DE102014013393A1

DE102014013393A1 - Arrangement and method for determining a thermal tool load

Info

Publication number: DE102014013393A1
Application number: DE201410013393
Authority: DE
Inventors: Yunlong Cao; Julius Habermeier; Cong Peng
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Es wird eine Anordnung (1) zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung mit einer Werkzeugmaschine (3), eingerichtet zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (5), wobei die Werkzeugmaschine (3) ein Werkzeug (7) mit wenigstens einer aktiven Schneidkante (11, 25) aufweist, und mit einem Werkstück (5), das eingerichtet ist, um von dem Werkzeug (7) spanabhebend bearbeitet zu werden, vorgeschlagen. Die Anordnung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstück (5) wenigstens eine Messstelle (13, 13') aufweist, die eingerichtet ist zur Messung einer Temperatur an einem Ort des Werkzeugs (7).An arrangement (1) for determining a thermal tool load with a machine tool (3), designed for machining a workpiece (5), wherein the machine tool (3) comprises a tool (7) with at least one active cutting edge (11, 25) and with a workpiece (5) adapted to be machined by the tool (7). The arrangement (1) is characterized in that the workpiece (5) has at least one measuring point (13, 13 ') which is set up for measuring a temperature at a location of the tool (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung gemäß Anspruch 7.The invention relates to an arrangement for determining a thermal tool load according to claim 1 and a method for determining a thermal tool load according to claim 7.

Während einer spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, beispielsweise beim Drehen oder Aufbohren mit Wendeschneidplatten, wird thermische Energie frei, welche direkt auf das Werkzeug beziehungsweise die Werkzeugbeschichtung einwirkt. Die so entstehende thermische Belastung des Werkzeugs beeinflusst dessen Standzeit und somit auch die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsprozesses. Um Bearbeitungsparameter für die Zerspanung festlegen zu können, welche die Lebensdauer des Werkezugs signifikant verlängern, ist es nötig, die Werkzeugtemperatur bei der Bearbeitung möglichst genau zu erfassen. Vor allem bei der Entwicklung neuer Werkzeugbeschichtungen, insbesondere für schwer zerspanbare Werkstoffe wie beispielsweise hochwarmfesten Stahlguss für Turbinengehäuse, sind Kenntnisse über die thermische Belastung auf der Werkzeugoberfläche von großer Bedeutung.During a machining of a workpiece, for example when turning or boring with indexable inserts, thermal energy is released, which acts directly on the tool or the tool coating. The resulting thermal stress on the tool influences its service life and thus also the cost-effectiveness of the machining process. In order to be able to specify cutting machining parameters which significantly extend the tool life, it is necessary to record the tool temperature as precisely as possible during machining. Especially in the development of new tool coatings, especially for difficult-to-machine materials such as heat-resistant steel castings for turbine housings, knowledge of the thermal load on the tool surface is of great importance.

Aus der deutschen Patentschrift DE 196 13 183 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstücks aus einem härtbaren Stahl bekannt. Dabei kann die Oberflächentemperatur an der Einwirkungsstelle durch eine meißelintegrierte Lichtleitfaser lokal thermographisch erfasst werden. Auf diese Weise kann aber nur die Temperatur der Oberfläche des zerspanten Werkstücks oder einer Unterseite der Späne gemessen werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Temperatur des Werkzeugs und des Werkstücks in der Kontaktzone identisch ist. Diese Annahme trifft aber höchstens näherungsweise und nur dann zu, wenn die Wärmeleitfähigkeiten der beiden in Kontakt miteinander stehenden Werkstoffe nicht zu verschieden sind, und wenn keine komplexen Zerspannungsbedingungen – beispielsweise durch Verwendung eines Kühl-/Schmiermittels – vorliegen. Andernfalls kann die Temperatur der Werkstückoberfläche erheblich von der Temperatur des Werkzeugs abweichen. Es ist auch versucht worden, eine Werkzeugtemperatur mithilfe eines in das Werkzeug integrierten Thermoelements zu messen. Ein solches Verfahren basiert auf dem Prinzip der Wärmeleitung und ist wegen der notwendigen Kontaktbeschränkung zwischen dem Thermoelement und der Schneidkante des Werkzeugs ungenau. Auch ist der Messaufbau nicht reproduzierbar, da eine Erodierungstiefe zur Einbringung des Thermoelements in das Werkzeug schwankt. Weiterhin ist versucht worden, die Werkzeugtemperatur mithilfe einer Thermographiekamera zu messen. Nachteilig hierbei ist, dass der Emissionsgrad des gemessenen Materials bekannt sein muss, wenn eine hochgenaue Messung durchgeführt werden soll. Insbesondere bei Metallen gestaltet sich dies als schwierig.From the German patent DE 196 13 183 C1 For example, a method and apparatus for fine turning a work piece made of a hardenable steel is known. In this case, the surface temperature at the point of action can be detected locally thermographically by a chisel-integrated optical fiber. In this way, however, only the temperature of the surface of the machined workpiece or a bottom of the chips can be measured. It is assumed that the temperature of the tool and the workpiece in the contact zone is identical. However, this assumption is true at most approximately and only if the thermal conductivities of the two materials in contact with each other are not too different, and if no complex Zerspannungsbedingungen - for example by using a coolant / lubricant - are present. Otherwise, the temperature of the workpiece surface may differ significantly from the temperature of the tool. It has also been attempted to measure a tool temperature using a thermocouple integrated into the tool. Such a method is based on the principle of heat conduction and is inaccurate because of the necessary contact restriction between the thermocouple and the cutting edge of the tool. Also, the measurement setup is not reproducible since an erosion depth for introducing the thermocouple into the tool varies. Furthermore, it has been tried to measure the tool temperature using a thermographic camera. The disadvantage here is that the emissivity of the measured material must be known if a highly accurate measurement is to be performed. Especially with metals, this is difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anordnung sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung zu schaffen, welche die hier genannten Nachteile nicht aufweisen.The invention has for its object to provide an arrangement and a method for determining a thermal tool load, which do not have the disadvantages mentioned here.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Anordnung zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung geschaffen wird, welche eine Werkzeugmaschine aufweist, die eingerichtet ist zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Werkzeugmaschine ein Werkzeug mit wenigstens einer aktiven Schneidkante aufweist. Die Anordnung weist außerdem ein Werkstück auf, das eingerichtet ist, um von dem Werkzeug spanabhebend bearbeitet zu werden. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstück wenigstens eine Messstelle aufweist, die eingerichtet ist zur Messung einer Temperatur an einem Ort des Werkzeugs. Die Messstelle wird demnach erfindungsgemäß in das Werkstück verlagert, wodurch sie dem Ort einer Messung auf dem Werkzeug gegenüberliegend angeordnet werden kann. Daher ist es möglich, unmittelbar die Temperatur des Werkzeugs mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wobei ein reproduzierbarer Aufbau möglich ist.The object is achieved in particular by providing an arrangement for determining a thermal tool load, which has a machine tool which is set up for machining a workpiece, wherein the machine tool has a tool with at least one active cutting edge. The assembly also includes a workpiece configured to be machined by the tool. The arrangement is characterized in that the workpiece has at least one measuring point which is set up for measuring a temperature at a location of the tool. According to the invention, the measuring point is thus displaced into the workpiece, whereby it can be arranged opposite the location of a measurement on the tool. Therefore, it is possible to immediately detect the temperature of the tool with high accuracy, whereby a reproducible structure is possible.

Die Werkzeugmaschine ist bevorzugt so ausgestaltet, dass das Werkstück relativ zu einem raumfesten Koordinatensystem drehfest gehalten wird, wobei das Werkzeug relativ zu dem raumfesten Koordinatensystem und relativ zu dem feststehenden Werkstück in Rotation versetzt wird. Hierdurch ist es in einfacher und reproduzierbarer Weise möglich, eine Zuführung zu der Messstelle durch das Werkstück hindurch zu schaffen, beispielsweise in Form einer Durchgangsbohrung für ein Lichtleitelement.The machine tool is preferably designed such that the workpiece is held rotationally fixed relative to a spatially fixed coordinate system, wherein the tool is rotated relative to the spatially fixed coordinate system and relative to the stationary workpiece in rotation. This makes it possible in a simple and reproducible manner to provide a feed to the measuring point through the workpiece, for example in the form of a through hole for a light guide.

Die Messstelle ist bevorzugt angeordnet und eingerichtet zur Messung der Temperatur am Ort der Schneidkante des Werkzeugs, bevorzugt an der Stirnseite in der Mitte einer Hauptschneide des Werkzeugs, an einer Spanfläche des Werkzeugs, insbesondere an einer der Hauptschneide zugeordneten Spanfläche, und/oder an einer Freifläche, insbesondere an einer der Hauptschneide zugeordneten Freifläche des Werkzeugs. Selbstverständlich ist alternativ oder zusätzlich auch eine Temperaturmessung im Bereich einer Nebenschneide und/oder entsprechend einer der Nebenschneide zugeordneten Span- oder Freifläche möglich. Auch ist es möglich, dass das Werkzeug mehr als eine aktive Schneidkante, insbesondere mehr als eine Haupt- und/oder Nebenschneide aufweist, wobei entsprechend eine Messung an nur einer Haupt- und/oder Nebenschneide, aber auch an einer Mehrzahl von Haupt- und/oder Nebenschneiden, insbesondere an allen Haupt- und/oder Nebenschneiden und/oder den entsprechend zugeordneten Span- sowie Freiflächen möglich ist. Zu beachten ist, dass eine Messung an einer Spanfläche nur unter bestimmten geometrischen Bedingungen möglich ist, wobei dies insbesondere von einem konkret realisierten Spanwinkel sowie dem Neigungswinkel des Werkzeugs abhängt.The measuring point is preferably arranged and arranged for measuring the temperature at the location of the cutting edge of the tool, preferably on the front side in the middle of a main cutting edge of the tool, on a rake face of the tool, in particular on a rake face associated with the main cutting edge, and / or on an open face , in particular at one of the main cutting edge associated with the free surface of the tool. Of course, alternatively or additionally, a temperature measurement in the region of a secondary cutting edge and / or according to a cutting edge or free surface associated with the secondary cutting edge is possible. It is also possible that the tool has more than one active cutting edge, in particular has more than one main and / or secondary cutting edge, wherein correspondingly a measurement on only one main and / or secondary cutting edge, but also on a plurality of main and / or minor cutting edges, in particular on all main and / or minor cutting edges and / or the correspondingly assigned chip and open spaces is possible. It should be noted that a measurement on a rake surface is possible only under certain geometrical conditions, which depends in particular on a concrete realized rake angle and the inclination angle of the tool.

Die Anordnung ist bevorzugt als Versuchsstand zur Ermittlung von wenigstens einem Bearbeitungsparameter ausgebildet, wobei der wenigstens eine Parameter bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Materialpaarung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, insbesondere einem Material, welches das Werkzeug im Bereich der Schneidkante aufweist, einem Einstellwinkel, einer Schnittgeschwindigkeit, einem Vorschub, einem abzuarbeitenden Aufmaß, einer Bearbeitungslänge, und einem Kühl- und/oder Schmierparameter. Dabei ist der Kühl- und/oder Schmierparameter bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem verwendeten Kühl-/Schmierstoff oder einem Kühl-/Schmierstoffgemisch, einer pro Zeiteinheit applizierten Menge eines Kühl-/Schmierstoffs, und einer Kühlstrategie, beispielweise einer Trockenbearbeitung, einer konventionellen Nassbearbeitung, einer Kühlung mit Kohlendioxid, oder einer Minimalmengenschmierung.The arrangement is preferably designed as a test stand for determining at least one machining parameter, wherein the at least one parameter is preferably selected from a group consisting of a material pairing between the tool and the workpiece, in particular a material having the tool in the region of the cutting edge Setting angle, a cutting speed, a feed rate, an allowance to be processed, a machining length, and a cooling and / or lubricating parameters. In this case, the cooling and / or lubricating parameter is preferably selected from a group consisting of a used coolant / lubricant or a coolant / lubricant mixture, an amount of coolant / lubricant applied per unit time, and a cooling strategy, for example a dry machining, of a conventional one Wet processing, cooling with carbon dioxide, or minimum quantity lubrication.

Die vorgenannten Bearbeitungsparameter können auf der als Versuchsstand ausgebildeten Anordnung variiert werden, wobei eine gemessene Werkzeugtemperatur dem jeweils verwendeten Bearbeitungsparameter zuordenbar ist. Auf diese Weise können geeignete Wertesätze für die Bearbeitungsparameter zur Bearbeitung von Werkstücken – insbesondere auch in der Serienfertigung – erhalten werden.The abovementioned machining parameters can be varied on the arrangement designed as a test stand, wherein a measured tool temperature can be assigned to the respectively used machining parameter. In this way, suitable value sets can be obtained for the machining parameters for machining workpieces-in particular also in series production.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Messstelle so angeordnet ist, dass sie zumindest zu einem Zeitpunkt einer Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug der aktiven Schneidkante, einer Freifläche und/oder einer Spanfläche des Werkzeugs gegenüberliegt. Die geometrische Anordnung der Messstelle innerhalb des Werkstücks ist also so gewählt, dass jedenfalls ein Zeitpunkt der Bearbeitung existiert, an welchem die Messstelle der aktiven Schneidkante, einer Freifläche und/oder einer Spanfläche des Werkzeugs gegenüberliegend angeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt, an dem diese Anordnung verwirklicht wird, kann dann mit hoher Genauigkeit die Temperatur des Werkzeugs an der aktiven Schneidkante, der Freifläche und/oder der Spanfläche gemessen werden. Bevorzugt ist die Messstelle so angeordnet, dass die zuvor beschriebene Konfiguration am Ende eines vorherbestimmten Bearbeitungswegs erreicht wird, sodass also die Messstelle unmittelbar bei Beendigung der Bearbeitung der aktiven Schneidkante, der Freifläche und/oder der Spanfläche des Werkzeugs gegenüberliegt. Es ist dann möglich, unmittelbar die im Rahmen der Bearbeitung erreichte Temperatur des Werkzeugs an wenigstens einem ausgewählten Ort zu bestimmen.An exemplary embodiment of the arrangement is preferred, which is characterized in that the measuring point is arranged such that it lies opposite the active cutting edge, an open face and / or a rake face of the tool at least at a time when the workpiece is being machined by the tool. The geometric arrangement of the measuring point within the workpiece is thus chosen so that in any case a time of processing exists at which the measuring point of the active cutting edge, an open space and / or a rake face of the tool is arranged opposite. At this point in time, when this arrangement is realized, the temperature of the tool at the active cutting edge, the clearance surface and / or the rake face can then be measured with high accuracy. Preferably, the measuring point is arranged so that the configuration described above is reached at the end of a predetermined processing path, so that the measuring point is directly opposite to the active cutting edge, the free surface and / or the rake face of the tool immediately upon completion of processing. It is then possible to directly determine the temperature of the tool reached during machining at at least one selected location.

Es wird auch eine Anordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Messstelle eine Bohrung aufweist, in der ein Sensorelement angeordnet ist. Dies stellt eine sehr einfache und zugleich kostengünstige Art dar, das Werkstück derart zu präparieren, dass es die Messstelle aufweist. Es genügt insoweit, in das Werkstück eine Bohrung einzubringen, und ein Sensorelement in der Bohrung anzuordnen. Vorzugsweise ist die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet, in welche ein Sensorelement – insbesondere von einer äußeren Umfangsfläche des Werkstücks her – eingeführt ist.An arrangement is also preferred, which is characterized in that the measuring point has a bore in which a sensor element is arranged. This is a very simple and at the same time inexpensive way to prepare the workpiece so that it has the measuring point. It is sufficient so far to introduce a bore in the workpiece, and to arrange a sensor element in the bore. Preferably, the bore is formed as a through hole into which a sensor element - in particular from an outer peripheral surface of the workpiece ago - is introduced.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Bohrung als Durchgangsbohrung oder als Kanal ausgebildet ist, durch welche/welchen ein Lichtleitelement geführt ist, wobei das Lichtleitelement mit einer Temperaturmesseinrichtung wirkverbunden ist. Das Lichtleitelement wirkt in diesem Fall als Sensorelement zur Erfassung der Temperatur des Werkzeugs. Besonders bevorzugt ist das Leichtleitelement von einer äußeren Umfangsfläche des Werkstücks her durch die als Durchgangsbohrung oder Kanal ausgebildete Bohrung geführt. Auf diese Weise kann ein besonders einfacher und zugleich hochgenauer Messaufbau verwirklicht werden.It is also preferred an embodiment of the arrangement, which is characterized in that the bore is formed as a through hole or as a channel through which / which a light guide is guided, wherein the light guide is operatively connected to a temperature measuring device. The light guide acts in this case as a sensor element for detecting the temperature of the tool. Particularly preferably, the light-guiding element is guided from an outer circumferential surface of the workpiece through the bore formed as a through-bore or channel. In this way, a particularly simple and at the same time highly accurate measurement setup can be realized.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Lichtelement als Faser, insbesondere als Glasfaser, bevorzugt als Quarzglasfaser, oder als entsprechendes Faserbündel oder Faserkabel, insbesondere als Glasfaserkabel, besonders als Quarzglasfaserkabel, ausgebildet. Ein solches Lichtleitelement eignet sich in besonderem Maße zur hochgenauen Erfassung der Temperatur des Werkzeugs.In a preferred exemplary embodiment, the light element is embodied as a fiber, in particular as a glass fiber, preferably as a quartz glass fiber, or as a corresponding fiber bundle or fiber cable, in particular as a glass fiber cable, in particular as a quartz glass fiber cable. Such a light guide is particularly suitable for high-precision detection of the temperature of the tool.

Die Temperaturmesseinrichtung ist bevorzugt als Pyrometer ausgebildet, besonders bevorzugt als Zwei-Farben-Pyrometer. Mithilfe einer derart ausgestalteten Temperaturmesseinrichtung ist eine hochgenaue Messung der Temperatur des Werkzeugs möglich. Insbesondere kann der Emissionsgrad des Werkzeugmaterials vom Messprinzip her vernachlässigt werden.The temperature measuring device is preferably designed as a pyrometer, particularly preferably as a two-color pyrometer. With the help of such a configured temperature measuring device, a highly accurate measurement of the temperature of the tool is possible. In particular, the emissivity of the tool material can be neglected from the measurement principle.

Durch das Lichtleitelement wird das Temperatursignal von dem zu messenden Orts des Werkzeugs zu der Temperaturmesseinrichtung übertragen. Insbesondere wird über eine Faser oder ein Faserbündel eine thermische Strahlung vom Ort der Temperaturmessung auf dem Werkzeug an ein Pyrometer, insbesondere ein Zwei-Farben-Pyrometer übertragen, in welchem eine hochgenaue Temperaturmessung durch spektrale Auswertung des Messsignals in an sich bekannter Weise möglich ist.By the light guide, the temperature signal from the measured location of the tool to the temperature measuring device transfer. In particular, a thermal radiation is transmitted from the location of the temperature measurement on the tool to a pyrometer, in particular a two-color pyrometer, via a fiber or a fiber bundle, in which a highly accurate temperature measurement by spectral evaluation of the measurement signal is possible in a manner known per se.

Ein Durchmesser des Lichtleitelements und entsprechend bevorzugt auch ein Durchmesser der Bohrung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass ein möglichst kleiner Messfleck und eine genaue Fokussierung auf den zu untersuchenden Ort des Werkzeugs möglich ist. Insbesondere sind die hier angesprochenen Durchmesser bevorzugt möglichst klein – bei hinreichend großer Signalintensität für eine hochgenaue Messung – gewählt. Ein weiterer Grund für die Wahl eines möglichst kleinen Durchmessers ist darin zu sehen, dass das Bearbeitungsverfahren möglichst kontinuierlich sein sollte, wobei insbesondere eine möglichst präzise Temperaturmessung ohne relevante Abkühlung des Werkzeugs vor Erreichen der Messposition angestrebt wird. Besonders bevorzugt wird ein Durchmesser der Bohrung und/oder des Lichtleitelements von mindestens 0,3 mm bis höchstens 0,6 mm, vorzugsweise von mindestens 0,4 mm bis höchstens 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,46 mm.A diameter of the light-guiding element and correspondingly preferably also a diameter of the bore is preferably designed such that the smallest possible measuring spot and a precise focusing on the location of the tool to be examined is possible. In particular, the diameters discussed here are preferably chosen as small as possible-given sufficiently high signal intensity for a highly accurate measurement. Another reason for the choice of the smallest possible diameter is to be seen in the fact that the processing method should be as continuous as possible, in particular as precise as possible temperature measurement without relevant cooling of the tool before reaching the measuring position is desired. Particularly preferred is a diameter of the bore and / or the light-guiding element of at least 0.3 mm to at most 0.6 mm, preferably from at least 0.4 mm to at most 0.5 mm, particularly preferably of 0.46 mm.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel auf der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Bohrung lotrecht auf den zu messenden Ort des Werkzeugs ausgerichtet ist. Hierzu wird insbesondere vorzugsweise ein Winkel, welchen die Längsachse der Bohrung mit der Drehachse der Werkzeugmaschine aufweist, mithin eine Schräge der Bohrung, abhängig von einem Einstellwinkel des Werkzeugs so gewählt, dass das Sensorelement, insbesondere ein Lichtleitelement, stets lotrecht auf den Ort der Messung, insbesondere auf die Schneidkante, die Freifläche und/oder die Spanfläche des Werkzeugs ausgerichtet ist. Dabei werden vorzugsweise für verschiedene Einstellwinkel – insbesondere bei Variation dieses Bearbeitungsparameters – verschiedene Werkstücke mit verschieden ausgerichteten Bohrungen verwendet. Werden also mithilfe der Anordnung verschiedene Einstellwinkel getestet, wird vorzugsweise für jeden Wert des Einstellwinkels ein separates Werkstück mit entsprechend ausgerichteter Bohrung bereitgestellt.It is also an embodiment on the arrangement preferred, which is characterized in that the bore is aligned perpendicular to the measured location of the tool. For this purpose, in particular an angle, which has the longitudinal axis of the bore with the axis of rotation of the machine tool, thus a slope of the bore, depending on a setting angle of the tool selected so that the sensor element, in particular a light guide, always perpendicular to the location of the measurement, in particular to the cutting edge, the free surface and / or the rake face of the tool is aligned. In this case, different workpieces with differently oriented bores are preferably used for different setting angles-in particular when this machining parameter is varied. Thus, if different setting angles are tested with the aid of the arrangement, a separate workpiece with a correspondingly aligned bore is preferably provided for each value of the setting angle.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Werkzeugmaschine eingerichtet ist zum Aufbohren des Werkstücks mit dem Werkzeug. Insbesondere ist die Werkzeugmaschine dabei eingerichtet zum Aufbohren des feststehenden Werkstücks mit dem rotierenden Werkzeug. Dabei kann der Aufbohrprozess in vorteilhafter Weise als Analogieprozess zu einem Drehbearbeitungsprozess verwendet werden. Insbesondere können beim Aufbohren des Werkstücks dieselben Wendeschneidplatten und Bearbeitungsparameter verwendet werden wie bei einer Drehbearbeitung, insbesondere beim Außenlängsdrehen. Allerdings ist beim Außenlängsdrehen keine direkte Messung der Temperatur an einem Ort des Werkzeugs möglich, da die Messstelle nicht oder zumindest nicht ohne weiteres in das rotierende Werkstück integriert werden kann. Wird aber als Analogieprozess ein Aufbohrprozess verwendet, bei welchem das Werkstück stillsteht und das Werkzeug rotiert, ist es ohne weiteres möglich, die Messstelle in der bereits beschriebenen Weise in oder an dem Werkstück anzuordnen und so hochgenau die Temperatur des Werkzeugs bei denselben Bearbeitungsparametern zu bestimmen, die auch für die Drehbearbeitung, insbesondere für das Außenlängsdrehen, verwendet werden können.An embodiment of the arrangement is also preferred, which is characterized in that the machine tool is set up for boring the workpiece with the tool. In particular, the machine tool is set up for boring the stationary workpiece with the rotating tool. In this case, the boring process can be advantageously used as an analogy process to a turning process. In particular, the same indexable cutting inserts and machining parameters can be used during boring of the workpiece as in a turning operation, in particular during external longitudinal turning. However, during external longitudinal turning, no direct measurement of the temperature at a location of the tool is possible since the measuring point can not or at least not readily be integrated into the rotating workpiece. If, however, a boring process is used as the analogy process in which the workpiece is stationary and the tool rotates, it is readily possible to arrange the measuring point in or on the workpiece in the manner already described and thus to determine the temperature of the tool with the same processing parameters with high precision, which can also be used for turning, in particular for external longitudinal turning.

Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Verfahren zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung mit folgenden Schritten geschaffen wird: Ein Werkstück wird mit einem Werkzeug auf einer Werkzeugmaschine spanabhebend bearbeitet, wobei ein vorherbestimmter Wert oder Wertesatz von wenigstens einem Bearbeitungsparameter verwendet wird. Es wird dabei ein Werkzeug verwendet, welches wenigstens eine aktive Schneidkante aufweist. An wenigstens einem Ort des Werkzeugs wird eine Temperatur mittels wenigstens einer dem Werkstück zugeordneten Messstelle gemessen. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Anordnung erläutert wurden. Insbesondere dadurch, dass die Messstelle dem Werkstück zugeordnet wird, wird eine hochgenaue und reproduzierbare Messung der Temperatur an dem Ort des Werkzeugs möglich.In particular, the object is also achieved by providing a method for determining a thermal tool load with the following steps: A workpiece is machined with a tool on a machine tool, wherein a predetermined value or set of values of at least one machining parameter is used. In this case, a tool is used which has at least one active cutting edge. At least one location of the tool is used to measure a temperature by means of at least one measuring point associated with the workpiece. In connection with the method, there are the advantages that have already been explained in connection with the arrangement. In particular, the fact that the measuring point is assigned to the workpiece, a highly accurate and reproducible measurement of the temperature at the location of the tool is possible.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren eine Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet.Preferably, in the method, an arrangement according to one of the embodiments described above is used.

Der Begriff „Wertesatz” in Zusammenhang mit den Bearbeitungsparametern spricht an, dass die Bearbeitung mit wenigstens einem festgelegten Wert für wenigstens einen Bearbeitungsparameter erfolgt. Bevorzugt wird eine Mehrzahl festgelegter Werte für eine Mehrzahl von Bearbeitungsparametern verwendet. Der wenigstens eine Bearbeitungsparameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Materialpaarung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, insbesondere einer Beschichtung des Werkzeugs im Bereich der wenigstens einen aktiven Schneidkante, einem Einstellwinkel, einer Schnittgeschwindigkeit, einem Vorschub, einem abzuarbeitenden Aufmaß, einem Bearbeitungsweg in Vorschubrichtung, also einer Bearbeitungslänge, und wenigstens einem Kühl-/Schmierparameter. Der wenigstens eine Kühl-/Schmierparameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Kühl-/Schmierstoff oder einem Gemisch von Kühl-/Schmierstoffen, einer pro Zeiteinheit applizierten Menge an Kühl-/Schmiermittel, und einer Kühlstrategie, beispielsweise einer Trockenbearbeitung einer konventionellen Nassbearbeitung, eine Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmittel, oder einer Minimalmengenschmierung.The term "value set" in connection with the processing parameters is based on the fact that the processing takes place with at least one specified value for at least one processing parameter. Preferably, a plurality of predetermined values are used for a plurality of processing parameters. The at least one machining parameter is preferably selected from a group consisting of a material pairing between the workpiece and the tool, in particular a coating of the tool in the region of the at least one active cutting edge, a setting angle, a cutting speed, a feed, an allowance to be processed, a processing path in Feed direction, ie a processing length, and at least one cooling / lubricating parameters. The at least one cooling / lubricating parameter is preferably selected from a group consisting of a coolant / lubricant or a mixture of coolants / lubricants, a per unit time applied amount of coolant / lubricant, and a cooling strategy, such as a dry machining a conventional wet processing, a use of carbon dioxide as a coolant, or a minimum quantity lubrication.

Die Temperatur des Werkzeugs wird bevorzugt an der aktiven Schneidkante, an einer der aktiven Schneidkante zugeordneten Spanfläche, und/oder an einer der aktiven Schneidkante zugeordneten Freifläche gemessen. Besonders bevorzugt wird die Temperatur an einer Hauptschneide, an einer der Hauptschneide zugeordneten Spanfläche und/oder an einer der Hauptschneide zugeordneten Freifläche gemessen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Temperatur an einer Nebenschneide, an einer der Nebenschneide zugeordneten Spanfläche und/oder an einer der Nebenschneide zugeordneten Freifläche gemessen wird. Es ist auch möglich, dass die Temperatur des Werkzeugs an verschiedenen Orten gemessen wird, beispielsweise an der Hauptschneide und an der Nebenschneide, oder an einer Mehrzahl von Hauptschneiden, einer Mehrzahl von Nebenschneiden und/oder einer Mehrzahl von Span- oder Freiflächen.The temperature of the tool is preferably measured at the active cutting edge, at a cutting surface associated with the active cutting edge, and / or at an open surface associated with the active cutting edge. The temperature is particularly preferably measured on a main cutting edge, on a rake face assigned to the main cutting edge and / or on an open face associated with the main cutting edge. Alternatively or additionally, it is possible for the temperature to be measured at a secondary cutting edge, at a rake face assigned to the minor cutting edge and / or at an open area associated with the minor cutting edge. It is also possible that the temperature of the tool is measured at different locations, for example at the main cutting edge and at the minor cutting edge, or at a plurality of main cutting edges, a plurality of secondary cutting edges and / or a plurality of chip or free surfaces.

Die wenigstens eine Messstelle ist an dem Werkstück vorgesehen, besonders bevorzugt in das Werkstück integriert. Insbesondere wird vorzugsweise eine Bohrung als Messstelle verwendet, in welcher ein Sensorelement angeordnet ist, wobei als Sensorelement bevorzugt ein Lichtleitelement verwendet wird.The at least one measuring point is provided on the workpiece, particularly preferably integrated into the workpiece. In particular, a bore is preferably used as a measuring point, in which a sensor element is arranged, wherein as sensor element preferably a light guide is used.

Im Rahmen des Verfahrens wird die spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks vorzugsweise in der Weise durchgeführt, dass das Werkstück relativ zu einem raumfesten Koordinatensystem drehfest angeordnet ist, wobei das Werkzeug relativ zu dem raumfesten Koordinatensystem und damit auch relativ zu dem Werkstück gedreht wird. Es ist dadurch auf besonders einfache Weise möglich, die Messstelle dem Werkstück zuzuordnen beziehungsweise an dem Werkzeug anzuordnen. Somit wird eine hochgenaue Temperaturmessung an einem Ort des Werkzeugs möglich.In the context of the method, the machining of the workpiece is preferably carried out in such a way that the workpiece is arranged rotationally fixed relative to a spatially fixed coordinate system, wherein the tool is rotated relative to the spatially fixed coordinate system and thus also relative to the workpiece. It is thereby possible in a particularly simple manner to assign the measuring point to the workpiece or to arrange it on the tool. Thus, a highly accurate temperature measurement at a location of the tool is possible.

Das Verfahren ist vorzugsweise als Testverfahren oder als Versuchsverfahren ausgestaltet, mithilfe dessen Werte oder Wertesätze für wenigstens einen Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit von der Werkzeugtemperatur ermittelt werden. Auf diese Weise können für eine spätere Serienbearbeitung geeignete Werte oder Wertesätze für Bearbeitungsparameter ausgewählt werden, bei welchen möglichst lange Standzeiten für die Werkzeuge realisiert werden können. Letztlich lässt sich auf diese Weise die thermische Belastung für Werkzeuge reduzieren, indem mithilfe des Verfahrens zunächst geeignete Werte oder Wertesätze für Bearbeitungsparameter ermittelt werden, wobei diese dann später in einer Serienfertigung zur Bearbeitung von Werkstücken verwendet werden.The method is preferably designed as a test method or as a test method by means of which values or value sets for at least one machining parameter are determined as a function of the tool temperature. In this way, suitable values or value sets for processing parameters can be selected for a later serial processing, in which the longest possible service life for the tools can be realized. Ultimately, this can reduce the thermal load on tools by using the method first to determine suitable values or sets of values for machining parameters, which are then later used in a series production for machining workpieces.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück zunächst durch das Werkzeug mit dem vorherbestimmten Wert oder Wertesatz für den wenigstens einen Bearbeitungsparameter spanabhebend bearbeitet wird, wobei die Bearbeitung an einer vorherbestimmten Position gestoppt wird, wobei die wenigstens eine Messstelle in der vorherbestimmten Position dem zu vermessenden Ort des Werkzeugs, insbesondere der aktiven Schneidkante, einer Freifläche und/oder einer Spanfläche des Werkzeugs, gegenüberliegt. In dieser vorherbestimmten Position wird eine Temperatur des Werkzeugs mittels der Messstelle gemessen. Auf diese Weise kann die unmittelbar am Ende der Bearbeitung des Werkstücks erreichte Werkzeugtemperatur hochgenau gemessen werden, wobei reproduzierbar und mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann, welche Temperatur das Werkzeug im Rahmen der Bearbeitung bei dem vorherbestimmten Wert oder Wertesatz für den wenigstens einen Bearbeitungsparameter erreicht.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the workpiece is first machined by the tool with the predetermined value or set of values for the at least one machining parameter, wherein the machining is stopped at a predetermined position, wherein the at least one measuring point in the predetermined position opposite to the location of the tool to be measured, in particular the active cutting edge, an open space and / or a rake face of the tool. In this predetermined position, a temperature of the tool is measured by means of the measuring point. In this way, the tool temperature reached directly at the end of the machining of the workpiece can be measured with high precision, wherein it can be determined reproducibly and with high accuracy which temperature the tool achieves during the machining at the predetermined value or value set for the at least one machining parameter.

Ein Stoppen der Bearbeitung spricht dabei insbesondere an, dass die Relativdrehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug beendet wird, wobei insbesondere das Werkzeug an der vorherbestimmten Position angehalten wird. Es ist dann eine reproduzierbare und hochgenaue Temperaturmessung möglich.Stopping the processing is particularly responsive to the fact that the relative rotation between the workpiece and the tool is terminated, in particular, the tool is stopped at the predetermined position. It is then a reproducible and highly accurate temperature measurement possible.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Aufbohrprozess als Modellprozess für einen anderen Bearbeitungsprozess, bei dem das Werkstück gedreht wird, verwendet wird. Im Rahmen des Verfahrens wird dabei wenigstens eine Prozessgröße, insbesondere wenigstens ein Bearbeitungsparameter für den anderen Bearbeitungsprozess ermittelt. Besonders bevorzugt wird der Aufbohrprozess als Modellprozess für eine Drehbearbeitung, insbesondere ein Außenlängsdrehen eines Werkstücks, verwendet. Dabei zeigt sich, dass es möglich ist, beim Aufbohren dieselben Bearbeitungsparameter, insbesondere dieselben Wendeschneidplatten und Schnittparameter zu verwenden, wie bei der Drehbearbeitung. Als einziger relevanter Unterschied zeigt sich dann, dass beim Aufbohren das Werkstück drehfest gehalten werden kann, wobei das Werkzeug rotiert, wobei beim Drehen, insbesondere beim Außenlängsdrehen, das Werkzeug drehfest gehalten wird, wobei das Werkstück rotiert. Eine hochgenaue Messung im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist dabei insbesondere beim Aufbohren möglich, weshalb bevorzugt das Aufbohren als spanabhebendes Bearbeitungsverfahren verwendet wird, wobei es besonders bevorzugt als Modellprozess für die Drehbearbeitung dient. Die derart im Rahmen des Verfahrens ermittelten Bearbeitungsparameter können dann später im Rahmen einer Standard-Drehbearbeitung, insbesondere im Rahmen einer Serienfertigung für das Außenlängsdrehen verwendet werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a boring process is used as a model process for another machining process in which the workpiece is rotated. Within the scope of the method, at least one process variable, in particular at least one processing parameter for the other processing process, is determined. Particularly preferably, the boring process is used as a model process for a turning operation, in particular an external longitudinal turning of a workpiece. It turns out that it is possible to use the same machining parameters, in particular the same indexable inserts and cutting parameters when drilling, as in turning. The only relevant difference then shows that when drilling the workpiece can be held against rotation, wherein the tool rotates, during rotation, especially during external longitudinal rotation, the tool is held against rotation, the workpiece rotates. A highly accurate measurement in the context of the method proposed here is in particular when drilling possible, which is why preferably boring is used as a machining process, wherein it is particularly preferred as a model process for turning. The processing parameters determined in this way in the context of the method can then be used later in the context of a standard turning operation, in particular as part of a series production for external longitudinal turning.

Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren für eine Mehrzahl von Werten für wenigstens einen Bearbeitungsparameter durchgeführt wird, wobei jedem Wert oder Wertesatz eine gemessene Werkzeugtemperatur zugeordnet wird. Dabei zeigt sich, dass das hier vorgeschlagene Verfahren insbesondere zur Ermittlung geeigneter Wertesätze für Bearbeitungsparameter zur Erhöhung einer Standzeit des Werkzeugs und zur Minimierung von Rüstzeiten geeignet ist. Der Wert oder die Wertesätze für die Bearbeitungsparameter kann/können dabei in Abhängigkeit von der gemessenen Werkzeugtemperatur in einer Datenbank, einem Kennfeld oder Prozessfeld hinterlegt werden, wobei sie dann später zum Zwecke einer Serienbearbeitung verwendet werden können. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Ermittlung optimaler Bearbeitungsparameter, insbesondere für eine möglichst niedrige thermische Werkezugbelastung und damit eine möglichst hohe Standzeit des Werkzeugs.Finally, an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the method is carried out for a plurality of values for at least one processing parameter, wherein each value or set of values is assigned a measured tool temperature. It turns out that the method proposed here is particularly suitable for determining suitable value sets for machining parameters for increasing tool life and for minimizing set-up times. The value or the value sets for the machining parameters can / can be stored in dependence on the measured tool temperature in a database, a map or process field, where they can then be used later for the purpose of a series processing. In particular, the method is suitable for determining optimum machining parameters, in particular for the lowest possible thermal workpiece loading and thus the highest possible service life of the tool.

Die Beschreibung der Anordnung einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Anordnung beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale der Anordnung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anordnung. Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Anordnung bedingt ist. Die Anordnung zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.The description of the arrangement on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to each other. In particular, method steps which have been described explicitly or implicitly in connection with the arrangement are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method. Features of the arrangement that have been described explicitly or implicitly in connection with the method are preferably individually or combined with each other features of a preferred embodiment of the arrangement. The method is preferably characterized by at least one method step, which is caused by at least one feature of the arrangement. The arrangement is preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one method step of a preferred embodiment of the method.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a method for machining a workpiece according to the prior art;

2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens sowie eines ersten Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung; 2 a schematic representation of a first embodiment of the method and a first embodiment of the arrangement for determining a thermal tool load;

3 eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 2; 3 an enlarged view of a detail 2 ;

4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens sowie eines zweiten Ausführungsbeispiels der Anordnung, und 4 a schematic representation of a second embodiment of the method and a second embodiment of the arrangement, and

5 eine vergrößerte Darstellung eines Details aus 4. 5 an enlarged view of a detail 4 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks 5 mit einem Werkzeug 7, das hier als Drehmeißel ausgebildet ist. Dabei erfolgt eine Drehbearbeitung des Werkstücks 5, insbesondere ein Auslängsdrehen, wobei das Werkstück 5 um eine Drehachse D gedreht wird. Das Werkzeug 7, hier der Drehmeißel, weist eine Wendeschneidplatte 9 auf, welche in einem Einstellwinkel κ relativ zu der Drehachse D angeordnet und mit dem Werkstück 5 zu dessen Bearbeitung in Eingriff ist. Dabei wird das Werkzeug 7 entlang der Drehachse D, also in Längsrichtung, verlagert, was hier durch einen Pfeil P angedeutet ist. Für eine solche Drehbearbeitung ist es äußerst schwierig, eine thermische Werkzeugbelastung mit hinreichender Genauigkeit festzustellen. Insbesondere ist es dabei bekannt, in das Werkzeug 7 eine Messstelle zu integrieren, mit welcher die Temperatur auf einer Oberfläche des Werkstücks 5 erfasst werden kann. Dies erlaubt aber nur näherungsweise und gegebenenfalls sehr ungenaue Rückschlüsse auf die Temperatur des Werkzeugs 7 insbesondere im Bereich der Wendeschneidplatte 9. 1 shows a schematic representation of a method for machining a workpiece 5 with a tool 7 , which is designed here as a turning tool. In this case, a turning of the workpiece takes place 5 , in particular a Auslängsdrehen, wherein the workpiece 5 is rotated about a rotation axis D. The tool 7 , here the turning tool, has an indexable insert 9 which is arranged at an adjustment angle κ relative to the axis of rotation D and with the workpiece 5 is engaged for its processing. This is where the tool becomes 7 along the axis of rotation D, ie in the longitudinal direction, displaced, which is indicated here by an arrow P. For such a turning, it is extremely difficult to determine a thermal tool load with sufficient accuracy. In particular, it is known in the tool 7 to integrate a measuring point, with which the temperature on a surface of the workpiece 5 can be detected. However, this allows only approximately and possibly very inaccurate conclusions about the temperature of the tool 7 especially in the field of indexable insert 9 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1 sowie einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur hochgenauen Bestimmung einer thermischen Werkzeugbelastung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Anordnung 1 weist eine Werkzeugmaschine 3 auf, wobei die Werkzeugmaschine 3 hier das Werkzeug 7 aufweist, welches – an einer Wendeschneideplatte 9 – wenigstens eine aktive Schneidkante 11 aufweist. Die Werkzeugmaschine 3 ist eingerichtet zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks 5 wobei das Werkstück 5 eingerichtet ist, um von dem Werkzeug 7 spanabhebend bearbeitet zu werden. Das Werkstück 5 weist eine Messstelle 13 auf, die eingerichtet ist zur Messung einer Temperatur an einem Ort des Werkzeugs 7, hier insbesondere an dem Ort der Schneidkante 11. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of an arrangement 1 and a first embodiment of a method for highly accurate determination of a thermal tool load. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. The order 1 has a machine tool 3 on, being the machine tool 3 here the tool 7 having, which - on a turning cutting plate 9 - At least one active cutting edge 11 having. The machine tool 3 is set up for machining a workpiece 5 where the workpiece 5 is set up by the tool 7 to be machined. The workpiece 5 has a measuring point 13 configured to measure a temperature at a location of the tool 7 , in particular at the location of the cutting edge 11 ,

Im Rahmen des Verfahrens wird hier ein spanabhebender Aufbohrprozess durchgeführt, bei welchem das Werkstück 5 drehfest angeordnet ist, wobei das Werkzeug 7 um die Drehachse D rotiert wird. Zugleich wird das Werkzeug in Richtung der Drehachse D relativ zu dem Werkstück 5 verlagert, was hier wiederum durch den Pfeil P angedeutet ist. Dabei zeigt sich, dass der Aufbohrprozess eine gleiche Prozesskinematik aufweist wie das in 1 dargestellte Außenlängsdrehen. Er wird daher im Rahmen des Verfahrens als Modellprozess verwendet, um für die Drehbearbeitung geeignete Werte oder Wertesätze für Bearbeitungsparameter zu ermitteln. As part of the process here is a cutting boring process performed in which the workpiece 5 rotatably disposed, wherein the tool 7 is rotated about the rotation axis D. At the same time the tool is in the direction of the axis of rotation D relative to the workpiece 5 shifted, which in turn is indicated here by the arrow P. It turns out that the boring process has the same process kinematics as in 1 illustrated external longitudinal turning. It is therefore used as part of the process as a model process in order to determine suitable values or value sets for machining parameters for turning operations.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details aus 2, welches in 2 mit einem Kreis K gekennzeichnet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Messstelle 13 weist hier eine Bohrung 15, insbesondere eine Durchgangsbohrung auf, in der ein Sensorelement 17, hier ein Lichtleitelement 19 angeordnet ist. Das Lichtleitelement 19 ist bevorzugt als Faser oder Faserbündel, insbesondere als Glasfaser oder Glasfaserbündel, besonderes bevorzugt als Quarzglasfaser oder Quarzglasfaserbündel, ausgebildet. Es ist mit einer Temperaturmesseinrichtung 21 wirkverbunden, die bevorzugt als Zwei-Farben-Pyrometer 23 ausgebildet ist. 3 shows a schematic representation of a detail 2 which is in 2 marked with a circle K. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. The measuring point 13 has a hole here 15 , in particular a through hole, in which a sensor element 17 , here a light guide 19 is arranged. The light guide 19 is preferably formed as a fiber or fiber bundle, in particular as a glass fiber or glass fiber bundle, particularly preferably as a quartz glass fiber or quartz glass fiber bundle. It is with a temperature measuring device 21 operatively connected, preferably as a two-color pyrometer 23 is trained.

Die Messstelle 11 ist so angeordnet, dass sie zumindest zu einem Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks 5 der Schneidkante 11 gegenüberliegt, wobei diese Position in den 2 und 3 dargestellt ist. Dabei zeigt sich, dass die Bohrung 15 – in Abhängigkeit von dem Einstellwinkel κ – so ausgerichtet ist, dass sie lotrecht auf die Schneidkante 11 ausgerichtet ist. Entsprechend ist auch das Lichtleitelement 19 lotrecht auf die Schneidkante 11 ausgerichtet.The measuring point 11 is arranged so that it at least at a time of machining the workpiece 5 the cutting edge 11 opposite, with this position in the 2 and 3 is shown. This shows that the hole 15 - As a function of the setting angle κ - is aligned so that it is perpendicular to the cutting edge 11 is aligned. The light-conducting element is also corresponding 19 perpendicular to the cutting edge 11 aligned.

Es zeigt sich, dass der Einstellwinkel κ in den 2 und 3 kleiner ist als 90°. Bei solchen Werten des Einstellwinkels κ weist die Anordnung 1 bevorzugt eine Messstelle 13 nur zur Messung einer Temperatur des Werkzeugs 7 an der als Hautschneide ausgebildeten Schneidkante 11 auf. Eine Nebenschneide 25 hat bei einem Einstellwinkel κ kleiner 90° keinen ausreichenden Kontakt zu dem Werkstück 5, sodass hier in diesem Fall bevorzugt keine Messstelle vorgesehen ist.It turns out that the setting angle κ in the 2 and 3 smaller than 90 °. With such values of the setting angle κ, the arrangement exhibits 1 prefers a measuring point 13 only for measuring a temperature of the tool 7 on the cutting edge designed as a cutting edge 11 on. A minor cutting edge 25 has at a setting angle κ smaller than 90 ° is not sufficient contact with the workpiece 5 , so that in this case preferably no measuring point is provided.

Es zeigt sich noch, dass das Lichtleitelement 19 beziehungsweise das Sensorelement 17 in einem Abstand a von einer Endposition der Schneidkante 11 angeordnet ist. Dieser Abstand wird vorzugsweise einerseits in Hinblick auf eine möglichst genaue Temperaturmessung und andererseits in Hinblick auf die Vermeidung einer Beschädigung des Sensorelements 17 aufgrund eines versehentlichen Erfassens desselben durch die Schneidkante 11 gewählt.It can still be seen that the light guide 19 or the sensor element 17 at a distance a from an end position of the cutting edge 11 is arranged. This distance is preferably on the one hand in terms of the most accurate temperature measurement and on the other hand with regard to avoiding damage to the sensor element 17 due to accidental detection thereof by the cutting edge 11 selected.

Im Rahmen des Verfahrens wird das Werkstück 5 mit dem Werkzeug 7 auf der Werkzeugmaschine 3 bearbeitet, nämlich mit einem vorherbestimmten Wertesatz von Bearbeitungsparametern, wobei insbesondere das Werkstück 5 über einen vorherbestimmten Bearbeitungsweg oder eine vorherbestimmte Bearbeitungslänge – in Richtung der Drehachse D gemessen – aufgebohrt wird. Wird das Ende des vorherbestimmten Bearbeitungsweges erreicht, wird das Werkzeug 7 in seiner Drehbewegung und auch in seiner Vorschubbewegung entlang des Pfeils P gestoppt, nämlich an einer Position, in welcher die Messstelle 13 gerade der Schneidkante 11 gegenüberliegt. Es erfolgt dann unmittelbar am Ende der Bearbeitung eine Temperaturmessung des Werkzeugs 7 am Ort der Schneidkante 11 mittels der Messstelle 13. Auf dies Weise können den vorherbestimmten Bearbeitungsparametern Temperaturwerte zugeordnet werden.As part of the process, the workpiece becomes 5 with the tool 7 on the machine tool 3 processed, namely with a predetermined set of values of machining parameters, in particular the workpiece 5 via a predetermined processing path or a predetermined processing length - measured in the direction of the rotation axis D - is drilled. When the end of the predetermined machining path is reached, the tool becomes 7 stopped in its rotational movement and also in its feed movement along the arrow P, namely at a position in which the measuring point 13 just the cutting edge 11 opposite. It then takes place immediately after the end of the processing, a temperature measurement of the tool 7 at the location of the cutting edge 11 by means of the measuring point 13 , In this way, temperature values can be assigned to the predetermined processing parameters.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens beziehungsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der Anordnung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform beziehungsweise dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist hier der Einstellwinkel κ größer als 90° gewählt. Entsprechend hat die Nebenschneide 25 vollen Kontakt zu dem Werkstück 5. Daher ist hier nicht nur die Messstelle 13 zur Messung am Ort der Hauptschneide, nämlich der Schneidkante 11, vorgesehen, sondern es sind zusätzlich drei weitere Messstellen 13' so angeordnet, dass eine Temperatur der Nebenschneide 25 erfassbar ist. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass nur eine weitere Messstelle 13' vorgesehen ist; auch eine andere, von drei abweichende Anzahl von Messstellen 13', insbesondere eine kleinere oder größere Zahl von Messstellen 13' kann vorgesehen sein. Insofern ist die Anordnung von drei Messstellen 13' hier beispielhaft zu verstehen, wobei dies jedoch einen besonders vorteilhaften Kompromiss aus einer nicht zu großen Anzahl von Messstellen und damit einer reduzierten Komplexität des Verfahrens einerseits und einer vollständigen Erfassung der Temperatur entlang der gesamten Nebenschneide 25 andererseits darstellt. 4 shows a schematic representation of a second embodiment of the method or a second embodiment of the arrangement 1 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. In contrast to the first embodiment or the first embodiment according to 2 Here is the setting angle κ greater than 90 ° selected. Accordingly, the secondary cutting edge 25 full contact with the workpiece 5 , Therefore, here is not just the measuring point 13 for measuring at the location of the main cutting edge, namely the cutting edge 11 , provided, but there are also three other measuring points 13 ' arranged so that a temperature of the minor cutting edge 25 is detectable. It is of course possible that only one more measuring point 13 ' is provided; another, different from three number of measuring points 13 ' , in particular a smaller or larger number of measuring points 13 ' can be provided. In this respect, the arrangement of three measuring points 13 ' Here, by way of example, but this is a particularly advantageous compromise from a not too large number of measuring points and thus a reduced complexity of the process on the one hand and a complete detection of the temperature along the entire secondary cutting edge 25 on the other hand.

5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Details aus 4, welches dort mit einem Kreis K2 gekennzeichnet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich, dass auch die drei weiteren, hier kollektiv mit dem Bezugszeichen 13' bezeichneten Messstellen jeweils eine Bohrung 15' mit jeweils einem in den Bohrungen 15' angeordneten Sensorelement 17', welches vorzugsweise als Lichtleitelement 19' ausgebildet ist, aufweisen. Die Sensorelemente 17, 17' sind in einem Abstand a – lotrecht gemessen – von der Schneidkante 11 beziehungsweise der Nebenschneide 25 angeordnet, wobei der Abstand a so gewählt ist, dass eine möglichst genaue Temperaturmessung erfolgen kann, wobei zugleich gewährleistet ist, dass die Sensorelemente 17, 17' nicht versehentlich bei der Aufbohrbearbeitung beschädigt werden. 5 shows an enlarged view of a detail 4 , which is marked there with a circle K2. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. It turns out that the three others, here collectively with the reference numeral 13 ' designated measuring points each have a bore 15 ' with one each in the holes 15 ' arranged sensor element 17 ' , which preferably as a light-guiding element 19 ' is formed. The sensor elements 17 . 17 ' are measured at a distance a - perpendicular - from the cutting edge 11 or the minor cutting edge 25 arranged, wherein the distance a is selected so that the most accurate temperature measurement can be carried out, at the same time ensuring that the sensor elements 17 . 17 ' not be accidentally damaged during the boring process.

Es zeigt sich, dass auch die Bohrungen 15' hier lotrecht auf die Nebenschneide 25 ausgerichtet sind. Ebenso ist die Bohrung 15 lotrecht auf die Schneidkante 11 ausgerichtet. Ein Vergleich der 2, 3 einerseits und der 4, 5 andererseits zeigt dabei, dass die Ausrichtung der Bohrungen 15, 15' in dem Werkstück 5 von dem Einstellwinkel κ abhängt.It turns out that even the holes 15 ' here perpendicular to the secondary cutting edge 25 are aligned. Likewise, the hole 15 perpendicular to the cutting edge 11 aligned. A comparison of 2 . 3 on the one hand and the 4 . 5 on the other hand shows that the orientation of the holes 15 . 15 ' in the workpiece 5 depends on the setting angle κ.

Das Verfahren wird wiederum derart durchgeführt, dass das Werkstück 5 über eine vorherbestimmte Aufbohrlänge – entlang der Drehachse D gemessen – aufgebohrt wird, wobei das Werkzeug 7 dann derart in einer vorherbestimmten Position gestoppt wird, dass die Messstellen 13, 13' der Schneidkante 11 sowie der Nebenschneide 25 gegenüberliegen. Es wird dann unmittelbar die Temperatur im Bereich der Schneidkante 11 sowie der Nebenschneide 25 gemessen.The method is in turn carried out such that the workpiece 5 is drilled over a predetermined boring length - measured along the axis of rotation D -, wherein the tool 7 is then stopped in such a predetermined position that the measuring points 13 . 13 ' the cutting edge 11 as well as the minor cutting edge 25 are opposite. It then becomes directly the temperature in the region of the cutting edge 11 as well as the minor cutting edge 25 measured.

Verschiedene Werte oder Wertesätze für Bearbeitungsparameter werden durch Bearbeitung jeweils eines Werkstücks 5 pro Wert oder Wertesatz geprüft, indem den Werten oder Wertesätzen die gemessenen Temperaturwerte zugeordnet werden. Auf diese Weise können geeignete Werte oder Wertesätze für Bearbeitungsparameter erhalten werden, die in einer späteren Serienbearbeitung verwendet werden können.Different values or sets of values for machining parameters are created by machining one workpiece each 5 checked per value or set of values by assigning the measured temperature values to the values or sets of values. In this way, suitable values or sets of values for machining parameters can be obtained, which can be used in a later series processing.

Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens eine hochgenaue Temperaturmessung an einem Ort des Werkzeugs 7 möglich ist, wobei die Anordnung 1 eine entsprechende hochgenaue Ermittlung der Temperatur ermöglicht, sodass insbesondere Bearbeitungsparameter ermittelt werden können, bei denen vorteilhaft die Standzeit der Schneidkante 11 und/oder der Nebenschneide 25, insgesamt der Wendeschneidplatte 9, erhöht werden kann, wobei auch Rüstzeiten minimiert werden können.Overall, it turns out that using the method a highly accurate temperature measurement at a location of the tool 7 is possible, the arrangement 1 a corresponding highly accurate determination of the temperature allows, so that in particular processing parameters can be determined, in which advantageously the life of the cutting edge 11 and / or the minor cutting edge 25 , total of the indexable insert 9 , can be increased, with set-up times can be minimized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19613183 C1 [0003]

Claims

Arrangement ( 1 ) for determining a thermal tool load, with a machine tool ( 3 ) arranged for machining a workpiece ( 5 ), the machine tool ( 3 ) a tool ( 7 ) with at least one active cutting edge ( 11 . 25 ), and with a workpiece ( 5 ), which is set up by the tool ( 7 ) to be machined, characterized in that the workpiece ( 5 ) at least one measuring point ( 13 . 13 ' ) arranged to measure a temperature at a location of the tool ( 7 ).

Arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one measuring point ( 13 . 13 ' ) is arranged so that it at least at a time of machining the workpiece ( 5 ) through the tool ( 7 ) of the active cutting edge ( 11 . 25 ), an open space and / or a clamping surface of the tool ( 7 ) is opposite.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one measuring point ( 13 . 13 ' ) a hole ( 15 . 15 ' ), in which a sensor element ( 17 . 17 ' ) is arranged.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bore ( 15 . 15 ' ) is formed as a through hole or as a channel, through which a light guide ( 19 . 19 ' ) is guided, wherein the light guide ( 19 . 19 ' ) with a temperature measuring device ( 21 ) is operatively connected.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bore ( 15 . 15 ' ) perpendicular to the location of the tool to be measured ( 7 ) is aligned.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the machine tool ( 3 ) is set up for boring the workpiece ( 5 ) with the tool ( 7 ).

Method of determining a thermal load on a tool, comprising the following steps: - machining a workpiece ( 5 ) with a tool ( 7 ) on a machine tool ( 3 ) having a predetermined value or set of values of at least one machining parameter, the tool ( 7 ) at least one active cutting edge ( 11 . 25 ) having; Measuring a temperature at at least one location of the tool ( 7 ) by means of at least one of the workpiece ( 5 ) associated measuring point ( 13 . 13 ' ).

Method according to claim 7, characterized in that the workpiece ( 5 ) first through the tool ( 7 ) is machined with the predetermined value or set of values of the at least one machining parameter, the machining being stopped at a predetermined position in which the at least one measuring point ( 13 . 13 ' ) of the active cutting edge ( 11 . 25 ), an open space and / or a clamping surface of the tool ( 7 ), wherein in this predetermined position a temperature of the tool ( 7 ) by means of the at least one measuring point ( 13 . 13 ' ) is measured.

Method according to one of claims 7 and 8, characterized in that a boring process is performed, which is used as a model process for another machining process in which the workpiece ( 5 ), is used, wherein in the context of the method at least one process variable, in particular at least one processing parameter, for the other processing process is determined.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the method is carried out for a plurality of values for at least one processing parameter, wherein each value or set of values is assigned a measured tool temperature.