DE102006030043B4

DE102006030043B4 - Method for determining process variables in machines for chip-forming workpieces

Info

Publication number: DE102006030043B4
Application number: DE102006030043A
Authority: DE
Inventors: Thomas Vetter; Rolf Speer
Original assignee: Aradex AG
Current assignee: Aradex AG
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: DE102006030043A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Prozessgrößen bei Maschinen zur spanenden Formung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf eine Mikromodulation einer Einflussgröße eine Prozessgröße gemessen wird, wobei die Einflussgröße und die Prozessgröße von einer Antriebskenngröße eines Antriebs (4a, 4b) der Maschine oder einer mittels eines Sensors erfassbaren Kenngröße gebildet sind.method for the determination of process variables Machines for chip-forming workpieces, characterized that in response to a micro-modulation of an influence a Process size measured is, where the influence and the Process size of one Drive characteristic of a Drive (4a, 4b) of the machine or one by means of a sensor formed recordable characteristic are.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Prozessgrößen bei Maschinen zur spanenden Formung von Werkstücken.The The invention relates to a method for determining process variables Machines for the cutting shaping of workpieces.

Verfahren zur spanenden Formung von Werkstücken sind in großer Anzahl und in unterschiedlichen Ausprägungen im industriellen Einsatz. Bei derartigen Verfahren wird generell zwischen einem Spanen mit geometrisch bestimmter Schneidenform wie zum Beispiel dem Drehen, Bohren oder Fräsen und einem Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneidenform wie zum Beispiel dem Schleifen, Trommelspanen oder Strahlspanen unterschieden.method for the machining of workpieces are in great Number and in different forms in industrial use. at Such methods are generally interspersed with geometric certain cutting shape such as turning, drilling or mill and a chip with geometrically indefinite cutting shape like for example, grinding, drum cutting or blasting.

Die Prozessführung bei derartigen Verfahren und damit die Qualität des bearbeiteten Werkstücks hängen von einer Vielzahl unterschiedlicher Prozessparameter ab. Zur Prozesskontrolle ist es bekannt, durch eine geeignete Sensorik Messgrößen zu erfassen, die Aufschluss über derartige Prozessparameter geben. Beispielsweise werden bei spanenden Verfahren Kraftmessdosen eingesetzt, mittels derer bei der spanenden Formung des Werkstücks auftretende Kräfte gemessen werden.The Litigation in such processes and thus the quality of the machined workpiece depend on a variety of different process parameters. For process control it is known to detect measured variables by means of suitable sensors, the information about give such process parameters. For example, when cutting Method used load cells, by means of which in the cutting Shaping the workpiece occurring forces be measured.

Ein Nachteil bei derartigen Systemen besteht darin, dass der Einsatz von zusätzlicher Sensorik einen beträchtlichen Mehraufwand darstellt, der zu einer unerwünschten Erhöhung der Kosten der jeweiligen Maschinen führt.One Disadvantage of such systems is that the use from additional Sensors a considerable Additional expense, resulting in an undesirable increase in the cost of each Machines leads.

Weiterhin stellen spanende Arbeitsprozesse typischerweise komplexe Prozesse dar, bei welchen die einzelnen Prozessparameter voneinander oder von weite ren Größen abhängen. So ist beispielsweise die beim Fräsen eines Werkstücks vom Werkzeug ausgeübte Schnittkraft unter anderem von der Schnittgeschwindigkeit, dem Vorschub des Werkzeugs, dessen Schmierung und auch von der Temperatur des Werkzeugs und des Werkstücks abhängig. Eine Messung sämtlicher derartiger Prozessparameter mit externer Sensorik stellt einen erheblichen konstruktiven Aufwand dar. Weiterhin verursacht die Auswertung der hiermit durchgeführten Messungen einen erheblichen Aufwand.Farther Machining work processes typically involve complex processes in which the individual process parameters from each other or from depend on other sizes. So is for example the milling a workpiece exerted by the tool Cutting force among other things of the cutting speed, the feed of the tool, its lubrication and also the temperature of the Tool and the workpiece dependent. A Measurement of all Such process parameters with external sensors represents a considerable constructive effort. Furthermore causes the evaluation of carried out herewith Measurements a considerable effort.

In der DE 39 03 133 A1 ist ein Verfahren zur Detektion der Bearbeitbarkeit von Werkstücken mit spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen beschrieben. Bei diesem Verfahren werden Prozessgrößen wie der Schneidewiderstand oder der Schneidzeit eines Werkstücks während einer Schneidbearbeitung mit unterschiedlichen Sensoren detektiert. Die dabei emittierten Sensordaten werden mit in einer Datenbank gespeicherten Daten verglichen.In the DE 39 03 133 A1 For example, a method for detecting the workability of workpieces with cutting machines is described. In this method, process variables such as the cutting resistance or the cutting time of a workpiece are detected during cutting processing with different sensors. The sensor data emitted in this process is compared with data stored in a database.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels dessen mit geringem konstruktivem Aufwand eine genaue Bestimmung von Prozessgrößen bei Maschinen zur spanenden Formung von Werkstücken ermöglicht wird.Of the Invention is the object of a method of the initially to provide said type, by means of which with little constructive Effort an accurate determination of process variables in machines for cutting Forming of workpieces allows becomes.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Prozessgrößen bei Maschinen dient zur spanenden Formung von Werkstücken. Als Reaktion auf eine Mikromodulation einer Einflussgröße wird eine Prozessgröße gemessen. Die Einflussgröße und die Prozessgröße sind jeweils von einer Antriebskenngröße eines Antriebs der Maschine oder einer mittels eines Sensors erfassbaren Kenngröße gebildet.The inventive method for the determination of process variables Machines are used for the machining of workpieces. In response to a Micro modulation of an influence variable is measured a process variable. The influencing variable and the Process size are each of a drive characteristic of a Drive the machine or a detectable by a sensor Characteristic formed.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass auf die Mikromodulation einer Einflussgröße gezielt die Antwort einer Prozessgröße hierauf gemessen werden kann, so dass der Einfluss der Einflussgröße auf diese Prozessgröße unabhängig von weiteren wechselwirkenden Parametern ermittelt werden kann. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass durch die Mikromodulation die Einflussgröße nur so geringfügig geändert wird, dass sich hierauf in erster Näherung nur die jeweilige zu bestimmende Prozessgröße, nicht jedoch weitere Parameter und insbesondere der spanende Arbeitsprozess selbst in einem störenden Maße ändern.One An essential advantage of the method according to the invention is that on the micro modulation of an influencing variable purposefully the answer of a Process size on this can be measured, so that the influence of the influence on this Process size independent of further interacting parameters can be determined. This is based in particular on the fact that through the micro-modulation the influencing factor just like that is slightly changed, that in first approximation only the respective process variable to be determined, but not other parameters and especially the cutting work process itself to a disturbing extent.

Besonders vorteilhaft wird dabei das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, dass die Einflussgröße mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz moduliert wird, und dass mit derselben Modulationsfrequenz eine phasenempfindliche Detektion der jeweiligen Prozessgröße erfolgt. Durch diese phasenempfindliche Detektion der Prozessgröße werden Stör- oder Einflussgrößen auf die Prozessgröße durch Mittelung eliminiert. Damit ist gewährleistet, dass als Antwort auf die Mikromodulation der Einflussgröße allein die Reaktion der zugeordneten Prozessgröße gemessen werden kann.Especially Advantageously, the inventive method is carried out such that the Influencing variable with a predetermined modulation frequency is modulated, and that with the same modulation frequency a phase-sensitive detection of the respective process variable takes place. Through this phase-sensitive detection of the process variable Fault or Influencing variables the process size through Averaging eliminated. This ensures that as an answer on the micro modulation of the influence quantity alone the reaction of the measured process variable can be.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt somit eine exakte Bestimmung von Prozessgrößen unabhängig von Stör- und Einflussgrößen. Damit werden Informationen gewonnen, anhand derer der spanende Arbeitsprozess genau kontrolliert und analysiert werden kann. Weiterhin können die bei der Mikromodulation der Einflussgröße gewonnenen Messergebnisse für eine gezielte und reproduzierbare Optimierung des spanenden Arbeitsprozesses genutzt werden.With the method according to the invention Thus, an exact determination of process variables independent of Interference and Factors. With that Information gained by means of which the cutting work process can be precisely controlled and analyzed. Furthermore, the measured results obtained in micro-modulation of the influencing variable for one targeted and reproducible optimization of the cutting work process be used.

Zur Durchführung des spanenden Arbeitsprozesses ist ein Antriebssystem mit wenigstens einem Antrieb für das Werkzeug vorgesehen. Besonders vorteilhaft sind zwei separate Antriebe vorgesehen, wobei ein erster Antrieb zur Durchführung einer Vorschubbewegung und ein zweiter Antrieb zur Durchführung einer Schnittbewegung des Werkzeugs dienen.To carry out the cutting work Processes is provided with a drive system with at least one drive for the tool. Two separate drives are particularly advantageously provided, wherein a first drive for carrying out a feed movement and a second drive for performing a cutting movement of the tool are used.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bilden Antriebskenngrößen des Antriebssystems sowohl die Einflussgrößen als auch die Prozessgrößen, die durch Mikromodulation der Einflussgrößen bestimmt werden. In dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird keine zusätzliche Sensorik zur Bestimmung von Einflussgrößen und/oder Prozessgrö ßen benötigt, wodurch die Maschine zur Durchführung des spanenden Arbeitsprozesses einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist.In form a particularly advantageous embodiment of the invention Drive characteristics of the Drive system both the influencing variables and the process variables, the be determined by micro-modulation of the influencing variables. In this Formation of the method according to the invention will not be additional Sensor system for the determination of influencing variables and / or process sizes Shen needed, which the machine to carry the cutting work process a particularly simple and cost-effective Structure has.

Bei derartigen Maschinen können insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit des ersten Antriebs und die Schnittgeschwindigkeit als Einflussgrößen dienen, wobei durch Mikromodulation dieser Einflussgrößen die Vorschubkraft und die Schnittkraft, die das Werkzeug auf das Werkstück ausüben, erfasst werden kann. Die Vorschubkraft und die Schnittkraft können durch Messen der Motorströme des jeweiligen Antriebs gemessen werden, wobei hierzu in den Antrieben selbst integrierte Messeinheiten genutzt werden können.at such machines can in particular the feed rate of the first drive and the cutting speed serve as influencing variables, whereby by micro modulation these factors influence the Feed force and the cutting force exerted by the tool on the workpiece detected can be. The feed force and the cutting force can by Measuring the motor currents of the respective drive to be measured, in which case in the drives even integrated measuring units can be used.

Die Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit als Einflussgrößen können durch in den Antrieben ebenfalls integrierte Drehzahlmesseinheiten erfasst und so bei der Mikromodulation kontrolliert werden.The Feed and cutting speeds as influencing factors can be achieved by in the drives also integrated speed measuring units recorded and be controlled during the micro modulation.

Damit können durch in den Antrieben selbst integrierten Messeinheiten die Verläufe der Vorschub- und Schnittkraft in Abhängigkeit der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit bestimmt werden. Dabei ist wesentlich, dass die jeweiligen Prozessgrößen jeweils in Abhängigkeit einer einzelnen Einflussgröße und damit unabhängig von weiteren Einflussparametern erfasst werden. Die so gewonnenen Informationen über die Prozessgrößen können damit zur systematischen Analyse und Optimierung des spanenden Arbeitsprozesses genutzt werden.In order to can through the measuring units integrated in the drives themselves, the course of the Feed and cutting force depending on the feed and Cutting speed to be determined. It is essential that the respective process variables respectively dependent on a single factor and thus independently be detected by other influencing parameters. The won information about the process variables can thus be used for systematic analysis and optimization of the cutting work process be used.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein derartiges System dahingehend erweitert werden, dass durch Einsatz zusätzlicher Sensorik die Abhängigkeit der Vorschub- und Schnittkraft als Prozessgrößen in Abhängigkeit weiterer Einflussgrößen analysiert wird und/oder dass weitere Prozessgrößen für den spanenden Arbeitsprozess durch Mikromodulation von Einflussgrößen bestimmt werden. Dadurch wird eine noch umfassendere Analyse und präzisere Optimierung des spanenden Arbeitsprozesses möglich.In an advantageous embodiment of the invention, such a System to be extended so that by using additional Sensory dependence the feed and cutting force are analyzed as process variables as a function of other parameters and / or that other process variables for the cutting work process be determined by micro-modulation of factors. Thereby will be an even more comprehensive analysis and more precise optimization of the cutting Working process possible.

Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von Temperatursensoren mittels derer insbesondere die Temperatur des Werkzeugs und/oder des Werkstücks erfasst werden kann.One Example for this is the use of temperature sensors by means of which in particular the temperature of the tool and / or the workpiece can be detected.

Die Temperatur des Werkstücks und/oder des Werkzeugs kann insbesondere als Einflussgröße herangezogen werden, in Abhängigkeit derer die Schnittkraft als Prozessgröße bestimmt wird.The Temperature of the workpiece and / or the tool can be used in particular as an influencing variable be, depending of which the cutting force is determined as a process variable.

Weiterhin kann die gemessene Temperatur als Maß für den Wärmeeintrag in das Werkstück bestimmt werden. In diesem Fall bildet die Temperatur eine Prozessgröße, die beispielsweise in Abhängigkeit der Vorschub- und/oder Schnittgeschwindigkeit als Einflussgröße bestimmt wird.Farther The measured temperature can be used as a measure of the heat input into the workpiece become. In this case, the temperature forms a process variable, the for example, depending on the feed rate and / or cutting speed determined as an influence becomes.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

1: Schematische Darstellung einer Maschine zum Fräsen von Werkstücken. 1 : Schematic representation of a machine for milling workpieces.

2: Perspektivische Darstellung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Werkzeugs der Maschine gemäß 1 relativ zum Werkstück. 2 : Perspective representation of the different speeds of the tool according to the machine 1 relative to the workpiece.

3: Perspektivische Darstellung der unterschiedlichen Kräfte auf das Werkstück bei der Maschine gemäß 1. 3 : Perspective representation of the different forces on the workpiece in the machine according to 1 ,

4a: Verlauf der Kräfte gemäß 3 in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs. 4a : Course of forces according to 3 depending on the feed speed of the tool.

4b: Verlauf der Kräfte gemäß 3 in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs. 4b : Course of forces according to 3 depending on the cutting speed of the tool.

1 zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten einer Maschine 1 zum Fräsen von Werkstücken 2. Die Maschine 1 weist einen Fräser als Werkzeug 3 zum Fräsen des Werkstücks 2 auf. Zum Antrieb des Fräsers sind zwei separate Antriebe 4a, 4b vorgesehen, wobei mit dem ersten Antrieb 4a eine Vorschubbewegung des Fräsers durchführbar ist und mit dem zweiten Antrieb 4b eine Schnittbewegung des Fräsers durchführbar ist. Die Antriebe 4a, 4b sind bevorzugt von Synchronmotoren gebildet. Mit diesen Antrieben 4a, 4b kann die Bewegung des Fräsers ohne Getriebe gesteuert werden. Die Antriebe 4a, 4b selbst werden bevorzugt durch nicht gesondert dargestellte Frequenzumrichter angesteuert. In den Antrieben 4a, 4b sind jeweils Messeinheiten integriert, mittels derer die Geschwindigkeit, das heißt die Drehzahl und der Motorstrom des jeweiligen Antriebs 4a, 4b als Antriebskenngrößen erfasst werden können. Die Antriebe 4a, 4b sind an eine Steuereinheit 5 angeschlossen und werden von dieser gesteuert. Weiterhin dient die Steuereinheit 5 zur Auswertung von Messergebnissen. Generell kann hierzu auch eine separate Einheit vorgesehen sein. 1 schematically shows the essential components of a machine 1 for milling workpieces 2 , The machine 1 has a cutter as a tool 3 for milling the workpiece 2 on. To drive the milling cutter are two separate drives 4a . 4b provided, with the first drive 4a a feed movement of the milling cutter is feasible and with the second drive 4b a cutting movement of the cutter is feasible. The drives 4a . 4b are preferably formed by synchronous motors. With these drives 4a . 4b The movement of the milling cutter can be controlled without gearbox. The drives 4a . 4b themselves are preferably controlled by not shown frequency converter. In the drives 4a . 4b In each case measuring units are integrated, by means of which the speed, that is the speed and the motor current of the respective drive 4a . 4b can be detected as drive characteristics. The drives 4a . 4b are connected to a control unit 5 connected and controlled by this. Furthermore, the control unit is used 5 to off evaluation of measurement results. In general, a separate unit can be provided for this purpose.

2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Fräsers und des hiermit bearbeiteten Werkstücks 2 sowie die bei der Bearbeitung auftretenden unterschiedlichen Geschwindigkeiten. 2 shows a perspective view of the milling cutter and the machined workpiece 2 as well as the different speeds occurring during processing.

Mittels des ersten Antriebs 4a wird eine Vorschubbewegung derart durchgeführt, dass der das Werkzeug 3 bildende Fräser wie in 2 dargestellt, mit einer Vorschubgeschwindigkeit V_f auf die zu bearbeitende Stelle des Werkstücks 2 geführt wird. Mittels des zweiten Antriebs 4a wird eine Schnittbewegung zur Bearbeitung des Werkstücks 2 durchgeführt, wobei wie aus dem Geschwindigkeitsdiagramm aus 2 ersichtlich, die Schnittgeschwindigkeit V_c erheblich größer ist als die Vorschubgeschwindigkeit V_f. Durch die Überlagerung der Schnittgeschwindigkeit V_c und der Vorschubgeschwindigkeit V_f ergibt sich die Wirkgeschwindigkeit V_e des Werkzeugs 3 wie in 2 dargestellt.By means of the first drive 4a a feed movement is performed such that the tool 3 forming cutters as in 2 represented, with a feed rate V _f on the workpiece to be machined 2 to be led. By means of the second drive 4a becomes a cutting motion for machining the workpiece 2 performed as if from the velocity diagram 2 can be seen, the cutting speed V _{c is} considerably greater than the feed rate V _f . The superposition of the cutting speed V _c and the feed rate V _f results in the effective speed V _{e of} the tool 3 as in 2 shown.

Durch die Führung des Werkzeugs 3 mit den Geschwindigkeiten gemäß 2 ergeben sich bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 die in 3 dargestellten Kräfte. Die Schnittkraft F_c wirkt der Schnittgeschwindigkeit V_c entgegen, die Vorschubkraft F_f wirkt der Vorschubgeschwindigkeit V_f entgegen. Diese Kräfte F_f, F_c spannen eine Arbeitsebene auf, wobei die in dieser Ebene wirkenden Kräfte das Fräsen des Werkstücks bewirken. Die Summe der in der Arbeitsebene liegenden Kräfte F_c, F_p ist mit F_e bezeichnet. Neben diesen Kräften tritt eine senkrecht zur Arbeitsebene orientierte Passivkraft F_p auf, die durch das Ablaufen der Späne beim Fräsen des Werkstücks 2, beispielsweise bedingt durch Reibungskräfte, entsteht. Die Kräfte F_f, F_c, F_p addieren sich vektoriell zur Zerspankraft F, welche die beim Fräsvorgang auftretende Gesamtkraft darstellt.By the guidance of the tool 3 according to the speeds 2 arise when machining the workpiece 2 in the 3 represented forces. The cutting force F _c counteracts the cutting speed V _c , the feed force F _f counteracts the feed rate V _f . These forces F _f , F _c span a working plane, wherein the forces acting in this plane cause the milling of the workpiece. The sum of the forces F _c , F _p lying in the working _plane is denoted by F _e . In addition to these forces, a passive force F _p oriented perpendicular to the working plane occurs due to the running of the chips during milling of the workpiece 2 , for example due to frictional forces arises. The forces F _f , F _c , F _p add vectorially to the cutting force F, which represents the total force occurring during the milling process.

Während die Passivkraft F_p für die Leistungsdimensionierung der Antriebe nicht relevant ist, da diese senkrecht zur Wirkgeschwindigkeit V_e ist, stellen die Vorschubkraft F_f und die Schnittkraft F_e für die Leistungsdimensionierung der Antriebe 4a, 4b wesentliche Prozessgrößen dar. Die Passivkraft ist jedoch für den Vorgang der Spanerzeugung sehr wichtig.While the passive force F _{p is} not relevant for the power dimensioning of the drives, since this is perpendicular to the effective speed V _e , the feed force F _f and the cutting force F _e for the power dimensioning of the drives 4a . 4b However, the passive force is very important for the process of chip production.

Zur Analyse und zur Optimierung des Fräsprozesses werden diese Prozessgrößen separat in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit V_g und der Schnittgeschwindigkeit V_c als Einflussgrößen ermittelt.For analyzing and optimizing the milling process, these process variables are determined separately as a function of the feed rate V _g and the cutting speed V _c as influencing variables.

Zur Ermittlung der Prozessgrößen in Abhängigkeit der Einflussgrößen wird eine Mikromodulation der jeweiligen Einflussgrößen durchgeführt. Die Amplitude der Mikromodulation, das heißt die Größe der Änderung der Einflussgröße ist sehr klein gegenüber dem Absolutwert der Einflussgröße gewählt, so dass dadurch nur die jeweilige Prozessgröße geändert wird, der Fräsprozess selbst und weitere Einflussparameter dieses Fräsprozesses dabei näherungsweise unverändert bleiben.to Determination of the process variables in dependence the influencing variables carried out a micro-modulation of the respective factors. The Amplitude of the micro-modulation, that is the magnitude of the change in the influence variable is very small compared to the Absolute value of the influencing variable selected, so that only the respective process variable is changed thereby, the milling process itself and other influencing parameters of this milling process approximately unchanged stay.

Zur Ermittlung einer Prozessgröße in Abhängigkeit einer Einflussgröße wird die jeweilige Einflussgröße mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz mo duliert. Die Messung der zugeordneten Prozessgröße erfolgt mit derselben Modulation, wobei eine phasenempfindliche Detektion der Prozessgröße erfolgt, wodurch der differentielle Zusammenhang zwischen Prozessgröße und Einflussgröße ermittelt wird.to Determination of a process variable depending on an influencing variable the respective influencing variable with a predetermined modulation frequency modulated mo. The measurement of the assigned process variable takes place with the same modulation, where a phase-sensitive detection the process size takes place, whereby the differential relationship between process variable and influencing variable is determined becomes.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Einflussgrößen, nämlich die Vorschubgeschwindigkeit V_f und die Schnittgeschwindigkeit V_c, sowie die Prozessgröße, nämlich die Schnittkraft F_c und die Vorschubkraft F_f, durch die Antriebe 4a, 4b selbst beziehungsweise die diesen zugeordneten Frequenzumrichter bestimmt und erfasst werden.In the present embodiment, the influencing variables, namely the feed rate V _f and the cutting speed V _c , as well as the process variable, namely the cutting force F _c and the feed force F _f , by the drives 4a . 4b itself or the frequency converter associated therewith are determined and detected.

Zur Mikromodulation der Vorschubgeschwindigkeit V_f wird die Drehzahl des ersten Antriebs 4a und zur Mikromodulation der Schnittgeschwindigkeit V_c die Drehzahl des zweiten Antriebs 4b mit einer bestimmten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert. Die phasenempfindliche Detektion der Prozessgröße, nämlich der Vorschubkraft F_f und der Schnittkraft F_c erfolgt dadurch, dass die Motorströme des ersten beziehungsweise zweiten Antriebs 4a, 4b mit derselben Modulationsfrequenz erfasst werden.For micro modulation of the feed rate V _f , the speed of the first drive 4a and for micro-modulation of the cutting speed V _c, the speed of the second drive 4b amplitude modulated at a given modulation frequency. The phase-sensitive detection of the process variable, namely the feed force F _f and the cutting force F _c takes place in that the motor currents of the first and second drive 4a . 4b be detected at the same modulation frequency.

Das Resultat ist in den 4a, b dargestellt. 4a zeigt die Abhängigkeit der Prozessgrößen F_f, F_c in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit V_f als Einflussgröße. Die Kurvenverläufe in 4a werden derart ermittelt, dass mit einer bestimmten Schrittweite jeweils für einen bestimmten Geschwindigkeitswert eine Mikromodulation der Vorschubgeschwindigkeit V_f durchgeführt wird und in Abhängigkeit hiervon der jeweilige Wert der Prozessgröße F_f oder F_c ermittelt wird. Wie aus 4a ersichtlich, steigt sowohl die Vorschubkraft F_f als auch die Schnittkraft F_c stetig mit der Vorschubgeschwindigkeit V_G an.The result is in the 4a , b shown. 4a shows the dependence of the process variables F _f , F _c as a function of the feed rate V _f as an influencing variable. The curves in 4a are determined in such a way that a micro-modulation of the feed rate V _{f is} carried out with a certain step size for a particular speed value and the respective value of the process variable F _f or F _{c is} determined as a function of this. How out 4a can be seen, both the feed force F _f and the cutting force F _c increases steadily with the feed rate V _G.

In analoger Weise wird die in 4b dargestellte Abhängigkeit der Schnittkraft F_c und der Vorschubkraft F_f in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit V_c ermittelt. Wie aus 4b ersichtlich weisen die Kurvenverläufe von F_f und F_c bei der Schnittgeschwindigkeit V_c = V_c0 ein lokales Minimum auf.In an analogous way, the in 4b illustrated dependence of the cutting force F _c and the feed force F _{f determined} as a function of the cutting speed V _c . How out 4b As can be seen, the curves of F _f and F _{c have} a local minimum at the cutting speed V _c = V _c0 .

Die Kurven gemäß den 4a, b können insbesondere zur Prozessoptimierung des Fräsvorgangs genutzt werden. Insbesondere werden bei der Schnittgeschwindigkeit V_c = V_c0 optimale Kraftwerte erhalten, das heißt in diesem Geschwindigkeitsbereich ist der Leistungsbedarf der Antriebe beim Fräsen des Werkstücks 2 besonders gering.The curves according to the 4a , b can be used in particular for process optimization of the milling process. In particular, at the Cutting speed V _c = V _c0 optimum force _values are obtained, ie in this speed range is the power requirement of the drives when milling the workpiece 2 especially low.

Ausgehend von den Kurvenverläufen für F_f und F_c gemäß 4b kann eine Aussage über den Verschleiß des Werkzeugs 3 abgeleitet werden, da der Verschleiß des Werkzeugs 3 mit zunehmenden Kräften F_f, F_c ebenfalls zunimmt. Somit kann aus den primären Prozessgrößen F_f, F_c gemäß 4b als sekundäre, davon abgeleitete Prozessgröße ein Maß für den Verschleiß des Werkzeugs 3 abgeleitet werden. Aus der 4b folgt unmittelbar, dass bei einer Geschwindigkeit im Bereich von V_c = V_c0 der Verschleiß des Werkzeugs 3 minimal ist.Starting from the curves for F _f and F _c according to 4b can make a statement about the wear of the tool 3 be derived as the wear of the tool 3 with increasing forces F _f , F _c also increases. Thus, from the primary process variables F _f , F _c according to 4b as a secondary, derived process variable a measure of the wear of the tool 3 be derived. From the 4b Immediately follows that at a speed in the range of V _c = V _c0 the wear of the tool 3 is minimal.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 sind sämtliche Einflussgrößen und Prozessgrößen von Antriebskenngrößen der Antriebe 4a, 4b der Fräsmaschine gebildet.In the embodiment according to the 1 to 3 are all influencing variables and process variables of drive characteristics of the drives 4a . 4b the milling machine formed.

In Erweiterung hierzu können weitere, mit zusätzlichen Sensoren bestimmbare Einflussgrößen oder Prozessgrößen. Zur Analyse und/oder Optimierung in Betracht gezogen werden.In Extension to this can more, with additional Sensors determinable influencing variables or Process variables. to Analysis and / or optimization should be considered.

Ein Beispiel für eine weitere, die Schnitt- und Vorschubkraft als Prozessgröße beeinflussende Einflussgröße ist die Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit, die dem Werkzeug 3 beziehungsweise der Kontaktstelle zwischen Werkzeug 3 und Werkstück 2 zugegeben wird. Durch Mikromodulation der zugeführten Schmiermittelmenge kann deren Einfluss auf die Schnitt- und Vorschubkraft systematisch erfasst werden.An example of another influencing variable influencing the cutting and feed force as a process variable is the amount of lubricant per unit of time that is associated with the tool 3 or the contact point between tools 3 and workpiece 2 is added. By micro modulation of the supplied lubricant quantity, their influence on the cutting and feed force can be systematically recorded.

Eine weitere, die Schnitt- und Vorschubkraft beeinflussende Einflussgröße stellt die Temperatur des Werkzeugs 3 beziehungsweise Werkstücks 2 dar.Another influencing variable influencing the cutting and feed force is the temperature of the tool 3 or workpiece 2 represents.

11: Maschinemachine
22: Werkstückworkpiece
33: WerkzeugTool
4a4a: Antriebdrive
4b4b: Antriebdrive
55: Steuereinheitcontrol unit

Claims

Method for determining process variables in machines for chip-forming workpieces, characterized in that a process variable is measured in response to a micro-modulation of an influencing variable, the influencing variable and the process variable being measured by a drive characteristic of a drive ( 4a . 4b ) are formed of the machine or a detectable by a sensor characteristic.

Method according to claim 1, characterized in that that to carry the micro modulation modulated an influence variable with a modulation frequency and that with the same modulation frequency is a phase sensitive Detection of the respective process variable takes place.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the machine has at least one drive ( 4a . 4b ), by means of which a working movement of a tool ( 3 ), the motor current and drive speed of the drive ( 4a . 4b ) Form drive characteristics.

Method according to claim 3, characterized in that the machine has a first drive ( 4a ) for performing a feed movement of the tool ( 3 ), wherein the feed rate of this drive ( 4a ) forms an influence.

Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that the machine has a second drive ( 4b ) for performing a cutting movement of the tool ( 3 ), wherein the cutting speed of this drive ( 4b ) forms an influence.

Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that depending on the feed rate or the cutting speed as an influencing variable, the feed force of the tool ( 3 ) is determined as the process variable.

A method according to claim 6, characterized in that the feed force by measuring the motor current of the first drive ( 4a ) he follows.

Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that depending on the feed rate or the cutting speed as an influencing variable, the cutting force of the tool ( 3 ) is determined as the process variable.

A method according to claim 8, characterized in that the cutting force by measuring the motor current of the second drive ( 4b ) he follows

Method according to one of claims 1 to 9, characterized that from a determined by micro modulation of a parameter Process size at least derived another process variable becomes.

A method according to claim 10, characterized in that as a further process variable the cutting force the wear of the tool ( 3 ) is determined.

Method according to one of claims 3 to 11, characterized in that the tool ( 3 ) a lubricant is supplied, whereby the tool ( 3 ) supplied per unit time lubricant forms an influence.

Method according to claim 12, characterized in that depending on the tool ( 3 ) per unit of time supplied lubricant quantity, the cutting force is determined as a process variable.

Method according to one of claims 3 to 13, characterized in that the temperature of the tool ( 3 ) and / or the temperature of the workpiece to be machined therewith ( 2 ) forms an influence.

Method according to claim 14, characterized in that that in dependence the temperature, the cutting force is determined as a process variable.

Method according to one of claims 3 to 13, characterized in that by means of a temperature sensor, the heat input into the workpiece ( 2 ) is recorded as a process variable.