WO2023036828A1 - Verfahren zur bestimmung eines verschleisszustandes eines werkzeugs und vorrichtung hierfür - Google Patents

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WO2023036828A1
WO2023036828A1 PCT/EP2022/074878 EP2022074878W WO2023036828A1 WO 2023036828 A1 WO2023036828 A1 WO 2023036828A1 EP 2022074878 W EP2022074878 W EP 2022074878W WO 2023036828 A1 WO2023036828 A1 WO 2023036828A1
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WO
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wear
tool
sacrificial
test
workpiece
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PCT/EP2022/074878
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uli Werthwein
Original Assignee
Avantec Zerspantechnik Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/58—Investigating machinability by cutting tools; Investigating the cutting ability of tools
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the state of wear of a tool, in particular a tool based on hard metal, and a device for this.
  • the tool has a cutting edge whose state of wear is determined using the method. If the tool is a multi-edged tool, the state of wear of at least one cutting edge or multiple cutting edges is determined, which is currently in a ready-to-use setting or position.
  • Milling processes with hard metal-based tools are used, among other things, for machining workpieces.
  • the workpiece is machined with a defined cutting edge of the tool based on hard metal in a metal-cutting process.
  • a geometrically defined chip is generated when the workpiece is machined.
  • the tools used and the workpieces to be machined can be made of very different materials. Accordingly, a pair of materials is created that can vary greatly depending on the material of the tool and the material of the workpiece. This results in various physical variables, such as variables relevant to tool wear, among other things.
  • the economic and technical service life, also known as the service life, of tools made of a cutting material is determined by the degree of wear of the cutting material.
  • optical monitoring methods are known in the prior art, in which the cutting edge of the tool is observed by means of a camera.
  • the contour of the cutting edge is compared with specified patterns or dimensions in order to identify a maximum state of wear. If it is detected that the maximum state of wear has been reached, the tool is changed by the output of a corresponding signal or relevant information. If the tool is a multi-edged tool, the cutting edge is changed. It is also known to measure the temperature at the cutting edge in order to draw conclusions about the degree of wear on the cutting edge. It is also known that force or torque measurements take place.
  • One exemplary embodiment of the invention relates to a method for determining the state of wear of a tool and/or at least one cutting edge, in particular of a tool which is used for machining a workpiece, with the tool or the at least one cutting edge being in a new condition or in a used condition a test measurement with test machining is carried out on at least one sacrificial workpiece, the test machining being monitored by means of at least one measuring device with at least one sensor and measured values of the test measurement being storable in a memory, wherein after a defined machining of workpieces by means of the tool or by means of the at least one Cut at least one further test measurement with test machining on the sacrificial workpiece, which is also monitored by the measuring device with the at least one sensor and measured values of the test measurement can be stored, with the result measured values indicate a wear condition of the tool and/or the at least one cutting edge is determined, the test machining being machining of the sacrificial workpiece, the tool being moved in a predefined feed direction
  • a wear condition of the tool can thus be determined from a comparison of stored measured values from the new condition or from a used condition with measured values from a current condition after workpieces have been machined.
  • the use of a force at the predefined angle, in particular at an angle of 90° to the feed direction, causes the influence of the cutting edge or the tool on the sacrificial workpiece to be sensed, in particular as free as possible from disruptive influences.
  • any tool can be used as the starting point for determining the state of wear, regardless of whether it is a tool that is new or a tool that is in a used condition and is intended to continue to be used.
  • the angle, in particular 90° to the feed direction is measured in a plane in which the test machining is carried out, the angle to the feed direction being determined.
  • test machining is a milling machining of a sacrificial workpiece using a tool as a milling tool, in particular with a cutting edge or with a plurality of cutting edges. This allows standardized processing to be carried out, which can be reproduced again and again in the same way in order to be able to determine the influence of wear and the state of wear.
  • the tool is moved in a straight line in the predefined feed direction at the predefined feed rate relative to the sacrificial workpiece during the test machining. Because of the rectilinear course, a disruptive influence due to changes in direction is reduced or avoided.
  • the angle is aligned in the range from 60° to 120°, in particular approximately 90°, to the feed direction. With such an angle, the disturbing influence of inappropriate influences is reduced, in particular with an angle of 90°.
  • the senor is a force or pressure sensor which is arranged in such a way that only a force or pressure acts on it which is at an angle in the range from 60° to 120°, in particular about 90°, to the Feed direction is aligned.
  • a force can thus be determined and evaluated in a reproducible direction, which facilitates the reproducibility of the measurement results and their measurement conditions.
  • the measurement of the force is recorded with high resolution, so that at least one force value or a force curve with several force values can be assigned to each cutting edge of the tool.
  • at least one force profile, in particular with a maximum is therefore measured for each cutting edge provided.
  • Out of a maximum force value can then be assigned to the respective cutting edge to the value of the maximum of the force curve. From these force values or from the maximum force values, a mean value can be determined over one or more revolutions of the tool, which can be used to determine the state of wear.
  • the state of wear is differentiated according to at least one state of wear of the following types of wear/failure: flank wear, crater wear, built-up edge, crack formation and/or broken edge. Accordingly, the state of wear is specifically assigned to the most probable types of wear/failure, so that the further course of wear can be better estimated as the tool is used further.
  • the state of wear is determined from a respective state of wear consisting of at least flank wear, crater wear, built-up edge, crack formation and/or a broken edge.
  • a respective state of wear consisting of at least flank wear, crater wear, built-up edge, crack formation and/or a broken edge.
  • an individual state of wear according to the specified types of wear or types of failure is brought together in order to determine a general state of wear, which takes into account the considered types of wear and failure as a whole.
  • test measurement is carried out separately with the test machining for each type of wear/failure under consideration or that a test measurement is carried out with one test machining or several test measurements are carried out with one test machining each and a wear/failure type is determined from this.
  • individual or different test measurements with test processing are carried out on sacrificial materials or on different sacrificial materials with different processing parameters.
  • processing parameters adapted to the type of wear/failure to be detected for the respective test processing. In this way, specific consideration can be given to the behavior of the respective type of wear/failure.
  • test measurement is carried out with the test processing for one or for several or for each considered type of wear/failure on a sacrificial workpiece provided for this purpose.
  • specific consideration can be given to the behavior of the respective type of wear/failure.
  • test measurement is carried out with the test machining for one or for several or for each type of wear/failure under consideration with machining parameters provided for this purpose. In this way, specific consideration can be given to the behavior of the respective type of wear/failure.
  • the state of wear is determined by comparing stored measured values and/or stored processed measured values from test measurements on at least one sacrificial workpiece or on a plurality of sacrificial workpieces. This allows the state of wear to be reliably determined.
  • processed measured values have or are first derivatives and/or second derivatives of measured value curves over time. In this way, even small deviations can be better recognized.
  • a recommendation for further use or replacement of the tool and/or the cutting edge and/or cutting edges is made from the determined state of wear or from the determined states of wear.
  • the recommendation can be that the processing is carried out unchanged, that processing with other parameters is being carried out or that processing will be terminated. Machining with modified parameters can be machining with a reduced feed rate, for example.
  • An exemplary embodiment of the invention relates to a device for determining the wear status of a tool and/or at least one cutting edge, in particular a tool which is used for machining a workpiece, with a tool having at least one cutting edge for machining a workpiece, with a measuring device at least one sensor for monitoring a test measurement with test processing and with at least one sacrificial workpiece for carrying out the test measurement with test processing on the sacrificial workpiece, in particular for carrying out a method according to the invention.
  • a first receptacle is provided for the sacrificial workpiece and a second receptacle is provided for the sensor, the sacrificial workpiece being coupled to the sensor in such a way that during test processing of the sacrificial workpiece, a force is exerted by the sacrificial workpiece the sensor can be transmitted.
  • a base body which forms the second receptacle for the sensor, with a carrier being provided which is guided so that it can be displaced in one direction relative to the base body wherein the carrier forms the first receptacle and the sensor is arranged between the second receptacle and the carrier and is subjected to a force. This ensures that the force acts on the sensor in the direction in which the carrier can be displaced relative to the base body, which is also sufficient for the reproducibility of exact conditions.
  • an energy accumulator is provided, which pretensions the carrier towards the sensor. This avoids that undefined states can be avoided and the sensor experiences at least a minimum force due to the preload. It is also advantageous if the preload can be adjusted, in particular by means of an adjusting screw or the like.
  • a transmission element is arranged between the carrier and the sensor, in particular a spherical element as the transmission element. As a result, the force is once again concentrated in one direction on the sensor, so that interference can be largely ruled out.
  • a sacrificial workpiece is provided, which is arranged on the carrier, or if a predefined number of sacrificial workpieces is provided, with the sacrificial workpieces being arranged on the carrier.
  • the machining of the at least one sacrificial workpiece can be arranged on the carrier, so that the force to be observed can be recorded by the sensor during the machining process of the test machining.
  • the at least one sacrificial workpiece is provided and can be processed in order to determine at least one state of wear or several states of wear, or that the individual sacrificial workpieces are each used to determine one Wear condition are provided and editable according to a specific wear Zfailure type. This enables the tool or the at least one cutting edge to be monitored easily, in particular also with regard to individual states of wear.
  • sacrificial workpieces in particular two or three sacrificial workpieces, made of different sacrificial materials are provided for determining a state of wear according to flank wear, crater wear, built-up edge, crack formation and/or a broken edge.
  • a combined sacrificial workpiece can also be provided, which has several sacrificial materials.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a
  • Fig. 3 is a schematic representation to explain the
  • Figure 1 shows a schematic representation of a device 1 with a tool 2 with at least one cutting edge 3, in particular with several cutting edges 3, which is used for machining a workpiece 4, in particular for milling the workpiece 4.
  • At least one first drive 5 is provided in order to rotate the tool 2 with its at least one cutting edge 3 or with its several cutting edges 3 in order to be able to provide the speed of the tool 2 required for the milling process.
  • the speed of the tool 2 can be controlled by means of the first drive 5, in particular between zero and a maximum speed nMaxl.
  • At least one first actuator 6 is provided in order to be able to displace the tool 2 with its at least one cutting edge 3 or with its multiple cutting edges 3 relative to the workpiece 4 . It makes sense here if the tool 2 can be pivoted and/or moved in particular about at least three axes.
  • the pivoting speed and/or the traversing speed can be controlled by means of the at least one first actuator 6, in particular between zero and a maximum pivoting speed and/or a maximum traversing speed or also called cutting speed or feed rate.
  • the tool 2 is held interchangeably in a tool holder, which can be driven in rotation and/or pivoted by means of the at least one first drive 5 and/or the at least one first actuator 6 and/or can be moved, so that the tool 2 can be rotated, pivoted and/or moved accordingly.
  • the workpiece 4 is held in a workpiece holder 7 .
  • the workpiece 4 and/or the workpiece holder 7 with the workpiece 4 can optionally be driven in rotation by means of a second drive 8 and/or pivoted and/or moved by means of at least one second actuator 9 .
  • at least one second drive 8 can optionally be provided in order to be able to set the workpiece 4 in rotation.
  • the speed of the workpiece 4 can be controlled by means of the second drive 8, in particular between zero and a maximum speed nMax2.
  • At least one second actuator 9 can also optionally be provided in order to be able to displace the workpiece 4 relative to the tool 2 . It makes sense here if the workpiece 4 can be pivoted and/or moved about at least three axes.
  • the swiveling speed and/or the movement speed can be controlled by means of the at least one second actuator 8, in particular between zero and a maximum swiveling speed and/or movement speed.
  • a holding device 10 is provided, by means of which a sacrificial workpiece 11 can be held.
  • the purpose of the sacrificial workpiece 11 is for the tool 2 to machine the sacrificial workpiece 11 with the at least one cutting edge 3 in order to monitor this test machining using sensors 12 .
  • the data from sensors 12 relating to the test machining is stored, for example, in a memory 13 of a control unit 14 that takes over the control and compared with other test measurements in order to determine a wear condition of the tool 2 and/or the at least one cutting edge 3 or the cutting edges 3.
  • the state of wear of a tool 2 or a cutting edge 3 or the cutting edges 3 is determined, for example, in direct comparison to the new condition of the tool 2, the cutting edge 3 or the cutting edges 3 .
  • the state of wear can be determined in relation to the specific type of wear and failure.
  • test machining steps are carried out as test millings on the sacrificial workpiece 11 .
  • the measured values of physical variables of this new condition determined by means of the sensor(s) 12 are stored as a reference pattern for the new condition.
  • a test measurement or test measurements which is or will be carried out on the sacrificial workpiece 11, is or will be carried out again at a later point in time after the machining of workpieces.
  • measured values are again recorded by the sensor 12 or the sensors 12 in order to compare them with the measured values of the new condition.
  • the measured values not only the absolute values of the measured values are explicitly taken into account during the evaluation, but the course of the measured values over time can also be taken into account.
  • both the absolute value of measured values and/or the chronological progression of measured values can be used for the evaluation. For example, a development and/or an imminent probability of failure can be determined or inferred therefrom.
  • test measurements In the case of repeated test measurements on the sacrificial workpiece 11, correspondingly repeated measured values are taken, which are assigned to the respective test measurement.
  • Such test measurements can be carried out at regular and/or irregular intervals and/or be recorded depending on the event in order to determine the respective state of wear of the tool 2 and/or the cutting edge 3 and/or the cutting edges 3 at the time of the test measurement.
  • a comparison is made between the measured values of the corresponding test measurement and the measured values of the test measurement in new condition. In this way, a state of wear can be determined. A chronological development of wear states can also be determined if data from different test measurements are evaluated. Advantageously, a comparison between different test measurements can optionally also be carried out in order to identify a development of wear states.
  • a test measurement can be carried out in the new state with test measurements for a current state of wear, these test measurements being carried out accordingly with a tool which is currently being used when machining workpieces 4 .
  • the course of the values as a function of the period of use of the tool is also advantageous in order to be able to derive a qualified statement about the state of wear of the tool 2, the cutting edge 3 and/or the cutting edges 3.
  • Specific materials and/or specific process parameters and/or specific milling methods are used to determine the state of wear with regard to the individual types of wear and tear that are considered, in which the measured values are recorded on the sacrificial workpiece 11 .
  • the specific milling processes can be used at a defined cutting speed, rotational speed, feed rate, with up-cut milling and/or up/down-cut milling in order to determine the respective specific state of wear. It turns out that the materials used as the sacrificial workpiece 11 and the process parameters and/or milling methods used in the test measurements for the optimal determination of the respective state of wear with regard to the wear/failure type considered can be different, so that it is advantageous if depending on the wear considered -ZFailure type, a different or adapted sacrificial workpiece 11 is used and different or adapted process parameters and/or milling methods are used.
  • a method for determining a state of wear is optionally defined for the method according to the invention, in which, when using a new tool 2 as a cutting tool, a corresponding measurement is carried out as a reference section for each type of wear failure considered. If, for example, three types of wear/failure are considered, then three test measurements are carried out in new condition as reference cuts, one reference cut each for each possible type of failure considered, each with specific parameters and/or specific milling methods on a specific sacrificial workpiece 11 in each case.
  • measured values are recorded by means of at least one sensor 12, with a time profile of the measured value being recorded during the test measurement, and the absolute values of the measured values thus being determined.
  • the change in the course of the measured value over time, the first derivation can be determined as a function of time and/or the second derivation of the measured value can also be determined as a function of time.
  • test measurements can be carried out during processing, such as milling, on the individual available sacrificial materials with the framework conditions specified in each case, such as in the first test measurement when new, recorded, compared and the course or courses of the measured values determined or updated in the sense of a history.
  • test measurements also referred to as reference cuts, are carried out on specific sacrificial materials depending on the types of wear/failure considered.
  • the sacrificial materials used can be arranged on the same measuring device with the sensors 12 provided, provided that comparable signals/physical quantities are used to determine the specific state of wear. If several different signals/physical quantities are required, several measuring devices with corresponding sensors 12 can also be used.
  • a multifunctional measuring device with different sensors 12 for determining different signals/physical variables, which are used to determine the state of wear, would also be advantageous.
  • an evaluation unit 15 which can be embodied, for example, as the control unit 14 or which can also be provided as a separate evaluation unit 15, it is possible, on the basis of the measured values determined and their time profiles, to calculate first derivatives and/or second derivatives as values and/or or their time courses to recognize the respective tool condition or wear condition depending on the specific type of wear and failure and/or the specific probability of failure.
  • Probability of failure can be recognized by defined algorithms. For this the different measured values and/or wear states per type of wear Z-failure are processed together and depending on the overall result of this processing, a recommendation for the remaining use and/or further use of the tool, the cutting edge 3 and/or the Cutting 3 are issued.
  • a recommendation can be given according to which the cutting speed should be reduced, the feed increased or an immediate tool change or cutting edge change should be carried out.
  • the measuring device provided with the at least one sensor 12 with the clamped sacrificial materials is designed individually for each type of wear or failure.
  • the measuring devices can also form a technical unit.
  • the measuring device with the arranged or clamped sacrificial materials can also be designed as a multifunctional element and form a technical unit.
  • the measuring device with the arranged or clamped sacrificial material or with the arranged or clamped sacrificial materials as an independent, in particular preassemblable, unit in a processing space of a device for processing workpieces, such as a machine tool , can be arranged.
  • the measuring device can be arranged on a machine table of the device for machining workpieces or can be integrated into the machine table.
  • the sensors for the function of measuring the signals and/or physical quantities during the test processing of the sacrificial workpiece 11 made of the sacrificial material i.e. the measuring device
  • the clamping of the sacrificial workpiece 11 or the sacrificial workpieces 11 made of the sacrificial material or are housed from the sacrificial materials in one array or in two separate arrays or units.
  • the measuring device can be arranged, for example, between the tool and a drive unit, such as a drive spindle.
  • a tool 2 with at least one cutting edge 3 can be identified by using at least one sensor 12 and the state of wear or states of wear can be stored individually for each type of wear, which is particularly advantageous for tools 2 that are only used temporarily.
  • the senor 12 could also be arranged in the drive train, in particular between the drive 5 and the actuator 6.
  • the tool 2 according to the invention is in particular a multi-edged milling tool, the cutting edges 3 being based on a hard metal.
  • the tool and/or the cutting edges are exchangeable.
  • the tools are highly positive tools.
  • the use of highly positive tools means the use of tools with a decreasing rake angle or with a reduced rake angle compared to conventional tools with the usual rake angles.
  • the development of highly positive tools, i.e. with a decreasing rake angle means that different advantages can be exploited when machining using highly positive tools. This The main advantages are significantly reduced cutting forces. Due to the lower cutting resistance as a result of the reduced angle, a lower energy conversion is also generated during cutting, which results in significantly reduced heat absorption on the workpiece to be machined and also on the tool. As a result, the thermal expansion is lower and the accuracy of the method increases. In roughing processes, a significantly higher machining volume per unit of time can therefore be expected with comparable heat absorption on the workpiece. Likewise, less drive energy is advantageously required.
  • the method according to the invention for determining the state of wear of a tool therefore offers the possibility of better monitoring the use, in particular also of highly positive tools, and of predicting or estimating their wear or failure before damage occurs to the workpiece. This has the advantage that the market penetration of highly positive tools can be accelerated with the advantages mentioned.
  • a cutting edge fracture occurs when the tool is subjected to excessive mechanical stress. This type of wear can also occur as a result of other types of wear. Crater wear, built-up edges, high flank wear and/or other process-influencing elements, such as vibrations or incorrectly selected cutting parameters, can lead to a broken edge. In addition, an inhomogeneity of the hard metal can lead to local spalling. For example, in the case of abrasive materials, if the Co content in the hard metal is too low, breakouts can occur on the cutting edge of the cutting edge.
  • a tool such as an indexable insert, with a defined cutting geometry cannot be used equally well for all materials.
  • the cutting edge fracture is the result of a cutting edge that is subjected to too much stress and can be seen as the final instance in all of the following types of wear.
  • Cutting edge breakage is to be avoided in all machining operations.
  • the cutting parameters are decisive for this. These should be adjusted in good time when wear begins.
  • a brittle material with good transmission of structure-borne noise is suitable for carrying out the test measurement on a sacrificial material as a sacrificial workpiece.
  • Climb milling can be carried out, for example, which generates a pronounced signal peak when the cutter blade enters the workpiece. Normal feed rates and cutting speeds specific to the sacrificial material can be used.
  • a structure-borne noise measurement ie a vibration measurement and/or a structure-borne noise measurement in combination with a force measurement and/or also in combination with a Optical monitoring, for example by means of a camera system, can be carried out.
  • Flank wear is one of the most common types of wear in machining. This type of wear usually occurs when the actual clearance angle is too small, with abrasive materials or when the selected cutting speed is too high. Flank wear is very common in finishing because the cutting speed is high and the feed rate is low during finishing. Due to the high cutting speed, the temperature increases and as a result, microparticles of the hard metal are dissolved in the cutting material. In addition, the friction between the cutting edge and the material increases because the tool is engaged for a longer time due to the low feed rate.
  • the solution and example is to reduce the cutting speed.
  • the cutting speed is reduced, for example.
  • the cutting speed can be reduced from 240 m/min to 210 m/min. This optimization can increase the service life by 25%.
  • a ductile/soft material can be considered as the sacrificial material, possibly also a plastic composite material.
  • a counter-rotation method can be used, for example with a gentle entry with an increase in the chip thickness and the cutting forces. With increasing flank wear, the material tends to "smear". The limit can be detected much better with soft material.
  • Very low feed rates can be used here.
  • a low cutting speed and possibly also running through a speed scale can be used.
  • a force measurement can be carried out.
  • Crater wear is thermal diffusion that occurs on the rake face due to mechanical abrasion between the workpiece and the tool. This type of wear is an indication that the cutting speed selected is too high for an unfavorable cutting material and/or insufficient cooling and lubrication during the machining process.
  • Crater wear can usually be reduced or avoided by optimizing the tool cooling and reducing the cutting speed. Machining a flange made of steel 1 .4301 at a selected cutting speed of 180 m/min causes premature crater wear. The addition of coolant and reducing the cutting speed to 120 m/min eliminated crater wear and increased tool life by 30%.
  • a tough material can be used as the sacrificial material.
  • a reverse flow method can be used, for example with a gentle entry with increasing chip thickness and cutting forces. Normal feed values can be used here. Specific cutting speeds can be used depending on the sacrificial material.
  • a force measurement or optionally a force measurement in combination with optical monitoring can be used. This can be checked, for example, on a sacrificial workpiece made from a sacrificial material with steel 1.4301 or 1.2738.
  • a cutting speed that is too low or a tooth feed that is too low can lead to a built-up edge. This results in material sticking to the cutting face of the tool. Edge build-up can occur, especially with tough materials such as stainless steel, aluminum and steel with a low carbon content.
  • the built-up edge can be counteracted by increasing the cutting speed and more precise coolant supply.
  • Roughing a forging die made of 1.2738 steel revealed the following problem.
  • a cutting speed of 180 m/min after a short period of use, there was a significant amount of material sticking to the cutting surface of the tool, i.e. an indexable insert. This led to an unforeseeable breaking of the cutting edge after a service life of approx. 66 m per cutting edge.
  • Increasing the cutting speed to 210 m/min resulted in a 15% longer tool life. This can be checked, for example, on a sacrificial workpiece made from a sacrificial material with steel 1.4301 or 1.2738.
  • a tough material can be used as a sacrificial material in the opposite direction or in the synchronous direction. Normal feed rates may be used, such as normal cutting speeds specific to the sacrificial material. A force measurement or optionally a force measurement in combination with optical monitoring can be used. cracking:
  • a crack in a tool tends to propagate on the flank face. After the crack has grown, neither the cutting edge nor the contact surface is functional. Built-up edge is one of the most common causes of cracking during the machining process.
  • the chips stuck to the cutting edge absorb the cutting forces and at the same time store the high heat. Accordingly, they cause the spalling on the cutting edge.
  • the chips penetrate into the crack gaps and generate indefinite stresses, which further influence the course of the crack formation. Severe temperature changes and the constant cutting in and out during milling result in so-called comb crack formation on the cutting edge.
  • the following measures can be taken to counteract the formation of cracks and comb cracks: If cracks form due to high mechanical loads, the tooth feed should be reduced so that the fatigue strength of the cutting material is maintained. If cracks form due to built-up edges, the countermeasures for avoiding built-up edges must be applied, see above under the topic of built-up edges. Measures can be taken against temperature fluctuations if comb cracks form. dry machining or Sufficient coolant supply and a reduction in the cutting speed can remedy the situation.
  • a brittle material with good transmission of structure-borne noise can be used as the sacrificial material. Up-cut milling can be used. In particular, low feed rates specific to the sacrificial material chosen can be employed.
  • a structure-borne noise measurement, such as a vibration measurement, can be carried out.
  • the method according to the invention provides in particular that the test machining is machining of the sacrificial workpiece, the tool being moved in a predefined feed direction at a predefined feed rate relative to the sacrificial workpiece, the sensor exerting a force exerted by the tool on the sacrificial workpiece Absorbs force, the direction of the absorbed force being aligned at a predefined angle to the feed direction.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of an exemplary embodiment of a device according to the invention for carrying out test processing and test measurement.
  • Milling of a sacrificial workpiece can be performed as a test machining using a tool as a milling tool, in particular with one cutting edge or with a plurality of cutting edges.
  • Figure 2 shows a device 1 for determining the state of wear of a tool 2 and/or at least one cutting edge 3, in particular a tool 2 according to Figure 1, a holding device 10 being provided with a first receptacle 20 for at least one sacrificial workpiece 21
  • FIG. 2 shows various sacrificial workpieces 21 which are arranged in a stepped manner one on top of the other. A different arrangement can also be provided, for example just one sacrificial workpiece 21 .
  • a second receptacle 22 is provided for the sensor 12, on which the sensor 12 is arranged.
  • the at least one sacrificial workpiece 21 is coupled to the sensor 12 in such a way that at a Test processing of the sacrificial workpiece 21, a force from the sacrificial workpiece 21 to the sensor 12 can be transmitted.
  • the holding device 10 has a base body 23 which is arranged, for example, on a machine table 24 of the processing machine, such as the milling machine.
  • the base body 23 forms the second receptacle 22 for the sensor 12 .
  • a carrier 25 is provided, which is guided to be displaceable in one direction relative to the base body 23 .
  • the carrier 25 forms the first receptacle 20 for the sacrificial workpiece 21 .
  • the sensor 12 is arranged between the second receptacle 22 and the carrier 25 and is subjected to a force by the carrier 25 .
  • the force accumulator 26 is advantageously supported on the base body 23 on a contact surface of an adjusting screw 27, so that the prestressing of the force accumulator 26 can be adjusted.
  • a transmission element 28 is arranged between the carrier 25 and the sensor 12 in order to be able to align and/or define the direction in which the force is introduced onto the sensor.
  • the advantage here is that it can be achieved that with a point contact, for example, due to the spherical transmission element 28, only compressive forces can be transmitted in the normal direction, so that interference can be reduced.
  • the carrier 25 is guided by a guide 29 in the base body 23 such that the carrier 25 relative to the base body 23 in a defined Direction is stored displaceable.
  • the base body 23 has at least one guide column 30 which is guided through a guide bushing 31 so that the carrier 25 can only be displaced in the longitudinal direction of the guide column 30 .
  • At least one sacrificial workpiece 21 is provided on the carrier 25 and is arranged fastened on the carrier 25 .
  • a predefined number of sacrificial workpieces 21 is provided.
  • a sacrificial workpiece 21 is provided or two or three sacrificial workpieces 21 made of different sacrificial materials are provided for determining a state of wear according to flank wear, crater wear, built-up edge, crack formation and/or a broken edge.
  • the tool 2 is moved in a straight line in the predefined feed direction 33 at the predefined feed rate relative to the sacrificial workpiece 21 during the test machining.
  • the force is measured in a force direction 34, which the sensor 12 detects, at a defined angle a to the feed direction 32. It is advantageous if the angle a is aligned in the range from 60° to 120°, in particular approximately 90°, such as 90°, to the feed direction 32, see Figure 2.
  • the sensor 12 is a force or pressure sensor, which is arranged in such a way that only one force acts on it, the force direction 34 of which is aligned at an angle a in the range of 60° to 120°, in particular approximately 90°, to the feed direction 32.
  • the sacrificial workpiece 21 is milled along the feed direction 32 of the tool 2 at the feed rate of the tool 2 by means of the tool 2, in particular in a rectilinear direction.
  • the force direction 34 of the detected force is essentially perpendicular to the feed direction 32 . This can reduce interference.
  • a specific "tool/sacrificial material reference curve" can be generated for the different tools 2, such as different types of milling cutters, see Figure 4.
  • This reference curve according to Figure 4 can be generated in that with a new tool 2 the forces Fy are measured on the defined sacrificial workpiece 21. Both the course of the force as a function of time and the peak values of the forces that occur per cutting edge 3 are determined, see FIG. 5.
  • FIG. 5 shows an example course of the force Fy as a function of time during test machining.
  • the tool 2 After the test measurement with this new tool 2 on a sacrificial workpiece 21, the tool 2 is used on a workpiece to be machined in the further course of the use of the tool 2 on conventional workpieces and is thus worn out.
  • the reference curve of FIG. 4 can be determined as a function of the degree of wear of the cutting edges 3 or the tool 2.
  • the degree of wear and the permissible limits of wear of the tool or the cutting edges 3 are defined visually.
  • the force value that is present at the just permissible wear is stored as a limit value and can later be stored as the "switch-off intermediate point".
  • the course of the cutting force according to FIG. 5 can also be determined and recorded.
  • This course corresponds to a “so “genetic” fingerprint of the tool used 2, such as a milling tool, and of each individual cutting edge 3.
  • the time course of the force of each Tool 2 or each cutting edge 3 compared with the original force curve of the new tool or the new milling cutter. This comparison shows whether, in addition to the "normal" wear, there is a special event such as a broken edge or crater wear.
  • the advantage here is that to assess the current wear situation of the tool 2 or the cutting edges 3, only the force profile of one revolution of the milling cutter is required. It can thus be assumed that the sacrificial material is used to a minimum.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs (2) und/oder zumindest einer Schneide (3), wobei in einem Neuzustand des Werkzeugs (2) oder der zumindest einen Schneide (3) an zumindest einem Opferwerkstück (11, 21) eine Testmessung mit einer Testbearbeitung durchgeführt wird, wobei mittels zumindest einer Messeinrichtung mit zumindest einem Sensor (12) die Testbearbeitung überwacht wird und Messwerte der Testmessung in einem Speicher (13) speicherbar sind, wobei nach einer definierten Bearbeitung von Werkstücken (4) mittels des Werkzeugs (2) oder mittels der zumindest einen Schneide (3) zumindest eine weitere Testmessung mit einer Testbearbeitung an dem Opferwerkstück (11, 21) durchgeführt wird, welche von der Messeinrichtung mit dem zumindest einen Sensor (12) überwacht wird, wobei anhand der ermittelten Messwerte ein Verschleißzustand des Werkzeugs (2) und/oder der zumindest einen Schneide (3) bestimmt wird, wobei das Werkzeug (2) in einer vordefinierten Vorschubrichtung (32) in einer vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück (11, 21) verfahren wird, wobei der Sensor (12) eine von dem Werkzeug (2) auf das Opferwerkstück (11, 21) ausgeübte Kraft aufnimmt, wobei die Richtung der aufgenommenen Kraft in einem vordefinierten Winkel zur Vorschubrichtung (32) ausgerichtet ist.

Description

Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes eines Werkzeugs und Vorrichtung hierfür
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes eines Werkzeugs, insbesondere eines Werkzeugs auf Hartmetallbasis, und eine Vorrichtung hierfür. Dabei weist das Werkzeug eine Schneide auf, deren Verschleißzustand mittels des Verfahrens bestimmt wird. Ist das Werkzeug ein mehrschneidiges Werkzeug, so wird der Verschleißzustand zumindest einer Schneide oder mehrerer Schneiden bestimmt, welche aktuell in einer einsatzbereiten Einstellung oder Position ist.
Stand der Technik
Zur Werkstückbearbeitung werden unter anderem Fräsprozesse mit Werkzeugen auf Hartmetallbasis eingesetzt. Bei Fräsprozessen im industriellen Umfeld wird mit einer definierten Schneide des Werkzeugs auf Hartmetallbasis im spanabhebenden Verfahren das Werkstück zerspant. Dabei wird ein geometrisch definierter Span bei der Zerspanung des Werkstücks erzeugt.
Die eingesetzten Werkzeuge als auch die zu zerspanenden Werkstücke können dabei durchaus aus sehr unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Entsprechend entsteht eine Materialpaarung, die je nach Material des Werkzeugs und des Materials des Werkstücks stark variieren kann. Daraus resultieren verschiedene physikalische Größen, wie unter anderem für die Abnutzung des Werkzeugs relevante Größen.
Die wirtschaftliche und technische Nutzungsdauer, auch als Standzeit bekannt, der Werkzeuge aus einem Schneidwerkstoff wird durch den Abnutzungsgrad des Schneidwerkstoffes bestimmt.
Daher ist es beim Einsatz eines Werkzeugs grundsätzlich das Ziel des Benutzers, die technische Nutzungsdauer der Schneidwerkstoffe des Werkzeugs möglichst voll auszunutzen, da die als Werkzeuge eingesetzten Schneidwerkstoffe kostenintensiv sind.
Ausgehend davon existieren eine ganze Reihe von Bestrebungen, den Abnutzungsgrad der Werkzeuge zu bestimmen, um einerseits die technische Lebensdauer möglichst ausnutzen zu können, andererseits jedoch einen drohenden Werkzeugbruch sicher vermeiden zu können. Bei einem Werkzeugbruch droht im schlimmsten Fall die Zerstörung des Werkstückes, was in jedem Fall zu verhindern ist.
Im Stand der Technik sind beispielsweise optische Überwachungsverfahren bekannt, bei welchen die Schneide des Werkzeugs mittels einer Kamera beobachtet wird. Dabei wird die Kontur der Schneide mit vorgegebenen Mustern oder Maßen verglichen, um einen maximalen Verschleißzustand zu erkennen. Wird ein Erreichen des maximalen Verschleißzustandes detektiert, so wird ein Wechsel des Werkzeugs durch die Ausgabe eines entsprechenden Signals bzw. einer diesbezüglichen Information veranlasst. Ist das Werkzeug ein mehrschneidiges Werkzeug, so wird ein Wechsel der Schneide veranlasst. Auch ist es bekannt, die Temperatur an der Schneide zu messen, um Rückschlüsse auf den Abnutzungsgrad der Schneide herzuleiten. Auch ist es bekannt, dass Kraft- oder Drehmomentmessungen stattfinden.
Bei einer Analyse der wichtigen Versagensarten einer Schneide eines Werkzeugs zeigt sich, dass die Auswirkungen der Versagensarten auf das Werkzeug sehr unterschiedlich sein können. Die wesentlichen Versagensarten sind dabei der Freiflächenverschleiß, der Kolkverschleiß, der Schneidenbruch, der Aufbauverschleiß und die Rissbildung.
Bei den bekannten Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustandes einer Schneide eines Werkzeugs liegt das Problem vor, dass die Auswirkungen aller möglichen anstehenden Versagensarten in ihrer Summe betrachtet werden und aus den Ergebnissen der Überwachung kein Rückschluss auf die einzelne Versagensart möglich ist.
Da die Auswirkungen eines sich anbahnenden Verschleißes durch einen Freiflächenverschleiß mit einer sich erhöhenden Schnittkraft sich jedoch im Wesentlichen mit den Auswirkungen eines sich zunehmenden Kolkverschleißes mit einer Abnahme der Schnittkraft aufheben kann und zusätzlich durch einen oszillierenden Kraftverlauf durch eine Rissbildung im Schneidwerkstoff überlagert werden kann, können bei den bekannten Verfahren keine zuverlässigen, detaillierten Aussagen zu einer sich anbahnenden Versagensart abgeleitet werden.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren haben entsprechend den Nachteil, dass der Verlauf des Verschleißes insgesamt nur ungenau vorhergesagt werden kann, was dazu führt, dass das Werkzeug typischerweise vor seinem maximalen Verschleißzustand gewechselt wird, weil nicht riskiert werden soll, dass ein noch nicht erwarteter Werkzeugbruch dennoch stattfindet und dabei das in der Regel teure Werkstück beschädigt wird und dadurch unbrauchbar wird. Dies hat zur Folge, dass die kostspieligen Werkzeuge und/oder die kostspieligen Schneiden früher als nötig ausgetauscht werden, was insgesamt für die Bearbeitungskosten eines Werkstücks die Kosten unnötig erhöht.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes eines Werkzeugs, insbesondere eines Werkzeugs auf Hartmetallbasis, zu schaffen, das eine detailliertere Betrachtung einzelner Verschleißarten erlaubt, so dass der Verschleißzustand eines Werkzeugs verbessert abgeschätzt werden kann. Auch ist es die Aufgabe, eine Vorrichtung zur verbesserten Bestimmung des Verschleißzustands eines Werkzeugs zu schaffen.
Die Aufgabe zu dem Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs und/oder zumindest einer Schneide, insbesondere eines Werkzeugs, welches/welche zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks dient, wobei in einem Neuzustand oder in einem gebrauchten Zustand des Werkzeugs oder der zumindest einen Schneide an zumindest einem Opferwerkstück eine Testmessung mit einer Testbearbeitung durchgeführt wird, wobei mittels zumindest einer Messeinrichtung mit zumindest einem Sensor die Testbearbeitung überwacht wird und Messwerte der Testmessung in einem Speicher speicherbar sind, wobei nach einer definierten Bearbeitung von Werkstücken mittels des Werkzeugs oder mittels der zumindest einen Schneide zumindest eine weitere Testmessung mit einer Testbearbeitung an dem Opferwerkstück durchgeführt wird, welche ebenso von der Messeinrichtung mit dem zumindest einen Sensor überwacht wird und Messwerte der Testmessung speicherbar sind, wobei anhand der ermittelten Messwerte ein Verschleißzustand des Werkzeugs und/oder der zumindest einen Schneide bestimmt wird, wobei die Testbearbeitung eine spanabhebende Bearbeitung des Opferwerkstücks ist, wobei das Werkzeug in einer vordefinierten Vorschubrichtung in einer vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück verfahren wird, wobei der Sensor eine von dem Werkzeug auf das Opferwerkstück ausgeübte Kraft aufnimmt, wobei die Richtung der aufgenommenen Kraft in einem vordefinierten Winkel zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist. So kann aus einem Vergleich von gespeicherten Messwerten von dem Neuzustand oder von einem gebrauchten Zustand mit Messwerten von einem aktuellen Zustand nach einer Bearbeitung von Werkstücken ein Verschleißzustand des Werkzeugs bestimmt werden. Die Verwendung einer Kraft in dem vordefinierten Winkel, insbesondere in einem Winkel von 90° zur Vorschubrichtung, bewirkt eine Sensierung des Einflusses der Schneide bzw. des Werkzeugs auf das Opferwerkstück, insbesondere möglichst frei von störenden Einflüssen. So kann grundsätzlich jedes Werkzeug als Ausgangszustand der Bestimmung des Verschleißzustandes herangezogen werden, egal ob es ein Werkzeug im Neuzustand ist oder ein Werkzeug in einem gebrauchten Zustand, welches weiter benutzt werden soll. Dabei wird der Winkel, insbesondere von 90° zur Vorschubrichtung, in einer Ebene gemessen, in welcher die Testbearbeitung vorgenommen wird, wobei der Winkel zur Vorschubrichtung bestimmt wird.
Dabei wird nach einer Testmessung und nach einer definierten Bearbeitung von Werkstücken mittels des Werkzeugs oder mittels der zumindest einen Schneide zumindest eine weitere Testmessung mit einer Testbearbeitung an dem Opferwerkstück durchgeführt werden. Dabei wird das Werkzeug für eine definierte Bearbeitung von Werkstücken benutzt, wobei eine definierte Bearbeitung nach einem definierten vorgenommenen Werkzeugvorschub in mm bzw. in m bei der Bearbeitung oder nach einem definierten abgetragenen Volumen in mm3 oder in m3 bestimmt wird. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn die Testbearbeitung eine Fräsbearbeitung eines Opferwerkstücks mittels eines Werkzeugs als Fräswerkzeug ist, insbesondere mit einer Schneide oder mit einer Mehrzahl von Schneiden. Dadurch kann eine standardisierte Bearbeitung vorgenommen werden, die immer wieder gleich reproduziert werden kann, um den Einfluss des Verschleißes und des Verschleißzustands ermitteln zu können.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das Werkzeug während der Testbearbeitung geradlinig in der vordefinierten Vorschubrichtung in der vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück verfahren wird. Damit wird aufgrund des geradlinigen Verlaufs ein störender Einfluss aufgrund von Richtungswechseln reduziert bzw. vermieden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Winkel im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist. Bei einem solchen Winkel ist der störende Einfluss zweckfremder Einwirkungen reduziert, insbesondere bei einem Winkel von 90°.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Sensor ein Kraft- oder Drucksensor ist, welcher derart angeordnet ist, dass auf ihn nur eine Kraft oder ein Druck wirkt, welche in einem Winkel im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist. Damit kann eine Kraft in einer reproduzierbaren Richtung ermittelt und ausgewertet werden, was die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse und deren Messbedingungen erleichtert.
Die Messung der Kraft wird dabei hochaufgelöst aufgenommen, so dass für jede Schneide des Werkzeugs zumindest ein Kraftwert oder ein Kraftverlauf mit mehreren Kraftwerten zugeordnet werden kann. Bei einer Umdrehung des Werkzeugs werden daher für jede vorgesehene Schneide beispielsweise zumindest ein Kraftverlauf, insbesondere mit einem Maximum, gemessen. Aus dem Wert des Maximums des Kraftverlaufs kann dann der jeweiligen Schneide ein maximaler Kraftwert zugeordnet werden. Aus diesen Kraftwerten oder aus den maximalen Kraftwerten kann über eine oder über mehrere Umdrehungen des Werkzeugs ein Mittelwert ermittelt werden, welcher zur Ermittlung des Verschleißzustands herangezogen werden kann.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verschleißzustand unterschieden wird nach zumindest einem Verschleißzustand der nachfolgenden Verschleiß- /Versagensarten: Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder Schneidenbruch. Entsprechend wird der Verschleißzustand den wahrscheinlichsten Verschleiß-/Versagensarten spezifisch zugeordnet, so dass der weitere Verlauf des Verschleißes bei weiterer Benutzung des Werkzeugs besser abgeschätzt werden kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Verschleißzustand bestimmt wird aus einem jeweiligen Verschleißzustand aus zumindest einem Freiflächenverschleiß, einem Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder einem Schneidenbruch. Entsprechend wird ein individueller Verschleißzustand gemäß der genannten Verschleißarten bzw. Versagensarten zusammengeführt, um einen allgemeinen Verschleißzustand zu ermitteln, welcher die betrachteten Verschleiß-A/ersagensarten gesamthaft berücksichtigt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Testmessung mit der Testbearbeitung für jede betrachtete Verschleiß-A/ersagensart gesondert durchgeführt wird oder dass eine Testmessung mit einer Testbearbeitung oder mehrere Testmessungen mit jeweils einer Testbearbeitung durchgeführt werden und daraus eine Verschleiß-/Versagensart ermittelt wird. Entsprechend werden bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel einzelne oder verschiedene Testmessungen mit Testbearbeitungen an Opfermaterialien oder an unterschiedlichen Opfermaterialien zu unterschiedlichen Bearbeitungsparametern durchgeführt. Dabei sind die Bearbeitungsparameter der jeweiligen Testbearbeitung auf die zu detektierende Verschleiß- /Versagensart angepasst. So kann spezifisch auf die jeweilige Verschleiß- /Versagensart in ihrem Verhalten Rücksicht genommen werden.
Entsprechend wird die Testmessung mit der Testbearbeitung für eine oder für mehrere oder für jede betrachtete Verschleiß-/Versagensart an einem dafür vorgesehenen Opferwerkstück durchgeführt. So kann spezifisch auf die jeweilige Verschleiß-A/ersagensart in ihrem Verhalten Rücksicht genommen werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Testmessung mit der Testbearbeitung für eine oder für mehrere oder für jede betrachtete Verschleiß-/Versagensart mit dafür jeweils vorgesehenen Bearbeitungsparametern durchgeführt wird. So kann spezifisch auf die jeweilige Verschleiß-A/ersagensart in ihrem Verhalten Rücksicht genommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bestimmung des Verschleißzustands durch einen Vergleich von gespeicherten Messwerten und/oder gespeicherten bearbeiteten Messwerten von Testmessungen an zumindest einem Opferwerkstück oder an mehreren Opferwerkstücken erfolgt. Damit kann eine zuverlässige Bestimmung des Verschleißzustandes erfolgen.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn bearbeitete Messwerte zeitliche erste Ableitungen und/oder zweite Ableitungen von Messwertverläufen aufweisen oder sind. So lassen sich auch geringe Abweichungen besser erkennen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn aus dem ermittelten Verschleißzustand oder aus den ermittelten Verschleißzuständen eine Empfehlung für die weitere Nutzung oder den Austausch des Werkzeugs und/oder der Schneide und/oder der Schneiden erfolgt. Dabei kann die Empfehlung sein, dass die Bearbeitung unverändert durchgeführt wird, dass die Bearbeitung mit anderen Parametern durchgeführt wird oder dass die Bearbeitung beendet wird. Eine Bearbeitung mit veränderten Parametern kann beispielsweise eine Bearbeitung mit verringerter Vorschubgeschwindigkeit sein.
Die Aufgabe zu der Vorrichtung wird mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs und/oder zumindest einer Schneide, insbesondere eines Werkzeugs, welches/welche zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks dient, mit einem Werkzeug mit zumindest einer Schneide zur Bearbeitung eines Werkstücks, mit einer Messeinrichtung mit zumindest einem Sensor zur Überwachung einer Testmessung mit Testbearbeitung und mit zumindest einem Opferwerkstück zur Durchführung der Testmessung mit Testbearbeitung an dem Opferwerkstück, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn eine erste Aufnahme für das Opferwerkstück vorgesehen ist und eine zweite Aufnahme für den Sensor vorgesehen ist, wobei das Opferwerkstück derart mit dem Sensor gekoppelt ist, dass bei einer Testbearbeitung des Opferwerkstücks eine Kraft von dem Opferwerkstück auf den Sensor übertragbar ist. Dadurch wird eine einfache Anordnung geschaffen, welche eine reproduzierbare Aufnahme von Messwerten erlaubt, so dass vergleichbare Messwerte unter vergleichbaren Bedingungen aufgenommen werden können, so dass auch nur geringfügige Verschleißerscheinungen ermittelbar sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Grundkörper vorgesehen ist, welcher die zweite Aufnahme für den Sensor ausbildet, wobei ein Träger vorgesehen ist, welcher relativ zu dem Grundkörper in einer Richtung verlagerbar geführt ist, wobei der Träger die erste Aufnahme ausbildet und der Sensor zwischen der zweiten Aufnahme und dem Träger angeordnet ist und kraftbeaufschlagt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Kraftwirkung auf den Sensor in der Richtung der Verlagerbarkeit des Trägers zum Grundkörper erfolgt, was ebenso der Reproduzierbarkeit exakter Bedingungen genügt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Kraftspeicher vorgesehen ist, welcher den Träger hin zu dem Sensor vorspannt. Dadurch wird vermieden, dass Undefinierte Zustände vermieden werden können und der Sensor zumindest eine Minimalkraft aufgrund der Vorspannung erfährt. Vorteilhaft ist auch, wenn die Vorspannung einstellbar ist, insbesondere mittels einer Einstellschraube oder Ähnliches.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Träger und dem Sensor ein Übertragungselement angeordnet ist, insbesondere ein Kugelelement als Übertragungselement. Dadurch wird die Kraftwirkung noch einmal in eine Richtung auf den Sensor konzentriert, so dass Störungen weitgehend ausgeschlossen werden können.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn ein Opferwerkstück vorgesehen ist, welches auf dem Träger angeordnet ist oder dass eine vordefinierte Anzahl von Opferwerkstücken vorgesehen ist, wobei die Opferwerkstücke auf dem Träger angeordnet sind. Dadurch kann die Bearbeitung des zumindest einen Opferwerkstücks auf dem Träger angeordnet erfolgen, so dass die zu beobachtende Kraft während des Bearbeitungsprozesses der Testbearbeitung von dem Sensor aufgenommen werden kann.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das zumindest eine Opferwerkstück vorgesehen und bearbeitbar ist zur Bestimmung zumindest eines Verschleißzustandes oder mehrerer Verschleißzustände oder dass die einzelnen Opferwerkstücke jeweils zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer spezifischen Verschleiß-ZVersagensart vorgesehen und bearbeitbar sind. Dadurch ist eine einfache Überwachung des Werkzeugs bzw. der zumindest einen Schneide möglich, insbesondere auch hinsichtlich einzelner Verschleißzustände.
Vorteilhaft ist es, wenn eine vordefinierte Anzahl von Opferwerkstücken vorgesehen ist, wobei die einzelnen Opferwerkstücke jeweils zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer spezifischen Verschleiß- ZVersagensart bearbeitbar sind.
Auch ist es zweckmäßig, wenn mehrere Opferwerkstücke, insbesondere zwei oder drei Opferwerkstücke, aus unterschiedlichen Opfermaterialien vorgesehen sind für die Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einem Freiflächenverschleiß, einem Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder einem Schneidenbruch. Dabei kann auch ein kombiniertes Opferwerkstück vorgesehen sein, welches mehrere Opfermaterialien aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht unterstützend auch die Möglichkeit, eine Verschleiß-ZVersagensartbestimmung durch eine zusätzliche optische Überprüfung, beispielsweise mittels eines Kamerasystems, zu unterstützen. Beispielsweise könnte es sein, dass die Zerspanungskräfte konstant bleiben, obwohl mit dem Werkzeug bereits ein hohes Zerspanungsvolumen geleistet wurde, was ausgehend davon eine Zunahme der Zerspanungskräfte erwarten lassen würde. Daher wird in dieser Betriebssituation des Werkzeugs erwartet, dass gleichzeitig eine Kolkbildung und ein Freiflächenverschleiß auftreten würde. Durch den erwarteten Freiflächenverschleiß sollten die Zerspanungskräfte ansteigen, wobei durch den erwarteten Kolkverschleiß die Zerspanungskräfte abnehmen sollten, was zu einem gegenläufigen Effekt bezüglich der Zerspanungskräfte führen würde, so dass im Extremfall sich kompensierender Zerspanungskraftverläufe zu einer gleichbleibenden Zerspanungskraft führen würde, obgleich sowohl der Flächenverschleiß als auch der Kolkverschleiß zunehmen würden.
In dieser Betriebssituation kann daher neben dem Freiflächenverschleiß auch ein Kolkverschleiß vorliegen, der den Spanwinkel verkleinert, wodurch die Zerspanungskräfte sinken würden, wobei dadurch die Gefahr eines Bruches des Werkzeugs deutlich vergrößert wird. Ein zusätzlicher Überprüfungsprozess des Werkzeugs mit optischen Mitteln, beispielsweise mit einer Kamera, könnte besseren Aufschluss über den aktuell vorliegenden Betriebszustand geben bzw. diesbezüglich unterstützen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibungen und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der
Testbearbeitung,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 mit einem Werkzeug 2 mit zumindest einer Schneide 3, insbesondere mit mehreren Schneiden 3, welche zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks 4 eingesetzt wird, insbesondere zum Fräsen des Werkstücks 4.
Dabei ist zumindest ein erster Antrieb 5 vorgesehen, um das Werkzeug 2 mit seiner zumindest einen Schneide 3 oder mit seinen mehreren Schneiden 3 in Rotation zu versetzen, um die für den Fräsvorgang benötigte Drehzahl des Werkzeugs 2 vorsehen zu können. Dabei ist die Drehzahl des Werkzeugs 2 mittels des ersten Antriebs 5 steuerbar, insbesondere zwischen Null und einer maximalen Drehzahl nMaxl .
Weiterhin ist zumindest ein erster Aktuator 6 vorgesehen, um das Werkzeug 2 mit seiner zumindest einen Schneide 3 oder mit seinen mehreren Schneiden 3 relativ zu dem Werkstück 4 verlagern zu können. Dabei ist es sinnvoll, wenn das Werkzeug 2 insbesondere um zumindest drei Achsen beweglich verschwenkbar und/oder verfahrbar ist. Dabei ist die Verschwenkgeschwindigkeit und/oder die Verfahrgeschwindigkeit mittels des zumindest einen ersten Aktuators 6 steuerbar, insbesondere zwischen Null und einer maximalen Verschwenkgeschwindigkeit und/oder einer maximalen Verfahrgeschwindigkeit bzw. auch Schnittgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit genannt.
Das Werkzeug 2 wird dabei in einem Werkzeughalter austauschbar gehalten, welcher mittels des zumindest einen ersten Antriebs 5 und/oder des zumindest einen ersten Aktuators 6 drehantreibbar und/oder verschwenkbar und/oder verfahrbar ist, so dass das Werkzeug 2 entsprechend verdrehbar, verschwenkbar und/oder verfahrbar ist.
Das Werkstück 4 wird in einem Werkstückhalter 7 gehalten. Dabei kann das Werkstück 4 und/oder der Werkstückhalter 7 mit dem Werkstück 4 optional mittels eines zweiten Antriebs 8 drehantreibbar sein und/oder mittels zumindest eines zweiten Aktuators 9 verschwenkbar und/oder verfahrbar sein. Entsprechend kann optional zumindest ein zweiter Antrieb 8 vorgesehen sein, um das Werkstück 4 in Rotation versetzen zu können. Dabei ist die Drehzahl des Werkstücks 4 mittels des zweiten Antriebs 8 steuerbar, insbesondere zwischen Null und einer maximalen Drehzahl nMax2.
Weiterhin kann auch optional zumindest ein zweiter Aktuator 9 vorgesehen sein, um das Werkstück 4 relativ zu dem Werkzeug 2 verlagern zu können. Dabei ist es sinnvoll, wenn das Werkstück 4 zumindest um drei Achsen beweglich verschwenkbar und/oder verfahrbar ist. Dabei ist die Verschwenkgeschwindigkeit und/oder die Verfahrgeschwindigkeit mittels des zumindest einen zweiten Aktuators 8 steuerbar, insbesondere zwischen Null und einer maximalen Verschwenkgeschwindigkeit und/oder Verfahrgeschwindigkeit.
Weiterhin ist eine Haltevorrichtung 10 vorgesehen, mittels welcher ein Opferwerkstück 11 gehalten werden kann. Das Opferwerkstück 11 dient dazu, dass das Werkzeug 2 mit der zumindest einen Schneide 3 das Opferwerkstück 11 bearbeitet, um diese Testbearbeitung mittels Sensoren 12 zu überwachen. Die Daten der Sensoren 12 bezüglich der Testbearbeitung werden beispielsweise in einem Speicher 13 einer die Steuerung übernehmenden Steuereinheit 14 gespeichert und mit weiteren Testmessungen verglichen, um einen Verschleißzustand des Werkzeugs 2 und/oder der zumindest einen Schneide 3 oder der Schneiden 3 zu bestimmen. Der Verschleißzustand eines Werkzeugs 2 oder einer Schneide 3 oder der Schneiden 3 wird beispielsweise im direkten Vergleich zum Neuzustand des Werkzeugs 2, der Schneide 3 oder der Schneiden 3 ermittelt. Dabei kann der Verschleißzustand jeweils in Bezug zur spezifischen Verschleiß-ZVersagensart bestimmt werden.
Daher werden zur Feststellung des Neuzustands des Werkzeugs 2 und/oder der Schneide 3 und/oder der Schneiden 3 als Ausgangszustand für die spätere Bestimmung des Verschleißzustands testweise Bearbeitungsschritte als Testfräsungen an dem Opferwerkstück 11 durchgeführt. Die dabei mittels des oder der Sensoren 12 ermittelten Messwerte physikalischer Größen dieses Neuzustandes werden als Referenzmuster für den Neuzustand gespeichert.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird oder werden nach Bearbeitungen von Werkstücken erneut eine Testmessung oder Testmessungen durchgeführt, die an dem Opferwerkstück 11 durchgeführt wird oder werden. Bei diesen erneuten Testmessungen werden wieder Messwerte durch den Sensor 12 oder die Sensoren 12 aufgenommen, um sie mit den Messwerten des Neuzustandes zu vergleichen. Dabei wird bei den Messwerten explizit nicht nur auf die Absolutwerte der Messwerte bei der Auswertung geachtet, sondern es kann auch der zeitliche Verlauf der Messwerte berücksichtigt werden. Dabei kann sowohl der Absolutwert von Messewerten und/oder der zeitliche Verlauf von Messwerten zur Auswertung herangezogen werden. So kann beispielsweise eine Entwicklung und/oder eine sich anbahnende Versagenswahrscheinlichkeit ermittelt werden bzw. darauf geschlossen werden.
Bei wiederholten Testmessungen am Opferwerkstück 11 werden entsprechend wiederholt Messwerte genommen, die der jeweiligen Testmessung zugeordnet werden. Solche Testmessungen können in regelmäßigen und/oder in unregelmäßigen Abständen und/oder ereignisabhängig aufgenommen werden, um den jeweiligen Verschleißzustand des Werkzeugs 2 und/oder der Schneide 3 und/oder der Schneiden 3 zum Zeitpunkt der Testmessung zu bestimmen.
Dabei wird, wie oben ausgeführt, ein Vergleich zwischen den Messwerten der entsprechenden Testmessung mit den Messwerten der Testmessung im Neuzustand durchgeführt. So kann ein Verschleißzustand ermittelt werden. Dabei kann auch eine zeitliche Entwicklung von Verschleißzuständen ermittelt werden, wenn Daten von verschiedenen Testmessungen ausgewertet werden. Vorteilhaft kann optional auch ein Vergleich zwischen unterschiedlichen Testmessungen untereinander durchgeführt werden, um eine Entwicklung von Verschleißzuständen zu erkennen.
Entsprechend kann eine Testmessung im Neuzustand mit Testmessungen zu einem aktuellen Verschleißzustand durchgeführt werden, wobei diese Testmessungen entsprechend mit einem Werkzeug durchgeführt werden, welches sich im aktuellen Einsatz bei der Bearbeitung von Werkstücken 4 befindet. Dabei ist neben dem tatsächlichen Wert des Verschleißzustands auch der Werteverlauf in Abhängigkeit der Einsatzdauer des Werkzeugs vorteilhaft, um eine qualifizierte Aussage über den Verschleißzustand des Werkzeugs 2, der Schneide 3 und/oder der Schneiden 3 ableiten zu können. Für die Bestimmung des Verschleißzustands bezüglich der jeweiligen betrachteten einzelnen Verschleiß-A/ersagensarten werden spezifische Werkstoffe und/oder spezifische Prozessparameter und/oder spezifische Fräsverfahren eingesetzt, bei welchen die Messwerte an dem Opferwerkstück 11 aufgenommen werden.
Die spezifischen Fräsverfahren können bei einer definierten Schnittgeschwindigkeit, Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, bei einem Gegenlauf-ZMitlauffräsen und/oder Gegen-/Gleichlauffräsen eingesetzt werden, um den jeweiligen spezifischen Verschleißzustand zu bestimmen. Es zeigt sich, dass die als Opferwerkstück 11 eingesetzten Werkstoffe und die bei den Testmessungen verwendeten Prozessparameter und/oder Fräsverfahren für die optimale Bestimmung des jeweiligen Verschleißzustandes bezüglich der betrachteten Verschleiß-ZVersagensart unterschiedlich ausfallen können, so dass es vorteilhaft ist, wenn je nach betrachteter Verschleiß-ZVersagensart ein unterschiedliches oder angepasstes Opferwerkstück 11 verwendet wird und unterschiedliche oder angepasste Prozessparameter und/oder Fräsverfahren eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es daher, wenn für das erfindungsgemäße Verfahren optional ein Verfahren zu Bestimmung eines Verschleißzustandes definiert wird, bei welchem beim Einsatz eines neuen Werkzeugs 2 als Zerspanungswerkzeug für jede betrachtete Verschleiß-ZVersagensart eine entsprechende Messung als Referenzschnitt durchgeführt wird. Werden beispielsweise drei Verschleiß- /Versagensarten betrachtet, so werden drei Testmessungen im Neuzustand als Referenzschnitte, jeweils einen Referenzschnitt für jede mögliche betrachtete Versagensart, mit jeweils spezifischen Parametern und/oder spezifischem Fräsverfahren an jeweils einem spezifischen Opferwerkstück 11 durchgeführt.
Dabei werden jeweils Messwerte mittels zumindest eines Sensors 12 aufgenommen, wobei insbesondere ein zeitlicher Verlauf des Messwerts während der Testmessung aufgenommen wird und somit die absoluten Werte der Messwerte ermittelt werden. Dazu kann optional auch zusätzlich oder alternativ die zeitliche Veränderung des Verlaufs des Messwerts, die erste Ableitung als Funktion der Zeit ermittelt werden und/oder auch die zweite Ableitung des Messwerts als Funktion der Zeit ermittelt werden.
In vordefinierten Abständen, wie beispielsweise in vordefinierten zeitlichen Abständen und/oder ereignisabhängig, können Testmessungen bei Bearbeitungen, wie bei Fräsungen, an den einzelnen verfügbaren Opfermaterialien mit den jeweils festgelegten Rahmenbedingungen, wie bei der ersten Testmessung im Neuzustand, aufgenommen, verglichen und den Verlauf oder die Verläufe der Messwerte im Sinne einer Historie ermittelt bzw. fortgeschrieben werden.
Die Testmessungen, auch als Referenzschnitte bezeichnet, werden dabei je nach den betrachteten Verschleiß-/Versagensarten jeweils an spezifischen Opfermaterialien durchgeführt.
Die eingesetzten Opfermaterialien können dabei auf der gleichen Messeinrichtung mit den vorgesehenen Sensoren 12 angeordnet sein, sofern vergleichbare Signale/physikalische Größen zur Ermittlung des spezifischen Verschleißzustandes herangezogen werden. Werden mehrere unterschiedliche Signale/physikalische Größen benötigt, so können auch mehrere Messeinrichtungen mit entsprechenden Sensoren 12 eingesetzt werden.
Vorteilhaft wäre dabei auch eine multifunktionale Messeinrichtung mit verschiedenen Sensoren 12 zur Ermittlung von unterschiedlichen Signalen/physikalischen Größen, welche zur Bestimmung des Verschleißzustandes herangezogen werden.
Über eine vorgesehene Auswerteeinheit 15, welche beispielsweise als die Steuereinheit 14 ausgebildet sein kann oder welche auch als separate Auswerteeinheit 15 vorgesehen sein kann, ist es möglich, anhand der ermittelten Messwerte und deren zeitlichen Verläufe, erste Ableitungen und/oder zweite Ableitungen als Werte und/oder deren zeitliche Verläufe den jeweiligen Werkzeugzustand bzw. Verschleißzustand in Abhängigkeit der spezifischen Verschleiß-ZVersagensart und/oder der spezifischen Versagenswahrscheinlichkeit zu erkennen.
Ebenso kann der Gesamtzustand des Werkzeugs sowie die
Ausfallwahrscheinlichkeit durch definierte Algorithmen erkannt werden. Hierzu werden die unterschiedlichen Messwerte und/oder Verschleißzustände pro Verschleiß-ZVersagensart miteinander verarbeitet und in Abhängigkeit des Gesamtergebnisses dieser Verarbeitung kann basierend auf den Einzelergebnissen pro Verschleiß-ZVersagensart eine Empfehlung für die Restnutzung und/oder weitere Nutzung des Werkzeugs, der Schneide 3 und/oder der Schneiden 3 ausgegeben werden.
So kann beispielsweise eine Empfehlung gegeben werden, nach welcher die Schnittgeschwindigkeit zu reduzieren wäre, der Vorschub zu erhöhen wäre oder ein sofortiger Werkzeugwechsel oder Schneidenwechsel durchzuführen wäre.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die vorgesehene Messeinrichtung mit dem zumindest einen Sensor 12 mit den aufgespannten Opfermaterialien für jede Verschleiß- ZVersagensart einzeln ausgeführt wird. Dabei können die Messeinrichtungen auch eine gerätetechnische Einheit ausbilden.
Alternativ kann die Messeinrichtung mit den angeordneten oder aufgespannten Opfermaterialien auch als multifunktionales Element ausgeführt sein und eine gerätetechnische Einheit ausbilden.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es optional auch vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung mit dem angeordneten bzw. aufgespannten Opfermaterial oder mit den angeordneten oder aufgespannten Opfermaterialien als eigenständige, insbesondere vormontierbare, Einheit in einem Bearbeitungsraum einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine, angeordnet werden kann.
Beispielsweise kann die Messeinrichtung auf einen Maschinentisch der Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken angeordnet werden oder in den Maschinentisch integriert sein. Vorteilhaft ist es bei einem Ausführungsbeispiel, wenn die Sensoren für die Funktion des Messens der Signale und/oder physikalischen Größen bei der testweisen Bearbeitung des Opferwerkstücks 11 aus dem Opfermaterial, also die Messeinrichtung, und das Aufspannen des Opferwerkstücks 11 oder der Opferwerkstücke 11 aus dem Opfermaterial oder aus den Opfermaterialien in einer Anordnung oder in zwei getrennten Anordnungen bzw. Einheiten untergebracht sind. Die Messeinrichtung kann beispielsweise zwischen dem Werkzeug und einer Antriebseinheit, wie Antriebsspindel, angeordnet sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann durch die Verwendung zumindest eines Sensors 12 ein Werkzeug 2 mit zumindest einer Schneide 3 identifiziert werden und es kann der Verschleißzustand bzw. die Verschleißzustände je Verschleißart individuell abgespeichert werden, was insbesondere bei nur temporär genutzten Werkzeugen 2 vorteilhaft ist.
Der Sensor 12 könnte alternativ oder zusätzlich auch im Antriebstrang angeordnet werden, insbesondere zwischen dem Antrieb 5 und dem Aktuator 6.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 2 ist insbesondere ein mehrschneidiges Fräswerkzeug, wobei die Schneiden 3 auf einer Hartmetallbasis beruhen.
Vorteilhaft ist das Werkzeug und/oder sind die Schneiden austauschbar ausgebildet.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Werkzeuge hochpositive Werkzeuge sind. Dabei bedeutet die Verwendung von hochpositiven Werkzeugen die Nutzung von Werkzeugen mit abnehmendem Spanwinkel bzw. mit verkleinertem Spanwinkel gegenüber üblichen Werkzeugen mit üblichen Spanwinkeln. Die Entwicklung zu hochpositiven Werkzeugen, also mit abnehmendem Spanwinkel, bedeutet, dass unterschiedliche Vorteile beim Zerspanen unter der Nutzung von hochpositiven Werkzeugen genutzt werden können. Diese Vorteile sind vor allem deutlich reduzierte Zerspanungskräfte. Durch den geringeren Zerspanungswiderstand infolge des reduzierten Winkels wird auch ein geringerer Energieumsatz beim Zerspanen erzeugt, der eine deutlich reduzierte Wärmeaufnahme am zu zerspanenden Werkstück und auch am Werkzeug zur Folge hat. Dadurch ist als Folge die Wärmeausdehnung geringer und die Genauigkeit des Verfahrens nimmt zu. Bei Schruppprozessen kann daher bei vergleichbarer Wärmeaufnahme am Werkstück mit einem deutlich höheren Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit gerechnet werden. Ebenso wird weniger Antriebsenergie in vorteilhafter weise benötigt.
Die geschilderten Vorteile von hochpositiven Werkzeugen werden allerdings mit einer stärkeren Neigung der hochpositiven Werkzeuge zum Werkzeugbruch erkauft. Durch den verkleinerten Spanwinkel steigt die Versagenswahrscheinlichkeit speziell bei stoßartiger Belastung, speziell zum Ende der Standzeit, stark an.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs bietet daher die Möglichkeit, die Verwendung insbesondere auch von hochpositiven Werkzeugen besser zu überwachen und deren Verschleiß bzw. Versagen vor einem eintretenden Schaden am Werkstück vorherzusagen bzw. abzuschätzen. Dies hat den Vorteil, dass die Marktdurchdringung von hochpositiven Werkzeugen mit den genannten Vorteilen beschleunigt werden kann.
Die möglichen betrachteten Versagensarten bzw. Verschleißarten sind beispielsweise der Schneidkantenbruch, der Freiflächenverschleiß, der Kolkverschleiß, die Aufbauschneidenbildung und/oder die Rissbildung. Diese Verschleiß- bzw. Versagensarten werden im Nachfolgenden näher betrachtet. Schneidenbruch:
Ein Schneidenbruch tritt auf, wenn das Werkzeug unter einer zu hohen mechanischen Belastung steht. Diese Verschleißart kann auch als Folge anderer Verschleißarten auftreten. Kolkverschleiß, Aufbauschneidenbildung, ein hoher Freiflächenverschleiß und/oder andere prozessbeeinflussende Elemente, wie beispielsweise Vibrationen oder falsch gewählte Schnittparameter, können zu einem Schneidenbruch führen. Außerdem kann eine Inhomogenität des Hartmetalls zu lokalen Ausbrüchen führen. Zum Beispiel kann es bei abrasiven Werkstoffen durch einen zu geringen Co- Gehalt im Hartmetall zu Ausbrüchen an der Schneidkante der Schneide kommen.
Um einen Schneidenbruch zu vermeiden, sollte eine angemessene Gegenmaßnahme ergriffen werden. Ein Werkzeug, beispielsweise eine Wendeschneidplatte, mit einer definierten Schneidgeometrie kann nicht für alle Materialien gleich gut eingesetzt werden. Der Schneidenbruch ist das Resultat einer zu stark belastenden Schneide und kann bei allen folgenden Verschleißsorten als letzte Instanz gesehen werden. Der Schneidenbruch ist bei allen Bearbeitungen zu vermeiden. Dafür sind die Schnittparameter maßgebend. Diese sollten bei einsetzendem Verschleiß rechtzeitig angepasst werden.
Zur Durchführung der Testmessung an einem Opfermaterial als Opferwerkstück kommt ein spröder Werkstoff mit guter Übertragung des Körperschalls in Frage. Dabei kann beispielhaft ein Gleichlauffräsen vorgenommen werden, was eine ausgeprägte Signalspitze beim Eintritt der Fräserschneide in das Werkstück erzeugt. Es können normale Vorschubwerte und für das Opfermaterial spezifische Schnittgeschwindigkeiten genutzt werden. Zur Sensierung kann beispielsweise eine Körperschallmessung, also eine Schwingungsmessung und/oder eine Körperschallmessung in Kombination mit einer Kraftmessung und/oder auch in Kombination mit einer optischen Überwachung, beispielsweise mittels eines Kamerasystems, durchgeführt werden.
Dies kann beispielsweise an einem Opferwerkstück aus einem Opfermaterial mit AISi2 geprüft werden.
Freiflächenverschleiß:
Der Freiflächenverschleiß ist eine der häufigsten Verschleißarten in der Zerspanung. Diese Verschleißart tritt meist bei zu geringem tatsächlichem Freiwinkel, bei abrasiven Werkstoffen oder bei zu hoch gewählter Schnittgeschwindigkeit auf. Freiflächenverschleiß kommt sehr häufig beim Schlichten vor, da beim Schlichten die Schnittgeschwindigkeit hoch und der Vorschub gering ist. Durch die hohe Schnittgeschwindigkeit erhöht sich die Temperatur und dadurch lösen sich Mikropartikel des Hartmetalls im Schneidstoff. Zudem erhöht sich die Reibung zwischen Schneide und Werkstoff, da sich das Werkzeug durch die niedrige Vorschubgeschwindigkeit eine längere Zeit im Eingriff befindet.
Lösung und Beispiel ist die Verringerung der Schnittgeschwindigkeit. Beim Zerspanen des Materials GGG60 oder GGG70 ist ein frühzeitiger Freiflächenverschleiß erkennbar. Um diesem Freiflächenverschleiß entgegenzuwirken, wird beispielsweise die Schnittgeschwindigkeit reduziert. Dabei kann beispielsweise die Schnittgeschwindigkeit von 240 m/min auf 210 m/min reduziert werden. Durch diese Optimierung kann die Standzeit um 25% gesteigert werden.
Als Opfermaterial kommt ein duktiler/weicher Werkstoff als Opferwerkstoff in Frage, eventuell auch ein Kunststoffverbundwerkstoff. Dabei kann ein Gegenlaufverfahren, beispielsweise mit einem sanften Eintritt mit Zunahme der Spandicke und der Zerspankräfte vorgenommen werden. Bei zunehmendem Freiflächenverschleiß neigt das Material zum "Wegschmieren". Die Grenze kann mit weichem Material deutlich besser detektiert werden. Dabei können sehr geringe Vorschubwerte genutzt werden. Eine geringe Schnittgeschwindigkeit und eventuell auch das Durchfahren einer Geschwindigkeitsskala kann genutzt werden. Es kann eine Kraftmessung durchgeführt werden.
Dies kann beispielsweise an einem Opferwerkstück aus einem Opfermaterial mit GGG60 oder GGG70 geprüft werden.
Kolkverschleiß:
Kolkverschleiß ist eine thermische Diffusion, die durch mechanischen Abrieb zwischen Werkstück und dem Werkzeug auf der Spanfläche auftritt. Diese Verschleißart ist ein Anzeichen für eine zu hoch gewählte Schnittgeschwindigkeit eines ungünstigen Schneidstoffs und/oder einer unzureichenden Kühlung und Schmierung während des Zerspanprozesses.
Durch Optimierung der Werkzeugkühlung und Verringerung der Schnittgeschwindigkeit kann der Kolkverschleiß meist reduziert oder vermieden werden. Die Bearbeitung eines Flanschs aus dem Material Stahl 1 .4301 mit einer gewählten Schnittgeschwindigkeit von 180 m/min erzeugt einen frühzeitigen Kolkverschleiß. Die Zugabe von Kühlschmierstoff und die Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit auf 120 m/min eliminiert den Kolkverschleiß und steigerte die Standzeit um 30%.
Es kann ein zäher Werkstoff als Opfermaterial eingesetzt werden. Es kann ein Gegenlaufverfahren eingesetzt werden, beispielsweise mit einem sanften Eintritt mit Zunahme der Spandicke und der Zerspankräfte. Dabei können normale Vorschubwerte eingesetzt werde. Es können spezifische Schnittgeschwindigkeiten je nach Opfermaterial eingesetzt werden. Es kann eine Kraftmessung oder optional eine Kraftmessung in Kombination mit einer optischen Überwachung eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise an einem Opferwerkstück aus einem Opfermaterial mit Stahl 1 .4301 oder 1 .2738 geprüft werden.
Aufbauschneidenbildung:
Eine zu geringe Schnittgeschwindigkeit oder ein zu geringer Zahnvorschub kann zu einer Aufbauschneide führen. Hierbei kommt es zu Materialaufklebungen auf der Spanfläche des Werkzeugs. Vor allem bei zähen Materialien, wie bei rostfreien Stählen, Aluminium und Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, kann es zu der Aufbauschneidenbildung kommen.
Der Aufbauschneidenbildung kann mit Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und präziserer Kühlschmierstoffzuführung entgegengewirkt werden. Die Schruppbearbeitung eines Schmiedegesenks aus Stahl 1 .2738 brachte folgendes Problem zum Vorschein. Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 180 m/min kam es nach kurzer Einsatzzeit zu erheblichen Materialaufklebungen auf der Spanfläche des Werkzeugs, also einer Wendeschneidplatte. Dies führte nach ca. 66 m Standweg pro Schneide zu einem unvorhersehbaren Schneidkantenbruch. Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit auf 210 m/min brachte einen um 15% gestiegenen Standweg. Dies kann beispielsweise an einem Opferwerkstück aus einem Opfermaterial mit Stahl 1.4301 oder 1.2738 geprüft werden.
Als Opfermaterial kann ein zäher Werkstoff im Gegenlaufverfahren oder im Gleichlaufverfahren eingesetzt werden. Es können normale Vorschubwerte eingesetzt werden, beispielsweise für das Opfermaterial spezifische normale Schnittgeschwindigkeiten. Es kann eine Kraftmessung oder optional eine Kraftmessung in Kombination mit einer optischen Überwachung eingesetzt werden. Rissbildung:
Dabei wird die Rissbildung des Werkzeugs während der Zerspanung betrachtet.
Je härter das Hartmetall des Werkzeugs ist, desto geringer ist die Zähigkeit des Materials des Werkzeugs. Eine Rissbildung ist wegen der hohen dynamischen und thermischen Belastungen an der Hartmetallschneidkante sehr häufig. Das Verhalten einer Rissbildung im Hartmetall ist nur schwer vorherzusehen. Eine Rissausbreitung kann sehr schnell das Werkzeug, beispielsweise eine Wendeschneidplatte, zum Versagen bringen, so dass das Werkzeug nicht mehr weiterverwendet werden kann.
Ein Riss in einem Werkzeug neigt dazu, sich auf der Freifläche auszuweiten. Nach dem Risswachstum ist weder die Schneidkante noch die Anlagefläche funktionsfähig. Die Aufbauschneidenbildung ist eine der üblichsten Ursachen für eine Rissbildung während des Zerspanprozesses. Die angeklebten Späne an der Schneidkante nehmen die Zerspankräfte auf und speichern gleichzeitig die hohe Wärme in sich. Entsprechend verursachen sie die Ausbröckelungen an der Schneidkante. Die Späne dringen in die Rissspalten ein und erzeugen unbestimmte Spannungen, die den Verlauf der Rissbildung weiter beeinflussen. Starke Temperaturwechsel und das ständige Ein- und Ausschneiden beim Fräsen haben eine so genannte Kammrissbildung an der Schneidkante zur Folge.
Um Riss- und Kammrissbildung entgegenzuwirken, können folgende Maßnahmen ergriffen werden: Bei Rissbildung wegen hohen mechanischen Belastungen sollte der Zahnvorschub verringert werden, damit die Dauerfestigkeit des Schneidstoffes gegeben bleibt. Bei Rissbildung wegen Aufbauschneiden sind die Gegenmaßnahmen für Vermeidung von Aufbauschneiden anzuwenden, siehe oben bei dem Thema Aufbauschneidenbildung. Bei Kammrissbildung können Maßnahmen gegen Temperaturschwankungen ergriffen werden. Trockenbearbeitung oder ausreichende Kühlschmierstoffzuführung sowie eine Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit können Abhilfe schaffen.
Bei Planfräsen eines Schmiedegesenks aus dem Material 1 .2738 kam es bei einer Schnittgeschwindigkeit von 180 m/min zur deutlichen Aufbauschneidenbildung. Dies hatte ein Standzeitende durch Schneidkantenbruch bei 66 m/Schneide zur Folge. Um einen Schneidkantenbruch zu vermeiden, ist die Schnittgeschwindigkeit auf 240 m/min erhöht worden. Diese Maßnahme verlängerte den Standweg auf 74 m/Schneide. Der daraus resultierende Temperaturanstieg im Fräsprozess definierte das neue Standzeitende durch Kolkverschleiß.
Zielführend war letztlich eine mittlere Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min. Das neue Standzeitende konnte auf 81 m/Schneide durch einen prozesssicheren Freiflächenverschleiß angehoben werden.
Es kann als Opfermaterial ein spröder Werkstoff mit guter Übertragung des Körperschalls genutzt werden. Es kann ein Gegenlauffräsen eingesetzt werden. Insbesondere können geringe Vorschubwerte eingesetzt werden, die für das gewählte Opfermaterial spezifisch sind. Es kann eine Körperschallmessung, wie eine Schwingungsmessung, durchgeführt werden.
Dies kann beispielsweise an einem Opferwerkstück aus einem Opfermaterial mit Stahl 1 .4301 oder 1 .2738 geprüft werden.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Analyse verschiedener Versagensarten oder Verschleißarten des Werkzeugs hat es sich daher beispielhaft als vorteilhaft erwiesen, wenn als Opferwerkstück Materialien mit Stahl 1.4301 oder Stahl 1 .2738, GGG60 oder GGG70 und AISi2 oder ähnliche Materialien als Opfermaterialien eingesetzt werden. Entsprechend kann zur Analyse der entsprechenden Verschleiß- oder Versagensart eine Testbearbeitung an den entsprechenden Opfermaterialien unter den angegebenen Verfahrensbedingungen durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel insbesondere vor, dass die Testbearbeitung eine spanabhebende Bearbeitung des Opferwerkstücks ist, wobei das Werkzeug in einer vordefinierten Vorschubrichtung in einer vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück verfahren wird, wobei der Sensor eine von dem Werkzeug auf das Opferwerkstück ausgeübte Kraft aufnimmt, wobei die Richtung der aufgenommenen Kraft in einem vordefinierten Winkel zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgenäßen Vorrichtung zur Durchführung einer Testbearbeitung und einer Testmessung.
Dabei kann als Testbearbeitung eine Fräsbearbeitung eines Opferwerkstücks mittels eines Werkzeugs als Fräswerkzeug durchgeführt werden, insbesondere mit einer Schneide oder mit einer Mehrzahl von Schneiden.
Die Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs 2 und/oder zumindest einer Schneide 3, insbesondere eines Werkzeugs 2 gemäß Figur 1 , wobei eine Haltevorrichtung 10 vorgesehen ist mit einer ersten Aufnahme 20 für zumindest ein Opferwerkstück 21. Dabei sind in Figur 2 verschiedene Opferwerkstücke 21 schematisch angedeutet, die abgestuft aufeinander angeordnet sind. Auch kann eine anderweitige Anordnung vorgesehen sein, beispielsweise auch nur ein Opferwerkstück 21 .
Weiterhin ist eine zweite Aufnahme 22 für den Sensor 12 vorgesehen, an welcher der Sensor 12 angeordnet ist. Dabei ist das zumindest eine Opferwerkstück 21 derart mit dem Sensor 12 gekoppelt, dass bei einer Testbearbeitung des Opferwerkstücks 21 eine Kraft von dem Opferwerkstück 21 auf den Sensor 12 übertragbar ist.
Dazu weist die Haltevorrichtung 10 einen Grundkörper 23 auf, welcher beispielsweise an einem Maschinentisch 24 der Bearbeitungsmaschine, wie beispielsweise der Fräsmaschine, angeordnet ist.
Der Grundkörper 23 bildet die zweite Aufnahme 22 für den Sensor 12 aus.
Weiterhin ist ein Träger 25 vorgesehen, welcher relativ zu dem Grundkörper 23 in einer Richtung verlagerbar geführt ist. Der Träger 25 bildet die erste Aufnahme 20 für das Opferwerkstück 21 aus.
Der Sensor 12 ist zwischen der zweiten Aufnahme 22 und dem Träger 25 angeordnet und wird von dem Träger 25 kraftbeaufschlagt.
Optional ist ein Kraftspeicher 26, wie ein Federelement, vorgesehen, welcher sich einerseits an dem Grundkörper 23 und andererseits an dem Träger 25 abstützt. Dadurch wird eine Kraftbeaufschlagung des Trägers 25 gegen den Sensor 12 beaufschlagt. So wird der Sensor 12 vorgespannt und in einen definierten Zustand versetzt. Dabei stützt sich der Kraftspeicher 26 an dem Grundkörper 23 vorteilhaft an einer Anlagefläche einer Einstellschraube 27 ab, so dass die Vorspannung des Kraftspeichers 26 einstellbar ist.
Auch ist es bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass zwischen dem Träger 25 und dem Sensor 12 ein Übertragungselement 28 angeordnet ist, um die Einleitung der Kraft auf den Sensor in seiner Richtung ausrichten und/oder definieren zu können. Vorteilhaft ist dabei, dass dadurch erreicht werden kann, dass mit einer beispielsweisen Punktberührung aufgrund des kugelförmigen Übertragungselements 28 nur Druckkräfte in der Normalenrichtung übertragen werden können, so dass Störeinflüsse reduziert werden können.
Der Träger 25 ist mittels einer Führung 29 in dem Grundkörper 23 derart geführt, dass der Träger 25 relativ zum Grundkörper 23 in einer definierten Richtung verlagerbar gelagert ist. Dazu weist der Grundkörper 23 zumindest eine Führungssäule 30 auf, welche durch eine Führungsbuchse 31 geführt ist, so dass der Träger 25 nur in Längsrichtung der Führungssäule 30 verlagerbar ist.
Auf dem Träger 25 ist zumindest ein Opferwerkstück 21 vorgesehen, welches auf dem Träger 25 befestigt angeordnet ist. Alternativ ist eine vordefinierte Anzahl von Opferwerkstücken 21 vorgesehen. Beispielsweise ist ein Opferwerkstück 21 vorgesehen oder es sind zwei oder drei Opferwerkstücke 21 aus unterschiedlichen Opfermaterialien vorgesehen für die Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einem Freiflächenverschleiß, einem Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder einem Schneidenbruch.
Zu dem Verfahren wird das Werkzeug 2 während der Testbearbeitung geradlinig in der vordefinierten Vorschubrichtung 33 in der vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück 21 verfahren. Dabei wird die Kraft in einer Kraftrichtung 34, welche der Sensor 12 detektiert, in einem definierten Winkel a zur Vorschubrichtung 32 gemessen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Winkel a im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, wie 90°, zur Vorschubrichtung 32 ausgerichtet ist, siehe Figur 2.
Der Sensor 12 ist ein Kraft- oder Drucksensor, welcher derart angeordnet ist, dass auf ihn nur eine Kraft wirkt, deren Kraftrichtung 34 in einem Winkel a im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, zur Vorschubrichtung 32 ausgerichtet ist.
Bei einer Testbearbeitung erfolgt ein Fräsen des Opferwerkstücks 21 entlang der Vorschubrichtung 32 des Werkzeugs 2 mit der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 2 mittels des Werkzeugs 2, insbesondere in einer geradlinigen Richtung. Die detektierte Kraft steht mit ihrer Kraftrichtung 34 auf der Vorschubrichtung 32 im Wesentlichen senkrecht. Dadurch können Störeinflüsse reduziert werden. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann für die unterschiedlichen Werkzeuge 2, wie unterschiedliche Fräsertypen, eine spezifische „Werkzeug- /Opfermaterial Referenzkurve“ erzeugt werden, siehe Figur 4. Diese Referenzkurve gemäß Figur 4 kann dadurch erzeugt werden, dass mit einem neuen Werkzeug 2 die Kräfte Fy am definierten Opferwerkstück 21 gemessen werden. Dabei werden sowohl der Kraftverlauf als Funktion der Zeit, wie auch die Spitzenwerte der auftretenden Kräfte je Schneide 3 ermittelt, siehe Figur 5. In Figur 5 ist ein beispielsweiser Verlauf der Kraft Fy als Funktion der Zeit während einer Testbearbeitung dargestellt.
Nach der Testmessung mit diesem neuen Werkzeug 2 an einem Opferwerkstück 21 wird im weiteren Verlauf der Nutzung des Werkzeugs 2 an üblichen Werkstücken das Werkzeug 2 an einem zu zerspanenden Werkstück eingesetzt und damit abgenutzt.
In einem sich wiederholenden Prozess, wie beispielsweise einem iterativen Prozess, werden mittels weiterer Testbearbeitungen nach definierten Nutzungszeiten des Werkzeugs 2 weitere Stützpunkte der Referenzkurve der Figur 4 generiert, in dem in zu definierenden Abständen am Opferwerkstück 21 unter optional gleichen Prozessbedingungen Späne abgetragen und die sich ergebenden Kräfte/Kraftverläufe Fy gemessen werden.
Durch die Aneinanderreihung der Kraftwerte der einzelnen Messungen lässt sich die Referenzkurve der Figur 4 in Abhängigkeit des Abnutzungsgrades der Schneiden 3 bzw. des Werkzeugs 2 bestimmen.
Der Abnutzungsgrad sowie die zulässigen Grenzen der Abnutzung des Werkzeugs oder der Schneiden 3 werden visuell definiert. Der Kraftwert, der bei der gerade noch zulässigen Abnutzung vorliegt, wird als Grenzwert hinterlegt und kann später als „Abschalt-ZWampunkt“ hinterlegt werden.
Zur Testbearbeitung kann neben der Erfassung der auftretenden Kraft Fy bei definierten Schnittparametern auch der Schnittkraftverlauf gemäß Figur 5 ermittelt und aufgezeichnet werden. Dieser Verlauf entspricht einem „so zusagen genetischen“ Fingerabdruck des eingesetzten Werkzeugs 2, wie beispielsweise Fräswerkzeugs, und jeder einzelnen Schneide 3. Bei jedem iterativen Prozess, bei dem der aktuelle Verschleißzustand über die anliegende Kraft Fy im Vergleich zur hinterlegten Referenzkurve erfasst und verglichen wird, wird auch der zeitliche Kraftverlauf jedes Werkzeugs 2 oder jeder einzelnen Schneide 3 mit dem ursprünglichen Kraftverlauf des Neuwerkzeugs bzw. des Neufräsers verglichen. Dieser Vergleich zeigt, ob neben dem „normalen“ Verschleiß ein besonderes Ereignis wie z.B. ein Kantenbruch oder ein Kolkverschleiß vorliegt. Vorteilhaft ist dabei, dass zur Beurteilung der momentanen Verschleißsituation des Werkzeugs 2 oder der Schneiden 3 lediglich der Kraftverlauf einer Fräserumdrehung benötigt wird. Somit kann von einem minimalen Materialverbrauch des Opfermaterials ausgegangen werden.
Bezugszeichenliste Vorrichtung Werkzeug Schneide Werkstück erster Antrieb erster Aktuator Werkstückhalter zweiter Antrieb zweiter Aktuator Haltevorrichtung Opferwerkstück Sensor Speicher Steuereinheit Auswerteeinheit erste Aufnahme Opferwerkstück zweite Aufnahme Grundkörper Maschinentisch Träger Kraftspeicher Einstellschraube Übertragungselement Führung Führungssäule Führungsbuchse Vorschubrichtung Kraftrichtung

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs (2) und/oder zumindest einer Schneide (3), insbesondere eines Werkzeugs (2), welches/welche zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (4) dient, wobei in einem Neuzustand oder in einem gebrauchten Zustand des Werkzeugs (2) oder der zumindest einen Schneide (3) an zumindest einem Opferwerkstück (11 , 21 ) eine Testmessung mit einer Testbearbeitung durchgeführt wird, wobei mittels zumindest einer Messeinrichtung mit zumindest einem Sensor (12) die Testbearbeitung überwacht wird und Messwerte der Testmessung in einem Speicher (13) speicherbar sind, wobei nach einer definierten Bearbeitung von Werkstücken (4) mittels des Werkzeugs (2) oder mittels der zumindest einen Schneide (3) zumindest eine weitere Testmessung mit einer Testbearbeitung an dem Opferwerkstück (11 , 21) durchgeführt wird, welche ebenso von der Messeinrichtung mit dem zumindest einen Sensor (12) überwacht wird und Messwerte der Testmessung speicherbar sind, wobei anhand der ermittelten Messwerte ein Verschleißzustand des Werkzeugs (2) und/oder der zumindest einen Schneide (3) bestimmt wird, wobei die Testbearbeitung eine spanabhebende Bearbeitung des Opferwerkstücks (11 , 21 ) ist, wobei das Werkzeug (2) in einer vordefinierten Vorschubrichtung (32) in einer vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück (11 , 21 ) verfahren wird, wobei der Sensor (12) eine von dem Werkzeug (2) auf das Opferwerkstück (11 , 21 ) ausgeübte Kraft aufnimmt, wobei die Richtung der aufgenommenen Kraft in einem vordefinierten Winkel zur Vorschubrichtung (32) ausgerichtet ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Testbearbeitung eine Fräsbearbeitung eines Opferwerkstücks (11 , 21 )
34 mittels eines Werkzeugs
(2) als Fräswerkzeug ist, insbesondere mit einer Schneide (3) oder mit einer Mehrzahl von Schneiden (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) während der Testbearbeitung geradlinig in der vordefinierten Vorschubrichtung (32) in der vordefinierten Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Opferwerkstück (11 , 21 ) verfahren wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, zur Vorschubrichtung (32) ausgerichtet ist, insbesondere der Winkel ungleich einem Nullwinkel ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) ein Kraft- oder Drucksensor ist, welcher derart angeordnet ist, dass auf ihn nur eine Kraft wirkt, welche in einem Winkel im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere etwa 90°, zur Vorschubrichtung (32) ausgerichtet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißzustand unterschieden wird nach insbesondere zumindest einem Verschleißzustand der nachfolgenden Verschleiß- /Versagensarten: Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder Schneidenbruch.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißzustand bestimmt wird aus insbesondere zumindest einem jeweiligen Verschleißzustand aus einem Freiflächenverschleiß, einem Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder einem Schneidenbruch.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testmessung mit der Testbearbeitung für
35 zumindest eine oder für jede betrachtete Verschleiß-ZVersagensart gesondert durchgeführt wird oder dass eine Testmessung mit einer Testbearbeitung oder mehrere Testmessungen mit jeweils einer Testbearbeitung durchgeführt werden und daraus eine Verschleiß- ZVersagensart ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testmessung mit der Testbearbeitung für eine oder für mehrere oder für jede betrachtete Verschleiß- ZVersagensart an einem dafür vorgesehenen Opferwerkstück (11 , 21 ) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testmessung mit der Testbearbeitung für eine oder für mehrere oder für jede betrachtete Verschleiß- ZVersagensart mit dafür jeweils vorgesehenen Bearbeitungsparametern durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verschleißzustands durch einen Vergleich von gespeicherten Messwerten undZoder gespeicherten bearbeiteten Messwerten von Testmessungen an zumindest einem Opferwerkstück (11 , 21 ) oder an mehreren Opferwerkstücken (11 , 21 ) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bearbeitete Messwerte zeitliche erste Ableitungen undZoder zweite Ableitungen von Messwertverläufen aufweisen oder sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ermittelten Verschleißzustand oder aus den ermittelten Verschleißzuständen eine Empfehlung für die weitere Nutzung oder den Austausch des Werkzeugs (2) undZoder der Schneide (3) undZoder der Schneiden (3) erfolgt.
. Vorrichtung (1 ) zur Bestimmung eines Verschleißzustands eines Werkzeugs (2) und/oder zumindest einer Schneide (3), insbesondere eines Werkzeugs (2), welches/welche zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (4) dient, mit einem Werkzeug (2) mit zumindest einer Schneide (3) zur Bearbeitung eines Werkstücks (4), mit einer Messeinrichtung mit zumindest einem Sensor (12) zur Überwachung einer Testmessung mit Testbearbeitung und mit zumindest einem Opferwerkstück (11 , 21 ) zur Durchführung der Testmessung mit Testbearbeitung an dem Opferwerkstück (11 , 21 ), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Aufnahme (20) für das Opferwerkstück (11 , 21 ) vorgesehen ist und eine zweite Aufnahme (22) für den Sensor (12) vorgesehen ist, wobei das Opferwerkstück (11 , 21 ) derart mit dem Sensor (12) gekoppelt ist, dass bei einer Testbearbeitung des Opferwerkstücks (11 , 21 ) eine Kraft von dem Opferwerkstück (11 , 21 ) auf den Sensor (12) übertragbar ist. 6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper (23) vorgesehen ist, welcher die zweite Aufnahme (22) für den Sensor (12) ausbildet, wobei ein Träger (25) vorgesehen ist, welcher relativ zu dem Grundkörper (23) in einer Richtung verlagerbar geführt ist, wobei der Träger (25) die erste Aufnahme (20) ausbildet und der Sensor (12) zwischen der zweiten Aufnahme (22) und dem Träger (25) angeordnet ist und kraftbeaufschlagt wird. /.Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftspeicher (26) vorgesehen ist, welcher den Träger (25) hin zu dem Sensor (12) vorspannt. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger (25) und dem Sensor (12) ein Übertragungselement (28) angeordnet ist, insbesondere ein Kugelelement als Übertragungselement (28). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Opferwerkstück (11 , 21) vorgesehen ist, welches auf dem Träger (25) angeordnet ist oder dass eine vordefinierte Anzahl von Opferwerkstücken (11 , 21) vorgesehen ist, wobei die Opferwerkstücke (11 , 21) auf dem Träger (25) angeordnet sind. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Opferwerkstück (11 , 21) vorgesehen und bearbeitbar ist zur Bestimmung zumindest eines Verschleißzustandes oder mehrerer Verschleißzustände oder dass die einzelnen Opferwerkstücke (11 , 21 ) jeweils zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer spezifischen Verschleiß- /Versagensart vorgesehen und bearbeitbar sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zwei oder drei Opferwerkstücke (11 , 21) aus unterschiedlichen Opfermaterialien vorgesehen sind für die Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einem Freiflächenverschleiß, einem Kolkverschleiß, Aufbauschneide, Rissbildung und/oder einem Schneidenbruch.
38
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007005221A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-23 Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering Einsatz von piezokeramischen Wandlern zur Regelung der spanabhebenden Werkstückbearbeitung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007005221A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-23 Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering Einsatz von piezokeramischen Wandlern zur Regelung der spanabhebenden Werkstückbearbeitung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WANG C Y ET AL: "Wear and breakage of TiAlN- and TiSiN-coated carbide tools during high-speed milling of hardened steel", WEAR, vol. 336, 4 May 2015 (2015-05-04), pages 29 - 42, XP029232890, ISSN: 0043-1648, DOI: 10.1016/J.WEAR.2015.04.018 *

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