DE3411113A1

DE3411113A1 - Verfahren zum bestimmen der abnutzung von werkzeugen

Info

Publication number: DE3411113A1
Application number: DE19843411113
Authority: DE
Inventors: Donald James Fenton Mich. Rozsi; Stanley K. Smith
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1984-03-26
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2137125B; GB8403179D0; US4551808A; GB2137125A; JPS59182051A

Description

81-1*102-565

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich im Eingriff mit einem Werkstück befindenden Werkzeugs und insbesondere ein V/erfahren zütti Überwachen des Betriebsverhaltens eines solchen Werkzeugs durch Bestimmen von an dem arbeitenden Werkzeug auftretenden Drehmoment- oder Kraftdifferenzen an verschiedenen Punkten eines Arbeitszyklus sowie Ausnutzung der ermittelten Information zur Feststellung, ob das Werkzeug vorbestimmte Kennwerte erfüllt.

Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens von arbeitenden Werkzeugen sind bekannt. Zu den bekannten Verfahren gehört das Bestimmen des an einem arbeitenden Werkzeug auftretenden Drehmoments und die Vorgabe eines oberen Stopgrenzwertes, wenn das Drehmoment eine vorbestimmte Größe erreicht. Bei einem anderen bekannten Verfahren werden der elektrische Strom oder die Energie erfaßt. Bei dem Ermitteln des elektrischen Stromes oder der von einem System aufgenommenen Energie wird jedoch die Information durch die I¹IaSSe des Systems gefiltert oder geglättet; durch diesen Glättungs- oder Filterprozeß gehen viele wesentliche Informationsteile verloren.

Bei den bekannten Systemen erfolgt keine Erfassung von Drehmomentdifferenzen während eines Inkrements eines Arbeitszyklus zwischen einem Arbeitswerkzeug und einem Werkstück. Die Bestimmung von Drehmomentdifferenzen läßt sich heranziehen, um festzustellen, ob das Werkzeug mit Bezug auf das Werkstück in der gewünschten Weise arbeitet. Die Drehmomentdifferenzmessung kann benutzt werden, um eine Werkzeugmaschine abzuschalten, wenn das Arbeitswerkzeug nicht geeignet funktioniert, beispielsweise wenn das Werkzeug abgebrochen oder stumpf ist. Statt dessen oder zusätzlich kann die Drehmomentdifferenzmessung herangezogen wer-

den, um ein Warnsignal zu aktivieren, das erkennen läßt, daß das Schneidwerkzeug stumpf wird und der Zeitpunkt für seinen Austausch naherückt.

Die US-Patentanmeldung 398,021 vom 14. Juli 1982 (Smith et al) offenbart ein Qualitätskontrollverfahren, bei dem eine Drehmomentdifferenz genutzt wird, um eine einen Zyklus durchlaufende mechanische Anordnung zu testen. Die Drehmomentdifferenz wird dabei aber nicht für die Überwachung des Zustandes eines Schneidwerkzeugs herangezogen.

Aus der US-PS 3 836 834 ist ein Maschinenschutzsystem bekannt, das eine Abschaltung auslöst, wenn eine mittlere Kraft ihren Wert um einen vorgewählten Faktor plötzlich ändert (dynamischer Fehler). Dabei werden keine Drehmoment- oder Kraftdifferenzen ermittelt, sondern es wird ein dynamischer Kraftvergleicher vorgesehen, der auf das mittlere Ausgangssignal und das momentane Ausgangssignal anspricht und eine Abschaltung bewirkt, wenn der Pegel des Momentansignals ein vorbestimmtes Vielfaches des mittleren Signalpegels überschreitet.

Entsprechend der US-PS 3 545 310 wird eine Hoch/Niedrig-Kontrolle durchgeführt, jedoch nur bei Leerlauf. An Hand des Drehmomentgradienten wird die Werkzeugabnutzung bestimmt; es werden jedoch keine dynamischen Kraftdifferenzen während des Schneidvorgangs erfaßt. Aus der US-PS 3 834 615 ist gleichfalls ein Verfahren zum Überwachen ei-, ner Werkzeugmaschine bekannt, bei welchem der Drehmomentgradient zur Feststellung von Werkzeugabnutzung benutzt wird.

Die Anordnung nach der US-PS 4 237 408 ist ein Beispiel für ein System, bei dem davon ausgegangen wird, daß Ener*· gie und Drehmoment indirekt miteinander verknüpft sind.

Die Energie uiird gemessen, um die UJerkzeugabnutzung zu ermitteln. Auch bei dem Verfahren nach der U5-PS 4 260 986 wird unterstellt, daß Energie und Drehmoment unmittelbar voneinander abhängen; Hoch/l\liedrig-Energiesignale werden mit einem Bezugsiuert v/erglichen, um zu bestimmen, wann ein schadhaftes Werkzeug erfaßt wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines Werkzeugs geschaffen, das sich innerhalb eines Zyklus relativ zu einem Werkstück bewegt. Bei diesem Verfahren wird der Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen unterteilt. Die Kraft oder das Drehmoment, mit denen das Werkzeug während jedes der Inkremente beaufschlagt wird, werden erfaßt. Das höchste und das niedrigste Drehmoment, die während jedes der Inkremente an das Werkstück angelegt werden, werden bestimmt und gespeichert. Es wird ein maximaler Drehmomentdifferenz-Grenzwert für die Differenz zwischen dem während jedes Inkrements erfaßten höchsten und niedrigsten Drehmoment vorgegeben. Die während jedes Inkrements ermittelte Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Drehmoment wird mit dem vorgegebenen maximalen Drehmomentdifferenz-Grenzwert verglichen. Es wird ein erstes Signal erzeugt oder abgegeben, wenn der vorgegebene maximale Differenzgrenzwert überschritten wird.

Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein unterer Drehmomentgrenzwert für das während eines bestimmten Inkrements erfaßte niedrigste Drehmoment vorgegeben, und es wird ein zweites Signal abgegeben, wenn das erfaßte Drehmoment unter dem vorgegebenen unteren Drehmomentgrenzwert liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein oberer Drehmomentgrenzwert für das während eines bestimmten Inkrements erfaßte höchste Drehmoment vorgegeben, und ein

drittes Signal wird abgegeben, wenn das erfaßte Drehmoment über dem vorgegebenen oberen Drehmomentgrenzwert liegt.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung werden zur Überwachung des Betriebsverhaltens eines Werkzeugs ein oberer Drehmoment-Ularngrenzüjert und ein unterer Drehmoment-Warngrenzwert vorgegeben, und das erfaßte Drehmoment iiiird mit dem oberen und dem unteren Drehmgment-Warngrenzuiert verglichen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines' sich mit Bezug auf ein Werkstück bewegenden Werkzeugs,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, bei der ein Schneidwerkzeug durch ein Werkstück hindurchgeführt wird und bei der eine Logikschaltung zum Überwachen der Kräfte vorgesehen ist, . die an dem Schneidwerkzeug auftreten,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer normalen Kraft- oder Drehmomentkurve für ein ordnungsgemäß arbeitendes Werkzeug und

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Drehmomentoder Kraftkurve für ein nicht ordnungsgemäß arbeitendes Werkzeug.

In Fig. 1 ist ein mit Zähnen 12 versehenes Werkzeug 1Q dargestellt, mit dem ein Werkstück 14 bearbeitet wird. Das

Schneidwerkzeug 10 dreht sich in Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinns um in bekannter Weise Werkstoff won dem Werkstück 14 abzutragen. Um festzustellen, ob die schneidende Bearbeitung des Werkstücks 14 mittels des Schneidwerkzeugs 10 ordnungsgemäß erfolgt, werden an dem Schneidwerkzeug 10 auftretende Kräfte, Funktionen von Kräften oder Äquivalente dieser Größen erfaßt. Für diesen Zweck können dem Schneidwerkzeug 10 Einrichtungen zugeordnet sein, die die Größe des Drehmoments, der Abhebekraft, der Vorschubkraft und/öder der Schneidkraft am Werkzeug 10 bestimmen. Das schematisch durch den Pfeil 16 angedeutete Drehmoment ist die Drehkraft der kreisförmigen Bewegung eines Teils des Schneidwerkzeugs, während dieses um eine Drehachse rotiert. Die Schneidkraft, schematisch durch den Pfeil 18 angedeutets entspricht dem Schub oder der Kraft, die erforderlich sind, um das Werkzeug 10 in den zu schneidenden Werkstoff des Werkstücks 14 hineinzuschieben. Die mit dem Pfeil 20 angedeutete Abhebekraft ist die Kraft, die notwendig ist, um das Werkzeug auf geeigneter Tiefe mit Bezug auf das Werkstück 14 zu halten. Die nicht dargestellte Vorschubkraft ist die bei einem Schneidwerkzeug, beispielsweise einem Bohrer, auftretende Kraft, die erforderlich ist., um den Bohrer in das Werkstück in einer Richtung parallel zur' Drehachse des Bohrers hineinzubewegen. Im Falle einer Drehbank oder dergleichen ist die Vorschubkraft diejenige Kraft» die notwendig ist, um das Werkstück in linearer Richtung parallel zur Drehachse des Werkstücks in das Schneidwerkzeug hineinzubewegen. Bei Hobelmaschinen, Fräs~ maschinenj, Räummaschinen, Schleifmaschinen und Strangpressen oder dergleichen ist die Vorschubkraft diejenige Krafts die notwendig ist, um eine lineare Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück herbeizuführen, während das Werkzeug auf das Werkstück einwirkt. Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Erfassung des an dem Werkzeug 10 auftretenden Drehmoments erläutert«

Es versteht sich jedoch, daß andere kraftbezogene Funktionen, beispielsweise die Abhebekraft, die Vorschubkraft, der Schub, der Druck oder die Schneidkraft, herangezogen werden können, um vorliegend als Anzeige für die Abnutzung oder den Bruch des Werkzeugs zu dienen. Die Begriffe Drehmoment, Schneidkraft, Abhebekraft, Schub und Kraft sollen daher im Rahmen der vorliegenden Anmeldung und der Ansprüche als austauschbar verstanden werden. Die Drehmomenterfassung soll auch das Erfassen dieser und anderer kraftabhängiger Funktionen einschließen.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Antrieb des Schneidwerkzeugs 10 mit Bezug auf das Werkstück 14. Zu der Einrichtung gehört ein Antrieb 30, der für eine Drehung einer Welle oder Spindel 32 sorgt, mit welcher das Werkzeug 10 in bekannter Weise drehfest verbunden ist. Während das Schneidwerkzeug 10 als rotierend beschrieben ist, versteht es sich, daß allgemein eine Relativbewegung zwischen dem Schneidwerkzeug 10 und dem Werkstück 14 vorhanden sein muß und daß dabei auch das Werkstück 14 mit Bezug auf das Schneidwerkzeug 10 rotieren kann oder daß eine lineare Relativbewegung zwischen beiden vorliegt, wie dies beim Räumen, Schleifen, Extrudieren, Hobeln oder Formfräsen der Fall sein kann.

Es sind Mittel vorgesehen, um die Kraft oder das Drehmoment zu messen, die bzw. das von dem Antrieb 30 zwischen dem Schneidwerkzeug 10 und dem Werkstück 14 aufgebracht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kraftmessung mittels eines Drehmomentwandlers 34, mittels dessen die Kraft oder das Drehmoment erfaßt werden, mit denen die Spindel 32 von dem Antrieb 30 beaufschlagt wird. Es versteht sich jedoch, daß auch die Abhebekraft, die Vorschubkraft, der Schub oder andere kraftbezogene Messungen herangezogen werden können, um für die vorliegenden Zwecke ein Drehmoment- oder Kraftsignal bereitzustellen.

Der Drehmomentwandler 34 gibt ein Signal auf eine Leitung 36, über welche das Signal einer Logikschaltung 40 zugeführt wird, um den Antrieb 30 entsprechend zu beeinflussen. Die Logikschaltung 40 v/erarbeitet das über die Leitung 36 laufende Drehmomentsignal, um festzustellen, ob das Schneidwerkzeug einwandfrei arbeitet. Die Logikschaltung 40 kann feststellen, ob das Schneidwerkzeug schadhaft ist; sie kann außerdem anzeigen, wenn das Schneidwerkzeug stumpf wird oder der Zeitpunkt naherückt, zu dem das Werkzeug ausgetauscht werden muß. Die Logikschaltung 40 kann ein Signal auf eine Ausgangsleitung 42 geben, um den Antrieb 30 abzuschalten, wenn ermittelt wird, daß das Werkzeug 10 gebrochen oder schadhaft ist. Die Logikschaltung 40 kann ferner ein Ausgangssignal auf eine Leitung 44 geben, das erkennen läßt, daß ein abgenutztes Werkzeug in naher Zukunft ausgetauscht werden muß.

In Fig. 3 ist ein Drehmoment- oder Kraftverlauf für ein typisches Schneidwerkzeug dargestellt. Der in Fig. 3 veranschaulichte Verlauf ist typisch für 'ein Schneidwerkzeug mit einer einzigen Schneidkante, und nicht für ein Werkzeug mit einer Mehrzahl von Schneidzähnen 12, wie es in Fig. 1 der Einfachheit halber dargestellt ist. Das Schneidwerkzeug 10 dreht sich innerhalb eines Zyklus mit Bezug auf das Werkstück 14. Der Zyklus wird in eine Anzahl von vorbestimmten Inkrementen unterteilt, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform kennzeichnend für eine einzige Umdrehung des Schneidwerkzeugs 10 sind. Ein Inkrement des Zyklus kann einer einzelnen Umdrehung des Werkzeugs 10 oder einer Mehrzahl von Umdrehungen des Werkzeugs 10 entsprechen. Wird eine Mehrzahl von Umdrehungen als ein Zyklusinkrement definiert, kann es sich bei der Mehrzahl von Umdrehungen um die Anzahl von Umdrehungen handeln, die notwendig ist, um ein zu bearbeitendes Teil fertigzustellen. Die Umdrehungen können aber auch einem Prozentsatz eines

Bearbeitungszyklus für ein Teil, beispielsweise der Hälfte oder einem Drittel eines Bearbeitungszyklus für ein Teil, entsprechen. Ein U/inkelcodierer oder ein Umdrehungszähler kann in den Drehmomentwandler 34 eingebaut sein, um auf die Leitung 36 zu der Logikschaltung AO Signale zu geben, die kennzeichnend für Zyklusinkremente sind. Während bei der bevorzugten Ausführungsform eine einzige oder mehrere Umdrehungen des Werkzeugs 10 als Zyklusinkrement vorgesehen sind, versteht es sich, daß der Zyklus auch in Zeitoder Streckeninkremente, statt in Winkelinkremente unterteilt werden kann. Beispielsweise läßt sich bei einer Räummaschine ein linearer variabler Differentialtransformator benutzen, um einen Zyklus in eine Mehrzahl von Streckeninkrementen bezogen auf die lineare Relativbewegung zwischen dem Räumwerkzeug und dem Werkstück zu unterteilen. Fig. 3 zeigt schematisch die ersten fünf Inkremente eines Schneidzyklus, wobei jedes Inkrement einer Umdrehung eines Schneidwerkzeugs entspricht.

Während des ersten Inkrements 50 des Schneidzyklus nach Fig. 3 kommt das Schneidwerkzeug 10 zunächst mit dem Werkstück 14 in Eingriff. Das erfaßte Drehmoment oder die entsprechende Kraft nehmen allmählich zu. Dabei können Spitzen auf Grund des anfänglichen Kontakts zwischen dem Schneidwerkzeug 10 und dem Werkstück 14 auftreten. Um während des ersten Segments Ausreißer zu eliminieren, wird eine Vorderflanken-Einschaltfunktion benutzt, die im wesentlichen die Logikschaltung 40 daran hindert, Signale zu verarbeiten, bis zu Beginn des Zyklus eine gewisse Drehmomentamplitude erreicht ist. Die Vorderflanken-Einschaltfunktion ist in der US-Anmeldung Nr. 398,021 der Anmelderin vom 14. Juli 1982 näher erläutert.

Das von dem Drehmomentwandler 34 erfaßte Drehmoment wird mit verschiedenen vorgegebenen Grenzwerten verglichen, um festzustellen, ob das Schneidwerkzeug 10 einwandfrei ar-

beitet. So kann ein oberer Stopgrenzwert 54 vorgesehen sein. Wenn das ermittelte Drehmoment den oberen Stopgrenzuert überschreitet, gibt die Logikschaltung AO ein Signal auf die Leitung 42, um den Antrieb 30 auszuschalten. Der obere Stopgrenzwert könnte durch eine Spitze in dem Drehmomentsignal oder durch ein Drehmomentsignal überschritten werden, das mit der Abnutzung des Werkzeugs allmählich ansteigt. Es kann ferner ein unterer Stopgrenzwert 56 vorgegeben werden. Wenn das υοη dem Wandler 34 ermittelte
Drehmoment kleiner als der untere Stopgrenzu/ert 56 ist, gibt die Logikschaltung 40 ein Signal auf die Leitung 42, um gleichfalls den Antrieb 30 abzuschalten. Ferner kann mit einem oberen Warngrenzwert 58 gearbeitet werden. Der obere Warngrenzuiert 58 liegt unter dem oberen Stopgrenzujert 54, und er ist kennzeichnend dafür, daß sich das Signal dem oberen Stopgrenzwert 54 nähert. Wenn der obere Warngrenzwert überschritten wird, geht auf die Leitung 44 ein Signal, das kennzeichnend dafür ist, daß das Werkzeug bald ausgewechselt werden muß. Von der Logikschaltung 40 kann ferner ein unterer Warngrenzwert 60 vorgegeben werden. Der untere Warngrenzwert 60 liegt über dem unteren Stopgrenzuert 56, und er ist kennzeichnend dafür, daß sich das Signal dem unteren Stopgrenzwert 56 nähert. Wenn das erfaßte Drehmoment kleiner als der untere Warngrenzwert 6O₉ aber größer als der untere Stopgrenzwert 56 ist, gibt die Logikschaltung ein Signal auf die Leitung 44.

Der obere Warngrenzwert 58 und der untere Uarngrenzwert 60 können benutzt werden, um anzuzeigen., daß sich der Zeitpunkt nähert, zu dem das Schneidwerkzeug 10 gewechselt werden muß. Die Logikschaltung 40 kann so ausgelegt werden, daß ein Ausgangssignal auf die Leitung 44 immer dann geht, wenn der obere Warngrenzwert 58 überschritten und der obere Stopgrenzwert noch nicht erreicht ist, oder wenn das erfaßte Drehmoment kleiner als der untere Warngrenz-

tijert BO aber nicht kleiner als der untere Stopgrenzwert 56 ist. Anstelle der einen Ausgangsleitung AA können, falls erwünscht, zwei Ausgangsleitungen vorgesehen sein, von denen die eine dem oberen UJarngrenzujert und die andere dem unteren Warngrenzwert zugeordnet sein können. Wenn auf der Leitung AA ein Signal erscheint, das erkennen läßt, daß der obere Warngrenzwert 58 überschritten ist oder der untere Warngrenzwert 60 größer als das erfaßte Drehmoment ist, uiird ein Warnsignal erzeugt, auf Grund dessen der Maschinenführer einen Werkzeugwechsel vorbereiten kann. Auf diese Weise kann der Bediener einer Werkzeugmaschine die für den Ersatz des Werkzeugs 10 notwendigen Werkzeuge bereitstellen, bevor der obere Stopgrenzwert oder der untere Stopgrenzuert erreicht sind. Damit lassen sich kürzere Abschaltdauern der Werkzeugmaschine einhalten, weil der Maschinenführer sich auf die Abschaltung schon im voraus vorbereiten kann. Außerdem wird der Maschinenführer gewarnt, die Werkzeuge auszuwechseln, bevor das Werkzeug 10 Werkstücke 1A in nicht brauchbarer Weise bearbeitet. Dadurch wird die Qualität der von der Maschine gefertigten Teile verbessert; es wird im Bedarfsfall für einen rascheren Werkzeugaustausch gesorgt.

Die Logikschaltung AO gibt ferner einen Drehmomentdiffe-. renz-Grenzwert vor. Der Drehmomentdifferenz-Grenzwert stellt eine vorgegebene maximale Differenz zwischen dem während eines bestimmten Inkrements erfaßten höchsten Drehmoment und dem während dieses betreffenden Inkrements ermittelten niedrigsten Drehmoment dar. Der'Drehmomentdifferenz-Grenzwert ist in Fig. 3 schematisch bei 62 während des zweiten Inkrements 52 des Zyklus dargestellt. Wenn der Drehmomentdifferenz-Grenzwert überschritten wird, kann entweder ein Abschaltsignal auf die Leitung A2 gehen, um den Antrieb 30 abzuschalten, oder es kann ein Warnsignal auf die Leitung AA gegeben werden. Es wurde gefunden, daß sich der Drehmomentdifferenz-Grenzwert nutzen läßt, um ein

nicht einwandfrei arbeitendes Werkzeug festzustellen. Während vorstehend der Drehmomentdifferenz-Grenzwert für ein bestimmtes Inkrement des Zyklus der Werkzeugmaschine offenbart ist, versteht es sich, daß ein solcher Drehmomentdifferenz-Grenzwert auch' für eine Gruppe won Zyklen oder eine Mehrzahl von einzelnen Zyklen vorgegeben werden kann. Dies hängt im einzelnen von den Bedürfnissen des Anwenders ab.

FIg. 4 zeigt ein Beispiel dafür, daß der vorgegebene Drehmornentdif f erenz-Grenzwert von der für ein bestimmtes Inkrement erfaßten Drehmomentdifferenz überschritten wird. In Fig. 4 gilt dies für das Segment oder Inkrement 64. In diesem speziellen Fall ist eine positive Spitze 68 aufgetreten. Dabei kann es sich beispielsweise um einen großen Drehmomentanstieg handeln, der dadurch verursacht wird, daß ein Zahn des Schneidwerkzeugs sich festfrißt. Innerhalb des Segments 66 wird der Drehmomentdifferenz-Grenzwert durch einen negativen Impuls 70 überschritten, der beispielsweise ein Hinweis auf einen fehlenden Zahn eines Schneidwerkzeugs darstellen kann. Das zum Drehen des Schneidwerkzeugs benötigte Drehmoment nimmt erheblich ab, wenn an dem Werkstück 14 ein Bereich des. Werkzeugs angreift, an dem ein Zahn fehlt. Die Logikschaltung 40 bestimmt das Drehmoment, das dem Werkzeug 10 während jedes Inkrements eines Arbeitszyklus zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zugeführt wird. Wenn der obere Warngrenzwert 58 überschritten oder der untere Warngrenzwert 60 nicht überschritten wird, geht auf die Leitung 44 ein für einen Warnzustand kennzeichnendes Signal. Wird dagegen der obere Stopgrenzwert 54 überschritten oder der untere Stopgrenzwert 56 nicht erreicht, wird ein Abschaltsignal auf die Leitung 42 gegeben. Die Logikschaltung 40 erfaßt und speichert das wahrend jedes Inkre'ments bestimmte höchste Drehmoments sie erfaßt und speichert ferner das während dieses Inkrements ermittelte niedrigste Drehmoment. Die Logik-

schaltung AQ bestimmt dann die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Drehmoment, die mährend eines bestimmten Inkrements erfaßt wurden, und sie vergleicht die betreffende Drehmomentdifferenz mit einem vorgegebenen Drehmomentdifferenz-Grenzwert. Wenn der Drehmomentdifferenz-Grenzwert überschritten wird, geht auf die Leitung 42 ein Signal zum Abschalten des Antriebs 30.

Vorliegend wurde die Unterteilung des Zyklus zwischen dem Werkstück 14 und dem Werkzeug 10 in eine Mehrzahl uon Inkrementen erläutert, wobei jedes Inkrement einer Umdrehung entspricht. Es versteht sich, daß die Inkremente wahlweise als Zeit-, Strecken- oder Winkelinkremente innerhalb des Zyklus vorgesehen werden können, und daß diese Inkremente auch charakteristisch für Drehungen sein können, die größer oder kleiner als eine Umdrehung sind. Es wurde bereits darauf verwiesen, daß die Begriffe Drehmoment, Kraft, Abhebekraft, Vorschubkraft, Schneidkraft und Schub im vorliegenden Zusammenhang austauschbar sind. Zur Überwachung des Arbeitens der Werkzeugmaschine können aber beispielsweise auch der Druck, die Beschleunigung, die Geschwindigkeit oder die Strecke herangezogen werden, um die sich das Werkzeug innerhalb eines vorbestimmten Zeitrahmens bewegt.

Mit der Erfindung wird also ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich gegenüber einem Werkstück bewegenden Werkzeugs innerhalb eines Zyklus geschaffen. Bei diesem Verfahren wird der Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen unterteilt. Das Drehmoment oder die Kraft, mit denen das Werkzeug während jedes Inkrements beaufschlagt wird, werden ermittelt. Das an das Werkzeug oder Werkstück während jedes Inkrements angelegte höchste Drehmoment wird bestimmt und gespeichert. In ähnlicher Weise wird das während jedes Inkrements an das Werkzeug oder Werkstück angelegte niedrigste Drehmoment bestimmt und eingespeichert. Es wird ein

maximaler Drehmomentdifferenz-Grenzwert für die mährend jedes Inkrements auftretende Differenz zwischen dem höchsten Drehmoment und dem niedrigsten Drehmoment vorgegeben. Der maximale Drehmomentdifferenz-Grenzwert wird mit der errechneten Differenz zwischen dem höchsten Drehmoment und dem niedrigsten Drehmoment verglichen, die während des betreffenden Inkrements ermittelt wurden. Wenn der vorgegebene maximale Drehmomentdifferenz-Grenzwert überschritten wards wird ein Signal abgegeben, das für eine solche Drehmdmentdifferenz-Grenzwertüberschreitung kennzeichnend ist.

Claims

PATENTANWALT DlPL-ING. GERHARD SCHWA&4 11113

ELFENSTRASSE32 ■ D-8000 MÜNCHEN 83

81-M02-565

EATQN CORPORATION
100 Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44114, U.St.A.

Verfahren zum Bestimmen der Abnutzung von Werkzeugen

Patentansprüche:

{ 1.J Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich gegenüber einem Werkstück bewegenden Werkzeugs innerhalb eines Zyklus, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen unterteilt wird, das Drehmoment, mit dem das Werkzeug beaufschlagt wird, während mindestens einiger der Inkremente erfaßt wird, das an das Werkzeug angelegte höchste Drehmoment während mindestens einiger der Inkremente bestimmt und gespeichert wird, das an das Werkzeug angelegte niedrigste Drehmoment während mindestens einiger der Inkremente bestimmt und gespeichert wird, ein maximaler Drehmomentdifferenz-Grenzwert für die während mindestens eines bestimmten Inkrements ermittelte Differenz zwischen dem höchsten Drehmoment und dem niedrigsten Drehmoment vorgegeben wird, die Differenz zwischen dem höchsten Drehmoment und dem niedrigsten Drehmoment, die während des einen bestimmten Inkrements ermittelt werden, errechnet wird und die errechnete Drehmomentdifferenz für das bestimmte Inkrement mit dem vorgegebenen maximalen· Drehmomentdifferenz-Grenzwert für das bestimmte Inkrement verglichen wird und ein.erstes Signal abgegeben wird, wenn die errechnete Drehmomentdifferenz den maximalen

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Drehmomentdifferenz-Grenzuiert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Drehmomentgrenzujert für das mährend eines bestimmten Inkrements erfaßte niedrigste Drehmoment vorgegeben wird, das erfaßte Drehmoment für ein bestimmtes Inkrement mit dem unteren Drehmomentgrenziijert für dieses bestimmte Inkrement verglichen wird, und ein zweites Signal abgegeben wird, uienn das erfaßte Drehmoment für dieses bestimmte Inkrement unter dem unteren Drehmomentgrenzujert liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Drehmomentgrenzujert für das mährend eines bestimmten Inkrements erfaßte höchste Drehmoment vorgegeben wird, das erfaßte Drehmoment für ein bestimmtes Inkrement mit dem oberen Drehmomentgrenzujert für dieses bestimmte Inkrement verglichen uiird, und ein drittes Signal abgegeben uiird, uienn das erfaßte Drehmoment für dieses bestimmte Inkrement über dem vorgegebenen oberen Drehmomentgrenzujert liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Drehmoment-Ularngrenzuiert vorgegeben wird, der unter dem oberen Drehmomentgrenzujert für ein bestimmtes Inkrement liegt, das erfaßte Drehmoment für ein bestimmtes Inkrement mit dem vorgegebenen oberen Drehmoment-Warngrenzuiert für dieses bestimmte Inkrement verglichen uiird, und ein viertes Signal abgegeben uiird, uienn das erfaßte Drehmoment für dieses bestimmte Inkrement über dem vorgegebenen oberen Drehmoment-Warngrenzuiert liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Drehmoment-Warngrenzuiert vorgegeben uiird, der über dem unteren Drehmoment-

grenzwert für ein bestimmtes Inkrement liegt, das erfaßte Drehmoment für ein bestimmtes Inkrement mit dem unteren Drehmoment-Warngrenzwert für dieses bestimmte Inkrement verglichen wird, und ein fünftes Signal abgegeben wird, ü/enn das erfaßte Drehmoment für dieses bestimmte Inkrement unter dem vorgegebenen unteren Drehmoment-Warngrenzwert liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Drehmoment-U/arngrenzuert vorgegeben wird, der unter einem oberen Drehmomentgrenzujert für ein bestimmtes Inkrement liegt, das erfaßte Drehmoment für ein bestimmtes Inkrement mit dem vorgegebenen oberen Drehmornent-Warngrenzwert für dieses bestimmte Inkrement verglichen uiird, und ein viertes Signal abgegeben uiird, wenn das erfaßte Drehmoment für dieses bestimmte Inkrement über dem vorgegebenen oberen Drehmoment-Warngrenztuert liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen derart durchgeführt wird, daß jedes Inkrement kennzeichnend für einen vorbestimmten Betrag von Relativdrehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis B, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Zyklus in ei-

• ne Mehrzahl von Inkrementen derart durchgeführt wird, daß jedes Inkrement kennzeichnend für einen vorbestimmten Betrag von relativer Linearbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist.

9. Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich gegenüber einem Werkstück bewegenden Werkzeugs

innerhalb eines Zyklus, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus in eine Mehrzahl von .Inkrementen unterteilt luird, das Drehmoment, mit dem das Werkzeug beaufschlagt wird, mährend mindestens einiger der Inkremente erfaßt wird, ein oberer Drehmoment-Warngrenzwert v/orgegeben uiird, der kennzeichnend für ein mährend eines bestimmten Inkrements zu erfassendes hohes zulässiges Drehmoment ist, ein unterer Drehmoment-Warngrenzwert v/orgegeben wird, der für ein mährend eines bestimmten Inkrements zu erfassendes kleines zulässiges Drehmoment ist, das erfaßte Drehmoment mit dem vorgegebenen oberen Warngrenzwert und dem vorgegebenen unteren Warngrenzwert verglichen wird, und ein erstes Signal abgegeben wird, wenn das erfaßte Drehmoment den oberen Drehmoment-Warngrenzwert überschreitet oder wenn der untere Drehmoment-Warngrenzwert von dem erfaßten Drehmoment nicht überschritten uiird.

10. Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich innerhalb eines Zyklus gegenüber einem Werkstück drehenden Werkzeugs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Drehmomentgrenzwert vorgegeben üiird, der kennzeichnend für das während eines bestimmten Inkrements zu erfassende niedrigste zulässige Drehmoment ist, das erfaßte Drehmoment mit dem vorgegebenen unteren Drehmomentgrenzuert verglichen wird, und ein zweites Signal abgegeben wird, wenn das erfaßte Drehmoment unter dem unteren Drehmomentgrenziuert liegt.

ο Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich innerhalb eines Zyklus gegenüber einem Werkstück drehenden Werkzeugs nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Drehmomentgrenzwert vorgegeben wird, der kennzeichnend für das mährend eines bestimmten Inkrements zu erfassende höchste zuläs-

sige Drehmoment ist, das erfaßte Drehmoment mit dem vorgegebenen oberen Drehmomentgrenziuert verglichen wird, und ein drittes Signal abgegeben uiird, wenn das erfaßte Drehmoment über dem oberen Drehmomentgrenzuiert liegt.

12. Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines sich innerhalb eines Zyklus gegenüber einem Werkstück bewegenden Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen unterteilt wird, eine Funktion der Kraft, mit welcher das Werkzeug beaufschlagt wird, während mindestens einiger der Inkremente erfaßt wird, die höchste Funktion der an das Werkzeug während mindestens einiger der Inkremente angelegten Kraft bestimmt und gespeichert wird, die niedrigste Funktion der während mindestens einiger der Inkremente an das Werkzeug angelegten Kraft bestimmt und gespeichert wird, ein maximaler Kraftfunktionsdifferenz-Grenzwert für die Differenz zwischen der höchsten Funktion der Kraft und der niedrigsten Funktion der Kraft vorgegeben wird, die während mindestens eines bestimmten Inkrements ermittelt werden, die Differenz zwischen der höchsten Funktion der Kraft und der niedrigsten Funktion der Kraft errechnet wird, die während des einen bestimmten Inkrements ermittelt werden, und die errechnete Kraftfunktionsdifferenz für das bestimmte Inkrement mit dem vorgegebenen Kraftfunktionsdifferenz-Grenzwert für das bestimmte Inkrement verglichen wird sowie ein erstes Signal abgegeben wird, wenn die errechnete Kraftfunktionsdifferenz den maximalen Kraftfunktionsdifferenz-Grenzwert überschreitet .

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Kraftfunktionsgrenzwert für die während eines bestimmten Inkrements erfaßte niedrigste

-B-

Funktion der Kraft vorgegeben wird, die erfaßte Funktion der Kraft für ein bestimmtes Inkrement mit dem unteren Kraftfunktionsgrenzüjert für dieses bestimmte Inkrement verglichen wird, und ein zweites Signal abgegeben uird, wenn die erfaßte Funktion der Kraft für dieses bestimmte Inkrement unter dem unteren Kraftfunktionsgrenzüjert liegt.

•14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Kraftfunktionsgrenzüjert für die während eines bestimmten Inkrements erfaßte höchste Funktion der Kraft vorgegeben wird, die erfaßte Funktion der Kraft für ein bestimmtes Inkrement mit dem oberen Kraftfunktionsgrenzuj.ert für dieses bestimmte Inkrement verglichen wird, und ein drittes Signal abgegeben uiird, wenn die erfaßte Funktion der Kraft für dieses bestimmte Inkrement über dem vorgegebenen oberen Kraftfunktionsgrenzüjert liegt.

15, Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Kraftfunktions-Uarngrenzujert vorgegeben wird, der unter dem oberen Kraftfunktionsgrenzüjert für ein bestimmtes Inkrement liegt, die erfaßte Funktion der Kraft für ein bestimmtes Inkrement mit dem vorgegebenen oberen Kraf tf unktions-ldarngrenzujert für dieses vorbestimmte Inkrement verglichen u/ird, und ein viertes Signal abgegeben wird, wenn die erfaßte Funktion der Kraft für dieses bestimmte Inkrement über dem vorgegebenen oberen Kraf tf unktions-Uarngrenzüjert liegt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Kraf tf unktions-lilarngrenzujert vorgegeben uiird, der über dem unteren Kraftfunktionsgrenztuert für ein bestimmtes Inkrement liegt, die erfaßte Funktion der Kraft für ein bestimmtes Inkrement mit dem unteren Kraf tf unktions-ldarngrenziijert

für dieses bestimmte Inkrement verglichen luird, und ein fünftes Signal abgegeben wird, wenn die erfaßte Funktion der Kraft für dieses bestimmte Inkrement unter dem vorgegebenen unteren Kraftfunktions-Warngrenzujert liegt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen derart durchgeführt wird, daß jedes Inkrement kennzeichnend für einen vorbestimmten Betrag von Relativdrehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Zyklus in eine Mehrzahl von Inkrementen derart durchgeführt wird, daß jedes Inkrement kennzeichnend für einen vorbestimmten Betrag von relativer Linearbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist.