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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung für ein Bauteil mit zumindest einem Zerspanungswerkzeug gemäß dem geltenden Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bearbeitungsvorrichtung.
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Das Ergebnis einer spanenden Bearbeitung von Werkstoffen hängt in hohem Maße von den entstehenden Kräften an der Werkzeugschneide oder der generellen Belastung des Zerspanungswerkzeugs ab. Diese Kräfte können sowohl durch Prozessparameter und Werkstoffe als auch durch die bearbeitete Geometrie beeinflusst werden. Abweichungen von idealen Schnittbedingungen erzeugen dabei Abweichungen von der Zielqualität. Dies beinhaltet sowohl die Formgenauigkeit als auch die Qualität der resultierenden Oberfläche.
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Die Messung der auf das Zerspanungswerkzeug wirkenden Kräfte ist aktuell nur durch externe Sensorik möglich. Diese Sensorik kann sich unter dem zu bearbeitenden Werkstück oder sogar unterhalb von Wendeschneidplatten befinden. Jedoch sind allen Fällen zusätzlich Geräte und Sensoren nötig, um diese Kräfte zu bestimmen.
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Die
DE 10 2017 002 373 A1 beschreibt eine numerische Steuerung aufweisend einen Festzyklusbetriebsabschnitt auf, der einen Festzyklusbefehl analysiert und aufgrund des Analyseergebnisses den Befehlsdatenstring erzeugt. Der Festzyklusbetriebsabschnitt umfasst einen Restberechnungsabschnitt, der eine Restschneidtiefe aufgrund einer gesamten Schneidtiefe eines Werkzeugs für ein Werkstück und einer Schneidtiefe des Werkzeugs für das Werkstück in einem Schnitt berechnet, die vom Festzyklusbefehl festgelegt sind, und einen Befehlsdatenstring-Anpassungsabschnitt, der die Reihenfolge der Befehlsdatenelemente, die im Befehlsdatenstring enthalten sind, oder eine Schneidtiefe in jedem der Befehlsdatenelemente auf Grundlage der verbleibenden Schneidtiefe so anpasst, dass die gesamte Vorschubbewegungsmenge des Werkzeugs reduziert wird, die aus dem Befehlsdatenstring resultiert.
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Die
EP 2 871 547 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks unter Vermittlung eines an einer Spindel befestigten Schneidwerkzeugs. Das Verfahren umfasst das Definieren eines anfänglichen Werkzeugwegs des Schneidewerkzeugs relativ zu einem Werkstück unter Vermittlung von Teildefinitionsdaten; Veranlassen des Schneidwerkzeugs, entlang des definierten anfänglichen Werkzeugwegs relativ zum Werkstück zu schneiden; Empfangen von Daten des Sensors, die Bearbeitungsprozessbedingungen sowie das Verarbeiten der Daten des Sensors, um einen Wert eines Bearbeitungsprozesskraftparameters zu bestimmen; und Bewirken, dass das Schneidwerkzeug entlang eines modifizierten Werkzeugwegs relativ zum Werkstück schneidet, sodass die radialen Schnitttiefenänderungen und Werte des Bearbeitungsprozesskraftparameters eine Bearbeitungsprozesskraftbeschränkung nicht überschreiten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, mittels welchen verbessert ein Bauteil hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie durch eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung für ein Bauteil mit zumindest einem Zerspanungswerkzeug. Es wird ein mathematisches Modell für das Zerspanungswerkzeug bereitgestellt, wobei das mathematische Modell auf Basis eines vergangenen Zerspanungsprozesses erstellt ist. Es wird zumindest ein das Zerspanungswerkzeug charakterisierender Parameter während eines Betriebs der Bearbeitungsvorrichtung erfasst. Es erfolgt das Auswerten des zumindest einen Parameters in Abhängigkeit von dem mathematischen Modell mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung und das Betreiben des Zerspanungswerkzeugs in Abhängigkeit von der Auswertung.
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Insbesondere wird somit die Verwendung des mathematischen Modells vorgeschlagen, mit möglicherweise verschieden gearteten Anpassungen auf alle Werkzeugmaschinen, welche über eine sogenannte NC-Steuerung verfügen. Es wird keine physische Messtechnik benötigt, da die entsprechenden Daten aus der Maschinensensorik erfasst und verwendet werden. Auch ist eine unbegrenzte Skalierbarkeit vorhanden, da das mathematische Modell auf einer unbegrenzten Zahl an Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht dabei vor, dass das mathematische Modell, welches die Maschinendaten aus der NC-Steuerung erfasst, Daten wie das CAD-Modell des zu erstellenden Bauteils und das NC-Programm zur Fräsbearbeitung nutzt, um die wirkenden Kräfte auf das Zerspanungswerkzeug zu bestimmen. Diese Bestimmung kann insbesondere in Echtzeit, sogar Online, auf der Maschine, aber auch Offline nach der spanenden Bearbeitung durchgeführt werden.
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Insbesondere beschreibt somit die Erfindung die Nutzung von Maschinendaten zur Bestimmung der wirkenden Kräfte auf das Zerspanungswerkzeug. Jede Werkzeugmaschine beziehungsweise Bearbeitungsmaschine, die über eine NC-Steuerungstechnik verfügt, erzeugt durch die Regelung und Steuerung des Bearbeitungsprozesses verschiedenste Arten von Daten, insbesondere den das Zerspanungswerkzeug charakterisierenden Parameter. Diese Daten beschreiben die Ist- und Soll-Zustände verschiedener Größen. Durch die Messung dieser Maschinendaten während der messtechnischen Bestimmung der wirkenden Kräfte können somit diese Maschinendaten gelabelt und erzeugt werden, welche wiederum die Basis für die Entwicklung von dem mathematischen Modell im Rahmen des überwachten Lernens bildet. Ziel ist, durch das mathematische Modell die Maschinendaten auszuwerten und die Belastungen nach Mustern und Informationen innerhalb des gelabelten Datensatzes zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, auf jeder Werkzeugmaschine, welche eine NC-Steuerung besitzt, das entwickelte mathematische Modell einzusetzen und damit die wirkenden Kräfte auf das Zerspanungswerkzeug datenbasiert zu bestimmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das mathematische Modell mittels eines Zerspanungsprozesses einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung und/oder mittels eines Zerspanungsprozesses der Bearbeitungsvorrichtung angelernt. Insbesondere handelt es sich dabei um einen maschinellen Lernalgorithmus, welcher entsprechend angelernt werden kann. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass auf Basis von anderen Zerspanungsprozessen von anderen Bearbeitungsvorrichtungen das mathematische Modell entsprechend angelernt wird. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass auch auf historischen Zerspanungsprozessen auf der Bearbeitungsvorrichtung das mathematische Modell entsprechend angelernt wird. Somit kann aus einer Vielzahl von Daten das entsprechende mathematische Modell hergleitet werden, wodurch zuverlässig der Zerspanungsprozess realisiert werden kann.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von der Auswertung eine Kraft während des Zerspanungsprozesses auf das Zerspanungswerkzeug und/oder ein Zerspanungspfad während des Zerspanungsprozesses angepasst wird. Insbesondere kann dabei eine Vorschubkraft und/oder eine Vorschubnormalkraft und/oder eine passive Kraft und/oder ein Spindeldrehmoment auf das Zerspanungswerkzeug bestimmt und angepasst werden beziehungsweise ebenfalls ausgewertet werden. Somit ist es ermöglicht, dass entsprechende Anpassungen während des Betriebs vorgenommen werden können, sodass beispielsweise auf Basis der tatsächlich ermittelten Kräfte eine Anpassung durchgeführt werden kann, wodurch zuverlässig und hochpräzise das Bauteil hergestellt werden kann. Somit kann insbesondere eine Genauigkeitsoptimierung sowie eine Schnittkräftebestimmung realisiert werden.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Parameter eine Drehzahl des Zerspanungswerkzeugs und/oder eine Vorschubrichtung des Zerspanungswerkzeugs und/oder eine Temperatur der Bearbeitungsvorrichtung und/oder eine Spannung der Bearbeitungsvorrichtung und/oder ein Strom der Bearbeitungsvorrichtung erfasst werden. Insbesondere können somit unterschiedliche Daten während des Bearbeitens im Zerspanungsprozess erfasst werden, wodurch zuverlässig mittels des mathematischen Modells dann wiederum auf den aktuellen Bearbeitungsvorgang geschlossen werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass das mathematische Modell als maschineller Lernalgorithmus bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das mathematische Modell als künstliche Intelligenz, insbesondere als sogenanntes neuronales Netzwerk ausgebildet sein. Das neuronale Netzwerk kann dabei insbesondere lernend ausgebildet sein, sodass auch der aktuelle Zerspanungsprozess entsprechend zukünftig berücksichtigt werden kann. Somit kann hochpräzise das Verfahren durchgeführt werden.
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Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn ein digitales Modell des zu erzeugenden Bauteils mit bei der Auswertung berücksichtigt wird. Das digitale Modell kann insbesondere in Form eines CAD-Modells des zu erzeugenden Bauteils bereitgestellt werden. Insbesondere auf Basis dessen kann nun die Auswertung durchgeführt werden, beispielsweise welche möglichen Fehler oder Probleme es bei der Erzeugung des zu erzeugenden Bauteils geben kann. Somit kann hochpräzise das Bauteil hergestellt werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Bearbeitungsvorrichtung als NC-Maschine bereitgestellt wird. Bei der NC-Maschine handelt es sich insbesondere um eine CNC-Maschine. Insbesondere kann dies auch als Computer Numerical Control, mit anderen Worten als numerisch kontrollierte Werkzeugmaschine, bezeichnet werden.
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Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Computerprogramm bezeichnet werden. Ferner betrifft die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Bearbeitungsvorrichtung für ein Bauteil vor, mit zumindest einem Zerspanungswerkzeug und einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Bearbeitungsvorrichtung durchgeführt.
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Die elektronische Recheneinrichtung weist beispielsweise Prozessoren, Schaltkreise, insbesondere integrierte Schaltkreise, sowie weitere elektronische Bauteile auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige 1 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist das beschriebene Ausführungsbeispiel auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In der Figur sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung 1. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 ist zum Erzeugen eines Bauteils ausgebildet und weist zumindest ein Zerspanungswerkzeug 2 auf. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung 1 zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 3 auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Bearbeitungsvorrichtung 1 ist insbesondere vorgesehen, dass ein mathematischen Modell 4, vorliegend insbesondere als maschineller Lernalgorithmus 5, insbesondere als künstliche Intelligenz beziehungsweise neuronales Netzwerk ausgebildet, bereitgestellt wird für das Zerspanungswerkzeug 2, wobei das mathematische Modell 4 auf Basis eines vergangenen Zerspanungsprozesses erstellt ist. Es erfolgt das Erfassen von zumindest einem das Zerspanungswerkzeug 2 charakterisierenden Parameters 6 während eines Betriebs der Bearbeitungsvorrichtung 1. Es wird der zumindest eine Parameter 6 in Abhängigkeit von dem mathematischen Modell 4 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 ausgewertet, und es erfolgt das Betreiben des Zerspanungswerkzeugs 2 in Abhängigkeit von der Auswertung.
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Insbesondere kann eine Vorschubkraft 7 und/oder eine Vorschubnormalkraft 8 und/oder eine Passivkraft 9 sowie auch ein Spindeldrehmoment 10 auf das Zerspanungswerkzeug 2 bestimmt und angepasst werden.
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Als Parameter 6 kann insbesondere eine Drehzahl des Zerspanungswerkzeugs 2 und/oder ein Vorschub des Zerspanungswerkzeugs 2 und/oder eine Temperatur der Bearbeitungsvorrichtung 1 und/oder eine Spannung der Bearbeitungsvorrichtung 1 und/oder ein Strom der Bearbeitungsvorrichtung 1 erfasst werden.
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Insbesondere, wie die 1 zeigt, ist die Bearbeitungsvorrichtung 1 als sogenannte NC-Maschine bereitgestellt, und es kann insbesondere ein sogenanntes NC-Fräsprogramm 11 ebenfalls mit für den maschinellen Lernalgorithmus 5 beziehungsweise das mathematische Modell 4 berücksichtigt werden. Ferner kann auch ein digitales Modell 12 des zu bearbeitenden Bauteils mit bei der Auswertung der elektronischen Recheneinrichtung 3 berücksichtigt werden.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass das mathematische Modell 4 mittels eines Zerspanungsprozesses einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung und/oder mittels eines Zerspanungsprozesses der Bearbeitungsvorrichtung 1 angelernt wird.
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Insbesondere beschreibt somit die Erfindung die Nutzung von Maschinendaten zur Bestimmung der wirkenden Kräfte auf das Zerspanungswerkzeug 2. Hierbei können auch das digitale Modell 12 des Bauteils sowie das NC-Fräsprogramm 11 entsprechend berücksichtigt werden. Jede Werkzeugmaschine, die über eine NC-Steuerungstechnik verfügt, erzeugt durch die Regelung und Steuerung des Bearbeitungsprozesses verschiedenste Arten von Daten. Diese Daten beschreiben die Ist- und Soll-Zustände verschiedener Größen, wie beispielsweise Bearbeitungsparameter, wie Drehzahl oder eine Vorschubrichtung 13, Betriebsdaten, wie Temperaturen und elektrische Ströme und Leistungen, sowie die Regelungsgrößen, wie beispielsweise resultierende Positionsfehler des Zerspanungswerkzeugs 2. Durch die Messung von Maschinendaten während der messtechnischen Bestimmung der wirkenden Kräfte können gelabelte Daten erzeugt werden, welche wiederum die Basis für die Entwicklung von datenbasierten Modellen im Rahmen des überwachten Lernens bilden. Ziel ist, durch ein datenbasiertes Modell die Maschinendaten auszuwerten und die Belastungen nach Mustern und Informationen innerhalb des gelabelten Datensatzes zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, auf jeder Werkzeugmaschine beziehungsweise Bearbeitungsvorrichtung 1, welche eine NC-Steuerung besitzt, das entwickelte mathematische Modell 4 einzusetzen und damit die wirkenden Kräfte auf das Zerspanungswerkzeug 2 datenbasiert zu bestimmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungsvorrichtung
- 2
- Zerspanungswerkzeug
- 3
- elektronische Recheneinrichtung
- 4
- mathematisches Modell
- 5
- maschineller Lernalgorithmus
- 6
- Parameter
- 7
- Vorschubkraft
- 8
- Vorschubnormalkraft
- 9
- Passivkraft
- 10
- Spindeldrehmoment
- 11
- digitales Fräsprogramm
- 12
- digitales Modell
- 13
- Vorschubrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017002373 A1 [0004]
- EP 2871547 A1 [0005]
