DE4405660A1 - Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine od. dgl.

Spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere Kreissägen, werden zum Trennen ebener Flächen von Werkstücken aus Holz, Metall, Kunststoff, Glas, Keramik und anderen Materialien verwendet. Das Anwendungsgebiet derartiger Kreissägemaschinen berührt die gesamte Einzel-, Serien- und Massenfertigung. Der allgemeine Trend zur Automatisierung der Fertigung gilt auch für Kreissägemaschinen, die heute unter Ankopplung von Hand­ habungseinrichtungen und verbunden mit einer elektronischen Steuerung die am häufigsten eingesetzten Sägemaschinen dar­ stellen.

Bekannte Kreissägemaschinen sind für das Trennen von Metall­ werkstücken mit sog. HSS-Sägeblättern oder mit hartmetallbe­ stückten Sägeblättern ausgerüstet. Bei dem Zerspanen mittels Kreissägen unter Verwendung eines vielzahnigen Werkzeugs mit geometrisch bestimmten Schneiden von geringer Schnittbreite wird eine kreisförmige Schnittbewegung vom Werkzeug ausge­ führt, wobei die Vorschubbewegung senkrecht zur Drehachse des Werkzeugs liegt.

Insbesondere in der automatisierten Fertigung kommt es darauf an, daß derartige Kreissägemaschinen niedrige Betriebs- und Anschaffungskosten aufweisen, eine hohe Werkzeugstandzeit be­ sitzen, ein geringer Materialverschnitt auftritt und die Anschnittlänge ebenfalls möglichst gering ist. Des weiteren soll eine hohe statische und dynamische Steifigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit der gesamten Maschine gegeben sein. Zur Erzielung einer optimalen Schnittqualität ist eine hohe dynamische Stabilität des Sägeprozesses bei gleichzeitiger geringer Geräuschemission gewünscht.

Bei bekannten Kreissägemaschinen wird mittels einer Steuerung durch den Bediener die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Drehzahl des Hauptantriebsmotors, d. h. also die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit, vorgegeben. Die Vorgabe von Sollwer­ ten beruht hierbei auf Erfahrungswerten des Bedieners, wel­ cher ggf. durch visuelle Beobachtung des Schnittprozesses einzelne Parameter ändert bzw. nachstellt.

Um die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsverfahrens Kreissägen zu verbessern, werden höhere Maschinenleistungen verlangt. Durch die bisher verbreitete manuelle Bedienung der Maschine ist jedoch eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit sowie eine Verbesserung des Betriebsverhaltens nicht möglich.

Weitere Schwierigkeiten entstehen dadurch, daß das dynamische Verhalten der Kreissägemaschinen aufgrund der Wechselwirkun­ gen zwischen Maschine und Schnittprozeß problematisch ist und daß die vorgesehene installierte Leistung der Maschine im Regelfall nicht vollständig ausgenutzt werden kann. Ursache hierfür ist die wechselnde Beanspruchung aus dem Zerspanungs­ prozeß, welche neben dem Werkzeugverschleiß und der Arbeits­ genauigkeit Kriterium für die zu wählenden Schnittbedingungen ist.

Das instabile Verhalten der Kreissägemaschinen, d. h. ein Betrieb außerhalb eines Optimums, äußert sich z. B. im sog. Rattern, welches durch dynamische Beanspruchungen der Maschine hervorgerufen wird. Statische Kräfte, die als Gewichtskräfte oder statischer Anteil der Zerspankraft eine zeitlich konstante Verformung der Maschinenstruktur bewirken, beeinflussen bei unzureichend stabiler Konstruktion ebenfalls die Genauigkeit der Führung des Schnitts durch das Werkstück.

Dynamische Kräfte, die durch Unwuchtkräfte rotierender Mas­ sen, in das Fundament der Maschine eingeleitete zeitlich ver­ änderliche Kräfte, Zahneingriffswechselkräfte oder durch gleichzeitig wechselnden Anteil der Zerspankraft hervorgeru­ fen werden, bewirken Schwingungen der Maschine. Diese Schwin­ gungen der Maschine können bei einem Anwachsen der Schwin­ gungsamplituden eine Beeinträchtigung des Arbeitsverhaltens der Maschine verursachen, was des weiteren mit einem stark erhöhten Werkzeugverschleiß und einer unzulässig hohen Geräuschentwicklung verbunden ist. Letztendlich kann dies zu Werkzeug- und Maschinenschäden führen.

Ein weiteres bisher ungelöstes Problem beim Betreiben von Kreissägemaschinen besteht darin, daß nicht zu vermeidende Sägeblattexzentrizitäten Schwingungen anregen oder diese unterstützen können und daß ein zu hoher Werkzeugverschleiß auftritt.

Alles in allem ist dem bekannten Verfahren zum Betreiben einer Kreissägemaschine od. dgl. gemeinsam, daß lediglich gestützt auf die Beobachtung durch einen Bediener einzelne Parameter in vorgegebenen Grenzen beeinflußt werden können. Damit ist aber letztendlich die installierte Maschinenlei­ stung nicht vollständig ausnutzbar, oder es wird ein unzuläs­ sig hoher Werkzeugverschleiß oder eine schlechte Schnittqua­ lität in Kauf genommen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugma­ schine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine od. dgl. anzugeben, welches bzw. welche es gestattet, einen sta­ bilen, optimierten Betriebszustand herbeizuführen, wobei gleichzeitig eine hohe Trennrate bei einem geringen Werkzeugverschleiß erreicht werden soll.

Mit anderen Worten soll also ein Verfahren angegeben werden, welches es ermöglicht, entweder eine Steuerung oder eine Regelung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit derart vor­ zunehmen, daß insbesondere der Sägebetrieb mit einer Kreissä­ gemaschine in Abhängigkeit von den Einflußgrößen wie z. B. Exzentrizität des Sägeblatts, Schneidenkontakt beim Eintritt eines Sägezahns in das Werkstück optimiert wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkma­ len der Patentansprüche 1, 23 und 24, wobei die Unteransprü­ che mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Hauptansprüche zeigen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, zunächst geeignete Zustandssignale auszuwählen und diese durch ent­ sprechende Sensoren, die an der Maschine angeordnet sind, zu erfassen. Erfaßt werden vorzugsweise der Sägeblattdrehwinkel, die Schlittenposition, der Hauptantriebsmotorstrom sowie Geschwindigkeits- und Beschleunigungssignale aus den Antriebssträngen der Maschine.

Mittels der aktuellen Zustandssignale der Werkzeugmaschine werden dann unter Berücksichtigung eines vorab ermittelten Modellzustands möglicherweise auftretende, das Zerspanverhal­ ten beeinträchtigende Abweichungen festgestellt oder mögli­ cherweise bei bestimmten Betriebsverhältnissen eintretende Abweichungen vorausschauend bestimmt.

Durch eine adaptive Regelung oder Anwendung vorgewählter Betriebsparameter wird dann den auftretenden Abweichungen entgegengewirkt, wobei die einzelnen Betriebsparameter durch das Modellzustandsprogramm vorgegeben werden und ein Betrieb der Maschine in einem vorbestimmten optimalen Bereich mit dem Ziel eines vorteilhaften Zerspanverhaltens, z. B. einer hohen dynamischen Trennrate nahe einer ermittelten Stabilitäts­ grenze vorgenommen werden kann.

Die Erfassung der Zustandssignale dient bei einer Kreissäge­ maschine zum einen der Erfassung der Exzentrizität des Säge­ blatts, der On-line-Berechnung des Schneidenkontakts und der Erkennung von negativem Betriebsverhalten. Mittels eines Host-Rechners werden dann erfindungsgemäß die Betriebsparame­ ter nach verschiedenen Strategien korrigiert, um die Maschine in einen ruhigen, optimierten Schnitt zu überführen. Bei ungünstigem Schneidenkontakt werden Betriebsparameter derart vorgegeben, daß ein schonendes Sägen erfolgen kann, wobei zusätzlich durch Variation der Vorschubgeschwindigkeit eine vorhandene und erkannte Sägeblattexzentrizität ausgeglichen wird. Durch die im Host-Rechner implementierten unterschiedlichen Regel- bzw. Steuerstrategien können quasi beliebige Charakteristiken für den Verlauf von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub über dem Sägehub realisiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es weiterhin möglich, auch solche Werkstücke mit schonenden Einstellwerten mittels einer Kreissägemaschine zu trennen, welche über den Sägehub eine wechselnde Eingriffsbogenlänge haben.

Erfindungsgemäß wird eine erkannte Exzentrizität eines Säge­ blatts durch eine selbsttätige gegenläufige Variation der Vorschubgeschwindigkeit ausgeglichen.

Das im Host-Rechner implementierte Modell-Zustandsprogramm der jeweiligen Werkzeugmaschine wird empirisch oder in einem Lernprozeß erstellt, wobei das Zustandsprogramm der Beschrei­ bung des Schnittprozesses mit analytischen Mitteln dient.

Bei der erfindungsgemäßen Regelung bildet das Maschinenüber­ tragungsverhalten den Vorwärtszweig des Regelkreises und das Zerspanprozeßverhalten den Rückkopplungszweig. Das Maschinen­ verhalten wird experimentell ermittelt und das Zerspanprozeß­ verhalten mittels der Beschreibung durch Übertragungsfunktio­ nen bestimmt. Der vorgesehene Host-Rechner ermöglicht in Ver­ bindung mit den einlaufenden aktuellen Zustandssignalen eine Kopplung zwischen der theoretischen Stabilitätsanalyse, die sich im Zustandsprogramm wiederfindet, und dem praktischen Trenn- bzw. Sägebetrieb.

Mit voranschreitendem Verschleiß des verwendeten Werkzeugs ergibt sich eine fließende Veränderung der Stabilitätsgrenze. Durch die aktuellen Zustandssignale kann der jeweils neue Stabilitätsgrenzwert bestimmt, d. h. aktuell berechnet und bei der Regelung der ausgewählten Betriebsparameter der Werkzeug­ maschine berücksichtigt werden.

Anhand der Analyse der einzelnen Zustandssignale ist über eine Vorgabekopplung oder einen Lernprozeß die Auswahl ver­ schiedener Regelstrategien möglich, wobei die Auswahl der Strategie unter dem Aspekt der Optimierung der Trennrate bei gleichzeitig geringem Verschleiß unter optimiertem, z. B. ratterfreiem Betrieb der Werkzeugmaschine erfolgt. Als zusätzliches Kriterium kann dabei die Reduzierung negativer Eintrittswinkel eines Zahnes auf das Werkstück herangezogen werden. Hierdurch ist eine besondere werkzeugschonende Werk­ stückbearbeitung möglich. Es wird also mit anderen Worten aus den gegebenen Kontaktarten bzw. dem Eingriffswinkel eine Aus­ wahl der entsprechenden Zerspan- bzw. Trennparameter vorge­ nommen.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazugehöri­ gen Anordnung kann also in einer ersten Funktion ein instabi­ les Betriebsverhalten der Werkzeugmaschine, z. B. Rattern, erkannt und diesem Rattern mittels einer adaptiven Regelung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Regelstrategien ent­ gegengewirkt werden.

In einer zweiten Funktion ist es möglich, vorhandene Exzen­ trizitäten eines rotierenden Werkzeuges, z. B. Sägeblatts einer Werkzeugmaschine zu erkennen und der Auswirkung der Exzentrizität auf den Schnittverlauf durch eine Verstellung des Vorschubs zu begegnen. Hierdurch wird ein vorteilhafter konstanter Vorschub pro Zahn trotz vorhandener Exzentrizitä­ ten des Werkzeuges erreicht.

In einer dritten wesentlichen Funktion wird ein besonders werkzeugschonendes Sägen durch Berücksichtigen der Kontakt­ verhältnisse und der Wechselwirkung zwischen Werkstück und Werkzeug erreicht. Hierfür werden effektive Eintrittswinkel für entsprechende Geometrien des Werkstücks berechnet. Werk­ zeugabmessungen und Querschnitte des Werkstücks sowie einma­ lig bestimmte Maschinenparameter sowie die Position zwischen Werkstück und Werkzeug werden erfaßt und zur Regelung mit dem Ziel der Vermeidung negativer Eintrittswinkel verwendet.

Ein schonender Sägebetrieb wird bei der dritten Funktion dadurch erreicht, daß der Vorschub und/oder die Schnittge­ schwindigkeit auf der Basis empirisch bestimmter Daten, die im Host-Rechner gespeichert sind, geregelt wird.

Hierbei besteht die Möglichkeit, daß der Bediener zusätzlich Erfahrungswerte manuell eingibt oder die Maschine einen Lern­ prozeß durchführt, wodurch die in Dateien vorhandenen Daten qualifiziert werden.

Ergänzend kann zur Vermeidung von unerwünschten Maschinen- Resonanzen eine periodische Drehzahlvariation angewandt wer­ den.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len und Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigt:

Fig. 1 den Aufbau einer Kreissägemaschine und die Anord­ nung der Sensoren für die Erfassung der Zustandsparameter,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für eine adaptive Regelung einer Kreissägemaschine,

Fig. 3 eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Vorverar­ beitung von Schwingungsmeßwerten,

Fig. 4a bis 4d den Verlauf der Sensorsignale während eines Säge­ hubs,

Fig. 5a und 5b Beispiele von Strategien zur Stabilisierung eines Kreissägeprozesses,

Fig. 5c das Ergebnis der Stabilisierung des Sägeprozesses bei Signalauswertung mittels Tiefpaß und Wandler­ karte,

Fig. 5d den Verlauf der Stabilisierung bei Verwendung eines Transientenrecorders,

Fig. 5e das Ergebnis der Stabilisierung mit der dritten und vierten Strategie und rechnerinterner Signalauswer­ tung und Verwendung eines Transientenrecorders,

Fig. 6a und 6b eine Darstellung der Wahl der Schnitt- bzw. Vor­ schubgeschwindigkeit bei variierender Eingriffs­ größe,

Fig. 6c den Schwingungsverlauf gemäß dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 6a, b,

Fig. 7a und 7b eine Darstellung des Verlaufs des Motorstromsignals mit und ohne Exzentrizitätsausgleich und

Fig. 7c eine Darstellung der Variation der Vorschubge­ schwindigkeit zum Exzentrizitätsausgleich.

Der in Fig. 1 gezeigte Gesamtaufbau einer Kreissägemaschine mit digitaler adaptiver Regelung und Steuerung zeigt das Kreissägeblatt 1, welches über ein Getriebe 2 in eine rotato­ rische Bewegung versetzt wird. Das Getriebe 2 steht mit einem nicht gezeigten Motor in Verbindung, dessen Strom I erfaßt wird. Die Drehwinkelstellung des Sägeblatts 2 wird mit Hilfe eines Winkelstellungssensors 3, z. B. eines potentiometrischen Drehwinkelsensors, gemessen. Ein Schwingungssensor 4 ist der­ art an einem Maschinenteil der Kreissägemaschine 5 angeord­ net, daß rotatorische Beschleunigungen erfaßt werden können. Zweckmäßigerweise ist der Schwingungssensor 4 als piezoelek­ trischer Sensor ausgebildet.

Der Schlittenweg X wird mit Hilfe eines translatorischen Weg­ meßsystems 6, welches z. B. ein Linearpotentiometer sein kann, erfaßt. Das zu trennende Werkstück weist das Bezugs­ zeichen 8 auf. Im Falle der Verwendung anderer Vorschubkine­ matiken, z. B. Schwenkarmvorschub, sind entsprechend andere (u. U. rotatorische) Sensoren zur Erfassung der Sägeblatt­ stellung zu verwenden.

Als Zustandssignale der Werkzeugmaschine werden also der Schlittenweg X, die Winkelstellung des Sägeblatts O und Schwingungen sowie der Motorstrom I des Hauptantriebsmotors bestimmt. Die entsprechenden Signale gelangen auf einen Ana­ log/Digital-Wandler 9, welcher mit einem Host-Rechner 10 in Verbindung steht.

Die Schwingungen werden mit einer speziellen Signalverar­ beitungsbaugruppe 11, welche später erläutert wird, vorverar­ beitet. Mittels dieser Baugruppe kann ein empirischer Grenz­ wert vorgegeben und ein Überschreiten dieses Grenzwertes festgestellt werden.

Der Host-Rechner 10 ermöglicht eine menügeführte Bedienung und Steuerung der Werkzeugmaschine. Ausgangsseitig liefert der Host-Rechner 10 über einen D/A-Wandler 12 Signale zur Einstellung der Betriebsparameter der Kreissägemaschine 5. Diese Signale sind zum einen ein Schlittenvorschubsignal vf und zum anderen ein Schnittgeschwindigkeitssignal vc. Diese Sollwertsignale werden zweckmäßigerweise über eine Anpas­ sungsbaugruppe 13 pegelangepaßt.

Es wird also über die im Beispiel vorhandenen zwei analogen Ausgänge des Host-Rechners 10 die Drehzahl der nicht gezeig­ ten einzelnen Antriebsmotoren und damit die Schnitt- und Vor­ schubgeschwindigkeit vc und vf eingestellt.

Die sensorseitig erfaßten Signale, nämlich die Schlittenposi­ tion X, der Sägeblattwinkel Φ, die Winkelbeschleunigung bzw. die Schwingungen z. B. am Ort der Getriebeeingangswelle und der Ankerstrom I werden zur Gewährleistung der adaptiven Grenzregelung herangezogen.

Es hat sich gezeigt, daß die Möglichkeit der analogen Signal­ verarbeitung zur sicheren Schwingungs- bzw. Rattererkennung deutlich kostengünstiger ist als die bekannte Methode der Echtzeitfrequenzanalyse. Die Verwendung eines Winkelbeschleu­ nigungssensors als Rattersensor 4 erlaubt daher eine sichere Diagnose des Stabilitätszustands der Kreissägemaschine 5.

Die einlaufenden Zustandssignale werden nun mit einem Prozeß­ modell, welches das dynamische Verhalten der Kreissägema­ schine kennzeichnet, verglichen. Dieser Vergleich bzw. diese Auswertung wird mit dem Host-Rechner 10 vorgenommen. Im Ergebnis der Auswertung werden signifikante Aussagen über einzuhaltende stabile Schnittbereiche und Strategien zur Stabilisierung eines instabilen Prozesses sowie über die Am­ plituden fremderregter Schwingungen getroffen.

Das im Host-Rechner ablaufende Steuerprogramm erkennt das Auftreten von Abweichungen unter Zuhilfenahme der Ausgangssi­ gnale des Schwingungssensors und ändert daraufhin die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit so, daß die Schwingung abklingt. Alternativ kann der Verlauf der Schnitt- und Vor­ schubgeschwindigkeit über den Sägehub durch den Host-Rechner 10 so vorgegeben werden, daß bei veränderlicher Eingriffs­ größe, z. B. Sägen von Rundmaterial, von vornherein zu keinem Zeitpunkt negatives Betriebsverhalten auftritt, wobei ent­ sprechende Verläufe der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit off-line empirisch oder analytisch anhand eines Modells ermittelt werden.

Zusätzlich kann mittels des Host-Rechners 10 eine phasenrich­ tige sinusförmige Variation der Vorschubgeschwindigkeit vor­ genommen und dadurch eine möglicherweise vorhandene Exzentri­ zität des Sägeblatts 1 ausgeglichen werden.

Dadurch, daß die verwendeten A/D- bzw. D/A-Wandler 9, 12 vor­ teilhafterweise als standardisierte Analog-Digital-Schnitt­ stelle, sog. A/D-D/A-Karten ausgebildet sind, ist es möglich, als Host-Rechner 10 handelsübliche PC-Rechner zu verwenden und diese mit einer entsprechenden A/D-D/A-Karte zu ergänzen. Hierdurch können auch vorhandene Werkzeugmaschinen, insbeson­ dere Kreissägemaschinen kostengünstig umgerüstet werden.

Das in der Fig. 2 gezeigte Prinzipschaltbild für eine adap­ tive Steuerung und Regelung einer Kreissägemaschine zeigt die Kreissäge 5, welche mit dem Host-Rechner 10 zusammenwirkt. Über den Host-Rechner 10 wird, wie bereits in Fig. 1 erläu­ tert, eine Übernahme von Zustandsparametern, wie z. B. von Schwingungen und die entsprechende Verarbeitung dieser Zustandssignale vom A/D-Wandler 9 vorgenommen, wobei der Host-Rechner 10 über den D/A-Wandler 12 Vorgabewerte für Schnittgeschwindigkeit vc und Vorschub vf liefert, die auf eine maschinenseitig ggf. bereits vorhandene Steuerung ein­ wirken.

Mittels des Systems nach Fig. 2 kann die Kreissägemaschine unterhalb, und im optimalen Bereich möglichst nahe an ihrer Stabilitätsgrenze bzw. Leistungsgrenze betrieben werden. Hierfür sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Ansätze denkbar. Zum einen kann das Betriebsverhalten vorab simuliert und daraus off-line ein schwingungsarmer Verlauf von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit vc und vf über den Sägehub ermit­ telt werden. Hier liegt eine sog. offene Signalkette und damit eine adaptive Steuerung vor. Diese alternative Variante ist mit dem gestrichelten Pfeil, der die Verbindung zwischen dem Schwingungssensor 4 der Kreissäge 5 und dem Host-Rechner 10 kennzeichnet, dargestellt.

Wird hingegen eine Diagnose des Stabilitätszustands unter Verwendung aktueller Zustandssignale, nämlich vom Schwin­ gungssensor 4, vorgenommen und bei Erkennung von abweichendem Betriebsverhalten nach einer zuvor festgelegten Verfahrens­ strategie eine Veränderung der Betriebsparameter vorgenommen, so ist die Signalkette geschlossen, und es erfolgt eine adap­ tive Regelung.

Im unteren Teil der Fig. 2 ist dargestellt, wie mit Hilfe eines Prozeßmodellrechners 14 eine ggf. on-line mögliche Ana­ lyse des Betriebsverhaltens durchgeführt werden kann. Diese Analyse kann aber auch off-line unter Verwendung einer Viel­ zahl von abgespeicherten, einen Sägeprozeß kennzeichnenden Betriebsparametern durchgeführt werden und z. B. über einen Diskettenaustausch auf den Host-Rechner 10 mit dem Ziel eines Lernprozesses übertragen werden.

Im Falle der Kopplung einer oder mehrerer Maschinen über ein Netzwerk kann die vorerwähnte On-line-Analyse des Betriebs­ verhaltens mittels eines Fileservers 15 durchgeführt werden. Der Fileserver 15 kann zusätzlich Berechnungs- und Steue­ rungsaufgaben für mehrere Host-Rechner 10, d. h. letztendlich eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen, insbesondere Kreissäge­ maschinen 5 in einer komplexen Fertigungseinrichtung überneh­ men.

Mit Hilfe der in der Fig. 1 gezeigten Sensorik, insbesondere dem beispielhaften translatorischen Wegmeßsystem 5, kann die Position des Werkstückschlittens erkannt und in Verbindung mit bekannten Geometriedaten des Werkstücks und des Werkzeugs eine Berechnung der aktuellen Eingriffsverhältnisse zwischen Werkstück und Werkzeug erfolgen. Hiernach wird mit Hilfe des Host-Rechners 10 die dynamische Belastung der Maschine be­ stimmt.

Wie dargelegt, kann als Schwingungssensor 4 ein rotatorisch oder translatorisch messender Piezo-Beschleunigungsaufnehmer oder ähnliches angewendet werden. Dadurch, daß eine sog. Rat­ terschwingung nicht nur mit starken rotatorischen Schwingun­ gen an der Sägewelle einhergeht, sondern daß nahezu der gesamte Antriebstrang bis hin zu einer möglicherweise vorhan­ denen Keilriemenstufe zu entsprechenden Schwingungen angeregt wird, kann der Schwingungssensor 4 an verschiedenen Stellen des Antriebsstrangs angeordnet werden.

Aufgrund der Übersetzungen innerhalb des Getriebes 2 sind allerdings die Schwingungsamplituden am Getriebeeingang wesentlich höher als an der Arbeitsspindel, so daß bei einer vorteilhaften Anordnung des Rattersensors 4 am Getriebeein­ gang ein größeres Meßsignal mit höherem Signal-Rauschabstand gegeben ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Ratter­ sensors 4 an der Getriebeeingangswelle liegt darin, daß ein Sägeblattwechsel nicht unnötig erschwert wird.

Um zur bereits erwähnten Beseitigung der Auswirkungen einer Sägeblattexzentrizität die Vorschubgeschwindigkeit phasen­ richtig wechselweise senken und erhöhen zu können, wird zusätzlich die augenblickliche Winkelstellung des Sägeblatts 1 mittels des Winkelstellungssensors 3 erfaßt. Der hier vor­ teilhafterweise verwendete ohmsche Winkelaufnehmer ist bei­ spielsweise am Sägeflansch montiert. Alternativ kann der Win­ kelstellungssensor 3 an der gegenüberliegenden Stirnseite der Sägewelle angebracht werden, so daß ein Wechsel des Säge­ blatts 1 nicht erschwert wird.

Es hat sich gezeigt, daß der Ankerstrom I des Hauptantriebs­ motors in hervorragender Weise zur Erkennung einer Exzentri­ zität des Sägeblatts 1 geeignet ist.

Für den Zusammenhang zwischen dem Motorstrom I, der Sägeblat­ texzentrizität e und dem Drehwinkel Φ unter Berücksichtigung der Vor-/Nachschneidergeometrie gilt folgende Beziehung:

I(t) = I0 × [1 + e/fZN × sin (Φ(t) + Φ0)].

Hierbei ist I0 der Motorstromwert bei ideal zentrischem und der zeitlich gemittelte Stromwert bei exzentrischem Säge­ blatt, fZN der Vorschub je gleichartigem Zahn und Φ0 der Win­ kel, durch den die Lage der Exzentrizität relativ zum Null- Wert des Winkelaufnehmers gekennzeichnet ist. Die Phasenlage Φ0 wird nach jedem Sägeblattwechsel durch einen einmaligen Testschnitt ermittelt. Alternativ kann der Steuerungs-PC Φ0 und e in einem sich über einen oder mehrere Schritte erstreckenden Lernprozeß ermitteln.

Mittels der Fig. 3 soll eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Vorverarbeitung von Schwingungssignalen gezeigt werden. Ziel ist es, die bisher verwendeten aufwendigen Verfahren der Echtzeit-Frequenzanalyse zu vermeiden und dem Aufwand insbe­ sondere bei der Umrüstung bereits vorhandener Kreissägema­ schinen auf das erfindungsgemäße Verfahren zu verringern.

Die vom Schwingungssensor 4 (piezoelektrischer Sensor) erzeugte Ladungsmenge wird zunächst mittels eines Ladungsmeß­ verstärkers 16 in ein entsprechend proportionales Spannungs­ signal umgewandelt. Aus umfangreichen Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß die Frequenzen von Ratterschwingun­ gen an einer bestimmten Maschine stets in einem bestimmten Frequenzabstand, z. B. 130 bis 160 Hz bei einem konkreten Typ, liegen.

Das Ausgangssignal des Meßverstärkers 16 wird einem Bandpaß zugeführt. Dieser Bandpaß besteht aus einem Tiefpaß 17 und einem Hochpaß 18. Über einen weiteren Verstärker 19 gelangt das Ausgangssignal des Bandpasses auf einen Vierweggleich­ richter 20. Am Ausgang des Vierweggleichrichters 20 steht ein auf- und abschwellendes Gleichspannungssignal zur Verfügung, dessen zeitlicher Mittelwert als Maß für die Ausprägung der für das Betriebsverhalten negativen Schwingungen angesehen wird. Der zeitliche Mittelwert wird entweder durch Filterung mit einem weiteren Tiefpaß 21 und nachfolgender A/D-Wandlung gewonnen oder indem das Ausgangssignal an einen Transienten­ recorder 22 angelegt wird und anschließend über einen Daten­ bus 23 dem Host-Rechner 10 zur Bewertung und unmittelbaren Untersuchung zugeführt wird.

Mit der gezeigten Schaltungsanordnung wird analog zu den das Betriebsverhalten negativ beeinflussenden Schwingungen ein Spannungsgrenzwert definiert, wobei ein im Host-Rechner 10 implementiertes Programm das Überschreiten dieses Spannungs­ wertes als unzulässig interpretiert.

Mit den Fig. 4a bis d soll der Verlauf der Sensorsignale während eines Sägehubes erläutert werden. Bei der Aufnahme der entsprechenden Signalverläufe war der Exzentrizitätsaus­ gleich und die adaptive Regelung bzw. Steuerung inaktiv. Als Abszissenparameter wurde der Index der Programmschleife gewählt. Da die Ablaufgeschwindigkeit des implementierten Programms im Host-Rechner unverändert blieb, ist dieser Schleifenindex der Zeit unmittelbar proportional, so daß die Abszisse auch als Zeitachse interpretiert werden kann.

Fig. 4a zeigt den Verlauf des Schwingungssignals in Volt über die Zeit, Fig. 4b den Sägestromverlauf ebenfalls über die Zeit. Fig. 4c zeigt den Drehwinkelverlauf Φ, und Fig. 4d die Schlittenposition ebenfalls über die Zeit.

Der Schlittenpositionswert steigt linear während eines Arbeitshubes langsam an und geht, wie dies die Fig. 4d zeigt, während des Rückhubes mit Eilganggeschwindigkeit auf die Aus­ gangslage 0 mm zurück.

Da mit einem exzentrischen Sägeblatt gesägt wurde, ist im Verlauf des Sägestromes I nach Fig. 4b deutlich die funktio­ nale Abhängigkeit vom Drehwinkel gemäß der weiter oben genannten Beziehung erkennbar.

In den gezeigten Signalverläufen gemäß Fig. 4 treten trotz der Exzentrizität noch keine das Betriebsverhalten negativ beeinflussenden Schwingungen auf, so daß hier das Schwin­ gungssignal gemäß 4a stets unterhalb des als zulässige Grenze definierten Spannungswertes bleibt.

Anhand der Fig. 5a und 5b soll nun dargestellt werden, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Auftreten von das Betriebsverhalten negativ beeinflussenden Schwingungen entgegengewirkt werden kann und welche Strategien zur Stabi­ lisierung des Kreissägeprozesses verwendet werden.

Die Fig. 5b zeigt dabei Schnittgeschwindigkeits-Vorschub- Diagramme und die Fig. 5a dient der Erläuterung der Stabili­ tätsverhältnisse entsprechend unterschiedlicher Stabilisie­ rungsstrategien.

Gemäß den gezeigten Diagrammen wird beim Auftritt von das Betriebsverhalten negativ beeinflussenden Schwingungen entwe­ der aufgrund von Erfahrungswerten oder durch den Host-Rechner selbsttätig eine Strategie für die Änderung der Betriebspara­ meter beim Auftreten von Rattern ausgewählt. So wurde bei­ spielsweise festgestellt, daß dann, wenn der Vorschub pro Zahn bei einem Maschinentyp deutlich oberhalb eines Wertes von 0,03 mm liegt, eine Verringerung des Vorschubes stabili­ sierend wirkt. Soll allerdings keine Verringerung der Trenn­ rate hingenommen werden, wird umgekehrt proportional zum Vor­ schub die Schnittgeschwindigkeit erhöht. Dies entspricht der Strategie 1. In dem Schnittgeschwindigkeits-Vorschubdiagramm gemäß der Fig. 5b ist dies eine Bewegung entlang einer Linie konstanter Vorschubgeschwindigkeit, die in diesem Diagramm hyperbolischen Verlauf aufweist.

Der Sägeprozeß bewegt sich also hier hin zu höheren Stabili­ tätsreserven. Die Strategie 1 ist immer dann zweckmäßig, wenn zu Beginn des Schnitts eine Schnittgeschwindigkeit im Bereich eines Stabilitätsminimums oder geringfügig oberhalb davon, jedoch unterhalb eines Stabilitätsmaximums gewählt wurde. Hier soll nämlich sowohl die Minderung des Vorschubs als auch die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit stabilisierend wir­ ken.

Liegt die Schnittgeschwindigkeit zu Beginn oberhalb eines Stabilitätsmaximums und unterhalb eines Stabilitätsminimums, so wird nur die Schnittgeschwindigkeit gesenkt, der Vorschub pro Zahn aber konstant belastet (Strategie 2).

Hier ist es zweckmäßig, auf eine Erhöhung des Vorschubs zu verzichten, um den Prozeß nicht zu instabilisieren. Da aufga­ bengemäß der Stabilisierung des Sägeprozesses eine höhere Priorität zukommt als der Erhaltung der Trennrate, kann eine geringe einhergehende Verringerung der Vorschubgeschwindig­ keit hingenommen werden. Erreicht aber die Schnittgeschwin­ digkeit den Wert eines Stabilitätsmaximums, so wird bei anhaltender gemessener das Betriebsverhalten negativ beein­ flussender Schwingungen ab diesem Zeitpunkt der Vorschub pro Zahn abgesenkt und die Schnittgeschwindigkeit konstant gehal­ ten. Dies entspricht der Strategie 3.

Die hiermit verbundene Verringerung der Trennrate ist unver­ meidbar. Wird bei dieser dritten Strategie bis hin zu einem Vorschub von 0,03 mm je Zahn eine ruhige Schnittbedingung nicht erreicht, wird der Sägevorgang abgebrochen.

Alternativ zur ersten Strategie ist auch die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit bei konstantem Vorschub möglich (Strategie 4). Hierbei wird mit der Stabilisierung gleichzei­ tig eine Erhöhung der Trennrate erreicht.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß bei der Verwendung von einfachen A/D- und D/A-Wandlerkarten zur Digitalisierung der Schwingungssignale in der Signalkette das erwähnte Tiefpaß­ filter 21 eine sehr geringe Grenzfrequenz aufweisen muß. Hierdurch kann jedoch bei Änderung des Eingangssignals ein Überschwingen des Ausgangssignals auftreten. Dies führt dazu, daß bei Änderung der Betriebsparameter ein Einschwingvorgang abgewartet werden muß, ehe eine erneute Diagnose des Stabili­ tätszustands vorgenommen wird. Um diesem Nachteil zu begeg­ nen, wird der erwähnte Transientenrecorder eingesetzt. Damit kann in kürzerer Zeit auf eine Veränderung der Zustandssi­ gnale durch Korrektur der Betriebsparameter reagiert werden.

Mit der Fig. 5c soll das Ergebnis der Stabilisierung des Sägeprozesses bei Signalauswertung mittels Tiefpaß und D/A- Wandlerkarte erläutert werden. Die Schnittgeschwindigkeit wird hier vom Ausgangswert von 80 m/Min. in insgesamt fünf Schritten bis auf ca. 93 m/Min. gemäß der ersten Strategie gesteigert, bis das auftretende Schwingungssignal dauerhaft unter einen Grenzwert von 0,25 Volt sinkt und ruhige Schnitt­ bedingungen gegeben sind. Gleichzeitig wird der Vorschub je Zahn von 0,9 mm auf ca. 0,77 mm reduziert. Stabile Verhält­ nisse werden nach ca. 200 von insgesamt 600 Programmschlei­ fendurchläufen erreicht.

Die Fig. 5d hingegen, die den Verlauf der Stabilisierung bei Verwendung des Transientenrecorders und rechnerinterner Signalauswertung zeigt, läßt erkennen, daß zwar die Einlese­ vorgänge zur Übertragung der Zustandssignal- bzw. Meßdaten in den Host-Rechner mehr Zeit in Anspruch nehmen, da nicht nur ein Meßwert, sondern eine Folge mehrerer hundert Meßwerte mit hoher Abtastrate eingelesen werden. Letztendlich läßt sich jedoch nach einem wesentlich kürzeren Durchlauf ein deutlich schnelleres Beseitigen der auftretenden Schwingungen errei­ chen, da keine Einschwingvorgänge abgewartet werden müssen. Bereits nach etwa 40 von 250 Programmschleifendurchläufen ist der endgültige Wert der Schnittgeschwindigkeit schon annä­ hernd erreicht. Wie erkennbar, greift bei kurzzeitigem Über­ schreiten des hier mit 0,2 Volt festgelegten Grenzwerts der Rechner mehrmals erneut ein und verändert die Schnittge­ schwindigkeit bis geringfügig über 80 m/Min.

Die Fig. 5e zeigt die Stabilisierung des Sägevorgangs mit der Strategie 3 und 4 sowie rechnerinterner Signalauswertung und Verwendung eines Transientenrecorders. Hier ist erkennbar, daß mittels der vierten Strategie nach sehr kurzer Zeit ein Stabilitätsmaximum hinsichtlich der Schnittgeschwindigkeit erreicht wurde. Danach ändert das Programm selbsttätig die Stabilisierungsstrategie und verringert den Vorschub pro Zahn gemäß der dritten Strategie, bis keine das Betriebsverhalten negativ beeinflussenden Schwingungen mehr auftreten.

Mit Hilfe der Fig. 6a, b wird dargestellt, wie die Schnitt­ größe bzw. die Betriebsparameter gewählt werden, wenn die Eingriffsgröße variiert.

Die bisher erläuterte adaptive Regelung bewirkt beim Trennen von anderen als Rechteckquerschnitten, z. B. von Vollkreis­ querschnitten, daß der Vorschub pro Zahn bis hin zur Mitte des Werkstücks, wo aufgrund der maximalen Eingriffslänge auch die maximale dynamische Belastung der Maschine auftritt, auf ein Minimum abgesenkt wird. Aufgrund der geregelten Verände­ rung der Betriebsparameter nur in eine Richtung würden die einmal erreichten Werte bis hin zum Austritt des Werkzeugs und danach für das nächste Werkstück beibehalten bleiben, was zu einer Verringerung der Effektivität des Trennvorgangs führt und aus technologischen Gründen nicht sinnvoll ist.

Aufgrund dessen wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine spezielle adaptive Steuerung benutzt, wobei in einem Off-line-Verfahren zunächst ein Sägevorgang simuliert wird, indem eine Analyse des Betriebsverhaltens in Abhängig­ keit von der Schlittenstellung durchgeführt wird.

Mittels dieser Analyse des Betriebsverhaltens wird durch Berechnung der Eintrittsverhältnisse erkannt, in welchen Positionsbereichen bei der anfangs gewählten Kombination von Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub die Stabilitätsgrenze überschritten wird. An dieser Stelle wird die Vorschubge­ schwindigkeit pro Zahn in vorgegebenen Schritten solange ver­ ringert und die Schnittgeschwindigkeit ggf. erhöht, bis sich als Ergebnis der Prozeßmodellrechnung stabile Bedingungen ergeben. Dies ist in den Fig. 6a, b durch den Verlauf des Vorschubs über den Sägehub bzw. die Schlittenposition und den Verlauf der Schnittgeschwindigkeit über die Schlittenposition gezeigt.

Fig. 6c zeigt nun das Ergebnis der bei dem Ausführungsbei­ spiel gemäß 6a, b vorgenommenen Veränderung der Schnittgrößen bei variierender Eingriffsgröße. Der Signalverlauf des Schwingungssensors über der Zeit bei Anwendung der adaptiven Steuerung ist im oberen Teil der Fig. 6c gezeigt. Der untere Teil der Fig. 6c zeigt den Verlauf der Schwingungen bei kon­ stanten Schnittbedingungen, wobei deutlich wird, daß für einen Zeitraum von ca. 15 sec. deutlich überhöhte Schwingun­ gen und damit ein instabiler Betrieb der Sägemaschine auf­ tritt.

In dem unteren Bildteil der Fig. 6c ist darüber hinaus erkennbar, daß beim Sägen ohne adaptive Steuerung während des Auftretens überhöhter Schwingungen kurzzeitig Rückwärtsdre­ hungen der Sägeachse auftreten. Auch dieser Nachteil, der zu einer hohen Werkzeugbelastung führt, wird mittels des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens vermieden.

Bei dem gezeigten Beispiel gemäß Fig. 6a und b wurden Schnitt und Vorschub pro Zahn entsprechend der ersten Strategie geän­ dert, d. h. so aufeinander abgestimmt, daß die Vorschubge­ schwindigkeit konstant bleibt und damit keine Einbuße in der Trennrate und in der Produktivität der Kreissägemaschine auf­ tritt.

Mit Hilfe der Fig. 7a bis c soll dargestellt werden, wie durch geeignete sinusförmige Variationen der Vorschubge­ schwindigkeit die Exzentrizität des Sägeblatts ausgeglichen werden kann.

Wie dargelegt, ist die Exzentrizität nach Betrag e und Pha­ senwinkel Φ0 relativ zum Drehwinkel Φ des Sägeblatts zuvor zunächst durch einen Testschnitt zu ermitteln. Während dieses Testschnitts werden bei konstanten Eingriffsverhältnissen das Maximum, das Minimum, der Mittelwert und die Winkellage des Maximums des Motorstroms I ermittelt. Hieraus können dann e und Φ0 berechnet werden. Ebenso kann ein Kernprozeß durchge­ führt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit wird dann nach fol­ gender Beziehung variiert, wobei die Phasenlage ΦPC vom Wert Φ0 und durch zeitliche Verzögerungen durch die Abarbeitung des Programms mittels des Host-Rechners und den A/D- und D/A- Wandlungen bestimmt wird:

vf = vf0 × [1 + e/fZN × sin (Φ + ΦPC)].

Die Fig. 7a, b zeigen nun den Verlauf des Sägestroms I ohne und mit Exzentrizitätsausgleich. Dabei ist erkennbar, daß der Exzentrizitätsausgleich auch während der Anschnittsphase, in der instationäre Schnittbedingungen vorliegen, wirksam ist.

Der Exzentrizitätsausgleich wird nun, wie dies in der Fig. 7c, unten, dargestellt ist, durch eine periodische Variation der Vorschubgeschwindigkeit erreicht. Die Tatsache, daß durch eine Variation der Vorschubgeschwindigkeit gemäß der in der vorangegangenen Gleichung angegebenen Abhängigkeit vom Dreh­ winkel des Sägeblatts sowohl die Stromschwankungen als auch das niederfrequente Brummgeräusch beseitigt werden kann, wird deutlich, daß diese Effekte zweifelsfrei auf eine Exzentrizi­ tät des Sägeblatts zurückzuführen sind. Mit der speziellen periodischen Variation der Vorschubgeschwindigkeit und dem sich hieraus ergebenden Exzentrizitätsausgleich kann eine wesentlich höhere Standzeit des Werkzeug durch gleichmäßigere Abnutzung gewährleistet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also eine adaptive Grenzsteuerung und/oder Regelung eines Trenn-, insbesondere eines Kreissägeprozesses realisiert werden. Vorzugsweise wird bei im wesentlichen rechteckigem Werkzeugquerschnitt eine adaptive Regelung angewandt, wobei als Grenzparameter die on- line-meßtechnisch ermittelte Rattergrenze benutzt wird.

Beim Trennen von Rundmaterial erfolgt eine adaptive Steue­ rung, wobei eine ggf. off-line durchgeführte numerische Pro­ zeßsimulation herangezogen wird.

Zusätzlich kann die Exzentrizität des Sägeblatts durch sinus­ förmige Variation der Vorschubgeschwindigkeit ausgeglichen werden. Bei veränderten Querschnitten des Werkstücks, z. B. kompliziert profilierten Materialien, kann eine Kombination mit wechselseitiger Möglichkeit des Umschaltens zwischen Regelung und Steuerung vorgenommen werden.

Ein Host-Rechner wertet erfindungsgemäß über spezielle D/A- und A/D-Schnittstellen verschiedene Sensorsignale aus. Mit Hilfe des Host-Rechners kann bei der Einstellung von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit als wesentliche Betriebsparameter auch die Kontaktbedingung zwischen Schneide des Werkzeugs und Werkstück mit ihrem Einfluß auf die Standzeit des Werkzeugs berücksichtigt werden. Dies ergibt insbesondere bei Anwendung stoßempfindlicher Schneidstoffe wie Hartmetall Vorteile, da negative effektive Eintrittswinkel berücksichtigt werden. Unter negativem effektivem Eintrittswinkel wird verstanden, daß in diesem Falle die Sägezähne mit der Schneidkante auf das Werkstück auftreffen. Mittels der im wesentlichen frei programmierbaren Steuerung bzw. Regelung können auch bei ungünstigen Kontaktbedingungen schonende Betriebsparameter eingestellt, d. h. geringere Schnittgeschwindigkeit und Vor­ schübe gewählt werden. Hieraus resultiert eine weitere Erhö­ hung der Standzeit des Werkzeugs.

Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ein­ fluß verschiedener Störgrößen, die den wirtschaftlichen Betrieb einer Werkzeugmaschine beeinträchtigen, minimiert. Statische und dynamische Verformungen des Werkzeugs werden verhindert. Damit ergibt sich eine Verringerung der Lärmbela­ stung und eine Erhöhung der Standzeit der Maschinenkomponen­ ten und des Werkzeugs. Vorhandene im Regelfall nicht zu ver­ meidende Exzentrizitäten eines Kreissägeblatts bzw. rotieren­ den mehrschneidigen Werkzeuges werden ausgeglichen, so daß der Werkzeugverschleiß vergleichmäßigt und insgesamt eine höhere Standzeit gegeben ist.

Das vorgestellte Konzept der digitalen adaptiven Regelung und Steuerung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugma­ schine, insbesondere einer Kreissäge, greift auf eine einfa­ che analoge Verarbeitung des Drehbeschleunigungssignals, z. B. der Getriebewelle zurück, wodurch der Betriebszustand der Maschine diagnostiziert werden kann. Mit Hilfe eines Host- Rechners wird durch Vorgabe der Betriebsparameter einer unzu­ lässigen Abweichung des Prozesses entgegengewirkt. Im Host- Rechner sind aus einer Prozeßmodellrechnung resultierende Stabilisierungsstrategien abgelegt, die zur Steuerung bzw. Regelung der Betriebsparameter der betreffenden Werkzeugma­ schine verwendet werden. Für Rundmaterialien wird die adap­ tive Steuerung mit offener Signalkette bevorzugt, für die vorab anhand des Prozeßmodells ein bestimmter Verlauf der Betriebsparameter ermittelt wird, welcher einen ratterfreien Sägeschnitt gewährleistet. Die geschaffene Anordnung ermög­ licht ein Umsetzen und Anwenden der numerischen modellge­ stützten Stabilitätsanalyse für den praktischen Sägebetrieb.

Durch eine phasenrichtige, zur Drehbewegung des Werkzeuges synchrone, sinusförmige Variation der Vorschubgeschwindigkeit kann zusätzlich eine vorhandene Sägeblattexzentrizität ausge­ glichen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches der Vermeidung von dynamischen Instabilitätseffekten dient, kann auch bei ver­ wandten Fertigungsverfahren (insbesondere dem Fräsen) genutzt werden.

Claims (24)

1. Verfahren zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeug­ maschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dgl., gekennzeichnet durch

• - ein in einem Host-Rechner implementiertes Modellzustandsprogramm der Werkzeugmaschine, wobei der Host-Rechner aktuelle Zustandssignale der Werkzeug­ maschine empfängt und anhand der Zustandssignale und ggf. des Modellzustands ein das Zerspanverhalten beein­ trächtigendes Betriebsverhalten mittels numerischer Ana­ lyse feststellt oder ein solches Betriebsverhalten vor­ ausschauend berechnet, und
• - eine adaptive Regelung ausgewählter Betriebsparameter der Werkzeugmaschine, welche mit dem Ziel erfolgt, bei das Zerspanverhalten beeinträchtigendem Betriebsverhal­ ten die Betriebsparameter der Werkzeugmaschine zu Werten eines unter Nutzung des Modellzustandsprogramms berech­ neten oder vorgegebenen Bereichs dynamisch zu verändern, in dem ein vorbestimmtes Zerspanverhalten erreicht und eingehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aktuelle Zustandssignale mindestens das Schwingungs­ verhalten der Werkzeugmaschine erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsparameter der Werkzeugmaschine mindestens die Vorschubgeschwindigkeit (vf) und/oder die Schnittgeschwindig­ keit (vc) verändert bzw. geregelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Zustandssignal die Position zwischen Werk­ stück und Werkzeug (x) bestimmt wird und aus der bekannten Geometrie des Werkstücks aktuelle Eingriffsverhältnisse zwi­ schen Werkzeug und Werkstück mittels des Host-Rechners be­ rechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsbestimmung zwischen Werkstück und Werkzeug ein translatorisches oder rotatorisches Wegmeßsystem einge­ setzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Schwingungen der Werkzeugmaschine vor­ zugsweise ein rotatorisch messender Piezo-Beschleunigungsauf­ nehmer eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Zustandsparameter eines rotierenden Werk­ zeugs die Winkelstellung (Φ) des Werkzeugs, z. B. eines Kreis­ sägeblatts, erfaßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Zustandsparameter der Antriebsstrom (I) oder die Wirkleistung (P) eines elektrischen Hauptantriebsmotors der Werkzeugmaschine erfaßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen bzw. Überschreiten einer vorgegebenen Rat­ terschwingungsgrenze der Werkzeugmaschine als Betriebsparame­ ter die Vorschubgeschwindigkeit (vf) und/oder die Schnittge­ schwindigkeit (vc) mittels des Host-Rechners in vorgegebener Weise verändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen bzw. Überschreiten vorgegebener Amplituden­ schwankungen des Antriebsstroms (I) und/oder der Wirkleistung (P) des Hauptantriebsmotors oder Vorschubantriebsmotors der Werkzeugmaschine in Verbindung mit der momentanen Winkel­ stellung (Φ) des Werkzeugs auf Exzentrizität des Werkzeugs geschlossen und ein Exzentrizitätsausgleich über eine phasen­ richtige Regelung des Vorschubs mittels des Host-Rechners in vorgegebener Weise erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Verlauf des Antriebsstroms I(t) und der Exzentrizität (e) des Werkzeugs folgende Beziehung gilt: I(t) = I0 × [1 + e/fZN × sin Φ(t) + Φ0)]wobei
I0 der Motorstromwert bei ideal zentrischem Werkzeug,
fZN der Vorschub je gleichartigem Zahn und
Φ0 die Phasenlage der Exzentrizität zum Null-Wert des Dreh­ winkelaufnehmers ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit (vf) nach folgender Beziehung bestimmt wird: vf = vf0 × [1 + e/fZN × sin (Φ + ΦPC)]wobei
vf0 gleich Sollmittelwert der Vorschubgeschwindigkeit vf und
ΦPC ein durch die Phasenlage der Exzentrizität zum Null-Wert des Drehzahlaufnehmers und durch die zeitliche Verzögerung aufgrund der Signalumwandlung im Mikrorechner bestimmter Pha­ senlagenwert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den aktuellen, berechneten Eingriffsverhältnissen, z. B. Eingriffswinkel eines Werkzeugs, welches in ein Werk­ stück eingreift, und dem Vergleich mit einem empirisch ermit­ telten optimalen Regelungsverlauf die Vorschub- und/oder die Schnittgeschwindigkeit (vf, vc), welche im Host-Rechner abge­ speichert ist, eine schonende, werkzeugstandzeiterhöhende Einstellung der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte, optimale Regelungsverlauf durch einen werkzeugmaschinenabhängigen Lernprozeß oder ein Teach-in aktualisiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Schwingungen umgekehrt proportional zum Vorschub (fz) die Schnittgeschwindigkeit (vc) erhöht wird, wenn zu Beginn eines Schnitts die Schnittgeschwindig­ keit (vc) unterhalb eines Stabilitätsmaximums der Werkzeugma­ schine liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Ratterschwingungen dann, wenn zu Beginn eines Schnitts die Schnittgeschwindigkeit (vc) ober­ halb eines Stabilitätsmaximums der Werkzeugmaschine liegt, die Schnittgeschwindigkeit (vc) gesenkt und der Vorschub (fz) im wesentlichen konstant gehalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen eines Stabilitätsmaximums der Werkzeug­ maschine zunächst die Schnittgeschwindigkeit (vc) im wesent­ lichen konstant gehalten und beim Auftreten von Ratterschwin­ gungen der Vorschub (fz) gesenkt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Ratterschwingungen eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit (vc) bei konstantem Vorschub (fz) erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschub- und/oder Schnittgeschwindigkeit (vf, vc) in vorgegebenen Stufen diskontinuierlich erhöht oder verringert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Trennen eines Werkstücks mit einem vorbestimmten Querschnitt wie z. B. Vollkreisquerschnitt auf eine adaptive Steuerung der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine umge­ schalten wird, wobei anhand eines im Host-Rechner abgespei­ cherten Prozeßmodells für den vorbestimmten Werkstückquer­ schnitt wie Vollkreis, Rohr, Dreieck, Trapez, Doppel-T oder dgl. mit Vergleichsbetriebsparametern zum Erreichen optimaler Betriebsverhältnisse der Werkzeugmaschine und mittels Berech­ nung der aktuellen Eingriffsverhältnisse zwischen Werkzeug und Werkstück eine möglicherweise eintretende Überschreitung der Stabilitätsgrenze des Betriebsverhaltens bestimmt und dann in vorgegebenen Schritten der Betriebsparameter Vorschub (fz) verringert und ggf. die Schnittgeschwindigkeit (vc) mit dem Ziel des Beibehaltens oder Erreichens stabiler Betriebs­ bedingungen und einer insgesamt hohen Trennrate erhöht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Anstieg der Parameter Antriebsstrom (I) und/oder Wirkleistung (P) des Haupt- und/oder Vorschubantriebsmotors über einen längeren Zeitabschnitt ein Werkzeugverschleiß feststellbar ist.

22. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Parametern Antriebsstrom (I) und/oder Wirklei­ stung (P) des Haupt- und/oder Vorschubantriebsmotors und der Überwachung des Zustandsparameters der Winkelstellung (Φ) des Werkzeugs bei erkannten impulsartigen Antriebsstromspitzen auf einen möglichen Zahnbruch, das Ausmaß und die Lage eines derartigen Zahnbruchs geschlossen wird.

23. Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeug­ maschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dgl., gekennzeichnet durch einen Schwingungssensor (4) zur Erfassung der Winkelbe­ schleunigung bewegter Teile der Werkzeugmaschine (5), wobei beim Überschreiten eines vorgegebenen Winkelbeschleunigungs­ wertes bzw. einer Rattergrenze auf einen instabilen Betriebszustand der Maschine (5) geschlossen wird und mittels eines Rechners (10) Betriebsparameter der Maschine (5), ins­ besondere Vorschub- und/oder Schnittgeschwindigkeit (vf, vc) mit dem Ziel des Erreichens eines stabilen Zustands adaptiv geregelt werden, wobei die Position zwischen Werkstück (8) und Werkzeug (1) mittels eines translatorischen oder rotato­ rischen Wegmeßsystems (6) aktuell bestimmt wird.

24. Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeug­ maschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Stromdetektors der Antriebsstrom (I) des Hauptantriebsmotors der Maschine (5) überwacht wird und beim Überschreiten vorgegebener Amplituden bzw. Amplitudenschwan­ kungen des Antriebsstroms (I) auf eine Exzentrizität des Werkzeugs (1), insbesondere eines Sägeblatts geschlossen und unter Nutzung eines Winkelstellungssensors (3) eine phasen­ richtige Zuordnung der Amplitudenschwankungen zur Position des Werkzeugs erfolgt und die Vorschubgeschwindigkeit (vf) derart phasenrichtig sinusförmig variiert wird, daß die Exzentrizität des Werkzeugs (1) ausgeglichen wird.