DE8519094U1

DE8519094U1 - Vorrichtung zur mechanischen Werkzeug-Bruchkontrolle bei Werkzeugmaschinen

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Publication number: DE8519094U1
Application number: DE19858519094
Authority: DE
Original assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co
Current assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1987-01-02

Description

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MAHO WERKZEUGMASCHINENBAU BABEL & CO. D-8962 Pfronten

Vorrichtung zur mechanischen Werkzeug-Bruchkontrolle bei Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Werkzeug-Bruchkontrolle bei Werkzeugmaschinen mit einem die Spitze eines eingespannten Werkzeuges vor und nach einem Bearbeitungsvorgang abtastenden Sensor und mit einer elektronischen Einrichtung zum Auswerten der vom Sensor erfaßten Meßwerte.

Bei modernen Werkzeugmaschinen für Fräs- und Bohrarbeiten, bei denen eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen nach einem in der elektronischen Steuerung gespeicherten Programm unter Einsatz verschiedener Werkzeuge automatisch ablaufen, sind naturgemäß eine Reihe von überwachungs- und Kontrollfunktionen notwendig, um mögliche Fehlerquellen frühzeitig erkennen, anzeigen und ggf. auch beheben zu können. Eine in der Praxis

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wichtige Rolle spielt dabei das Erfassen von Werkzeugbrüchen, und zwar insbesondere von Bohrerbrüchen. Wenn nämlich eine gebrochene Bohrerspitze in der hergestellten Bohrung verbleibt und in einem anschließenden Bearbeitungsvorgang diese Bohrung mit einem weiteren Werkzeug üäChyöärbeitet/ Z. B. öiwöitört, &Udigr;&ngr;&thgr;&iacgr;&udiagr;&ogr;&Pgr; Süll/ tlTiffu dieses nachfolgende Werkzeug auf die im Loch verbliebene Bohrerspitze, was dazu führt, daß dieser nachfolgende Bearbeitungsvorgang nicht ausgeführt werden kann und daß ggf. auch das Nacharbeitungs-Werkzeug bricht. Da ferner häufig mit ein und demselben Werkzeug mehrere Bearbeitungsvorgänge am gleichen oder an aufeinanderfolgenden Werkstücken in einem automatischen Bearbeitungsablauf ausgeführt werden, muß sichergestellt sein, daß sich jedes dieser Werkzeuge in einem funktionsfähigen Zustand befindet.

Aufgrund der vorstehend angegebenen Tatbestände wurden bereits verschiedene Systeme zur Bruchkontrolle von Bohrern und anderen Werkzeugen insbesondere für Universal-Bohr- und -Fräsanlagen entwickelt, mit denen jedes der verschiedenen Werkzeuge vor und nach jedem Bearbeitungsvorgang vermessen werden kann. Die jeweiligen Meßwerte werden entweder in der numerischen Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine oder in einer gesonderten Einrichtung elektronisch verglichen und bei größeren Abweichungen erfolgt eine ggf. mit einer optischen oder akustischen Anzeige gekoppelte Markierung des betreffenden Werkzeugs in der Steuerung, durch die z. B. ein nochmaliger Einsatz dieses Werkzeuges verhindert wird.

In der Regel werden elektrooptische Systeme zur

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Werkzeugbruchüberwachung eingesetzt, deren Lichtquellen und Photozellen im unmittelbaren Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine derart angeordnet sind, daß das jeweilige Werkzeug in einer vorbestimmten Länge angestrahlt und die von der Photozelle erfaßte Lichtintensität als Grundlage für den jeweiligen Werkzeugzustar.d ausgewertet wird. In der Praxis haben sich jedoch bei den nach elektrooptischen Prinzipien arbeitenden Systemen gravierende Nachteile gezeigt. Da nämlich die eingesetzten Werkzeuge sehr unterschiedliche Längen und Durchmesser haben können, müssen entsprechend große räumliche Meßbereiche mit gleicher Genauigkeit überwacht werden können. Darüber hinaus führen die Späne und die Spülflüssigkeit häufig zu Störungen des Kontrollsystems, weil die z. B. an den Bohrerschneiden anhaftenden Späne und/oder Flüssigkeitstropfen zu einer Verfälschung der

Meßwerte führen können. Besondere Schwierigkeiten eri
! geben sich bei sehr dünnen und langen Bohrwerkzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Überwachung und Kontrolle von Werkzeugbrüchen, insbesondere von Bohrerbrüchen, zu schaffen, die gegenüber betriebsmäßigen Einflüssen der Werkzeugmaschine unempfindlich ist und über große Meßbereiche die zuverlässige Erfassung und Auswertung von beschädigten Werkzeugen mit gleichbleibender Genauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Sensor ein bewegbarer Taststab verwendet wird, der unabhängig von der Länge des jeweiligen Werkzeugs bei jedem Meßvorgang stets mit einer gleichgroßen Kraft

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gegen die Werkzeugspitze angedrückt wird und daß eine Einrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Meßlage des Taststabes vorgesehen ist, welche die Meßwerte für die Auswertungs-Einrichtung liefert.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Erfsjäsuiv* der Jeweiligen Werkzeuglänge vor und nach jedem Bearbeitungsvorgang durch mechanische Mittel, wobei über den gesamten relativ großen Meßbereich die Meßgenauigkeit gleich ist. Erreicht wird dies durch die in jeder Stellung des Taststabes gleiche Andruckkraft, mit der sein freies Ende bei jedem Meßvorgang gegen die Spitze des jeweiligen Werkzeugs gedrückt wird. Diese konstante Andruckkraft gewährleistet eine von an der Werkzeugspitze anhaftenden Partikeln oder Spülflüssigkeitströpfchen unbeeinflußte direkte Anlage des Taststabes am - ggf. abgebrochenen - Werkzeugende· Somit können auch Werkzeuge von sehr unterschiedlichen Längen und Durchmessern mit gleicher Genauigkeit und ohne Beeinflussung durch äußere Faktoren auf Bruch kontrolliert werden. Eine Überwachung des zwangsläufig auftretenden Verschleißes der Werkzeugschneiden ist mit dieser Vorrichtung nicht beabsichtigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt bei Üniversal-Fräs- und Bohrwerken mit Werkzeugspeicher und hohem Automatisierungsgrad eingesetzt. Besonders vorteilhaft wird die Vorrichtung im Bereich der Übergabestation zwischen dem Werkzeugspeicher und der Maschine angeordnet, wobei unmittelbar vor und nach jeder Übergabeoperation durch den Werkzeugwechsler die Länge des in seinen

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Kegel eingespannten Werkzeugs abgetastet wird. In der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine werden die Meß- |

daten für das jeweilige Werkzeug vor und nach dem Be- ■

arbeitungsvorgang miteinander verglichen, um daraus eine Aussage über einen möglichen Werkzeugbruch ableiten zu können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Taststab quer zur Werkzeugachse schwenkbar gelagert und mit einem eigenen Antrieb gekoppelt, welcher den Taststab an die Werkzeugspitze heranbewegt und danach die zuvor eingestellte Andruckkraft erzeugt. Diese Ausführung ermöglicht eine konstruktiv einfache und platzsparende Ausführung des Antriebs und der Übertragungsmittel zum Taststab sowie eine Anordnung dieser Vorrichtung im Bereich der Werkzeugübergabe, ohne daß die Bewegungen des Werkzeugmagazins und/ oder des Werkzeugwechslers beeinträchtigt würden. Bei dieser Ausführung kann der Taststab radial an einem Drehkörper befestigt sein, der über Mitnehmer mit einer vom Antriebsmotor über ein Riemengetriebe angetriebenen gleichachsig gelagerten Scheibe gekuppelt ist.

Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung kann der quer zur Werkzeugachse ausgerichtete Tastfinger parallel zur Werkzeugachse verschoben werden, und zwar mit Hilfe eines Linearantriebes, wie eine Gasdruckfeder, ein pneumatischer oder hydraulischer Stellzylinder, eines Elektromagneten od. dgl.

Weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines

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Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung;

Fig. 2 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2.

Die dargestellte Vorrichtung zur mechanischen Bohrerbruchüberwachung ist im Bereich der Werkzeugübergabe zwischen dem Maschinenkörper und einem Werkzeugmagazin unmittelbar neben dem Bewegungsraum des Werkzeugwechslers derart montiert, daß ihr Tastfinger 5 seitlich schräg in die vertikale Achse 6 des in der Wechselstation im Werkzeugmagazin befindlichen Werkzeugs 7 - mit üblichem Steilkegel - hineinragt, ohne die Bewegungen des Magazins oder des Wechslers zu beeinträchtigen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Vorrichtung 1 über einen Sockel 2 auf einem ortsfesten Maschinenteil 3 fest montiert. Der zur Vorrichtung 1 gehörige Taststab 5 besteht aus einem Hohlprofil aus z. B. einer Aluminiumlegierung, desser. freies Ende derart bogenförmig ausgebildet ist, daß die Tastfläche im gesamten Meßbereich stets senkrecht zur Achse 6 des Werkzeugs 7 ausgerichtet ist. Auf das bogenförmige Ende des Taststabs 5 ist ein Stahlfederblatt 8 aufgeklebt oder anderweitig befestigt. Der Taststab ö ist um eine horizontale Querachse 9 in einem Winkelbereich CC

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schwenkbar gelagert, der den Meßbereich darstellt, innerhalb dessen unterschiedlich lange Werkzeuge 7a, 7b ausgemessen werden können.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist das innere Ende des Taststabs 5 radial in einer Mitnehmerscheibe 10 z. B. durch Schrauben befestigt, welche auf einer abgesetzten Profilscheibe 11 gelagert ist. Der radial innere Nabenteil 12 dieser Profilscheibe 11, auf dem außen eine Buchse 13 angeordnet ist, sitzt drehfest auf einer Welle 14 und ist durch Kopfschrauben 15 und Paßstifte 16 drehfest mit einer Zahnriemenscheibe 17 verbunden, welche die Welle 14 mit radialem Spiel umgibt und mit ihrer äußeren Stirnfläche an einem Gleitbelag 18 anlegt. Der äußere - in Fig. 2 untere - Teil 19 der Profilscheibe 11 läuft an einem weiteren Gleitbelag 20. Beide Gleitbeläge 18, 20 sind an den beiden Stirnwänden 21, 22 eines Gehäuses 34 befestigt, ta dessen linker Seitenwand 23 ein vom Taststab 5 durchragter Ausschnitt 24 ausgebildet ist. Am dünnwandigen Rand des Außenteils 19 der Profilscheibe 11 ist ein Mitnehmeranschlag 25 befestigt, der innerhalb eines kreisbogenförmigen Ausschnitts 26 in der Mitnehmerscheibe 10 begrenzt bewegbar ist (vgl. Fig. 3). Die Mitnehmerscheibe 10 weist einen weiteren kreisbogenförmigen Ausschnitt 27 auf. Beide Ausschnitte 26, 27 begrenzen einen gehäusefesten Anschlagsteg 28 an der Mitnehmerscheibe 10 mit zwei zueinander parallelen Anschlagflächen 29, 30, von denen die in Fig. 3 obere Fläche 30 etwa parallel verläuft. Auch die anderen Endkanten der beiden Ausschnitte 26, 27 in der Mitnehmerscheibe 10 sind Anschlagflächen 31, 32. In den Ausschnitt 27 ragt ein Ansatz 33

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des Gehäuses 34 hinein, dessen beide mit Stoßplättchen 36, 37 versehene Seitenkanten die ortsfesten Endanschlags-Gegenflachen für die Anschlagflächen 29, 30 der Mitnehmerscheibe 10 bilden. Die Seitenkanten des Mitnehmers 25 bilden die Gegenflächen für die Anschlagflachen 30, 32 im Ausschnitt 26.

Um die Zahnriemenscheibe 17 und um ein Ritzel 40 läuft ein Zahnriemen 41, der die Drehbewegung der Welle 14 über das Ritzel 40 auf einen Meßwertaufnehmer 42 überträgt, welcher an die - nicht dargestellte - numerische Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine angeschlossen ist. Die Welle 14 ist die Ausgangswelle eines Getriebes 45, das zusammen mit einem Gleichstrommotor 46, dessen Drehmoment über die Strombegrenzung eingestellt werden kann, einen kompakten Antriebsblock bildet.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Vor und nach jedem Werkzeugwechsel-Vorgang wird $ der Gleichstrommotor 46 von der NC-Steuerung der Werk-

£ zeugnujschine eingeschaltet, der über das Getriebe

und dessen Ausgangswelle 14 die an dieser über eine

% Paßfeder drehfest befestigten Profilscheibe 11 sowie

- die damit verstiftete Zahnriemenscheibe 17 im Gegen-

ri Uhrzeigersinn verdreht. Durch Reibung wird die den

&ngr; Taststab 5 tragende Mitnehmerscheibe 10 soweit mitge-

nommen, bis der Taststab 5 mit seinem Anschlagbelag 8 gegen die nach oben weisende Werkzeugspitze stößt.. In diesem Moment bleiben der Taststab 5 und die Mitneh-

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ffierscheibe 10 stehen. Die Profilscheibe 14 wird vom
Motor 46 weitergedreht, bis der von ihr radial vorspringende Mitnehmeranschlag 25 mit seiner Seitenkante gegen die Anschlagfläche 32 am Ausschnitt 26 trifft.

Der Motor 46 bleibt dann stehen, wobei er noch das \

über die vorgewählte Stromauf nähme eingestellte Dreh- jj

moment über die Profilscheibe 11 und den Mitnehmeran- I

schlag 25 auf den Taststab 5 ausübt, der somit mit ei- |

ner voreingestellten Kraft gegen die Spitze des nach S

oben weisend im Werkzeugmagazin gehaltenen Werkzeugs |

7 gedrückt wird. In diesem Zustand wird die Messung 1

im Meßwertaufnehmer durchgeführt, dessen Ritzel 40 i

über den Zahnriemen 41 entsprechend der Verdrehbewe- f

gung der Welle 14 und der Profilscheibe 11 verdreht s

wurde. Nach dem Meßvorgang wird der Motor 26 umge- 1

steuert, wodurch der Taststab 5 in seine oberste Aus- |

gangslage zurückgeführt wird. &rgr;

Falls in einer entsprechenden Werkzeugaufnahme des i

Magazins kein Werkzeug vorhanden ist, wird der Taststab I

5 bis in seine unterste Stellung bewegt, welche durch |

Anlage der Anschlagfläche 31 am Ausschnitt 27 an das $

Stoßplättchen 36 des gehäusefesten Ansatzes 33 bestimmt £

wird. In den beiden oberen Endlagen des Taststabes wer- |

den Endschalter betätigt, welche den Motor 46 abschal- \

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Wesentlich bei der Funktion der vorstehend beschrie- %

benen Vorrichtung ist es, daß ein Meßfühler mit seiner ^?

Tastspitze kraftlos auf ein aus dem Werkzeugmagazin j·

kommendes Werkzeug aufgelegt wird und daß anschließend |

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der Taststab mit einer an den jeweiligen Werkzeugdurchmesser angepaßten Kraft von 10 N bis 100 N einstellbaren Kraft belastet wird. Der über einen ROD ermittelte Meßwert wird gespeichert. Bei Rückkehr des Werkzeuges aus der Wlaschine, d. h. nach einem Bearbeitungsvorgang, wird der Meßvorgang wiederholt und seine Ergebnisse mit denen des ersten Meßvorganges verglichen. Dieser Vergleich zeigt dann an, ob wahrend der Bearbeitung der Bohrer gebrochen ist oder nicht.

Die beschriebene Vorrichtung wurde für Bohrerlängen von 100 bis 300 mm und von minimal 1 mm Durchmesser konzipiert.

Gegenüber bekannten Systemen bietet die vorstehend beschriebene Vorrichtung den Vorteil, daß die Meßwerte durch Schmutz und Späne nicht beeinflußt werden, weil durch die vorprogrammierte Krafteinwirkung, mit welcher der Taststab gegen das jeweilige Werkzeug nach seiner vorab erfolgten Anlage gedrückt wird, Späne und andere Schmutzpartikel sowie Flüssigkeitströpfchen weggedrückt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Vorrichtung begrenzt. Vielmehr können die mit dem Taststab fest verbundenen Bauteile beispielsweise auch über andere Reibungskupplungen mit der Motorwelle verbunden sein, welche eine erste leichte Anlage des Taststabes an die Werkzeugspitze und einen nachfolgenden Andruck von einstellbarer Größe ermöglichen. Darüber hinaus besteht auch für insbesondere kleinere Meßberei-

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ehe grundsätzlich die Möglichkeit, den Taststab an
einem parallel zur Werkzeugachse verschiebbar angeordneten Halter zu befestigen und diesen Halter durch einen Linearantrieb, z. B. einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder, einen Zahnstangentrieb oder auch einen Elektrcmagnstsn, so weit zu verschieben? bis der in der Längsachse des Werkzeuges befindliche Taststab die Werkzeugspitze berührt. Die jeweilige
Messung der Ausfahrstrecke des Halters kann dann z* B. auf induktivem Weg mittels Tauchspulen erfolgen.

Claims

Patentanwälte Jk BEETZ & PARTNER U Steinsdorrstr. 10,8000 München 22 «· ·*"· ·· ·· *!!*:!! 112-37.798H-Sd-E 1 8. Nov. 1986 Neue Ansprüche

1. Vorrichtung zur Werkzeug-Bruchkontrolle bei Werkzeugmaschinen, mit einem ein eingespanntes Werkzeug vor und nach einem Bearbeitungsvorgang abtastenden Sensor und
mit einer elektronischen Einrichtung zum Auswerten der
vom Sensor erfaßten Meßwerte,

dadurch gekennzeichnet,

daß der als fcjwegbarer Taststab (5) ausgebildete Sensor radial in einem Drehkörper (10) befestigt ist, der über Mitnehmer (25) mit einer vom Antriebsmotor (46) über ein Getriebe (45) angetriebenen gleichachsigen Profilscheibe (11) über Reibungsschluß begrenzt bewegbar in Eingriff
steht, und

daß eine Einrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Meßlage des Taststabes (5) mit der Profilscheibe (11) über einen Zahnriemen (41) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Taststab (5) um eine quer zur Werkzeugachse (6) verlaufende Achse schwenkbar gelagert und mit einem eigenen Antrieb (45, 46) gekoppelt ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß in dem scheibenförmigen Drehkörper (10) zwei einen

Steg (28) begrenzende Ausschnitte (26, 27) ausgebildet

sind, wobei der an der Profilscheibe (11) befestigte

Mitnehmer (25) mit Totgang in den einen Ausschnitt (26)

und ein gehäusefester Ansatz (33) in den zweiten Ausschnitt (27) des scheibenförmigen Drehkörpers (10)

J hineingreifen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

p dadurch gekennzeichnet,

l·, daß die Tastfläche (8) des Tastfingers (5) unabhängig

;| von der Länge des jeweiligen Werkzeugs stets senkrecht

zur Werkzeugachse (6) ausgerichtet ist,

%

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

% daß die Ausgangswelle (14) des Getriebes (45) mit der

Profilscheibe (11) und mit einer Zahnriemenscheibe (17)

&rgr; drehfest verbunden ist, welche über einen Zahnriemen

(41) das Ritzel (40) einer Auswerteinrichtung (42) an

treibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der quer zur Werkzeugachse (6) ausgerichtete Tastfinger (5) in Richtung der W^rkzeugachse (6) verschiebbar angeordnet und mit einem Linearantrieb gekoppelt ist.