CH469534A - Verfahren und Einrichtung zum Steuern des spanabhebenden Materialabtrages bei Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum Steuern des spanabhebenden Materialabtrages  bei Werkzeugmaschinen    Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zum Steuern  des spanabhebenden Materialabtrages bei Werkzeug  maschinen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung  dieses Verfahrens.  



  Mit der Erfindung soll der Materialabtrag so opti  mal gehalten     sein,    dass die spanabhebende Bearbeitung  auf der Werkzeugmaschine sich stets kurz vor dem  Zustand der Schlagerschütterungen des Werkzeuges  befindet. Weiterhin sollen die Stabilität des Spanabhe  bens sowie die Schnittgeschwindigkeit so hoch als mög  lich     sein.     



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch fol  gende Verfahrensschritte gekennzeichnet:  a) die am Werkzeug auftretenden Vibrationen wer  den erfasst,  b) diese Vibrationen werden in elektrische Signale  umgewandelt,  c) nur die den Schlagerschütterungen des     Werkzeu-          ges    entsprechenden elektrischen Signale werden ausge  wählt,  d) letztere elektrischen Signale werden     in    Signale  gleicher Polarität umgeformt und  e) die Parameter der spanabhebenden Bearbeitung  werden durch diese Signale     gesteuert.     



  Die     erfindungsgemässe        Einrichtung    ist gekennzeich  net durch     einen    Messfühler,  ein erstes elektrisches     Filter    mit einem     Durchlass-          bereich,    um alle ausser die den Schlagerschütterungen  des Werkzeuges entsprechenden Frequenzen zu sper  ren,  einten ersten Vollweggleichrichter in Serie mit dem  Messfühler und dem ersten Filter,  einen zweiten Filter mit einem Durchlassbereich  für die tiefere Frequenz,  einen     Integrator    zum Integrieren des gleichgerichte  ten Signales,

   und  einen Verstärker zum Subtrahieren eines bestimm  ten elektrischen Wertes vom integrierten Signal zur    Erzeugung eines Steuersignales für die optimale  Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges.  



  Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der  Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es  zeigen:  Fig. 1 das Blockdiagramm der Einrichtung,  Fig. 2 den gesamten Regelkreis bei einer numerisch  gesteuerten Drehbank,  Fig.3 Formen von Signalen, welche an den Aus  gängen der verschiedenen Bauelemente der Einrichtung  stehen.  



  Gemäss dem Verfahren werden die Operationen  am Längssupport der Drehbank oder einer ähnlichen  Werkzeugmaschine elektrisch erfasst und auf     ein        Band-          passfilter    gegeben. Der Durchlassbereich des Filters  liegt dort, wo     frequenzmässig    die Hauptinformation  über die Schlagerschütterungen oder über das Rattern  des Werkstückes liegt. Das gebildete Signal wird auf  ein Gerät gegeben, welches die periodischen Anstiege  dieses Signals innerhalb einer Zeit feststellt. Diese  Anstiege können einen gewissen Wert übersteigen.  Hierdurch ergibt sich ein Spannungspegel, welcher der  Wiederholungsfrequenz und der Amplitude dieser An  stiege proportional ist. Diesen Spannungspegel bezeich  net man mit dem Ausdruck  Schlagpegel .

   Die  Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges wird     anschlies-          send    so geregelt, dass sie gerade unterhalb dem Punkt  liegt, an welchem     das    Schlagen oder Rattern des span  abhebenden     Werkzeuges    beginnt.  



  Die     Fig.    1 und 2 zeigen die Einrichtung zum Erfas  sen solcher Schlagerschütterungen, sowie den gesamten       Regelkreis    an einer     Drehbank,    in welchen diese Einrich  tung eingeordnet ist. Der Messfühler 1 ist beispiels  weise ein bekannter Beschleunigungsmesser. Er ist am  Längssupport 2 der Drehbank befestigt. Die     Vibratio-          nen,    welche an der     Schneidkante    3 des Werkzeuges  entstehen, werden auf diese Weise leicht über den Sup  port auf den Messfühler übertragen.      Die Ausgangssignale des     Messfühlers    1 gelangen  auf den Vorverstärker 4.

   Diesem Vorverstärker ist der  Filter 5 nachgeschaltet, welcher als Krohn-Hite-Filter  bekannt ist. Es handelt sich hierbei um ein     Bandpass-          filter,    welches alle Frequenzen zurückhält, mit Aus  nahme derjenigen zwischen 20 und 50011z. liegenden  Frequenzen. In diesen Frequenzbereichen von 20 bis       50011z.    liegen bekanntlich die wichtigsten Informatio  nen über das Schlagen oder     Rattern    des spanabheben  den Werkzeuges. Der Ausgang des Filters 5 ist mit  dem Verstärker 6 verbunden, welcher als     Arvee-Deka-          den-Verstärker    ausgebildet sein kann. Die Ausgangssi  gnale des Verstärkers 6     gelangen    auf den Vollweg  gleichrichter 7.

   Die gleichgerichteten Ausgangssignale  gelangen nun auf das zweite Bandpassfilter 8 mit  einem Durchlassbereich von 0,2 bis 20 Hz. Die  Schwankungen innerhalb dieses Frequenzbereiches ent  sprechen der Einhüllenden des gleichgerichteten Signa  les. Die Ausgangssignale des zweiten     Filters    8 gelangen  über den Verstärker 9 zu dem zweiten Vollweggleich  richter 10. Der Ausgang des zweiten Vollweggleich  richters wird durch den Integrator 11 geglättet, in wel  chem das gleichgerichtete Signal eine     geringe    Wellig  keit der Spannung erhält, so dass die Intensität oder  der Pegel von dem Ausmass der Erschütterungen oder  des Ratterns des Werkzeuges abhängig ist.

   Dem     Inte-          grator    11 ist     ein    Betriebsverstärker 12 nachgeschaltet,  welcher eine negative Vorspannung für bestimmte  Steuerzwecke erzeugt. Dieser Verstärker 12 ist für das  letzte Bauteil in der gesamten Einrichtung, welche in  der Fig. 2 mit 13 bezeichnet ist.  



  Die Fig.2 zeigt weiter, dass dieser Einrichtung  oder dem Detektor 13 ein Zusatzgerät 14 für die.  numerische Drehbanksteuerung nachgeschaltet ist. Be  findet sich die Ausgangsspannung des Betriebsverstär  kers 12 oberhalb einer voreingestellten     Schwellwert-          Spannung,    d.h. wenn der Indikator 13 den Zustand   übernormal  festgestellt hat,     dann    verringert die  numerische Steuerung 15 die Vorschubgeschwindigkeit  des     Schnittwerkzeuges.    Liegt die     Ausgangsspannung     des Betriebsverstärkers 12 unterhalb der     Schwellwert-          Spannung,    so erhöht die numerische Steuerung 15 die  Vorschubgeschwindigkeit des Schnittwerkzeuges.

   Wenn  die Ausgangsspannung des Betriebsverstärkers 12 nahe  null oder null beträgt, so bleibt die Vorschubgeschwin  digkeit unverändert. Der Verstärker 12 kann selbstver  ständlich auf irgend einen gewünschten Spannungspe  gel einreguliert     sein.    Selbstverständlich kann durch ent  sprechende Auswahl des Spannungspegels, welcher  mittels des Betriebsverstärkers 12 auf null konvertiert       wird,    jede beliebige Stärke der Erschütterung oder des  Ratterns als  normal  eingestellt werden. Dies ist be  sonders von Vorteil, da die Bedingungen an die Ober  flächenrauhigkeit beim Schnippen oder beim Läppen  nicht dieselben sind. Aus der Fig. 2 geht die geschlos  sene     Regelschleife    bei der     Drehbank    hervor.  



  Auf der linken Seite der Fig. 3 sind die Signale  aufgetragen, die kein Schlagen oder Rattern zeigen.  Die Signale auf der rechten Seite dieser Figur     beinhal-          ten    die Erschütterungen des Schlagens oder Ratterns  der Werkstückes. Mit A bis E soll angedeutet werden,  dass diese Signale an bestimmten Bauteilen der gesam  ten Einrichtung vorhanden sind. Mit A sind die Signale  bezeichnet, welche hinter dem ersten Bandpassfilter 5  vorhanden     sind.    Mit B ist das gleiche Signal gezeigt,  welches am Ausgang des ersten Vollweggleichrichters 7  ansteht. Mit C ist das gleiche Signal bezeichnet, wie es    am Ausgang des Bandpassfilters 8 vorhanden ist. Das  Signal am Ausgang des zweiten Vollweggleichrichters 10  ist bei D gezeigt.

   Das geglättete     Ausgangssignal    des  Integrators 11     ist    bei E dargestellt. Das Signal auf der  linken Seite der Fig. 3 weist hinter der Integration eine  Spannung von     ungefähr    null auf. Dem gegenüber hat  das gleiche Signal auf der rechten Seite dieser Figur  eine positive     Spannung.    Diese Signale gelangen nun in  dieser     Form    auf das Zusatzgerät 14.  



       Im    Folgenden wird das Drehen einer langen dün  nen     Stange    beschrieben. Wie bereits     erwähnt,    werden  während des Schneidvorganges mechanische     Vibratio-          nen    an der Schneidkante des Werkstückes erzeugt und  auf den Messfühler 1 gegeben, welcher am Support der  Drehbank angeordnet ist. Dieses Signal wird nun     in     der Einrichtung 13 wie bereits beschrieben verarbeitet.  Solange das Werkzeug ohne Schlagerschütterungen  oder ohne Rattern schneidet, werden keine Signale auf  die weitere Steuereinrichtung gegeben. Die lange     dünne     Stange ist mit ihrem einen Ende im Drehbankfutter  und mit ihrem anderen Ende im Reitstock befestigt.

    Das Werkzeug arbeitet vom einen Ende des stangen  förmigen Werkstückes in Richtung Mitte. Das Schlagen  oder     Rattern        beginnt    dann,     wenn    das Werkzeug sich  von den Enden des Werkstückes entfernt, da bekannt  lich der mittlere Bereich des     stangenförmigen    dünnen  Werkstückes wesentlich elastischer     wirkt.    Bei Auftreten  solcher Schlagerschütterungen wird über die elektrische  Steuereinrichtung die Vorschubgeschwindigkeit des  Werkzeuges reduziert bis das Schlagen oder das Rat  tern desselben aufhört.

   So     ist    normalerweise im mittle  ren Bereich des dünnen stangenförmigen Werkstückes,  wo das Schlagen oder     Rattern    am grössten     ist,    die Vor  schubgeschwindigkeit am kleinsten. Wenn das Schnitt  werkzeug sich wieder entfernt vom mittleren Bereich  und zum anderen Ende des Werkstückes wandert, so  erhöht sich die Vorschubgeschwindigkeit. Hierdurch  schwingt die Vorschubgeschwindigkeit in kleinen Ab  stufungen um den optimalen Pegel, ohne dass das  Schlagen oder Rattern auftreten kann. Auf diese Weise  wird eine sehr gute Oberflächenrauhigkeit geschaffen.

    Die Vorschubgeschwindigkeit steigt an, sobald das       Schneidwerkzeug    sich dem Ende des     stangenförmigen          Werkstückes        nähert.    Die     Schnittgeschwindigkeit        wird          kontinuierlich    geregelt, so dass     ein        Schneidvorgang     sich ergibt, der gerade an der     Neigung    zum Schlagen  oder Rattern liegt. Auf diese Weise ergibt sich eine       optimale        Spanabhebung    am Werkstück.  



  Man stellte fest, dass bei der Bearbeitung     eines          stangenförmigen        Stahlwerkstückes    von sehr     kleinem     Durchmesser die     Schnittgeschwindigkeit    mehr als dop  pelt so hoch lag, als bei konstantem Schneiden wäh  rend des gesamten     Bearbeitungsvorganges.    Hieraus  ergibt sich, dass das     beschriebene        Verfahren    zur Er  höhung des spanabhebenden     Materialabtrages    bei       Werkzeugmaschinen    von Vorteil ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Steuern des spanabhebenden Materialabtrages bei Werkzeugmaschinen, gekenn zeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) die am Werkzeug auftretenden Vibrationen wer den erfasst, b) diese Vibrationen werden in elektrische Signale umgewandelt, c) nur die den Schlagerschütterungen des Werkzeu- ges entsprechenden elektrischen Signale werden ausge wählt, d) letztere elektrischen Signale werden in Signale gleicher Polarität umgeformt und e) die Parameter der spanabhebenden Bearbeitung werden durch diese Signale gesteurt. II.

   Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Messfühler (1), ein erstes elektrisches Filter (5) mit einem be stimmten Durchlassbereich, um alle ausser die den Schlagerschütterungen des Werkzeuges entsprechenden Frequenzen zu sperren, einen ersten Vollweggleichrichter (7) in Serie mit dem Messfühler und dem ersten Filter, ein zweites Filter (8) mit einem Durchlassbereich für tiefere Frequenzen, einen Integrator (11) zum Integrieren des gleichge richteten Signales und einen Verstärker (12)

   zum Subtrahieren eines be stimmten elektrischen Wertes vom integrierenden Signal zur Erzeugung eines Steuersignales für die opti male Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verfahrensschritt d) aus Fol gendem besteht: a) die den Schlagerschütterungen entsprechenden elektrischen Signale werden gleichgerichtet, b) von diesen Signalen werden die Frequenzen von 0,1 bis 20 Hz. ausgewählt, gleichgerichtet und inte griert zu einem Signal gleicher Polarität. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (1), das erste Fil ter (5), der erste Vollweggleichrichter (7), das zweite Filter (8) und der zweite Vollweggleichrichter (10) in Serie miteinander verbunden sind. 3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vollweggleichrichter (7) in Serie zwischen dem ersten und zweiten Filter (5, 8) angeordnet ist und ein zweites Vollweggleichrichter (10) zwischen dem zweiten Filter (8) und dem Integra- tor (11) vorgesehen ist. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzgerät (14) zum Vor- spannen des gleichgerichteten Signals vorgesehen ist, und diesem eine numerische Steuervorrichtung (15) nachgeschaltet ist, welche die Schnittgeschwindigkeit bei Erscheinen des Signals für Schlagerschütterungen verkleinert, bei Nichtvorhandensein dieses Signals ver- grössert und die Schnittgeschwindigkeit unverändert belässt, so lange dieses Signal unterhalb eines bestimm ten Pegels für Schlagerschütterungen liegt. 5.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Messführer (1) als Beschleu nigungsmesser ausgebildet ist.