DD258763A1

DD258763A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TOOL WEAR AND TOOL GRAB IDENTIFICATION WHILE DRILLING

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.The invention relates to a circuit arrangement for Werkzeugverschleiss- and tool breakage identification during drilling by the evaluation of occurring during processing sound signals. The aim and object of the invention are to provide a circuit arrangement which generates a signal when tool breakage occurs or when an inadmissible wear condition is reached, is simple in construction and can be retrofitted to existing machine tools with little effort. The task is solved in that the signal obtained from a vibration sensor is fed to a special analysis device and evaluated in real-time operation. From the complex signal amplitude plus a certain fixed amount, a lower and an upper threshold are formed. If the signal, which is looped through a bandpass, exceeds the threshold values in a defined time, a tool breakage occurs. Another measuring chain always generates a "Tool worn out" signal if the output signal exceeds a set threshold value.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a circuit arrangement for Werkzeugverschleiß- and tool breakage identification during drilling. It is used for non-contact in-process detection of tool breakage and tool edge wear, mainly on special machines during machining boring, by the analysis of structure-borne noise, the breakouts of the cutting edge of a tool, total breakage and impermissible wear and signals the machine tool control.

Characteristic of the known state of the art

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.Methods or circuit arrangements for in-process tool wear and tool breakage monitoring are already known, in which the dynamic and / or static forces occurring at the tool are analyzed and the machine is switched off with impermissible forces, but significant correlations between structure-borne sound signal and condition of the boring tool remain unconsidered.

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.According to DD-WP-234378 a circuit arrangement for tool breakage detection on turning tools is known, which detects by evaluating structure-borne sound signals that occur during processing, breakouts of the cutting edge of a tool and total breakage. The tool break detection sensor is activated only when the tool traverses the cutting path.

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.The disadvantage of this solution is that only one application for turning process is possible and that no statements can be made on the state of wear of the tool.

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.Furthermore, a method for controlling the protective shutdown of a machine tool, in particular a lathe, DD-WP-240692, which causes machine shutdown in case of tool breakage, total breakage of the tool in case of collision or impermissible vibrations.

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.The disadvantage of this method is that a process computer is required for the evaluation of the measured signals and that despite the relatively complex signal evaluation no statements on the state of wear are possible. In addition, a method and an apparatus for monitoring cutting-off tools, in particular for monitoring drill, DE-OS-3503263, in which the vibrations of the tool and / or the machined workpieces is detected and evaluated. From the recorded vibrations of the structure-borne noise generated by the machining process is separated and monitored for coincidence with an operating signal of the cutting tool. A significant disadvantage is that the intervention times are to be stored for each tool used for machining and that a learning step is necessary for each processing step.

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.Furthermore, there are arrangements and methods for detecting tool breaks, DE-OS-3537214 and 3537217, which generate no signal inadmissible wear of the cutting tool. Furthermore, solutions are known which cause the shutdown of the machine in case of impermissible wear, DE-EB-591 691; DE-EB-3029957; DE-EB 2,046,560th Sudden changes in the cutting ability of a tool can not be detected because the system's response to events that happen is very sluggish.

Object of the invention

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.The object of the invention is to provide a circuit arrangement which monitors the tool during machining in a machine tool, by the immediate detection of a tool breakage and signaling the achievement of a too large state of wear allows a higher utilization of the system tool-workpiece machine tool, is simple in construction and thus serves to secure the user-poor operation.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for Werkzeugverschleiß- and -bruchidentifikation for Ausbohrwerkzeuge by evaluating the structure-borne noise, which generates a signal at the occurrence of tool breakage or upon reaching a critical state of wear, no additional preparation and setting! allows monitoring of all active sections and requires the evaluation of only one measurand. According to the invention the object is achieved in that the signal obtained from a preferably mounted in the feed direction on a machine tool vibration signal is supplied to three parallel electrodes, the one measuring chain consisting of a bandpass filter, two comparators, a pulse extension and a gate, always a signal Tool breakage is generated when the peak values at the output of the bandpass of the first electrode, the comparator thresholds formed with the second electrode consisting of RMS rectifier, low-pass filter, inverter and two adders, representing the effective value of the oscillation signal plus a fixed amount thereof, are exceeded. In this case, the break signal is output only when two consecutive half-waves of opposite polarity of the frequency selected by the bandpass filter of the first electrode exceed the comparator thresholds.

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.The third measuring chain, consisting of bandpass filter, rectifier, low-pass filter and comparator, always produces a signal tool that is worn out when the output signal of the low-pass filter exceeds the threshold value set on the comparator. The output signals of the gate of the first measuring chain and of the comparator of the third measuring chain are fed to a logic block, which outputs a signal whenever a break in the tool has occurred or the area of unacceptable wear is reached.

embodiment

Nachstehend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The solution according to the invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

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

Fig.2 einen prinzipiellen Schwingungsverlauf bei Werkzeugbruch,FIG. 2 shows a principal vibration course in the event of tool breakage, FIG.

Fig.3 den Signalverlauf des Verschleißzustandes des Werkzeuges als Funktion der Zeit.3 shows the waveform of the state of wear of the tool as a function of time.

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.The signal obtained from a preferably mounted in the feed direction on a machine tool vibration sensor 1 and converted into an impedance converter 2 signal is a bandpass 3, a bandpass 5 and RMS 4 supplied and using the low-pass filter 6 from the RMS value of the SchwingungssignaIs plus the signed addition of the Fixed voltages Ufi and Up ₂ , realized by the inverter 8 and the adders 11 and 13, a break signal formed. A break signal is output only when in the time defined by the pulse extensions 15 and 16, in which the gate 17 is opened, and the Kornparatorschwelle Uk2 is exceeded and the comparator 10 and 12 outputs a signal.

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.For the formation of the wear signal, the output voltage of the bandpass filter 5 is rectified in an RMS rectifier 7 and smoothed in a low-pass filter 9. The output voltage U _{v of} the low-pass filter 9 is monitored by the comparator 14 with the comparator threshold U ₃ . The output voltage of the comparator 14 and the gate 17 are linked in logic block 18.

Claims

Circuit arrangement for Werkzeugverschleiß- and tool breakage identification during drilling, wherein the signal obtained from a preferably mounted in the feed direction on the machine vibration sensor and converted in an impedance converter signal is fed to two different bandpasses and RMS rectifier, characterized in that the output of the bandpass filter (3) with the Inputs of two comparators (10; 12) is connected and a comparator threshold by means of RMS rectifier (4), a low-pass filter (6) and an adder (11) can be generated, while the other comparator threshold by means of RMS rectifier (4), the low pass (6 ), an inverter (8) and an adder (13) can be formed, the comparators (10; 12) each being connected to a gate (17) via a pulse extension (15; 16) and the output of the bandpass filter (5) via an RMS rectifier (7) and a low-pass filter (9) with a comparator r (14) is connected and the outputs of the gate (17) and the comparator (14) are linked to the logic block (18).

For this

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