DE10056905A1 - Sensorintegriertes Fräswerkzeug und prozessoptimierte Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein sensor-/aktorintegriertes Werkzeug und auf eine prozessoptimierte Fräsmaschine.

Der Einsatz moderner, komplexer Bearbeitungszentren in Verbindung mit modernen Hochleistungswerkzeugen erfolgt bekanntlich mit dem Ziel, Spanungsaufgaben mit höchstmöglicher Flexibilität und Produktivität bei hoher Prozesssicherheit zu realisieren. Hierbei bildet die Bearbeitungsmaschine und das Werkzeug eine Einheit. Während der Zustand der Maschine durch eine Vielzahl von Sensoren und Messeinrichtungen erfassbar ist und auftretende Abweichungen über die Maschinensteuerung kompensiert werden können, stellt das Werkzeug nach dem Einwechseln in die Maschine derzeit noch eine relativ Unbekannte dar.

Während des Zerspanungsprozesses lässt sich der Zustand des Werkzeuges nach seinen funktionsbestimmenden Eigenschaften, wie Verschleißzustand, Steifigkeit, Positioniergenauigkeit, Schwingungsfestigkeit und dgl. Wenn überhaupt, nur schwierig ermitteln und bestimmen. Dazu fehlt es noch immer an einer Funktionsanreicherung der Werkzeuge hinsichtlich einer Informations- und Datenbereitstellung für und an die Maschine.

Aus diesem Umstand resultiert die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Sie besteht vornehmlich darin, die Dynamik des Zerspanungsprozesses auf der Basis einer direkten Messung von geometrischen und dynamischen Größen im Bereich der Werkzeugwirkstelle zu erfassen, um auf der Basis der ermittelten Messwerte und deren Auswertung eine Regelstrategie zur Prozessoptimierung und erhöhten Prozesssicherheit zu erarbeiten.

Über bisher zum Teil praktikabel gewordenen Lösungsansätzen, in der Form der bekannten Werkzeugüberwachungen hinausgehend, soll mit dem erfindungsgemäß ausgestatteten Fräswerkzeug ein sog. "intelligentes Werkzeug" geschaffen werden, welches mit Hilfe geeigneter Sensorik Bearbeitungszustände erfasst, durch eine externe Signalaufbereitung und Handlungslogik sowie dezentraler Intelligenz sowie eigener Aktorik zur selbsttätigen Ausführung von Bearbeitungsfunktionen oder zur Regelung von Sensorzuständen in der Lage ist.

Somit stellt die im Patentanspruch charakterisierte erfindungsgemäße Lösung ein einsatzfähiges "Intelligentes Werkzeug" dar, welches nicht nur die gestellte und durchaus übliche spanungstechnische Aufgabe erfüllt, sondern eine funktionale Einheit aus Spanungswerkzeug und mechanischer sowie elektronischer Sensorik oder/und Aktorik bildet, die bei telemetrischer Datenübertragung zusammen mit einer notwendigen Software zur Signalanalyse und Signalaufbereitung und zusammen mit der CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine die erforderliche durch Steuerbefehle bestimmte Rückkopplung zum Werkzeug herstellt.

Die in das Werkzeug, z. B. einem mit acht PKD-Schneiden ausgestatteten HSC- Fräskopf integrierten Sensoren und Elektronikbaugruppen sowie die Peripheriegeräte ermöglichen in Verbindung mit leistungsfähiger Signalverarbeitung und Handlungslogik über die CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine eine direkte, unmittelbar wirkende Prozessbeeinflussung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der zugehörigen Zeichnung in stilisierter Form beschreibend dargestellt.

Die zeichnerische Darstellung stellt das erfindungsgemäße Lösungskonzept eines Regelkreises zwischen Fräskopf und Fräsmaschine bzw. deren Steuerung dar.

Claims (1)

1. Sensorintegriertes Fräswerkzeug und prozessoptimierte Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
   im Fräskopf sind mehrere Sensoren zur Aufnahme statischer und/oder dynamischer Messwerte über Beschleunigungen oder Kräfte entsprechend lagebestimmt angeordnet:
   die Sensoren sind bei orthogonaler Anordnung auf mehrere Koordinatenrichtungen vorzugsweise der x-y-z Achse, orientiert ausgerichtet;
   die aufgenommenen Messwerte werden durch telemetrische Übertragung einer Baugruppe zur Signalaufbereitung zugeleitet, und sodann der Maschinensteuerung zugeführt, von der die Rückkopplung von Steuerbefehlen zum sensorintegrierten Werkzeug vorgenommen wird.