DE68917193T2 - Verfahren und Gerät zum Steuern einer Bohrarbeit. - Google Patents

Verfahren und Gerät zum Steuern einer Bohrarbeit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Bohrvorganges und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Bohrvorganges, bei welchem Löcher in einem zusammengesetzten Werkstück zu bohren sind, welches aus mehreren Werkstoffen unterschiedlicher Bearbeitungseigenschaften besteht.
  • Normalerweise werden Löcher durch Drehen und Zustellen eines Bohrers mit konstanter Geschwindigkeit gebohrt. Wenn jedoch Löcher in einem zusammengesetzten Werkstück aus Laminatwerkstoffen unterschiedlicher Bearbeitungseigenschaften einzubringen sind, können die Bohrbedingungen, die für einen Werkstoff günstig sind, ungünstig für andere Werkstoffe sein, und es können Grenzschicht-Abschäl- oder Abschabphenomäne auftreten, welche zu einer Verschlechterung der Qualität der gebohrten Löcher führen. Ferner kann die Lebensdauer der Bohrer verkürzt sein, und die Auswahl der Bohrbedingung ist extrem schwierig.
  • Um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden Bohrregelverfahren entwickelt, bei denen die Bohrbedingungen, wie die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit, welche für jeden Werkstoff geeignet sind, vorher eingestellt wurden. Jeder Werkstoff wurde konstant unter den eingestellten Bedingungen oder Sollbedingungen gebohrt; der Endpunkt des Bohrens des Werkstoffes wurde aus der Zeitdauer oder dem Zustellweg des Bohrers ermittelt; die Bohrbedingungen wurden dann entsprechend dem in der nächsten Schicht zu bohrenden Werkstoff verändert und der Bohrvorgang wurde kontinuierlich durch Ändern der Bohrbedingungen nacheinander wie oben beschrieben durchgeführt.
  • Um die Drehgeschwindigkeit des Bohrers zu regeln, wurde ein Verfahren zum Regeln der Spindeldrehzahl des Bohrers vorgeschlagen (siehe zum Beispiel JP-POS 274843/1986). Bei diesem Verfahren wurde ein Motor mit variabler Drehzahl zum Antrieb der Spindel eingesetzt, der ausgehend von der Abweichung zwischen einer Solldrehzahl und einer Istdrehzahl geregelt wurde.
  • Um die Schneidbedingungen zu überwachen, wurde eine Vorrichtung zum Regeln der Bearbeitungsbedingungen vorgeschlagen (JP-POS 15060/1987). Bei dieser Vorrichtung ist ein Lastaufnehmer zwischen ein Spannfutter und eine Montageoberfläche dafür eingeschaltet. Der Lastaufnehmer mißt die auf den Bohrer ausgeübte Axialkraft und liefert ein der Axialkraft entsprechendes Spannungssignal. Wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Endpunkt des Bohrvorganges ermittelt, ohne daß irgendeine andere Positionierungsvorrichtung erforderlich ist.
  • Würde jedoch die Zustellgeschwindigkeit des Bohrers gemäß dem Verfahren nach der JP-POS 274843/1986 geregelt und das Bohren eines Werkstoffes mittels der Vorrichtung nach der JP-POS 15060/1987 durchgeführt, würde das Verfahren zu kompliziert, weil mehrere Bohrbedingungen entsprechend der Anzahl der zu bohrenden Werkstoffe vorher eingestellt werden müßten und weil ferner die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit des Bohrers in Abhängigkeit von der Dicke jeder Werkstoffschicht variiert werden müßten.
  • Ferner müßten die Bohrbedingungen selbst bei gleichem Werkstoff entsprechend der auf den Bohrer ausgeübten Axialkraft verändert werden, um zu verhindern, daß in der Grenzschicht Abschälerscheinungen auftreten, und somit die Qualität des Bohrlochs zu verbessern, wobei eine optimale Regelung des Bohrens unter solchen Bedingungen schwierig ist. Das bekannte Verfahren sieht solche Maßnahmen nicht vor.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Bohrvorganges zu schaffen, wobei die Schwierigkeiten des herkömmlichen Verfahrens unter Vermeidung einer komplizierten Vorgehensweise behoben werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Bohrvorganges anzugeben, bei denen die Vorgabe von Bohrbedingungen für ein aus mehreren Werkstoffen zusammengesetztes Werkstück nicht erforderlich ist und jeder Werkstoff des Werkstückes abhängig von der jeweils beim Bohren des Werkstoffes gemessenen Axialkraft gebohrt wird.
  • Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden mittels eines Verfahrens zum Regeln des Bohrvorganges an einem Werkstück gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Gemäß der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Regeln des Bohrvorganges an einem Werkstück wie in Anspruch 2 angegeben vorgesehen.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Regeln von Bohrvorgängen gemäß der Erfindung, und
  • Figur 2 ist ein Flußdiagram, welches die Verfahrensschritte zum Regeln von Bohrvorgängen gemäß der Erfindung darstellt.
  • Gemäß dem Blockschaltbild nach Figur 1, in welchem die generelle Anordnung der Vorrichtung zum Regeln von Bohrvorgängen nach der Erfindung dargestellt ist, ist ein Bohrer 1 fest an einer Bohreinheit 2 montiert. Der Bohrer 1 wird mittels der Bohreinheit 2 in Drehung versetzt und ist zu einem Werkstück 3 zu- und davonwegstellbar, welches ein zusammengesetztes Werkstück aus mehreren Werkstoffen 3a und 3b unterschiedlicher Bearbeitungseigenschaften besteht.
  • Mit der Bohreinheit 2 ist eine Regeleinrichtung 4 zum Regeln der Drehgeschwindigkeit und der Zustellgeschwindigkeit des Bohrers verbunden. Die Regeleinrichtung 4 umfaßt einen Drehgeschwindigkeitsregler 4a und einen Zustellgeschwindigkeitsregler 4b. Mit der Bohreinheit sind ein Zustellgeschwindigkeitssensor 5 und ein Drehgeschwindigkeitssensor 6 zum Messen der Zustellgeschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit des Bohrers 1 verbunden.
  • Ferner ist ein Axialkraftsensor 8, wie ein Lastaufnehmer, mit der Bohreinheit 2 zum Messen der auf den Bohrer 1 ausgeübten Axialkraft beim Eindrücken des Bohrers 1 in das Werkstück 3 verbunden. Die Ausgangssignale des Zustellgeschwindigkeitssensors 5, des Drehgeschwindigkeitssensors 6 und des Axialkraftsensors 8 werden einer CPU 7 über Datenwandler 9a, 9b und 9c, wie A/D-Wandler, zugeführt. In der CPU 7 sind vorher Optimalverhältnisse der Werte für die Axialkraft, die Zustellgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Bohrers 1 für die entsprechenden Werkstoffe des Werkstückes eingespeichert. Die CPU 7 vergleicht die aus den Sensoren 5, 6 und 8 erhaltenen Daten mit den Optimalverhältnissen für die Axialkraft, die Zustellgeschwindigkeit und Drehgeschwindigkeit des Bohrers 1 und liefert einen Ausgang an eine Korrekturschaltung 10. Die Korrekturschaltung 10 korrigiert die Zustellgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit abhängig vom Ausgang der CPU 7 und liefert Regelsignale an den Drehgeschwindigkeitsregler 4a und den Zustellgeschwindigkeitsregler 4b der Regeleinrichtung 4. Die Regeleinrichtung 4 regelt die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit des Bohrers 1 abhängig von den Regelsignalen.
  • Figur 2 ist ein Flußdiagram, welches das Verfahren zum Regeln des Bohrvorganges gemäß der Erfindung illustriert.
  • Zu Beginn der Regelung wird die Axialkraft, welche auf den Bohrer 1 wirkt, auf den Wert Null eingestellt. In Schritt 1 werden die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit für den ersten Werkstoff des Werkstückes eingestellt. In Schritt 2 wird mittels des Axialkraftsensors die Axialkraft erfaßt, welche auf den Bohrer 1 aufgrund des Bohrens durch den ersten Werkstoff ausgeübt wird. In Schritt 4 werden die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit (Bohrbedingung (A)) des Bohrers 1, welche von den Sensoren 6 und 5 erfaßt wurden, mit der optimalen Drehgeschwindigkeit und der optimalen Zustellgeschwindigkeit des Bohrers 1 verglichen (Optimalbedingung (B)), welche in Schritt 3 abhängig von der gemessenen Axialkraft ermittelt wurden. Wenn in Schritt 4 bestimmt wird, daß die Bedingung (A) mindestens angenähert gleich der Optimalbedingung (B) ist, wird der Bohrvorgang in Schritt 6 unter Beibehaltung der anfänglich eingestellten Geschwindigkeiten durchgeführt. Wenn jedoch in Schritt 4 ermittelt wird, daß die Bedingung (A) nicht im wesentlichen gleich mit der Bedingung (B) ist, werden die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit in Schritt 5 in Richtung auf die Optimalbedingung (B) korrigiert, und das Verfahren kehrt zu Schritt 2 zurück, in welchem die Axialkraft gemessen wird. Darauf wird die Schleife (2T3T4T5T2) wiederholt, bis die Bedingung (A) nahe an die Bedingung (B) herankommt. Danach wird in Schritt 7 geprüft, ob eine adaptive Regelung erreicht ist oder nicht, und wenn das Resultat "JA" ist, wird der Bohrvorgang für diesen Werkstoff mit Schritt 8 beendet, während das Verfahren zum Schritt 2 zurückkehrt, wenn das Ergebnis "NEIN" ist, und zwar ebenso wie bei Schritt 4. Danach wird der Bohrvorgang in gleicher Weise für den zweiten Werkstoff des Werkstückes durchgeführt.
  • Wenngleich bei dem oben beschriebenen Verfahren die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit in Schritt 1 vorgegeben werden, können stattdessen auch die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit benutzt werden, welche für den vorher gebohrten Werkstoff eingestellt waren.
  • Wenngleich die CPU 7 zum Speichern der Optimalbedingungen und zum Vergleichen der Ausgangssignale der Sensoren 5, 6 und 8 mit den Optimalbedingungen eingesetzt wurde, kann auch eine andere Schaltung als diejenige der CPU 7 eingesetzt werden, sofern sie nur diese Funktion ausführen kann.
  • Gemäß der Erfindung wird mit einem einfachen Verfahren ein optimales Bohren durchgeführt, bei welchem die besten Drehund Zustellgeschwindigkeiten für die entsprechenden Werkstoffe durch Erfassen der beim Bohren erzeugten Axialkraft verwendet werden. Daher werden Genauigkeit und Qualität der gebohrten Löcher verbessert und die Lebensdauer der Bohrer erhöht. Da es nicht erforderlich ist, die Bohrbedingungen entsprechend den Dicken der zu bohrenden Werkstoffe vorher einzustellen, wird der Bohrvorgang erleichtert und verkürzt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Regeln eines Bohrvorganges an einem Werkstück, wobei die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit des Bohrers (1) sowie die auf den Bohrer ausgeübte Axialkraft gemessen werden und der Bohrvorgang bezüglich der gemessenen Drehgeschwindigkeit, der Zustellgeschwindigkeit und der Axialkraft zum Beibehalten optimaler Bohrbedingungen für das Werkstück geregelt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:
Bereitstellen eines zusammengesetzten Werkstückes (3) aus mehreren Laminatwerkstoffen (3a, 3b);
Messen einer Ist-Axialkraft beim Bohrvorgang des Werkstückes;
Bestimmen einer optimalen Drehgeschwindigkeit und einer optimalen Zustellgeschwindigkeit des Bohrers abhängig von der gemessenen Ist-Axialkraft, wobei die optimale Drehgeschwindigkeit und die optimale Zustellgeschwindigkeit vorher auf optimale Werte bezüglich der Axialkraft für jeden Werkstoff des Werkstückes eingestellt wurden; und
Regeln der Drehgeschwindigkeit und der Zustellgeschwindigkeit auf die optimale Drehgeschwindigkeit und die optimale Zustellgeschwindigkeit so, daß Bestwerte für die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit immer dann vorgegeben werden, wenn sich die Axialkraft aufgrund des Werkstoffwechsels im zu bohrenden Werkstück verändert.
2. Vorrichtung zum Regeln des Bohrvorganges an einem Werkstück in Abhängigkeit der Vorgabe eines Drehgeschwindigkeitssensors (6) zum Messen der Drehgeschwindigkeit eines Bohrers (1), eines Zustellgeschwindigkeitssensors (5) zum Messen der Zustellgeschwindigkeit des Bohrers (1), eines Axialkraft-Sensors (8) zum Messen der Axialkraft aut den Bohrer (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bohren eines zusammengesetzten Werkstükkes (3) aus mehreren Laminat-Werkstoffen (3a, 3b) eingesetzt ist und daß sie umfaßt:
Bestimmungsmittel (9c, 7) zum Bestimmen einer optimalen Drehgeschwindigkeit und einer optimalen Zustellgeschwindigkeit des Bohrers (1) abhängig von einer Ist-Axialkraft, welche von dem Axialkraft-Sensor (8) beim Bohren des Werkstückes gemessen wird, wobei die optimale Drehgeschwindigkeit und die optimale Zustellgeschwindigkeit vorher auf optimale Werte in Bezug auf die Axialkraft für jeden Werkstoff des Werkstückes eingestellt sind; und
eine Regeleinrichtung (10, 4) zum Regeln der Drehgeschwindigkeit und der Zustellgeschwindigkeit des Bohrers auf die optimalen Drehgeschwindigkeits- und Zustellgeschwindigkeits-Werte derart, daß automatisch Bestwerte für die Drehgeschwindigkeit und die Zustellgeschwindigkeit stets dann eingestellt werden, wenn sich die Axialkraft aufgrund der Anderung des zu bohrenden Werkstoffes im Werkstück verändert.
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