DE2016786A1

DE2016786A1 - Prüfvorrichtung für Werkzeuge

Info

Publication number: DE2016786A1
Application number: DE19702016786
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1970-10-15
Also published as: FR2043051A5; CH507061A; FR2043052A5; DE2016787A1; DE2016787C3; DE2016787B2

Description

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Maurice Engelmann, 2732 Renconvilier (Schweiz)

"Prüfvorrichtung für Werkzeuge"

Gegenstand der Erfindung ist eine Prüfvorrichtung für ein Werkzeug, bestimmt zum Einsatz beim automatischen Bearbeiten von Werkstückserien in einer Werkzeugmaschine, die einen Teil aufweist, der mit dem Werkstück in Kontakt kommt, um es zu formen.

Obwohl zahlreiche Werkzeugmaschinen insbesondere mit Einspeisungsvorrichtungen versehen werden können, die ihnen eine grosse Laufzeit geben, ist es häufig nicht möglich, sie mehrere Stunden hintereinander laufen zu lassen, ohne damit zu riskieren, Stücke zu produzieren, die die Toleranzen verlassen oder deren Qualität beeinträchtigt ist. Dieser Nachteil ergibt sich hauptsächlich aus der Werkzeugabnutzung. Ein stumpfes Werkzeug führt nicht mehr die Bearbeitung durch, die es durchführen soll, zumindest nicht in der angemessenen Weise. Die Portsetzung der Arbeit unter diesen Bedingungen kann sogar zum Werkzeugbruch führen und auch Grund für starke Beschädigungen der Maschine für den Fall sein, dass mehrere Arbeitsvorgänge sukzessive in automatischer Weise an dem gleichen Werkstück erfolgen.

Diese Nachteile können in gewissen Fällen vermieden werden durch Verbindung von Sicherheitsvorrichtungen mit den Werkzeugen. Diese sind für einen Bruch eingerichtet, sogar für eine Abnützung der Werkzeuge und haben zur Wirkung, die Maschine zu stoppen, und, falls das gewünscht wird, ein Alarmsignal auszulösen.

Diese an sich bekannten Sicherheitsvorrichtungen helfen den obigen Nach- ! teilen nur in sehr unvollständiger Weise ab; sie können nicht mit jedem beliebigen Werkzeug verbunden werden, sondern nur mit einigen Spezialwerk- j

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zeugen. Insbesondere die Stichel können nicht mit bekannten Sicherheitsvorrichtungen kontrolliert werden.

Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die die obigen Nachteile beseitigt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Sonde, die die Eigenvibration des Werkzeugteils aufzeichnet, das mit dem Werkstück während einer Bearbeitungsphase in Kontakt kommt, durch eine Vorrichtung, die für die Abfühlung der Amplitude dieser Eigenvibration vorgesehen ist, welche wiederum mit der genannten Sonde verbunden ist und in der Weise geeicht ist, dass ein Signal abgegeben wird, wenn die genannte Amplitude sich in einer vorher bestimmten Weise von einem vorher festgesetzten Wert wegbewegt und durch eine Stoppvorrichtung, die auf ein Signal reagiert, das von dem genannten Element abgegeben wird und das mit einer Steuereinrichtung der Maschine in der Weise verbunden ist, dass die Arbeit letzterer unterbrochen wird, wenn das genannte Gerät ein Signal von dem genannten Element erhält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Hierin ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels, und Fig. 2 eine Aufrissansicht eines analogen Teils des zweiten.

Bei diesen beiden Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung mit einem Stichel 1 verbunden, der eine Schneidkante 2 aufweist. In beiden Fällen ist der genannte Stichel 1 an einem Werkzeugträger 3, 3a in einer an sich bekannten Weise verbunden. In beiden Fällen sind es weiterhin die Vibrationen des Teils la, die sich frei vom Werkzeugträger 3, 3a zur Schneidkante

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erstrecken^ die aufgefangen werden und evtl. durch die erfindungsgemässe aufrecht erhalten werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel ist man davon ausgegangen, dass die Schneidkante 2 dazu bestimmt war, eine zylindrische Fläche am (nicht dargestellten); Werkzeug zu drehen. Die Wirkung der letzteren auf den Stichel 1, die sich aus dem ihm entgegengesetzten Widerstand ergibt, hat zur Wirkung» de» Teil la vibrieren zu lassen, wobei die Kante 2 in eine zu diesem Teil senkrecht verlaufende Richtung verschoben wird, und zwar in einer tangentialen Ebene zur von dieser Kante 2 bearbeiteten Fläche.

Die Vibrationsbewegung, die das Werkstück so dem Werkzeug übermittelt, ist natürlich von sehr kleiner Amplitude. Die Frequenz hat keinen gemeinsamen Nenner mit der Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückes; sie ist sehr viel höher^unt jedes Resonanzphänomen des Werkstücks auf das Werk« zeug zu vermeiden. Wenn der Schnitt des letzteren normal ist und wenn die Arbeitsbedingungen regelmässig sind, hat das Werkstück wegen seiner ständigen Wirkung auf das Werkzeug dennoch zur Wirkung, die Eigenvibration des Werfeffeugs an einer genau festgesetzten kleinen Amplitude zu halten. Insoweit a€» steh das Werkzeug abnutzt, wird der ihm vom Werkstück entgegengesÄtete· Widerstand grosser und die Wirkung des Werkstücks auf das Werkzeug: steigert sich in ihrer Intensität. Die Amplitude der EigenvibratSkm dtese» Werkzeugs wird dementsprechend insoweit steigen, wie sieh die S^:ehneidfcante abnutzt» Ein Bruch des Werkzeugs wird einen gegenteiligen Effekt ha&en,/nämlich die Amplitude der Eigenvibration seines Teils la wird sehxrefll auf null

Was- dM« Wfenifezeag 1 zu prüfen* umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Sende» Diese wird· durch einen Elektromagneten 5 gebildet, der durch magnetoströitiven Effekt arbeitet» Diesbezüglich wird der Kern des Elektro-■ magneten; 5 in engen Kontakt mit dem Teil la des Stichels 1 angeordnet. Die "VFibratton* die das Werkstück an diesen Teil la des Werkzeuges während der

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Bearbeitungsphase weitergibt, hat also zur Wirkung eine Änderung des mag« netischen Flusses im Kern des Elektromagneten 5. Diese Abweichungen des Flusses induzieren ihrerseits eine Spannung in der Wicklung 8 des genannten Elektromagneten, die proportional zur Amplitude der Vibrationen des Teils la des Werkzeuges sind. Da diese Vibrationen eine bestimmte Amplitude haben, falls die Arbeitsbedingungen des Werkzeuges normal sind, hat die in die Wicklung 8 induzierte Spannung auch einen bestimmten Wert. Zur Kontrolle des Werkzeuges 1 reicht es dementsprechend aus, mit dem Elektromagneten 5 ein spannungsempfindliches Element zur Abfühlung der in seine Wicklung 8 induzierten Spannung zu verbinden, das ein Signal abgibt, sowie diese Spannung vom Normalwert abweicht, um den Stillstand der Maschine sicherzustellen, sowie der Stichel 1 nicht mehr in befriedigender Weise arbeitet. In der Tat kann das von diesem Element abgegebene Signal zu einem Schalter geleitet werden, der wiederum den Stillstand der Maschine herbeiführt.

Wenn auch das einfache beschriebene Abfühlen der Eigenvibration des Werkzeuges, die diesem vom Werkstück verliehen wird, während es bearbeitet wird, es ermöglicht, die Kontrolle dieses Werkzeuges sicherzustellen und die Maschine für den Fall zu stoppen, dass das Werkzeug gebrochen oder stumpf ist, ist die sich ergebende Vorrichtung trotzdem nicht sehr bequem einzusetzen, und zwar insofern, als ihre Einstellung schwierig ist. Es ist in der Tat ziemlich schwierig, das für die induzierten Spannungen im Aufnahme··Elektromagneten 5 empfindliche Element in der Weise zu eichen, dass es zum gewollten Zeitpunkt reagiert.

Die Einstellbedingungen des empfindlichen Elementes der Kontrolleinrichtung sind sehr viel leichter, wenn diese Kontrollvorrichtung auch Antrieb s-Elektromagneten 4 aufweist, die mit dem Aufnahme-Elektromagneten 5 verbunden sind. Der Zweck dieser Elektromagneten 4 ist die Aufrechterhaltung der ι

Eigenvibration des T.eils la des Werkzeuges, die vom Elektromagneten 5 '

empfangen wird, j

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Die Kerne 6 der Elektromagneten 4 stehen ebenfalls in enger Verbindung mit dem Teil la des Stichels. Diese Elektromagneten 4, die mit dem Werkzeug«

j träger 3 fest verbunden sind, ebenso wie der Elektromagnet 5, sind mit dem

j letzteren in der Weise verbunden, dass der Kern 7 des Aufnahme-Elektromagneten 5 in den Schaltkreisen der Steuereinrichtung der Elektromagneten 4 und 5 Impulse erzeugt, die letzterer verstärkt und an die Wicklungen 9 der AntriebsAElektromagneten 4 mit einer Phasenverschiebung um 180° in der

' Weise weiterleitet, dass die Kerne 6 dieser Elektromagneten 4 die Eigenvibration des Teils la des Stichels bei einer bestimmten, jedoch sicherlich geringen, Amplitude halten.

Die Frequenz der so aufrecht erhaltenen Vibration kann die Grundfrequenz der Eigenvibration des Teils la des Werkzeuges oder eine harmonische Frequenz sein.

Um einen geeigneten Kontakt zwischen den Kernen 6 und dem Stichel 1 sicherzustellen, werden diese Kerne 6 jeweils mit einer Platte 10 fest verbunden, die unter der Wirkung einer Feder 11 steht und deren Lage dank eines Schraubdeckels 12 eingestellt werden kann.

Die Vorrichtung mit den Elektromagneten 4, 5 wird vorzugsweise zu dem Moment eingeschaltet, zu dem der Stichel 1 in Betrieb genommen wird. So lange die Schneidbedii^gungen der Kante 2 dieses Stichels normal sind, erhält er eine Vibration des Teils la dieses Stichels bei einer bestimmten festgesetzten Amplitude aufrecht. Wenn diese Schneidkante abgenutzt ist, dringt der Stichel 1 schwerer in das Material des Werkstückes ein und die Ampli-■ tude der Vibration des Teils la wird reduziert. Wenn im Gegensatz dazu j die Kante 2 bricht, trifft das Werkzeug 1 keinen Widerstand mehr an und die Amplitude der Vibration, die seinem Teil la verliehen wird, ist grosser» ' Da die Aufrechterhaltung der Eigenvibration des Werkzeuges einen stabilen Zustand desselben schafft, stellt die Einstellung des Elementes, das auf dieinj die Wicklung 8 des Aufnahmeelektromagneten induzierten Spannungen reagiert, j

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praktisch kein Problem mehr dar. Die Einstellung kann praktisch ein für alle mal erfolgen.

Um die Maschine nicht unangemessener Weise in den Fällen zum Stehen zu bringen, bei denen die Elektromagneten 4 ausserhalb der Bearbeitungszeiten des Stichels 1 erregt werden sollten, würde es ausreichen, darauf zu achten, dass das zur Abgabe des Stoppsignals bestimmte Element der Maschine nicht seinerseits in Betrieb steht, während nicht bearbeitet wird. Dieses Maschinenteil könnte auch nur dann in Betrieb genommen werden, wenn ein bestimmter Moment der Bearbeitungsphase des Werkzeugs 1 erreicht ist.

Die beschriebene Anordnung könnte auch in dem Fall Verwendung finden, bei dem der Stichel 1 dazu bestimmt wäre, nicht eine zylindrische Fläche am Werkstück, sondern eine ebene zu bearbeiten. In diesem Fall wäre die Schneidkante des Stichels 1 eine seitliche Kante 2a des Stichels.

Die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist analog zu der des ersten. Sie umfasst auch einen Aufnahme-Elektromagneten 5a und einen Antriebs-Elektromagneten 4a, die miteinander in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel verbunden sind. In diesem Fall ist die dem Teil la des Werkzeugs erteilte Quervibration diejenige, die die Schneidkante 2 dieses Werkzeugs verschiebt, jedoch nicht mehr in einer senkrechten Richtung, sondern in einer zu dieser Schneidkante parallelen.

Die so einem Werkzeug verliehenen Vibrationen werden vorzugsweise eine Überschallfrequehz haben. Versuche haben gezeigt, dass durch Erregung des Stichels mit solchen Frequenzen, dieser eine beträchtlich verbesserte Schneidwirkung aufwies. Die Abnützung des Werkzeugs ist langsamer. Die Bearbeitung ist leichter und es ist möglich, grossere Schritte einzustellen. Schliesslich bewirkt die dem Werkzeug verliehene Vibration einen Bruch der Späne und vermeidet dementsprechend die Bildung von langen Spänen,

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- 7 die sich um die Werkzeuge oder das Werkstück wickeln.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, das Werkzeug 1 in der Weise vibrieren zu lassen, dass seine Schneidkante 2 in eine bestimmte Richtung bewegt wird. Man könnte ebenfalls dieses Werkzeug gleichzeitig in die beiden beschriebenen Richtungen verschieben.

Die beschriebene Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, andere Werkzeuge als Stichel zu prüfen. Im Falle einer Bohrerspitze, eines B oh« rers oder eines Gesenkwerkzeuges wird die dem Werkzeug verliehene Vibrationsbewegurig nicht mehr quer verlaufen, sondern längs. Für den Fall, dass es sich um eine Reibahle handelt, könnte man dieser sogar eine Vibrationsbewegung in der Weise verleihen, dass eine Winkelverschiebung um die Längsachse stattfindet. Zwei oder mehrere Vibrationsbewegungen könnten so überlagert werden unter der Voraussetzung, dass die Teile des Werkzeuges* die mit dem Werkstück in Kontakt kommen, sich nach Flächen verschieben, die zur Werkstückfläche, die vom Werkzeug bearbeitet wird, tangential verlaufen.

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Claims

Patentansprüche:

Π. ) Prüfvorrichtung für ein Werkzeug, das zur automatischen Bearbeitung von Werk Stücks Serien in einer Werkzeugmaschine verwendet wird, wobei ein Teil dieser Werkzeugmaschine vorhanden ist, der mit dem Werk« stück zu dessen Bearbeitung in Kontakt kommt, gekennzeichnet durch eine Sonde, die die Eigenvibration des Teils des Werkzeuges registriert, das mit dem Werkstück während der Bearbeitungsphase in Kontakt kommt, durch ein Element, das auf die Amplitude dieser Eigenvibration reagiert, welches mit der genannten Sonde verbunden ist und in der Weise geeicht, dass ein Signal abgegeben wird, wenn diese Amplitude in einem vorher bestimmten Ausmass von einem vorher festgesetzten Wert abweicht und durch eine Stoppvorrichtung, die auf das Signal reagiert, das von dem genannten Element abgegeben wird, welche wiederum mit einer Steuervorrichtung der Maschine in der Weise verbunden ist, dass die Arbeit der letzteren unterbrochen wird, wenn die genannte Vorrichtung ein Signal von dem genannten Element erhält.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Sonde durch einen Aufnahme «Elektromagneten gebildet wird, der die Eigenvibration des genannten Werkzeugteils durch magnetostriktiven Effekt registriert,

3, Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Antrieb s«Elektrorhagneten, der mit dem Aufnahme-Elektromagneten in der Weise verbunden ist, dass durch magnetostriktiven Effekt Impulse auf den genannten Werkzeugteil in der Weise übertragen werden, dass seine Vibration bei einer Eigen-, Grund- oder harmonischen Frequenz gehalten wird,

4, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Formung der genannten Werkstücke verwendete Werkzeug ein Stichel ist, dadurch, dass die genannten Elektromagneten eine Eigenvibration diese.'= Stichels in der Weise aufrecht erhalten, dass dessen Schneidkante

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in einer zu der von diesem Stichel bearbeiteten Werkstückfläche tangentialen Ebene verschoben wird, wobei die Verschiebungen der genannten Kante grad« linig - parallel oder senkrecht zu dieser Kante - oder aber kombiniert sind mit Komponenten in den beiden Richtungen.

Jy. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

das zur Formung der genannten Werkstücke verwendete Werkzeug eine . Bohrerspitze, ein Bohrer oder ein Gesenkwerkzeug ist, und dadurch, dass die genannten Elektromagneten eine Eigenvibration dieses Werkzeugs parallel zu seiner Längsachse unterhalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

das zur Formung der genanit en Werkstücke verwendete Werkzeug eine Reibahle ist, und dadurch, dass die genannten Elektromagneten eine Eigenvibration dieser Reibahle in der Weise unterhalten, dass sie in Winkelrichtung um ihre Längsachse verschoben wird.

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