DE102016223201A1 - Machining tool for a processing machine - Google Patents
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Abstract
Ein Bearbeitungswerkzeug (2) für eine Bearbeitungsmaschine, das in einem bestimmungsgemäßen Bearbeitungszustand (B) mit einer Bearbeitungskraft (F) entlang eines Kraftpfades (12) beaufschlagt ist, enthält einen Kraftaufnehmer (14), der messtechnisch am Kraftpfad (12) zur Erfassung einer mit der Bearbeitungskraft (F) korrelierten Messgröße (M) angekoppelt ist, und eine mit dem Kraftaufnehmer (14) verbundene Schnittstelle (16) zur Übertragung der Messgröße (M) an eine Gegen-Schnittstelle (36) enthält, wobei der Kraftaufnehmer (14) fest und unlösbar am Bearbeitungswerkzeug (2) angebracht ist.A machining tool (2) for a processing machine, which is acted upon in a specified processing state (B) with a processing force (F) along a force path (12), includes a force transducer (14), the measuring force on the force path (12) for detecting a the measuring force (F) correlated measured variable (M) is coupled, and one with the force transducer (14) connected interface (16) for transmitting the measured variable (M) to a counter-interface (36), wherein the force transducer (14) fixed and permanently attached to the machining tool (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungswerkzeug für eine Bearbeitungsmaschine.The invention relates to a machining tool for a processing machine.
Bearbeitungswerkzeuge, z.B. Wendeschneidplatten, werden bei der - insbesondere spanenden - Bearbeitung von Werkstücken weltweit eingesetzt. Werkzeuge, vor allem Wendeschneidplatten, werden z.B. nach DIN von vielen Herstellern gefertigt.Machining tools, e.g. Indexable inserts are used worldwide for machining workpieces, in particular for machining. Tools, especially indexable inserts, are used e.g. manufactured according to DIN by many manufacturers.
Aus der Praxis ist es bekannt, Bearbeitungswerkzeuge während ihres Betriebs in einer Bearbeitungsmaschine zu überwachen. Hierzu ist z.B. eine Verwendung von Wärmebildkameras, eine Überwachung der Leistungsaufnahme von Vorschub- oder Spindelmotoren oder eine Photoüberwachung bekannt.From practice it is known to monitor processing tools during their operation in a processing machine. For this, e.g. a use of thermal imaging cameras, monitoring the power consumption of feed or spindle motors or a photo surveillance known.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Überwachung von Bearbeitungswerkzeugen zu verbessern.The object of the invention is to improve the monitoring of machining tools.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bearbeitungswerkzeug gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by a machining tool according to claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of invention will become apparent from the other claims, the following description and the accompanying drawings.
Das Bearbeitungswerkzeug ist ein solches für eine Bearbeitungsmaschine. Das Bearbeitungswerkzeug ist in einem bestimmungsgemäßen Bearbeitungszustand mit einer Bearbeitungskraft entlang eines Kraftpfades beaufschlagt. Der bestimmungsgemäße Bearbeitungszustand ist derjenige, wenn das Bearbeitungswerkzeug gemäß seiner Entwurfs- bzw. Einsatzvorgaben in einer hierfür vorgesehenen Bearbeitungsmaschine betrieben wird.The processing tool is one for a processing machine. The machining tool is acted upon in an intended processing state with a processing force along a force path. The intended processing state is that when the machining tool is operated according to its design or application specifications in a processing machine provided for this purpose.
Das Bearbeitungswerkzeug enthält mindestens einen Kraftaufnehmer. Der Kraftaufnehmer ist messtechnisch am Kraftpfad angekoppelt. Die Ankopplung dient zur Erfassung einer Messgröße. Die Messgröße ist mit der Bearbeitungskraft korreliert. Die Korrelation besteht insbesondere darin, dass ein Großteil der Bearbeitungskraft vom Kraftaufnehmer aufgenommen wird. Insbesondere ist bekanntermaßen (zum Beispiel durch Simulation oder Versuche) die Messgröße proportional zur tatsächlichen Bearbeitungskraft. So kann zumindest ein relativer, insbesondere ein absoluter Wert der Bearbeitungskraft aus dem Messwert rückgerechnet oder rückermittelt werden. Das Bearbeitungswerkzeug enthält mindestens eine Schnittstelle. Die Schnittstelle ist mit dem Kraftaufnehmer verbunden bzw. ist jeder Kraftaufnehmer mit mindestens einer Schnittstelle verbunden. Die Verbindung dient der Übertragung der Messgröße vom Kraftaufnehmer an die Schnittstelle. Insbesondere dient die Verbindung auch einer Energieversorgung des Kraftaufnehmers. Die Schnittstelle ist zur Übertragung der Messgröße an eine Gegen-Schnittstelle ausgebildet. Der Kraftaufnehmer ist fest und unlösbar am Bearbeitungswerkzeug angebracht. Insbesondere ist der Kraftaufnehmer bei der Herstellung oder noch vor der endgültigen Fertigstellung des Bearbeitungswerkzeuges an diesem angebracht. Insbesondere bildet der Kraftaufnehmer einen integralen Bestandteil des Bearbeitungswerkzeuges.The machining tool contains at least one force transducer. The force transducer is metrologically coupled to the force path. The coupling serves to detect a measured variable. The measured variable is correlated with the processing force. The correlation is, in particular, that a large part of the processing power is absorbed by the load cell. In particular, it is known (for example by simulation or experiments) that the measured variable is proportional to the actual machining force. Thus, at least one relative, in particular an absolute value of the processing force can be recalculated or re-calculated from the measured value. The editing tool contains at least one interface. The interface is connected to the load cell or each load cell is connected to at least one interface. The connection is used to transfer the measured variable from the load cell to the interface. In particular, the connection also serves a power supply of the force transducer. The interface is designed to transmit the measured variable to a counter-interface. The force transducer is fixed and permanently attached to the machining tool. In particular, the force transducer is attached to the production or even before the final completion of the machining tool on this. In particular, the load cell forms an integral part of the machining tool.
Von der Gegen-Schnittstelle wird das Signal bzw. die Messgröße dann an eine Gegenstelle weitergeleitet, wo die Messgröße weiterverarbeitet wird. Die Übertragung von der Gegen-Schnittstelle zur Gegenstelle erfolgt insbesondere zumindest abschnittsweise drahtlos, z.B. mittel RFID.From the counter-interface, the signal or the measured variable is then forwarded to a remote station, where the measured variable is further processed. The transmission from the counter-interface to the remote station takes place, in particular at least in sections, wirelessly, e.g. medium RFID.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug, welches einen eigenen, d.h. integrierten, Kraftaufnehmer enthält, um die Kraft (zumindest eine damit korrelierte Messgröße) im Kraftpfad zu messen, mit welcher das Bearbeitungswerkzeug im Messzeitpunkt belastet ist. Der Kraftaufnehmer ist insbesondere ein sogenannter SENSOTECT®1-Kraftaufnehmer, d.h. dieser kann eine derartige Beschichtung enthalten oder aus einer solchen bestehen. Die Übertragung der Messgröße an die Gegen-Schnittstelle ist insbesondere als elektrischer Kontakt ausgebildet. Durch die kombinierte Mess- und Schnittstelleneinheit ergibt sich der Vorteil, jederzeit bzw. dauerhaft Aussagen über die aktuell am Bearbeitungswerkzeug vorhandene Bearbeitungskraft an der Maschine zur Verfügung zu haben.
1 „SENSOTECT“ ist eine eingetragene Marke der Schaeffler Technologies AG & Co. KG, 91074 Herzogenaurach, DeutschlandAccording to the invention, a sensorized machining tool results, which contains its own, ie integrated, force transducer in order to measure the force (at least one measured variable correlated therewith) in the force path with which the machining tool is loaded at the time of measurement. The force transducer is in particular a so-called SENSOTECT® 1 force transducer, ie it may contain or consist of such a coating. The transmission of the measured variable to the counter-interface is designed in particular as an electrical contact. Due to the combined measuring and interface unit, there is the advantage of being able to make statements about the processing force currently available on the machining tool at the machine at any time or permanently.
1 "SENSOTECT" is a registered trademark of Schaeffler Technologies AG & Co. KG, 91074 Herzogenaurach, Germany
Da die Messgröße mit der Bearbeitungskraft korreliert ist, kann von der Messgröße auf die aktuell gemessene Bearbeitungskraft rückgeschlossen werden.Since the measured variable is correlated with the machining force, it is possible to draw conclusions about the currently measured machining force from the measured variable.
Die Messergebnisse, also die ermittelte Messgröße bzw. Bearbeitungskraft kann insbesondere von einer Software fortlaufend aufgezeichnet und miteinander verglichen werden. Verschleißt nun das Bearbeitungswerkzeug, z.B. eine Wendeschneidplatte, wird auch die benötigte Kraft erhöht und kann - z.B. in einem Diagramm - beurteilt werden. Es können Grenzen definiert werden und der Werker wird aufgefordert das Bearbeitungswerkzeug zu tauschen. The measurement results, that is to say the determined measured variable or processing force, can in particular be continuously recorded by a software and compared with each other. If the machining tool, eg an indexable insert, is worn, the required force is also increased and can be assessed, eg in a diagram. Limits can be defined and the worker is prompted to swap the machining tool.
Ein weiterer Effekt kann genutzt bzw. z.B. durch eine Software erzielt werden. Es können Bereiche (Zeitfenster, Prozessabschnitte, etc.) definiert werden, in denen im fehlerfreien Betrieb keine Krafteinleitung in das Bearbeitungswerkzeug stattfinden sollte oder darf, wenn z.B. im Maschinenprogramm der Eilgang aktiviert ist oder der Werker von Hand in die Maschine eingreift. In diesem Falle dürfte keine Kraft auf das Bearbeitungswerkzeug, insbesondere dessen Schneide, wirken. Kommt es trotzdem zu einer Krafteinleitung, hatte das Bearbeitungswerkzeug bzw. die Schneide Fremdkontakt. Dieser kann dokumentiert werden und die Störquelle kann ermittelt werden.Another effect can be used or e.g. be achieved by software. Areas (time windows, process sections, etc.) can be defined in which, in error-free operation, no introduction of force into the machining tool should or may take place, if e.g. In the machine program the rapid traverse is activated or the worker engages by hand into the machine. In this case, no force should act on the machining tool, in particular its cutting edge. If there is still an application of force, the processing tool or the cutting edge had foreign contact. This can be documented and the source of interference can be determined.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug. Belastungen am Bearbeitungswerkzeug, z.B. Wendeschneidplattenbelastungen, können überwacht und Verschleiß kann erkannt werden.According to the invention, a sensorized machining tool results. Loads on the machining tool, e.g. Indexable insert loads can be monitored and wear can be detected.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer eine auf der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeugs aufgebrachte Sensorschicht. Auf das Bearbeitungswerkzeug, z.B. standardisierte Wendeschneidplatten wird eine Schicht, insbesondere eine SENSOTECT®-Schicht aufgebracht. Die Wirkrichtung wird dabei insbesondere zur Krafteinleitungsrichtung ausgerichtet. Bei Einleitung einer Kraft (z.B. Zerspanungsvorgang) ändert sich nun der Widerstand innerhalb der (SENSOTECT®-) Schicht. So kann die mit der Bearbeitungskraft korrelierte Messgröße erfasst werden.In a preferred embodiment, the force transducer is a sensor layer applied to the surface of the machining tool. On the machining tool, e.g. Standardized indexable inserts, a layer, in particular a SENSOTECT® layer is applied. The effective direction is thereby aligned in particular to the force introduction direction. Upon initiation of a force (e.g., cutting operation), the resistance within the (SENSOTECT®) layer now changes. Thus, the measured variable correlated with the processing force can be detected.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer im Inneren des (insbesondere einstückigen kraftübertragenden Teils des) Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. Die Anordnung im Inneren erfolgt zum Beispiel durch Aufnahme in einem Hohlraum des Bearbeitungswerkzeuges. Der Hohlraum ist insbesondere nach außen hin abgedichtet, sodass die im Inneren des Bearbeitungswerkzeuges angeordneten Komponenten vor Umwelteinflüssen wie Spänen, Kühlmittel usw. geschützt sind.In a preferred embodiment, the force transducer is arranged in the interior of the (in particular one-piece force-transmitting part of) machining tool. The arrangement in the interior takes place, for example, by receiving in a cavity of the machining tool. The cavity is in particular sealed to the outside, so that the components arranged in the interior of the machining tool are protected against environmental influences such as chips, coolant, etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer in einer in das Bearbeitungswerkzeug eingebrachten Ausnehmung angeordnet. Eine derartige Ausnehmung ist in der Regel in das Bearbeitungswerkzeug einfacher einbringbar als ein Hohlraum. Die Ausnehmung ist insbesondere ein Sackloch bzw. eine Vertiefung, welche von der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges aus zugänglich ist, insbesondere eine Bohrung.In a preferred embodiment, the force transducer is arranged in a recess introduced into the machining tool. Such a recess is usually easier to introduce into the machining tool as a cavity. The recess is in particular a blind hole or a depression which is accessible from the surface of the machining tool, in particular a bore.
Die Ausnehmung für den Kraftsensor befindet sich insbesondere an einer Stelle des Bearbeitungswerkzeuges, die vom Kraftpfad oder einem Großteil des Kraftpfades durchlaufen wäre, wenn die Ausnehmung nicht vorhanden wäre. Mit anderen Worten wird im Bearbeitungswerkzeug ein Bereich des einstückigen bzw. Vollmaterials gesucht, welcher vom Kraftpfad durchlaufen ist. Dort wird die entsprechende Ausnehmung für den Kraftsensor eingebracht. So kann der Kraftsensor im Kraftpfad eingebracht werden.The recess for the force sensor is located in particular at a position of the machining tool that would be traversed by the force path or a large part of the force path if the recess were not present. In other words, a region of the one-piece or solid material is sought in the machining tool, which is traversed by the force path. There, the corresponding recess is introduced for the force sensor. Thus, the force sensor can be introduced in the force path.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer als Passelement für die Ausnehmung ausgeführt. Die Passung des Passelements ist insbesondere so ausgeführt, dass durch Einsetzen des Passelements der Kraftpfad durch die Ausnehmung hindurch und durch das Passelement hindurch zumindest teilweise wieder so geschlossen ist, wie es bei Vollmaterial wäre. Somit verläuft der Kraftpfad durch den Kraftaufnehmer hindurch. Der Kraftaufnehmer ist insbesondere als Kraftmessbolzen ausgeführt, welcher passgenau in eine entsprechende Bohrung als Ausnehmung einpressbar ist oder alternativ als Sensorschicht, vor allem als SENSOTECT®-Schicht. So sitzt der Kraftaufnehmer möglichst gut im Kraftpfad und der Kraftpfad ist an dieser Stelle auch wieder geschlossen und dient der Kraftübertragung. So ergibt sich insbesondere eine SENSOTECT®-Wendeschneidplatte.In a preferred variant of this embodiment, the force transducer is designed as a fitting element for the recess. The fit of the fitting element is in particular carried out so that, by inserting the fitting element, the force path through the recess and through the fitting element is at least partially closed again, as would be the case with solid material. Thus, the force path passes through the force transducer. The load cell is designed, in particular, as a force measuring pin, which can be pressed into an appropriate bore as a recess, or alternatively as a sensor layer, in particular as a SENSOTECT® layer. So the load cell sits as well as possible in the power path and the power path is closed again at this point and is used for power transmission. This results in particular in a SENSOTECT® indexable insert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer im Bereich eines bestimmungsgemäßen Krafteinleitungspunktes des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. „Punkt“ ist hier weit zu verstehen: Es kann auch ein linien- oder flächenhafter Krafteinleitungsbereich sein. Der Krafteinleitungspunkt bezieht sich wieder auf den bestimmungsgemäßen Bearbeitungszustand bzw. Betriebszustand des Bearbeitungswerkzeuges. Am Krafteinleitungspunkt oder in dessen Bereich ist der Kraftpfad am konzentriertesten, weshalb ein dort platzierter Kraftaufnehmer möglichst viel der tatsächlich wirkenden Kraft aufnehmen kann. Die vom Kraftaufnehmer erzeugte Messgröße weist damit möglichst große Amplitude auf und ist besonders gut mit der tatsächlich durch den Werkzeughalter übertragenen Bearbeitungskraft korreliert. Der Krafteinleitungspunkt ist insbesondere eine Bearbeitungszone des Bearbeitungswerkzeuges. Insbesondere ist der Kraftaufnehmer an einer Freifläche unterhalb (in Kraftrichtung gesehen) der Bearbeitungszone angeordnet.In a preferred embodiment, the force transducer is arranged in the region of a designated force introduction point of the machining tool. "Point" is to be understood here broadly: It can also be a line or area force application area. The force application point refers back to the intended processing state or operating state of the machining tool. At the force application point or in its area, the force path is most concentrated, which is why a force transducer placed there can absorb as much of the actually acting force as possible. The measured variable generated by the force transducer thus has the largest possible amplitude and is particularly well correlated with the actually transmitted by the tool holder machining force. The force introduction point is in particular a processing zone of the machining tool. In particular, the load cell is arranged on an open space below (seen in the direction of force) of the processing zone.
Insbesondere ist der Krafteinleitungspunkt eine Bearbeitungszone des Bearbeitungswerkzeuges, insbesondere eine Schneide. Bearbeitungszonen, vor allem Schneiden sind am Werkzeug leicht zu identifizieren, so dass sich eine leichte Platzierung des Kraftsensors ergibt. In particular, the force introduction point is a processing zone of the machining tool, in particular a cutting edge. Processing zones, especially cutting, are easy to identify on the tool, resulting in easy placement of the force sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform unterliegt die Bearbeitungszone einem Materialabtrag, und die Bearbeitungszone weist eine Verschleißgrenze für maximal zulässigen Materialabtrag auf, wobei der Kraftaufnehmer im Bereich der Verschließgrenze angeordnet ist. Der Kraftaufnehmer, insbesondere als Schicht, befindet sich dabei insbesondere im Bereich der Freifläche der Schneide und ist insbesondere nur um ein reguläres Abstandsmaß (Verschleißgrenze, z.B. ca. 0,2mm, ggf. zzgl. eines Sicherheitsabstandes) unterhalb der Hauptschneide des Werkzeugs aufgebracht. Normaler Verschleiß eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere einer Wende(schneid)platte führt zu einem Abbrand im Bereich der Freifläche auf der sich insbesondere der Kraftsensor bzw. die Sensorschicht (z.B. SENSOTECT®) befindet. Normaler Verschleiß sollte das Abstandsmaß bzw. die Verschleißgrenze nicht überschreiten (z.B. zwischen 0,15mm und 0,2mm betragen). Ab diesem Betrag werden in der Regel die Maßsprünge und die Oberfläche so schlecht, dass das Werkzeug getauscht werden muss. Der Kraftaufnehmer befindet sich dann so nah wie möglich am Krafteinleitungspunkt ohne dass dieser im regulären Betrieb zerstört wird. Solche Abstandsmaße sind insbesondere maximal 0,05mm, 0,1mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4mm, 0,5mm oder 1,2,3,5 oder 10mm, je nach Anwendungsfall.In a preferred embodiment, the processing zone is subject to material removal, and the processing zone has a wear limit for maximum permissible material removal, wherein the force transducer is arranged in the region of the sealing limit. The force transducer, in particular as a layer, is located in particular in the region of the free surface of the cutting edge and is applied in particular only by a regular distance measure (wear limit, for example approximately 0.2 mm, if appropriate plus a safety distance) below the main cutting edge of the tool. Normal wear of a machining tool, in particular a turning (cutting) plate leads to a burnup in the area of the free surface on which in particular the force sensor or the sensor layer (for example SENSOTECT®) is located. Normal wear should not exceed the clearance or wear limit (for example, between 0.15mm and 0.2mm). From this amount, the dimensional jumps and the surface usually become so bad that the tool has to be replaced. The force transducer is then as close as possible to the force application point without this being destroyed in normal operation. Such distance dimensions are in particular maximum 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm or 1,2,3,5 or 10 mm, depending on the application.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Kraftaufnehmer eine elektrische Leitung, die an der Verschleißgrenze angeordnet ist, so dass diese abgetragen wird, wenn der Verschleiß die Verschleißgrenze übersteigt. An der Verschleißgrenze wäre das Werkzeug spätestens zu tauschen. Wird dies nun durch den Werker unterlassen, so wird die Leitung, z.B. eine Leitung der bzw. die (SENSOTECT®-)Sensorschicht angegriffen und zerstört. Der Stromfluss durch die Leitung ist unterbrochen. Eine Auswerteschaltung, z.B. eine Software, kann dies nun erkennen, da kein Signal mehr durchgeleitet wird und kann die Maschine anhalten. Der Werker wird aufgefordert das Bearbeitungswerkzeug zu tauschen.In a preferred variant of this embodiment, the force transducer includes an electrical line which is arranged at the wear limit, so that it is removed when the wear exceeds the wear limit. At the wear limit, the tool would have to be exchanged at the latest. If this is not done by the worker, the line, e.g. a line of the (SENSOTECT®-) sensor layer attacked and destroyed. The flow of current through the line is interrupted. An evaluation circuit, e.g. a software, can now detect this, since no signal is passed through and can stop the machine. The worker is requested to change the machining tool.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bearbeitungswerkzeug ein Drehwerkzeug (Drehmeißel), eine Wendeschneidplatte, ein Bohrer oder ein Fräser. Derartige Bauteile sind besonders üblich bzw. weit verbreitet und können gemäß der Erfindung als überwachte Werkzeughalter dienen. So ergibt sich insbesondere eine sensorisierte Wendeschneidplatte für die Dreh-Bohr- und Fräsbearbeitung.In a preferred embodiment, the machining tool is a turning tool (turning tool), an indexable insert, a drill or a milling cutter. Such components are particularly common or widely used and can serve according to the invention as a monitored tool holder. This results in particular a sensorized insert for turning-drilling and milling.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle in einem Kontaktbereich des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet, mit dem das Bearbeitungswerkzeug an einem Werkzeughalter bzw. einem Abschnitt dessen anlegbar ist, in dem eine Gegen-Schnittstelle vorhanden ist. Der beschriebene Ort bzw. Kontaktbereich am Bearbeitungswerkzeug ist der, an dem im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Abschnitt des Werkzeughalters anliegt, z.B. eine Anlagefläche, die die Gegen-Schnittstelle enthält. An diesem Abschnitt ist dann die Gegen-Schnittstelle (z.B. Gegenkontakte) zur Schnittstelle am Werkzeughalter angebracht. So kann über die Schnittstelle und die Gegen-Schnittstelle an diesem Ort eine Kommunikationsverbindung zu dem, das Bearbeitungswerkzeug aufnehmendem Werkzeughalter hergestellt werden und so die Messgröße weitergeleitet bzw. vom Bearbeitungswerkzeug weg geleitet werden. Insbesondere werden zwei Pole einer Schnittstelle (Endkontakte einer Leiterschleife des Kraftaufnehmers) um eine Ecke bzw. Kante des Bearbeitungswerkzeugs (z.B. Wendeplatte) herumgeführt bis zu einem Bereich in dem der Werkzeugsitz (Wendeplattensitz) des Werkzeughalters beginnt. In diesem Bereich des Werkzeughalters ist der Kontaktbereich, dort kann nun die Herstellung des Kontaktes zwischen dem Kraftaufnehmer und einer in der Maschine weiterführenden Verbindungsleitung o.ä. erfolgen.In a preferred embodiment, the interface is arranged in a contact region of the machining tool, with which the machining tool can be applied to a tool holder or a portion thereof, in which a counter-interface is present. The described location or contact area on the machining tool is that on which a portion of the tool holder rests during normal operation, e.g. a contact surface containing the counter interface. At this section, the mating interface (e.g., mating contacts) is then attached to the interface on the toolholder. Thus, via the interface and the counter interface at this location, a communication connection to the tool holder receiving the machining tool can be established, and thus the measured variable can be forwarded or directed away from the machining tool. In particular, two poles of an interface (end contacts of a conductor loop of the force transducer) are passed around a corner of the machining tool (e.g., insert) to an area where the tool seat (insert face) of the tool holder begins. In this area of the tool holder is the contact area, there can now be the preparation of the contact between the force transducer and a further in the machine connecting line o.ä. respectively.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schnittstelle mindestens einen elektrischen Kontakt. So ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit der Verbindung der Schnittstelle mit einer Gegen-Schnittstelle, um eine signalleitende Verbindung herzustellen.In a preferred embodiment, the interface contains at least one electrical contact. This results in a particularly simple way of connecting the interface to a counter-interface in order to establish a signal-conducting connection.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bearbeitungswerkzeug ein Wendewerkzeug mit mindestens zwei Werkzeugabschnitten, und jedem der Werkzeugabschnitte ist ein Kraftaufnehmer zugeordnet. Insbesondere ist jedem der Abschnitte auch jeweils eine Schnittstelle zugeordnet. Dabei handelt es sich insbesondere um eine jeweils geometrisch gleiche Anordnung, z.B. relativ zu einer Schneide oder einem Werkzeughalter. Die mehrfachen Anordnungen aus Kraftaufnehmer, Schnittstelle, Leitungen etc. sind gegenüber sich selbst also „kopiert“ und z.B. verschoben oder gedreht. Zum Beispiel weist eine Wendeplatte mit zwei Drehpositionen zum Einsetzen in einen Werkzeughalter zwei Schneiden auf, die um 180° verdreht sind. Der Kraftaufnehmer (z.B. eine SENSOTECT®-Schicht) ist also zweimal auf der Wendeplatte aufgetragen. Die beiden Strukturen sind dabei um 180° „gespiegelt“ bzw. kopiert und verdreht).In a preferred embodiment, the machining tool is a turning tool with at least two tool sections, and each of the tool sections is associated with a force transducer. In particular, an interface is also assigned to each of the sections. In particular, these are each a geometrically identical arrangement, e.g. relative to a cutting edge or tool holder. The multiple arrangements of force transducer, interface, lines etc. are thus "copied" to themselves and e.g. moved or rotated. For example, a reversing plate with two rotational positions for insertion into a tool holder has two cutting edges which are rotated by 180 °. The force transducer (for example, a SENSOTECT® layer) is thus applied twice on the insert. The two structures are "mirrored" by 180 ° or copied and twisted).
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Messeinrichtung. Die Messeinrichtung ist eine Messeinrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug einer Bearbeitungsmaschine. Die Messeinrichtung enthält mindestens den Kraftsensor und die mit diesem verbundene Schnittstelle (also auch die hierzu nötigen Verbindungsmittel, insbesondere mindestens eine Verbindungsleitung) des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeuges. Die Messeinrichtung enthält auch eine Gegen-Schnittstelle zum Empfang der von der Schnittstelle übertragenen Messgrößen. Eine derartige Gegen-Schnittstelle ist insbesondere in der Bearbeitungsmaschine an einem Halter für das Bearbeitungswerkzeug installierbar. Die Messeinrichtung und zumindest ein Teil deren Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug erläutert.The object of the invention is also achieved by a measuring device. The measuring device is a measuring device for a machining tool of a processing machine. The measuring device contains at least the force sensor and the associated interface with this (including the necessary connection means, in particular at least one connecting line) of the machining tool according to the invention. The measuring device also contains a counter interface for receiving the measured quantities transmitted by the interface. Such a counter-interface can be installed, in particular in the processing machine, on a holder for the processing tool. The measuring device and at least a part of their embodiments and the respective advantages have been explained analogously already in connection with the machining tool according to the invention.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen, wobei in diesem Zusammenhang als „Erfindung“ auch Ausführungsformen der Erfindung genannt sind, die Teilen oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.The invention is based on the following findings, observations or considerations, wherein in this context as "invention" also embodiments of the invention are mentioned, the parts or combinations of the above embodiments correspond and / or optionally also include previously not mentioned embodiments.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass Wendeschneidplatten oder Werkzeuge im Allgemeinen z.B. durch Wärmebildkameras überwacht werden können. Eine weitere Möglichkeit der Überwachung bietet die Überwachung der Leistungsaufnahme der Vorschub- oder Spindelmotoren. Diese ist jedoch ungenau da zwischen Wirkstelle der Zerspanung und Leistung am Motor viele Leistungsverluste wie z.B. Reibung nicht erfasst werden. Eine weitere Überwachungsmöglichkeit ist die Photoüberwachung bei der der Verschleiß über eine Bilderkennung stattfindet. Diese ist jedoch störanfällig, da Späne und andere Medien die Bilderkennung schwierig gestalten können. Die Überwachung mittels Körperschall gestaltet sich beim Drehen schwierig, da Drehwerkzeuge unterschiedliche Eingriffswinkel in der Bearbeitung haben.The invention is based on the consideration that indexable inserts or tools in general, e.g. can be monitored by thermal imaging cameras. Another option for monitoring is to monitor the power consumption of the feed or spindle motors. However, this is inaccurate because there are many power losses, such as between power of cutting and power on the motor. Friction can not be detected. Another monitoring option is the photo surveillance in which the wear takes place via an image recognition. However, this is prone to failure, because chips and other media can make image recognition difficult. The monitoring by means of structure-borne noise is difficult when turning, because turning tools have different pressure angles during machining.
Ziel der Erfindung ist die wirtschaftliche Überwachung der Schnittkräfte nach dem Industrie-4.0-Gedanken. Hierbei soll für jeden zerspanenden Bearbeitungsvorgang die Kraft dokumentiert werden können. Es sollte bei der Erreichung einer Obergrenze des Verschleißes ebenfalls eine Meldung oder ein Rückschluss möglich sein.The aim of the invention is the economic monitoring of the cutting forces according to the Industrie 4.0 idea. Here, the power should be documented for each machining process. It should also be possible to achieve a message or a conclusion when reaching an upper limit of wear.
Die Erfindung lässt sich bei einem Großteil von Bearbeitungswerkzeugen einsetzen. Diese Art der Werkzeuge wird täglich 100.000-fach produziert und verbraucht. Die Erfindung ist somit vielfach einsetzbar.The invention can be used in a large part of machining tools. This type of tool is produced and consumed 100,000 times a day. The invention is thus widely used.
Die Erfindung lässt sich bei einem Großteil von Werkzeugherstellern nutzen und ist auch diesbezüglich vielfach einsetzbar.The invention can be used in the majority of tool manufacturers and is also widely applicable in this regard.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
-
1 ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug in Seitenansicht, -
2 einen Werkzeughalter mit dem Bearbeitungswerkzeug aus1 in Draufsicht,
-
1 a sensorized machining tool in side view, -
2 a tool holder with the machining tool1 in plan view,
Auf dem Werkzeughalter
Bei der Bearbeitung des Werkstücks tritt eine Bearbeitungskraft
Das Bearbeitungswerkzeug
Der Kraftaufnehmer
Der Kraftaufnehmer
Die Verbindung von Kraftaufnehmer
Zusammen mit der Gegen-Schnittstelle
Der Kraftaufnehmer
Die Bearbeitungszone
Der Kraftaufnehmer
Die Schnittstelle
Das Bearbeitungswerkzeug
Die Bearbeitungszone
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Bearbeitungswerkzeugprocessing tool
- 44
- Werkzeughaltertoolholder
- 66
- Bearbeitungsspitzeprocessing tip
- 77
- Schaftshaft
- 1212
- Kraftpfadforce path
- 1414
- KraftaufnehmerLoad cell
- 1616
- Schnittstelleinterface
- 1717
- KontaktContact
- 1818
- Gegenstelleremote station
- 24a,b24a, b
- KrafteinleitungspunktForce application point
- 25a,b25a, b
- Bearbeitungszoneprocessing zone
- 2828
- Messeinrichtungmeasuring device
- 3030
- Verbindungsleitungconnecting line
- 3333
- Freiflächeopen space
- 34 34
- Verschleißgrenzewear limit
- 3535
- Leitungmanagement
- 3636
- Gegen-SchnittstelleCounter interface
- 3838
- Gegenkontaktcountercontact
- 4040
- Signalleitungsignal line
- 4242
- Drehachseaxis of rotation
- 44a,b44a, b
- Werkzeugabschnitttool section
- FF
- Bearbeitungskraftprocessing power
- BB
- Bearbeitungszustandprocessing status
- MM
- Messgrößemeasurand
- AA
- Abstanddistance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3535474 A1 [0004]DE 3535474 A1 [0004]
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