DE3722001A1 - Verfahren zum optimieren der bearbeitung von runden werkstuecken und werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Bear­ beitung von runden, zu drehenden oder zu schleifenden Werkstüc­ ken an einer Werkzeugmaschine, bei welchem die Bearbeitungsda­ ten der Werkstücke und ein Beiwert der Steifigkeit der Werk­ stücke in einem Rechner verarbeitet werden, der die Antriebe der Werkzeugmaschine steuert, und eine Werkzeugmaschine.

Es ist bekannt, die Bearbeitung von runden Werkstücken an einer Schleifmaschine im Sinne einer erhöhten Arbeitsgeschwindigkeit zu optimieren, indem die Schleifdaten und die Bearbeitungsmaße in einen Rechner eingegeben werden, der diese verarbeitet und davon abhängig über eine Servosteuerung die Antriebe der Schleifmaschine steuert. Um dabei auch die Steifigkeit des Werkstückes zu berücksichtigen, ist es ferner bekannt (US-PS 44 84 413), einen Beiwert über die Steifigkeit in den Rechner ein­ zugeben, der diesen Beiwert mit verwertet. Bei dem bekannten Verfahren muß der Beiwert von der Bedienungsperson in den Rech­ ner eingegeben werden. Die Bedienungsperson ermittelt den Bei­ wert aus den Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstückes, d.h. aus den aufsummierten Produkten aus Länge und Durchmesser ein­ zelner Abschnitte mit gleichem Durchmesser. Bei diesem Verfah­ ren muß eine Bedienungsperson unter Umständen relativ viele Da­ ten in den Rechner eingeben. Es besteht somit die Gefahr, daß bei einer Eingabe der Daten ein Fehler gemacht wird, der sich so auswirkt, daß der gesamte Steifigkeitsbeiwert verfälscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Op­ timieren der Bearbeitung der eingangs genannten Art zu verbes­ sern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Beiwert der Steifig­ keit aus einer Biegeschwingung des Werkstückes abgeleitet wird.

Aus praktischen Gründen wird wohl immer die erste Biegeschwin­ gung genommen werden, obwohl selbstverständlich auch Biege­ schwingungen höherer Ordnung und Torsionsschwingungen z.B. bei dünnen langen Wellen mit integrierten scheibenförmigen Körper einsetzbar sind. Diese Biegeschwingungen, bei denen Resonanz auftritt, stehen in einem relativ genauen Verhältnis zu der Durchbiegung und damit in einer entsprechend genauen Relation zur Steifigkeit des Werkstückes. Es kann davon ausgegangen wer­ den, daß sich die Steifigkeit wie der Kehrwert der Biegeschwin­ gung oder Resonanzfrequenz verhält. Bei diesem Verfahren ist nur noch ein Wert in den Rechner einzugeben, so daß die Gefahr von Fehlern wesentlich verringert ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Biegeschwingung des Werkstückes ermittelt wird, während dieses in die Werkzeugmaschine eingespannt ist. Dies ergibt zum einen den Vorteil, daß auch die Eingabe der ermittelten Biege­ schwingung in den Rechner automatisch erfolgen kann, so daß ein Eingabefehler vermieden wird. Vor allem ergibt sich aber der besonders wesentliche Vorteil, daß die Biegeschwingung und da­ mit der Beiwert der Steifigkeit nicht nur des Werkstückes er­ mittelt wird, sondern vielmehr des gesamten Systems aus Werk­ stück und Einspannelementen sowie der Abstützung der Einspann­ elemente in der Werkzeugmaschine. Damit wird gegenüber dem be­ kannten Verfahren (US-PS 44 84 413) eine wesentliche Verfeine­ rung bezüglich des Beiwertes der Steifigkeit erreicht, da dort alleine das Werkstück für die Ermittlung des Beiwertes der Bie­ gesteifigkeit berücksichtigt wurde. Bei dem bekannten Verfahren ist noch nicht einmal berücksichtigt, daß auch die Art der Ein­ spannung des Werkstückes in der Werkzeugmaschine einen erhebli­ chen Einfluß auf die mögliche Durchbiegung und damit die Stei­ figkeit hat. Beispielsweise ergeben sich völlig andere Verhält­ nisse für eine gelenkige Einspannung des Werkstückes an beiden Enden oder für eine einseitige feste Einspannung eines Werk­ stückes oder eine beidseitige feste Einspannung des Werkstücks. Bei diesen unterschiedlichen Einspannungen, die dem Arbeiten in Spitzen, Futter o.dgl. entsprechen, ergeben sich derart große Abweichungen in der Durchbiegung und damit auch in der Steifig­ keit, daß alleine mit den Werkstückabmessungen kaum ein sinn­ volles Ergebnis erhalten werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nicht nur die Einflüsse der Einspannelemente und der Abstützung der Einspannelemente der Werkzeugmaschine mit berücksichtigt, sondern auch die Art der Einspannung. Es wird somit eine Aussage erhalten, die mit einer wesentlich grö­ ßeren Genauigkeit bei der Ermittelung des Beiwertes die tat­ sächlichen Gegebenheiten berücksichtigt. Die Optimierung der Bearbeitung kann somit wesentlich verbessert werden.

Die Ermittlung der Biegeschwingung oder der Biegeeigenfrequenz des Werkstückes und des das Werkstück haltenden und einspannen­ den Systems erlaubt schon eine sehr genaue Aussage über die Steifigkeit. Die Aussage über die Steifigkeit kann noch weiter dadurch verbessert werden, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bei der Ermittlung des Beiwertes der Steifigkeit zu­ sätzlich die Masse des Werkstückes erfaßt und verarbeitet wird. Dies wird jedoch nur in seltenen Fällen notwendig sein. Eine nochmalige Steigerung der Genauigkeit wird in weiterer Ausge­ staltung der Erfindung dadurch erhalten, daß bei der Ermittlung des Beiwertes der Steifigkeit zusätzlich die Masse des Werk­ stückes und deren Verteilung erfaßt und verarbeitet wird. Eine derart hohe Genauigkeit wird jedoch nur in sehr seltenen Fällen notwendig sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß zusätzlich zu einem Beiwert für die Steifigkeit des Werkstückes ein Beiwert für die Steifigkeit des Werkzeuges ermittelt wird, und daß der Rechner die Antriebe der Werkzeugmaschine in Abhän­ gigkeit von der jeweils niedrigeren Steifigkeit steuert. Damit wird berücksichtigt, daß es Fälle geben kann, in welchen die Steifigkeit und damit die maximal möglichen Bearbeitungsge­ schwindigkeiten nicht von dem Werkstück, sondern vielmehr von dem Werkzeug bestimmt werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine relativ enge Innenbohrung eines Werkstückes ge­ schliffen werden muß, wobei eine Schleifscheibe benutzt wird, die auf einem langen, schlanken Schaft sitzt. In ähnlicher Wei­ se können diese Fälle bei einer Drehmaschine auftreten, nämlich wenn mittels eines langen, schlanken Werkzeuges ein Innendurch­ messer eines Werkstückes gedreht werden muß. Wenn in diesem Fall die Arbeitsgeschwindigkeiten nach der Steifigkeit des Werkstückes optimiert würden, so könnten sich Bearbeitungsfeh­ ler ergeben. Es ist deshalb notwendig, bei der Optimierung der Bearbeitung im Sinne von höheren Arbeitsgeschwindigkeiten die niedrigere Steifigkeit heranzuziehen, die in diesem Fall von dem Werkzeug bestimmt wird. Selbstverständlich ist es auch mög­ lich, wenn von vorneherein feststeht, daß nur Innenbohrungen mit langen schlanken Werkzeugen bearbeitet werden, alleine ei­ nen Beiwert der Steifigkeit für das Werkzeug zu ermitteln und in dem Rechner bei der Optimierung zu verarbeiten. Die Ermitt­ lung des Beiwertes für die Steifigkeit des Werkzeuges erfolgt nach dem gleichen Grundprinzip wie die Ermittlung der Steifig­ keit des Werkstückes, nämlich über die Ermittlung einer Biege­ schwingung oder Biegeresonanz, insbesondere der ersten Biege­ schwingung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung schematisch dargestellten Werkzeugmaschinen und Steuereinrichtungen sowie den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht einer Werkzeugmaschine, in welche ein Werkstück zwischen Spitzen eingespannt ist, das außen geschliffen wird,

Fig. 2 eine Ansicht einer Schleifmaschine, in welche ein Werkstück einseitig eingespannt ist, bei welchem ein Innendurchmesser geschliffen wird und

Fig. 3 eine Teilansicht einer Drehmaschine, bei welcher ein eingespanntes Werkstück mit mehreren, auf einem Revolver angeordneten Werkzeugen bearbeitet wird.

In Fig. 1 ist ein Werkstück (2) dargestellt, das aus zwei zy­ lindrischen Bereichen unterschiedlichen Durchmessers besteht und das zwischen zwei Körnerspitzen (12, 13) eingespannt ist. Der Körnerspitze (13) ist ein nicht dargestellter Drehantrieb zugeordnet. Zusätzlich kann ein ebenfalls nicht dargestellter Vorschubantrieb vorgesehen sein, mit welchem die Körnerspitzen (12, 13) mit dem Werkstück (2) in dessen axialer Richtung eine Vorschubbewegung ausführen können. Die Werkzeugmaschine (1) enthält weiter eine Schleifscheibe (17), die mit einem Antrieb um eine Achse (18) angetrieben ist und die zusätzlich wenig­ stens einen Vorschubantrieb (19) enthält, mit welchem die Schleifscheibe in radialer Richtung dem Werkstück (2) zustell­ bar ist.

Die Antriebe für das Werkstück (2) und die Schleifscheibe (17) werden von einer Steuerung (5) (Servosteuerung) gesteuert. Die Steuerung (5) ihrerseits ist mit einem Rechner (6) verbunden, über den die Steuerung und damit die Antriebe derart optimiert werden, daß eine möglichst kurze Bearbeitungszeit erhalten wird, d.h. es werden die Schnittgeschwindigkeiten und die Vor­ schübe gesteuert.

In den Rechner (6) werden über eine Eingabeeinheit (7) die Schleifdaten eingegeben, d.h. Daten über das Werkzeug (17), wie beispielsweise dessen Körnung o.dgl., sowie Kühlmittel und son­ stige Informationen. Über eine weitere Eingabeeinheit (8) wer­ den die Bearbeitungsmaße des Werkstückes (2) eingegeben, d.h. die Bearbeitungsstellen und die geforderten Durchmesser.

Um zu vermeiden, daß durch eine Deformation des Werkstückes Be­ arbeitungsfehler auftreten, wird zusätzlich noch ein Beiwert über die Steifigkeit des Werkstückes (2) in den Rechner einge­ geben, der von dem Rechner verarbeitet und bei der Festlegung der Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe berücksichtigt wird. Der Beiwert über die Steifigkeit des Werkstückes (2) wird über dessen Biegeschwingung (Biegeeigenfrequenz) ermittelt. Hierbei wird die Biegeschwingung des in die Körnerspitzen (12, 13) ein­ gespannten Werkstückes ermittelt, so daß damit im Grunde genom­ men nicht nur die Steifigkeit des Werkstückes, sondern auch die Steifigkeit des gesamten Systems berücksichtigt wird, d.h. der Körnerspitzen (12, 13) und deren Halterung in der Werkzeugma­ schine (1). Bei dieser Ermittlung der Eingenschwingung an dem eingespannten Werkstück (2) wird auch gleichzeitig der Einfluß der Einspannungsart des Werkstückes (2) berücksichtigt, d.h. ob das Werkstück (2) gelenkig an seinen beiden Enden gehalten, einseitig eingespannt oder zweiseitig eingespannt ist, wie in dem vorliegenden Fall. Die Biegeschwingung, bei welcher zweck­ mäßigerweise die erste Biegeeigenfrequenz genommen wird, gibt eine klare und zuverlässige Aussage über die Steifigkeit. Es kann davon ausgegangen werden, daß sich die Steifigkeit umge­ kehrt proportional wie die erste Biegeschwingung verhält.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird vorge­ sehen, daß das Werkzeug (2) über seine Aufnahmen zu Schwingun­ gen erregt wird, d.h. über die Körnerspitze (12). An die Kör­ nerspitze (12) ist ein Frequenzerreger (14) angeschlossen, der von einem Frequenzgenerator gespeist wird. Der Frequenzerreger (14), der gleichzeitig als ein Frequenzaufnehmer wirkt, ist an einen Frequenzanalysator (10) angeschlossen, der einen Eingang zu dem Rechner (6) aufweist und diesem die Biegeschwingung des Werkstückes (2) eingibt.

Bei einer ersten Ausführung wird vorgesehen, daß der Frequenz­ generator einen Frequenzbereich durchfährt, in welchem die er­ ste Biegeschwingung des Werkstückes (2) vermutet wird. Der Fre­ quenzanalysator ist in diesem Fall als ein Suchtonanalysator ausgebildet.

Bei einer anderen Ausführungsform wird vorgesehen, daß der Fre­ quenzanalysator (10) eine Fourier-Analyse durchführt, so daß das Werkstück (2) zu einer beliebigen Schwingung angeregt wer­ den kann, zum Beispiel einer Abklingschwingung nach einer Schlagerregung, aus welcher der Frequenzanalysator (10) dann die erste Biegeschwingung ermittelt und an den Rechner weiter­ gibt. Dies kann dadurch realisiert werden, daß das Werkstück durch ein hammerartiges Element angeschlagen und damit in Schwingungen versetzt wird. Der Frequenzanalysator (10) ermit­ telt dann aus der Abklingschwingung die erste Biegeschwingung des Werkstückes (2).

Bei einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, daß der Frequenz­ generator (9) vollständig entfällt und daß das Werkstück (2) über die zugestellte Schleifscheibe (17) in Schwingungen ver­ setzt wird. In diesem Fall kann vorgesehen werden, daß der Rechner zunächst Bearbeitungsgeschwindigkeiten - sinnvollerwei­ se reduzierte Geschwindigkeiten -, insbesondere für die Vor­ schübe, ohne Berücksichtigung der Werkstücksteifigkeit vorgibt und daß sofort nach Beginn der Schleifarbeiten die Eigenfre­ quenz ermittelt und in den Rechner eingegangen wird, der dar­ aufhin dann die Schnittgeschwindigkeiten und/oder Vorschübe entsprechend korrigiert. Die Biegeschwingung wird dabei nach einem der bereits geschilderten Verfahren ermittelt, d.h. über eine Suchtonanalyse oder eine Fourier-Analyse.

In den meisten Fällen gibt alleine die Ermittlung der Biege­ schwingung oder Biegeeigenfrequenz eine genügende Genauigkeit, mit der die Steifigkeit des Werkstückes (2), d.h. genauer des gesamten Systems, berücksichtigt wird. Eine noch feinere Er­ mittlung eines Beiwertes für die Steifigkeit kann dadurch er­ folgen, daß die Masse des Werkstückes (2) berücksichtigt wird. Hierzu sind an die Körnerspitzen (12, 13) Gewichtsmeßelemente (15, 16) angeschlossen, die mit einer Wägeauswertung (11) ver­ bunden sind, die ihre Auswertung in den Rechner (6) eingibt. In der Wägeauswertung (11) kann im einfachen Fall eine Aufsummie­ rung der beiden gemessenen Gewichte und der daraus ermittelten Massen vorgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, zusätz­ lich die Verteilung der Massen in dem Werkstück (2) zu berück­ sichtigen. Dies kann beispielsweise schon aus einer Abstands­ messung zwischen den beiden Kraftmeßdosen (15, 16) und den da­ bei ermittelten Momenten hergeleitet werden. Zusätzlich kann aber auch eine Vermessung der Form des Werkstückes (2) vorge­ nommen werden, beispielsweise mit optischen oder elektrischen Einrichtungen.

Wenn die Schleifmaschine (1) für Werkstücke (2) aus den ver­ schiedenen Materialien eingesetzt werden soll, so empfiehlt sich, in den Rechner auch Materialdaten über das Werkstück (2) einzugeben, insbesondere den Elastizitätsmodul, da dieser eben­ falls einen großen Einfluß auf die Steifigkeit des Werkstückes (2) hat. Dieser Elastizitätsmodul kann dann zusätzlich zu dem aus der Biegeschwingung ermittelten Beiwert der Steifigkeit be­ rücksichtigt werden.

Bei der Werkzeugmaschine (1) nach Fig. 2 ist in ein Futter (24) einer Spindel (23) ein Werkstück (3) einseitig eingespannt, das eine Innenbohrung aufweist, die mit einer Schleifscheibe (20) geschliffen wird. Die Schleifscheibe (20) sitzt auf einem rela­ tiv langen, schlanken Schaft (21). Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Drehantriebe und Vorschübe mittels einer Steuerung (5) gesteuert, die ihrerseits von einem Rechner (6) kontrolliert wird. Dem Rechner (6) sind eine Eingabeeinheit (7) für die Schleifdaten und eine Eingabeeinheit (8) für die Bear­ beitungsmaße des Werkstückes (3) zugeordnet. An einem Lager der Spindel (23) ist ein Frequenzaufnehmer (25) angeordnet, der zu einem Frequenzanalysator (9) geführt ist, der seinerseits mit dem Rechner (6) verbunden ist. Mit dem Frequenzanalysator (9) wird die Biegeschwingung des Werkstückes (3) ermittelt, die mit der Spindel (23) ein Schwingungssystem bildet. Die Schwingungs­ erregung des Werkstückes (3) kann in einer der zu Fig. 1 erläu­ terten Weisen erfolgen, ohne daß dies hier näher erläutert wer­ den muß. Für den vorliegenden Fall wird beispielsweise angenom­ men, daß die Schleifscheibe (20) als Schwingungserreger dient, so daß über einen eine Fourier-Analyse durchführenden Frequenz­ analysator (9) die erste Biegeschwingung ermittelt und in den Rechner (6) eingegeben wird.

Wie an dem Beispiel nach Fig. 2 gezeigt ist, kann der Fall ein­ treten, daß die Steifigkeit des Werkstückes (3) größer ist als die Steifigkeit des Werkzeuges, d.h. der von dem Schaft (21) getragenen Schleifscheibe (20). Für diesen Fall wird vorgese­ hen, daß bei der Optimierung der Bearbeitungsgeschwindigkeiten von dem Rechner (6) ein Beiwert der Steifigkeit des Werkzeuges (20, 21) berücksichtigt wird. Hierzu ist einem Lager des Schaf­ tes (21) ein Frequenzaufnehmer (26) zugeordnet, der mit einem Frequenzanalysator (9′) verbunden ist, der seinerseits an den Rechner (6) geführt ist. Auch für die Ermittlung der Biege­ schwingung des Werkzeuges (20, 21) können alle in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Methoden angewandt werden. Als Beispiel ist in Fig. 2 angenommen, daß auch hier die an dem Werkstück (3) angreifende Schleifscheibe (20) als Schwingungserreger aus­ genutzt wird. Die in dem Frequenzaufnehmer (26) erfaßte Schwingung wird in dem Frequenzanalysator (9′) eine Fourier- Analyse unterzogen, wonach die Biegeschwingung des Werkzeuges (20, 21) in den Rechner (6) eingegeben wird. Die Eingänge des Rechners (6) sind so geschaltet, daß geprüft wird, welche der beiden Biegeschwingungen ungünstiger ist, wonach sich der aus der ungünstigeren ergebende Beiwert der Steifigkeit für die Be­ rechnung der Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindig­ keiten zugrundegelegt wird.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist es selbstverständ­ lich in entsprechender Weise zu den Erläuterungen nach Fig. 1 möglich, die Masse des Werkstückes (3) und/oder des Werkzeuges (20, 21) für eine noch genauere Ermittlung des Beiwertes der Steifigkeit zu ermitteln und zu verarbeiten und gegebenenfalls auch die Massenverteilung. Dies kann durch ein Ausmessen und Auswiegen geschehen, wobei dann beispielsweise an allen Lagern Kraftgeber angeordnet werden, die mit einer Wägeauswertung ver­ bunden werden, die dann zu dem Rechner führt.

Das im vorstehenden in Verbindung mit Schleifmaschinen erläu­ terte Grundprinzip für die Berücksichtigung der Steifigkeit des Werkstückes und/oder des Werkzeuges bei der Optimierung der Be­ arbeitungsgeschwindigkeiten, kann auch für eine Drehmaschine angewandt werden, wie im nachstehenden anhand von Fig. 3 erläu­ tert werden wird. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch bei einer Drehmaschine jede der unterschiedlichen Möglich­ keiten für die Ermittlung der Biegeschwingung eines Werkstückes und/oder eines Werkzeuges (34, 35, 36) benutzt werden kann, auch wenn hier nur eine als Beispiel erläutert wird.

Von der Werkzeugmaschine ist eine Spindel (28) angedeutet, die mit einem Futter (29) versehen ist, in die ein Werkstück (4) einseitig eingespannt ist. Die Drehmaschine enthält ferner ei­ nen Revolverkopf (37), an welchem verschiedene Drehwerkzeuge (34, 35, 36) angebracht sind, die wechselweise mit dem Werkstück (4) in Eingriff gebracht werden können und die zu einer Bear­ beitung des Außenumfangs oder des Innenumfangs des Werkstückes (4) dienen. Das Werkzeug (34) dient beispielsweise zum Bearbei­ ten des Innendurchmessers einer Bohrung des Werkstückes (4), während die beiden Werkzeuge (35, 36) zur Bearbeitung des Außen­ umfanges dienen. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, haben die Werkzeuge (34, 35, 36) entsprechend ihren Aufgaben sehr unter­ schiedliche Formen, so daß auch sehr unterschiedliche Steifig­ keiten gegeben sind.

Die Spindel (28) enthält einen nicht dargestellten Drehantrieb und gegebenenfalls einen Vorschubantrieb, mit dem sie in ihrer axialen Richtung und/oder quer dazu verschiebbar ist. Der Re­ volverkopf (37) enthält ebenfalls nicht dargestellte Antriebe für Quer- und/oder Längsvorschub. Die Antriebe werden über eine Steuerung (5) gesteuert, die ihrerseits von einem Rechner (6) kontrolliert wird. Dem Rechner (6) werden über eine Eingabeein­ heit (7′) die Drehdaten und über eine Eingabeeinheit (8) die Bearbeitungsmaße des Werkstückes (4) eingegeben. Zusätzlich wird vorgesehen, daß bei der Optimierung der Bearbeitungsge­ schwindigkeiten im Sinne einer Verkürzung der Bearbeitungszeit die Steifigkeit des Werkstückes (4) und der einzelnen Werkzeuge (34, 35, 36) berücksichtigt wird. Wenn von vornherein festste­ hen sollte, daß die Werkzeugmaschine Werkstücke mit hoher Stei­ figkeit bearbeitet, d.h. mit einer die Steifigkeit der Werkzeu­ ge (34, 35, 36) übertreffenden Steifigkeit, so kann selbstver­ ständlich auch vorgesehen werden, daß auf die Berücksichtigung des Beiwertes der Steifigkeit des Werkstückes (4) verzichtet wird, d.h. daß die Maschine nur mit entsprechenden Einrichtun­ gen ausgerüstet wird, durch die der Beiwert der Steifigkeit der Werkzeuge (34, 35, 36) ermittelt wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, daß einem Lager der Spindel (28) ein Frequenzaufnehmer (25) zugeordnet ist, der zu einem Frequenzanalysator (33) führt, der an den Rechner (6) angeschlossen ist. Wird das Werkstück (4) bei­ spielsweise durch Anschlagen mittels eines hammerartigen Teils in Schwingungen versetzt, so kann der Frequenzanalysator (33) eine Fourier-Analyse durchführen und dem Rechner die Biege­ schwingung des Werkstückes (4), d.h. des Systems aus Werkstück (4), Spannfutter (29) und Spindel (28), eingeben. Der Rechner (6) berücksichtigt diese Biegeschwingung als Beiwert der Stei­ figkeit des Werkstückes (4) für die Optimierung der Arbeitsge­ schwindigkeiten.

Wenn die Gefahr oder die Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch die Steifigkeit der Werkzeuge (34, 35, 36) begrenzt wird, so wird entsprechend ein Beiwert für die Steifigkeit jedes der Werkzeuge (34, 35, 36) ermittelt und in den Rechner (6) eingegeben. Der Rechner (6) berücksich­ tigt bei seiner Optimierung den jeweils ungünstigsten Beiwert der Steifigkeit, d.h. denjenigen eines Werkzeuges (34, 35, 36) oder des Werkstückes (4). Den Werkzeugen (34, 35, 36) ist je­ weils ein Frequenzaufnehmer (30, 31, 32) zugeordnet, die ihrer­ seits mit dem Frequenzanalysator (33) verbunden sind. Auch hier können die einzelnen Werkzeuge durch eine der bereits in Ver­ bindung mit Fig. 1 erläuterten Methoden in eine Schwingung ver­ setzt werden, woraus sich die Biegeschwingung ermitteln läßt.

Wie schon erwähnt wurde, werden über die Eingabeeinheit (8) dem Rechner die Bearbeitungsmasse des Werkstückes (4) eingegeben. Dies erlaubt dem Rechner (6) bei der Berechnung des Beiwertes der Steifigkeit des Werkstückes (4) zu berücksichtigen, daß sich die Steifigkeit unter Umständen aufgrund der Bearbeitung ändern kann, insbesondere wenn eine relativ große Materialstär­ ke bei der Bearbeitung abgetragen wird. Alternativ oder gege­ benenfalls auch zusätzlich kann vorgesehen werden, daß der Bei­ wert der Steifigkeit des Werkstückes nach jedem der Bearbei­ tungsgänge erneut ermittelt wird.

Bei allen den vorausgegangenen Methoden wird die Stelle, an welcher das Werkstück die geringste Steifigkeit und damit die größte Durchbiegung aufweist, nicht speziell ermittelt und bei der Optimierung besonders berücksichtigt. Es wird vorgesehen, daß abhängig von dem Steifigkeitsbeiwert während der gesamten Bearbeitung des Werkstückes eine entsprechend geeignete,gleich­ bleibende Bearbeitungsgeschwindigkeit eingehalten wird.

Claims (25)

1. Verfahren zum Optimieren der Bearbeitung von runden, zu drehenden oder zu schleifenden Werkstücken an einer Werkzeugma­ schine, bei welchem die Bearbeitungsdaten der Werkstücke und ein Beiwert der Steifigkeit der Werkstücke in einem Rechner verarbeitet werden, der die Antriebe der Werkzeugmaschine steu­ ert, dadurch gekennzeichnet, daß der Beiwert der Steifigkeit aus einer Biegeschwingung des Werkstückes abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschwingung des Werkstückes ermittelt wird, während dieses Werkstück in die Werkzeugmaschine eingespannt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das in die Werkzeugmaschine eingespannte Werkstück zu Schwingungen erregt wird, wobei die Biegeschwingung ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Ermittlung des Beiwertes der Steifig­ keit zusätzlich die Masse des Werkstückes erfaßt und verarbei­ tet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Ermittlung des Beiwertes der Steifig­ keit zusätzlich die Masse des Werkstückes und deren Verteilung erfaßt und verarbeitet wird.

6. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich zu einem Beiwert für die Steifigkeit des Werkstückes ein Beiwert für die Steifigkeit des Werkzeuges ermittelt wird, und daß der Rechner die Antriebe der Werkzeugmaschine in Abhän­ gigkeit von der jeweils niedrigeren Steifigkeit steuert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beiwert für die Steifigkeit des Werkzeuges über die Biege­ schwingung des Werkzeuges ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschwingung des in Halteelementen der Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeuges ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während der Ermittlung der Biegeschwingung des Werkstückes und/oder des Werkzeuges das Werkzeug mit einer eine Relaxation vermeidenden Kraft an dem Werkstück anliegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Werkstück und/oder das Werkzeug mittels eines Schlages zu Schwingungen angeregt wird, und eine Biege­ schwingung aus der Abklingschwingung ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Ermitteln einer Biegeschwingung das Werk­ stück und/oder das Werkzeug mittels eines in der Erregerfre­ quenz einstellbaren Schwingungserregers erregt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfrequenz über die Werkstückeinspannung eingeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfrequenz über das Werkzeug eingeleitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Masse und/oder der Mas­ senverteilung das Werkstück und/oder das Werkzeug gemessen und/ oder gewogen werden.

15. Werkzeugmaschine zum drehenden oder schleifenden Bear­ beiten eines runden Werkstückes mit einer Einrichtung zum Opti­ mieren der Bearbeitung, die eine Steuereinrichtung für die An­ triebe mit einem Rechner und Einrichtungen zum Eingeben der Be­ arbeitungsdaten des Werkstückes und eines Beiwertes der Stei­ figkeit des Werkstückes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Ermitteln des Beiwertes der Steifigkeit in Abhängig­ keit von einer Biegeschwingung des Werkstückes vorgesehen sind.

16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zum Ermitteln der Biegeschwingung des in die Werkzeugmaschine eingespannten Werkstückes vorgesehen sind.

17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel zum Erregen des Werkstückes zu Schwin­ gungen und Mittel zum Erfassen der Schwingungen des Werkstückes vorgesehen sind.

18. Werkzeugmaschine zum drehenden oder schleifenden Bear­ beiten eines runden Werkstückes mit einer Einrichtung zum Opti­ mieren der Bearbeitung, die eine Steuereinrichtung für die An­ triebe mit einem Rechner und Einrichtungen zum Eingeben der Be­ arbeitungsdaten des Werkstückes enthält, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zum Ermitteln eines Beiwertes der Steifigkeit des Werkzeuges vorgesehen sind, die mit dem Rechner verbunden sind.

19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zum Erfassen der Biegeschwingung des in Halte­ rungen der Werkzeugmaschine befindlichen Werkzeuges vorgesehen sind.

20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zum Erregen des Werkzeuges zu Schwingungen und Mittel zum Ermitteln der Biegeschwingung aus der Schwingung des Werkzeuges vorgesehen sind.

21. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit einem Eingang für den Beiwert der Steifigkeit des Werkstückes und mit einem Ein­ gang für den Beiwert der Steifigkeit des Werkzeuges versehen ist.

22. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erregen und/oder Erfassen der Schwingungen des Werkstückes und/oder des Werkzeuges in die Werkzeugmaschine integriert sind.

23. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erfassen der Abmessungen des Werkstückes und/oder des Werkzeuges vorgesehen sind.

24. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erfassen des Gewichts des Werkstückes und/oder des Werkzeuges vorgesehen sind.

25. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23 oder 24, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Abmessungen des Werkstückes und/oder des Werkzeuges und/oder die Mittel zum Er­ fassen des Gewichtes des Werkstückes und/oder des Werkzeuges in die Werkzeugmaschine integriert sind.