DD258763A1

DD258763A1 - Schaltungsanordnung zur werkzeugverschleiss- und werkzeugbruchidentifikation beim ausbohren

Info

Publication number: DD258763A1
Application number: DD30084787A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Haensch; Harald Goldau; Joachim Hoffmann; Juergen Foerster; Joerg Franke; Bernd Morgenstern
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Vogtl
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1988-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugverschleiss- und Werkzeugbruchidentifikation beim Ausbohren durch die Auswertung von waehrend der Bearbeitung auftretenden Schallsignalen. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein Signal beim Auftreten von Werkzeugbruch oder bei Erreichen eines unzulaessigen Verschleisszustandes erzeugt, einfach im Aufbau ist und mit geringem Aufwand auch an vorhandenen Werkzeugmaschinen nachruestbar ist. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass das von einem Schwingungsaufnehmer gewonnene Signal einem speziellen Analysegeraet zugefuehrt und in diesem im Echtzeitbetrieb ausgewertet wird. Aus der komplexen Signalamplitude zuzueglich eines bestimmten Festbetrages werden ein unterer und ein oberer Schwellwert gebildet. Ueberschreitet das Signal, das durch einen Bandpass geglaettet wird, in einer definierten Zeit die Schwellwerte, vollzog sich ein Werkzeugbruch. Eine weitere Messkette erzeugt immer dann ein Signal "Werkzeug verschlissen", wenn das Ausgangssignal einen eingestellten Schwellwert ueberschreitet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugverschleiß- und Werkzeugbruchidentifikation beim Ausbohren. Sie dient zur berührungslosen in — process — Erfassung des Werkzeugbruchs und Werkzeuggrenzverschleißes, vorwiegend an Sondermaschinen beim Bearbeitungsverfahren Ausbohren, durch die Auswertung des Körperschalls, die Ausbrüche der Schneidkante eines Werkzeuges, Totalbruch sowie unzulässigen Verschleiß erkennt und der Werkzeugmaschinensteuerung signalisiert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind bereits Verfahren bzw. Schaltungsanordnungen zur in — process —Werkzeugverschleiß- und Werkzeugbruchüberwachung bekannt, bei denen die am Werkzeug auftretenden dynamischen und/oder statischen Kräfte analysiert und die Maschine bei unzulässigen Kräften abgeschaltet wird, jedoch signifikante Zusammenhänge von Körperschallsignal und Zustand des Ausbohrwerkzeuges bleiben unberücksichtigt.

Nach DD-WP-234378 ist eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbrucherkennung an Drehwerkzeugen bekannt, die durch Auswertung von Körperschallsignalen, die während der Bearbeitung auftreten, Ausbrüche der Schneidkante eines Werkzeuges sowie Totalbruch erkennt. DerSensorzurErkennung des Werkzeugbruchs wird nur aktiviert, wenn das Werkzeug den Schnittweg 'zurücklegt.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß nur eine Anwendung für Drehverfahren möglich ist und daß keine Aussagen zum Verschleißzustand des Werkzeuges getroffen werden können.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Steuerung der Schutzabschaltung einer Werkzeugmaschine insbesondere einer Drehmaschine bekannt, DD-WP-240692, die bei Werkzeugbruch, Totalbruch des Werkzeuges, bei Kollision oder unzulässigen Schwingungen die Abschaltung der Maschine bewirkt.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Auswertung der Meßsignale eine Prozeßrechner benötigt wird und daß trotz der relativ aufwendigen Signalauswertung keine Aussagen zum Verschleißzustand möglich sind. Darüber hinaus ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von spanabhebenen Werkzeugen, insbesondere zur Bohrerüberwachung bekannt, DE-OS-3503263, bei denen die Schwingungen des Werkzeuges und/oder der damit bearbeiteten Werkstücke erfaßt und ausgewertet wird. Aus den aufgenommenen Schwingungen wird der von dem Bearbeitungsprozeß erzeugte Körperschall abgetrennt und auf Koinzidenz mit einem Betriebssignal des spanabhebenen Werkzeuges überwacht. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß für jedes zur Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges die Eingriffszeiten abzuspeichern sind und daß für jeden Bearbeitungsschritt ein Lernschritt notwendig ist.

Weiterhin existieren Anordnungen und Verfahren zum Erkennen von Werkzeugbrüchen, DE-OS-3537214 und 3537217, die kein Signal bei unzulässigem Verschleiß des Schneidwerkzeuges generieren. Weiterhin sind Lösungen bekannt, die die Abschaltung der Maschine bei unzulässigem Verschleiß veranlassen, DE-EB-591 691; DE-EB-3029957; DE-EB-2046560. Plötzliche Veränderungen der Schneidfähigkeit eines Werkzeuges können nicht erkannt werden, da die Reaktion des Systems auf geschehene Ereignisse sehr träge ist.

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugverschleiß- und -bruchidentifikation für Ausbohrwerkzeuge durch Auswertung des Körperschalls zu schaffen, die ein Signal bei Auftreten von Werkzeugbruch bzw. bei Erreichen eines kritischen Verschleißzustandes erzeugt, keinen zusätzlichen Vorbereitungs-und Einstel!aufwand erfordert, eine Überwachung aller aktiven Schnitte ermöglicht und die Auswertung nur einer Meßgröße erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Werkzeugmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnene Signal drei parallelen Meßketten zugeführt wird, wobei die eine Meßkette die aus einem Bandpaß, zwei Komparatoren, einer Impulsverlängerung und einem Tor besteht, immer dann ein Signal — Werkzeugbruch — 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 Komparatorschwellen überschreiten.

Die dritte Meßkette, bestehend aus Bandpaß, Gleichrichter, Tiefpaß und Komparator, erzeugt immer dann ein Signal — Werkzeug verschlissen, wenn das Ausgangssignal des Tiefpasses den am Komparator eingestellten Schwellwert überschreitet. Die Ausgangssignale des Tores der ersten Meßkette und des Komparators der dritten Meßkette werden einem Logikblock zugeführt, der immer dann ein Signal ausgibt, wenn ein Werkzeugbruch aufgetreten ist oder der Bereich des unzulässigen Verschleißes erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung,

Fig.2 einen prinzipiellen Schwingungsverlauf bei Werkzeugbruch,

Fig.3 den Signalverlauf des Verschleißzustandes des Werkzeuges als Funktion der Zeit.

Das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an einer Werkzeugmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer 1 gewonnene und in einem Impedanzwandler 2 umgesetzte Signal wird jeweils einem Bandpaß 3, einem Bandpaß 5 und einem Effektivwertgleichrichter 4 zugeführt und mit Hilfe des Tiefpasses 6 aus dem Effektivwert des SchwingungssignaIs zuzüglich der vorzeichenbehafteten Addition der Festspannungen Ufi und Up₂, realisiert durch den Inverter 8 und die Addierer 11 und 13, ein Bruchsignal gebildet. Ein Bruchsignal wird nur dann ausgegeben, wenn in der von den Impulsverlängerungen 15 und 16 festgelegten Zeit, in der das Tor 17 geöffnet ist, auch die Kornparatorschwelle Uk2 überschritten wird und der Komparator 10 bzw. 12 ein Signal ausgibt.

Für die Bildung des Verschleißsignales wird die Ausgängsspannung des Bandpasses 5 in einem Effektivwertgleichrichter 7 gleichgerichtet und in einem Tiefpaß 9 geglättet. Die Ausgangsspannung U_v des Tiefpasses 9 wird durch den Komparator 14 mit der Komparatorschwelle U₃ überwacht. Die Ausgangsspannung des Komparators 14 und des Tores 17 werden im Logikblock 18 verknüpft.

Claims

Schaltungsanordnung zur Werkzeugverschleiß- und Werkzeugbruchidentifikation beim Ausbohren, wobei das von einem vorzugsweise in Vorschubrichtung an der Werkzeugmaschine angebrachten Schwingungsaufnehmer gewonnene und in einem Impedanzwandler umgesetzte Signal zwei verschiedenen Bandpässen und einem Effektivwertgleichrichter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Bandpasses (3) mit den Eingängen zweier Komparatoren (10; 12) verbunden ist und die eine Komparatorschwelle mittels eines Effektivwertgleichrichters (4), einem Tiefpaß (6) und einem Addierer (11) erzeugbar ist, während die andere Komparatorschwelle mittels des Effektivwertgleichrichters (4), des Tiefpasses (6), einem Inverter (8) und einem Addierer (13) bildbar ist, wobei die Komparatoren (10; 12) jeweils über eine Impulsverlängerung (15; 16) mit einem Tor (17) verbunden sind und daß der Ausgang des Bandpasses (5) über einen Effektivwertgleichrichter (7) und einen Tiefpaß (9) mit einem Komparator (14) verbunden ist und die Ausgänge des Tores (17) und des Komparators (14) mit dem Logikblock (18) verknüpft sind.

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2 Seiten Zeichnungen