DE3733643A1 - Selbsttaetige werkzeugbruchkontrollvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Werkzeugbruchkon­ trollvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die laufende Überwachung eines Arbeitsparameters während des Bearbeitungsvorgangs, wie es die DE-OS 29 06 892 beispielsweise unter Einsatz von piezoelektrischen Substanzen vorschlägt, können Änderungen, die sich auf Werkzeugschäden zurückführen lassen, z. B. des Drehmoments oder der Axial­ kraft erfaßt und ausgewertet werden. Bei Über- oder Unter­ schreiten entsprechender Grenzwerte wird ein Signal zum Ab­ bruch der Bearbeitung gegeben. Voraussetzung für derartige Überwachungseinrichtungen ist allerdings, daß geeignete Parameter größenmäßig überhaupt zu erfassen sind. Bei Be­ arbeitungsvorgängen, bei denen nur sehr kleine Kräfte auf­ treten, gestaltet sich eine Überwachung, wie sie in der zi­ tierten Literaturstelle beschrieben ist, sehr schwierig oder ist überhaupt nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbsttätige Vorrichtung zur Werkzeugüberwachung bei Ultraschallbearbeitungsmaschinen anzugeben, die während des Bearbeitungsvorgangs auftretende Werkzeugschäden schnell erkennt und eine Beschädigung des Werkstücks durch fehlerhafte Werkzeuge verhindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnen­ den Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Bei der Ultraschallbe­ arbeitung stellt sich das Problem, daß für die Überwachung eines Arbeitsparameters weder das Drehmoment, da die Werk­ zeuge nicht angetrieben sind, noch die Andrückkraft des Werkzeugs gegen das Werkstück herangezogen werden kann. Im angegebenen Lösungsvorschlag wird die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der schwingenden Masse für die­ sen Zweck genutzt. Bei einem Werkzeugbruch oder starker Ab­ nutzung des Werkzeugs verändert sich zwangsläufig die Masse des Werkzeugs und somit auch die Masse der Sonotrode. Im Falle eines Bruchs oder des Ablösens des Bearbeitungswerk­ zeugs von der Sonotrode ist eine sprunghafte Änderung der Schwingungsfrequenz der Sonotrode zu beobachten. Durch die laufende Überwachung der Schwingungsfrequenz mittels einer Frequenzsonde, die schwingungssteif mit der Sonotrode ver­ bunden ist, besteht die Möglichkeit, eine entsprechende Änderung der Schwingungsfrequenz schnell zu erkennen und durch, dem Frequenzsensor nachgeschaltete Instrumente ein Steuersignal zum Abbruch der Bearbeitung und Abheben des Werkzeugs vom Werkstück an die Maschine zu schicken. Eine Beschädigung der meist sehr teuren Werkstücke kann somit vermieden werden. Wichtig dabei ist allerdings, daß der Frequenzsensor so angebracht ist, daß er die Schwingungs­ frequenz der Sonotrode und nicht die Erregerfrequenz des Ultraschallkopfes erfaßt.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung besteht in einem selbsttäti­ gen Nachregeln der Erregerfrequenz derart, daß die Sono­ trode stets in ihrer Eigenfrequenz schwingt (Anspruch 2). Dadurch wirkt sich eine frequenzmäßige Verstimmung der Sonotrode bei Werkzeugbruch besonders stark aus, so daß auch kleine Massenausbrüche sicher erkannt werden können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels kurz erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur den schematischen Aufbau einer Ultra­ schallmaschine mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbruchkon­ trollvorrichtung und einer blockschaltbildartigen Darstel­ lung einer möglichen Ausgestaltung der Kontrollvorrichtung.

Der Ultraschallkopf 4, an dem die Sonotrode 2 befestigt ist, ist auf dem Schlitten 12 festgelegt. Der Frequenzsensor ist mit der Sonotrode 2 schwingungssteif gekoppelt. Die Frequenzsignale, die vom Frequenzsensor 1 erfaßt werden, werden von einem Verstärker 5 über das Differenzierglied 6 und die bistabile Kippstufe 7 auf einen zweiten Ver­ stärker 8 übertragen. Von hier aus geht das Signal an einen Schalter 9. Bei einem entsprechenden Schaltsignal wird der Schalter 9 geschlossen und zum einen ein akusti­ sches Signal 10 und zum anderen die Rückzugsvorrichtung ausgelöst. Diese Rückzugsvorrichtung wird von einem elektro­ magnetisch betätigbaren Wegeventil 11, durch das der Kol­ ben 13 auf die jeweilige Lage positioniert wird, gesteuert. Durch ein entsprechendes Steuersignal des Schalters 9 wird das Wegeventil 11 betätigt, welches ein Ausfahren des Kolbens 13 hervorruft, der den Schlitten 12 und damit die Sonotrode 2 vom Werkstück 3 weg bewegt.

Claims (2)

1. Selbsttätige Werkzeugbruchkontrollvorrichtung für Werk­ zeugmaschinen mit einer Überwachungseinrichtung zur laufen­ den Überwachung eines Arbeitsparameters, wobei bei einer raschen zeitlichen Änderung des Arbeitsparameters die Werk­ zeugmaschine außer Betrieb gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ultraschallbearbeitungsgeräten die Überwachungs­ einrichtung als die Schwingungsfrequenz der Sonotrode (2) detektierender Frequenzsensor (1), der mit der Sonotrode (2) schwingungssteif gekoppelt ist, ausgebildet ist.

2. Selbsttätige Werkzeugbruchkontrollvorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz der Sonotrode (2) durch Nach­ regeln der Erregerfrequenz der Resonanzfrequenz der Sono­ trode (2) entspricht.