DD289732A5

DD289732A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TOOL GROUND, TOOL WEAR AND SPAN FORM MONITORING

Info

Publication number: DD289732A5
Application number: DD33515289A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Meyer; Peter Weigelt; Lothar Fleischer; Horst Weber
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz,Bfs/N,De
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1991-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbruch-, Werkzeugverschleisz- und Spanformueberwachung und findet insbesondere im Maschinenbau, der Automatisierung spanender Bearbeitungsprozesse vorzugsweise an Drehmaschinen sowie Bohrmaschinen Anwendung. Durch staendiges Messen der Signale der Schallemission, geeignete elektronische Aufbereitung und Verarbeitung mittels einer Resonanzschaltung werden Informationen ueber den Werkzeugzustand und die sich ausbildende Spanform gewonnen. Dabei werden gefilterte, verstaerkte und gleichgerichtete Schallemissionssignale gleichzeitig einem Tiefpasz, einem weiteren Tiefpasz und einem Hochpasz, dem ein Verstaerker, Gleichrichter und Tiefpasz nachgeschaltet sind, zugefuehrt. Die Ausgaenge der Tiefpaesse sind mit einer Rechenschaltung verbunden. In der Rechenschaltung werden die ueber die Tiefpaesse zugefuehrten Eingangswerte verarbeitet und bewertet. Das Bewertungsergebnis wird signalisiert oder der Maschinensteuerung uebergeben, um entsprechende Steuerbefehle auszuloesen.{Schaltungsanordnung; Werkzeugzustand; Schneidenbruch; Spanform; Schallemission}The invention relates to a circuit arrangement for tool breakage, Werkzeugverschleisz- and Spanformueberwachung and is particularly in mechanical engineering, the automation of machining processes preferably on lathes and drills application. By constantly measuring the signals of the sound emission, suitable electronic processing and processing by means of a resonance circuit, information about the tool condition and the forming chip shape is obtained. Filtered, amplified and rectified sound emission signals are simultaneously fed to a low pass, another low pass and a high pass followed by an amplifier, rectifier and low pass. The outputs of the Tiefpaesse are connected to an arithmetic circuit. In the calculation circuit, the input values supplied via the low passages are processed and evaluated. The evaluation result is signaled or passed to the machine control in order to trigger corresponding control commands {circuit arrangement; Tool status; Knife rupture; Chip shape; Acoustic emission}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbruch-, Werkzeugverschleiß- und Spanformüberwachung und findet insbesondere im Maschinenbau bei der Automatisierung spanender Bearbeitungsprozesse, bei Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide, vorzugsweise an Drehmaschinen rowie an Bohrmaschinen Anwendung.The invention relates to a circuit arrangement for tool breakage, Werkzeugverschleiß- and Spanformüberwachung and finds particularly in mechanical engineering in the machining machining processes, tools with geometrically defined cutting edge, preferably on lathes rowie at drilling machines application.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Kennzeichnung von Prozeßunregelmäßigkeiten sind Einrichtungen bekannt, durch die während des Spanens entstehende Schwingungen im Ultraschalifrequenzgebiet (Schallemissionsanalyse) erfaßt werden.For the identification of process irregularities devices are known, are detected by the resulting vibrations during the chip in the ultrasonic frequency range (acoustic emission analysis).

Bislang war eine eindeutige Zuordnung der Signalveränderungen zur auslösenden Ursache nicht bzw. nur in eingeschränkten Fällen möglich.So far, a clear assignment of the signal changes to the triggering cause was not possible or only in limited cases.

Die Kopplung des empfindlichen Verfahrens der Schallemissionsanalyse mit weiteren physikalischen Meßverfahren, vorzugsweise von Leistungs- und Kraftmeßsystemen (DD WP 215732) erhöht zwar die Nachweissicherheit, besitzt jedoch entscheidende Nachteile in der Hinsicht, daßAlthough the coupling of the sensitive method of acoustic emission analysis with other physical measuring methods, preferably of power and force measuring systems (DD WP 215732) increases the reliability of detection, but has significant disadvantages in the sense that

An- und Ausschnittvorgänge sowie Änderungen der Bearbeitungsbedingungen im Schnittprozeß nicnt überwacht werden, obwohl gerade diese Vorgänge eine wesentliche Bruchgefährdung für das Werkzeug darstellen; - mehrere unterschiedliche Meßwertaufnehmer angebracht werden müssen und damit die Meßwerterfassung, -aufbereitung und -Verarbeitung einen beträchtlichen Aufwand erfordern.Cutting and cutting operations as well as changes in the processing conditions in the cutting process can not be monitored, even though these processes represent a considerable risk of breakage for the tool; - Several different transducers must be installed and thus the data acquisition, processing and processing require considerable effort.

In DE OS 3619456 wird eine .Überwachungseinrichtung und ein Werkzeugbruchdetektor für eine Werkzeugmaschine sowie ein Überwachungsoptimierungsverfahren" beschrieben, die Lösungen zur Erkennung des Werkzeugbruches mittels Schallemissionsanalyse enthält. Dabei wird der Werkzeugbruch durch eine Mustererkennungslogik erfaßt. Die Signale werden im Frequenzbereich > 10OkHz verarbeitet, wobei durch die CNC-Steuerung der Maschine die Bearbeitungsparameter für die Berechnung und Einstellung optimaler Verstärkungsfaktoren geliefert werden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß aus dem verarbeiteten Signal keine weiteren Informationen über den Spanungsprozeß gewonnen werden. Weiterhin ist bekannt, daß zur Ermittlung des Werkzeugverschleißes das Schallemissionssignal in mehrere Kanäle unterschiedlicher Frequenzen (SU 1301566), unterschiedlicher Verstärkung (SU 1258630) oder unterschiedlicher Verarbeitung (SU 1268297) unterteilt werden und die Verschleißbewertung über den Pegelwert und Vergleich mit eingestellten Grenzen erfolgt. Diese Lösungen besiüen den Nachteil, daß die Verschleißbewertung nur für Schruppbearbeitungsbedingungen über eine Pegel-Effektivwertmessung des Schallemissionssignals möglich ist. Für Feinbearbeitungsbodingungen ist dieses Verfahren nicht geeignet, da der Pegelwert des Schallemissionssignals hierbei mit fortschreitendem Verschleiß oftmals nahezu unverändert bleibt. Außerdem werden keine weiteren Informationen über den Spanungsprozeß gewonnen.DE OS 3619456 describes a monitoring device and a tool breakage detector for a machine tool as well as a monitoring optimization method which contains solutions for detecting tool breakage by means of acoustic emission analysis, whereby the tool breakage is detected by a pattern recognition logic The disadvantage of this solution is that no further information about the chipping process is obtained from the processed signal, and it is known that the sound emission signal is used to determine tool wear into several channels of different frequencies (SU 1301566), different gain (SU 1258630) or different processing (SU 1268297) are divided and the wear rating over the Level value and comparison with set limits. These solutions have the disadvantage that the wear evaluation is possible only for roughing conditions via a level rms measurement of the acoustic emission signal. For Feinbearbeitungsbodingungen this method is not suitable because the level of the sound emission signal here often remains almost unchanged with progressive wear. In addition, no further information about the chipping process is obtained.

In der Erfindungsbeschreibung SU 1240505 wird beschrieben, daß der Spanb'uch eine Amplitudenmodulation des Schallemissionssignals bewirkt und der Wechselanteil des Amplitudensignals beim Vorliegen von Bandspänen wesentlich niedriger als bei gebrochenem Span ist. Diese Lösung weist den Nachteil auf, daß mit einer einfachen Auswertung des Wechselanteiles der Amplitude nicht eindeutig auf das Vorliegen gebrochener bzw. ungebrochener Späne geschlossen werden kann, da weitere Faktoren wie Materialinhomogenitäten, Verschleißfortschritt u.a. ebenfalls das Signal beeinflussen. Aus diesem Grund reicht die Auswertung lediglich der Streuung des Signals für eine sichere Spanformbeurteilung nicht aus. Bislang ist noch keine Schaltungsanordnung bekannt, die eine umfassende Bewertung des Spanungsprozesses hinsichtlich Werkzeugbruch, Werkzeugverschleiß und Spanform ermöglicht.In the invention description SU 1240505 it is described that the Spanb'uch causes an amplitude modulation of the acoustic emission signal and the alternating component of the amplitude signal in the presence of tape chips is much lower than broken chip. This solution has the disadvantage that with a simple evaluation of the alternating component of the amplitude can not be concluded clearly on the presence of broken or unbroken chips, as further factors such as material inhomogeneities, wear progress u.a. also affect the signal. For this reason, the evaluation of the scattering of the signal for a safe chip shape assessment is not sufficient. So far, no circuit arrangement is known, which allows a comprehensive assessment of the cutting process in terms of tool breakage, tool wear and chip shape.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit geringem technischen Aufwand eine Überwachung des Spanungsvorganges, vorzugsweise bei der automatisierten Werkstückbearbeitung auf Drehmaschinen, zum Zweck einer maximalen Werkzeugnutzungsdauer, einer gesicherten Werkstückqualität und eines Havarieschutzes gewährleistet.The aim of the invention is to provide a circuit arrangement, which ensures a low level of technical complexity monitoring the chip process, preferably in the automated workpiece machining on lathes, for the purpose of maximum tool life, a secure workpiece quality and accidental protection.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Werkzeugbruch-, Werkzeugverschleiß- und Spanformüberwachung zu entwickeln, die durch die Auswertung des Schallemissionssignals eine gegenüber bisherigen Lösungen umfassende Bewertung des Spanungsvorganges bezüglich des Bruches der Werkzeugschneide, ihres Standzeitendes und dur Spanform sichert.The invention has for its object to develop a circuit arrangement for tool breakage, Werkzeugverschleiß- and Spanformüberwachung that secures the evaluation of the sound emission signal compared to previous solutions comprehensive assessment of the clamping process with respect to the breakage of the cutting tool, its end of life and dur chip shape.

Erfindungsgemäß wird dio Aufgabe unter Verwendung eines Aufnehmers für Schallemissionssignale, eines Bandpasses, Verstärkers und Gleichrichters, dadurch gelöst, daß Aufnehmer und Wandler, Vorverstärker/Impedanzwandler, Bandpaß und Gleichrichter miteinander verbunden sind. Das in ihnen gefilterte, verstärkte und gleichgerichtete Schallemissionssignal wird gleichzeitig dem Eingang eines Tiefpasses, dem Eingang eines zweiten Tiefpasses und dem Eingang einas Hochpasses zugeführt. Dem Hochpaß sind ein Verstärker, Gleichrichter und ein dritter Tiefpaß nachgeschaltet. Dabei wird im ersten Tiefpaß ein Effektivwert, im zweiten Tiefpaß ein geglätteter Effektivwert und im Hochpaß, Verstärker, Gleichrichter und dritten Tiefpaß ein der Streuung des Effektivwertes proportionaler Ausgangswert gebildet. Die Ausgänge der Tiefpässe und die zugehörigen Werte werden den Eingängen einer Rachenschaltung zugeführt. In dieser werden der Effektivwert, der geglättete Effektivwert und der Ausgangswert verarbeitet und bewertet. Ein Ausgang der Rechenschaltung ist mit der Maschinensteuerung und/oder mit einer Anzeigeeinrichtung gekoppelt, denen damit das Bewertungsergebnis zugeführt wird.According to the invention, the object is achieved by using a transducer for acoustic emission signals, a bandpass, amplifier and rectifier, characterized in that transducer and transducer, preamplifier / impedance converter, bandpass and rectifier are interconnected. The filtered, amplified and rectified sound emission signal is simultaneously fed to the input of a low-pass filter, to the input of a second low-pass filter and to the input of a high-pass filter. The high pass are followed by an amplifier, rectifier and a third low-pass filter. In this case, an effective value is formed in the first low-pass filter, a smoothed rms value in the second low-pass filter, and a output value proportional to the scattering of the effective value in the high-pass filter, amplifier, rectifier and third low-pass filter. The outputs of the low pass and the associated values are fed to the inputs of a throat circuit. In this the rms value, the smoothed rms value and the output value are processed and evaluated. An output of the arithmetic circuit is coupled to the machine control and / or to a display device to which the evaluation result is supplied.

Das Schallemissionssignal wird durch einen Aufnehmer geliefert, der zweckmäßigerweise an eine Maschinenbaugruppe, die sich in direktem Kontakt mit der Spanbildungszone befindet, so angebracht, daß weder das Betriebsverhalten der Werkzeugmaschine beeinflußt noch der Arbeitsraum bzw. der Bewegungsraum von Maschinenbaugruppen eingeschränkt wird.The acoustic emission signal is provided by a pick-up which is conveniently attached to a machine assembly which is in direct contact with the chip forming zone so as not to affect the performance of the machine tool nor restrict the working space or range of motion of machine assemblies.

Indem sowohl der Effektivwert, der geglättete Effektivwert und der der Streuung des Effektivwertes proportionale Ausgangswert der Rechenschaltung gleichzeitig zur Verarbeitung zugeführt werden, ergibt sich der Vorteil, daß aus diesen Größen durch einfache Operationen der Rechenschaltung diejenigen Informationen schnell und sicher gewonnen werden, die zur umfassenden Charakterisierung des Spanungsprozesses notwendig sind.The fact that both the RMS value, the smoothed RMS value and the output of the arithmetic circuit proportional to the distribution of the arithmetic circuit are fed simultaneously for processing, there is the advantage that those information can be obtained quickly and safely from these variables by simple operations of the arithmetic circuit, the comprehensive characterization the cutting process are necessary.

Besonders Anschnittvorgänge sind hinsichtlich des Eintretens von Schneidenbruch schwierig zu überwachen, da im allgemeinen der sich einstellende Pegel zwar berechenbar, aber dennoch so unsicher ist, daß Grenzen im vorhinein nicht angegeben werden können. Erfindungsgemäß wird die Überwachung hinsichtlich Werkzeugbruch durch die Schaltungsanordnung so gelöst, daß die Rechenschaltung durch einen Steuerbefehl der Maschinensteuerung zugeschalten wird und diese einen Mindestsignalpegel des Effektivwertes als Anschnittmoment erkennt. Damit wird ein Zeitglied gestartet, das nach ca. 0,5s das Einstellen stationärer Spanungsbedingungen der Rechenschaltung signalisiert. Während dieser Zeit wird ein eintretender Werkzeugbruch durch das Überschreiten einer oberen Grenze während einer Mindestbestätigungszeit von vorzugsweise weniger als 10ms erkannt und der Maschinensteuerung oder einer Anzeigeeinrichtung signalisiert. Die obere Grenze bildet die Rechenschaltung aus dem Wert des ersten relativen Maximums durch Multiplikation mit einem Faktor. Liegt ein weiteres relatives Maximum zwischen dem Wert des vorangegangenen und der daraus ermittelten oberen Grenze, so erfolgt eine Neuberechnung der oberen Grenze.Especially gating operations are difficult to monitor with regard to the occurrence of cutting edge breakage, since in general the adjusting level is indeed calculable, but nevertheless so uncertain that limits can not be specified in advance. According to the invention, the monitoring with regard to tool breakage by the circuit arrangement is achieved in such a way that the arithmetic circuit is switched on by a control command of the machine control and it recognizes a minimum signal level of the RMS value as a starting torque. Thus, a timer is started, which signals the setting of stationary voltage conditions of the arithmetic circuit after about 0.5 s. During this time an entering tool break is detected by exceeding an upper limit during a minimum acknowledgment time of preferably less than 10ms and signaled to the machine control or display device. The upper limit forms the arithmetic circuit from the value of the first relative maximum by multiplication by a factor. If there is another relative maximum between the value of the preceding and the upper limit determined therefrom, the upper limit is recalculated.

Nach Ablauf der durch das Zeitglied einstellbaren Anschnittzeit liegen stationäre Bearbeitungsbedingungen vor. Aus dem geglätteten Effektivwert wird durch elektrische oder digitale Addition des der Steuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswertes beaufschlagt mit einer additiven Konstante (ca. 5% des Meßwertes) fortlaufend eine obere Grenze gebildet, die der oftmals hohen Dynamik des Schallemissionssignals Rechnung trägt, bin Überschreiten der oberen Grenze für eine Mindestbestätigungszeit von vorzugsweise 40ms (Wert der oberen Grenze wird für diesen Zeitraum konstant gehalten) wird als Werkzeugbruch bewertet und der Maschinensteuerung oder ainer Anzeigeeinrichtung signalisiert. Mit dieser dynamischen Grenzwertbildung und den Bestätigungszeitspannen können Werkzeugbruchvorgänge von Änderungen der Schnittiefe, dem Überschneiden von Lunkern, Einschlüssen, Längsnuten, Querbohrungen u.a. unterschieden und auch unter Krustenschnittbedingungen erkann' werden.After expiration of the adjustable by the timer gate time stationary processing conditions are present. From the smoothed RMS value is applied by electrical or digital addition of the control of the RMS value output value with an additive constant (about 5% of the measured value) continuously formed an upper limit that often takes the high dynamics of the acoustic emission signal account, I am exceeding the upper Limit for a minimum acknowledgment time of preferably 40ms (value of the upper limit is kept constant for this period) is evaluated as tool breakage and signaled to the machine control or display device. With this dynamic thresholding and confirmation periods, tool break operations may include changes in depth of cut, overlap of voids, inclusions, longitudinal grooves, cross bores, and the like. be distinguished and under crust cutting conditions erkann 'be.

Des weiteren wird erfindungsgemäß das Erreichen eines qualitätsbezogenen Standzeitendes der Werkzeugschneide durch die Schaltungsanordnung erkannt. Hierzu werden mit Beginn eines nouen Bearbeitungsloses und mit unverschlissenen Werkzeugen für jeden Schnitt (Bearbeitungsgang) durch die Rechenschaltung aus dem der Streuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswert und aus dem geglätteten Effektivwert jeweils Mittelwerte und aus diesen durch Multiplikation mit einem Faktor < 1,5 obere Grenzen gebildet. Bei allen nachfolgenden gleichartigen Werkstücken und entsprechenden Schnitten (Bearbeitungsgang) werden der gemessene mittlere Ausgangswert und der Mittelwert des geglätteten Effektivwertes mit den zugehörigen oberen Grenzen verglichen, wobei eine Überschreitung der einen oder der anderen oder beider Gruppen entsprechend einer Entscheidungsmatrix bewertet und der Maschinensteuerung oder einer Anzeigeeinrichtung signalisiert wird. Dabei bewirkt das den Ansprüchen an die Werkstückqualität Rechnung tragende Standzeitkriterium für unbeschichtete Hartmetallwerkzeuge, das beim Schruppdrehen durch die Zerstörung der Hauptschneide das Drehwerkzeuges infolge der Ausbreitung des Kolkes in Richtung Hauptschneide charakterisiert ist, das Überschreiten beider Grenzen. Beim Feindrehen besteht dieses Kriterium im Durchbruch des Kolkes zur Nebenschneide und führt zu einer starken Erhöhung der Streuung des Effektivwertes. Beim Präzisionsdrehen stellt dieses Kriterium das Erreichen einer kritischen Schneidkantengeometrie, in erster Linie charakterisiert durch den Schneidkantenradius, dar, das einen starken Anstieg des geglätteten Effektivwertes bewirkt. Schließlich besteht dieses Kriterium bei beschichteten Werkzeugen im Durchbruch der verschleißfesten Schicht und der nachfolgenden raschen Veränderung der Geometrie der Werkzeugschneide, was zu einer Erhöhung sowohl des geglätteten Effektivwertes als auch der Streuung des Effektivwertes führt. Weiterhin wird durch die Schaltungsanordnung die entstehende Spanform beurteilt. Hierzu wird durch die Rechenschaltung das Verhältnis von dem der Streuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswert und dem geglätteten Effektivwert gebildet. Unterschreitet dieser Wert einen für die Meßeinrichtung vorzugebenden festen Wert, so wird das als Entstehung ungebrochener Späne bewertet. Diese Entscheidung ist darin begründet, daß beim Entstehen gebrochener Späne die Streuung des Effektivwertes im allgemeinen höher liegt als bei ungebrochenen Spänen. Durch die erfindungsgemäße Quotientenbildung erfolgt eine Normierung, die dts Bewertungsergebnis von den Bearbcitungsparametem weitgehend unabhängig macht.Furthermore, according to the invention, the achievement of a quality-related service life end of the tool cutting edge is recognized by the circuit arrangement. For this purpose, with the beginning of a nouen Bearbeitungsloses and with unworn tools for each cut (processing) by the arithmetic circuit from the scattering of the RMS proportional output value and from the smoothed RMS each average and from these by multiplication by a factor <1.5 upper limits formed , For all subsequent similar workpieces and corresponding cuts (machining operation), the measured average output value and the mean value of the smoothed RMS value are compared with the associated upper limits, whereby exceeding one or the other or both groups is evaluated according to a decision matrix and the machine control or a display device is signaled. This causes the demands on the workpiece quality bill bearing life criterion for uncoated carbide tools that is characterized during roughing by destroying the main cutting the rotary tool as a result of the expansion of the Kolkes in the direction of the main cutting, exceeding both limits. In fine turning, this criterion exists in the breakthrough of the coke to the minor cutting edge and leads to a strong increase in the dispersion of the RMS value. In precision turning, this criterion represents the achievement of a critical cutting edge geometry, primarily characterized by the cutting edge radius, which causes a large increase in the smoothed effective value. Finally, this criterion for coated tools results in the breakthrough of the wear-resistant layer and the subsequent rapid change in the geometry of the tool edge, which leads to an increase in both the smoothed RMS value and the scattering of the RMS value. Furthermore, the resulting chip form is assessed by the circuit arrangement. For this purpose, the ratio of the output value proportional to the scattering of the RMS value and the smoothed RMS value is formed by the arithmetic circuit. If this value falls below a fixed value to be preset for the measuring device, then this is evaluated as the formation of unbroken chips. This decision is based on the fact that the scattering of the RMS value is generally higher in the case of broken chips than in the case of unbroken chips. The quotient formation according to the invention results in a normalization which makes the evaluation result largely independent of the processing parameters.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigenThe circuit arrangement according to the invention will be explained below with reference to an embodiment and with reference to drawings. Show it

Fig. 1: Prinzipschaltbild,1: block diagram,

Fig. 2: Schneidenbrucherkennung während der Anschnittphase,2: cutting edge detection during the gating phase,

Fig. 3: Schneidenbrucherkennung unter stationären Schnittbedingungen.Fig. 3: cutting edge detection under stationary cutting conditions.

An einer Maschinenbaugruppe, die mit der Spanungszone in hinreichend guter akustischer Kontakt-/Körperschallausbreitung steht, vorzugsweise an der Antriebsseite des Revolverkopfes, ist entsprechend Fig. 1 ein Aufnehmer für Signale der Schallemission 1 derart angebracht, daß ein Schwenken des Revolverkopfes in beide Drehrichtungen möglich ist, wobei jeweils eine reproduzierbare Ankopplung des Aufnehmers 1 gewährleistet ist, und der Bewegungsraum des Revolverkopfes nicht eingeschränkt wird. Dieser Aufnehmer 1 wandelt die hochfrequenten akustischen Signale (> 10OkHz) in elektrische Spannungssignale (Frequenzbereich > 100 kHz) um, die über einen Vorverstärker und Impedanzwandler 2, der vorteilhafterweise im Aufnehmer untergebracht ist, einen Bandpaß 3 erreichen, so daß nach Filterung vorzugsweise nur Signale im Frequenzbereich 100...500kHz einem weiteren Verstärker 4 und nach Verstärkung einem Gleichrichter 5 zugeführt werden. Dieses so aufbereitete Signal A wird gleichzeitig einem Tiefpaß 6 mit einer oberen Grenzfrequenz von vorzugsweise 40 Hz, der einen Effektivwert B bildet, einem Tiefpaß 7 mit einer oberen Grenzfrequenz von vorzugsweise 4Hz, der einen geglätteten Effektivwert C bildet, und einem Hochpaß 8, der mittels nachgeordnetem Verstärker 9 und Gleichrichter 10 sowie eines Tiefpasses 11 mit einer oberen Grenzfrequenz von vorzugsweise 4Hz einen der Streuung des Effektivwertes proprotionalen Ausgangswert D bildet, zugeführt. Effektivwert B, geglätteter Effektivwert C und Ausgangswert D werden digitalisiert und einer Rechenschaltung 12 übergeben.According to FIG. 1, a transducer for signals of the acoustic emission 1 is mounted on a machine assembly which is in sufficiently good acoustic contact / structure-borne sound propagation with the stress zone, such that pivoting of the turret in both directions of rotation is possible , in each case a reproducible coupling of the pickup 1 is ensured, and the range of motion of the turret is not limited. This transducer 1 converts the high-frequency acoustic signals (> 10OkHz) into electrical voltage signals (frequency range> 100 kHz), which reach via a preamplifier and impedance converter 2, which is advantageously housed in the transducer, a bandpass filter 3, so that after filtering preferably only signals in the frequency range 100 ... 500kHz another amplifier 4 and after amplification a rectifier 5 are supplied. This thus processed signal A is simultaneously a low-pass filter 6 with an upper limit frequency of preferably 40 Hz, which forms an effective value B, a low-pass filter 7 with an upper limit frequency of preferably 4Hz, which forms a smoothed effective value C, and a high-pass filter 8, by means of downstream amplifier 9 and rectifier 10 and a low-pass filter 11 with an upper limit frequency of preferably 4Hz forms one of the scattering of the RMS proprotional output value D supplied. Effective value B, smoothed effective value C and output value D are digitized and transferred to an arithmetic circuit 12.

Von der Maschinensteuerung 13 wird durch einen Befehl im Steuerprogramm oder durch Zuschalten des Arbeitsvorschubes einer Bearbeitungsachse die Rechenschaltung 12 aktiviert. Zunächst überprüft die Rechenschaltung das Vorliegen eines Mindestsignalpegels G« (Grenze für Anschnitterkennung), um dann ein Zeitgiisd zu starten, das nach Ablauf von ca. 0,5 s das Einstellen stationärer Schnittbedingungen signalisiert. Während dieser Zeit wird das erste relative Maximum des Effektivwertes U.« ermittelt und mit einem Faktor > 1,5 beaufschlagt. Alle nachfolgend gemessenen Effektivwerte werden mit dieser Grenze Ga für die Werkzeugbrucherkennung (Anschnittphase) verglichen (vgl. Fig. 2). Ein Überschreiten dieser Grenze wird als Werkzeugbruch bewertet und der Maschinensteuerung 13 oder einer Anzeige 14 signalisiert. Existieren in der Anschnittzeit weitere relative Maxima, die höher als die zur Berechnung der oberen Grenze verwendeten, aber niedriger als diese Grenze selbst sind, so erfolgt eine Neuberechnung der Grenz?, wie es in Fig.2 dargestellt ist.From the machine control 13, the arithmetic circuit 12 is activated by a command in the control program or by connecting the working feed of a machining axis. First of all, the arithmetic circuit checks for the presence of a minimum signal level G (limit detection signal), in order then to start a time signal which signals the setting of steady-state cutting conditions after the lapse of approximately 0.5 s. During this time, the first relative maximum of the RMS value U. is determined and applied with a factor> 1.5. All subsequently measured RMS values are compared with this limit Ga for the tool breakage detection (bleed phase) (see FIG. 2). Exceeding this limit is evaluated as a tool break and the machine controller 13 or a display 14 signals. If further relative maxima which are higher than those used to calculate the upper limit but lower than this limit itself are present in the start-up time, the limit is recalculated, as shown in FIG.

Nach Ablauf der Anschnittzeit signalisiert das Zeitglied, daß sich stationäre Bearbeitungsbedingungen eingestellt haben. Aus dem geglätteten Effektivwert U₀H wird durch Addition der Streuung, beaufschlagt mit einer additiven Konstante, fortlaufend eine obere Grenze G₀ für die Werkzeugbrucherkennung nach der Anscr.nittphase gebildet. Ein Überschreiten dor oberen Grenze G₀ für eine Mindestbestätigungszeit (Wert der oberen Grenze wird für diesen Zeitraum konstant gehalten) wird als Werkzeugbruch bewertet (vgl. Fig.3) und der Maschinensteuerung 13 oder einer Anzeigeeinrichtung 14 signalisiert. Mit dieser dynamischen Grenzbildung und den Bestätigungszeitspannen wird dem dynamischen Charakter des Schallemissionssignals bei der spanenden Bearbeitung Rechnung getragen, und kurzzeitige Störungen, wie I .inker oder Einschlüsse, können von Schneidenbruchvorgängen auch unter Krustenschnittbedingungen unterschieden werden. Durch die Schaltungsanordnung wird ein den Ansprüchen an die Werkstückqualität Rechnung tragendes Standzeitkriterium erkannt. Mit Beginn eines neuen Bearbeitungsloses und unverschlissenen Werkzeugen werden für jeden Schnitt (Bearbeitungsgang) durch die Rechenschaltung 12 aus dem der Streuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswert D und aus dem geglätteten Effektivwert C jeweils über die gesamte Schnittdauer gemittelt und durch Multiplikation mit einem Faktor > 1,5 obere Grenzen gebildet. Be' allen nachfolgenden Werkstücken und entsprechenden Schnitten (Bearbeitungsgang) werden der gemessene mittlere Ausgangswert D und der Mittelwert des geglätteten Effektivwertes mit den zugehörigen oberen Grenzen G₀ verglichen, wobei eine Überschreitung der einen oder der anderen oder beider Grenzen entsprechend einer Entscheidungsmatrix bewertet und das Ergebnis der Maschinensteuerung 13 oder einer Anzeigeeinrichtung 14 signalisiert wird. Das Überschreiten der einen oder der anderer, oder beider Grenzen wird durch das Erreichen eines den Ansprüchen an die Werkstückqualität Rechnung tragenden Standzeitkriteriums ausgelöst. Infolge der Ausbreitung des Kolkes in Richtung Hauptschneide bis zu deren Zerstörung werden beim Schruppdrehen beide Grenzen überschritten. Beim Feindrehen besteht dieses Kriterium im Durchbruch des Kolkes zur Nebenschneide und führt zu einer starken Erhöhung des Ausgangswertes D. Beim Präzisionsdrehen stellt diesos Kriterium das Erreichen einer kritischen Schneidkantengeometrie, in erster Linie charakterisiert durch den Schneidkantenradius, dar, das einen starken Anstieg des geglätteten Effektivwertes C bewirkt. Schließlich besteht dieses Kriterium bei beschichteten Werkzeugen im Durchbruch der verschleißfesten Schicht und der nachfolgenden raschen Veränderung der Geometrie der Werkzeugschneide, was zu einer Erhöhung sowohl des geglätteten Effektivwertes C als auch des Ausgangswertes D führt. Durch die Schaltungsanordnung wird weiterhin die entsprechende Spanform bewertet. Zu diesem Zweck wird durch die Rechenschaltung 12 das Verhältnis von dem der Streuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswert D und dem geglätteten Effektivwert C gebildet. Unterschreitet dieses Verhältnis einen für die Meßeinrichtung vorzugebenden festen Wert, so wird das als Entstehung ungebrochener Späne bewertet und das Ergebnis der Maschinensteuerung 13 oder einer Anzeigeeinrichtung 14 signalisiert. Das Entstehen gebrochener Späne führt zu einer Erhöhung des der Streuung des Effektivwertes proportionalen Ausgangswertes D, wobei durch die Normierung das Bewertungsergebnis weitgehend von den Bearbeitungsparametern unabhängig gemacht wird.After the start time has elapsed, the timer signals that stationary processing conditions have been established. From the smoothed effective value U ₀ H, an upper limit G ₀ for the tool breakage detection after the Anscr.nittphase is formed by addition of the scattering, applied with an additive constant, continuously. Exceeding the upper limit G ₀ for a minimum acknowledgment time (value of the upper limit is kept constant for this period) is evaluated as tool breakage (see FIG. 3) and signaled to the machine controller 13 or to a display device 14. With this dynamic boundary formation and the confirmation periods, the dynamic character of the sound emission signal is taken into account in the machining, and short-term disturbances, such as Iinkers or inclusions, can be distinguished from knife-edge breaking operations even under crust cutting conditions. The circuit arrangement recognizes a service life criterion that satisfies the demands on the workpiece quality. With the beginning of a new machining lot and unworn tools are calculated for each section (machining) by the arithmetic circuit 12 from the scatter of the RMS proportional output value D and from the smoothed RMS value over the entire average duration and multiplication by a factor> 1.5 upper limits formed. For all subsequent workpieces and corresponding cuts (machining operation), the measured mean output value D and the mean value of the smoothed RMS value are compared with the associated upper limits G ₀ , wherein an exceeding of one or the other or both limits is evaluated according to a decision matrix and the result the machine control 13 or a display device 14 is signaled. Exceeding one or the other, or both limits is triggered by the achievement of the demands on the workpiece quality bill bearing life time criterion. As a result of the expansion of the piston in the direction of the main cutting edge until it is destroyed, both limits are exceeded during roughing. In fine turning, this criterion is secondary to the break in the plug and results in a large increase in the output D. In precision turning, this criterion is the achievement of critical cutting edge geometry, primarily characterized by the cutting edge radius, which causes a sharp increase in the smoothed effective value C causes. Finally, this criterion for coated tools results in the breakdown of the wear-resistant layer and the subsequent rapid change in the geometry of the cutting edge, which leads to an increase of both the smoothed effective value C and the output value D. By the circuit arrangement, the corresponding chip shape is further evaluated. For this purpose, the ratio of the output value D proportional to the scattering of the effective value and the smoothed effective value C is formed by the arithmetic circuit 12. If this ratio falls below a fixed value to be predetermined for the measuring device, this is evaluated as the formation of unbroken swarf and the result of the machine control 13 or a display device 14 is signaled. The emergence of broken chips leads to an increase in the output value D, which is proportional to the scattering of the effective value, and the normalization makes the evaluation result largely independent of the processing parameters.

Claims

Circuit arrangement for tool breakage, tool wear and chip shape monitoring using a transducer for acoustic emission signals, a bandpass, amplifier and rectifier, characterized in that a transducer and transducer (1), preamplifier / pulse converter (2), bandpass filter (3), amplifier (4 ) and rectifier (5) are connected in series with each other, and the filtered, rectified and rectified sound emission signal (A) filtered at the same time the input of a low-pass filter (6), which forms an effective value (B), the input of a second low-pass filter (7), which forms a smoothed effective value (C) and is supplied to the input of a high-pass filter (8), wherein the high-pass filter (8) is followed by an amplifier (9), rectifier (10) and low-pass filter (11), which has one of the scattering of the effective value ( B) form proportional output value (D) and that the outputs of the low passes (6,7,11) with the associated values (B, C, D) of an arithmetic circuit (12), i n which the input values (B, C, D) are processed and evaluated, are connected and an output of the arithmetic circuit (12) to the machine controller (13) and / or an output with a display device (14) is coupled.

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