DD234378B1

DD234378B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TOOL GAUGH RECOGNITION OF TURNING TOOLS

Info

Publication number: DD234378B1
Application number: DD27299285A
Authority: DD
Inventors: Werner Fritsch; Wolfgang Funke; Harald Goldau; Wolfgang Haensch; Udo Scharfenort
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Herman
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1985-02-04
Publication date: 1987-11-18
Also published as: DD234378A1

Description

field of use

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen, wobei das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Drehmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnene und in einem Impedanzwandler umgesetzte Signal zwei parallelen Meßketten zugeführt wird und eine der Meßketten eingangsseitig einen Bandpaß aufweist.The invention relates to a circuit arrangement for tool breakage detection on rotary tools, wherein the signal obtained from a preferably mounted in the feed direction on a rotary vibrator and converted in an impedance converter signal is supplied to two parallel electrodes and one of the measuring chains on the input side has a bandpass filter.

Characteristic of the prior art

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, = Vorschubkraft (FJ / Schnittkraft (F₅)It is a method for monitoring the machining conditions on a machine tool known (DE-OS 3043827), in which the forces acting on the tool components of the clamping force are measured and from the measured values ratio values q, = feed force (FJ / cutting force (F ₅ )

und q₂ = Passivkraft (F_p) / Schnittkraft (F_s)and q ₂ = passive force (F _p ) / cutting force (F _s )

gebildet werden und die Werkzeugmaschine stillgesetzt wird, wenn eine der Zerspankraftkomponenten und/oder einer der Verhältniswerte qi/q2 einen vorgegebenen Grenzwert übersteigen.are formed and the machine tool is stopped when one of the Zerspankraftkomponenten and / or one of the ratio values qi / q2 exceed a predetermined limit.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß umfangreiche konstruktive Änderungen an der Werkzeugmaschine erforderlich sind, um die gerätetechnisch aufwendigen Kraftmeßeinrichtungen einzubauen.The disadvantage of this method is that extensive structural changes to the machine tool are required to install the device technically complex force measuring devices.

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 Spanungskraft 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.Furthermore, a method and a device for the identification of tool breakage when machining with a geometrically defined cutting edge is known (DD-EB 207574), in which the motor currents or the resulting voltages or the components of the chip force proportional electrical variables constantly detected in an arithmetic circuit and multiplied by a workpiece-specific constant. The quotient calculated from this is used as a parameter of the existing tool wear, compared with two adjustable limit values and signaled tool breakage if the limit value is exceeded or not reached.

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.The disadvantage of this solution is that changes in the geometry of the cutting edges in the motor currents, due to the inertia of the drives, are only greatly delayed and reflected by errors.

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.In addition, an arrangement for detecting tool breakage is known (DD-EB 209137), in which the power consumption of the feed drives is then measured and compared with preprogrammed setpoints in a microcomputer when the information from the machine tool control that a tool is engaged, is given. If the preprogrammed setpoints are exceeded, an optical or acoustic display or the shutdown of the machine.

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.A major disadvantage is that thermal changes to the machine tool and mains voltage fluctuations act as disturbances on the measurement result. Furthermore, this arrangement requires a separate microcomputer and the constant redefinition of the setpoint values in accordance with the change in the setting values on the machine tool.

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 die Hüllkurve des vom ersten Gleichrichter ausgegebenen Signals entspricht und damit den Amplitudenverlauf der Werkzeugprelleungen zum Ausdruck bringt. Der Rechenverstärker subtrahiert vom integrierten Prellsignal einen voreinstellbaren Wert und übt auf diese Weise die Funktion eines Grenzwertschalters aus.Furthermore, a bounce measuring device for maintaining the maximum metal removal speed while avoiding tool burrs in the machining of a workpiece by a machine tool is known (DE-OS 1763224). This bump measuring device consists of the series connection of a vibration sensor, a first electrical Frequenzselektors, a first rectifier, a second electrical Frequenzselektors, a second rectifier, a signal integrator and a computational amplifier. The tool vibrations detected by the vibration sensor are separated in the first electrical frequency selector, which is a broadband filter, from high-frequency and low-frequency vibration components which are outside the frequency range of the plurality of tool bumps. The second electrical frequency selector transmits that signal component which corresponds to the envelope of the signal output by the first rectifier and thus expresses the amplitude profile of the tool beating. The arithmetic amplifier subtracts from the integrated bounce signal a presettable value and thus performs the function of a limit switch.

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 mit der Veränderung der technologischen Arbeitswerte notwendige Veränderung des Grenzwertes manuelle Eingriffe und umfassende Kenntnisse des Prellungsverhaltens des Systems Werkzeug-Werkstück-Werkzeugmaschine bei unterschiedlichsten Bearbeitungsaufgaben erfordert.A major disadvantage of this baffle measuring device is that the signal obtained from the tool bruises signal is compared with a preset but fixed during processing limit, so that the change of the technological work values necessary change of the limit manual intervention and comprehensive knowledge of the bounce of the system tool -Werkstück machine tool for a variety of machining tasks requires.

Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen sieht vor, ein Werkzeugbruchsignal zu erzeugen, wenn der Anstieg des Körperschallsignals in einem bestimmten Frequenzbereich einen fest eingestellten Grenzwert überschreitet.Another known circuit arrangement for tool break detection on rotary tools provides to generate a tool breakage signal when the rise of the structure-borne sound signal in a certain frequency range exceeds a fixed threshold.

Diese Lösung verwendet einen Schwingungsaufnehmer und führt das Signal über zwei parallele Meßketten der AuswertungThis solution uses a vibration sensor and carries the signal via two parallel electrodes of the evaluation

Der Nachteil besteht vor allem darin, daß Vorgänge mit einem gleichen Signalverlauf wie ein Bruchsignal, z.B.The disadvantage is above all that processes with the same signal as a break signal, e.g.

Werkzeuganschnitte bzw. ein aus dem Zerspanungsbereich zu entfernendes Werkzeug, mit Hilfe eines zusätzlichen Signalzweiges ausgeblendet werden müssen und daß ein Einsatz in verschiedenen Schnittiefenbereichen bedingt durch die fest vorgegebenen Grenzwerte einen zusätzlichen Einstellaufwand erforderlich machen.Tool cuts or a tool to be removed from the cutting area must be blanked out with the aid of an additional signal branch and that use in different depth of cut areas necessitates additional adjustment effort due to the fixed limit values.

Object of the invention

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.The object of the invention is to provide a circuit arrangement which monitors the tool during machining in the lathe, enables the tool-tool-machine tool to be utilized more quickly, the tool-workpiece-machine tool can be immediately recognized, is simple in design and application, and thus the backup of the user-poor operation serves.

Explanation of the essence of the invention

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 Schnitte ermöglicht, keiner Normierung der Einzelschnitte bedarf und die Auswertung nur einer Meßgröße erfordert.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for tool breakage detection on rotary tools by evaluating the structure-borne vibrations, which generates a signal when tool breakage occurs, requires no additional preparation and adjustment effort, monitoring all active cuts allows no standardization of individual cuts and the evaluation requires only one measurand.

Unter Nutzung eines in bekannter Weise von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Drehmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnenen und in einem Impedanzwandler umgesetzten Signals, das zwei parallelen Meßketten zugeführt wird und wovon eine der Meßketten eingangsseitig einen Bandpaß aufweist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des Bandpasses mit den Eingängen zweier Komparatoren verbunden ist und die eine Komparatorschwelle mittels eines Effektivwertgleichrichters, einem Tiefpaß und einem Addierer erzeugbar ist, während die andere Komparatorschwelle mittels des Effektivwertgleichrichters, des Tiefpasses, einem Inverter und einem Addierer bildbar ist, wobei der eine Komparator über eine Impulsverlängerung und der andere Komparator direkt mit einem Tor verbunden sind.Using a in a known manner by a preferably mounted in the feed direction on a lathe vibration sensor and converted in an impedance converter signal which is supplied to two parallel electrodes and of which one of the measuring chains has a band pass on the input side, the object is achieved in that the output the bandpass is connected to the inputs of two comparators and a comparator threshold is generated by means of RMS, a low pass and an adder, while the other comparator threshold is formed by the RMS, the low pass, an inverter and an adder, the one comparator via a Pulse extension and the other comparator are directly connected to a gate.

embodiment

Nachstehend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigtThe solution according to the invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing shows

Fig. 1: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung,1 shows a block diagram of the solution according to the invention,

Fig. 2: einen prinzipiellen Schwingungsverlauf bei Werkzeugbruch.Fig. 2: a principal vibration curve at tool breakage.

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_Ki und Uk2 überwacht, wobei die Komparatorschwellen Ι_Ι<1 und Uk2 mittels des Effektivwertgleichrichters 4 und des Tiefpasses 5 aus dem Effektivwert des Schwingungssignals zuzüglich der vorzeichenbehafteten Addition der Festspannung Ufi 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 festgesetzten Zeit, in der das Tor 12 geöffnet ist, auch die Komparatorschwelle U<2 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 Ufi und Uf2 in gleicher Größenordnung wie der Effektivwert des Schwingungssignals und die Impulsverlängerung im Millisekundenbereich eingestellt werden.The signal obtained from a vibration pickup 1, preferably mounted in the feed direction on a lathe and converted into an impedance converter 2, is simultaneously fed to a bandpass filter 3 and an RMS rectifier 4. The output voltage of the bandpass 3 is monitored by the comparators 7 and 10 with the comparator thresholds U _K i and Uk2, the comparator thresholds Ι_Ι <1 and Uk2 by means of RMS rectifier 4 and the low-pass filter 5 from the RMS value of the oscillation signal plus the signed addition of the fixed voltage Ufi and U _F 2 realized by the inverter 6 and the adders 8 and 9 are formed. A break signal is output only when, in the time set by the pulse extension 11 in which the gate 12 is opened, the comparator threshold U <2 is exceeded and the comparator outputs a signal. To ensure the function of the circuit arrangement for tool breakage detection even at arrival and cutting, interrupted cut, crustal cutting and cuts with variable depth of cut, it has proved to be advantageous if the fixed voltages Ufi and Uf2 in the same order of magnitude as the effective value of the vibration signal and the Pulse extension be set in the millisecond range.

Claims

Circuit arrangement for tool break detection on rotary tools, the signal obtained from a preferably mounted in the feed direction on a rotary vibrator and converted in an impedance converter signal is supplied to two parallel electrodes and one of the measuring chains on the input side has a bandpass filter, characterized in that the output of the bandpass (3) is connected to the inputs of two comparators (7; 10) and a comparator threshold by means of RMS rectifier (4), a low-pass filter (5) and an adder (8) can be generated while the other comparator threshold by means of RMS rectifier (4), the low-pass filter (5), an inverter (6) and an adder (9) can be formed, wherein the one comparator (7) via a pulse extension (11) and the other comparator (10) are directly connected to a gate (12).

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