DE102020200656A1

DE102020200656A1 - Method for subtractive machining of a workpiece, control device and machining system

Info

Publication number: DE102020200656A1
Application number: DE102020200656.3A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Samuel Lutz; Philipp Peter Breese; Tobias Hauser; Raven Thomas Reisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Bei dem Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Bearbeitungselements wird zumindest eine physikalische Größe eines Bearbeitungselements erfasst und anhand der zumindest eine Größe auf das Auftreten einer Abweichung bei der Bearbeitung von einer Sollbearbeitung geschlossen.Die Steuereinrichtung und die Bearbeitungsanlage sind zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgebildet.In the method for subtractive machining of a workpiece by means of a machining element, at least one physical variable of a machining element is recorded and, based on the at least one variable, a conclusion is drawn about the occurrence of a deviation during machining from a target machining .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks, eine Steuereinrichtung und eine Bearbeitungsanlage.The invention relates to a method for subtractive machining of a workpiece, a control device and a machining system.

In der spanenden Fertigung ist es zur Steigerung der Produktivität wichtig, mehr Material in weniger Zeit abzutragen. Grundsätzlich kann mehr Material in weniger Zeit abgetragen werden, wenn mit höheren Schnittgeschwindigkeiten und höheren Vorschubraten, also mit anspruchsvolleren Parametern des Fertigungsprozesses, gefertigt wird, um ein größeres Zeitspanvolumen zu erreichen.To increase productivity in machining, it is important to remove more material in less time. In principle, more material can be removed in less time if production is carried out at higher cutting speeds and higher feed rates, i.e. with more demanding parameters of the production process, in order to achieve a greater metal removal rate.

Bei diesen anspruchsvolleren Parametern können allerdings sogenannte Fließspänen auftreten. Bei Fließspänen kommt es nicht wie vorgesehen zum Abreißen der Späne bei Eingriff des Werkzeuges, sondern nachteilig zur Bildung überlanger Späne, die sich vielfach um das Werkzeug wickeln können. Diese Späne können nicht mittels eingebauter Vorrichtungen wie etwa Spänerutschen entfernt werden, sondern die Entfernung erfordert jeweils einen manuellen Eingriff, was die Produktivität herabsetzt. Aufgrund der Länge dieser Späne in Kombination mit den hohen Drehgeschwindigkeiten des Werkstücks können solche Späne zusätzlich eine hohe Kraft beim Auftreffen auf das Werkstück und die Maschine bewirken. Bei Kollisionen kann es somit zu einer Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks oder der Maschine kommen, etwa infolge von Kollisionen der Späne mit Vorrichtungen im Maschineninnenraum wie insbesondere der Verkleidung, der Beleuchtungen oder dem Werkzeugmagazin.With these more demanding parameters, however, so-called flow chips can occur. In the case of continuous chips, the chips do not tear off as intended when the tool engages, but disadvantageously the formation of excessively long chips, which can often wrap around the tool. These chips cannot be removed by means of built-in devices such as chip chutes, but the removal requires manual intervention, which reduces productivity. Due to the length of these chips in combination with the high rotational speeds of the workpiece, such chips can also cause a high force when hitting the workpiece and the machine. In the event of collisions, the surface of the workpiece or the machine can be damaged, for example as a result of the chips colliding with devices in the machine interior, such as in particular the cladding, the lighting or the tool magazine.

Es ist bekannt, das Auftreten von Fließspänen zu vermeiden, indem konservativere Parameter des Fertigungsprozesses verwendet werden. Dies verhindert jedoch den beabsichtigten Zuwachs an Produktivität. Zudem müssen die Parameter jeweils für eine Charge individuell gewählt werden. Hinreichend konservative Parameter, die das Auftreten von Fließspänen bei einer Charge wirksam vermeiden, können aufgrund von Toleranzen von Fertigungsteilen dennoch zu Fließspänen bei nachfolgenden Chargen führen. Besonders nachteilig können bei großen Gussbauteilen sogar räumliche Legierungsgradienten innerhalb des Gussbauteils auftreten, sodass hinreichend konservative Parameter in einem ersten Bereich zu Fließspänen bei der Bearbeitung eines zweiten Bereichs des Gussbauteils zu Fließspänen führen können.It is known to avoid the occurrence of flow chips by using more conservative parameters of the manufacturing process. However, this prevents the intended increase in productivity. In addition, the parameters must be selected individually for each batch. Sufficiently conservative parameters that effectively avoid the occurrence of flow chips in one batch can nevertheless lead to flow chips in subsequent batches due to the tolerances of production parts. In the case of large cast components, spatial alloy gradients can even occur with particular disadvantage within the cast component, so that sufficiently conservative parameters in a first area can lead to flow chips when machining a second region of the cast component.

Alternativ ist es bekannt, die Maschine kontinuierlich von einem Bediener überwachen zu lassen.Alternatively, it is known to have the machine continuously monitored by an operator.

Diese Lösung ist jedoch aufwendig und teuer, insbesondere bei der Bearbeitung großvolumiger Bauteile. Aufgrund einer mehrere Tage oder Wochen umfassenden Bearbeitungszeit erfordert eine überwachte Bearbeitung entweder häufige Unterbrechungen oder aber sie ist personalintensiv.However, this solution is complex and expensive, especially when machining large-volume components. Due to the processing time of several days or weeks, monitored processing either requires frequent interruptions or is labor-intensive.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks zu schaffen, mit welchem insbesondere die Produktivität der Bearbeitung erhöht werden kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Steuereinrichtung sowie eine verbesserte Bearbeitungsanlage zu schaffen, mittels welchen das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.It is therefore the object of the invention to create an improved method for subtractive machining of a workpiece, with which in particular the productivity of machining can be increased. In addition, it is the object of the invention to create an improved control device and an improved processing system by means of which the method according to the invention can be carried out.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Steuereinrichtung mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen und mit einer Bearbeitungsanlage mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.This object of the invention is achieved with a method according to the invention for subtractive machining of a workpiece with the features specified in claim 1 and with a control device with the features specified in claim 8 and with a machining system with the features specified in claim 9. Preferred developments of the invention are specified in the associated subclaims, the following description and the drawing.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks zieht zur Bearbeitung ein Bearbeitungselement heran. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest eine physikalische Größe des Bearbeitungselements erfasst und anhand der zumindest eine Größe auf das Auftreten einer Abweichung bei der Bearbeitung von einer Sollbearbeitung geschlossen. Auf diese Weise können mittels der Erfindung Anomalien, d.h. Abweichungen der Bearbeitung von der Sollbearbeitung wie insbesondere das Auftreten von Fließspänen, einfach und frühzeitig erkannt werden, indem die zumindest eine physikalische Größe des Bearbeitungselements selbst überwacht wird. Daher kann eine Bearbeitung insbesondere auch grundsätzlich unüberwacht erfolgen, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens im einfachsten Falle eine Bearbeitung solange erfolgen kann, wie keine Abweichung der Bearbeitung von einer Sollbearbeitung festgestellt wird. Eine Unterbrechung der Bearbeitung ist lediglich dann erforderlich, wenn eine solche Abweichung festgestellt wird. Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert durchgeführt werden, da das Verfahren genau in den Fällen, in welchen Abweichungen auftreten, erforderlichenfalls unterbrochen werden kann. Vorzugsweise kann in solchen Fällen eine manuelle Wartung angestoßen werden, etwa mittels einer Kommunikationsschnittstelle zu einem sich zweckmäßig in Rufbereitschaft befindlichen Wartungsdienst. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere, automatisierte Verfahren vorgesehen sein, mittels welchen sich die Abweichung gegebenenfalls beheben lässt.The method according to the invention for subtractive machining of a workpiece uses a machining element for machining. In the method according to the invention, at least one physical variable of the processing element is recorded and, based on the at least one variable, a conclusion is drawn about the occurrence of a deviation during processing from a target processing. In this way, by means of the invention, anomalies, i.e. deviations of the machining from the target machining, such as in particular the occurrence of flow chips, can be recognized easily and early by monitoring the at least one physical variable of the machining element itself. Therefore, processing can in particular also take place in a fundamentally unsupervised manner, since in the simplest case, processing can take place using the method according to the invention as long as no deviation of the processing from a target processing is detected. Processing is only required to be interrupted if such a discrepancy is detected. As a result, the method according to the invention can be carried out in an automated manner, since the method can, if necessary, be interrupted precisely in those cases in which deviations occur. In such cases, manual maintenance can preferably be initiated, for example by means of a communication interface to a maintenance service that is expediently on call. As an alternative or in addition, further automated methods can also be provided, by means of which the discrepancy can be corrected if necessary.

Vorteilhaft lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere große Werkstücke mit hoher Produktivität bearbeiten. Denn aufgrund der grundsätzlich möglichen automatisierten Durchführung des Verfahrens kann eine Bearbeitung auch großvolumiger Werkstücke automatisiert erfolgen, welche regelmäßig mehrere Tage oder Wochen erfordern kann. Zweckmäßig lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren an Wochenenden oder nachts durchführen, ohne dass die Parameterwahl nennenswert eingeschränkt bliebe. Vielmehr kann erforderlichenfalls eine Unterbrechung oder ein manueller Eingriff bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dann erfolgen, wenn eine Abweichung von der Sollbearbeitung festgestellt wird. Ein manueller Eingriff bei einer Sollbearbeitung hingegen ist bei dem Verfahren nicht erforderlich.With the method according to the invention, particularly large Machining workpieces with high productivity. Because the automated implementation of the method is basically possible, even large-volume workpieces can be processed automatically, which can regularly take several days or weeks. The method according to the invention can expediently be carried out on weekends or at night without the choice of parameters remaining noticeably restricted. Rather, if necessary, an interruption or manual intervention can take place in the method according to the invention when a deviation from the target processing is determined. A manual intervention in a target processing, however, is not necessary with the method.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das subtraktive Bearbeiten eine spanende Bearbeitung. Gerade bei der spanenden Bearbeitung können Abweichungen von der Sollbearbeitung wie insbesondere das Auftreten von Fließspänen die Produktivität deutlich herabsetzen. Im Falle der spanenden Bearbeitung ist das erfindungsgemäße Verfahren daher besonders vorteilhaft.In an advantageous development of the method according to the invention, subtractive machining is machining. Especially during machining, deviations from the target machining, such as the occurrence of continuous chips in particular, can significantly reduce productivity. In the case of machining, the method according to the invention is therefore particularly advantageous.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abweichung von der Sollbearbeitung das Auftreten von Fließspänen. Gerade das Auftreten von Fließspänen setzt die Produktivität bei der subtraktiven Bearbeitung deutlich herab, sodass eine frühzeitige Erkennung besonders relevant ist.Particularly preferred in the method according to the invention is the deviation from the target machining, the occurrence of flow chips. The occurrence of flow chips in particular significantly reduces productivity in subtractive processing, so that early detection is particularly relevant.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest eine physikalische Größe zumindest eine Kraft und/oder ein Drehmoment und/oder eine elektrische Spannung und/oder zumindest eine von einer der vorhergehenden Größen abgeleitete Größe. Gerade das Auftreten von Abweichungen bei der subtraktiven Bearbeitung geht regelmäßig mit einer Einwirkung einer Kraft oder eines Drehmoments infolge der Abweichung auf das Bearbeitungselement einher. Folglich kann mittels einer Erfassung einer solchen Größe des Bearbeitungselements eine Erkennung einer Abweichung der Bearbeitung von einer Sollbearbeitung besonders zuverlässig erfolgen.In an advantageous development, in the method according to the invention, the at least one physical variable is at least one force and / or torque and / or electrical voltage and / or at least one variable derived from one of the preceding variables. It is precisely the occurrence of deviations in subtractive machining that is regularly associated with the action of a force or torque as a result of the deviation on the machining element. Consequently, by detecting such a size of the machining element, a discrepancy between machining and target machining can be detected in a particularly reliable manner.

Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das zumindest eine Bearbeitungselement zumindest eine Bearbeitungsachse auf, welche insbesondere an ein Zerspanungswerkzeug angebunden, vorzugsweise bewegungsgekoppelt, ist. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Wirkung einer Abweichung von einer Sollbearbeitung auf das Bearbeitungselement vorteilhaft besonders groß, sodass ein Schließen auf eine Abweichung besonders zuverlässig erfolgen kann.In the method according to the invention, the at least one machining element preferably has at least one machining axis, which is in particular connected to a cutting tool, preferably coupled in terms of movement. In this development of the method according to the invention, the effect of a deviation from a target machining on the machining element is advantageously particularly great, so that a deviation can be made particularly reliably.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die zumindest eine physikalische Größe entlang mehrerer, vorzugsweise sich überlappender, Zeitfenster erfasst, wobei zu je einem der Zeitfenster eine Standardabweichung der physikalischen Größe erfasst wird und anhand der Standardabweichung auf die Abweichung von der Sollbearbeitung geschlossen wird. Die Standardabweichung der physikalischen Größe bildet vorteilhaft einen Parameter, welcher besonders sensitiv auf das Auftreten von Abweichungen von der Sollbearbeitung reagiert, sodass mittels der Standardabweichung ein Schließen auf eine solche Abweichung besonders verlässlich möglich ist. Ferner ist die Standardabweichung selbst nicht notwendig durch einen mittleren Wert der physikalischen Größe selbst festgelegt, sodass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft flexibel auf verschiedenste Prozessparameter anwendbar ist.In an advantageous development of the method according to the invention, the at least one physical variable is recorded along several, preferably overlapping, time windows, with a standard deviation of the physical variable being recorded for each of the time windows and the deviation from the target processing being deduced from the standard deviation . The standard deviation of the physical quantity advantageously forms a parameter which reacts particularly sensitively to the occurrence of deviations from the target processing, so that by means of the standard deviation it is possible to infer such a deviation in a particularly reliable manner. Furthermore, the standard deviation itself is not necessarily defined by an average value of the physical variable itself, so that the method according to the invention can advantageously be applied flexibly to a wide variety of process parameters.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird geeignet auf die Abweichung mittels maschinellen Lernens, insbesondere mittels eines oder mehrerer „Isolation Forests“, geschlossen. Mittels des maschinellen Lernens ist eine Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an verschiedenste Prozessparameter möglich, sodass das Verfahren flexibel an eine Vielzahl von Bearbeitungsverfahren und/oder eine Vielzahl von Werkstückgeometrien und/oder eine Vielzahl von Prozessparametern anpassbar ist.In the method according to the invention, conclusions are suitably drawn about the deviation by means of machine learning, in particular by means of one or more “isolation forests”. Machine learning enables the method according to the invention to be adapted to a wide variety of process parameters, so that the method can be flexibly adapted to a large number of machining methods and / or a large number of workpiece geometries and / or a large number of process parameters.

Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt können auch andere Verfahren eingesetzt werden, insbesondere „One-Class-Support-Vector-Machines“ und/oder „Robust-Covariance“-Verfahren und/oder eine „Local-Outlier-Factor“-Methode.Alternatively or additionally and likewise preferably, other methods can also be used, in particular “one-class support vector machines” and / or “robust covariance” methods and / or a “local outlier factor” method.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie zuvor beschrieben ausgebildet. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung umfasst Erfassungsmittel zur Erfassung zumindest der physikalischen Größe des zumindest einen Bearbeitungsmittels wie zuvor beschrieben und ist ausgebildet, anhand der zumindest eine Größe auf das Auftreten einer Abweichung bei der Bearbeitung von einer Sollbearbeitung zu schließen. Mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren folglich leicht durchführbar. Insbesondere kann mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung eine vorhandene herkömmliche Bearbeitungseinrichtung aufgerüstet werden, sodass auch mit der herkömmlichen Bearbeitungseinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.The control device according to the invention is designed as described above for carrying out a method according to the invention. The control device according to the invention comprises detection means for detecting at least the physical variable of the at least one processing means as described above and is designed to use the at least one variable to infer the occurrence of a deviation during processing from a target processing. The method according to the invention can consequently be carried out easily by means of the control device according to the invention. In particular, an existing conventional processing device can be upgraded by means of the control device according to the invention, so that the method according to the invention can also be carried out with the conventional processing device.

Vorteilhaft lässt sich eine herkömmliche Steuereinrichtung zu einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung aufrüsten. Möglich ist insbesondere auch eine software-technische Aufrüstung einer bekannten Steuereinrichtung.A conventional control device can advantageously be upgraded to a control device according to the invention. In particular, it is also possible a software-technical upgrade of a known control device.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanalage ist zur subtraktiven Bearbeitung eines Werkstücks nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorhergehend beschrieben ausgebildet und weist zumindest ein Bearbeitungselement und mindestens eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung wie vorhergehend beschrieben auf.The machining system according to the invention is designed for the subtractive machining of a workpiece according to a method according to the invention as described above and has at least one machining element and at least one control device according to the invention as described above.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment shown in the drawing.

Es zeigen:

1 einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Prinzipskizze sowie
2 eine erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gem. 1.

Show it:

1 a sequence of the method according to the invention schematically in a schematic diagram as well
2 according to a processing system according to the invention with a control device according to the invention for performing the method according to the invention. 1 .

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren M zur subtraktiven Bearbeitung in Gestalt einer spanenden Bearbeitung. Grundsätzlich ist das in 1 dargestellte Verfahren auch auf andere Verfahren zur subtraktiven Bearbeitung in analoger Weise anwendbar.This in 1 The illustrated embodiment of a method according to the invention is a method M. for subtractive machining in the form of machining. Basically, that's in 1 The method shown can also be applied to other methods for subtractive processing in an analogous manner.

Bei dem in 1 dargestellten Verfahren M wird ein Werkstück W (s. 2), im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Getriebewelle, mittels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage BA gedreht. Dabei weist die Bearbeitungsanlage BA mehrere Bearbeitungselemente auf. Ein erstes Bearbeitungselement ist mit einer rotierbaren Bearbeitungsachse A1 gebildet, an welcher das Werkstück W drehfest angebunden ist. Mittels der Bearbeitungsachse A1 ist das Werkstück W mit einer hohen Frequenz von mehreren Kilohertz drehbar. Ein zweites Bearbeitungselement F umfasst eine zweite Bearbeitungsachse A2, um welche eine Schneide S schwenkbar ist. Die Bearbeitungsachse A2 steht gem. 2 senkrecht auf der Zeichenebene. Mittels der zweiten Achse A2 ist die Schneide S an das rotierende Werkstück W in Richtung auf die Bearbeitungsachse A1 zuschwenkbar, sodass die Schneide S an dem Werkstück W anlegbar ist. Somit kann das rotierende Werkstück W gedreht werden, indem ein Außenumfang des Werkstücks W spanend zugeschnitten wird.The in 1 presented procedure M. becomes a workpiece W. (see 2 ), in the embodiment shown, a gear shaft, by means of a machining system according to the invention BA turned. The processing system BA several processing elements. A first machining element has a rotatable machining axis A1 formed on which the workpiece W. is non-rotatably connected. By means of the machining axis A1 is the workpiece W. rotatable at a high frequency of several kilohertz. A second editing element F. includes a second machining axis A2 around which a cutting edge S. is pivotable. The machining axis A2 stands acc. 2 perpendicular to the plane of the drawing. By means of the second axis A2 is the cutting edge S. to the rotating workpiece W. in the direction of the machining axis A1 can be swiveled so that the cutting edge S. on the workpiece W. can be applied. Thus, the rotating workpiece W. be rotated by an outer periphery of the workpiece W. is cut to size.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein während des Drehens jeweils auf die Bearbeitungsachse A1 wirkendes Drehmoment sowie ein auf die Bearbeitungsachse A2 wirkendes Drehmoment zeitaufgelöst ausgelesen. Grundsätzlich können in weiteren Ausführungsbeispielen alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere, jeweils auf eine Bearbeitungsachse wirkende, Kräfte erfasst werden, etwa eine axial oder quer zu einer Bearbeitungsachse wirkende Kraft. Beispielsweise kann eine Schneide mittels einer Bearbeitungsachse in axialer Richtung auf ein Werkstück zu bewegt werden und die Kraft in dieser axialen Richtung erfasst werden. Soweit im dargestellten Ausführungsbeispiel von Drehmomentwerten oder Drehmomenten die Rede ist, können in den genannten weiteren Ausführungsbeispielen, in welchen wie zuvor beschrieben zusätzlich oder stattdessen Kräfte erfasst werden, stattdessen oder zusätzlich Kräfte oder Kraftwerte zeitaufgelöst ausgelesen werden. Das Auslesen der Drehmomente erfolgt automatisiert mittels einer Anlagensteuerung SE der Bearbeitungsanlage, welche eine Drehgeschwindigkeit der Bearbeitungsachse A1 sowie einen Vorschub der Bearbeitungsachse A2 geeignet mittels mit den Drehmomentwerten korrespondierenden Spannungssignalen einstellt. Diese Spannungssignale werden zugleich zur Erfassung der Drehmomente in Drehmomentwerte umgerechnet und in einem elektronischen Arbeitsspeicher gehalten. Folglich bildet die die Anlagensteuerung SE ein erfindungsgemäß vorgesehenes Erfassungsmittel. Ferner bildet die Anlagensteuerung SE zudem eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung wie nachfolgend beschrieben.In the method according to the invention, a is applied to the machining axis during the rotation A1 acting torque as well as on the machining axis A2 effective torque read out time-resolved. In principle, in further exemplary embodiments, one or more forces acting on a machining axis can alternatively or additionally be detected, for example a force acting axially or transversely to a machining axis. For example, a cutting edge can be moved towards a workpiece in the axial direction by means of a machining axis and the force in this axial direction can be detected. As far as torque values or torques are mentioned in the exemplary embodiment shown, in the further exemplary embodiments mentioned, in which forces are additionally or instead detected as described above, forces or force values can be read out in a time-resolved manner instead or in addition. The torques are read out automatically by means of a system control SE the machining system, which has a rotational speed of the machining axis A1 as well as a feed of the machining axis A2 suitably by means of voltage signals corresponding to the torque values. At the same time, these voltage signals are converted into torque values in order to record the torques and are stored in an electronic working memory. Consequently, it forms the system control SE a detection means provided according to the invention. Furthermore, the system control forms SE also a control device according to the invention as described below.

Die Anlagensteuerung SE der Bearbeitungsanlage BA bildet eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung und ist ausgebildet, anhand der zeitaufgelöst erfassten Drehmomente der Bearbeitungsachsen A1 und A2 eine Kritikalität für die Bildung von Fließspänen zu berechnen und diese einerseits als Information an einen Bediener der Bearbeitungsanlage zurück zugeben oder in einem autonomen Bearbeitungsmodus selbstständig den Bearbeitungsprozess zu stoppen. Die Maschinensteuerung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine NC (NC = (engl.) „Numerical Control“).The system control SE the processing system BA forms a control device according to the invention and is designed based on the torques of the machining axes recorded in a time-resolved manner A1 and A2 to calculate a criticality for the formation of flow chips and, on the one hand, to return this as information to an operator of the machining system or to independently stop the machining process in an autonomous machining mode. In the exemplary embodiment shown, the machine control is an NC (NC = “Numerical Control”).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren M werden mittels der Maschinensteuerung Drehmomentwerte der einzelnen Bearbeitungsachsen A1, A2 ausgewertet. Die Drehmomentwerte werden mit einer Erfassungsfrequenz von 500 Hz in einem Erfassungsschritt NCCO erfasst und werden von der Anlagensteuerung SE ausgelesen. Für das Verfahren M werden dabei die Drehmomentwerte sämtlicher hinsichtlich ihrer Drehmomente voneinander unabhängigen Bearbeitungsachsen A1, A2 berücksichtigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden lediglich 2 Bearbeitungsachsen herangezogen. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, können auch weitere Drehmomentwerte weiterer vorhandener Bearbeitungsachsen berücksichtigt werden.In the method according to the invention M. torque values of the individual machining axes are determined by means of the machine control A1 , A2 evaluated. The torque values are recorded with a recording frequency of 500 Hz in a recording step NCCO and are used by the system control SE read out. For the procedure M. are the torque values of all machining axes that are independent of one another with regard to their torques A1 , A2 considered. In the illustrated embodiment, only 2 machining axes are used. In further exemplary embodiments which are not specifically illustrated and which correspond to the illustrated exemplary embodiment, further torque values of other existing machining axes can also be taken into account.

Die erhaltenen Messwerte werden wie folgt zu einem Schließen auf das Auftreten einer Abweichung herangezogen:

Die aufeinanderfolgend erfassten Kraft- und Drehmomentwerte werden in einem Bearbeitungsschritt DATP in zeitlich aufeinanderfolgende Zeitfenster mit einer Länge von 4 Sekunden und mit einem relativen Versatz zueinander von 2 Sekunden aufgeteilt. Folglich weisen aufeinanderfolgende Zeitfenster einen Überlapp von jeweils 50 Prozent auf. Grundsätzlich können die Werte der zeitlichen Länge der Zeitfenster sowie der zeitlichen Überlappung der Zeitfenster in weiteren Ausführungsbeispielen auch abweichend gewählt werden. Für jede Bearbeitungsachse A1, A2 mit voneinander unabhängigen Drehmomentwerten wird innerhalb je eines Zeitfensters eine Standardabweichung der Drehmomentwerte berechnet. Diese Standardabweichungen der Drehmomentwerte je Bearbeitungsachse A1, A2 werden als Eingabewerte für ein Fließspanvorhersagemodell MOD verwendet.

The measured values obtained are used to infer the occurrence of a deviation as follows:

In a processing step DATP, the successively recorded force and torque values are divided into successive time windows with a length of 4 seconds and a relative offset of 2 seconds. As a result, successive time windows have an overlap of 50 percent each. In principle, the values of the temporal length of the time windows and the temporal overlap of the time windows can also be selected differently in further exemplary embodiments. For each machining axis A1 , A2 With torque values that are independent of one another, a standard deviation of the torque values is calculated within a time window. These standard deviations of the torque values for each machining axis A1 , A2 are used as input values for a continuous chip prediction model MOD.

Das Fließspanvorhersagemodell MOD dient zur Vorhersage des Auftretens von Fließspänen. Das Auftreten von Fließspänen bildet in diesem Ausführungsbeispiel das Auftreten einer Abweichung vom Sollbetrieb.The continuous chip prediction model MOD is used to predict the occurrence of continuous chips. In this exemplary embodiment, the occurrence of flow chips forms the occurrence of a deviation from the target operation.

Eine Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fließspänen erfolgt mittels eines „Isolation-Forest“-Verfahrens, also mittels eines etablierten Verfahrens des maschinellen Lernens. Dieses Isolation-Forest-Verfahren basiert auf einem Komitee an Entscheidungsbäumen, welche durch verkettete Entscheidungsregeln jedem Zeitfenster basierend auf dessen Eigenschaften ein Anomalie-Maß zuordnet. Als Eigenschaften fungieren im dargestellten Ausführungsbeispiel die Standardabweichungen der Drehmomentwerte des jeweiligen Zeitfensters. Dieses Anomalie-Maß gibt an, wie gewöhnlich die Standardabweichungen der Drehmomentwerte der Zeitfenster zu jenen der Gesamtmenge an Zeitfenstern ist. Die Zeitfenster bilden mit anderen Worten sogenannte Proben des Isolation-Forest-Verfahrens. Das den Zeitfenstern zugeordnete Anomalie-Maß wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen, Zeitfenster mit Ausreißerwerten der Standardabweichungen der Drehmomentwerte zu identifizieren.The probability of the occurrence of flow chips is calculated using an "isolation forest" method, i.e. using an established machine learning method. This isolation forest method is based on a committee of decision trees which, through linked decision rules, assigns an anomaly measure to each time window based on its properties. In the exemplary embodiment shown, the standard deviations of the torque values of the respective time window function as properties. This anomaly measure indicates how usual the standard deviations of the torque values of the time windows to those of the total amount of time windows are. In other words, the time windows form so-called samples of the isolation forest method. The anomaly measure assigned to the time windows is used in the method according to the invention to identify time windows with outlier values of the standard deviations of the torque values.

Für die Nutzung eines Isolation Forests ist keine Klassifizierung der Zeitfenster in „normal“ oder „anomal“ erforderlich. Es ist hinreichend, ein Maß für eine sogenannte Verschmutzung der Daten, d.h. einen prozentualen Anteil von Anomalien in einem Satz von Trainingsdaten als Hyperparameter anzugeben.For the use of an isolation forest, it is not necessary to classify the time window into “normal” or “abnormal”. It is sufficient to specify a measure of so-called contamination of the data, i.e. a percentage of anomalies in a set of training data as hyperparameters.

Beispielsweise werden für das vorliegende Fließspanvorhersagemodell MOD ein Wert für die Verschmutzung von 0,05 und eine Anzahl von Entscheidungsbäumen von 100 und eine maximale Anzahl von berücksichtigten Eigenschaften je Entscheidungsregel von 1 genutzt.For example, a value for the contamination of 0.05 and a number of decision trees of 100 and a maximum number of properties taken into account per decision rule of 1 are used for the present continuous chip prediction model MOD.

Grundsätzlich können in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen auch alternativ weitere oder zusätzliche Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise „One-Class-Support-Vector-Machines“, ein „Robust-Covariance“-Verfahren oder eine „Local-Outlier-Factor“-Methode.In principle, further or additional methods can alternatively be used in further exemplary embodiments not specifically shown, for example “one-class support vector machines”, a “robust covariance” method or a “local outlier factor” method .

Anhand von vorab erhaltenen Trainingsdaten, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel optional in einem Trainingslauf gewonnen worden sind, wird das Fließspanvorhersagemodell MOD trainiert und im trainierten Zustand fortlaufend im Betrieb weiterverwendet. Dazu stellt das Fließspanvorhersagemodell MOD eine Entscheidungsfunktion bereit, welche für ein neues Zeitfenster anhand der Standardabweichungen erfasster Drehmomentwerte einer jeweiligen Bearbeitungsachse eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass innerhalb des jeweiligen Zeitfensters eine Anomalie, also eine Bildung von Fließspänen, auftritt. Für die Interpretation dieses Anomalie-Maßes werden in einem weiteren Verfahrensschritt ACT zwei Grenzwerte herangezogen: Überschreitet bei dem Fließspanvorhersagemodell MOD das Anomalie-Maß einen ersten Grenzwert von 0.01, so wird eine Warnung an einen Maschinenbediener ausgelöst. Grundsätzlich können in weiteren nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen abweichende erste Grenzwerte gewählt werden. Die Warnung kann beispielsweise an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle HMI der Maschine, insbesondere als Email oder als Benachrichtigung an ein mobiles Gerät wie ein Tablet oder Smartphone, gesendet werden. Der Maschinenbediener hat so die Möglichkeit, die spanende Bearbeitung hinsichtlich des Auftretens von Fließspänen zu prüfen und erforderlichenfalls einzugreifen. Überschreitet das Anomalie-Maß den zweiten Grenzwert von 0.05, so wird in dem Verfahrensschritt ACT die Maschine sogar umgehend automatisch ausgeschaltet. Grundsätzlich können in weiteren nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen abweichende zweite Grenzwerte gewählt werden. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel ist wesentlich, dass der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert gewählt ist. Im Falle eines Überschreitens des zweiten Grenzwerts ist die Wahrscheinlichkeit für ein starke Fließspanbildung zu groß für einen Weiterbetrieb der Bearbeitungsanlage BA. Ein Schutz der Bearbeitungsanlage BA wird somit über ein rasches Abschalten der Bearbeitungsanlage BA sichergestellt.The continuous chip prediction model MOD is trained on the basis of training data obtained in advance, which in the exemplary embodiment shown have optionally been obtained in a training run, and is continuously used in operation in the trained state. For this purpose, the continuous chip prediction model MOD provides a decision function which, for a new time window, based on the standard deviations of recorded torque values of a respective machining axis, indicates a probability that an anomaly, i.e. the formation of continuous chips, will occur within the respective time window. For the interpretation of this anomaly measure, two limit values are used in a further process step ACT: If the anomaly measure exceeds a first limit value of 0.01 in the continuous chip prediction model MOD, a warning is triggered to a machine operator. In principle, different first limit values can be selected in further exemplary embodiments that are not specifically shown. The warning can, for example, be sent to a human-machine interface HMI of the machine, in particular as an email or as a notification to a mobile device such as a tablet or smartphone. The machine operator has the opportunity to check the machining with regard to the occurrence of continuous chips and to intervene if necessary. If the degree of anomaly exceeds the second limit value of 0.05, the machine is even immediately switched off automatically in method step ACT. In principle, deviating second limit values can be selected in further exemplary embodiments that are not specifically shown. For the exemplary embodiment shown, it is essential that the second limit value is selected to be greater than the first limit value. If the second limit value is exceeded, the probability of strong continuous chip formation is too great for the machining system to continue operating BA . A protection of the processing plant BA is thus a rapid shutdown of the processing system BA ensured.

Claims

Method for subtractive machining of a workpiece (W) by means of a machining element (F), in which at least one physical Size of a machining element is recorded (NCCO) and based on the at least one size, the occurrence of a deviation during machining from a target machining is inferred (MOD).

Method according to the preceding claim, in which the subtractive machining is machining.

Method according to one of the preceding claims, in which the deviation from the nominal machining is the occurrence of flow chips.

Method according to one of the preceding claims, in which the at least one physical variable is at least one force and / or a torque and / or at least one variable derived from at least one of the preceding variables.

Method according to one of the preceding claims, in which the at least one machining element (F) has at least one machining axis (A1, A2), which is in particular connected, preferably movement-coupled, to a cutting tool (S).

Method according to one of the preceding claims, in which the at least one physical variable is recorded along several, preferably overlapping, time windows, with a standard deviation of the physical variable being recorded for each of the time windows and using the standard deviation (STDV) to determine the deviation from the Target processing is closed.

Method according to one of the preceding claims, in which the deviation is inferred by means of machine learning, in particular by means of “isolation forests”.

Control device (SE) for carrying out a method (M) according to one of the preceding claims, comprising detection means (SE) for detecting at least one physical variable of at least one processing element (F), which is designed based on the at least one variable for the occurrence of a deviation to close the machining of a target machining (MOD).

Machining installation (BA) for subtractive machining of a workpiece according to a method (M) according to one of the preceding claims, which has at least one machining element (F) and at least one control device (SE) according to one of the preceding claims.