A; DE3533525A1; GB2167694A; GB8526895D0

Abstract

Einrichtung zur Spanformueberwachung bei der spanenden Metallbearbeitung hinsichtlich langer ungebrochener sowie das Werkzeug umwickelnder Spaene, die als Kontaktelemente durch Ausnutzung ihrer elektrischen Leitfaehigkeit einen Stromkreis ueber das in einer Werkzeugspannvorrichtung aufgenommene Werkzeug und einer Kontaktstelle im Spanraum zu einer Auswerteschaltung schliessen, insbesondere fuer automatisch arbeitende Drehmaschinen. Die Einrichtung soll unter Produktionsbedingungen zuverlaessig und sicher sein und weder die Maschinenfunktionen noch den Werkzeug- und Werkstueckwechsel beeintraechtigen. Kontaktelemente sollen vom Werkzeug ferngehalten werden. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass die Werkzeugspannvorrichtung in unmittelbarer Umgebung der Einspannstelle des Werkzeuges auf der dem Werkstueck zugewandten Stirnflaeche sowie den sich unmittelbar anschliessenden Seitenflaechen mit einer zum Grundkoerper der Werkzeugspannvorrichtung isolierten elektrisch leitenden Schicht versehen ist, die mit einer durch das Innere der Werkzeugspannvorrichtung verlegten Uebertragungsleitung verbunden ist, welche nach aussen ueber eine Anschlussstelle zur Auswerteschaltung gefuehrt ist, durch die bei Dauerkontaktgabe ein Signalausgang Wickelspan und bei intermittierender Kontaktgabe ein Signalausgang Langspan aktiviert ist. Fig. 3

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur Spanformüberwachung bei der spanenden Metallbearbeitung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Einrichtung zur Spanformüberwachung bei der spanenden Metallbearbeitung hinsichtlich langer ungebrochener sowie das Werkzeug umwickelnder Späne, die als Kontaktelemente durch Ausnutzung ihrer elektrischen Leitfähigkeit einen Stromkreis über das in einer Werkzeugspannvorrichtung aufgenommene Werkzeug und einer Kontaktstelle im Spanraum zu einer Auswerteschaltung schließen, insbesondere für automatisch arbeitende Drehmaschinen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Drehbearbeitung wird im Zusammenhang mit der Entwicklung von Fertigungszellen für die bedienarme Produktion die Kontrolle und Beherrschung der Späne zu einem erstrangigen Problem. Unerwünschte Spanformen, wie Wirr- und Bandspäne, haben oft Beschädigungen der Werkstückoberfläche und eine Behinderung des automatischen Werkstück- und Werkzeugwechsels zur Folge. Außerdem erhöht sich die Gefahr von Werkzeugbrüchen. Die Wiri— und Bandspäne behindern zudem den Spänetransport und führen zu einem hohen Raumbedarf für den Spänetransport. Aus allen diesen nachteiligen Begleiterscheinungen der unerwünschten Spanformen

resultieren Maschinenstillstandszeiten und Unfallquellen bei der Spänebeseitigung .

Zur Verhinderung der Entstehung solcher Wirr- und Bandspäne sind bereits die unterschiedlichsten Maßnahmen getroffen worden. So wird durch entsprechende Ausbildung der Werkzeugschneiden oder durch zusätzliche den Vorschubantrieb überlagerte Schwingbewegungen ein Spanbruch herbeigeführt. Eine andere Möglichkeit besteht in der auf kurze Späne gezielten technologischen Vorgabe der Schnittparamter.

An automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen, die mit einer Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge ausgerüstet sind (Werkzeugspeicher und selbsttätigem Werkzeugwechsel) und aus ökonomischen Gesichtspunkten mit optimalen Schnittwerten programmiert sind, lassen sich unerwünschte Spanformen nicht mit Sicherheit von vornherein ausschließen. Ursache dafür ist die Vielzahl und die Streuung der spanformbeeinflussenden Eigenschaften des Systems Werkzeugmaschine-Werkzeug-Werkstück . Eine externe Vorherbestimmung der Spanformen ist gegenwärtig mit ausreichender Zuverlässigkeit nicht möglich. Deshalb liegt der heute beschrittene Weg zur Vermeidung von Schäden als Folge ungünstiger Spanformen in der Entwicklung von Einrichtungen zur automatischen Spanformerkennung .

Bekannte Einrichtungen zur Spanformerkennung basieren auf der Messung der Wärmestrahlung oder der Ultraschallreflexion des ablaufenden Spanes. Eine andere bekannte Spanformüberwachung arbeitet mit Näherungsinitiatoren bzw. Lichtschranken. Zur Spanformerkennung ist auch schon der dynamische Vorschubkraftanteil ausgenutzt worden.

Man hat bei der Drehbearbeitung versucht ^die Spanform über die Ermittlung der Spanablaufrichtung zu erfassen. Dafür ist an drei unterschiedlichen Stellen der Span- und Freifläche des Drehmeißels je ein Kontaktstück isoliert aufgesetzt, über welches durch den ablaufenden Span ein Stromkreis zu einer Auswerteschaltung geschlossen wird.

Keine dieser bekannten Lösungen sind bisher praxiswirksam gewoi— den. Es handelt sich in allen Fällen um Labormuster und entspre-

chend dafür konzipierte Sensoren, die für den Einsatz unter Produktionsbedingungen nicht geeignet sind, weil sie den Arbeitsraum der Maschine einengen und den automatischen Werkstück- bzw . Werkzeugwechsel behindern würden. Die meisten dieser Sensoren sind unter Einsatz von Fertigungshilfsstoffen in ihrer Funktion beeinträchtigt. Außerdem ist der Aufwand für die Signalgewinnung und die Signalübertragung sehr hoch. Bei Werkzeugmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel und der am Werkzeug vorgesehenen Kontaktsensoren entstehen zusätzliche Probleme für die Signalübertragung , um die Funktionsfähigkeit mit vertretbarem technischen Aufwand zu gewährleisten. Hinzu kommt, daß die Sensoren mehr oder weniger gegen äußere Krafteinwirkungen empfindlich sind und durch den Spanablauf Beschädigungen ausgesetzt sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat eine Einrichtung zur Spanformüberwachung zum Ziel , die bei hoher Zuverlässigkeit und Störsicherheit den Anforderungen des Produktionseinsatzes gerecht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Spanformüberwachung bei der spanenden Metallbearbeitung hinsichtlich langer ungebrochener sowie das Werkzeug umwickelnder Späne mittels Kontaktelementen zu schaffen, die unabhängig von der Schrupp- oder Schlichtbearbeitung auch unter Einsatz von Fertigungshilfsstoffen funktionsfähig sein soll , wobei die Kontaktelemente vom Werkzeug ferngehalten werden sollen und die Maschinenfunktionen sowie der Werkstück- und Werkzeugwechsel nicht beeinträchtigt werden soll .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Werkzeugspannvorrichtung in unmittelbarer Umgebung der Einspannstelle des Werkzeuges auf der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche sowie den sich unmittelbar anschließenden Seitenflächen mit einer zum Grundkörper der Werkzeugspannvorrichtung isolierten elektrisch leitenden

Schicht versehen ist. Diese Schicht ist mit einer durch das Innere der Werkzeugspannvorrichtung verlegten Übertragungsleitung verbunden, welche nach außen über eine Anschlußstelle zur Auswerteschaltung geführt ist, durch die bei Dauerkontaktgabe ein Signalausgang "Wickelspan" und bei intermittierender Kontaktgabe ein Signalausgang "Langspan" aktiviert ist.

Als elektrisch leitende Schicht sind vorzugsweise auf den Flächen der Werkzeugspannvorrächtung verschleißfeste Bleche isoliert aufgesetzt. Diese Bleche sollten vorteilhaft aus nächtmagnetisserbarem Material bestehen.

Bei einer Werkzeugspannvorrichtung als Teil eines Revolverkopfes ist die Anschlußstelle als induktiver Näherungsinitjator ausgebildet. Bei einem bereits vorhandenen drahtlosen Meßsignalübertrager, der zur Abnahme der Meßsignale von einem im Revolverkopf einwechselbaren Meßtaster vorgesehen ist und die Meßsignale vom Revolverkopf zum feststehenden Werkzeugträgerteil überträgt, ist die am feststehenden Werkzeugträgerteil angeordnete Empfangsseite des Meßsignalübertragers über eine Torschaltung mit der Auswerteschaltung verbunden .

Vorzugsweise ist der Signalausgang "Wickelspan¹¹ bei einer vorgegebenen Dauerkontaktzeit aktiviert, die im Bereich zwischen 0,5 bis 4 Sekunden liegt und der Signalausgang "Langspan" bei einer vorgegebenen Kontaktfrequenz aktiviert, die im Bereich zwischen 2 bis 50 Hz liegt. Der Signalausgang der Auswerteschaltung ist auf eine den Vorschubantrieb stufig erhöhende Sollwertquelle geschaltet.

Ausführungsbeispiel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 Eine Ansicht der dem Werkstück zugewandten Seite einer Werkzeugspannvorrichtung für ein Drehwerkzeug,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugspannvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Signalgewinnung, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie A-B in Fig. 1,

Fig. 5a den Signalverlauf bei gebrochenen Spänen,

Fig. 5b den Signalverlauf bei ungebrochenen Spänen und den daraus von der Auswerteschaltung abgeleiteten Signalausgängen "Langspan" bzw. "Wickelspan".

Die Einrichtung zur Spanformüberwachung wird an Hand eines standai— disierten Drehwerkzeugspanners 1 (Fig. 1; Fig. 2) beschrieben. In dem Drehwerkzeugspanner 1 ist das mit einem Schneidkörper 2a bestückte Drehwerkzeug 2 aufgenommen. Der Drehwerkzeugspanner 1 besitzt eine zylindrische Aufnahme 1a, mit welcher er in einem Scheibenrevolver 3 befestigt ist (Fig. 3). Am Drehwerkzeugspanner 1 ist ein Kpntaktelement 4 befestigt, welches die dem Austritt des Drehwerkzeuges 2 naheliegenden Flächen des Drehwerkzeugspanners 1 umschließt, d. h. diesem in der Oberflächenform angepaßt ist. Das Kontaktelement 4 besteht aus nichtmagnetisierbarem Stahlblech. Als Isolierung des Kontaktelementes 4 gegenüber dem Drehwerkzeugspanner sind angepaßte isolierende Unterlagen 5 vorgesehen. Das Kontaktelement 4 ist'zusammen mit den isolierenden Unterlagen 5 mit dem Drehwerkzeugspanner 1 verschraubt. Dazu sind in dem Drehwerkzeugspanner 1 Isolierbuchsen 6, 7, 8 für Befestigungsschrauben 9, eingelassen. Das Kontaktelement 4 ist an einer Befestigungsstelle über die Befestigungsschraube 10 mit einer im Drehwerkzeugspanner 1 isoliert eingelassenen Zylinderbuchse 1 1 verbunden, an welche r eine Leitung 12 angeschlossen ist, die durch das Innere des Drehwerkzeugspanners 1 führt und mit einer Induktionsspule 13 (Fig. 3) verbunden ist. Der andere Eingang der Induktionsspule 13 ist über eine Leitung 14 mit Masse, d. h. dem Drehwerkzeugspanner 1 und damit der Werkzeugschneide 2a verbunden. Die Induktionsspule 13 ist in einem Gehäuse 15 aufgenommen, welches in einer zylindrischen Einsenkung in die Stirnseite der zylindrischen Aufnahme 1a des Werkzeugspanners 1 eingelassen und durch eine Schraube 19 befestigt ist. Der Induktionsspule 13 direkt gegenüber befindet sich ein Näherungsinitiator 16. Ein den Näherungsinitiator 16 aufnehmendes Gehäuse ist am feststehenden Werkzeugträgerteil 18 befestigt. Der Luftspalt

zwischen der Induktionsspule 13und dem Näherungsinitiator 16 ist durch eine Distanzscheibe 20 einstellbar.

Die Schaltungsanordnung (Fig. 4) zeigt die Induktionsspule 13, die durch einen als Schaltkontakt 21 dargestellten Span zwischen dem Kontaktelement 4 und der Werkzeugschneide 2a kurzgeschlossen werden kann. Eine zum Näherungsinitiator 16 gehörende Koppelinduktionsspule 22 liegt in einem Oszillatorkreis , der durch einen zur Koppelinduktionsspule 22 geschalteten Kondensator 23 angedeutet ist. Die über eine Leitung 24 (Fig. 3) anliegenden Signale sind, einer nichtdargestellten Auswerteschaltung zugeführt.

Der ablaufende Span erzeugt, wenn er mit dem Kontaktstück in Berührung kommt, Signale, die über der Zeit t in Fig. 5 grafisch dargestellt sind. In Fig. 5a ist ein unregelmäßiger Signalverlauf dargestellt, bei dem durch unterschiedlich lange Kontaktgabe sowohf kurze impulsförmige Signale, wie auch längere Signale entstehen. In Fig.5b sind drei charakteristische Signalverläufe dargestellt⁰. In einer ersten Zeitperiode T. ~ tritt nur ein Signal auf, welches innerhalb der vorgegebenen Kontaktdauer T^- wieder verschwindet. In einer zweiten Zeitperiode T. ~ tritt eine Häufung impulsförmiger Signale auf, wobei eine Grenzimpulszahl von neun Impulsen erreicht wird, die sich aus der vorgegebenen Kontaktfrequenz und der Zeitperiode T^- ergibt. In einer weiteren Zeitperiode T. ~ liegt vom ablaufenden Span ein Dauerkontakt an, der die vorgegebene Dauerkontaktzeit T,.,~ übet— schreitet. Aus den Überschreitungen der Grenzimpulszahl i

grenz

bzw . der vorgegebenen Dauerkontaktzeit T_w„ sind von der Auswerteschaltung das Signal "Langspan" bzw . das Signal "Wickelspan" aktiviert.

Die Wirkungsweise der Einrichtung zur Spanformüberwachung ist folgende:

Der bei der Bearbeitung über die Werkzeugschneide 2a ablaufende und als Schaltelement 21 wirkende Span bewirkt bei Kontaktgabe mit dem Kontaktelement 4 einen Signalpegel H. Ist der Stromkreis vom Span zum Kontaktelement 4 nicht geschlossen, verbleibt der Signalpegel in seiner Ausgangshöhe L.

Hierdurch wird bei allen kurz brechenden Spänen überhaupt kein Η-Signal gegeben. Erst längere Späne, die auf das Kontaktelement

4 stoßen, führen zu einem Signalpegel H. Brechen diese Späne kurz danach noch von selbst, d. h. bevor die eingestellte Dauerkontaktzeit T^,ς erreicht wird, sind Eingriffe in den Bearbeitungsablauf nicht erforderlich. Erst bei Überschreitung dieser Zeitgrenze wird die Kontaktgabe des ablaufenden Spanes als Dauerkontaktzeit Τ^ς von der Auswerteschaltung erkannt und das Signal "Wickelspan" WS ausgegeben. In diesem Fall hat sich der ablaufende Span in der Regel am Drehwerkzeug verwickelt und festgesetzt. Schließt der ablaufende Span nur kurzzeitig, aber wiederholt den Stromkreis , wodurch impulsförmige Signale entstehen, ist die Gefahr eines gefährlichen Langspanes solange auszuschließen, wie innerhalb der Zeitperiode T. _. die Grenzimpulszahl i nicht erreicht wird, d. h. LS grenz

im vorliegenden Ausführungsbeispiel neun Impulse pro Zeitperiode

T. _Q nicht überschritten werden. Erst bei einem über die Grenzimpuls-

zahl i hinausgehenden ZMhlwert wird von der Auswerteschaltung

grenz

das Signal "Langspan" LS ausgegeben. Das Auftreten dieser Impulsfrequenzen ist hinsichtlich der Spanbildung deshalb als gefährlicher Langspan zu werten , weil Langspäne mit mehrfacher Kontaktgabe bei kleinsten Veränderungen der Schnittbedingungen häufig zum Entstehen von Wickelspänen führen. Für viele Fälle kann somit durch Erkennen von gefährlichen Langspänen und daraus folgenden Veränderungen von Bearbeitungsparametern die Entstehung von unbedingt zu vermeidenden Wickelspänen verhindert werden. Mit jeder Kontaktgabe des Spanes am Kontaktelement 4 kommt es zur Dämpfung des Oszillatorkreises des Näherungsinitiators 16, woraus das oben beschriebene Η-Signal abgeleitet und der Auswerteschaltung zugeführt wird. Wird die Dämpfung durch Öffnen des Schaltkontaktes 21 beseitigt, so wird das Signal auf L rückgesetzt. Eine mögliche Strategie sieht z. B. nun vor, bei Ausgabe des Signals "Langspan" LS und/ oder des Signals "Wickelspan" WS den Vorschub des Bearbeitungsprozesses mit einem bestimmten Stufensprung bis zu einem vorgegebenen Grenzwert zu erhöhen, um eine verbesserte Spanform bzw. Spanbrechung zu erzielen. Hierfür kann eine bei Aufrufsignal sich stufig erhöhende Sollwertquelle verwendet werden. Bleibt trotz dieser Maßnahme das Signal "Wickelspan" WS bestehen, so ist zu signalisieren, daß sich ein Eingriff zum Entfernen der sich um das Werkzeug verwickelten Späne erforderlich macht. Eine Signalisierung für einen manuellen Eingriff in den Bearbeitungsprozeß kann auch bei Bestehenbleiben des Signals "Langspan" LS gegeben werden.

Claims

Erfindung s an spruch

. Einrichtung zur Spanformüberwachung bei der spanenden Metallbearbeitung hinsichtlich langer ungebrochener sowie das Werkzeug umwickelnder Späne, die als Kontaktelemente durch Ausnutzung ihrer elektrischen Leitfähigkeit einen Stromkreis über das in einer Werkzeugspannvorrichtung aufgenommene Werkzeug und einer Kontaktstelle im Spanraum zu einer Auswerteschaltung schließen, insbesondere für automatisch arbeitende Drehmaschinen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugspannvorrichtung in unmittelbarer Umgebung der Einspannstelle des Werkzeuges (2) auf der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche sowie den sich unmittelbar anschließenden Seitenflächen mit einer zum Grundkörper der Werkzeugspannvorrichtung isolierten elektrisch leitenden Schicht versehen ist, die mit einer durch das Innere der Werkzeugspannvorrichtung verlegten Übertragungsleitung (12) verbunden ist, welche nach außen über eine Anschlußstelle zur Auswerteschaltung geführt ist, durch die bei Dauerkontaktgabe ein Signalausgang "Wickelspan" (WS) und bei intermittierender Kontaktgabe ein Signalausgang "Langspan" (LS) aktiviert ist.

. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 , dadurch gekennzeichnet,

daß als elektrisch leitende Schicht auf den Flächen der Werkzeugspannvorrichtung verschleißfeste Bleche (4) isoliert aufgesetzt sind.

. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet,

daß die verschleißfesten Bleche [U) aus nichtmagnetisierbarem Material bestehen .

. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Werkzeugspannvorrichtung als Teil eines Revolverkopfes (3) die Anschlußstelle als induktiver Näherungsinitiator (16) ausgebildet ist.

5. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zwischen Revolverkopf (3) und feststehendem Werkzeugträgerteil (18) zur Abnahme der Meßsignale eines im Revolverkopf (3) aufgenommenen elektrischen Meßtasters angeordneten Meßsignalübertrager, die Empfangsseite des Meßsignalübertragers über eine Torschaltung mit der Auswerteschaltung verbunden ist.

. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang "Wickelspan" (WS) bei einer vorgegebenen Dauerkontaktzeit (Τ>»,ς) aktiviert ist, die im Bereich zwischen 0,5 bis 4 Sekunden liegt.
7. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang "Langspan" (LS) bei einer vorgegebenen Kontaktfrequenz aktiviert ist, die im Bereich zwischen 2 bis 50 Hz liegt.
8. Einrichtung zur Spanformüberwachung nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang der Auswerteschaltung auf eine den Vorschubantrieb stufig erhöhende Sollwertquelle geschaltet ist.

- Hierzu 3 Seiten Zeichnungen -