DE102015013646A1

DE102015013646A1 - Zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: DE102015013646A1
Application number: DE102015013646.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Zerspanungswerkzeug, insbesondere Fräswerkzeuge mit auf einem Trägerwerkzeug (1) angeordneten verschleißfesten Wendeschneidplatten (2), bei dem die durch ein Piezoelement (3), welches unter der Wendeschneidplatte (2) angeordnet ist, erzeugte elektrische Spannung im Trägerwerkzeug (1) an ein Leuchtmittel (5) geleitet und dieses Leuchtmittel (5) im Werkzeug in gleicher Anzahl wie Wendeschneidplatten (2) vorhanden ist und den Zustand der jeweiligen Wendeschneidplatte (2) in Bezug auf auftretende Schnittkräfte wiedergibt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Überwachung der Schnittkraft beim Fräsen. Damit einher geht die Überwachung des Verschleißes an der Schneidenkante.
Bezeichnung: Einsatz von Sensoren zur Erzeugung eines Leuchtimpulses an WP-Fräswerkzeugen, der die Überschreitung der zulässigen Zerspanungskräfte durch unterschiedliche Leuchtfarben anzeigt.
Moderne WP-Fräswerkzeuge sind so aufgebaut, dass auf einem Trägerwerkzeug verschleißfeste Wendeschneidplatten aufgeschraubt oder geklemmt werden.
Diese Wendeschneidplatten sind je nach Zerspanungsaufgabe aus unterschiedlichen, hochfesten Materialien gefertigt.
Die Materialanforderungen an diese Wendeschneidplatten bestimmen somit auch den Preis dieses Werkzeuges.
Im Fräsprozess treten Zerspanungskräfte auf, die den Verschleiß des Schneidkörpers verursachen.
Zunehmender Verschleiß des Schneidkörpers bedingt eine Erhöhung der Zerspanungskräfte.
Diese Verschleißveränderung kann zum Bruch des Schneidkörpers oder des gesamten Werkzeuges führen.
Es ist somit notwendig, den Abnutzungsgrad des Werkzeuges frühzeitig zu erkennen und einen Austausch des Schneidwerkzeuges durchzuführen.
Fräswerkzeuge haben in der Regel mehrere Schneiden, die jeweils einzeln für den Spanabtrag im Einsatz sind. Die Schneiden sind in unterschiedlicher Anzahl am Umfang des Werkzeuges angeordnet, schneiden aber jeweils einzeln oder in Gruppen.
Die Zerspanungskräfte sind von der Spanungsbreite, dem Vorschub pro Zahn, Schnittgeschwindigkeit, dem zu bearbeitenden Werkstoff und der Schneidengeometrie abhängig.
Weitere Einflussfaktoren für Werkzeugverschleiß sind Kühlung, Schmierung, Schneidstoffbeschichtung und Stabilität der Werkstückspannung.
Speziell beim Fräsen treten, bedingt durch den unterbrochenen Schnitt, stoß- oder schlagartige Belastungen auf das Werkzeug auf. Abhängig von den genannten Einflussfaktoren und besonders durch Verschleiß an der Werkzeugschneide, erhöhen sich die Schnittkräfte.
Nach Erreichen des zulässigen Verschleißes, also bei Ende der Standzeit des Werkzeuges, führt das zum Ausbrechen des Werkzeuges bis hin zur Zerstörung des Werkzeugträgers.
Um diesem Verschleißproblem entgegenzuwirken, werden theoretische Standzeitvorgaben, Standwege oder komplizierte Werkzeugvermessungen zum Einsatz gebracht.
Das Überschreiten der zulässigen Schnittkräfte kann durch Messverfahren an der Maschinenspindel ermittelt werden.
Der tatsächliche Verschleiß an der Schneidenkante, der zum Schneidenausbruch führt, kann währen des Zerspanungsprozesses nicht ermittelt werden.
Bei bekannten technischen Lösungen zur Überwachung des Werkzeugverschleißes wird davon ausgegangen, dass verschiedene Stellgrößen wie Temperatur, Drehmoment oder Dehnung zu einer Signaleinheit geführt und dort in eine Verarbeitung gebracht werden. Diese Anordnungen sind sehr kostenintensiv und haben sich im Praxisbetrieb nicht durchgesetzt.
Ebenso haben die bekannten technischen Lösungen den Anspruch, prozesseingreifende und automatisierbare Informationen zu erzeugen und zur Auswertung zu bringen.
Die Erfindungen nach der DE 196 32 148 A1 , DE PS 39 08 175 , DE OS 43 30 808 , DE OS 31 07 470 , DE PS 35 94 477 , DE PS 42 33 035 , DE OS 19 29 478 , DE OS 37 24 383 schlagen vor, Piezoelemente zur Erzeugung von Signalen für die Prozessteuerung aufzubereiten werden und zur Regelung anzuwenden.
Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass durch den Bediener das Überschreiten der Zerspanungskräfte nicht optisch wahrzunehmen bzw. zu überwachen ist.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, dem Anwender eine Fräswerkzeug mit Wendeschneidplatten zur Verfügung zu stellen, welches während des Zerspanungsvorganges eine optische Information zur Zerspanungskraft anzeigt.
Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug gelöst, bei welchem das Trägerwerkzeug 1 so ausgeführt ist, dass in Größe und Form der aufzusetzenden Wendeschneidplatte 2 entsprechend ein piezoelektrisches Element 3 zwischen Trägerwerkzeug 1 und Wendeschneidplatte 2 angeordnet ist und mittels Elektroden mit einem Leuchtelement 5 verbunden sind.
Das Leuchtelement 5 ist im Trägerwerkzeug 1 so angeordnet, dass es während der Rotation durch den Maschinenbediener sichtbar ist.
Ebenso ist es dem Gedanken der Erfindung zuzurechnen, dass Piezoelemente 4 selbst so ausgestaltet sind, dass sie Licht abgeben.
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand eines Ausführungsbeispiels und der und näher erläutert werden.
Dabei zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug, bei welchem Leuchtelemente 5 im Trägerwerkzeug 1 angeordnet sind.
zeigt eine Variante, bei welcher die Piezoelemente 4 selbst als das Licht abgeben.
Piezoelektrische Elemente haben die Eigenschaft, bei elastischer Verformung die elektrische Polarisation zu ändern und eine elektrische Spannung zu erzeugen.
Bei Beschleunigung, die durch eine mechanische Deformation erzeugt wird, kommt es zu einer Ladungstrennung und damit zu einer abgreifbaren elektrischen Ladung, die an den z. Bsp. aufgedampften Elektroden erfasst werden kann.
Im Zerspanungsprozess Fräsen entsteht eine Schnittkraft, die als Rechteckimpuls beschrieben werden kann.
Die Amplitudenhöhe ist abhängig von der auftretenden Schnittkraft, die Länge der Amplitude hängt vom elastischen Verhalten des Piezoelements während des Zerspanungseingriffes ab.
Die Eingriffsfrequenz ist abhängig von der Fräserdrehzahl. Der Piezoelektrische Effekt ist von der Größe der Krafteinwirkung und der daraus resultierenden Verformung am Element abhängig.
Durch den pulsierenden Druck, Stoß oder Schlag wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz in Abhängigkeit von der Fräserdrehzahl gefunden wird.
Spannungsgröße und Spannungsfrequenz sind also emitierte Größen, die in ein externes Signal umgewandelt werden können.
Diese elektrischen Größen werden in ein Leuchtelement (z. Bsp. Diode, LED) eingespeist und erzeugen einen Lichteffekt.
Je nach Größe der auftretenden Kraft, also in Abhängigkeit von der Schnittkraft, wird das Lichtelement in der Intensität und/oder Farbe verändert. Durch diese Änderung bzw. die Farbe des Leuchtmittels wird der Momentzustand an der Schneidenkante abgebildet.
Im Gegensatz zu bekannten Schnittkraftaufnehmern stellt diese Erfindung ein Überwachungsinstrument für zulässige Schnittkräfte dar.
Die für das Werkzeug definierte zulässige Schnittkraftbelastung an der Werkzeugschneide wird als Sollwert im piezoelektrischen Effekt vorgegeben. Im Piezoelement wird durch die auftreffende Kraftwirkung eine unterschiedliche elektrische Spannung erzeugt.
Je nach Größe der Kraft verändert sich die elektrische Größe. Diese wird entsprechend unterschiedlich als elektrische Spannung (des Piezoelements) in ein optisches Signal am Leuchtmittel umgewandelt.
Übersteigt die Schnittkraft einen definierten Grenzwert, leuchten die Anzeigeelemente in Warnfarbe.
Bei Bruch der Wendeschneidplatte 2 wird ebenfalls ein Grenzwert überschritten und ein optisches Warnsignal wird am Trägerwerkzeug 1 erzeugt.
Bei Erreichen des zulässigen Verschleißes hat die Schnittkraft einen Grenzwert erreicht und ein optisches Signal in Warnfarbe wird erzeugt.
Dieses Signal zeigt an, dass ein Austausch der Wendeschneidplatten 2 notwendig ist.
In einer zweiten Stufe der Signalanzeige kann nochmals andersfarbig signalisiert werden, dass dringender Werkzeugtausch notwendig ist Mit dieser Anzeige, die direkt am Trägerwerkzeug angeordnet ist, hat der Maschinenbediener die Möglichkeit, der Verschleißzustand des eingesetzten Fräswerkzeuges einzuschätzen und geeignete Maßnahmen einzuleiten.
In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lösung ist im Maschinenraum der Werkzeugmaschine ein optisches Gerät angeordnet. Mit diesem optischen Gerät kann das vom Werkzeug abgegebene optisch Signale erfasst und ausgewertet werden.
Die Signalanzeige kann auch in anderer Form, z. Bsp. akustisch oder elektromagnetisch erzeugt und von einer Auswerteeinheit erfasst und verarbeitet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19632148 A1 [0020]
DE 3908175 [0020]
DE 4330808 [0020]
DE 3107470 [0020]
DE 3594477 [0020]
DE 4233035 [0020]
DE 1929478 [0020]
DE 3724383 [0020]

Claims

Zerspanungswerkzeug, insbesondere Fräswerkzeuge mit auf einem Trägerwerkzeug (1) angeordneten verschleißfesten Wendeschneidplatten (2), bei dem die durch ein Piezoelement (3), welches unter der Wendeschneidplatte (2) angeordnet ist, erzeugte elektrische Spannung im Trägerwerkzeug (1) an ein Leuchtmittel (5) geleitet und dieses Leuchtmittel (5) im Werkzeug in gleicher Anzahl wie Wendeschneidplatten (2) vorhanden ist und den Zustand der jeweiligen Wendeschneidplatte (2) in Bezug auf auftretende Schnittkräfte wiedergibt.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die als Kraftsensoren eingesetzten Piezoelemente (4) so ausgeführt sind, dass sie selbst die Licht abgeben
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die als Kraftsensoren eingesetzten Piezoelemente (3 oder 4) und die leuchtenden Anzeigeelemente (5) eine Überschreitung des eingestellten Sollwertes optisch anzeigen und diese Anzeige den Ist-Wert der auftretenden Schnittkraft wiedergibt.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Maschinenraum der Werkzeugmaschine ein optisches Gerät angeordnet ist, mit welchem das vom Werkzeug abgegebene optisch Signale erfasst und ausgewertet wird.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die Sollwertschwelle am Werkzeug aus der Kombination Wendeschneidplatte-Trägerwerkzeug-Schnittkraftdiagramm vorgegeben und durch das zu verwendende Piezoelement (3 oder 4) voreingestellt und kalibriert wird.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem im Piezoelement (3 oder 4) durch die auftreffende Kraftwirkung eine unterschiedliche elektrische Spannung erzeugt wird, welche durch unterschiedliche Farben wiedergegeben wird.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem ein Überschreiten eines definierten Grenzwertes der Schnittkraft die Anzeigeelemente (4 oder 5) in einer Warnfarbe leuchten.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem bei Bruch der Wendeschneidplatte (2) ein optisches Warnsingnal am Werkzeug erzeugt wird.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem bei Erreichen des zulässigen Verschleißes ein optisches Signal in einer Warnfarbe erzeugt wird.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem nochmals andersfarbig signalisiert wird, dass dringender Werkzeugtausch notwendig ist
Verwendung eines piezoelektrischen Elementes (2) in einem Trägerwerkzeug (1), wobei das in Größe und Form der aufzusetzenden Wendeschneidplatte (2) entsprechende piezoelektrisches Element (3 oder 4) zwischen Trägerwerkzeug (1) und Wendeschneidplatte (3) angeordnet ist und mittels Elektroden mit einem Leuchtelement (4) verbunden sind.
Verwendung eines piezoelektrischen Elementes (2) in einem Trägerwerkzeug (1), wobei das in Größe und Form der aufzusetzenden Wendeschneidplatte (2) entsprechende piezoelektrisches Element (4) zwischen Trägerwerkzeug (1) und Wendeschneidplatte (3) angeordnet.