WO2008025045A1 - Method for the machining of mineral materials by material removal and tool for carrying out the method - Google Patents

Method for the machining of mineral materials by material removal and tool for carrying out the method Download PDF

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WO2008025045A1
WO2008025045A1 PCT/AT2007/000409 AT2007000409W WO2008025045A1 WO 2008025045 A1 WO2008025045 A1 WO 2008025045A1 AT 2007000409 W AT2007000409 W AT 2007000409W WO 2008025045 A1 WO2008025045 A1 WO 2008025045A1
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cutting
cutting surface
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tangential
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PCT/AT2007/000409
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Egbert SCHÄPERMEIER
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Schaepermeier Egbert
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    • B23D59/001—Measuring or control devices, e.g. for automatic control of work feed pressure on band saw blade
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49074—Control cutting speed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49079—Control cutting torque, force

Definitions

  • the invention relates to a method for abrasive machining of mineral materials such as rock, concrete, brick and the like, wherein material is removed by a machining tool from the workpiece by the machining tool is moved either on the surface to be machined, the cutting speed of the tool is substantially higher as the relative movement of the tool relative to the workpiece or by moving the machining tool to the machining surface, wherein the relative movement of the machining tool on the workpiece has a larger tangential component along the surface of the workpiece and a smaller normal component on the surface of the workpiece. Furthermore, the invention relates to a machining tool for carrying out the method.
  • the invention will be described below mainly with reference to the drilling of materials of the type listed above. However, it is quite generally applicable to all forms of cutting, sawing, cutting or separating, etc. according to the above principle advantageous.
  • the drill In impact drilling, the drill is not only rotated about its longitudinal axis, but also beaten in the bore direction.
  • the manual drilling operation is the so-called force-controlled operation, while the mechanical propulsion means the path-controlled operation.
  • the drilling progress is influenced by the speed of the drill and the force-controlled operation by the force with which it is pressed in the direction of the bore, or by the rotational speed of the tool during the path-controlled operation and the feed rate.
  • speed and contact pressure or feed rate are more or less optimally adjusted.
  • AT 003 635 U1 and EP 0886 552 B1 show grinding wheels and crown drills along the circumference of which are arranged a multiplicity of similar cutting surfaces superficially equipped with abrasive grains, which are separated from one another by joints.
  • the individual cutting surfaces are inclined in such a way that the cutting surface regions lying behind during the rotational movement are so elevated in relation to the cutting surface regions located further forward that they lie deeper in the material to be removed during the advancing movement.
  • the remaining cutting surface areas only come to their intended use when the raised cutting surface areas have been ground as a result of wear. This advantages in terms of wear and in the handling of the tool over tools with not so inclined cutting surfaces are achieved.
  • h max is determined by the largest distances of the tool cutting edges or by the permissible load on these cutting edges, wherein both the strength of the abrasive grain and the embedment strength of the abrasive grain can represent the load limit.
  • q op t is best determined by experiment for each combination of material and tool.
  • the problem is solved by controlling the processing device so that the speed ratio q is kept constant during processing.
  • the values for q opt are stored in the control. They serve as guidelines for the adjustment of q.
  • an external control loop can cause the unit to operate at the highest permissible power.
  • the regulation differs with power-controlled devices from that of path-controlled devices.
  • the feed rate is measured and the cutting speed of the tool is adjusted so that the value of q remains constant and q opt equals.
  • the power can be measured and then the contact force "regulated.”
  • the power is measured and then the cutting speed and the feed rate are adjusted so that the value for q op t is maintained.
  • the value for q op t is only within a narrow tolerance band. If, on the other hand, the machining tool used has slots interrupted by slots, so ramped, superficially provided with abrasive grains, that the cutting surface areas located at the rear in the tangential movement of the machining tool lie closer to or further in the workpiece to be removed than the forward cutting surface areas, the tolerance band expands . Optimum width reaches the tolerance band if different from the embodiments according to AT 003 635 U1 and EP 0886 552 B1, the inclination of the ramp-like cutting surfaces is so small that their height range does not extend in the range of tenths of millimeters mm, but in the range of a few microns lies.
  • FIG. 1 Sketches the development of a cutting geometry of a processing tool which is advantageous for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flowchart of a functional variant of the method according to the invention using the example of drilling for force-controlled devices.
  • Fig. 3 shows a flow chart of the functional variant of Fig. 2 extended by a branch in which the upper power limit of the driving machine is taken into account.
  • Fig. 4 shows the flow chart of Fig. 3, which has been extended by a branch by means of which the maximum possible removal rate is set.
  • FIG. 5 shows in a sectional view an advantageously executed saw blade on a workpiece.
  • Fig 1 an advantageous embodiment of a machining tool and an optimal for many applications ratio of speed and feed is shown. If the speed proportional to the rotational speed v u to the feed rate v z equal to the ratio of the circumferentially parallel distance b between two cutting surfaces 1 of the machining tool and parallel to the feed height h of the cutting surfaces, so on the one hand ensures that each of the entire cutting surface of a tooth On the other hand, no tooth flank area 2 engages with the uncut material. If only a part of the cutting surface of the teeth is used, this is generally disadvantageous since this part is then worn away on one side. Often the tangential velocity is excessive, which makes the wear particularly strong.
  • Fig. 1 is in addition to say that the height h is shown in relation to the length of the cutting surface 1 for reasons of clarity much greater than you should actually perform in most tools.
  • the inclination of the cutting surface for optimum machining conditions is so low that it can not be recognized without tools.
  • the height h may be about 0.005 mm when the length of the cutting surface is about 10 mm.
  • the special inclination can be obtained, for example, by dressing the tool.
  • Variant 1 The torque (or the driving force in the direction tangential to the surface to be removed) is measured, the feed is adjusted accordingly.
  • This variant is applicable to path-controlled devices and when using a tool according to FIG. 1 in force-controlled operation.
  • Variant 2 The torque is measured, the speed (or the relative speed of the cutting surface in the direction tangential to the surface to be removed) is adjusted accordingly:
  • the torque is again used to deduce the thickness of the layer removed per cutting surface. If the layer is too thin, the speed is reduced, which increases the thickness of this layer (see Fig. 1). If the layer is too thick, the speed is increased, which reduces the thickness.
  • Variant 3 The feed (or the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be removed on the workpiece") is measured, the speed is adjusted accordingly.
  • This variant is advantageously used in force-controlled operation.
  • the feed rate is measured and the speed of the drill is automatically set to the matching value for q opt .
  • the example of drilling shows both those processes which are usually carried out by the operator of the processing machine and those which according to the invention are carried out automatically by the processing machine.
  • step a the operator sets the desired ratio between feed speed and drill speed (step a), starts the drill and presses it with the drill bit to the relevant point of the object to be drilled (step b) to be drilled.
  • step y it is usually judged by the operator, whether the hole is deep enough (step y), or whether it has already been drilled and - if this is the case - the drill off again (step z).
  • step y and step z according to the prior art can be made more or less automatically by the drilling machine.
  • the setting of the desired ratio between feed speed and drill speed can be done, for example, by means of a slider attached to the drill housing, or a simple keyboard. This adjustment sets the electronic control of the drill to the current drill.
  • step c The steps of measuring feed (step c), calculating the optimum rotational speed (step d) and adjusting the rotational speed accordingly (step e) are performed automatically by the drilling machine. They form the core of the principle according to variant 3.
  • the easiest way to measure the feed rate is to measure the distance between a point on the side of the drilling machine facing the object to be drilled and the object and to divide the measured positional differences between two successive measurements by the meanwhile elapsed time.
  • the target rotational speed calculated by multiplying the feed speed determined by measurement with a stored for the respective processing task in the controlling factor resulting from the value for q op t.
  • the optimal ratios of speed and feed can be stored in the calculation program, for example in the form of tables in which the respective speed range of the feed is indicated.
  • the feed can be influenced directly by the operator by pressing the drill more or less strongly against the object to be drilled. A high feed rate is assigned a high speed by the automatic speed control.
  • a functional sequence formed from a query f and a warning message g is illustrated, according to which a warning is output, for example in the form of a red light, if the feed is selected to be too large, so that at the optimally matching speed would exceed the performance upper limit of the drill.
  • a red light will light up, which means you should press a little less, otherwise the drill can not run in the optimal speed range.
  • the warning can be triggered, for example, by the fact that the engine speed can not be raised due to an existing power limitation within a predetermined period of time to the optimal calculated for the drilling process speed.
  • a further message i for example in the form of a green light, can then be output when the drilling machine is operated below a predetermined operating power.
  • This message i means that you can press harder during drilling and thus drill faster than is currently the case.
  • the effect can be exacerbated by increasing the beating frequency with decreasing drill speed and decreasing it with increasing drill speed.
  • Variant 4 The speed (or the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be ablated to the workpiece") is measured or held rigidly within a narrow known range, the feed is adjusted accordingly.
  • the speed ratio q op t is set by tracking the feedrate of the component representing the normal component in the correct ratio.
  • the saw blade 10 according to FIG. 5 is rotationally driven in rotation and moved linearly at a speed VH for cutting a slot on the workpiece 13, which consists of a mineral material.
  • a saw blade can easily be equipped with longer cutting surfaces in relation to the separating slots, since the removal of the material removed from the workpiece is less problematic.
  • the radius of the cutting surface 11 is not constant over the circumference of the disk, as it increases (continuously and monotonically) from a minimum radius R m i n lying opposite the direction of rotation w along the cutting surface to the next one Slot on the radius R max .
  • the difference in length between Rmin and Rmax is so small that you can not see it with the naked eye.
  • the execution of the saw blade with cutting surfaces 12, which are designed with very low inclination, causes - but especially not only - in conjunction with the inventive method described above, that mineral material extremely good, namely are cut quickly, shaker-free and with the least possible Schneid medicinalverschl redesign can, since it is a very large cutting surface area uniformly in cutting engagement on the workpiece 13.
  • the value for the optimum radius difference Rmax - Rmin depends on the application of the saw blade.
  • the inventive method is of course applicable to a large number of handsets in which the machining tool is driven in a circle, very advantageous. It should be noted, however, that the method according to the invention can also be used advantageously for devices which are not held by hand and in which the feed of the tool is also driven by a machine. In this case, of course, the outer loop will not be closed by the operator, but by electronic means inside the machine. It should also be pointed out that the method according to the invention can also be used for linearly operated machining tools such as oscillating saws, band saws or cutting filaments with abrasive particles.

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  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for the machining of mineral materials, such as stone, concrete, brick, and the like, by material removal and to a machine-driven machining tool for carrying out the method. A parameter is measured from the group consisting of the three following operating parameters "driving force in the direction tangential to the surface to be removed", "relative speed of the cutting surface in the direction tangential to the surface to be removed", and "relative speed of the cutting surface toward the workpiece in the normal direction to the surface to be removed, and from the group of two of the remaining parameters either the "driving force in the direction tangential to the surface to be removed" or the "relative speed of the cutting surface toward the workpiece in the normal direction to the surface to be removed"is automatically readjusted according to a stored association function. In an advantageous further development, the"driving force toward the workpiece in the normal direction to the surface to be removed" is adjusted in a second control circuit.

Description

Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von mineralischen Materialien und Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens. Process for the abrasive working of mineral materials and tool for carrying out the process.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von mineralischen Materialien wie Gestein, Beton, Ziegel und ähnlichem, wobei durch ein Bearbeitungswerkzeug vom Werkstück Material abgetragen wird, indem das Bearbeitungswerkzeug entweder an der zu bearbeitenden Fläche bewegt wird, wobei die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs wesentlich höher ist als die Relativbewegung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück oder indem das Bearbeitungswerkzeug zu der bearbeitenden Fläche bewegt wird, wobei die Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeuges am Werkstück eine größere Tangentialkomponente entlang der Oberfläche des Werkstückes und eine kleinere Normalkomponente auf die Oberfläche des Werkstückes zu aufweist. Weiters betrifft die Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for abrasive machining of mineral materials such as rock, concrete, brick and the like, wherein material is removed by a machining tool from the workpiece by the machining tool is moved either on the surface to be machined, the cutting speed of the tool is substantially higher as the relative movement of the tool relative to the workpiece or by moving the machining tool to the machining surface, wherein the relative movement of the machining tool on the workpiece has a larger tangential component along the surface of the workpiece and a smaller normal component on the surface of the workpiece. Furthermore, the invention relates to a machining tool for carrying out the method.
Die Erfindung wird im Folgenden vorwiegend an Hand des Bohrens von Materialien der eingangs aufgelisteten Art beschrieben. Sie ist aber ganz allgemein für alle Formen des Abtragens, Sägens, Schneidens bzw. Trennens etc. entsprechend dem oben genannten Prinzip vorteilhaft anwendbar.The invention will be described below mainly with reference to the drilling of materials of the type listed above. However, it is quite generally applicable to all forms of cutting, sawing, cutting or separating, etc. according to the above principle advantageous.
Entweder verwendet man zum Bohren mineralischer Materialien eine mit einem Kronenbohrer bestückte Bohrmaschine oder eine Schlagbohrmaschine, in welche ein mit einer oder mehrerer Schneidplatten versehener Bohrer eingesetzt ist. Beim Schlagbohren wird der Bohrer nicht nur um seine Längsachse gedreht, sondern auch in Bohrungsrichtung geschlagen. Beim Handbohrbetrieb handelt es sich um den sogenannten kraftgesteuerten Betrieb, während man beim maschinellen Vortrieb vom weggesteuerten Betrieb spricht. Der Bohrfortschritt wird von der Drehzahl des Bohrers und beim kraftgesteuerten Betrieb durch die Kraft, mit der er in Bohrungsrichtung gedrückt wird, bzw. beim weggesteuerten Betrieb durch die Drehzahl des Werkzeugs und die Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst. Je nach Wissen bzw. Erfahrung und handwerklicher Geschicklichkeit des die Bohrmaschine betätigenden Menschen, werden Drehzahl und Anpresskraft bzw. Vorschubgeschwindigkeit mehr oder weniger optimal eingestellt.Either a drill equipped with a crown drill or a percussion drill, in which a drill provided with one or more inserts is used, is used for drilling mineral materials. In impact drilling, the drill is not only rotated about its longitudinal axis, but also beaten in the bore direction. The manual drilling operation is the so-called force-controlled operation, while the mechanical propulsion means the path-controlled operation. The drilling progress is influenced by the speed of the drill and the force-controlled operation by the force with which it is pressed in the direction of the bore, or by the rotational speed of the tool during the path-controlled operation and the feed rate. Depending on knowledge or experience and craftsmanship skill of the person operating the drill, speed and contact pressure or feed rate are more or less optimally adjusted.
Eine Ergänzung zu diesem Prinzip wird in der EP 1 240 964 A1 und in der JP 2004340619 beschrieben. Eine berührungslose, beispielsweise auf Ultraschall basie- rende Messeinrichtung erfasst die Entfernung zwischen Bohrmaschine und zu bohrendem Werkstück. Bei Erreichen einer vorherbestimmten Nähe wird das Schlagwerk der Bohrmaschine ausgeschaltet. Damit kann die Tiefe eines zu bohrenden Sackloches gut eingestellt werden. Während des Bohrvorganges selbst hat der Benutzer aber keinerlei Unterstützung für die richtige Einstellung von Drehzahl und Anpresskraft bzw. Vorschubgeschwindigkeit.An addition to this principle is described in EP 1 240 964 A1 and JP 2004340619. A non-contact, for example ultrasound-based The measuring device covers the distance between the drill and the workpiece to be drilled. Upon reaching a predetermined proximity, the percussion of the drill is turned off. Thus, the depth of a blind hole to be drilled can be well adjusted. During the drilling itself, however, the user has no support for the correct setting of speed and contact force or feed rate.
Die AT 003 635 U1 und die EP 0886 552 B1 zeigen Schleifscheiben und Kronenbohrer entlang deren Umfang eine Vielzahl von gleichartigen, oberflächlich mit Schleifkörnern ausgestatteten Schneidflächen angeordnet sind, die voneinander durch Fugen getrennt sind. Die einzelnen Schneidflächen sind dabei derart geneigt, dass die bei der Drehbewegung hinten liegenden Schneidflächenbereiche gegenüber den weiter vorne liegenden Schneidflächenbereichen derart erhaben liegen, dass sie bei der Vorschubbewegung tiefer im abzutragenden Material liegen. Die verbleibenden Schneidflächenbereiche kommen im Normalfall erst dann zum bestimmungsgemäßen Einsatz, wenn die erhabener liegenden Schneidflächenbereiche in Folge Verschleiß abgeschliffen wurden. Damit werden im Verschleißverhalten und in der Handhabbarkeit des Werkzeuges gegenüber Werkzeugen mit nicht derart geneigten Schneidflächen Vorteile erzielt. Da jedoch immer nur ein kleiner Teil der gesamten Schneidfläche am abzutragenden Material in Eingriff ist, erfolgt der Materialabtrag relativ langsam und der Verschleiß des Werkzeuges erfolgt relativ schnell. Zudem braucht der Benutzer dennoch einiges an Übung und Gefühl um beim Abtragvorgang eine einigermaßen optimale Einstellung von Drehzahl und Anpresskraft bzw. Vorschubgeschwindigkeit zu finden und einzuhalten.AT 003 635 U1 and EP 0886 552 B1 show grinding wheels and crown drills along the circumference of which are arranged a multiplicity of similar cutting surfaces superficially equipped with abrasive grains, which are separated from one another by joints. The individual cutting surfaces are inclined in such a way that the cutting surface regions lying behind during the rotational movement are so elevated in relation to the cutting surface regions located further forward that they lie deeper in the material to be removed during the advancing movement. Normally, the remaining cutting surface areas only come to their intended use when the raised cutting surface areas have been ground as a result of wear. This advantages in terms of wear and in the handling of the tool over tools with not so inclined cutting surfaces are achieved. However, since only a small part of the entire cutting surface on the material to be removed is engaged, the removal of material is relatively slow and the wear of the tool is relatively fast. In addition, the user still needs some exercise and feeling to find and maintain a reasonably optimal setting of speed and contact force or feed rate during the removal process.
Von diesem Stand der Technik ausgehend hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, die Verfahren zum Abtragen von festen mineralischen Materialien durch Bohren, Schleifen oder Schneiden mittels maschinell angetriebenem, über Schneidflächen mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Bearbeitungswerkzeug dahingehend zu verbessern, dass es auch ungeübten Menschen rasch gelingt, optimale Schnittparameter einzustellen. Maßgebend sind Erkenntnisse des Erfinders zur Bearbeitung mineralischer Materialien, wonach jede Bearbeitungsaufgabe ein optimales Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit zu Vorschubgeschwindigkeit, das sogenannte optimale Geschwindigkeitsverhältnis qopt, besitzt. Dieses optimale Geschwindigkeitsverhältnis wird bestimmt durch die minimale und die maximale Spanungsdicke hmin und hmaχ. Die minimale Spanungsdicke hmjn ergibt sich aus den geringsten Abständen der Werkzeugschneiden und der Mindestspanungs- dicke, deren Wert werkstoffabhängig ist. Der Wert von hmax wird bestimmt durch die größten Abstände der Werkzeugschneiden bzw. durch die zulässige Belastung an diesen Schneiden, wobei sowohl die Festigkeit des Schleifkorns als auch die Einbindefestigkeit des Schleifkorns die Belastungsgrenze darstellen kann. qopt wird am besten für die einzelnen Kombinationen aus Werkstoff und Werkzeug durch Versuch bestimmt.From this state of the art, the inventor has set itself the task of improving the methods for removing solid mineral materials by drilling, grinding or cutting by means of mechanically driven, over cutting surfaces with the workpiece engaging machining tool to the effect that even untrained people quickly succeeds in setting optimal cutting parameters. Decisive are findings of the inventor for processing mineral materials, according to which each processing task has an optimum ratio of cutting speed to feed rate, the so-called optimal speed ratio q op t. This optimum speed ratio is determined by the minimum and maximum chip thicknesses h m i n and h ma χ. The minimum chip thickness h m j n yields from the smallest distances of the tool cutting edges and the minimum chip thickness, the value of which depends on the material. The value of h max is determined by the largest distances of the tool cutting edges or by the permissible load on these cutting edges, wherein both the strength of the abrasive grain and the embedment strength of the abrasive grain can represent the load limit. q op t is best determined by experiment for each combination of material and tool.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Bearbeitungsgerät so geregelt wird, dass das Geschwindigkeitsverhältnis q während der Bearbeitung konstant gehalten wird. Die Werte für qopt werden in der Regelung hinterlegt. Sie dienen als Richtwerte für die Einstellung von q. Zusätzlich kann eine äußere Regelschleife bewirken, dass das Gerät ständig mit höchstzulässiger Leistung betrieben wird.The problem is solved by controlling the processing device so that the speed ratio q is kept constant during processing. The values for q opt are stored in the control. They serve as guidelines for the adjustment of q. In addition, an external control loop can cause the unit to operate at the highest permissible power.
Die Regelung unterscheidet sich bei kraftgesteuerten Geräten von der bei weggesteuerten Geräten. Bei kraftgesteuerten Geräten wird die Vorschubgeschwindigkeit gemessen und die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs so angepasst, dass der Wert für q konstant bleibt und qopt entspricht. Außerdem kann die Leistung gemessen und danach die Anpresskraft „geregelt" werden. Bei weggesteuerten Geräten wird die Leistung gemessen und danach die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit so angepasst, dass der Wert für qopt eingehalten wird.The regulation differs with power-controlled devices from that of path-controlled devices. For force-controlled devices, the feed rate is measured and the cutting speed of the tool is adjusted so that the value of q remains constant and q opt equals. In addition, the power can be measured and then the contact force "regulated." In the case of controlled devices, the power is measured and then the cutting speed and the feed rate are adjusted so that the value for q op t is maintained.
Bei normal ausgeführten Kronenbohrern liegt der Wert für qopt nur innerhalb eines schmalen Toleranzbandes. Wenn das verwendete Bearbeitungswerkzeug dagegen durch Schlitze unterbrochene, derart rampenartig geneigte, oberflächlich mit Schleifkörnern versehene Schneidflächen aufweist, dass die bei der Tangentialbewegung des Bearbeitungswerkzeuges hinten liegenden Schneidflächenbereiche näher am bzw. weiter im abzutragenden Werkstück liegen, als die vorne liegenden Schneidflächenbereiche, erweitert sich das Toleranzband. Optimale Breite erreicht das Toleranzband wenn dabei unterschiedlich zu den Ausführungen gemäß der AT 003 635 U1 und der EP 0886 552 B1 die Neigung der rampenartigen Schneidflächen so klein ist, dass sich ihr Höhenbereich nicht in den Bereich von Zehntelmillimeter mm erstreckt, sondern im Bereich weniger Mikrometer liegt. Im letzteren Fall kann gegebenenfalls auch ohne den Einsatz einer Regelung bereits ein gutes Bearbeitungsergebnis erzielt werden. Bei kreisend angetriebenen Bearbeitungswerkzeugen können unter Beachtung von bekannten geometriebedingten Umrechnungsfaktoren für die hier weiters angestellten Ü- berlegungen die Parameterbezeichnungen durch die gängigeren und kürzeren Bezeichnungen „Drehmoment, Drehzahl und Vorschub" ersetzt werden.For normal core drills, the value for q op t is only within a narrow tolerance band. If, on the other hand, the machining tool used has slots interrupted by slots, so ramped, superficially provided with abrasive grains, that the cutting surface areas located at the rear in the tangential movement of the machining tool lie closer to or further in the workpiece to be removed than the forward cutting surface areas, the tolerance band expands , Optimum width reaches the tolerance band if different from the embodiments according to AT 003 635 U1 and EP 0886 552 B1, the inclination of the ramp-like cutting surfaces is so small that their height range does not extend in the range of tenths of millimeters mm, but in the range of a few microns lies. In the latter case, if necessary, even without the use of a control, a good processing result can already be achieved. In the case of circularly driven machining tools, taking into account known geometry-related conversion factors for the further employed the parameter designations are replaced by the more common and shorter designations "torque, speed and feed".
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen veranschaulicht:The invention is illustrated by means of drawings:
Fig. 1: Skizziert die Abwicklung einer Schneidengeometrie eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaften Bearbeitungswerkzeuges.FIG. 1: Sketches the development of a cutting geometry of a processing tool which is advantageous for carrying out the method according to the invention.
Fig. 2: Zeigt ein Flussdiagramm einer Funktionsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel Bohren für kraftgesteuerte Geräte.2 shows a flowchart of a functional variant of the method according to the invention using the example of drilling for force-controlled devices.
Fig. 3: Zeigt ein Flussdiagramm der Funktionsvariante von Fig. 2 erweitert um einen Zweig, in welchem die obere Leistungsgrenze der antreibenden Maschine berücksichtigt wird.Fig. 3: shows a flow chart of the functional variant of Fig. 2 extended by a branch in which the upper power limit of the driving machine is taken into account.
Fig. 4: Zeigt das Flussdiagramm von Fig. 3, welches um einen Zweig erweitert wurde mit Hilfe dessen die maximal mögliche Abtragungsgeschwindigkeit eingestellt wird.Fig. 4: shows the flow chart of Fig. 3, which has been extended by a branch by means of which the maximum possible removal rate is set.
Fig. 5: Zeigt in einer Schnittansicht ein vorteilhaft ausgeführtes Sägeblatt an einem Werkstück.5 shows in a sectional view an advantageously executed saw blade on a workpiece.
In Fig 1 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Bearbeitungswerkzeuges und ein für viele Anwendungsbereiche optimales Verhältnis aus Drehzahl und Vorschub dafür dargestellt. Wenn die zur Drehzahl proportionale Umfangsgeschwindigkeit vu zur Vorschubgeschwindigkeit vz gleich dem Verhältnis aus dem umfangsparallelen Abstand b zwischen zwei Schneidflächen 1 des Bearbeitungswerkzeuges und der zur Vorschubrichtung parallel liegenden Höhe h der Schneidflächen ist, so wird einerseits erreicht, dass jeweils die gesamte Schneidfläche eines Zahnes zum Einsatz kommt, andererseits kein Zahnflankenbereich 2 mit dem ungeschnittenen Material in Eingriff kommt. Wenn nur ein Teil der Schneidfläche der Zähne zum Einsatz kommt, ist das im Allgemeinen nachteilig, da dieser Teil dann einseitig abgenutzt wird. Oft ist dabei auch die Tangenti- algeschwindigkeit überhöht, womit die Abnutzung besonders stark ausfällt. Wenn auch die Zahnflanken mit dem ungeschnitten Material des Werkstückes in Eingriff kommen, so führt das zu starkem Rütteln und raschem Verschleiß an Bearbeitungswerkzeug und antreibender Maschine, sowie zu unsauberen Schnitt- bzw. Bohrungsflächen. Zu Fig. 1 sei ergänzend gesagt, dass die Höhe h im Verhältnis zur Länge der Schneidfläche 1 aus Anschaulichkeitsgründen sehr viel größer dargestellt ist, als man sie bei den meisten Werkzeugen tatsächlich ausführen sollte. Im Fall der Bearbeitung mineralischer Werkstoffe ist die Neigung der Schneidfläche für optimale Bearbeitungsbedingungen so gering, dass man sie ohne Hilfsmittel nicht erkennen kann. Beispielsweise kann die Höhe h etwa 0,005 mm betragen wenn die Länge der Schneidfläche etwa 10 mm beträgt. Die spezielle Neigung kann z.B. durch Abrichten des Werkzeugs erhalten werden.In Fig 1, an advantageous embodiment of a machining tool and an optimal for many applications ratio of speed and feed is shown. If the speed proportional to the rotational speed v u to the feed rate v z equal to the ratio of the circumferentially parallel distance b between two cutting surfaces 1 of the machining tool and parallel to the feed height h of the cutting surfaces, so on the one hand ensures that each of the entire cutting surface of a tooth On the other hand, no tooth flank area 2 engages with the uncut material. If only a part of the cutting surface of the teeth is used, this is generally disadvantageous since this part is then worn away on one side. Often the tangential velocity is excessive, which makes the wear particularly strong. If the tooth flanks also engage with the uncut material of the workpiece, this leads to excessive shaking and rapid wear on the machining tool and the driving machine, as well as on unclean cutting or bore surfaces. To Fig. 1 is in addition to say that the height h is shown in relation to the length of the cutting surface 1 for reasons of clarity much greater than you should actually perform in most tools. In the case of processing mineral materials, the inclination of the cutting surface for optimum machining conditions is so low that it can not be recognized without tools. For example, the height h may be about 0.005 mm when the length of the cutting surface is about 10 mm. The special inclination can be obtained, for example, by dressing the tool.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens sind prinzipiell folgende Ausführungsvarianten möglich:Within the scope of the inventive concept, the following alternative embodiments are possible in principle:
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Variante 1: Das Drehmoment (bzw. die Antriebskraft in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung) wird gemessen, der Vorschub wird entsprechend angepasst.Variant 1: The torque (or the driving force in the direction tangential to the surface to be removed) is measured, the feed is adjusted accordingly.
Diese Variante ist anwendbar bei weggesteuerten Geräten und bei Einsatz eines Werkzeuges nach Fig. 1 im kraftgesteuerten Betrieb.This variant is applicable to path-controlled devices and when using a tool according to FIG. 1 in force-controlled operation.
Bei weggesteuerten Geräten können sich Leistungsschwankungen z.B. durch Härteänderungen im zu bearbeitenden Material ergeben. Dadurch verändert sich das Drehmoment. Wird eine solche Veränderung im Regeleingang gemessen, so wird die Vorschubgeschwindigkeit und die Werkzeugdrehzahl über die Regelung entsprechend angepasst. Bei kraftgesteuertem Betrieb mit Einsatz von Werkzeugen entsprechend Fig. 1 ergibt sich folgender Regelablauf: Das Drehmoment ist zumindest im relevanten Bereich in einer streng monoton steigender Funktion von der Dicke jener Schicht abhängig, die von einer Bearbeitungsfläche 1 des Bearbeitungswerkzeuges bei einem Arbeitshub abgetragen wird. Mit steigender Schichtdicke steigt auch der beanspruchte Flächenanteil je Schneidfläche 1 am Bearbeitungswerkzeug (Fig. 1). Damit kann vom gemessenen Drehmoment direkt auf den beanspruchten Anteil der Schneidflächen rückgeschlossen werden. Wenn ein zu kleiner Anteil beansprucht wird, muss der Vorschub erhöht werden. Dies kann bei handgesteuerten Maschinen unter Einbindung der die Maschine betätigenden Person erfolgen, indem ein grünes Licht aufleuchtet, welches signalisiert, dass das Bearbeitungswerkzeug stärker angedrückt werden soll. Wenn das Bearbeitungswerkzeug zu stark angedrückt wird, so wird die abgetragene Schicht je Schneidfläche zu groß und damit auch das Drehmoment sehr groß. Die Steuerung misst die Leistung - beispielsweise über die Stromaufnahme des antreibenden Elektromotors - und signalisiert dem Benutzer erforderlichenfalls, beispielsweise mit Hilfe eines roten Lichtes, dass das Bearbeitungswerkzeug weniger angedrückt werden soll. Vorteilhaft an Variante 1 ist vor allem die Realisierbarkeit mit sehr geringem materiellem Aufwand.In the case of travel-controlled devices, performance fluctuations can result, for example, from hardness changes in the material to be processed. This changes the torque. If such a change is measured in the control input, the feed rate and the tool speed are adjusted accordingly via the control. In the case of force-controlled operation with the use of tools according to FIG. 1, the following control sequence results: The torque depends, at least in the relevant region, in a strictly monotonically increasing function on the thickness of the layer which is removed by a working surface 1 of the machining tool during a working stroke. As the layer thickness increases, so too does the claimed surface area per cutting surface 1 on the machining tool (FIG. 1). This can be deduced directly from the measured torque on the claimed proportion of the cutting surfaces. If a too small amount is claimed, the feed must be increased. This can be done in manual machines with the involvement of the person operating the machine by a green light lights up, which signals that the machine tool is to be pressed more. If the machining tool is pressed too hard, the abraded layer per cutting surface is too large and thus the torque is very large. The controller measures the power - for example, via the current consumption of the driving electric motor - and signals the user, if necessary, for example, with the help of a red light that the machining tool should be pressed less. An advantage of variant 1 is above all the feasibility with very little material effort.
Variante 2: Das Drehmoment wird gemessen, die Drehzahl (bzw. die Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung) wird entsprechend angepasst:Variant 2: The torque is measured, the speed (or the relative speed of the cutting surface in the direction tangential to the surface to be removed) is adjusted accordingly:
Vom Drehmoment wird wieder auf die Dicke der je Schneidfläche abgetragenen Schicht rückgeschlossen. Bei zu dünner Schicht wird die Drehzahl verringert, womit die Dicke dieser Schicht erhöht wird (siehe dazu Fig. 1). Bei zu dicker Schicht, wird die Drehzahl erhöht, womit die Dicke verringert wird. Für das Einstellen der wirklichen Drehzahl auf den Wert der errechneten Solldrehzahl gibt es entsprechend dem Stand der Technik schon eine Fülle von gut erprobten regelungstechnischen Lösungen unter Anwendung von Leistungselektronik. Deshalb sei hier nur an Stichwörtern zu Realisierungsmöglichkeiten genannt: Feldsteuerung oder Spannungssteuerung von Gleichstrommotoren, Frequenzumrichtung und Spannungssteuerung für Wechselstrommotoren. Bei der Steuerungsmethode gemäß dieser Variante ist es sehr zu empfehlen einen übergeordneten Regelkreis unter Miteinbeziehung der die Maschine führenden Person vorzusehen: Beispielsweise mit einem roten und einem grünen Licht sollte signalisiert werden, wenn mehr angedrückt werden kann, da die Maschine noch Leistungsreserven hat, bzw. wenn weniger angedrückt werden soll, da bei der ansonsten passenden Drehzahl die Maschine überlastet wäre.The torque is again used to deduce the thickness of the layer removed per cutting surface. If the layer is too thin, the speed is reduced, which increases the thickness of this layer (see Fig. 1). If the layer is too thick, the speed is increased, which reduces the thickness. For setting the actual speed to the value of the calculated target speed there is already a wealth of well-tried control engineering solutions using power electronics according to the prior art. Therefore, here are only possible to keywords for implementation options: field control or voltage control of DC motors, frequency conversion and voltage control for AC motors. In the control method according to this variant, it is highly recommended to provide a superordinate control circuit involving the person leading the machine: for example, with a red and a green light should be signaled if more can be pressed, because the machine still has power reserves, or if less is to be pressed, because at the otherwise appropriate speed, the machine would be overloaded.
Variante 3: Der Vorschub (bzw. die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu") wird gemessen, die Drehzahl wird entsprechend angepasst.Variant 3: The feed (or the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be removed on the workpiece") is measured, the speed is adjusted accordingly.
Diese Variante wird bei kraftgesteuertem Betrieb vorteilhaft eingesetzt. Hier wird die Vorschubgeschwindigkeit gemessen und die Drehzahl des Bohrers automatisch auf den dazupassenden Wert für qopt eingestellt.This variant is advantageously used in force-controlled operation. Here, the feed rate is measured and the speed of the drill is automatically set to the matching value for q opt .
In den Flussdiagrammen von Fig. 2 bis Fig. 4 sind am Beispiel Bohren sowohl solche Vorgänge eingezeichnet, welche üblicherweise durch den Bediener der Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden, als auch solche, die erfindungsgemäß automatisch durch die Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden.In the flow diagrams of FIGS. 2 to 4, the example of drilling shows both those processes which are usually carried out by the operator of the processing machine and those which according to the invention are carried out automatically by the processing machine.
Üblicherweise wird von der Bedienungsperson das Sollverhältnis zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Bohrerdrehzahl eingestellt (Schritt a), die Bohrmaschine gestartet und mit der Bohrerspitze an die betreffende Stelle des zu bohrenden Objektes gedrückt (Schritt b), an welcher gebohrt werden soll. Ebenso wird zumeist durch die Bedienungsperson beurteilt, ob die Bohrung tief genug ist (Schritt y), bzw. ob schon durchgebohrt wurde und - falls dies der Fall ist - die Bohrmaschine wieder abgestellt (Schritt z). Wie beispielsweise in den eingangs erwähnten Schriften gezeigt, können Schritt y und Schritt z gemäß dem Stand der Technik mehr oder minder auch automatisch durch die Bohrmaschine erfolgen. Das Einstellen des Sollverhältnisses zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Bohrerdrehzahl kann beispielsweise mittels eines am Bohrergehäuse angebrachten Schiebers, oder einer einfachen Tastatur erfolgen. Durch dieses Einstellen wird die elektronische Steuerung der Bohrmaschine auf den aktuellen Bohrer eingestellt.Usually, the operator sets the desired ratio between feed speed and drill speed (step a), starts the drill and presses it with the drill bit to the relevant point of the object to be drilled (step b) to be drilled. Likewise, it is usually judged by the operator, whether the hole is deep enough (step y), or whether it has already been drilled and - if this is the case - the drill off again (step z). As shown for example in the documents mentioned above, step y and step z according to the prior art can be made more or less automatically by the drilling machine. The setting of the desired ratio between feed speed and drill speed can be done, for example, by means of a slider attached to the drill housing, or a simple keyboard. This adjustment sets the electronic control of the drill to the current drill.
Die Arbeitsschritte Vorschub messen (Schritt c), Berechnen der optimalen Drehzahl (Schritt d) und dementsprechenden Einstellen der Drehzahl (Schritt e) werden durch die Bohrmaschine automatisch vorgenommen. Sie bilden der Kern des Prinzips entsprechend Variante 3. Das Messen des Vorschubes erfolgt am einfachsten durch zeitlich aufeinanderfolgendes Messen des Abstandes zwischen einem Punkt an der dem zu bohrenden Objekt zugewandten Seite der Bohrmaschine und dem Objekt und dividieren der gemessenen Positionsunterschiede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen durch die inzwischen vergangene Zeit. Um Störungen durch Rütteln zu vermeiden kann als weiter zu verwendendende Größe für die Geschwindigkeit des Vorschubes beispielsweise auch ein gleitender Durchschnitt aus der Folge der jeweils letzten zehn derartigen Messergebnisse herangezogen werden. Für die Entfernungsmessung stehen schon einige bekannte Prinzipien zur Auswahl. Es können auch jene Methoden verwendet werden, welche zur Zeit schon für die Feststellung der Bohrungstiefe entsprechend den Eingangs erwähnten EP 1 240 964 A1 und der JP 2004340619 angewandt werden. Es kann mechanisch mit irgendwelchen Schiebern deren Stellung elektrisch oder optisch abgetastet wird, oder ohne Schieber unmittelbar mittels Ultraschallquellen und Sensoren oder optischer Methoden erfolgen. Da die Auswahl und Auslegung dieser Vorrichtungen im Rahmen von normaler fachmännischer Tätigkeit erfolgen kann, wird hier nicht mehr weiter darauf eingegangen.The steps of measuring feed (step c), calculating the optimum rotational speed (step d) and adjusting the rotational speed accordingly (step e) are performed automatically by the drilling machine. They form the core of the principle according to variant 3. The easiest way to measure the feed rate is to measure the distance between a point on the side of the drilling machine facing the object to be drilled and the object and to divide the measured positional differences between two successive measurements by the meanwhile elapsed time. In order to avoid disturbances due to shaking, it is also possible, for example, to use a moving average from the sequence of the last ten such measurement results as the variable to be used for the speed of the feed. There are already a few known principles available for measuring distance. It is also possible to use those methods which are currently used for determining the bore depth according to the initially mentioned EP 1 240 964 A1 and JP 2004340619. It can be mechanically scanned with any slides whose position is electrically or optically, or without slides directly by means of ultrasound sources and sensors or optical methods. Since the selection and design of these devices can be done in the context of normal professional activity, will not be discussed further here.
Es ist sinnvoll den Vorschub an mehreren um den Umfang des Bohrers verteilt angeordneten Stellen zu messen, da damit Fehlmessungen die zu Folge einer Veränderung der Winkellage der Bohrerachse zustande kommen könnten, durch Durchschnittsbildung aus den Messergebnissen der einzelnen Messpunkte, vermieden werden können. Die Berechnung der optimalen Drehzahl kann mit einem gängigen einfachen, im Gehäuse der Bohrmaschine angebrachten Mikroprozessor nach einfachster Programmierung erfolgen.It is useful to measure the feed at several locations distributed around the circumference of the drill, as this could result in erroneous measurements that could result from a change in the angular position of the drill axis, by averaging from the measurement results of the individual measuring points. The calculation of the optimum speed can be done with a common simple, mounted in the housing of the drill microprocessor after the simplest programming.
Im einfachsten Fall ergibt sich die Solldrehzahl aus der Multiplikation der durch Messung ermittelten Vorschubgeschwindigkeit mit einem für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe in der Steuerung hinterlegten Faktor, der sich aus dem Wert für qopt ergibt. Natürlich ist es möglich und auch sinnvoll, für die einzelnen Bohrer und die einzelnen zu bohrenden Materialien die jeweils optimalen Verhältnisse aus Drehzahl und Vorschub durch Test festzustellen. Falls sich dabei bei einzelnen Bohrerformen und Materialien andere Funktionen, als die einfache lineare Verknüpfung zwischen Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit als optimal erweisen, können diese beispielsweise in Form von Tabellen in denen zum jeweiligen Geschwindigkeitsbereich des Vorschubes die jeweils optimale Drehzahl angegeben ist, im Berechnungsprogramm hinterlegt werden. Der Vorschub kann unmittelbar durch die Bedienungsperson beeinflusst werden, indem diese die Bohrmaschine stärker oder weniger stark an das anzubohrende Objekt an- presst. Einem hohen Vorschub wird durch die automatische Drehzahlregelung eine hohe Drehzahl zugeordnet. In den Flussdiagrammen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 ist ein aus einer Abfrage f und einer Warnmeldung g gebildeter Funktionsablauf veranschaulicht, entsprechend welchem eine Warnung - beispielsweise in Form eines roten Lichtes - ausgegeben wird, wenn der Vorschub zu groß gewählt wird, sodass bei der optimal da- zupassenden Drehzahl die Leistungsobergrenze der Bohrmaschine überschritten werden würde. Das heißt, dass dann, wenn man beim Bohren die Bohrmaschine zu sehr an das Objekt andrückt, ein rotes Licht aufleuchtet, welches bedeutet, man möge etwas weniger andrücken, da ansonsten die Bohrmaschine nicht im optimalen Drehzahlbereich laufen kann. Der Warnhinweis kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass die Motordrehzahl auf Grund einer bestehenden Leistungsbegrenzung nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne auf die für den Bohrvorgang als optimal errechnete Drehzahl angehoben werden kann.In the simplest case, the target rotational speed calculated by multiplying the feed speed determined by measurement with a stored for the respective processing task in the controlling factor resulting from the value for q op t. Of course it is possible and also useful to determine the optimal ratios of speed and feed by test for the individual drills and the individual materials to be drilled. If individual functions and materials other than the simple linear relationship between speed and feed rate prove to be optimal, these can be stored in the calculation program, for example in the form of tables in which the respective speed range of the feed is indicated. The feed can be influenced directly by the operator by pressing the drill more or less strongly against the object to be drilled. A high feed rate is assigned a high speed by the automatic speed control. In the flow charts according to FIGS. 3 and 4, a functional sequence formed from a query f and a warning message g is illustrated, according to which a warning is output, for example in the form of a red light, if the feed is selected to be too large, so that at the optimally matching speed would exceed the performance upper limit of the drill. This means that if you press the drill too much against the object when drilling, a red light will light up, which means you should press a little less, otherwise the drill can not run in the optimal speed range. The warning can be triggered, for example, by the fact that the engine speed can not be raised due to an existing power limitation within a predetermined period of time to the optimal calculated for the drilling process speed.
Gemäß Fig. 4 kann nach einer entsprechenden Abfrage h dann eine weitere Meldung i, beispielsweise in Form eines grünen Lichtes ausgegeben werden, wenn die Bohrmaschine unterhalb einer vorgegebenen Betriebsleistung betrieben wird. Dies Meldung i bedeutet dann, dass man beim Bohren stärker andrücken und damit schneller bohren kann, als dies gegenwärtig der Fall ist.According to FIG. 4, after a corresponding query h, a further message i, for example in the form of a green light, can then be output when the drilling machine is operated below a predetermined operating power. This message i means that you can press harder during drilling and thus drill faster than is currently the case.
Die Vorteile des erfindungsgemäße Verfahren sind auch bei Verwendung von Schlagbohrmaschinen gegeben. Beim Schlagbohren wird der Materialabtrag durch ein Schlagwerk, durch welches in kurzen Zeitabständen von der Bohrerspitze auf das abzutragende Material geschlagen wird, unterstützt. Das während des Bohrens erfolgende Schlagen führt zur Lockerung des Materials, das dann durch die Werkzeugschneiden abgetragen wird.The advantages of the method according to the invention are also given when using impact drills. During impact drilling, the removal of material is supported by a striking mechanism, which is used to hit the material to be removed at short intervals from the drill bit. The hitting while drilling results in the loosening of the material, which is then eroded by the tool blades.
Üblicherweise sind Schlagbohrmaschinen so aufgebaut, dass je Bohrerdrehung eine bestimmte Anzahl von Schlägen erfolgt. Durch eine davon abweichende Steuerung der Schlagfrequenz können beträchtliche Vorteile erzielt werden. Bei den hier beschriebenen Verfahrensvarianten 2 und 3 ist die Drehzahl veränderbar und sie wird automatisch optimal eingestellt Hält man während des Regelvorgangs die Schlagfrequenz konstant, so erhält man bei Reduktion der Bohrerdrehzahl eine Erhöhung der Schlaganzahl je Bohrerdrehung und bei Erhöhung der Bohrerdrehzahl eine Verringerung der Schlaganzahl je Bohrerdrehung. Das bedeutet, dass bei der Bearbeitung härterer Schichten die Schlagwirkung erhöht und bei weicheren Schichten die Schlagwirkung reduziert wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Bohrleistung und zu angenehmerer Handhabung beim Bohrvorgang.Usually impact drills are constructed so that each drill rotation takes a certain number of strokes. By deviating control of the beat frequency, considerable advantages can be achieved. In the process variants 2 and 3 described here, the speed is variable and it is set automatically optimally. If you keep the beat frequency constant during the control process, you will get an increase in the number of strokes each with reduction of the drill speed Drill rotation and increase the drill speed, a reduction in the number of strokes per drill rotation. This means that when working harder layers the impact effect is increased and with softer layers the impact effect is reduced. This leads to an improvement in the drilling performance and to a more pleasant handling during the drilling process.
Der Effekt kann noch verstärkt werden, indem die Schlagfrequenz mit sinkender Bohrerdrehzahl erhöht und mit steigender Bohrerdrehzahl erniedrigt wird.The effect can be exacerbated by increasing the beating frequency with decreasing drill speed and decreasing it with increasing drill speed.
Variante 4: Die Drehzahl (bzw. die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu") wird gemessen bzw. starr innerhalb eines engen bekannten Bereiches gehalten, der Vorschub wird entsprechend angepasst.Variant 4: The speed (or the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be ablated to the workpiece") is measured or held rigidly within a narrow known range, the feed is adjusted accordingly.
Das Geschwindigkeitsverhältnis qopt wird dabei eingestellt, indem der die Normalkomponente repräsentierende Vorschub der die Tangentialkomponente repräsentierenden Drehzahl im richtigen Verhältnis nachgeführt wird. Bei Bearbeitungsmaschinen die durch eine Person mit dem Bearbeitungswerkzeug an das Werkstück angedrückt werden, kann wie schon weiter oben beschrieben, mittels verschiedenfarbigen Lichtern signalisiert werden, ob mehr oder weniger Vorschub sinnvoll ist, was für den Benutzer bedeutet, dass er mehr oder weniger stark andrücken soll.The speed ratio q op t is set by tracking the feedrate of the component representing the normal component in the correct ratio. In processing machines which are pressed by a person with the machining tool to the workpiece, as already described above, be signaled by means of different colored lights, if more or less feed makes sense, which means for the user that he should press more or less strongly ,
Das Sägeblatt 10 gemäß Fig. 5 wird im Drehsinn w drehend angetrieben und linear mit einer Geschwindigkeit VH zwecks Schneiden eines Schlitzes am Werkstück 13, welches aus einem mineralischen Material besteht, bewegt. Im Unterschied zu Kronenbohrern kann ein Sägeblatt problemlos mit im Verhältnis zu den Trennschlitzen längeren Schneidflächen ausgestattet werden, da der Abtransport des vom Werkstück abgetragenen Materials weniger problematisch ist.The saw blade 10 according to FIG. 5 is rotationally driven in rotation and moved linearly at a speed VH for cutting a slot on the workpiece 13, which consists of a mineral material. In contrast to crown drills, a saw blade can easily be equipped with longer cutting surfaces in relation to the separating slots, since the removal of the material removed from the workpiece is less problematic.
Der Radius der Schneidfläche 11 ist nicht wie man meinen könnte über den Scheiben- umfang konstant, sondern er vergrößert sich (kontinuierlich und monoton) von einem am einem umfangsseitigen Schneidflächenrand liegenden minimalen Radius Rmin entgegen der Drehrichtung w entlang der Schneidfläche bis zum nächsten Schlitz auf den Radius Rmax. Der Längenunterschied zwischen Rmin und Rmax ist so gering, dass man ihn mit freiem Auge nicht sieht. Die Ausführung des Sägeblattes mit Schneidflächen 12, die mit sehr geringer Neigung ausgeführt sind, bewirkt - vor allem aber nicht nur - in Verbindung mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, dass mineralisches Material extrem gut, nämlich rasch, rüttelfrei und mit geringst möglichem Schneidflächenverschleiß geschnitten werden kann, da dabei ein sehr großer Schneidflächenbereich gleichmäßig in schneidendem Eingriff am Werkstück 13 ist. Der Wert für die optimale Radiendifferenz Rmax - Rmin ist abhängig vom Einsatzfall des Sägeblattes.The radius of the cutting surface 11 is not constant over the circumference of the disk, as it increases (continuously and monotonically) from a minimum radius R m i n lying opposite the direction of rotation w along the cutting surface to the next one Slot on the radius R max . The difference in length between Rmin and Rmax is so small that you can not see it with the naked eye. The execution of the saw blade with cutting surfaces 12, which are designed with very low inclination, causes - but especially not only - in conjunction with the inventive method described above, that mineral material extremely good, namely are cut quickly, shaker-free and with the least possible Schneidflächenverschleiß can, since it is a very large cutting surface area uniformly in cutting engagement on the workpiece 13. The value for the optimum radius difference Rmax - Rmin depends on the application of the saw blade.
Sie lässt sich berechnen aus der Scheibengeometrie ( Durchmesser des Sägeblattes, Anzahl der Schnittflächen, Breite der Schlitze und Schleifkornbestückung ), aus der Belastbarkeit der Schleifkörner ( Festigkeitswerte des Schleifkorns bzw. Einbindefestigkeit des Schleifkorns ), aus den Bearbeitungsparametern für das zu bearbeitende Material ( Mindestspanungsdicke, Materialfestigkeit ) sowie aus der Eingriffsgeometrie ( Schnitttiefe und Geschwindigkeitsverhältnis ). Gute Werte der Radiendifferenz liegen im Bereich von 0,1 bis 10 Mikrometern. Die spezielle Neigung kann wiederum z.B. durch Abrichten des Werkzeugs erhalten werden.It can be calculated from the disk geometry (diameter of the saw blade, number of cut surfaces, width of the slots and abrasive grain population), the load capacity of the abrasive grains (strength values of the abrasive grain or embedment strength of the abrasive grain), the machining parameters for the material to be processed (minimum chip thickness, Material strength) as well as from the engagement geometry (cutting depth and speed ratio). Good values of the radius difference are in the range of 0.1 to 10 micrometers. The particular inclination may in turn be e.g. obtained by dressing the tool.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist natürlich bei einer großen Zahl von Handgeräten bei denen das Bearbeitungswerkzeug kreisend angetrieben ist, sehr vorteilhaft anwendbar. Es sei aber darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für nicht von Hand gehaltene Geräte vorteilhaft anwendbar ist, bei denen auch der Vorschub des Werkzeuges maschinell angetrieben erfolgt. In diesem Fall wird man den äußeren Regelkreis natürlich nicht über den bedienenden Menschen schließen, sondern auf elektronischem Weg innerhalb der Maschine. Weiters sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für linear betriebene Bearbeitungswerkzeuge wie schwingend bewegte Sägen, Bandsägen oder mit abrasiven Partikeln besetzte Schneidfäden anwendbar ist. The inventive method is of course applicable to a large number of handsets in which the machining tool is driven in a circle, very advantageous. It should be noted, however, that the method according to the invention can also be used advantageously for devices which are not held by hand and in which the feed of the tool is also driven by a machine. In this case, of course, the outer loop will not be closed by the operator, but by electronic means inside the machine. It should also be pointed out that the method according to the invention can also be used for linearly operated machining tools such as oscillating saws, band saws or cutting filaments with abrasive particles.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von mineralischen Materialien wie Gestein, Beton, Ziegel und ähnlichem, wobei durch ein von einer Maschine angetriebenes Bearbeitungswerkzeug vom Werkstück Material abgetragen wird, indem eine Schneidfläche des Bearbeitungswerkzeuges an der zu der bearbeitenden Fläche bewegt wird, wobei die Relativbewegung der Schneidfläche am Werkstück eine größere Tangentialkomponente entlang der Oberfläche des Werkstückes und eine kleinere Normalkomponente auf die Oberfläche des Werkstückes zu aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Gruppe der drei Bearbeitungsparameter „Antriebskraft in zur abzutragenden Fläche tangentialer Richtung", „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" und „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu", ein Parameter gemessen wird und aus der Zweiergruppe der verbleibenden Parameter mindestens einer der beiden Parameter „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" oder „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" entsprechend einer hinterlegten Zuordnungsfunktion automatisch nachgeregelt wird.A method of abrading mineral materials such as rock, concrete, brick, and the like, wherein material is removed from the workpiece by a machine tool driven machining tool by moving a cutting surface of the machining tool on the surface to be machined, wherein the relative movement of the Cutting surface on the workpiece has a larger tangential component along the surface of the workpiece and a smaller normal component on the surface of the workpiece, characterized in that from the group of the three processing parameters "driving force in the surface to be removed tangential direction", "relative speed of the cutting surface in the to be ablated surface tangential direction "and" relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be ablated to the workpiece ", a parameter is measured and from the group of two remaining parameters mi At least one of the two parameters "relative speed of the cutting surface in the tangential to the surface to be removed" or "relative speed of the cutting surface in the normal direction to be ablated surface on the workpiece to" according to a stored assignment function is readjusted automatically.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die „Antriebskraft in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" gemessen wird und dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" nachgeregelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the "driving force in the tangential to the surface to be abraded surface" is measured and that the "relative speed of the cutting surface in the normal direction to be ablated surface on the workpiece to" readjusted.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die „Antriebskraft in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" gemessen wird und dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" nachgeregelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the "driving force in the tangential to the surface to be removed" is measured and that the "relative speed of the cutting surface in the tangential to be ablated surface direction" is readjusted.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" gemessen wird und die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" nachgeregelt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to be ablated surface on the workpiece to" is measured and the "relative speed of the cutting surface in the tangential to be ablated surface direction" is readjusted.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dementsprechend eine Schlagbohrmaschine betrieben wird und dass zusätzlich die Anzahl der Schläge pro Zeiteinheit entweder konstant gehalten oder mit sinkender Bohrerdrehzahl erhöht und mit steigender Bohrerdrehzahl erniedrigt wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that accordingly a percussion drill is operated and that in addition the number of Blows per unit time either held constant or increased with decreasing drill speed and is lowered with increasing drill speed.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" gemessen bzw. innerhalb eines engen bekannten Bereiches gehalten wird und dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" nachgeregelt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the "relative speed of the cutting surface in the surface to be removed tangential direction" is measured or maintained within a narrow known range and that the "relative speed of the cutting surface in the normal direction to be ablated surface on the Workpiece is readjusted.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem übergeordneten Regelkreis der Belastungszustand der antreibenden Maschine überwacht wird und dass bei drohendem oder tatsächlichem Überschreiten einer Leistungsobergrenze oder bei zwecks Einhaltung von ansonsten optimalen Verhältnissen der Bearbeitungsparameter zueinender erforderlichem Überschreiten einer Leistungsobergrenze ein Warnsignal gegeben wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a higher-level control circuit, the load condition of the driving machine is monitored and that at threatening or actually exceeding an upper power limit or in order to maintain otherwise optimal conditions of the processing parameters zueinender required exceeding a power upper limit a warning signal is given.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Signal erkenntlich gemacht wird, ob die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" zwecks Erreichen optimaler Verhältnisse erhöht oder verringert werden soll.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is indicated by a signal, whether the "relative speed of the cutting surface in the normal direction to be ablated surface on the workpiece to" to achieve optimal conditions to be increased or decreased.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Bearbeitungswerkzeug mehrere hintereinanderliegende, derart rampenartig geneigte Schneidflächen (1) aufweist, dass die bei der Tangen- tialbewegung des Bearbeitungswerkzeuges hinten liegenden Schneidflächenbereiche näher am bzw. weiter im abzutragenden Werkstück liegen, als die vorne liegenden Schneidflächenbereiche und dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" im Verhältnis zu der „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" gleich dem Verhältnis aus dem zur tangentialen Richtung parallelen Abstand (b) zwischen zwei Schneidflächen (1) und der zur normalen Richtung parallel liegenden Höhe (h) der Schneidflächen ist. (Fig. 1)9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the processing tool used has a plurality of successive, ramp-like inclined cutting surfaces (1) that the tangen- tialbewegung the machining tool behind lying cutting surface areas are closer to or further in the abzutragenden workpiece, as the forward cutting surface areas and that the "relative speed of the cutting surface in the direction tangential to the ablated surface" relative to the "relative speed of the cutting surface in the direction normal to be ablated surface on the workpiece to" equal to the ratio of the parallel to the tangential direction distance (b) between two cutting surfaces (1) and the normal direction parallel height (h) of the cutting surfaces. (Fig. 1)
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Flä- che normalen Richtung auf das Werkstück zu" durch die Kraft eingestellt wird, mit der das Bearbeitungswerkzeug gegen das Werkstück gedrückt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the "relative speed of the cutting surface in the area to be ablated. normal direction to the workpiece is set by the force with which the machining tool is pressed against the workpiece.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug teil eines elektrisch betriebenen Handgerätes ist.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the machining tool is part of an electrically operated hand-held device.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Bearbeitungswerkzeug ein Bohrer ist.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the machining tool is a drill.
13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit Ausnahme der Ansprüche 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug ein Sägeblatt ist.13. The method according to any one of the preceding claims, with the exception of claims 5 and 12, characterized in that the machining tool is a saw blade.
14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit Ausnahme der Ansprüche 5, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug relativ zur antreibenden Maschine linear bewegt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, with the exception of claims 5, 12 and 13, characterized in that the machining tool is moved linearly relative to the driving machine.
15. Maschinell angetriebenes Bearbeitungswerkzeug zum abtragenden Bearbeiten von mineralischen Materialien wie Gestein, Beton, Ziegel und ähnlichem, wobei vom Werkstück Material abgetragen wird, indem eine Schneidfläche des Bearbeitungswerkzeuges an der zu der bearbeitenden Fläche bewegt wird, wobei die Relativbewegung der Schneidfläche am Werkstück eine größere Tangentialkompo- nente entlang der Oberfläche des Werkstückes und eine kleinere Normalkomponente auf die Oberfläche des Werkstückes zu aufweist und wobei aus der Gruppe der drei Bearbeitungsparameter „Antriebskraft in zur abzutragenden Fläche tangentialer Richtung", „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" und „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu", ein Parameter gemessen wird und aus der Zweiergruppe der verbleibenden Parameter mindestens einer der beiden Parameter „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche tangentialen Richtung" oder „Relativgeschwindigkeit der Schneidfläche in der zur abzutragenden Fläche normalen Richtung auf das Werkstück zu" entsprechend einer hinterlegten Zuordnungsfunktion automatisch nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Bearbeitungswerkzeug mindestens eine derart rampenartig gegenüber den Bewegungslinien der einzelnen Punkte der Schneidflächen geneigte, oberflächlich mit Schleifkörnern versehene Schneidfläche (1, 11) aufweist, dass die bei der Tangentialbewegung des Bearbeitungswerkzeuges hinten liegenden Schneidflächenbereiche näher am bzw. weiter im abzutragenden Werkstück liegen, als davor liegenden Schneidflächenbereiche und dass der Höhenbereich über welchen sich die Schneidfiäche normal zu den Bewegungslinien der einzelnen Punkte der Schneidfläche erstreckt, im Bereich von 0,1 bis 10 Mikrometern liegt 15. A mechanically driven machining tool for abrasive machining of mineral materials such as rock, concrete, brick and the like, wherein material is removed from the workpiece by a cutting surface of the machining tool is moved to the surface to be machined, wherein the relative movement of the cutting surface on the workpiece a larger Tangentialkompo- nente along the surface of the workpiece and a smaller normal component on the surface of the workpiece to and from the group of the three processing parameters "driving force in the surface to be removed tangential direction", "relative speed of the cutting surface in the surface to be removed tangential direction" and "Relative speed of the cutting surface in the direction normal to the surface to be ablated on the workpiece", a parameter is measured and from the set of two of the remaining parameters of at least one of the two parameters "Relati vgeschwindigkeit of the cutting surface in the tangential to the surface to be removed "or" relative speed of the cutting surface in the normal direction to be ablated surface on the workpiece is automatically readjusted according to a stored assignment function, characterized in that the processing tool used at least one such ramp-like with respect to the lines of movement slanted surface (1, 11) inclined to the individual points of the cutting surfaces, superficially provided with abrasive grains in that the cutting surface areas lying behind in the case of the tangential movement of the machining tool lie closer to or further in the workpiece to be abraded, than cutting surface areas lying in front of it and that the height area over which the cutting surface extends normal to the lines of movement of the individual points of the cutting area is in the range of 0 , 1 to 10 microns
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