-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit
einer Abnutzungs-Erfassungsfunktion für ein Werkzeug und auf ein
Verfahren zur Erfassung der Abnutzung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine,
insbesondere auf eine Werkzeugmaschine, bei der die Abnutzung, die nacheinander
bei der Bearbeitung vieler Werkstücke erzeugt worden ist, erfasst
werden kann.
-
Üblicherweise
wird eine Werkzeugmaschine beispielsweise zum Schneiden bzw. zur
spanabhebenden Bearbeitung und Zerspanen von unterschiedlichen metallischen
Materialien verwendet.
-
Die
Werkzeugmaschine weist ein schneidendes bzw. zerspanendes Werkzeug
auf, das am Ende einer drehbar gelagerten Hauptwelle befestigt ist, wobei
das Werkzeug durch drehendes Antreiben der Hauptwelle mit einem
Wellenantriebsmotor in Drehung versetzt wird, wodurch eine schneidende
bzw. zerspanende Bearbeitung an einem Werkstück durchgeführt wird.
-
Lagerung der Hauptwelle
-
Die
herkömmliche
Werkzeugmaschine verwendet unterschiedliche Lager zum drehbaren
Lagern der Hauptwelle.
-
Beispielsweise
wird ein Wälzlager,
oder dergleichen, in weitem Umfang bei Werkzeugmaschinen zum schneidenden
bzw. zerspanenden Bearbeiten eines schneidenden Werkstückes, das
einer größen Schneidbelastung
ausgesetzt ist, verwendet.
-
Bei
Werkzeugmaschinen zur Durchführung einer
ultrapräzisen
schneidenden bzw. zerspanenden Bearbeitung mit schwacher Schneidbelastung (beispielsweise
im Falle der Hochglanzpolitur bei einem Leichtmetallmaterial unter
Benutzung einer Diamantkrone, oder in anderen Fällen) wird ein unter statischem
Luftdruck stehendes Lager verwendet.
-
Abnutzung des Werkzeugs
-
Das
in der Werkzeugmaschine benutzte Werkzeug wird durch die schneidenden
bzw. zerspanenden Bearbeitungen sowie andere Schädigungen abgenutzt, was manchmal
zum Bruch des Werkzeugs führt.
Manchmal verursacht die genannte Abnutzung, oder dergleichen, eine
Abnahme der Maßhaltigkeit
eines bearbeiteten Teils des Werkstückes und verhindert die volle
Leistung der geforderten Bearbeitung.
-
Daher
wird zusätzlich
zu Maßnahmen,
bei denen beispielsweise eine Bedienungsperson nach Bedarf das Werkzeug
auf Abnutzung und dergleichen inspiziert, zur Erzielung einer anschließenden automatischen
Bearbeitungsoperation, die Werkzeugmaschine, bei der eine Abnutzung
oder dergleichen am Werkzeug aufgetreten ist, automatisch überwacht,
wie es durch den vorliegenden Anmelder (vgl. die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. Sho G2-60221) vorgeschlagen worden ist.
-
Bei
der erwähnten
Werkzeugmaschine gibt es für
die Verschleißerfassung
zwei Möglichkeiten: die
Erfassung des Stromverbrauchs des Wellenantriebsmotors und die Erfassung
der Vibrationen, die in der Nähe
der Hauptwelle erzeugt werden.
-
Bestimmung auf der Basis
des Stromverbrauchs
-
Um
bei einem neuen Werkzeug die Bestimmung unter Verwendung des Stromverbrauchs durchzuführen, wird
ein Leerlauf-Stromwert iNUL eines lastfreien Zustandes (bei dem
das Werkzeug kein Werkstück
bearbeitet), und ein normaler Bearbeitungs-Stromwert iNET definiert,
indem der Stromwert iR eines Motors genau erfasst wird, der die Hauptwelle
in Drehung versetzt. Mit den genannten Stromwerten wird die Zunahme
des Stromes (iNET-iNUL), der ansteigt, wenn die normale schneidende
bzw. spanabhebende Bearbeitung mit dem neuen Werkzeug durchgeführt wird,
und die Stromzunahme (iR-iNUL) bei der tatsächlichen schneidenden bzw.
zerspanenden Bearbeitung miteinander verglichen, wodurch das Auftreten
der Abnutzung am Werkzeug festgestellt wird, wenn die Stromzunahme bei
der aktuellen schneidenden bzw. zerspanenden Bearbeitung größer wird.
-
Jeder
der erwähnten
Stromwerte wird aus dem Durchschnitt vieler Probennahmewerte erhalten.
-
Bestimmung auf der Basis
der Vibrationserfassung
-
Um
die Bestimmung durch Vibrationserfassung durchzuführen, wird
ein piezoelektrisches Element, oder dergleichen, als Vibrationserfassungselement
in der Nähe
der Hauptwelle angeordnet, wodurch eine fehlerhafte Bearbeitung
durch Verschleiß oder
Bruch ermittelt wird, wenn ein von dem erwähnten Element erhaltenes Signal
den Basisweit überschreitet.
-
Bei
der beschriebenen Vibrationsbestimmung wird gefordert, dass sie
gegen verschiedene Vibrationen unempfindlich ist (ein Lager, ein
Motor, usw.), die in der Werkzeugmaschine natürlicherweise erzeugt werden.
Daher benutzt die Vibrationsbestimmung eine Filterschaltung zum
Beseitigen der genannten Vibrationskomponenten.
-
Die
Erfassung von kaum spürbarem
Verschleiß ist
jedoch schwierig, d.h., dass die Vibrationsbestimmung darauf beschränkt ist,
das Auftreten von Absplitterungen, Brüchen usw. am Werkzeug zu ermitteln.
-
Nachteile der Abnutzungserfassung
für das
Werkzeug
-
Die
oben angesprochene automatische Werkzeug-Abnutzungserfassung steht
unter dem Vorbehalt, dass die erforderliche Erfassung der Abnutzung
am Werkzeug unzureichend ist.
-
Mit
anderen Worten verursacht bei der erwähnten Werkzeugmaschine im Falle,
dass das die Hauptwelle tragende Lager ein Wälzlager ist, dieses Wälzlager
Rauschen im erfassten Antriebsstromwert des Motors, so dass ein
Bruch des Werkzeugs, oder dergleichen, die leicht als Fluktuation
dargestellt wird, erfasst werden können. Was jedoch die Abnutzung
bei einem kleineren Fluktuationssignal anbetrifft, besteht ein Nachteil
darin, dass wegen des Rauschens eine zuverlässige Erfassung schwierig ist.
-
Daher
ist bei der herkömmlichen
Werkzeugmaschine zum Schneiden bzw. spanabhebenden Bearbeiten des
schweren Werkstückes,
das ein Wälzlager
erfordert, die Verschleißerfassung
für das
Werkzeug ungewiss, was den Nachteil herbeiführt, dass eine automatische
Bearbeitungsoperation ohne Bediener für längere Zeit unmöglich ist.
-
Leistungsmessungen
zur Überwachung
von Werkzeugmaschinen sind weiter bekannt aus "Leistungsmessungen zum Überwachen
von Werkzeugmaschinen" von
W. Guttropf und B. Müller,
Technische Rundschau, Nr. 7, 10.02.1981, Bern, Seiten 17 und 19,
und aus "Leistungsmesser
zum Überwachen von
Werkzeugmaschinen",
Industrieanzeiger, 101 Jg., Nr. 26, 30.03.1979, Seite 25.
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Werkzeugmaschine mit
einer Abnutzungs-Erfassungsfunktion für das Werkzeug zu versehen,
die zur verlässlichen
Erfassung der Abnutzung am Werkzeug in der Lage ist.
-
Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Erfassung der Abnutzung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine
bereitzustellen, das zur verlässlichen
Erfassung der Abnutzung des Werkzeugs in der Lage ist.
-
Das
Ziel wird erfindungsgemäß mittels
der Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und des Verfahrens nach Anspruch
6 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen beschrieben.
-
Die
vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, die Erfassung der Abnutzung
durch Verringern des Rauschens unter Benutzung eines unter statischem
Luftdruck stehenden Lagers bzw. Festdruck-Luftlagers zum Tragen
der Hauptwelle zu bewirken.
-
Herkömmlicherweise
wird das unter statischem Luftdruck stehende Lager nur bei einer schneidenden
bzw. spanabhebenden Bearbeitung für kleine Belastung verwendet,
doch hat der Anmelder durch Experimente festgestellt, dass es möglich ist,
die Verwendung eines unter statischem Luftdruck stehenden Lagers
auf die schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung für starke
Belastung anzuwenden. Die vorliegende Erfindung fußt auf der
Erkenntnis, dass das unter statischem Luftdruck stehende Lager das
geeigneteste Mittel für
die Abnutzungs-Erfassung bei Werkzeugen aufgrund des schwachen Geräusches des
unter statischem Luftdruck stehenden Lagers ist.
-
Konkret
gesprochen ist die Werkzeugmaschine mit einer Abnutzungs-Erfassungsfunktion
für ein
Werkzeug dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Hauptwelle,
die mit dem Werkzeug verbunden ist und von einem in Drehung zu versetzenden,
unter statischem Luftdruck stehenden Lagers (Festdrucklager) getragen
wird; einen Wellenantriebsmotor, der die Hauptwelle zum Drehen antreibt; eine
Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Verbrauchsleistung
des Wellenantriebsmotors; und eine Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung
zum Detektieren der Abnutzung am Werkzeug durch Speichern einer
Referenz- Verbrauchsleistung
des Wellenantriebsmotors, und Vergleichen der Referenz-Verbrauchsleistung
und der durch die Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung erfassten
Verbrauchsleistung.
-
Bei
der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird die aktuelle
Verbrauchsleistung des Wellenantriebsmotors durch die Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung
erfasst, und die erfasste aktuelle Verbrauchsleistung wird an die
Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung geliefert und mit einem gespeicherten
Referenz-Verbrauchsleistung verglichen. Wenn die Antriebsbelastung
der Hauptwelle durch das Abnehmen des Schneidvermögens an
einem Werkstück
wegen des abgenutzten Werkzeugs groß wird, wird auch die Verbrauchsleistung
größer. Wenn
daher durch Vergleich in der Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung die
Verbrauchsleistung größer als
der Referenz-Verbrauchsleistung ist, wird so die Abnutzung des Werkzeugs
erfasst.
-
Nun
wird aber die Hauptwelle durch die Festdruck-Luftlager getragen,
so dass das beim Umlaufen erzeugte Geräusch, das den erfassten Verbrauchsleistungsweit
beeinflusst, extrem kleiner im Vergleich zum herkömmlichen
Wälzlager,
usw. ist. Dies erlaubt die Erfassung kleinster Schwankungen der
Verbrauchsleistung, so dass die Abnutzungserfassung für das Werkzeug
gewährleistet
ist.
-
Es
ist ratsam, dass die Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung einen Schneidstartdetektor
aufweist, der den Beginn einer schneidenden bzw. spanabhebenden
Bearbeitung bei einem vorbestimmten Werkstück unter Benutzung des von
der Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung
erhaltenen Verbrauchsleistung bestimmt; einen Referenzwert-Speicherbereich,
der die Verbrauchsleistung des Wellenantriebsmotors während der
schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung an dem vorbestimmten
Werkstück
als Zeitserienwerte innerhalb der Ablaufzeit beginnend mit dem Zeitpunkt,
in welchem die schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung beginnt,
speichert, und der die Referenz-Verbrauchsleistung in den Zeitpunkten
ausgibt; einen Abstimmcontroller, der die Referenz-Verbrauchsleistung
entsprechend dem aktuellen Zeitpunkt aus dem Bezugswert-Speicheibereich
abruft, basierend auf der vom Schneidstartdetektor erfassten Ablaufzeit seit
Beginn der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung bis zum
aktuellen Zeitpunkt; und einen Vergleichsbereich, der die vom Abstimmcontroller abgerufene
Referenz-Verbrauchsleistung mit der aktuellen Verbrauchsleistung
vergleicht, die von der Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung
erhalten wurde.
-
Gemäß der obigen
Beschreibung kann der Vergleich zwischen dem Referenzwert und dem
aktuellen Wert der Verbrauchsleistung unter den gleichen Bedingungen
im Ablauf der Bearbeitung durchgeführt werden, was es der Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung
ermöglicht,
im Vergleich mit der Verwendung eines Durchschnittswertes unter
verschiedenartigen Bedingungen einen Durchschnittswert für mehrere Bearbeitungen,
oder dergleichen, zu gewährleisten.
-
Es
ist ratsam, wenn der Referenzweit-Speicherbereich und der Abstimmcontroller die
Referenz-Verbrauchsleistung in jedem vorbestimmten Probenahmezeitpunkt
speichern und abrufen, die von außen her eingegeben wird.
-
Daher
kann der Berechnungsprozess usw. vereinfacht werden, verglichen
mit einem Prozess auf der Basis kontinuierlicher Werte, und er gewährleistet
außerdem
die Genauigkeit der Erfassung im Zeitpunkt jeder Probenahme.
-
Die
Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung kann einen zulässigen, von außen her
eingegebenen Differenzwert speichern und bestimmen, dass das Werkzeug
abgenutzt ist, wenn der Unterschied zwischen dem von der Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung
erfassten Verbrauchsleistung und der Referenz-Verbrauchsleistung größer als
der zulässige
Differenzwert ist.
-
Der
obige Aufbau zeigt, dass er eine Sensorkontrolle der Abnutzungserfassung
erlaubt, auf der Basis des Vergleichs mit der Referenz-Verbrauchsleistung
usw., und dass diese leicht durch Ändern der Einstellung des vorbestimmten,
zulässigen
Differenzweites durchgeführt
werden kann.
-
Es
ist vorteilhaft, dass die Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung die von
der Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung erhaltene Verbrauchsleistung
als die Referenz-Verbrauchsleistung bei jeder spanabhebenden Bearbeitung
am vorbestimmten Werkstück
speichert.
-
Gemäß der obigen
Beschreibung kann selbst dann, wenn die Schritte zum Bearbeiten
des Werkstückes
unterschiedlicher Art sind oder wenn es schwierig ist, den Bezugswert
präzise
zu definieren, der Bezugswert in jedem Zeitpunkt definiert werden, wodurch
die Abnutzungserfassung zuverlässig
und korrekt durchgeführt
wird.
-
Die
Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung kann die Verbrauchsleistung speichern,
die von der Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung erhalten wird,
und zwar als die neue Referenz-Verbrauchsleistung in jedem der schneidenden
bzw. spanabhebenden Bearbeitungen am vorbestimmten Werkstück.
-
Die
obige Beschreibung zeigt, dass der Vergleich in Abhängigkeit
von der vorhergehenden Bearbeitung durchgeführt werden kann, so dass der
genannte Aufbau für
die Brucherfassung geeignet ist, die eine starke Fluktuation verursacht.
-
Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung, die nachfolgend kurz beschrieben
wird. Es zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ein
fragmentarisches Blockdiagramm, das die bevorzugte Ausführungsform
zeigt;
-
3 ein
Diagramm, das einen Signalprozess bei der bevorzugten Ausfürungsform
zeigt;
-
4 ein
Flussdiagramm, das einen Prozess zur Abnutzungserfassung bei der
bevorzugten Ausführungsform
wiedergibt;
-
5 ein
Flussdiagramm, das einen Prozess zur Brucherfassung bei der bevorzugten
Ausführungsform
wiedergibt;
-
6 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung bei der Benutzung eines neuen
Werkzeugs im Experiment 1 veranschaulicht;
-
7 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung veranschaulicht, wenn das Werkzeug
im Experiment 1 abgenutzt ist;
-
8 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung bei einer Bearbeitung des Experimentes
2 veranschaulicht;
-
9 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung beim Bruch des Werkzeugs im
Experiment 2 veranschaulicht;
-
10 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung bei einer Bearbeitung des Experiments
3 veranschaulicht; und
-
11 ein
Diagramm, das die Verbrauchsleistung beim Bruch des Werkzeugs im
Experiment 3 veranschaulicht.
-
Nachfolgend
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
-
Basisstruktur
-
Gemäß 1 weist
eine Werkzeugmaschine 1 der Ausführungsform gemäß der Erfindung
einen Wellenkopf 10 auf, der von einer Säule (nicht dargestellt)
getragen wird, sowie ein schneidendes bzw. spanabhebendes Werkzeug 12,
das am Ende einer Hauptwelle 11 drehbar im Wellenkopf 10 gehaltert
wird. Weiter weist die Werkzeugmaschine 1 einen Tisch,
und dergleichen (nicht dargestellt), zum Plazieren eines Werkstückes auf.
Der Tisch, und dergleichen, und der Wellenkopf 10 sind
dreidimensional ausgebildet und werden durch ein Bewegungssystem
(nicht dargestellt) relativ zueinander bewegt, wodurch das Werkzeug 12 mit
dem Werkstück
in Berüh rung
gebracht wird, um eine schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung
durchzuführen.
-
Die
genannte Bewegung wird auf der Basis eines von einem NC-System 20 gelieferten
Betriebsbefehl durchgeführt.
Als NC-System 20 wird ein bestehendes System benutzt, bei
dem verschiedene Betriebsbefehle auf der Basis von vorbestimmten
Bearbeitungsprogrammen ausgegeben werden.
-
Der
Wellenkopf 10 benutzt ein Festdruck-Luftlager, um die Hauptwelle 11 zu
tragen.
-
Die
Hauptwelle 11 weist einen Flansch 13 an einem
Teil im Wellenkopf 10 sowie die Festdruck-Luftlager 14, 15 und 16 auf,
von denen eines vor dem Flansch 13 zum Werkzeug 12 hin
in radialer Richtung platziert ist, und von denen zwei der Lager an
Stellen hinter dem Flansch 13 in radialer Richtung platziert
sind. Weiter ist ein Paar von Festdruck-Luftlagern 17 und 18 in
axialer Richtung vorgesehen, um den Flansch 13 beidseitig
zu umgeben.
-
Unter
hohem Druck stehende Luft wird den genannten Festdruck-Luftlagern 14 bis 18 zugeführt, in
denen die Hauptwelle 11 schwimmend mit einem vorbestimmten
Lagerspiel in jedem der Lager 14 bis 18 getragen
wird, um in radialer Richtung und in axialer Richtung des Wellenkopfes 10 gedreht
zu werden.
-
An
der vom Werkzeug 12 abgekehrten entgegengesetzten Seite
des Wellenkopfes 10 ist ein eingebauter Motor 19 befestigt,
wodurch die Hauptwelle 11 drehend angetrieben wird.
-
Der
eingebaute Motor 19 ist ein Induktionsmotor und wird von
einem Motorantriebssystem 21 als Motorsteuerschaltung gesteuert.
Das Motorantriebssystem 21 steuert den eingebauten Motor 19 auf
der Basis des vom NC-System 20 gelieferten Betriebsbefehls,
um die Hauptwelle 11 und das Werkzeug 12 mit einer
vorbestimmten Drehzahl in Drehung zu versetzen.
-
Abnutzungsdetektor
-
Die
Werkzeugmaschine 1 umfasst einen Abnutzungsdetektor 30,
der die Abnutzung bzw. den Verschleiß erfasst, sowie den vorerwähnten Wellenkopf 10 und
das NC-System 20.
-
Der
Abnutzungsdetektor 30 umfasst seinerseits einen Belastungsmesser 31 als
Verbrauchsleistungs-Erfassungsvorrichtung, einen A/D-Wandler 32, einen
Komparator 33 und eine Bearbeitungseinheit 34 als
Abnutzungs-Erfassungsvorrichtung.
-
Der
Belastungsmesser 31 ist eine im Motorantriebssystem 21 ausgebildete
Schaltung, um die Verbrauchsleistung des eingebauten Motors 19 zu erfassen.
-
Der
A/D-Wandler 32 wandelt ein vom Belastungsmesser 31 geliefertes
analoges Verbrauchsleistungssignal PWO in ein digitales Verbrauchsleistungssignal
PW1 um (vgl. 3), und zwar im Anschluss an
ein Probenahmesignal ST (einen Probenahmezyklus Ts), das von außen her
eingegeben wird.
-
Der
Komparator 33 bestimmt darüber, ob die Werkzeugmaschine 1 sich
im schneidenden bzw. spanabhebenden Zustand befindet, und zwar durch Vergleichen
des Verbrauchsleistungssignals PWO, das vom Belastungsmesser 31 geliefert
wird, mit einem vorbestimmten Schwellenwert, und gibt dann ein Schneidverlaufssignal
CO aus (vgl. 3), wenn die schneidende bzw.
spanabhebende Bearbeitung durchgeführt wird.
-
Genauer
gesagt ist die Verbrauchsleistung des eingebauten Motors 19 wegen
der Belastung bei der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung
groß,
während
er bei fehlender Bearbeitung klein ist, so dass die ablaufende schneidende
bzw. spanabhebende Bearbeitung oder der Start oder das Ende der
schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung aus der Verbrauchsleistung
erfasst werden kann.
-
Ihrerseits
enthält
die Bearbeitungseinheit 34, bei der es sich um ein kleines
Computersystem unter Verwendung einer CPU 41 als Mikroprozessor
handelt, einen Programmspeicher 42, einen Arbeitsspeicher 43,
Eingabeschaltungen 44 und 45 und eine Ausgabeschaltung 46.
-
Der
Programmspeicher 42 speichert das Betriebsprogramm der
CPU 41, während
der Arbeitsspeicher 43 in entsprechender Weise benutzt
wird, wenn die CPU 41 den Bearbeitungsprozess steuert. Der
Speicher 42 und der Speicher 43 sind jeweils aus bestehenden
Speicherzellen usw. aufgebaut.
-
Die
Eingabeschaltung 44 empfängt vom A/D-Wandler 32 und
vom Komparator 33 Ausgaben. Die Eingabeschaltung 45 empfängt Signale,
wie etwa in Bezug auf einen Einstellpunkt oder dergleichen, vom
NC-System 20. Die Ausgabeschaltung 46 liefert Signale
nach außen.
Die genannten Schaltungen sind jeweils aus einer E/A-Schnittstellenschaltung usw.
aufgebaut.
-
Jeder
der vorerwähnten
Speicher und Schaltungen 41 bis 46 sind an einen
Adressbus 47 und an einen Datenbus 48 angeschlossen,
um einen zusammenwirkenden Betrieb durchzuführen, wie etwa das gegenseitige Übermitteln
von Daten usw.
-
In
der Bearbeitungseinheit 34 arbeitet die CPU 41 gemäß dem Betriebsprogramm,
wodurch eine Funktion, die für
den Abnutzungs-Erfassungsprozess in Bezug auf die Software erforderlich
ist, erzielt wird.
-
Funktionelle Struktur
der Verarbeitungseinheit
-
Gemäß 2 ist
die Bearbeitungseinheit 34 aus einem Schneidstartdetektor 51,
einem Referenzwert-Speicherbereich 52, einem Abstimmcontroller 53 und
einem Vergleichsbereich 54 aufgebaut.
-
Der
Schneidstartdetektor 51 erfasst den Beginn der schneidenden
bzw. spanabhebenden Bearbeitung durch Erfassen der vorderen Flanke
des Schneidverlaufsignals CO, das in die Eingabevorrichtung 44 eingegeben
wird, und er gibt ein Schneidbeginnpunktsignal CS aus.
-
Der
Bezugsweit-Speicherbereich 52 speichert die Verbrauchsleistungssignale
PW1, die von der Eingabeeinrichtung 44 eingegeben werden,
in der richtigen Reihenfolge ab dem Beginn der schneidenden bzw.
spanabhebenden Bearbeitung, die vom Schneidstartdetektor 51 erfasst
wird, unter den definierten Bedingungen, und er hält sie als
Referenz-Verbrauchsleistungssignale PW2 (vgl. die linke Seite der 3).
-
Die
vorbestimmten Bedingungen zum Speichern werden aus der ersten Bearbeitung
erhalten, wenn das Werkstück
oder die Bearbeitungsschritte gewechselt werden (erhalten vom NC-System 20) usw.,
die durch das von der CPU 41 durchgeführte Betriebsprogramm eingestellt
sind.
-
Der
Referenzwert-Speicherbereich 52 speichert die Verbrauchsleistung
(die Referenz-Verbrauchsleistung), welche das abnutzungsfreie Werkzeug 12 beim
schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeiten des vorbestimmten Werkstückes aufnimmt,
und zwar als Zeitabfolgedaten seit dem Zeitpunkt, in de die schneidende
bzw. spanabhebende Bearbeitung beginnt.
-
Die
Speicherung für
das Referenz-Verbrauchsleistungssignal PW2 wird durch Freihalten des
Referenzwertspeichers für
den Arbeitsspeicher 43 und Abspeichern desselben durchgeführt, während die
Speicheradressen jedesmal dann gewechselt werden, wenn das Verbrauchsleistungssignal PW1
geliefert wird, oder umgekehrt.
-
Der
Abstimmcontroller 53 startet unter der definierten Bedingung
nach Ablauf einer Zeitdauer seit dem Beginn der Bearbeitung, die
vom Schneidstartdetektor 51 erfasst wird, bis zum aktuellen
Zeitpunkt, und wählt
dann ein Referenz-Verbrauchsleistungssignal
PW2T, das dem Zeitablauf entspricht, aus dem Bezugsweit-Speicherbereich 52.
-
Die
vorbestimmte Bedingung zum Speichern liegt vor, wenn der Referenzwert-Speicherbereich 52 die
Speicheroperation nicht durchführt,
wie etwa bei den schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitungen
ab der zweiten schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung, nach
dem das Werkstück
oder die Bearbeitungsschritte gewechselt werden (erhalten vom NC-System 20),
oder zu anderen Zeiten.
-
Der
Vergleichsbereich 54 vergleicht das Referenz-Verbrauchsleistungssignal
PW2T, das vom Abstimmcontroller 53 gewählt wird, mit dem aktuellen Verbrauchsleistungssignal
PW1 (vgl. die rechte Seite der 3).
-
Der
Vergleich im Vergleichsbereich 54 wird ausgeführt durch:
Schritte des Neusetzens einer Adresse des Referenzwert-Speichers,
der für
den Arbeitsspeicher 43 freigehalten wird, wenn die schneidende
bzw. spanabhebende Bearbeitung begonnen wird; Lesen des Wertes in
der erwähnten
Adresse des Referenzwert-Speichers (das Referenz-Verbrauchsleistungssignal
PW2T), während
die Speicheradressen jedesmal dann geändert werden, wenn das aktuelle
Verbrauchsleistungssignal PW1 geliefert wird; und Vergleichen des
Wertes in der vorerwähnten
Adresse mit dem aktuellen Verbrauchsleistungssignal PW1, oder umgekehrt.
-
Beim
Vergleichen empfängt
der Vergleichsbereich 54 einen Schwellenwert Ns vom NC-System 20 durch
die Eingabeschaltung 45. Dann entscheidet der Vergleichsbereich 54,
dass das Werkzeug 12 abgenutzt ist, wenn der erwähnte Schwellenwert
Ns kleiner als die Differenz zwischen dem Referenz-Verbrauchsleistungssignal
PW2 und dem aktuellen Verbrauchsleistungssignal PW1 ist und gibt
das Werkzeug-Auswechselsignal
TC aus.
-
Das
Werkzeug-Auswechselsignal TC wird durch die Ausgabeschaltung 46 an
das NC-System 20 geliefert, und das NC-System 20 befasst
sich mit dem Auswechseln von Werkzeugen oder dergleichen.
-
Abnutzungs-Erfassungsprozess
-
Der
nachfolgende Prozess wird in der Bearbeitungseinheit 34 des
oben beschriebenen Abnutzungsdetektors 30 durchgeführt.
-
Gemäß 4 wird
nach dem Starten des Bearbeitungsprozesses die Anzahl der Werkstücke N =
1 definiert (S1), und es wird eine Adresse des Referenzwertspeichers
M = 1 definiert (S2). Nachdem das Schneidverlaufssignal CO erfasst
ist (S3), wird der Probenahmezyklus Ts gemessen (S4) und die Verbrauchsleistung
PW1 wird gelesen (S5).
-
Wenn
es sich um den ersten Prozess handelt (N = 1), wird der Einstellprozess
der Referenz-Verbrauchsleistung PW2 gewählt (S6); die aktuelle Verbrauchsleistung
PW1 wird in einer Adresse M des Referenzwertspeichers (S7) gespeichert;
und die Adressen M werden geändert
(S8).
-
In
diesem Zeitpunkt wird darüber
entschieden, ob eine Abfolge des Prozesses für das Werkstück zu Ende
geht oder nicht (S9). Wenn die Abfolge des Prozesses nicht endet,
werden die Schritte S3 bis S9 wiederholt.
-
Bei
dem bisher beschriebenen Prozess wird das während des Ablaufs des ersten
Prozesses erzeugte Verbrauchsleistungssignal PW1 als Referenz-Verbrauchsleistungssignal
PW2 gespeichert. In Schritt 9 wird, wenn die Abfolge des ersten
Prozesses endet und die Referenz-Verbrauchsleistung PW2 erhalten
ist, die Anzahl der Werkstücke
gesteigert (S10), und dann wird darüber entschieden, ob der Prozess
für alle
Werkstücke
beendet ist oder nicht (S11). Wenn der Prozess für alle Werkstücke nicht endet,
kehrt das Programm nach Schritt S2 zurück, um den zweiten Prozess
durchzuführen.
-
Im
zweiten Prozess werden die Schritte S2 bis S6, wie beschrieben,
durchgeführt.
In Schritt S2 wird erneut eine Adresse M = 1 definiert.
-
In
Schritt S6 ist beim zweiten Prozess (N > 1), so dass das Programm nach Schritt
S12 übergeht.
-
Genauer
gesagt wird der Zuwachs zwischen der aktuellen Verbrauchsleistung
PW1 und dem Weit der M-Adresse des Referenzwertspeichers berechnet
(S12), und es wird darüber
entschieden, ob der berechnete Zuwachs größer als der Schwellenwert Ns
ist, oder nicht (S13).
-
Wenn
der Zuwachs größer als
der Schwellenwert Ns ist, wird das Werkzeug 12 als abgenutzt betrachtet,
so dass das Werkzeug-Auswechselsignal TC ausgegeben wird (S14) und
der gesamte Prozess angehalten wird.
-
Wenn
jedoch der Zuwachs kleiner als der Schwellenwert Ns ist, kehrt das
Programm nach Schritt S8 zurück.
Die Schritte S3 bis S6, S12 bis S13 und S8 bis S9 werden solange
wiederholt, bis der gesamte Prozess für die Werkstücke endet,
wobei die Abnutzungserfassung in den Schritten S12 und S13 der wiederholten
Programme durchgeführt
wird.
-
Wenn
der zweite Prozess beendet ist, wird die Anzahl der Werkstücke in den
Schritten S9 bis S11 gewechselt und das Programm kehrt nach Schritt
S2 zurück,
um den dritten Prozess durchzuführen.
Der dritte Prozess wird in gleicher Weise wie beim oben beschriebenen
zweiten Prozess durchgeführt,
wobei die Abnutzungserfassung im wiederholten Ablauf in den Schritten
S12 und S13 durchgeführt wird.
-
Wirkung der Ausführungsform
-
Gemäß der bisher
beschriebenen Ausführungsform
wird die aktuelle Verbrauchsleistung PW1 des eingebauten Motors 19,
der die Hauptwelle 11 antreibt, überwacht und mit der vorher
definierten Referenz-Verbrauchsleistung PW2 verglichen, wodurch,
wenn bei fortschreitendem Prozess die Verbrauchsleistung PW1 größer als
die Referenz-Verbrauchsleistung PW2 wird, die Abnutzung des Werkzeugs 12 erfasst
werden kann.
-
Die
Hauptwelle 11 wird in den Festdruck-Luftlagern 14 bis 18 getragen,
so dass das beim Umlaufen erzeugte Geräusch, das Einfluss auf den
erfassten Weit der Verbrauchsleistung ausübt, im Vergleich extrem kleiner
als im Falle des herkömmlichen
Wälzlagers,
und dergleichen, ist.
-
Daher
ist es möglich,
kleinste Schwankungen der Verbrauchsleistung zu erfassen, wodurch
die Abnutzungserfassung für
das Werkzeug 12 zuverlässig
durchgeführt
wird.
-
Das
Verbrauchsleistungssignal PWO, das während der schneidenden bzw.
spanabhebenden Bearbeitung des Werkstückes erzeugt wird, wird durch
den A/D-Wandler 32 in ein digitales Signal als Verbrauchsleistungssignal
PW1 umgewandelt, das den vorbestimmten Probenahmezyklus aufweist. Weiter
wird das Referenz-Verbrauchsleistungssignal PW2
im Referenzweit-Speicherbereich 52 auf der Basis des Verbrauchsleistungssignals
PW1 definiert, das im ersten Bearbeitungsprozess definiert wurde, und
dann passt der Abstimmcontroller 53 die Verbrauchsleistung
PW1 an den im gleichen Zeitpunkt gesetzten Wert an (die Referenz-Verbrauchsleistung PW2T
entsprechend der aktuellen Verbrauchsleistung PW1). Dadurch kann
die Erfassungsgenauigkeit in jedem Probenahmezeitpunkt gewährleistet
werden und der Berechnungsprozess usw. kann vereinfacht werden,
verglichen mit einem Prozess, bei dem kontinuierliche Werte verwendet
werden.
-
Speziell
wird der Referenzwertspeicher im Arbeitsspeicher 43 freigehalten,
und die freigehaltene Adresse wird so bewegt, dass sie einer Probenahmeanzahl
entspricht, die seit dem Beginn des Prozesses gezählt wurde,
wodurch die Zeitpunktübereinstimmung
sicher durchgeführt
wird.
-
Der
Startpunkt des schneidenden bzw. spanabhebenden Prozesses kann aus
dem Verbrauchsleistungssignal PWO erfasst werden, dass durch den Komparator 33 und
den Schneidstartdetektors 51 vom Belastungsmesser 31 erhalten
wird, so dass der Vergleich der aktuellen Verbrauchsleistung PW1
mit der Referenz-Verbrauchsleistung
PW2T entsprechend der aktuellen Verbrauchsleistung PW1 sicher durchgeführt werden
kann.
-
Daher
kann der Vergleich zwischen dem aktuellen Wert und dem Referenzwert
der Verbrauchsleistung im Ablauf des Prozesses unter gleichen Bedingungen
durchgeführt
werden, so dass die Abnutzungserfassung im Vergleich zur Verwendung
eines Durchschnittswertes unter verschiedenen Bedingungen einen
Durchschnittswert mehrerer Prozesse oder dergleichen gewährleisten
kann.
-
Weiter
wird ein von außen
eingegebener zulässiger
Differenzwert gespeichert, und die Abnutzung am Werkzeug 12 wird
als eingetreten betrachtet, wenn die Differenz zwischen der Verbrauchsleistung
PW1 und der Referenz-Verbrauchsleistung PW2 größer als der Schwellenwert Ns
wird, so dass die Erfassungskontrolle der Abnutzungsbestimmung usw.
leicht durch Ändern
der Einstellungen des Schwellenwertes Ns durchgeführt werden
kann.
-
Das
Verbrauchsleistungssignal PW1, das erzeugt wird, wenn der erste
Bearbeitungsprozess am vorbestimmten Werkstück ausgeführt wird, wird als Referenz-Verbrauchswert PW2
gespeichert und mit der Verbrauchsleistung PW1 des fortgesetzten
zweiten Bearbeitungsprozesses verglichen, so dass der Referenzwert
jedesmal definiert werden kann, selbst wenn die Schritte zur Bearbeitung
des Werkstückes unterschiedlich
sind oder wenn es schwierig ist, den Referenzwert vorher zu definieren,
wodurch es ermöglicht
wird, dass die Abnutzungserfassung zuverlässig und richtig durchgeführt wird.
-
Übrigens
kann die Ausführungsform
durch partielles Ändern
des in 4 dargestellten Prozesses an eine Brucherfassung
angepasst werden.
-
5 entspricht
im wesentlichen der 4. Das Programm der 4 kehrt
vom Schritt S8 von Schritt S14 zurück, wenn eine Abnutzung am
Werkstück
erfasst wird, doch kehrt das Programm der 5 vom gleichen
Schritt S14 wie in 4 zum Schritt vor Schritt 7
zurück.
-
Genauer
gesagt wird im zweiten Prozess, nachdem der Vergleich der Referenz-Verbrauchsleistung
PW2 mit der aktuellen Verbrauchsleistung PW1 durchgeführt worden
ist, bei dem keine Abnutzung am Werkzeug erfasst wird (S13), die
aktuelle Verbrauchsleistung PW1 als neue Referenz-Verbrauchsleistung
PW2 neu geschrieben (S7).
-
Wie
bisher beschrieben ist es möglich,
die nachfolgende Verbrauchsleistung in Abhängigkeit von der Verbrauchsleistung
des vorhergehenden Prozesses zu vergleichen, was die Struktur für die Brucherfassung
geeignet macht, welche eine starke Schwankung erzeugt.
-
Die anderen Ausführungsformen
-
Natürlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die vorerwähnte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr
sind die nachfolgenden Modifikationen, und dergleichen ebenfalls
in den Bereich der vorliegenden Erfindung einzubeziehen.
-
Bei
der obigen Ausführungsform
wird der wie oben beschriebene Prozess in der Bearbeitungseinheit 34 auf
der Basis von Software für
jeden der Bereiche 51 bis 54 dargestellt, doch
kann jede der Funktionen auch von einer anderen Struktur sein, die
zur Erzielung desselben Vergleichs in der Lage ist.
-
Die
Bearbeitungseinheit 34 ist nicht darauf beschränkt, mit
Software durch die CPU 41 usw. ausgeführt zu werden, sondern kann
ganz mit Hardware ausgeführt
sein.
-
Der
Abnutzungsdetektor 30 ist nicht darauf beschränkt, den
Vergleich zwischen einer digitalen Form unter Benutzung des A/D-Wandlers 32 und
der Bearbeitungseinheit 34 durchzufuhren. Er kann vielmehr
zur Durchführung
des Vergleichsprozesses mit einem unveränderten Analogsignal strukturiert
sein; mit anderen Worten er muss zur Erfassung der Abnutzung mit
Hilfe des Vergleichs der Referenz-Verbrauchsleistung PW2 und der
aktuellen Verbrauchsleistung PW1 strukturiert sein.
-
Im
Vergleichsprozess erfolgt die Zeitpunktsteuerung der Ablaufzeit
der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung.
-
Er
ist nicht auf die Zeitpunktsteuerung der Ablaufzeit der schneidenden
bzw. spanabhebenden Bearbeitung im Vergleich zur Struktur beschränkt, um
den Prozessstartpunkt aus der Schwankung des Verbrauchs unter Benutzung
des Komparators 33 und des Schneidstartdetektors 51 zu
erfassen. Auch kann eine andere Benutzung, wie etwa das Durchführen der
Typenberührungserfassung
oder dergleichen angewandt werden.
-
Die
Referenz-Verbrauchsleistung PW2 ist nicht darauf beschränkt, auf
der Basis der Verbrauchsleistung PW1 des ersten Bearbeitungsprozesses
definiert zu werden. Sie kann vielmehr durch Wählen aus Daten definiert werden,
die vorher in einer externen Datenbasis oder dergleichen als Antwort
auf das bearbeitete Werkstück
gespeichert wurden.
-
Bei
der vorerwähnten
Ausführungsform
wird die Referenz-Verbrauchsleistung PW2T des gleichen Zeitpunktes
wie dem der aktuellen Verbrauchsleistung PW1 unter Benutzung einer
Probenahmeeinheit verglichen. Es kann aber auch ein Durchschnittswert der
Bewegung der vergangenen N-Prozesse bei jedem Zeitpunkt, der vorher
gespeichert wurde, mit einem Durchschnittswert der aktuellen Verbrauchsleistung
verglichen werden, der in ähnlicher
Weise berechnet wurde, wodurch eine stabile Abnutzungserfassung
bei Verringerung der Einwirkung externer Störungen oder Geräusche durchgeführt werden kann,
wenngleich der Prozess komplexer wird.
-
Wenn
weiter die aktuelle Verbrauchsleistung PW1 mit der Referenz-Verbrauchsleistung
PW2 verglichen wird, ist die Benutzung des Schwellenwertes Ns nicht
unbedingt erforderlich. Die Abnutzung kann auch durch direkten Vergleich
bestimmt werden, wenn die Verbrauchsleistung PW1 die Referenz-Verbrauchsleistung
PW2 überschreitet.
Beispielsweise kann die Abnutzung im Zeitpunkt bestimmt werden, in
welchem die Überschreitungen
die vorbestimmte Anzahl erreichen, wodurch es möglich ist, den Einfluss des
Geräusches
oder dergleichen, zu vermeiden.
-
Nach
der Erfassung der Abnutzung bei der vorerwähnten Ausführhrungsform wird das Werkzeug-Auswechselsignal
TC vom NC-System 20 ausgegeben. Es können aber auch andere Wege
beschritten werden, wie etwa die Ausgabe eines Alarms mit Höranzeige
oder Display oder dergleichen.
-
Die
nachfolgenden Angaben stellen eine Erläuterung in Bezug auf die praktische
Abnutzungserfassung bei Verwendung der oben genannten Werkzeugmaschine 1 dar.
-
Experiment 1
-
- 1. Prozessangaben: Käfigtaschen-Bearbeitung mit
einem Fingerfräser,
Fingerfräserdurchmesser von
3 mm, Hin- und Herbewegungsbearbeitung, Senden von 2 M/min., Abtragsvorschub
0,6 mm, die Tiefe 0,6 mm
- 2. Drehzahl der Hauptwelle: 30.000 U/min
- 3. Material des Werkstückes:
HPM-1
- 4. Ergebnis des Experimentes:
Der Leistungsunterschied
beim Aufwärtsschneiden
und Abwärtsschneiden
wird nicht als prädominant
beobachtet, wenn das Werkzeug neu ist (vg1. 6). Wenn
aber das Werkzeug abgenutzt ist, wird der Leistungsunterschied beim
Aufwärtsschneiden
und Abwärtsschneiden
aufällig
(vgl. 7). Der Unterschied der Signalpegel zwischen dem
neuen Werkzeug und dem abgenutzten Werkzeug beträgt rund 70W.
-
Experiment 2
-
- 1. Prozessangaben: Bohrungsbearbeitung, Bohrerdurchmesser
von 0,5 min, Bearbeitungstiefe 10 mm, Verwendung eines wasserlöslichen
Schneidmittels
- 2. Umdrehungsgeschwindigkeit der Hauptwelle: 45.000 U/min
- 3. Material des Werkstückes:
Aluminium
- 4. Ergebnis des Experimentes:
Die Rauschamplitude im bearbeitungsfreien
Zustand ist, als Leistung ausgedrückt, kleiner als 0,04W; doch
beträgt
die Änderung
des Signalpegels vom nicht bearbeiteten Zustand zum schneidenden
bzw. spanabhebenden Zustand mehr als 1,2W als Leistungsangabe, wobei
zu bemerken ist, dass das Rauschen wegen des Festdruck-Luftlagers
extrem gering ist (vgl. 8). Das Signal bei Bruch liefert
eine Rauschamplitude, die mehr als das 170-fache bei der normalen schneidenden
bzw. spanabhebenden Bearbeitung beträgt, wobei zu bemerken ist,
dass die Fähigkeit
zur Brucherfassung des Bohrers ausreichend ist (vgl. 9).
-
Experiment 3
-
- 1. Prozessangaben: Bohrbearbeitung, Bohrerdurch1.
messer 0,5 min, Bearbeitungstiefe 12 min, Benutzung eines Schneidfluidnebels.
- 2. Drehzahl der Hauptwelle: 24.000 U/min
- 3. Material des Werkstückes:
SICD12
- 4. Ergebnis des Experimentes:
Die Rauschamplitude im nicht
bearbeiteten Zustand liegt unter 0,17W als Leistungsangabe, doch
beträgt
die Änderung
der Signalpegel vom nicht bearbeiteten Zustand zum Bearbeitungszustand
mehr als 0,34W als Leistungsangabe, wobei darauf hinzuweisen ist,
dass das Rauschen wegen des Festdruck-Luftlagers ausreichend gering ist (vgl. 10).
Das
Signal bei Bruch ist um mehr als das 10-fache höher als die Rauschamplitude
im schneidenden bzw. spanabhebenden Zustand mit dem neuen Bohrer, wobei
zu bemerken ist, dass die Fähigkeit zur
Druckerfassung beim Bohrer ausreichend ist (vg1. 11).