-
Die
vorliegende Erfindung betrifft zuerst ein Werkzeugmaschinensystem,
das folgendes umfaßt: ein
Werkzeug zum Kaltformen eines Werkstücks über einen Arbeitszyklus, wobei
das Werkzeug eine fest daran montierte elektronische Einrichtung
aufweist, wobei die elektronische Einrichtung Mittel aufweist zum
Speichern von Daten einschließlich
Identifikationsdaten für
das Werkzeug und Arbeitsdaten für das
Werkzeug, wobei die Arbeitsdaten für das Werkzeug für das Werkzeug
verbleibende Werkzeuglebensdauer enthalten; eine Sensoreinrichtung,
die jeden Arbeitszyklus des Werkzeugs erfaßt; und mindestens eine Schnittstelleneinrichtung
in Kommunikation mit der elektronischen Einrichtung und der Sensoreinrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen
des Lebenszyklus eines Kaltformwerkzeugs in einem Kaltformungssystem,
wobei das Werkzeug eine fest daran montierte elektronische Einrichtung
aufweist.
-
Bei
Gewindewalzbacken (Matrizen), auf die sich die Erfindung bezieht,
werden Werkstücke
durch einen Walzprozeß zu
fertiggestellten Schrauben transformiert, wenn die Werkstücke zwischen
einem Paar von länglichen,
allgemein planaren Matrizen durchlaufen. Eine dieser Matrizen ist
stationär,
und die andere Matrize wird relativ zu der anderen versetzt, um
auf dem Werkstück
einen Oberflächenmaterialfluß zu erzeugen,
damit dadurch auf der Schraube ein kontinuierlicher schraubenförmiger Gewindeweg
ausgebildet wird. Bei den Gewindewalzbackenmaschinen, für die die
Erfindung besondere Anwendbarkeit besitzt, wird eine kürzere Matrize
eines Paars von Matrizen in stationärer Beziehung gehalten, während die
längere
Matrize in einer Richtung allgemein parallel zu einer longitudinalen
Referenzebene bewegt wird. Die Rotationsachse des Körpers des Werkstücks bewegt
sich longitudinal, wenn das Werkstück zwischen dem Paar Mat rizen
gewalzt wird. Der Durchmesser des fertigen Gewindes wird durch den
Durchmesser des Werkstücks
und den Abstand zwischen den Matrizen am fertigen Ende des Hubs
gesteuert. Die Matrizen sind so konfiguriert, daß, wenn das Werkstück über die
Matrizen rollt, das gewünschte
Gewinde auf dem Werkstück
ausgebildet wird. Das Gewindewalzen erfolgt auch unter Verwendung
von Zylinder- oder
Segmentwerkzeugen und -maschinen, und die vorliegende Erfindung
läßt sich
auf alle bekannten Konfigurationen anwenden.
-
Um
auf dem Markt wettbewerbsfähig
zu sein, müssen
Hersteller ein kosteneffektives Herstellungsumfeld aufrechterhalten
und müssen
auf Kundenanforderungen reagieren. Diese beiden Ziele können oftmals
miteinander konkurrieren. Beispielsweise können Kosten durch niedrige
Lagerbestände
von Rohmaterialien, Fertigprodukten und Werkzeugbestückung reduziert
werden. Wenn solche Lagerbestände
jedoch niedrig sind, ist der Hersteller möglicherweise nicht in der Lage,
schnell auf einen Kundenauftrag zu reagieren. Hersteller gehen in
der Regel einen Kompromiß ein,
wobei sie einen Mindestlagerbestand an Rohmaterialien und/oder Fertigprodukten
halten, so daß ein
hypothetischer Auftrag innerhalb einer akzeptablen Zeitperiode ausgeführt werden
kann. Solche Hersteller überwachen
auch ihre Werkzeugbestückung,
um sicherzustellen, daß die
neue Werkzeugbestückung
gerade dann erhalten wird, wenn die alte Werkzeugbestückung das
Ende ihrer effektiven Lebensdauer erreicht.
-
Jeder
Satz von Werkzeugen besitzt eine effektive Lebensdauer, die durch
eine größte Anzahl von
Arbeitszyklen definiert ist, die ausgeführt werden dürfen, bevor
der akkumulierte Verschleiß einen
weiteren Einsatz ausschließt.
Es gibt mehrere Faktoren, die die effektive Lebensdauer eines Werkzeugsatzes ändern kann.
Beispielsweise ist die Rate der Werkzeugabnutzung proportional zur
Materialhärte
der Werkstücke,
wobei die Rate der Matrizenabnutzung mit der Materialhärte zunimmt.
-
Folglich
ist die effektive Lebensdauer eines Matrizensatzes, der zum Ausbilden
von Gewinden an Werkstücken
verwendet wird, die aus einem relativ harten rostfreien Stahl bestehen,
niedriger als die effektive Lebensdauer eines identischen Matrizensatzes,
der zum Ausbilden von Gewinden an Werkstücken verwendet wird, die aus
einem relativ weichen Kohlenstoffstahl bestehen.
-
In
DE 19916757 A1 ,
das die Basis für
den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, wird ein Ansatz zum Berechnen
der restlichen Werkzeuglebensdauer in einer Preßmaschine offenbart durch Verwenden eines
Anhängers,
der Informationen über
den Einsatz der Matrizenbaugruppe speichert, insbesondere Daten
hinsichtlich der von der Matrize verarbeiteten Anzahl von Teilen.
Die restliche Werkzeuglebensdauer wird berechnet durch Subtrahieren
der Anzahl von Teilen, die hergestellt worden sind, von der größten Anzahl
von für
diese Matrize eingestellten Arbeitszyklen.
-
Das
effektive Überwachen
der effektiven Lebensdauer von Werkzeugsätzen, die verwendet werden,
um viele kleine Stückzahlen
herzustellen, und/oder die zum Herstellen von Komponenten verwendet
werden, die aus anderen Materialien bestehen, kann problematisch
sein. Wenngleich die Anzahl der in jedem Durchgang oder aus jedem
Material hergestellten Komponenten sich möglicherweise recht einfach
bestimmen läßt, sind
herkömmliche
Bestandskontrollsysteme zum Verfolgen der effektiven Lebensdauer
des Werkzeugsatzes mühsam,
was zu Fehlern führt,
die für
den Hersteller und den Lieferanten recht teuer sein können.
-
Kurze Darstellung der Erfindung
-
Ein
Werkzeugmaschinensystem, das folgendes umfaßt: Ein Werkzeug zum Kaltformen
eines Werkstücks über einen
Arbeitszyklus, wobei das Werkzeug eine fest daran montierte elektronische Einrichtung
aufweist, wobei die elektronische Einrichtung Mittel aufweist zum
Speichern von Daten einschließlich
Identifikationsdaten für
das Werkzeug und Arbeitsdaten für
das Werkzeug, wobei die Arbeitsdaten für das Werkzeug für das Werkzeug
verbleibende Werkzeuglebensdauer enthalten; eine Sensoreinrichtung,
die jeden Arbeitszyklus des Werkzeugs erfaßt; und mindestens eine Schnittstelleneinrichtung in
Kommunikation mit der elektronischen Einrichtung und der Sensoreinrichtung,
ist gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß eine
Mikroprozessoreinrichtung vorgesehen ist und in Kommunikation mit der
Schnittstelleneinrichtung steht, wobei die Mikroprozessoreinrichtung
konfiguriert ist zum a) Empfangen von Arbeitszyklusdaten von der
Sensoreinrichtung; b) Bestimmen der erwarteten Anzahl von Arbeitszyklen über die
Lebensdauer des Werkzeugs; c) Zugreifen auf die in der elektronischen
Einrichtung gespeicherten Identifikationsdaten und Arbeitszyklusdaten;
d) Berechnen der Anzahl von Arbeitszyklen, während der das Werkzeug verwendet
worden ist, anhand der Arbeitszyklusdaten; e) Subtrahieren der Anzahl
der Arbeitszyklen, während
denen das Werkzeug verwendet worden ist, von der erwarteten Anzahl
von Arbeitszyklen über
die Lebensdauer des Werkzeugs zum Bestimmen der verbleibenden Lebensdauer
des Werkzeugs; und f) Speichern der verbleibenden Lebensdauer des
Werkzeugs in der elektronischen Einrichtung.
-
Bevorzugt
ist die elektronische Einrichtung wie etwa ein Mikrochip in einem
Abdichtmaterial innerhalb einer Vertiefung in einer äußeren Oberfläche des
Werkzeugs verkapselt. Die elektronische Einrichtung kann eine Antenne
aufweisen, die sich innerhalb des Abdichtmaterials erstreckt, oder
eine elektrische oder faseroptische Leitung, die sich durch das
Abdichtmaterial zur Oberfläche
des Werkzeugs erstreckt.
-
Die
Werkzeugmaschinensystem-Schnittstelleneinrichtung enthält im allgemeinen
ein Prozeßüberwachungssystem
mit einem Tastenfeld, einem Monitor und einem Mikroprozes sor. Das
Prozeßüberwachungssystem
kann einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Werkzeugs
und/oder einen Strömungsdetektor
zum Überwachen
des Flusses von Kühlmittel
zum Werkzeug enthalten. Die Schnittstelleneinrichtung enthält auch
im allgemeinen ein tragbares elektronisches Lesegerät. Das tragbare
elektronische Lesegerät
enthält
eine erste Datenübertragungsschnittstelle
zum Senden und Empfangen von Signalen zu und von der elektronischen
Einrichtung, einen Speicher zum Speichern der von der elektronischen
Einrichtung empfangenen Signale und eine zweite Datenübertragungsschnittstelle
zum Übertragen
der gespeicherten Signale an das Prozeßüberwachungssystem. Das tragbare elektronische
Lesegerät
kann auch ein Display enthalten zum Betrachten der von der elektronischen Einrichtung
empfangenen Signale.
-
Das
Werkzeugmaschinensystem stellt ein Mittel bereit zum Überwachen
des Lebenszyklus des Werkzeugs. Jedes Kaltformwerkzeug besitzt eine
Lebensdauer, die als die Anzahl von Arbeitszyklen ausgedrückt werden
kann, die von dem Werkzeug erwartet werden kann, ehe solches Werkzeug
nicht länger ordnungsgemäß oder effizient
arbeitet. Die Sensoreinrichtung erfaßt jeden Arbeitszyklus des
Werkzeugs und überträgt Arbeitszyklusdaten
an die elektronische Einrichtung, wo solche Arbeitszyklusdaten gespeichert
und verarbeitet werden. Auf die in der elektronischen Einrichtung
gespeicherten Identifikationsdaten und Arbeitszyklusdaten wird von
dem Überwachungssystem
oder dem tragbaren elektronischen Lesegerät zugegriffen, und anhand dieser
Daten wird die Anzahl der Arbeitszyklen berechnet, während der
das Werkzeug verwendet worden ist. Das Subtrahieren der Anzahl von
Arbeitszyklen, während
denen das Werkzeug verwendet worden ist, von der erwarteten Anzahl
von Arbeitszyklen über
die Lebensdauer des Werkzeugs liefert ein Maß der verbleibenden Lebensdauer
des Werkzeugs.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Werkzeugmaschinensystems, das
die Werkzeugbenutzung automatisch überwacht, wodurch die Bestimmung
der verbleibenden Werkzeuglebensdauer erleichtert wird.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht auch in der Bereitstellung eines Werkzeugmaschinensystems,
das Identifikation und Lagerhaltung mehrerer Werkzeuge erleichtert.
-
Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen
und der Spezifikation.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
vorliegende Erfindung läßt sich
besser verstehen und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile ergeben
sich dem Fachmann unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
-
1 ein
Schemadiagramm einer ersten Ausführungsform
eines Werkzeugmaschinensystems gemäß der Erfindung;
-
2 eine
teilweise schematische Draufsicht auf die Werkzeugmaschine von 1,
umfassend eine kurze stationäre
Matrize und eine lange verschiebbare Matrize in einer angepaßten Position, wobei
die stationäre
Matrize eine einen Mikrochip enthaltende Vertiefung aufweist;
-
3 ein
Schemadiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensystems
gemäß der Erfindung;
-
4 eine
teilweise schematische Draufsicht auf die Werkzeugmaschine von 2,
umfassend eine stationäre
kurze Matrize und eine verschiebbare lange Matrize in einer angepaßten Position,
wobei die stationäre
Matrize eine Vertiefung aufweist, die einen Sensor und/oder einen
Mikrochip und/oder eine piezoelektrische Stromquelle enthält;
-
5 eine
schematische Ansicht des handgehaltenen elektronischen Lesegeräts von 1 und 3;
-
6a bis 6d eine
schematische Darstellung eines Kaltstauchprozesses unter Verwendung
einer dritten Aus führungsform
eines Werkzeugmaschinensystems gemäß der Erfindung und
-
7 teilweise
im Schnitt eine Perspektivansicht einer Langlochbohrmaschine unter
Verwendung einer vierten Ausführungsform
eines Werkzeugmaschinensystems gemäß der Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei der in allen Figuren gleiche
Zahlen gleiche Teile darstellen, werden eine stationäre Matrize 10 und
eine bewegliche Matrize 12 verwendet, um ein Gewinde auf
ein Werkstück
zu walzen, um durch ein Verfahren mit einer sich hin und her bewegenden
flachen Matrize eine fertige Schraube herzustellen. Die hin und her
bewegbare Matrize 12 bewegt sich relativ zur stationären Matrize 10 in
der Richtung der Pfeile 14 in 2 und 4,
um einen Walzzyklus zu definieren. Während das Werkstück longitudinal
zwischen dem Start- und Finalende 16, 18 der stationären Matrize 10 gewalzt
wird, entsteht auf dem Werkstück
ein Gewinde.
-
Wie
in 2 und 4 dargestellt, weisen die Matrizen 10, 12 jeweils
gegenüberliegende
Flächen 20, 22 auf,
die mit Graten und Nuten konfiguriert sind, die die Gewinde ausbilden
und beispielsweise die Steigung, den Außendurchmesser, den Innendurchmesser
und die Gewindeart der fertigen Schraube definieren. Die Matrizen 10, 12 dringen während jedes
Walzzyklus kooperativ allmählich
in das Werkstück
ein, um die fertiggestellte Schraube auszubilden. Die Matrizen 10, 12 sind
so konfiguriert, daß das
geringstmögliche
Ausmaß an
Walzarbeit in der Pausensektion erfolgt, um die Lebensdauer der Matrize
zu maximieren.
-
Ein
nicht dargestellter Starterfinger nimmt den Werkstückrohling
in Eingriff, um sicherzustellen, daß die sich bewegende Matrize 12 den
Rohling aufnimmt und den Walzprozeß beginnt. Bei den meisten Anwendungen
sind, wenn das Werkstück
am Startende 16, 24 jeder Matrize 10, 12 startet,
die Gewinde tief und scharf. In den Pausensektionen 26, 28 sind die
Gewinde eben und flacher. Die Startendegewinde sind scharf für leichteres
Eindringen, wenn die Schraube zu rollen beginnt, und werden entlang
der Matrizenlänge
ständig
breiter, bis sie schließlich
eine Breite und Tiefe gleich der gewünschten fertigen Gewindeform
erreichen. Die Matrizen 10, 12 sind ausgerichtet
oder „angepaßt", um das richtige
optimale Gewindekontinuum herzustellen. Die finale Matrizenform
wird als die Pausensektion 26, 28 bezeichnet und
erstreckt sich entlang der Matrize 10, 12 über eine
Entfernung, die lang genug ist, um die Schraube richtig zu dimensionieren.
Das Gewinde und die Spitze sind unmittelbar vor dem Trennen der
Matrizen vollständig
entwickelt.
-
Für jeden
Walzzyklus gibt es einen assoziierten Druckzyklus. Wie oben beschrieben
variieren die Schärfe
der Gewinde und die Gewindebreite entlang der Länge der Matrizen 10, 12.
Folglich variiert die von den Matrizen 10, 12 auf
das Werkstück
ausgeübte
Druckkraft mit dem Fortschritt des Werkstücks durch den Walzzyklus. Ein
idealer Druckzyklus kann berechnet und mit dem beobachteten Druckzyklus
eines arbeitenden Gewindewalzsystems verglichen werden als ein Mittel,
seine Leistung zu überwachen. Beispielsweise überwacht
das Prozeßüberwachungssystem
IMPAX/SK 3000TM die Walzdruckkraft über jeden
Walzzyklus des Gewindewalzsystems und zeigt sie an. Der ideale Druckzyklus
wird simultan angezeigt, so daß der
Bediener Echtzeitinformationen über
eine Abweichung von optimalen Systemarbeitsbedingungen erhält.
-
Das
Prozeßüberwachungssystem
IMPAX/SK 3000TM verwendet eine in einem
Matrizeneinstellblock montierte piezoelektrische Erfassungseinrichtung,
um den durch die Matrizen auf das Werkstück ausgeübten Druck zu erfas sen. Andere
herkömmliche
Gewindewalzsystem-Prozeßüberwachungssysteme
verwenden möglicherweise
andere Sensoren und ordnen diese Sensoren in dem Matrizenblock,
dem Rahmen oder dem Joch an.
-
Herkömmliche
Prozeßüberwachungssysteme
können
auf mehrere unterschiedliche Weisen verwendet werden. Eine anhaltende
Abweichung zwischen dem gemessenen Druckzyklus und dem idealen Druckzyklus
zeigt im allgemeinen an, daß das
Gewindewalzsystemsetup nicht ordnungsgemäß ist. Wenn dieser Fall eintritt,
kann der Bediener das Gewindewalzsystemsetup justieren, um solche
Abweichungen zu minimieren oder zu eliminieren und dadurch die Systemleistung
zu optimieren. Eine Abweichung kann anzeigen, daß während des Walzzyklus, in dem
die Abweichung beobachtet wurde, eine fehlerhafte Schraube produziert
wurde. Wenn dieser Fall eintritt, kann der Bediener die Ausgabe
des Gewindewalzsystems prüfen,
um die Qualität
des Produkts zu verifizieren.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 enthält eine
erste Ausführungsform 30 eines
Werkzeugmaschinensystems gemäß der Erfindung
ein Kaltformwerkzeug 32 wie etwa ein Paar flacher Gewindewalzmatrizen 10, 12 mit
einer eingebetteten elektronischen Einrichtung wie etwa einem Mikrochip 34.
Bevorzugt ist der Mikrochip 34 in einer Vertiefung 36 in
der stationären
Matrize 10 positioniert und ist innerhalb der Vertiefung 36 durch
ein Abdichtmaterial 38 wie etwa eine Vergußmasse oder
Epoxid, die die Vertiefung 36 gegenüber Infiltration durch teilchenförmige Materie
und Flüssigkeiten
abdichten, montiert. Auch eine sich von dem Mikrochip 34 aus
erstreckende Antenne 40 kann innerhalb des Abdichtmaterials 38 angeordnet
sein. Alternativ kann sich eine elektrische oder faseroptische Leitung 42 von
dem Mikrochip 34 durch das Abdichtmaterial 38 mindestens
zur Oberfläche
der stationären
Matrize 10 erstrecken.
-
Der
Mikrochip 34 enthält
mindestens einen Speicherabschnitt 44 und einen Datenübertragungsabschnitt 46.
Der Speicherabschnitt 44 besitzt ausreichend Speicherkapazität zum Speichern
von Werkzeugidentifikations- und Designdaten, die sich über die
Lebensdauer des Werkzeugs hin nicht verändern, und Werkzeugarbeitsdaten,
die während
der Verwendung des Werkzeugs bei dem Herstellungsprozeß aktualisiert
werden. Zu permanenten Werkzeugdaten für einen Satz Gewindewalzbacken
zählen
die Kundenteilenummer, die Herstellerteilenummer, Herstellungsinformationen,
Setup-Informationen wie etwa eine optimale Walzkraftkurve und die als
eine Anzahl von Walzzyklen ausgedrückte effektive Lebensdauer.
Zu den Arbeitsdaten für
einen Gewindewalzbackensatz 10, 12 können Datum/Zeit
jedes Setup, Datum/Zeit jedes Laufs, die Anzahl der Walzzyklen in
jedem Lauf, die Anzahl der Setupeinstellungen in jedem Lauf, Vorfälle anormaler
Kraft, Verschleißmusterdokumentationen
durch Lauf und die als eine Anzahl von Walzzyklen ausgedrückte verbleibende
Werkzeuglebensdauer zählen.
Der Mikrochip 34 speichert die permanenten Daten und die Arbeitsdaten
und überträgt diese
Daten bei Abfrage durch ein elektronisches Lesegerät. Der Datenübertragungsabschnitt 46 enthält alle
Schaltungskomponenten und/oder Software, die erforderlich ist, um
die Arbeitsdaten zu senden und zu empfangen. Es versteht sich, daß in der
vorliegenden Erfindung jede elektronische Einrichtung, die mindestens
den oben beschriebenen Speicher- und Datenübertragungsabschnitt 44, 46 aufweist
und die klein genug und robust genug ist, um an einem Kaltformwerkzeug 32 eingesetzt
zu werden, verwendet werden kann.
-
Die
Kaltformmaschine 48, in der das Kaltformwerkzeug 32 montiert
ist, enthält
ein Prozeßüberwachungssystem 50 mit
einem elektronischen Lesegerät 52,
das mit dem in dem Kaltformwerkzeug 32 eingebetteten Mikrochip 34 kommuniziert.
Eine derartige Kommunikation kann über Mikrowelle, HF, Infrarot
oder andere übliche
Strahlung aus dem elektromagnetischen Spektrum erfolgen. Das Prozeßü berwachungssystem 50 enthält auch
Sensoren 54 zum Detektieren verschiedener Arbeitsparameter
des Kaltformwerkzeugs 32. Zu den Sensoren 54 kann
ein Sensor wie etwa ein piezoelektrischer Sensor, der den Druckzyklus
erfassen kann, zum Detektieren des Betriebs des Kaltformwerkzeugs,
ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Kaltformwerkzeugs
oder ein Strömungsdetektor
zum Überwachen des
Kühlmittelflusses
zum Kaltformwerkzeug zählen. Das
Prozeßüberwachungssystem 50 kann
auch ein Tastenfeld 56 zum Eingeben von Daten, einen Monitor 58 zum
Anzeigen von Prozeßinformationen
wie etwa dem Druckzyklus und eine Datenausgabe 60 zu einem
Haupt-Scheduler-System oder einem Maschinensteuersystem enthalten.
Die Prozeßüberwachungssystemsensoren 54 und/oder
das Prozeßüberwachungssystemtastenfeld 56 werden
dazu benutzt, alle die Parameter einzugeben, die in dem Mikrochip 34 aufgezeichnet
werden. Ein Mikroprozessor 62 in dem Prozeßüberwachungssystem 50 führt alle
Berechnungen aus, die erforderlich sind, um die Eingangssignale
umzuwandeln oder die erfaßten oder
eingegebenen Daten in die für
die Speicherung im Mikrochip 34 erforderliche Form umzuwandeln. Beispielsweise
berechnet der Mikroprozessor 62 die verbleibende effektive
Lebensdauer des Kaltformwerkzeugs 32 auf der Basis der
Ausgabe des Sensors 54, der den Betrieb des Kaltformwerkzeugs 32 detektiert,
und der Daten über
die erwartete Lebensdauer und der Daten über den bisherigen Einsatz,
die im Mikrochip 34 gespeichert sind.
-
Bevorzugt
liefert das von dem Datenübertragungsabschnitt 46 des
Mikrochips 34 empfangene Daten/Abfragesignal die zum Aufzeichnen
der Daten und Antworten auf die Abfrage von dem Mikrochip 34 erforderliche
Leistung, und deshalb ist keine externe Stromquelle erforderlich.
Wenn das Daten-/Abfragesignal keine ausreichende Leistung liefert,
kann eine externe Stromquelle verwendet werden. Eine in der Vertiefung 36 montierte
Batterie kann als die externe Stromquelle verwendet werden. Auch
maschinell erzeugte Schwingungs leistung kann benutzt werden. Alternativ
kann eine Daten-/Stromverbindung zwischen dem Prozeßüberwachungssystem 50 und dem
Mikrochip über
eine elektrische Leitung 42 vorgesehen werden. Wenn eine
externe Stromquelle eingesetzt wird, kann der Mikrochip 34 verwendet werden,
um leistungsintensivere Funktionen auszuführen. Beispielsweise könnten die
vom Mikroprozessor 62 ausgeführten Berechnungen vom Mikrochip 34 ausgeführt werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 5 enthält das Werkzeugmaschinensystem
auch ein tragbares handgehaltenes elektronisches Lesegerät 64.
Das handgehaltene elektronische Lesegerät 64 enthält einen
Kommunikationsabschnitt 66, der die Schaltungskomponenten
und/oder Software umfaßt,
die erforderlich sind, um Daten- und Abfragesignale zu senden und
zu empfangen, eine Datenübertragungsschnittstelle 68 zum
Senden und Empfangen von Signalen an den und von dem Mikrochip 34 und
eine Datenübertragungsschnittstelle 70 zum Übertragen der
gespeicherten Daten an das zentrale Steuersystem oder irgend ein
anderes zentrales Überwachungssystem.
Das handgehaltene elektronische Lesegerät 64 enthält auch
einen Speicher 72 zum Speichern der als Reaktion auf die
Abfrage empfangenen Daten und kann ein Display 74 zum Betrachten
der von dem Mikrochip 34 empfangenen Daten enthalten.
-
Durch
das handgehaltene elektronische Lesegerät 64 erhält das vorliegende
Werkzeugmaschinensystem 30, 30' Flexibilität. Wenn beispielsweise das
Display 58 des Prozeßüberwachungssystems 50 sich
an einer Stelle befindet, die von dem Kaltformwerkzeug 32 entfernt
ist, gestattet das handgehaltene elektronische Lesegerät 64 dem
Bediener, die gespeicherten Daten abzufragen und zu betrachten, während er
sich an dem Kaltformwerkzeug 32 aufhält.
-
Zusätzlich zu
den Kaltformwerkzeugen 32, die sich in einem beliebigen
Augenblick in den Kaltformmaschinen 48 im Einsatz befinden,
besitzen die meisten Hersteller auch eine Werkzeugverwaltung, die
Werkzeuge 32 enthält,
die nicht aktiv verwendet werden. Wenn der Produktionslauf einer
ersten Art von Schraube abgeschlossen ist, wird der erste Matrizensatz 10, 12 (der
zum Produzieren der ersten Art von Schraube verwendet wurde) aus
der Kaltformmaschine herausgenommen, ein zum Produzieren der zweiten
Art von Schraube ausgelegter zweiter Matrizensatz 10, 12 wird
aus der Werkzeugverwaltung herausgenommen und in der Kaltformmaschine 48 montiert,
und die Kaltformmaschine 48 beginnt mit dem Produktionslauf
der zweiten Art von Schraube. Wenn der erste Matrizensatz 10, 12 das
Ende seiner effektiven Lebenszeit nicht erreicht hat, wird er in
der Werkzeugverwaltung zur Verwendung beim nächsten Produktionslauf der
ersten Art von Schraube plaziert. Wenn der erste Matrizensatz 10, 12 das
Ende seiner effektiven Lebensdauer erreicht hat, wird er entsorgt,
ein neuer erster Matrizensatz 10, 12 wird gekauft
und in der Werkzeugverwaltung plaziert. Deshalb enthält die Werkzeugverwaltung
allgemein neue Matrizensätze
und gebrauchte Matrizensätze. Mit
guten administrativen Kontrollen kann ein Hersteller leicht wissen,
welche Kaltformwerkzeuge 32 in den Kaltformmaschinen 48 installiert
sind, und welche Kaltformwerkzeuge 32 in der Werkzeugverwaltung
gelagert sind. Für
den Hersteller ist es jedoch schwieriger zu wissen, welche Kaltformwerkzeuge 32 neu
sind und welche gebraucht sind, und es ist für den Hersteller viel schwieriger
zu wissen, wieviele weitere Teile von einem beliebigen der gebrauchten Kaltformwerkzeuge 32 hergestellt
werden können.
-
Das
handgehaltene elektronische Lesegerät 64 und der eingebettete
Mikrochip 34 stellen ein Mittel bereit zum leichten Betreiben
und Verwalten eines genauen Warenbestands der Kaltformwerkzeuge 32 des
Herstellers. Was noch wichtiger ist: Ein mit dem vorliegenden handgehaltenen
elektronischen Lesegerät 64 und
dem eingebetteten Mikrochip 34 betriebener Warenbestand
enthält
leicht zugängliche
und aktuellste Informationen über
die Arbeitsvorgeschichte jedes der Kaltformwerkzeuge 32 und
die verbleibende Werkzeuglebensdauer. Zum Betreiben des Warenbestandes
führt der
Benutzer das handgehaltene elektronische Lesegerät 64 einfach an jedem Kaltformwerkzeug 32 vorbei.
Bei jedem Durchgang fragt das Lesegerät 64 das Werkzeug 32 ab,
das Werkzeug 32 überträgt im Mikrochip 34 gespeicherte Daten,
und die übertragenen
Daten werden im Speicher 72 gespeichert. Je nach der Kapazität des Speichers 72,
der Datenmenge, die von jedem Werkzeug 32 empfangen wird,
und der Anzahl von Werkzeugen 32, die im Inventar verwaltet
werden müssen,
werden die gespeicherten Daten periodisch während der Inventur oder am
Ende der Inventur zum Zentralcomputer heruntergeladen, und der Zentralcomputer
erstellt eine Inventarliste. Die Datenabfrage kann auf die Bedürfnisse
eines bestimmten Warenbestands zugeschnitten werden. Es versteht
sich, daß die
Genauigkeit und Leichtigkeit der Verwendung bei diesem Verfahren
der Bestandsaufnahme von dem Mikrochip 34 abhängt, der
in jedem Kaltformwerkzeug 32 eingebettet ist und von diesem
untrennbar ist.
-
Die
in 3 und 4 dargestellte Ausführungsform 30' ist sehr ähnlich der
ersten Ausführungsform 30 mit
der Hauptausnahme, daß eine
Erfassungseinrichtung 76 wie etwa eine piezoelektrische
Einrichtung in der Vertiefung 36 montiert ist und mit dem
Mikrochip 34 in Kommunikation steht. Folglich kann das
Erfassungseinrichtungssignal direkt vom Mikrochip 34 anstatt über den
Mikroprozessor 62' in
dem Prozeßüberwachungssystem
empfangen werden. Bevorzugt liefert das Erfassungseinrichtungssignal
den vom Mikrochip 34 zum Aufzeichnen der Daten erforderlichen
Strom. Alternativ kann eine externe Stromquelle wie etwa eine Batterie
oder eine elektrische Verbindung mit dem Mikroprozessor verwendet
werden. Ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform
kann der Mikrochip 34 alle erforderlichen Berechnungen
und jede erforderliche Datenumwandlung ausführen, wenn eine externe Stromquelle
verwendet wird. Ansonsten führt
der Prozeßüberwachungssystemmikroprozessor 62' die erforderlichen Berechnungen
und die erforderliche Datenumwandlung aus. Das Prozeßüberwachungssystem
enthält ein
elektronisches Lesegerät 52', zusätzliche
Sensoren, ein Tastenfeld 56',
einen Monitor 58' und
eine Datenausgabe 60' zu
einem Haupt-Scheduler-System oder einem Maschinensteuersystem.
-
Die 6a bis 6d zeigen
die grundlegende Sequenz von Aktionen in einer Doppelhub-Stauchmaschine
vom Standardtyp mit massiver Matrize. In 6a ist
ein Draht 78 gezeigt, der durch die Abschneidematrize 80 vorgeschoben
wird, bis er den Drahtanschlag 82 erreicht. Durch Justieren
der Stelle dieses Anschlags 82 bestimmt der Bediener die
Länge des
Rohlings 86.
-
In 6b hat
das Trennmesser 84 den Rohling 86 bereits von
der Spule abgetrennt und ihn (den Rohling) zur Stauchmatrize 88 geführt. Der
Messerhub ist so ein gestellt, daß er anhält, wenn der Rohling 86 an
der Stauchmatrize 88 zentriert ist.
-
In 6c kommt
der erste Stempel 90 für den
ersten Schlag nach vorne. Sowohl der erste als auch der zweite Stempel 90, 92 werden
auf dem Stößel oder
dem Schieber 94 (üblicherweise
werden beide Ausdrücke
verwendet) getragen. Wenn der erste Stempel 90 mit seinem
Vorwärtshub
beginnt, drückt er
den Rohling 86 in die Stauchmatrize 88 ganz bis zum
Ausdrückstift 96 (wenn
keine Extrusion erfolgt). An diesem Punkt wird der Rohling 86 der
ganzen Kraft des ersten Stempels 90 ausgesetzt und beginnt in
seine neue Form zu fließen.
Wenn der erste Schlag abgeschlossen ist, erfolgt gegebenenfalls
die Extrusion, und der Kopf ist zu der Kegelform angestaucht worden
und ist zur Endformung bereit.
-
Unter
Bezugnahme auf 6d verschiebt der nockenbetriebene
Mechanismus die Stempel 90, 92 nach dem ersten Schlag,
so daß der
zweite Stempel 92 auf die Stauchmatrize 88 ausgerichtet
ist. Der Schieber 94 kommt wieder nach vorne, es erfolgt
der zweite oder letzte Schlag und der Schieber 94 zieht sich
zurück.
Während
er sich zurückzieht,
werden die Stempel 90, 92 nun so verschoben, daß der erste oder
Kegelstempel 90 sich wieder für den neuen Rohling in Position
befindet. Dabei kommt beim Zurückziehen
des Schiebers 94 der Ausdrückstift 96 über den
ganzen Weg bis zur Fläche
der Matrize 88 nach vorne, wodurch das fertig gestellte
Teil 98 vor ihm herausgedrückt wird. Wenn der Schieber 94 seine
vollständig
eingezogene Position erreicht, wird das fertiggestellte Teil 98 ausgeworfen
und fällt
in einen Sammelbehälter 100.
Das Trennmesser 84 bewegt bereits einen neuen Rohling in
Position und ist bereit, den Zyklus wieder von neuem zu beginnen.
-
Wie
in 6c und 6d gezeigt,
sind ein Sensor 102, 102' und ein Mikrochip 104, 104' in einer Vertiefung
sowohl in dem Schieber 94 als auch der Stauchmatrize 88 montiert.
Die Sensoren 102, 102' detektieren jede Operation des
Kaltstauchwerkzeugs und übertragen
ein Signal an ein Prozeßüberwachungssystem
zur Verwendung durch das System und zur Speicherung im Mikrochip 104, 104'.
-
Unter
Bezugnahme auf 7 ist das Langlochbohren ein
Metallabtragprozeß unter
Verwendung einer Bohrmaschine 108, eines Hochdruckkühlmittelsystems 110 und
eines Langlochbohrers 112 mit einer oder zwei Sparnuten.
Der Langlochbohrprozeß ist
eine gesteuerte Operation, mit der man Genauigkeit hinsichtlich
Größe, Stelle,
Oberflächenbeschaffenheit
und Geradheit erhält,
wenn kritische Toleranzen wichtig sind. Zu den weiteren Vorzügen zählen eine
Abfallreduktion, gratfreie Löcher,
eine Bodenausbildung und Sacklöcher
sowie ein Eintritt mit anderen Oberflächen als neunzig Grad. Durch
die Wiederholbarkeit läßt sich
diese Anwendung in numerisch gesteuerten Geräten einsetzen.
-
Zusätzlich zu
zweckbestimmten Langlochbohrmaschinen 108 können Langlochbohrer 112 und Kühlmittelsysteme 110 leicht
in CNC-Zerspanungszentren, Drehbänke
und Fräsmaschinen
integriert werden, wodurch Benutzer alle Vorzüge des Prozesses gegen eine
relativ kleine Investition erhalten. Das Integrieren von Langlochbohrern 112 in
andere Maschinenarten erfordert oftmals die Verwendung eines kurzen
(1 bis 2 Durchmesser tiefen) Startlochs anstelle der Starteinführung 116 der
Langlochbohrmaschine. Die Langlochbohrerspitze 114 wird
dann in das vorgebohrte Loch eingesetzt, bevor die Spindel in Eingriff
genommen wird.
-
Der
Langlochbohrer 112 ist ein einfaches Basiswerkzeug mit
drei wesentlichen Teilen: Der Spitze 114, dem Schaft 118 und
dem Antriebsteil 120. Diese Teile sind zusammen zu einer
korrekt ausgerichteten Einheit hartverlötet.
-
Die
Spitze 114 ist das kritischste der drei Elemente. Die Spitze 114 schneidet
das Loch und hält die
Präzision
aufrecht, während
sie den Bohrer durch das Teil führt,
wodurch Präzisionslöcher in
einem Lauf erzeugt werden. Die Spitze oder „Nosegrind" weist zwei Basiswinkel auf, die je
nach dem zu bohrenden Material auf optimale Ergebnisse hin variiert werden
können.
Diese Winkel müssen
die Schneidkräfte
ausgleichen, wobei sie auf die Führungsleisten der
Spitze verteilt werden, um den Bohrer konzentrisch zu halten. Die
Spitze 114 besitzt einen geringfügig größeren Durchmesser als der Schaft,
wodurch sich der Schaft 118 ohne Kontaktieren der Lochwand frei
drehen kann. Durch die Spitze 114 verläuft ein Ölloch, das auf den Ölkanal des
Schaftes ausgerichtet ist, um den korrekten Fluß von Kühlmittel mit hohen Drücken zur
Schneidkante zu erleichtern.
-
Wie
in 7 gezeigt, sind ein Sensor 122 und ein
Mikrochip 124 in einer Vertiefung 126 im Langlochboh rer 112 montiert.
Der Sensor 112 detektiert jede Operation des Langlochbohrers 112 und überträgt ein Signal
an ein Prozeßüberwachungssystem
zur Verwendung durch das System und zur Speicherung im Mikrochip 124.
-
Es
versteht sich, daß die
oben beschriebenen Stauch-, Gewindeschneid- und Langlochbohrmaschinenwerkzeuge
andere Sensoren außer
Lastsensoren zum Überwachen
zusätzlicher
Systemparameter enthalten können.
Beispielsweise können sich
die Sensoren 128, 130, 132 auch in anderen Komponenten
des Langlochbohrsystems befinden, wie in 7 gezeigt.
Sensoren 128 im Kühlmittelsystem 110 können vorgesehen
sein, um Kühlmittelfluß und/oder
-temperatur zu erfassen.
-
Wenngleich
bevorzugte Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben worden sind, können
daran verschiedene Modifikationen und Substitutionen vorgenommen
werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie
er durch die beigefügten
Ansprüche
definiert wird. Dementsprechend versteht sich, daß die vorliegende
Erfindung als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung beschrieben
worden ist.