DD234378A1 - Schaltungsanordnung zur werkzeugbrucherkennung an drehwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen durch Auswertung von Koerperschallschwingungen, die waehrend der Bearbeitung Ausbrueche der Schneidkante eines Werkzeuges sowie Totalbrueche erkennt und der Werkzeugmaschinensteuerung signalisiert. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein Signal bei Auftreten von Werkzeugbruch erzeugt, keiner Einstellung in Abhaengigkeit der realisierten Einstellparameter der Werkzeugmaschine bedarf, einfach im Aufbau ist und mit geringem Aufwand an vorhandenen Drehmaschinen nachruestbar ist. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass das von einem Schwingungsaufnehmer gewonnene Signal zwei parallelen Messketten zugefuehrt wird, wobei die eine Messkette, die aus einem Bandpass, zwei Komparatoren, einer Impulsverlaengerung und einem Tor besteht, immer dann ein Signal erzeugt, wenn die Spitzenwerte am Ausgang des Bandpasses der ersten Messkette, die mit der zweiten Messkette, bestehend aus Effektivwertgleichrichter, Tiefpass, Inverter und zwei Addierern gebildeten Komparatorschwellen, die den Effektivwert des Schwingungssignals zuzueglich eines Festbetrages derselben darstellen, ueberschritten werden. Dabei wird das Bruchsignal nur dann ausgegeben, wenn zwei aufeinanderfolgende Halbwellen entgegengesetzter Polaritaet der durch den Bandpass der ersten Messkette selektierten Frequenz die Komparatorschwellen ueberschreiten. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehmaschinen durch Auswertung der Körperschallschwingungen, die während der Bearbeitung Ausbrüche der Schneidkante eines Werkzeuges sowie Totalbrüche erkennt und der Werkzeugmaschinensteuerung signalisiert.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Verfahren zur Überwachung der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine bekannt (DE-OS 3043827), bei dem die auf das Werkzeug wirkenden Komponenten der Spannungskraft gemessen werden und aus den Meßwerten Verhältniswerte q-i = Vorschubkraft (F_v)/Schnittkraft (F_s) und q₂= Passivkraft (F_p)/Schnittkraft(F_s)

gebildet werden und die Werkzeugmaschine stillgesetzt wird, wenn eine der Zerspankraftkomponenten und/oder einer der Verhältniswerte q-i/q2 einen vorgegebenen Grenzwert übersteigen.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß umfangreiche konstruktive Änderungen an der Werkzeugmaschine erforderlich sind, um die gerätetechnisch aufwendigen Kraftmeßeinrichtungen einzubauen.

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Identifikation von Werkzeugbruch beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide bekannt (DD-EB 207574), bei der die Motorströme bzw. die daraus resultierenden Spannungen oder die den Komponenten der Spannungskraft proportionalen elektrischen Größen ständig erfaßt, in einer Rechenschaltung ins Verhältnis gesetzt und mit einer werkstückspezifischen Konstante multipliziert werden. Der daraus errechnete Quotient wird als Kenngröße des jeweils vorhandenen Werkzeugverschleißes genutzt, mit zwei einstellbaren Grenzwerten verglichen und bei Über- bzw. Unterschreiten des Grenzwertes Werkzeugbruch signalisiert.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sich Veränderungen der Schneidengeometrie in den Motorströmen, bedingt durch die Massenträgheit der Antriebe, nur stark verzögert und mit Fehlern behaftet widerspiegeln.

Darüber hinaus ist eine Anordnung zur Ermittlung von Werkzeugbruch bekannt (DD-EB 209137), bei der die Stromaufnahme der Vorschubantriebe dann gemessen und mit vorprogrammierten Sollwerten in einem Mikrorechner verglichen wird, wenn von der Werkzeugmaschinensteuerung die Information, daß sich ein Werkzeug im Eingriff befindet, gegeben wird. Bei Überschreitung der vorprogrammierten Sollwerte erfolgt eine optische oder akustische Anzeige oder das Abschalten der Maschine. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß thermische Veränderungen an der Werkzeugmaschine und Netzspannungsschwankungen als Störgrößen auf das Meßergebnis wirken. Des weiteren erfordert diese Anordnung einen gesonderten Mikrorechner und die ständig neue Festlegung der Sollwerte entsprechend der Veränderung der Einstellwerte an der Werkzeugmaschine.

Weiterhin ist eine Prellungsmeßvorrichtung zur Einhaltung der maximalen Metallentfernungsgeschwindigkeit unter Vermeidung von Werkzeugprellungen bei der Bearbeitung eines Werkstückes durch eine Werkzeugmaschine bekannt (DE-OS 1763224). Diese Prellungsmeßvorrichtung besteht aus der Reihenschaltung eines Vibrationsfühlers, eines ersten elektrischen Frequenzselektors, eines ersten Gleichrichters, eines zweiten elektrischen Frequenzselektors, eines zweiten Gleichrichters, eines Signalintegrators und eines Rechenverstärkers.

Die vom Vibrationsfühler erfaßten Werkzeugschwingungen werden im ersten elektrischen Frequenzselektor, der ein breitbandiger Filter ist, von hochfrequenten und von niederfrequenten Schwingungsanteilen, die außerhalb des Frequenzbereiches der Mehrzahl der Werkzeugprellungen liegen, getrennt. Vom zweiten elektrischen Frequenzselektor wird derjenige Signalanteil durchgelassen, der der Hüllkurve des vom ersten Gleichrichter ausgegebenen Signals entspricht und damit den Amplitudenverlauf der Werkzeugprellungen zum Ausdruck bringt. Der Rechenverstärker subtrahiert vom integrierten Prellsignal einen voreinstellbaren Wert und übt auf diese Weise die Funktion eines Grenzwertschalters aus. Ein wesentlicher Nachteil dieser Prellungsmeßvorrichtung besteht darin, daß das aus den Werkzeugprellungen gewonnene Signal mit einem voreinstellbaren aber während der Bearbeitung feststehenden Grenzwert verglichen wird, so daß die-rrr¹: der Veränderung dertcciinologischen Arbeitswerte notwendige Veränderung des Grenzwertes manuelle Eingriffe und umfassende Kenntnisse des Prellungsverhaltens des Systems Werkzeug-Werkstück-Werkzeugmaschine bei unterschiedlichsten _Bearbeitungsaufgaben erfordert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die das Werkzeug während der Bearbeitung in der Drehmaschine überwacht, durch die sofortige Erkennung eines Werkzeugbruches eine höhere Ausnutzung des Systems Werkzeug-Werkstück-Werkzeugmaschine ermöglicht, einfach im Aufbau und der Anwendung ist und damit der Sicherung des bedienerarmen Betriebes dient.

Darlegung des Wesens der Erfindung j

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen durch Auswertung der Körperschallschwingungen zu schaffen, die ein Signal bei Auftreten von Werkzeugbruch erzeugt, keinen zusätzlichen Vorbereitungs- und Einstellaufwand erfordert, eine Überwachung aller aktiven Schritte ermöglicht, keiner Normierung der Einzelschnitte bedarf und die Auswertung nur einer Meßgröße erfordert.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Drehmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnene Signal zwei parallelen Meßketten zugeführt wird, wobei die eine Meßkette, die aus einem Bandpaß, zwei Komparatoren, einer Impulsverlängerung und einem Tor besteht, immer dann ein Signal erzeugt, wenn die Spitzenwerte am Ausgang des Bandpasses der ersten Meßkette, die mit der zweiten Meßkette, bestehend aus Effektivwertgleichrichter, Tiefpaß, Inverter und zwei Addierern, gebildeten Komparatorschwellen, die den Effektivwert des Schwingungssignals zuzüglich eines Festbetrages derselben darstellen, überschritten werden. Dabei wird das Bruchsignal nur dann ausgegeben, wenn zwei aufeinanderfolgende Halbwellen entgegengesetzter Polarität der durch den Bandpaß der ersten Meßkette selektierten Frequenz die Komparatorschweilen überschreiten.

Ausführungsbeispiei

Nachstehend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung,

Fig. 2: einen prinzipiellen Schwingungsverlauf bei Werkzeugbruch.

Das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Drehmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer 1 gewonnene und in einem Impedanzwandler 2 umgesetzte Signal wird gleichzeitig einem Bandpaß 3 und einem Effektivwertgleichrichter 4 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Bandpasses 3 wird durch die Komparatoren 7 und 10 mit den Komparatorschwellen U<1 und U_K2 überwacht, wobei die Komparatorschwellen Uki und U|<2 mittels des Effektivleichrichters 4 und des Tiefpasses 5 aus dem Effektivwert des Schwingungssignals zuzüglich der vorzeichenbehafteten Addition der Festspannungen U_Fi und U_F2, realisiert durch den Inverter 6 und die Addierer 8 und 9, gebildet werden. Ein Bruchsignal wird nur ausgegeben, wenn in der von der Impulsverlängerung 11 festgelegten Zeit, in der das Tor 12 geöffnet ist, auch die Komparatorschwelle Uk2 überschritten wird und der Komparator ein Signal ausgibt. Zur Sicherung der Funktion der Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung auch bei An- und Ausschnitt, bei unterbrochenem Schnitt, bei Krustenschnitt und bei Schnitten mit veränderlicher Schnittiefe hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Festspannungen U_Fr und U_F2 in gleicher Größenordnung wie der Effektivwert des Schwingungssignals und die Impulsverlängerung im Millisekundenbereich eingestellt werden.

Claims (1)

1. -1-729 92

   Erfindungsanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen, wobei das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Drehmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnene und in einem Impedanzwandler umgesetzte Signal einem Bandpaß und einem Effektivwertgleichrichter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Bandpasses (3) mit den Eingängen zweier Komparatoren (7; 10) verbunden ist und die eine Komparatorschwelle mittels eines Effektivwertgleichrichters (4), einem Tiefpaß (5) und einem Addierer (8) erzeugbar ist, während die andere Komparatorschwelle mittels des Effektivwertgleichrichters (4), des Tiefpasses (5), einem Inverter (6) und einem Addierer (9) bildbar ist, wobei dereine Komparator (7) über eine Impulsveriängerung (11) und der andere Komparator (10) direkt mit einem Tor (12) verbunden sind.

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