DE102017102578A1

DE102017102578A1 - Werkzeuganordnung mit Sensor sowie Werkzeugmaschine mit der Werkzeuganordnung

Info

Publication number: DE102017102578A1
Application number: DE102017102578.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Buschka; Matthias Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-09
Also published as: CN212683336U; WO2018145698A1

Abstract

Bei Werkzeugmaschinen für trennende Fertigungsverfahren werden Schneidteile eingesetzt, die bei der Bearbeitung wirksam sind und an dem sich die Schneidkeile befinden. Die Schneidteile werden relativ zu dem Werkzeug bewegt. Die Schneidteile werden hinsichtlich der Bearbeitungsaufgabe ausgewählt und können sich mit Blick auf die verschiedenen Parameter oder Bauweisen untereinander unterscheiden. Zudem bilden Schneidteile ein Verschleißteil bei der Werkzeugmaschine, wobei diese eine begrenzte Standzeit aufweisen und gewechselt werden müssen.Der Fertigungsprozess wird bei manchen Anwendungen mit Sensoren überwacht, um Prozessdaten zu erfassen. Die Sensoren sind dabei möglichst nah zu dem Schneidteil angeordnet, um die Prozessdaten unverfälscht und möglichst genau aufnehmen zu können.Es wird eine Werkzeuganordnung 2 für eine Werkzeugmaschine 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks vorgeschlagen mit einer Werkzeughalterung 9 und mit einem Werkzeug 8, wobei das Werkzeug 8 einen Schneidenträger 9 und einen Schneidenkörper 10 aufweist, wobei die Werkzeughalterung eine Aufnahme 7 für das Werkzeug 8 aufweist, und mit mindestens einem Sensor 11 zur Aufnahme einer Bearbeitungsmessgröße, wobei der Sensor 11 an der Werkzeughalterung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeuganordnung für eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkzeughalterung und mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug, einen Schneidenträger und einen Schneidenkörper umfasst, wobei die Werkzeughalterung eine Aufnahme für das Werkzeug aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine mit der Werkzeuganordnung.
Bei Werkzeugmaschinen für trennende Fertigungsverfahren werden Schneidteile eingesetzt, die bei der Bearbeitung wirksam sind und an dem sich die Schneidkeile befinden. Die Schneidteile werden relativ zu dem Werkzeug bewegt. Die Schneidteile werden hinsichtlich der Bearbeitungsaufgabe ausgewählt und können sich mit Blick auf die verschiedenen Parameter oder Bauweisen untereinander unterscheiden. Zudem bilden Schneidteile ein Verschleißteil bei der Werkzeugmaschine, wobei diese eine begrenzte Standzeit aufweisen und gewechselt werden müssen.
Der Fertigungsprozess wird bei manchen Anwendungen mit Sensoren überwacht, um Prozessdaten zu erfassen. Die Sensoren sind dabei möglichst nah zu dem Schneidteil angeordnet, um die Prozessdaten unverfälscht und möglichst genau aufnehmen zu können.
Aus der DE 196 32 148 A1 ist ein Maschinenwerkzeug für die spanabhebende Metallbearbeitung mit einem kontinuierlich arbeitenden System zur Werkzeugüberwachung bekannt, bei dem die Prozessgrößen messtechnisch erfasst, ausgewertet und zur unmittelbaren Prozesssteuerung umgesetzt werden. Dabei erfolgt eine Anordnung eines kombinierten, oder mehrerer einzelner Kraft-, Temperatur- und Beschleunigungssensoren an sensibler Stelle und unmittelbar im Bereich der Stützfläche des Werkzeughalters für den Schneidkörper zur gleichzeitigen Erfassung der Messdaten, wobei im Werkzeughalter die Signalauswerteeinheit zur Verarbeitung der Signaldaten angeordnet ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeuganordnung für eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, die besonders flexibel eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeuganordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist eine Werkzeuganordnung, welche für eine Werkzeugmaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei der Werkzeugmaschine kann es sich beispielsweise um eine Drehmaschine oder um eine Fräsmaschine handeln. Die Werkzeuganordnung dient zur Bearbeitung eines Werkstücks. Vorzugsweise ist das Werkstück als ein metallisches Werkstück ausgebildet. Bei der Bearbeitung handelt es sich insbesondere um eine trennende Bearbeitung, im Speziellen um eine spanabhebende Bearbeitung.
Die Werkzeuganordnung weist eine Werkzeughalterung sowie ein Werkzeug auf. Das Werkzeug umfasst einen Schneidenträger und einen Schneidenkörper. Der Schneidenkörper weist insbesondere ein Schneidteil auf. Es kann vorgesehen sein, dass der Schneidenkörper eine geometrisch unbestimmte Schneide bildet. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Schneidenkörper eine geometrisch bestimmte Schneide aufweist. Der Schneidenkörper ist in dem Schneidenträger lösbar und/oder auswechselbar angeordnet.
Die Werkzeughalterung weist eine Aufnahme für das Werkzeug, insbesondere für den Schneidenträger auf. Inder Aufnahme ist der Schneidenträger lösbar und/oder auswechselbar angeordnet.
Besonders bevorzugt ist die Werkzeuganordnung, insbesondere die Werkzeughalterung und/oder das Werkzeug stationär in der Werkzeugmaschine angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Werkzeuganordnung mindestens oder genau einen Sensor zur Aufnahme einer Bearbeitungsmessgröße aufweist, wobei der Sensor an der Werkzeughalterung angeordnet ist. Der Sensor kann an einer Außenfläche oder im Inneren der Werkzeughalterung angeordnet sein. Bei der Bearbeitungsmessgröße handelt es sich insbesondere um eine Prozessmessgröße bei der Bearbeitung des Werkstücks.
Es ist dabei ein Vorteil der Erfindung, dass es sich bei der Werkzeughalterung um eine Baugruppe mit Komponenten handelt, die im Gegensatz zu dem Werkzeug keinem Verschleiß unterliegen. An diesen Komponenten angeordnete, insbesondere integrierte und/oder angebrachte Sensoren müssen somit nicht bei dem Austausch des Werkzeugs gewechselt werden. Der Sensor oder die Sensoren können somit einmalig an der Werkzeuganordnung aufgerüstet werden und liefern kontinuierlich Prozessdaten als Bearbeitungsmessgrößen. Insbesondere muss der mindestens eine Sensor beim Werkzeugwechsel oder bei einem Umrüsten der Werkzeugmaschine nicht gewechselt werden. Dadurch ist der mindestens eine Sensor kein Verschleißteil. Die Werkzeuganordnung kann dadurch deutlich flexibler eingesetzt werden, da eine Umrüstung trotz des Sensors in einfacher Weise durchführbar ist.
Es ist bevorzugt, dass der Sensor gesichert angeordnet ist, sodass dieser vor Abnutzung und vor den Bedingungen an der direkten Bearbeitungsstelle, wie diese durch Kühlschmierstoff oder Späne hervorgerufen werden, geschützt sind. Es ist z.B. bevorzugt, dass das Kabel des mindestens einen Sensors vor Spänen und Kühlschmierstoff geschützt in oder an der Werkzeughalterung geführt ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass in der Werkzeughalterung unterschiedliche Werkzeuge mit unterschiedlichen Werkzeuggeometrien eingesetzt werden können. Bei einem mehrschneidigen Werkzeug können somit mehrere Schneiden mit nur einem Sensor überwacht werden, der in der Werkzeughalterung angeordnet ist. Somit kann auf die Sensorisierung jedes einzelnen Werkzeugs verzichtet werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor als ein Temperatursensor zur Überwachung einer Temperatur, als ein Kraftsensor zur Überwachung einer Kraft, als ein Beschleunigungssensor zur Überwachung einer Beschleunigung, als ein Vibrationssensor zur Überwachung von Vibrationen, insbesondere Körperschall, oder als ein Multikriteriensensor ausgebildet, wobei der Multikriteriensensor eine beliebige Auswahl der vorher genannten Sensoren oder weiterer Sensoren umfassen kann. Damit kann der Sensor an die gewünschte Bearbeitungsmessgröße angepasst werden.
Bei möglichen konstruktiven Ausgestaltungen der Erfindung kann die Aufnahme in der Werkzeughalterung als eine Rechteckaufnahme zur Aufnahme eines Schneidenträgers mit einem rechteckigen Querschnitt, oder als eine Rundaufnahme zur Aufnahme eines Schneidenträgers mit einem runden Querschnitt, ausgebildet sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Werkzeughalterung einen Werkzeuggrundhalter und einen Werkzeugwechselhalter auf. Die Aufnahme für das Werkzeug ist in dem Werkzeugwechselhalter angeordnet, der Werkzeuggrundhalter ist vorzugsweise stationär, insbesondere unlösbar, mit der Werkzeugmaschine verbunden. Bei dieser Ausgestaltung kann der Werkzeugwechselhalter in Abhängigkeit des Werkzeugs ausgetauscht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Sensor an dem Werkzeugwechselhalter angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der mindestens eine Sensor prozessnah positioniert ist, jedoch auch den Nachteil, dass bei einem Wechsel des Werkzeugwechselhalters der mindestens eine Sensor mitgewechselt werden muss. Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, dass der mindestens eine Sensor an dem Werkzeuggrundhalter angeordnet ist und somit nicht gewechselt werden muss.
Bei einer beispielhaften Ausführung ist der mindestens eine Sensor an einer Außenfläche, insbesondere Seitenfläche des Werkzeuggrundhalters angeordnet. An der Seitenfläche ist der Sensor besonders gut geschützt, da Verschmutzungen aufgrund der Schwerkraft an der Seitenfläche und somit an dem Sensor nicht oder nur schlecht haften können.
Bei einer Weiterbildung oder Alternative der Erfindung ist der mindestens eine Sensor an einer Außenfläche, insbesondere an einer Seitenfläche, an einer Deckfläche und/oder an einer Bodenfläche des Werkzeugwechselhalters angeordnet.
Bei beispielhaften Ausführungsformen ist der Schneidkörper als eine Schneidplatte, insbesondere als eine Wendeschneidplatte ausgebildet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch die Werkzeugmaschine mit der Werkzeuganordnung gebildet, wie diese zuvor beschrieben wurde.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

1 ein schematisches Blockdiagramm einer Werkzeuganordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2, 3 zwei Ausführungsbeispiele für einen Werkzeugwechselhalter für die Werkzeuganordnung in der 1.

Die 1 zeigt in einer schematisierten Blockdarstellung eine Werkzeugmaschine 1 mit einer Werkzeuganordnung 2. Von der Werkzeugmaschine 1 ist ein stationärer Abschnitt 3 dargestellt, an dem ein Werkzeuggrundhalter 4 angeordnet ist. Der Werkzeuggrundhalter 4 ist somit als ein stationärer Abschnitt der Werkzeugmaschine 1 ausgebildet. Auf dem Werkzeuggrundhalter 4 kann ein Werkzeugwechselhalter 5 lösbar angeordnet werden. Der Werkzeuggrundhalter 4 und der Werkzeugwechselhalter 5 bilden gemeinsam eine Werkzeughalterung 13. Der Werkzeugwechselhalter 5 weist beispielsweise einen Winkel 6 als Schnittstelle zur lösbaren Kopplung mit dem Werkzeuggrundhalter 4 auf.
Ferner weist der Werkzeugwechselhalter 5 eine Aufnahme 7 auf, in der ein Werkzeug 8 angeordnet ist. Das Werkzeug 8 ist in der Aufnahme 7 und/oder in dem Werkzeugwechselhalter 5 lösbar angeordnet. Das Werkzeug 8 weist einen Schneidenträger 9 und einen Schneidenkörper 10 auf. Der Schneidenkörper 10 weist eine beispielsweise geometrisch bestimmte Schneide auf. Dieser kann jedoch auch mehrere derartige Schneiden tragen. Der Schneidenträger 9 ist als ein Zwischenelement zwischen dem Schneidenkörper 10 und dem Werkzeugwechselhalter 5 ausgebildet.
In der in der 1 dargestellten Ausführungsform weist der Schneidenträger 9 einen rechteckigen Querschnitt auf. Wie sich insbesondere aus der 2 ergibt, die ebenfalls einen Werkzeugwechselhalter 5 zur Aufnahme des Schneidenträgers 9 mit rechteckigem Querschnitt zeigt, weist die Aufnahme 7 ebenfalls einen rechteckigen Aufnahmequerschnitt auf. Alternativ hierzu kann der Schneidenträger 9 auch einen runden Querschnitt aufnehmen, dieser kann dann in einem Werkzeugwechselhalter 5, wie dieser in der 3 gezeigt ist, mit einer Aufnahme 7 mit einem runden Aufnahmequerschnitt aufgenommen werden.
Der Schneidenkörper 10 kann beispielsweise als ein Schneidwerkzeug, insbesondere als eine Scheidewechselplatte ausgebildet sein.
Bei der Umrüstung von der Werkzeugmaschine 1 muss zum einen der Schneidenkörper 10 zum Beispiel wegen Abnutzung gewechselt werden. Bei einem entsprechenden Wechsel wird üblicherweise der Schneidenträger 9 aus dem Werkzeugwechselhalter 5 entfernt. Anders ausgedrückt wird das Werkzeug 8 ausgebaut. Bei einer größeren Umrüstung der Werkzeugmaschine 1 wird der Werkzeugwechselhalter 5 getauscht, zum Beispiel um Werkzeuge 8 mit unterschiedlichen Querschnitten aufzunehmen, wie diese in der 2 und 3 gezeigt sind.
Die Werkzeuganordnung 2 weist mindestens einen Sensor 11 zur Aufnahme von Bearbeitungsmessgrößen auf. Der Sensor 11 kann bei einer ersten Ausführungsalternative an dem Werkzeuggrundhalter 4 angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, dass dieser - wie gezeigt - auf einer Seitenfläche angeordnet ist, da dieser vertikal ausgerichtet ist und Verunreinigungen aufgrund der Schwerkraft vom Sensor 11 ablaufen. Es kann auch sein, dass der Sensor 11 derart angeordnet ist, dass dieser in dem Werkzeuggrundhalter 4 integriert ist. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der Sensor 11 auf einer Seitenfläche auf einer Deckfläche auf einer Unterfläche oder auf einer Frontseite des Werkzeugwechselhalters 5 angeordnet ist.
Bei der Anordnung des Sensors 11 auf den Werkzeuggrundhalter 4 ergibt sich der Vorteil, dass der Sensor 11 stets stationär verbleibt, unabhängig in welcher Weise die Werkzeugmaschine 1 und/oder die Werkzeuganordnung 2 umgerüstet wird. Bei der Anordnung des Sensors 11 an dem Werkzeugwechselhalter 5 ergibt sich der Vorteil, dass der Sensor 11 näher am eigentlichen Bearbeitungsprozess ist, und nur dann zusammen mit dem Werkzeugwechselhalter 5 demontiert werden muss, wenn der Werkzeugwechselhalter 5 getauscht wird. Somit muss dieser nicht demontiert werden, wenn nur der Schneidkörper 10 gewechselt wird.
Der Sensor 11 bildet damit eine stationäre Einrichtung, wenn dieser an dem Werkzeuggrundhalter 4 angeordnet ist, oder eine quasi-stationäre Einrichtung, wenn dieser an dem Werkzeughalter 5 angeordnet ist. In beiden Fällen ist es möglich, etwaige Kabel zur Spannungsversorgung und/oder zur Signalführung in der Werkzeuganordnung 2 geschützt zu verlegen.
Optional ergänzend ist es möglich, dass die Signale des Sensors oder der Sensoren 11 in einer Auswerteeinrichtung 12 zusammengeführt werden, um die Bearbeitungsmessgrößen auszuwerten und auf diese Weise eine Prozessüberwachung des Fertigungsprozesses umzusetzen. Der Sensor 11 kann als ein Temperatursensor, Kraftsensor, Beschleunigungssensor, Vibrationssensor oder als ein Multikriteriensensor ausgebildet sein. Bei der Bearbeitung kann es sich um ein Fräsen, Drehen, Spanen etc. handeln.
In der 2 ist eine schematische dreidimensionale Darstellung des Werkzeugwechselhalters 4 dargestellt, wobei mögliche Positionen des Sensors 11 nochmals mit Kreisen dargestellt sind. Eingezeichnet sind Sensoren 11 an der Oberseite, der Unterseite sowie an der Stirnseite des Werkzeugwechselhalters 5. In gleicher Weise sind in der 3 verschiedene Positionen des Sensors 11 an dem Werkzeugwechselhalter 5 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
2: Werkzeuganordnung
3: stationärer Abschnitt
4: Werkzeuggrundhalter
5: Werkzeugwechselhalter
6: Winkel
7: Aufnahme
8: Werkzeug
9: Schneidenträger
10: Schneidenkörper
11: Sensor
12: Auswerteeinrichtung
13: Werkzeughalterung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19632148 A1 [0004]

Claims

Werkzeuganordnung (2) für eine Werkzeugmaschine (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkzeughalterung (9) und mit einem Werkzeug (8), wobei das Werkzeug (8) einen Schneidenträger (9) und einen Schneidenkörper (10) aufweist, wobei die Werkzeughalterung (9) eine Aufnahme (7) für das Werkzeug (8) aufweist, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (11) zur Aufnahme einer Bearbeitungsmessgröße, wobei der Sensor (11) an der Werkzeughalterung (9) angeordnet ist.
Werkzeuganordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) als ein Temperatursensor, Kraftsensor, Beschleunigungssensor, Vibrationssensor oder als ein Multikriteriensensor ausgebildet ist.
Werkzeuganordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (7) als eine Rechteckaufnahme oder als eine Rundaufnahme ausgebildet ist.
Werkzeuganordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughalterung (9) einen Werkzeuggrundhalter (4) und einen Werkzeugwechselhalter (5) umfasst.
Werkzeuganordnung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11) an einer Außenfläche des Werkzeuggrundhalters (4) angeordnet ist.
Werkzeuganordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11) an einer Außenfläche des Werkzeugwechselhalters (5) angeordnet ist.
Werkzeuganordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der Schneidenkörper (10) als eine Schneidplatte und/oder Wendeschneidplatte ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine (1), gekennzeichnet durch eine Werkzeuganordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.