DE19518365C2 - Verfahren zum Glätten von Holz und Holzwerkstoffen unter Verwendung von rotierenden schneidenlosen Werkzeugen - Google Patents

Verfahren zum Glätten von Holz und Holzwerkstoffen unter Verwendung von rotierenden schneidenlosen Werkzeugen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Stabilisierung der Temperatur rotierender schneidenloser Glättwerkzeuge aus metallischen Werkstoffen, die zum Glätten von Profilen in Holz und Holzwerkstoffen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß werden, ausgehend von einer Messung der Werkzeugtemperatur, bevorzugt im Angriffsbereich des Werkzeuges, Drehzahl und Vorschub des Werkzeugantriebes unter Verwendung eines Fuzzy-Controlers in Abhängigkeit von der gemessenen Werkzeugtemperatur geregelt. Das Verfahren wertet die Temperatur T und den Temperaturanstieg T aus und bestimmt über den die Erfindung charakterisierenden Satz von Fuzzy-Regeln die erforderlichen Stellwerte für die Drehzahl und/oder den Vorschub.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Stabilisierung der Temperatur rotierender schneidenloser Glättwerkzeuge aus metallischen Werkstoffen, die zum Glätten und Verdichten der Oberflächen von Profilen in Holz und Holzwerkstoffen eingesetzt werden.
Bei der spanenden Bearbeitung von Holz und Holzwerkstoffen entsteht eine Aufrauhung des Materials, insbesondere in Bereichen niedrigerer Dichte, die für nachfolgende Beschichtungsprozesse mit flüssigen oder festen Beschichtungsmaterialien außerordentlich nachteilig ist. Deshalb werden entsprechend dem derzeitigen Stand der Technik diese bearbeiteten Oberflächen nachgeschliffen, um die Rauhigkeit der Oberfläche zu verringern. Das Glätten von Profilen in Holz und Holzwerkstoffen erfolgt hierbei mit fräswerkzeuganalogen, schneidenlosen, metallischen Rotationswerkzeugen. Durch Schleifen oder ähnliche spanende Verfahren kann aber nicht verhindert werden, daß bei einem nachfolgenden Kontakt mit flüssigen Medien ein erneutes Aufrauhen der Oberfläche durch das Aufrichten der Holzfasern erfolgt.
Auch der Vorschlag mittels eines sogenannten Friktionsglätten (DD AP 292 412) nachhaltige Verbesserungen zu erreichen, konnte sich nicht durchsetzen, da verfahrensimmanent die Temperatur des Glättwerkzeuges nicht in dem für den Glättvorgang erforderlichen Temperaturbereich konstant gehalten werden kann. Der Stand der Technik bei der Steuerung und Kontrolle der Werkzeuge ist grundlegend in der DD-Zeitschrift "Feingerätetechnik" Nr. 8, 1983, Seiten 357 bis 361 sowie in JP 4-101 749 A reflektiert.
Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, welches ein anforderungsgerechtes Glätten und Verdichten der Oberflächen von Holz und Holzwerkstoffen, also ohne die im Schleifprozeß oder ähnlichen spanenden Verfahren immanenten Nachteile, ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß ausgehend von einer Messung der Werkzeugtemperatur im Angriffsbereich des Werkzeuges oder einem anderen geeigneten Punkt des Werkzeuges, die regelbare Gestaltung des Werkzeugantriebes hinsichtlich Drehzahl und Vorschub unter Verwendung eines Fuzzy-Controlers in Abhängigkeit von der gemessenen Werkzeugtemperatur vorgenommen wird. Das Verfahren wertet die Temperatur T und den Temperaturanstieg T aus und bestimmt über den die Erfindung charakterisierenden Satz von Fuzzy-Regeln die erforderlichen Stellwerte für die Drehzahl und/oder den Vorschub.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf einer CNC- Oberfräsmschine durchgeführt, die über einen Glättantrieb mit einem einstellbaren Vorschub im Bereich von 1 bis 10 m/min und eine automatisch einstellbare Drehzahl von 1 bis 10000 1/min verfügt. Als Glättantrieb ist ein Motor erforderlich, der über den gesamten Drehzahlbereich ein nahezu konstantes Drehmoment garantiert. Die Glättwerkzeugtemperatur wird mittels einer Temperaturmeßeinrichtung möglichst nahe dem Wirkbereich des Werkzeuges bestimmt; dabei ist eine Meßgenauigkeit von ±5°C einzuhalten.
Grundsätzlich sind drei, nachfolgend näher erläuterte Ausführungsvarianten des Verfahrens, die alle Gegenstand der Erfindung sind, möglich. Fig. 1 zeigt hierfür ein Beispiel einer Meßanordnung zur Bestimmung der Temperatur des Glättwerkzeuges, wie sie bei allen Verfahrensausführungen grundsätzlich Anwendung finden kann. Es ist zu erkennen, daß der Meßpunkt (1) des Infrarot- Sensors (2) sich unmittelbar über dem Berührungspunkt (3) - Glättwerkzeug (4)/MDF-Platte (5) befindet und damit eine sichere Temperaturbestimmung ermöglicht.
Variante 1 Vorschub v stell- aber nicht regelbar; Drehzahl u regelbar
Diese Ausführung der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß ausgehend von einer Messung der Werkzeugtemperatur und einem vorzugebenden Vorschub die Drehzahl des Werkzeuges unter Verwendung eines speziellen Fuzzy-Controlers geregelt wird, was eine Einstellung der Werkzeugtemperatur in einem vorgegebenen Sollwertbereich bewirkt. Den prinzipiellen Aufbau der Fuzzy- Regelung nach Variante 1 zeigt Fig. 2. Die Zugehörigkeitsfunktionen von Temperatur, Temperaturänderungen, Vorschub und Drehzahl sind aus Fig. 3 zu entnehmen.
Variante 2 Vorschub v regelbar; Drehzahl u stell- aber nicht regelbar
Hierbei wird ausgehend von der Messung der Werkzeugtemperatur und einer vorgegebenen Drehzahl unter Verwendung eines anderen von der Variante 1 verschiedenen Fuzzy-Reglers, der Vorschub geregelt, was ebenfalls eine Stabilisierung der Werkzeugtemperatur bewirkt. Die Regelbasis ist aus Fig. 4 zu entnehmen.
Variante 3 Vorschub v regelbar; Drehzahl u regelbar
Auch hier wird von einer Messung der Werkzeugtemperatur ausgegangen und unter Verwendung eines anderen, von Variante 1 und 2 verschiedenen Fuzzy- Reglers werden Drehzahl und Vorschub so geregelt, daß die Werkzeugtemperatur stabilisiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit durch spezielle Zugehörigkeitsfunktionen (z. B. Ausführungsvariante 1) bestimmt, die den Zusammenhang von Temperatur, Temperaturänderung, Vorschub und Drehzahl oder von Temperatur, Temperaturänderung, Drehzahl und Vorschub oder von Temperatur, Temperaturänderung sowie Vorschub und Drehzahl beschreiben. Zudem ist es durch eine Regelbasis (Fig. 4) charakterisiert, die, bestehend aus n- Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung und Vorschub) mit der Ausgangsgröße (Drehzahl) darstellt (Variante 1), oder durch eine Regelbasis, die, bestehend aus m-Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung, Drehzahl) mit der Ausgangsgröße (Vorschub) darstellt (Variante 2) oder durch eine Regelbasis, die, bestehend aus k-Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung) mit den Ausgangsgrößen (Vorschub und Drehzahl) darstellt (Variante 3).
In allen Ausführungsvarianten setzt die Verfahrensanwendung keine Kenntnis der Übertragungsfunktion der Regelstrecke voraus. Zudem tritt der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens unabhängig von der Geometrie der Glättwerkzeuge ein.

Claims (5)

1. Verfahren zum Glätten von Holz und Holzwerkstoffen unter Verwendung von rotierenden schneidenlosen Werkzeugen, gekennzeichnet dadurch, daß der Werk­ zeugantrieb hinsichtlich Drehzahl und Vorschub unter Verwendung eines Fuzzy- Controlers in Abhängigkeit von der gemessenen Werkzeugtemperatur geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ausgehend von der Messung der Werkzeugtemperatur und einem vorzugebenden Vorschub die Drehzahl des Werkzeuges unter Verwendung eines Fuzzy-Controlers auf einer Regelbasis, die, bestehend aus n-Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung und Vorschub) mit der Ausgangsgröße (Drehzahl) darstellt, geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ausgehend von der Messung der Werkzeugtemperatur und einer vorgegebenen Drehzahl der Vorschub unter Verwendung eines Fuzzy-Controlers auf einer Regelbasis, die, bestehend aus m-Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung, Drehzahl) mit der Ausgangsgröße (Vorschub) darstellt, geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ausgehend von der Messung der Werkzeugtemperatur Drehzahl und Vorschub unter Verwendung eines Fuzzy-Controlers auf einer Regelbasis, die, bestehend aus k-Regeln, die Verknüpfung der Eingangsgrößen (Temperatur, Temperaturänderung) mit den Ausgangsgrößen (Vorschub, Drehzahl) darstellt, geregelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugtemperatur im Angriffsbereich des Werkzeuges gemessen wird.
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