DE2557428C2 - Vorrichtung zur Feststellung einer Beschädigung eines Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Feststellung einer Beschädigung eines Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine

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DE2557428C2 DE2557428A DE2557428A DE2557428C2 DE 2557428 C2 DE2557428 C2 DE 2557428C2 DE 2557428 A DE2557428 A DE 2557428A DE 2557428 A DE2557428 A DE 2557428A DE 2557428 C2 DE2557428 C2 DE 2557428C2
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Description

3 4
chanischen Schwingung proportional ist Wenn die schußteilen vermieden wird.
Werkzeugmaschine gemäß F i g. 2A zu einem Zeitpunkt Obgleich bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 die in der ri in Betrieb gesetzt wird, ermittelt der Detektor 1 eine Datenspeicherschaltung 5 gespeicherten Normaldaten z. B. durch den Antriebsmotor erzeugte leichte Schwin- mit den durch den Detektor 3 tatsächlich ermittelten gung der Werkzeugmaschine, so daß er ein erstes Be- 5 Daten bzw. Ist-Daten verglichen werden, ist es ebenso schleunigungsignal G\ abgibt Beim Einsetzen des möglich, die unter Normalbedingungen ermittelten Ist-Schneidvorgangs zum Zeitpunkt t2 liefert der Detektor Daten zu Beginn des Schneidlvorgangs zu speichern, um so lange ein zweites Beschleunigungssignal Gi, wie der diesen Anfangswert mit den später gemessenen Daten Schneidvorgang normal abläuft Wenn das Schneid- zu vergleichen. F i g. 3 veranschaulicht eine nach diesem werkzeug z. B. zu einem Zeitpunkt ö eine Beschädigung 10 Prinzip arbeitende Vorrichtung, bei welcher den Teilen oder Abnützung erfährt, erzeugt der Detektor 1 ein von F i g. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsdrittes Beschleunigungssignal G3 mit großer Amplitude. ziffern bezeichnet sind.
Hierauf wird das Schneidwerkzeug vom Werkstück Bei der Vorrichtung gemäß Fig.3 wird das Aus-
zum Zeitpunkt U getrennt so daß die anomale Schwin- gangssignal von der Mittelwertschaltung 3 einem Zeit-
gung aufhört und der Detektorausgang auf einen niedri- 15 glied 11, einem Anfangs- bzw- Sollwertgeber 12 und
geren Pegel G4 abfällt einer Divisionsschaltung 13 zugeführt Das Zeitglied 11
Das Ausgangssignal des Detektors 1 wird gegebenen- weist eine Verzögerungsschaltung zum Sperren des
falls nach Verstärkung durch einen Verstärker, an eine Ausgangssignals vom Sollwertgeber 12 auf z. B. den Pe-
Mittelwertschaitung 3 angelegt, durch weiche der qua- gel des normalen Beschleunigungssignals Gi gemäß
dratische Mittelwert bzw. Effektivwert des Detektor- 20 F i g. 2A auf, wodurch dem Sollwertgeber 12 z. B. nach
Ausgangssignals ermittelt wird. Das Ausgangssignal der Ablauf einer Zeitspanne T nach dem Zeitpunkt I2
Mittelwertschaltung 3 besitzt einen Wert, welcher ge- (Fig. 2A) ein Sperrsignal zugeführt wird. In Abhängig-
mäß F i g. 2B den Mittelwerten der Pegel der betreffen- keit von diesem Sperrsignal liefert der Sollwertgeber 12
den Beschleunigungssignale d bis G4 proportional ist ein Ausgangssignal an die Divisionsschaltung 13, das
Das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung 3 wird 25 dabei auf dem Pegel des Eingangssignals von der Mittelan den einen Eingang einer Differenzschaltung 4 ange- wertschaltung 3 gesperrt wird.
legt, deren anderer Eingang mit einer Datenspeicher- Anfangs-oder Sollwertgeber 12 mit der Konstruktion schaltung 5 verbunden ist Letztere enthält ein Daten- gemäß F i g. 4 sind im Handel erhältlich. Gemäß F i g. 4 speichermedium in Form eines Magnetbands, einer Ma- wird das Ausgangssignal von der Mittelwertschaltung 3 gnettrommel oder eines Lochstreifens zur kontinuierli- 30 durch einen Verstärker 12-1 verstärkt und dann einem chen Speicherung des Ausgangssignals des Detektors 1 Servomotor 12-2 eingespeist, der sich in eine Winkelvom Zeitpunkt des Beginns des Schneidvorgangs unter stellung entsprechend dem Wert bzw. Pegel des Gleich-Verwendung eines normalen Schneidwerkzeugs an. strom-Ausgangssignals vom Verstärker 12-1 verdreht F i g. 2C veranschaulicht das Ausgangssignal des Detek- Die Welle des Servomotors 12-2 trägt einen Schleifkontors 1 für den Fall der spanabhebenden Bearbeitung 35 takt eines zwischen Speiseklemmen +-Bund — ßeingeeiner Werkstoffstange mit gleichbleibender Schnittiefe schalteten Potentiometers 12-5, so daß an einer Ausauf einer Drehmaschine. Der Ausgangssignalpegel der gangsklemme 12-4 ein Ausgangssignal mit einem Pegel Datenspeicherschaltung 5 entspricht im wesentlichen entsprechend dem Eingangssignal von der Mittelwertdem Pegel des in F i g. 2B dargestellten, dem Beschleuni- schaltung 3 erscheint Wenn, ein Sperrsignal vom Zeitgungssignal G2 entsprechenden Abschnitts des Aus- 40 glied 11 an eine Sperrwicklung 12-5 angelegt wird, wird gangssignals. der Schleifkontakt des Potentiometers 12-3 gesperrt
Die Differenzschaltung 4 erzeugt ein Signal für eine bzw. arretiert, so daß seine Bewegung in Abhängigkeit Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten h und U gemäß von der Drehung des Servomotors 12-2 verhindert wird. F i g. 2D, wobei dieses Signal einen Pegel entsprechend Das Ausgangssignal des Sollwertgebers 12, das auf dem Unterschied zwischen den Pegeln des Ausgangssi- 45 die eben beschriebene Weise durch das Sperrsignal vom gnals der Mittelwertschaltung 3 (F i g. 2B) und des Aus- Zeitglied 11 gesperrt worden ist, wird der Divisionsgangssignals der Datenspeicherschaltung (F i g. 2C) be- schaltung 13 zusammen mit dem Ausgangssignal der sitzt. Dieses Ausgangssignal der Differenzschaltung 4 Mittelwertschaltung 3 eingespeist, durch welche die Bewird an den einen Eingang eines !Comparators 6 ange- ziehung zwischen diesen beiden Eingangssignalen belegt, dessen anderer Eingang ein Bezugssignal VT? mit 50 stimmt wird. Solange das Schneidwerkzeug normal ist, einem konstanten Pegel gemäß F i g. 2E empfängt. Die- besitzen diese beiden Eingangssignale praktisch den ser Komparator 6 arbeitet dann, wenn der Unterschied gleichen Pegel, so daß die Divisionsschaltung 13 ein in den Pegeln der normalen Daten und der tetsächlich Ausgangssignal mit einem extrem niedrigen Pegel Hegemessenen bzw. Ist-Daten über einen vorbestimmten fert Falls jedoch das Schneidwerkzeug eine Beschädidefinitjven bzw. Sollwert hinaus ansteigt wodurch ein 55 gung erfährt steigt das Ausgangssignal der Mittelwert-Zustand, wie eine Beschädigung oder Verschlechterung schaltung 3 stark an, was zur Folge hat, daß auch das bzw. Abnützung des Schneidwerkzeugs, feststellbar ist Ausgangssignal der Divisionsschaltung 13 stark an-Der Pegel des Bezugssignals VR wird daher für diesen steigt Wenn dieses Ausgangssignal den Bezugswert VR Zweck auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt. Das übersteigt erzeugt der Komparator 6 auf die in Verbin-Ausgangssignal des Komparator 6 (Fig. 2F) wird an 60 dung mit F ig. 1 beschriebene Weise ein Beschädigungs-
diw fSüt^CriSChS Steuerung dSr WsrkZSüSrrr*0*'**""'* ΓιΚαι« MARcinrnciI fiirstac CohnaiHwiirWonor
einen Analog-Digital-Wandler 7 angelegt. Beispielswei- Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist die Schnittfäse werden an der Vorderflanke des Komparator-Aus- higkeit des Werkzeugs zum Zeitpunkt der Ermittlung gangssignals die Werkzeugmaschine abgestellt und das der Normaldaten nicht immer die gleiche wie zum Zeit-Werkzeug vom Werkstück getrennt. Wenn das Werk- 65 punkt der tatsächlichen Messung bzw. Istwertbestimzeug z. B. zum Zeitpunkt f3 eine Beschädigung erleidet mung, so daß bei jeder Messung eine Pegeleinstellung kann auf diese Weise der Schneidvorgang augenblick- (Nullabgleich) durchgeführt werden muß, während der lieh beendet werden, so daß die Produktion von Aus- sogenannte Nullabgleich bei der Vorrichtung gemäß
5
F i g. 3 nicht erforderlich ist, weil ein und dasselbe Werk- ren Eingang angelegten Bezugswert V0 verglichen zu zeug für die Ermittlung der Normal- oder Soll-Daten werden. Wenn der Spitzen- bzw. Scheitelwert des diffe- und der Meß- oder Ist-Daten herangezogen wird. renzierten Ausgangssignals c/2 gemäß F i g. 6F größer
Bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß ist als der Bezugswert Vb, liefert der Komparator 25 ein Fig.5 wird das Ausgangssignal der Mittelwertschal- s eine Werkzeugbeschädigung angebendes Meßsignal an tung 3 zu einer Differenzierschaltung 21 und zu einem den Alarmsignalgeber 26, wodurch gemäß F i g. 6G zum Triggersignalgenerator 22 übermittelt Erstere differen- Zeitpunkt U ein Alarmsignal A erzeugt wird, ziert den durch die Mittelwertschaltung 3 an sie ange- Die Vorrichtung gemäß F i g. 5 kennzeichnet sich dalegten quadratischen Mittelwert, und sie legt ihr Aus- durch, daß das durch den Detektor erzeugte, die Begangssignal an eine Torschaltung 23 an, welche dieses to schleunigung der Schwingung angebende Meßsignal Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal durch die Differenzierschaltung 21 differenziert wird, eines noch näher zu erläuternden Zeitgliedes 24 zu ei- Infolgedessen können schnelle Änderungen im Meßsinem Komparator 25 durchläßt Das durch die Torschal- gnal rasch festgestellt werden, wodurch die Ansprechtung 23 durchgelassene Ausgangssignal der Differen- geschwindigkeit der Vorrichtung erhöht wird, zierschaltung 21 wird an den einen Eingang des Kompa- 15 Da die Arbeitsbedingungen je nach der Art der jeweirators 25 angelegt, der an seinem anderen Eingang ei- ligen Werkzeugmaschine voneinander abweichen, ist nen Normal-Bezugswert Vb aufnimmt Wenn das Aus- auch die Beschleunigung der Schwingung großen Ändegangssignal der Differenzierschaltung 21 den Normal- rungen unterworfen. Da jedoch bei dieser Ausführungs-Bezugswert V0 übersteigt, liefert der Komparator 25 ein form der differenzierte Wert des quadratischen Mittel-Ausgangssignal zu einem Alarmsignalgeber 26 zur Er- 20 werts der Beschleunigung festgestellt bzw. gemessen zeugung eines Alarmsignals A, das dann zur Betätigung wird, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an Werkeiner nicht dargestellten Alarmvorrichtung oder zum zeugmaschinen jeder beliebigen Art anpaßbar. Abstellen der Werkzeugmaschine benutzt wird.
An den anderen Eingang des Triggersignalgenerators Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
22 wird ein einen Vergleichswert darstellendes Trigger-Bezugssignal Vt angelegt, so daß dieser Generator ein Triggersignal zum Zeitglied 24 liefert, wenn das Eingangssignal von der Mittelwertschaltung 3 das Bezugssignal Vt übersteigt In Abhängigkeit vom Triggersignal beginnt das Zeitglied 24 seinen Zeitgeber- oder Taktbetrieb, wobei es nach Ablauf einer bestimmten, festgeleg- Ά
ten Zeitspanne Γ ein Gate- oder Durchschaltsignal an '
die Torschaltung 23 anlegt Der Triggersignalgenerator
22 und das Zeitglied 24 sperren somit die Torschaltung
23 während einer vorbestimmten Zeitspanne T nach dem Anstieg des Ausgangssignals der Mittelwertschaltung 3, um den Durchgang des Ausgangssignals der Differenzierschaltung 21 durch die Torschaltung 23 während der Zeitspanne 7~zu verhindern.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß F i g. 5 anhand der F i g. 6A bis 6G erläutert F i g. 6A veranschaulicht dabei das Ausgangssignal des Detektors 1 unter den gleichen Bedingungen, wie sie in Verbindung mit F i g. 2A beschrieben wurden, während F i g. 6B das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung 3 entsprechend F i g. 2B zeigt Bei Einleitung des Schneidvorgangs zum Zeitpunkt {2 beginnt das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung 3 den Trigger-Bezugswert Vt gemäß Fig.6B zu übersteigen, wobei der Triggersignalgenerator 22 das Triggersignal an das Zeitglied 24 anlegt Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Differenzierschaltung 21 ein differenziertes Ausgangssignal d 1 gemäß F i g. 6E, doch da zu diesem Zeitpunkt die Torschaltung 23 noch nicht aktiviert bzw. durchgeschaltet ist, wird das Signal d\ nicht zum Komparator 25 geleitet Nach Ablauf der Zeitspanne Γ liefert das Zeitglied 24 ein Gate- oder Durchschaltsignal mit einem konstanten Pegel zur Torschaltung 23 (F i g. 6C). Danach wird die Torschaltung 23 gemäß F i g. 6D im Durchschaltzustand gehalten.
Falls das Werkzeug z. B. zum Zeitpunkt U eine Beschädigung erfährt, steigt das Ausgangssignal von der Mittelwertschaltung 3 plötzlich an, und die Differenzierschaltung 21 erzeugt ein Ausgangssignal </2 (F i g. 6E) in Abhängigkeit vom vergrößerten Ausgangssignal der Mittelwertschaltung 3. Ein Ausgangssignal d2 wird über die Torschaltung 23 an den einen Eingang des Komparators 25 angelegt, um mit dem an dessen ande-

Claims (1)

1 2
gangssignal einer Signalverarbeitungsschaltung mit ei-
Patentanspruch: nem Bezugswert vergleicht Im einzelnen sind bei dieser
Vorrichtung eine Speicherschaltung zur Speicherung
Vorrichtung zur Feststellung einer Beschädigung von Solldaten, ein Zeitglied, das ein Ausgangssignal ein eines Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine, s vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Erscheinen des bestehend aus Ausgangssignals einer den quadratischen Mittelwert
bildenden Schaltung erzeugt, und ein Anfangs- bzw.
— einem Detektor (1) zur Erzeugung eines Aus- Sollwertgeber vorhanden, der ein Ausgangssignal mit gangssignals entsprechend der Schwingung ei- einem Wert entsprechend dem Wert des Ausgangssines Schneidwerkzeugs oder eines durch dieses io gnals der den quadratischen Mittelwert bildenden bearbeiteten Werkstücks, Schaltung liefert, das zum Zeitpunkt des Erscheinens
— einer Signalverarbeitungsschaltung (3, 21), die des Ausgangssignals des Zeitglieds abgegeben wird, den quadratischen Mittelwert des Ausgangssi- Ähnliche Vorrichtungen sind auch in den F i g. 1 und 3 gnals des Detektors (1) bildet und ein von der gezeigt
Änderung dieses Mittelwerts abhängiges Signal 15 Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Vorbereitstellt, - richtung der eingangs genannten Art so zu verbessern,
— einer Torschaltung (23), die abhängig von einem daß diese sich durch ein besonders schnelles Ansprech-Triggersignal das Ausgangssignal der Signal- verhalten auszeichnet
Verarbeitungsschaltung (3,21) weiterleitet, wo- Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem
bei das Triggersignal von einem Generator (22) 20 Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß
gebildet wird, wenn der quadratische Mittel- durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen
wert des Ausgangssignals des Detektors (1) ei- Merkmale gelöst
nen Vergleichswert (V1) überschreitet, und Durch dis Anordnung des Zeitglieds zwischen Trig-
— einer zum Unterbrechen des Schneidvorgangs gersignalgenerator und Torschaltung und durch die Difdienenden Entscheidungsstufe aus einem Korn- 25 ferenzierschaltung wird ein besonders schnelles Anparator (6), der das Ausgangssignal der Signal- sprechverhalten der Vorrichtung erzielt Verarbeitungsschaltung (3, 21) mit einem Be- Aus der DE-PS 11 14 239 ist eine elektrische Steuezugswert (V0) vergleicht, rung für Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen beim
Übergang vom Leervorschub auf den Arbeitsvorschub
dadurch gekennzeichnet, daß 30 auf eine Vorschubeinrichtung eine Elektronenröhre ein
wirkt, die von einer den Strom des Werkzeugmotors
— ein Zeitglied (24) zwischen Triggersignalgene- abbildenden Spannung gesteuert wird. Bei dieser Steuerator (22) und Torschaltung (23) angeordnet ist rung wird der in einem Kondensator gespeicherte Leerund die Signalverarbeitungsschaltung (3,21) ei- laufwert der abbildenden Spannung mit deren Istwert ne Differenzierschaltung (21) aufweist 35 an einem Widerstand laufend verglichen, wobei die Differenz als Steuerspannung dient. Auf diese Weise soll
die Leerzeit beim sogenannten Luftschnitt, ehe also das
Werkzeug mit dem Werkstück in Berührung kommt, möglichst klein gehalten werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststel- 40 Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform lung einer Beschädigung eines Schneidwerkzeugs einer der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patent- wobei sich nur die F i g. 5 und 6 auf die Erfindung bezieanspruches. hen. Es zeigt
Seit der in jüngster Zeit erfolgten Entwicklung von Fig. lein Blockschaltbild einer bestehenden Vorrich-
numerischen Steuerungen werden verschiedene Werk- 45 tung,
zeugmaschinen verbreitet vollautomatisch betrieben. F i g. 2A bis 2F Signalwellenformdiagramme zur Er-
Da bei solchen Werkzeugmaschinen die Steuersignale läuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß für einen vorbestimmten Vorschub oder Schnitt nach Fig. 1,
vorbestimmten Programmen automatisch an Arbeits- Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen bestehenden
bzw. Werkstücktische oder Werkzeugträger angelegt 50 Vorrichtung,
werden, werden die Scheid- oder Spanabhebvorgänge Fig.4 ein Blockschaltbild eines Beispiels für einen
auch im Fall von beschädigten oder abgenutzten Werk- Anfangs- bzw- Sollwertgeber zur Verwendung bei der zeugen weitergeführt, so daß Ausschuß erzeugt wird. Vorrichtung gemäß F i g. 3,
Bei einer aus der US-PS 37 93 627 bekannten Vor- F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der
richtung der eingangs genannten Art bildet eine Signal- 55 Erfindung und
Verarbeitungsschaltung den quadratischen Mittelwert Fig.6A bis 6G Signalwellenformdiagramme zur Er-
des Ausgangssignals eines Detektors. Außerdem wertet läuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß diese Signalverarbeitungsschaltung die Amplitude des Fig.5.
vom Detektor gelieferten Signals durch Vergleichen Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen
derselben mit einem Bezugs-Signalpegel, abhängig von 60 Detektor 1 mit z. B. einem piezoelektrischen Element der Schwingungsampüiude bei niuhivcrschlicSeiiciii auf, der am WeiksiüCküsCli oder aiii Werkzeugträger und nichtbeschädigtem Werkzeug, aus. Schließlich ist einer Werkzeugmaschine montiert ist und ein elektrinoch eine Entscheidungsstufe vorgesehen, der das Aus- sches Signal entsprechend den Schwingungen liefert, die gangssignal der Signalverarbeitungsschaltung züge- während des Schneidvorgangs im Werkstücktisch oder führt ist, wobei in Abhängigkeit vom Entscheidungser- 65 im Werkzeugträger erzeugt werden. Bei Verwendung gebnis der Schneidvorgang unterbrechbar ist. eines piezoelektrischen Elements als Detektor erzeugt
Eine ähnliche, aus der US-PS 38 41 149 bekannte Vor- dieses Element ein elektrisches Signal z. B. der Art gerichtung hat ebenfalls einen Komparator, der das Aus- maß F i g. 2A, welches zu der Beschleunigung der me-
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