DD253778A1

DD253778A1 - PROCESS FOR DETERMINING THE CUTTING EDGE VERSION

Info

Publication number: DD253778A1
Application number: DD29657686A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Dulich; Joachim Knauthe; Ute Ruhnow; Bernward Schaeckel
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1986-11-24
Publication date: 1988-02-03
Also published as: PL268906A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schneidkantenversatzes bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen insbesondere numerisch gesteuerten Drehmaschinen fuer solche Anwendungsfaelle, wo mittels Messwertaufnehmer im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine Ermittlungen von Werkstueckabmessungen erfolgen, auf deren Basis der Werkzeugverschleiss bestimmt wird. Erfindungsgemaess erfolgt unter Verwendung eines am Werkzeugtraeger befestigten, in Bearbeitungsrichtung des Werkzeuges auslenkbaren, messenden bzw. schaltenden Aufnehmers die Antastung der Referenzflaeche und die Antastung der mittels des zu pruefenden Werkzeuges bearbeiteten Oberflaeche des Werkstueckes. In einem Auswertegeraet wird ueber die programmierten Positionen des Messwertaufnehmers unter Nutzung der Wegmesssysteme der Werkzeugmaschine der Schneidkantenversatz berechnet und in Verbindung mit vorgegebenen Verschleisswerten zur Werkzeugueberwachung genutzt. Fig. 1The invention relates to a method for determining the cutting edge offset in numerically controlled machine tools in particular numerically controlled lathes for such applications where carried out by means of transducers in the working space of the machine tool investigations of Werkstueckabmessungen, based on the tool wear is determined. According to the invention, the contact surface of the workpiece, which is machined by means of the tool to be tested, is probed using a tool, which can be deflected in the machining direction of the tool, measuring or switching the workpiece. In an evaluation device, the cutting edge offset is calculated via the programmed positions of the transducer using the path measuring systems of the machine tool and used in conjunction with predetermined wear values for tool monitoring. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung Title of the invention

Verfahren zur Bestimmung des Schneidkanten Versatzes AηVJenduηgsgebiet der ErfindungMethod for determining the cutting edge offset AηVJenduηgsgebiet the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren ζur Bestimmung des Schneidkantenversatzes an Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Vorzugsweise findet die Erfindung Anwendung, wo mittels Meßwertaufnehmer im Arbeitsraum von Drehmaschinen Ermittlungen von Werkstückabmessungen erfolgen.The invention relates to a method for determining the cutting edge offset on tools with a geometrically determined cutting edge in numerically controlled machine tools. Preferably, the invention finds application where carried out by means of transducers in the working space of lathes investigations of workpiece dimensions.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind mehrere Verfahren bekannt, die die Messung einzelner Verschleißgrößen von Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide auf unterschiedliche Art realisieren.There are several known methods that realize the measurement of individual wear sizes of tools with geometrically defined cutting edge in different ways.

Bei einem Verfahrenstyp ist ein induktiver Meßwertaufnehmer im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine so angeordnet, daß beim Positionieren des Werkzeuges an den Meßort die Veränderung' des Meßwertnehm e r s i g η a 1 s als Verschleiß des Werkzeuges ausgewertet werden kann (Firmenschrift Marposs, Italien). Derartige Vgrschleißmossungen erfolgen durch mechanisches Antasten. Andere Verfahren arbeiten berührungslos, indem mittels optischer Sensorik Verschleißgrößen am Schneidwerkzeug bestimmt werden (DD-PS 227 503, DD-PS 231 973). Weitere Verschleißmessungen basieren auf der Lichtspaltmethode, die die Auswertung eines erzeugten Licht Spaltes zwischen dem Werkzeug und einer Vergleichs fläche ermöglicht (DD-PS 109 260). Andere Methoden der Werkzeugverschleißbest immung basieren auf der Messung der Antriebsmomente der Wer!<Zeugmaschine oder der Schnittkräfte (DD-PS 116 925) . .In one type of process, an inductive transducer in the working space of the machine tool is arranged so that when the tool is positioned at the measuring point, the change in the measured value can be evaluated as wear of the tool (Marposs, Italy). Such Vgrschleißmossungen done by mechanical probing. Other methods work without contact, by means of optical sensor wear quantities are determined on the cutting tool (DD-PS 227 503, DD-PS 231 973). Further wear measurements are based on the light gap method, which allows the evaluation of a generated light gap between the tool and a comparison surface (DD-PS 109 260). Other methods of tool wear and tear are based on the measurement of the drive torques of the machine or the cutting forces (DD-PS 116 925). ,

Spezielle Möglichkeiten für Wendeschneidplatten werden angewendet dur.ch direktes Messen einer dem Verschleiß proportionalen Größe, die als Verschleißmedium direkt auf der Werkzeugschneide aufgebracht ist, ζ. B. wird auf dem Werkzeug ein elektrischer Leiter angeordnet. Auf Grund des Verschleißes erföl at eine Abnutzung der Schneide. DabeiSpecial options for indexable inserts are used dur.ch Direct measurement of a size proportional to the wear, which is applied as a wear medium directly on the tool cutting edge, ζ. B. an electrical conductor is placed on the tool. Due to the wear erföl a wear of the cutting edge. there

/ β / β

ändert sich ζ. B. der. elektrische Widerstand des aufgebrachten elektrischen Leiters (DD-PS 129 081, DD-PS 127 294).changes ζ. B. the. electrical resistance of the applied electrical conductor (DD-PS 129 081, DD-PS 127 294).

Alle genannten Möglichkeiten beinhalten den Nachteil, daß zur Verschleiß- bzw. WerkzeugzuStandsbestimmung zusätzliche Sensorik eingesetzt werden muß. Besonders die Methoden durch An- oder Abtasten des Werkzeuges bzw. des Lichtspaltes zwischen Werkzeug und Referenz fläche erfordern Maschinengrundzeit zur Meßwertermittlung. Die Ermittlung der Werkzeugverschleißkomponenten mittels der Spankräfte- oder Antriebsmomentbestimmung ist unsicher, da z. B. Werkstoffestigkeitsschwankungen großen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Speziell vorbereitete Werkzeuge sind Kostenaufwendig und desweiteren nur auf wenige Anwendungsfälle beschränkt.All of these options have the disadvantage that additional sensors must be used for determining the wear or tool condition. In particular, the methods by scanning or scanning of the tool or the light gap between the tool and reference surface require machine base time for measured value determination. The determination of the tool wear components by means of Spankräfte- or drive torque determination is uncertain because z. B. Materialestigkeitsschwankungen have great influence on the measurement result. Specially prepared tools are costly and limited only to a few applications.

In der Auslegeschrift DE 2743845 wird eine Vorrichtung an einer Revolverdrehmaschine zum selbsttätigen, verschleißabhängigen Einwechseln eines neuen Werkzeuges in die Bearbeitungsposition beschrieben, bei der Meßfehler infolge Temperatureinfluß mit einer gesonderten Sensorik erfaßt werden wobei nur die Längenänderung der Kugelspindel berücksichtigt wird. Die Ermittlung des Istmaßes des Werkstückes erfolgt dabei mit einer gesonderten Werkstückmeßeinrichtung.In the patent application DE 2743845 a device on a turret lathe for automatic, wear-dependent replacement of a new tool is described in the processing position, are detected in the measurement error due to temperature influence with a separate sensors with only the change in length of the ball screw is taken into account. The determination of the actual size of the workpiece is carried out with a separate workpiece measuring.

Der Nachteil dieser Werkzeugverschleißüberwachung ist darin begründet, daß mehrere Sensoren zur Überwachung des Verschleißes eingesetzt werden müssen und damit unnötige Kosten entstehen. Desweiteren wird der Fehler, der aus der thermischen Verlagerung der Hauptspindelachse entsteht, nicht berücksichtigt, so daß dieses Verfahren nicht die Gesamtheit der thermischen Verlagerungen erfaßt.The disadvantage of this tool wear monitoring is due to the fact that several sensors must be used to monitor the wear and thus unnecessary costs. Furthermore, the error resulting from the thermal displacement of the main spindle axis is not taken into account, so that this method does not detect the entirety of the thermal displacements.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist, eine universelle, automatisierbare, kostengünstige und sichere Bestimmung des Schneidkantenversatzes von Werkzeugen bei der spanenden Bearbeitung in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, vorzugsweise numerisch gesteuerten Drehmaschinen.The aim of the invention is a universal, automatable, cost-effective and reliable determination of the cutting edge offset of tools during machining in numerically controlled machine tools, preferably numerically controlled lathes.

- b. —- b. -

DarlegLing des Wesens der ErfindungPresenting the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Schneidkantenversatzes von Werkzeugen im Arbeitsraum von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zu entwickeln, das unter Ausschluß von Einflußgrößen, wie z. B. die thermische Verlagerung der Hauptspindel und die Längenänderung der Kugelspindel, die Ermittlung des Schneidkantenversatzes am Werkzeug aus dem Fertigmaß des Werkstückes gestattet.The invention has for its object to develop a method for determining the cutting edge offset of tools in the workspace of numerically controlled machine tools, the exclusion of influencing variables such. As the thermal displacement of the main spindle and the change in length of the ball spindle, the determination of the cutting edge offset on the tool from the finished size of the workpiece allowed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung einer am Werkzeugträger befestigten Meßeinrichtung die Lage einer Referenzfläche und das Fertigmaß des Werkstückes bestimmt wird. Die Bestimmung der Lage der Referenzfläche und'die Ermittlung des Fertigmaßes erfolgt durch Positionierung der He ß einrichtung mittels Werkzeugmaschineη steuerung an die entsprechenden Meßorte. Die Referenzfläche ist dabei derart anzuordnen, daß sie die Verlagerung der Hauptspindel und der Kugel spindel infolge thermischer Einflüsse repräsentiert.According to the invention the object is achieved in that the position of a reference surface and the finished dimension of the workpiece is determined using a measuring device attached to the tool carrier. The determination of the position of the reference surface and the determination of the finished dimension is carried out by positioning the device by means of a machine tool control to the corresponding measuring locations. The reference surface is to be arranged such that it represents the displacement of the main spindle and the ball spindle due to thermal influences.

Als Ergebnis der Messung werden in einem Auswertegerät die Lage der Referenzfläche und das Fertigmaß des Werkstückes gespeichert.As a result of the measurement, the position of the reference surface and the finished dimension of the workpiece are stored in an evaluation device.

Im Vergleich zum zuvor bearbeiteten Werkstück ergibt sich eine Änderung der Lage der Referenzfläche und eine Fertigmaßänderunq des Werkstückes.Compared to the previously machined workpiece results in a change in the position of the reference surface and a finished Maßänderunq the workpiece.

Erfolgt keine Änderung der Lage der Referenzfläche, entspricht die Fertigmaßändsrung dem Schneidkantenversatz des für die Fertigbearbeitung genutzten Werkzeuges.If there is no change in the position of the reference surface, the finished dimension corresponds to the cutting edge offset of the tool used for finishing.

Bei einer Lageänderung der Referenzfläche ergibt sich der Schneidkantenversatz aus der Differenz der Fertigmaßänderung uηd der Lageänderung der Referenzfläche.In the case of a change in position of the reference surface, the cutting edge offset results from the difference between the finished dimension change uηd and the change in position of the reference surface.

Aus dem Schneidkantenversatz können die spezifischen Verschleißgrößen entsprechend der tatsächlichen Schneidgeometrie errechnet werden.From the cutting edge offset, the specific wear quantities can be calculated according to the actual cutting geometry.

Mit einem Auswertegerät kann weiterhin eine Werkzeugüberwachung durch automatische Feststellung des Standzeitsndes des WerkzeugsWith an evaluation device can also be a tool monitoring by automatically determining the end of the tool life

mit einer automatischen Auslösung einer Behandlungsstrategie, wie z. B. automatischer Werkzeugwechsel, durgeführt werden.with an automatic triggering of a treatment strategy, such as B. automatic tool change, be performed.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend in einem Beispiel näher erläutert. werden.The invention will be explained in more detail in an example below. become.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 - Anwendung zur indirekten Bestimmung des Schneidkantenversatzes in einer CNC-gesteuerten Drehmaschine.Fig. 1 - Application for the indirect determination of the cutting edge offset in a CNC-controlled lathe.

Der Meßwertaufnehmer 1 ist in den Werkzeugträger 2 analog einem Drehwerkzeug eingespannt. Der Meßwertaufnehmer 1 besitzt ein separates Wegmeßsystem, welches in Bearbeitungsrichtung der Drehdurchmesser (x-Richtung) auslenkbar ist. Angetastet werden die Meßpunkte am Referenzdurchmesser D_DD und am Werkstückdurchmesser D₁, mittelsThe transducer 1 is clamped in the tool holder 2 analogous to a rotary tool. The transducer 1 has a separate measuring system, which in the machine direction of the rotational diameter (x-direction) is deflected. The measuring points are touched on the reference diameter D _DD and on the workpiece diameter D ₁ , by means of

Kr W . Kr W.

der Tastspitze 3 des Meßwertaufnehmers 1, wodurch bei Auslenkung in x-Richtung das interne Wegmeßsystem des Meßwertaufnehmers 1 angesprochen wird.the probe tip 3 of the transducer 1, which is addressed in deflection in the x direction, the internal measuring system of the transducer 1.

Die Antastroutinen des Meßwertaufnehmers 1 werden über NC-Programm gesteuert. Hierbei wird der Werkzeugträger 2 mittels Antriebssystem und Wegmeßsystem der CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine in die zuvor programmierten Sollpositionen des Referenzdurchmessers Dpp, welcher an der Werkstückspanneinrichtung 4 angeordnet ist, und des Werkstückdurchmessers D., des Werkstückes 5 verfahren. Die Meßwertübernahme erfolgt am sich drehenden Meßobjekt, wobei eine Mittelwertbildung in der Auswerteeinheit durchgeführt wird und Meßfehler resultierend aus Rundlauf-, Form- .und Lageabweichungen des·Referenzdurchmessers D_Rp und des Werkstückdurchmessers D,,, ausgeschlossen werden. Die nach jeder Messung gebildeten Mittelwerte für den Referenzdurchmesser D~TI und den Werkstückdurchmesser D~~ bilden die Berechnungsgrundlage für die Ermittlung des Verschleißzustandes des DrehwerkzeugesThe probing routines of the transducer 1 are controlled by NC program. Here, the tool carrier 2 by means of drive system and measuring system of the CNC machine tool in the previously programmed target positions of the reference diameter Dpp, which is arranged on the workpiece clamping device 4, and the workpiece diameter D., the workpiece 5 is moved. The measured value is transferred to the rotating object to be measured, an averaging being carried out in the evaluation unit and measurement errors resulting from concentricity, shape and position deviations of the reference diameter D _Rp and the workpiece diameter D ,, excluded. The average values for the reference diameter D ~ TI and the workpiece diameter D ~~ formed after each measurement form the basis for calculating the state of wear of the turning tool

Durch die besondere Anordnung von Meßwertaufnehmer, Referenzpunkt Due to the special arrangement of transducers, reference point

und Werkstück zueinander werden bei der Bestimmung des Schneidkantenversatzes Sk problemlos thermische Verlagerungen der Hauptspindel und der im Beispiel betrachteten χ -Achse der Drehmaschine eliminiert.and workpiece to each other in the determination of the cutting edge offset Sk easily thermal displacements of the main spindle and the considered in the example χ-axis of the lathe are eliminated.

Nach jeder Messung erfolgt die Bildung der Differenz D. aus den Mittelwerten D _w. und D^-TI .'für das i-te Werkstück entsprechendAfter each measurement, the difference D. is formed from the mean values D _w . and D ^- TI 'for the ith workpiece

Der Schneidkantenversatz Sk. des i-ten Werkstückes resultiert ausThe cutting edge offset Sk. Of the i-th workpiece results from

der Differenz von D. und der Differenz D.-1 des vorhergehenden Werkstücks i-1 : Sk. = D. - D. - 1the difference of D. and the difference D.-1 of the previous workpiece i-1: Sk. = D.-D.-1

111111

Der tatsächliche Schneidkantenversatz Sk für η Werkstücke ergibt sich a Li s der Summe der Differenz betrage Sk. nachThe actual cutting edge offset Sk for η workpieces is a Li s the sum of the difference amounts Sk

JT.JT.

Sk =J> Sk.Sk = J> Sk.

ί=1 ^x ί = 1 ^x

In der Auswerteeinheit wird der aktuelle Wert des Schneidkantenversatzes Sk mit dem technologisch bedingten zulässigen Schneidkanten ν ersatz Sk , verglichen.In the evaluation unit, the current value of the cutting edge offset Sk is compared with the technologically conditioned permissible cutting edge ν replacement Sk.

zux.CBX.

Ist Sk ^> Sk , , dann kann durch die Auswerteeinheit entsprechend der fertigungstechnischen Erfordernissen z. B.Is Sk ^> Sk, then the evaluation unit according to the manufacturing requirements z. B.

a) der. Werkzeugverschleiß signalisiert Lind die Drehmaschine stillgesetzt werden,Vein. Tool wear signals Lind will stop the lathe

b) das verschlissene Werkzeug automatisch ausgewechselt und die Auswerteeinheit rückgesetzt werden mitb) the worn tool is replaced automatically and the evaluation unit is reset with

. Sk₁ = 0,, Sk ₁ = 0,

Durch die Anwendung des Verfahrens in der beschriebenen Form wird der Schneidkantenversatz indirekt aus der berührenden Werkstückabtastunn ermittelt.By using the method in the described form, the cutting edge offset is determined indirectly from the contacting workpiece scan.

Claims

Ό ο

claim

A method for determining the cutting edge offset of tools in the working space of numerically controlled machine tools using a mounted on the tool carrier deflectable transducer with a separate position measuring system, characterized in that a reference surface is fixed to the machine tool, which detects the displacement of the main and ball spindle by the position of the reference surface and the finished dimension of the workpiece is determined by touching the measuring points of the reference surface and the workpiece and a measure of the cutting edge offset is determined from the sum of the differences from change in position of the reference surface and finished dimension change of two or more successively manufactured workpieces.

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