LU508070B1 - Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdatenbank und eines Zerspanungswerkzeugs, zugehöriges KI-Modell und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdaten- bank, die eine Vielzahl von Werkzeugdatensätzen speichert, die jeweils einem aus einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen zugeordnet sind und die für ein jeweiliges Zer- spanungswerkzeug charakteristische Werkzeugdaten enthalten. Damit eine bislang nicht erreichte objektive Werkzeugauswahl erfolgt, die auf das gesamte empirische know-how des Werkzeugherstellers zurückgreifen kann, wird jedem Werkzeugdatensatz als charak- teristische Werkzeugdaten eine Werkzeugkontur und werkzeugspezifische technische Parameter wie Schnitt-, Zustell- und/oder Vorschubbewegungen vorgegeben werden. Ferner wird aus der Werkzeugkontur und den werkzeugspezifischen technischen Para- metern wie Schnitt- und Vorschubbewegungen durch computergestützte Simulation ei- nes Zerspanungsprozesses eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder eine Sequenz und/oder einen zeitlichen Verlauf der Zerspanungskontur ermittelt und diese dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zugeordnet. Die Erfindung schafft ferner ein mit der erfindungsgemäßen Werkzeugdatenbank arbeitendes Verfahren zum Bereitstellen eines Zerspanungswerkzeugs für einen vorgegebenen Zerspanungsprozess an einem Werkstück.

Description

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LU508070

Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdatenbank und eines Zerspanungs- werkzeugs, zugehöriges KI-Modell und Computerprogrammprodukt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdatenbank, die eine Vielzahl von Werkzeugdatensätzen speichert, die jeweils einem aus einer Viel- zahl von Zerspanungswerkzeugen zugeordnet sind und die für ein jeweiliges Zer- spanungswerkzeug charakteristische Werkzeugdaten enthalten, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Zerspanungswerkzeugs für einen vorgegebenen Zerspanungs- prozess an einem Werkstück.

Herkömmlich wird zur Lösung einer bestimmten Fertigungsaufgabe mittels eines

Zerspanungsprozesses auf die Expertise eines Zerspanungstechnikers, beispielsweise von sogenannten Bohrmeistern, zurückgegriffen, der das Werkzeugsortiment des Werk- zeugherstellers und dessen Einsatzmöglichkeiten kennt und auf der Basis dieses Wis- sens unter Zuhilfenahme eines Werkzeugkatalogs das optimale Werkzeug auswählt und dem betreffenden Anwender empfiehlt.

Bei dieser Vorgehensweise ist problematisch, dass die Art und Weise der Auswahl des bestmöglichen Werkzeugs für die vorliegende Zerspanungsaufgabe weitgehend durch den Erfahrungsschatz des Zerspanungstechnikers bestimmt und demnach sub- jektiv eingefärbt ist. Dies liegt daran, dass die bei den Herstellern vorliegenden Werk- zeugdaten, beispielsweise in einem Werkzeugkatalog, so strukturiert sind, dass sie erst ausgewählt werden können, wenn sich der Zerspanungstechniker bereits für eine be- stimmte Zerspanung entschieden hat. Somit besteht die Gefahr, dass nicht das für die

Zerspanungsaufgabe optimale Werkzeug ausgewählt wird.

Es gibt auch schon Ansätze zur maschinenunterstützten Auswahl von Werkzeu- gen für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist Gegenstand des Dokuments DE 10 2014 109 541 A1. Die dabei verwendete Werk- zeugdatenbank ist allerdings auf Parameter beschränkt, die vom Anwender vorgegeben

GU2088P-DE-0007 2/18 und in der Regel in gewöhnlichen Werkzeugkatalogen abgelegt sind, so dass die Werk-U508070 zeugauswahl auf der Basis einer solchen Datenbank weitgehend von den Vorgaben des Anwenders bzw. des Zerspanungstechnikers abhängt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bereitstel- lung einer Werkzeugdatenbank und ein mit dieser Datenbank arbeitendes Verfahren zur

Auswahl des für einen bestimmten Zerspanungsvorgang optimales Werkzeug zu schaf- fen, bei dem eine Werkzeugauswahl erfolgt, die auf das gesamte empirische Know-how des Werkzeugherstellers zurückgreifen kann.

Diese Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. 3 gelöst.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Datenbank so aufgebaut, dass jedem Werkzeugdatensatz als charakteristische Werkzeugdaten eine Werkzeug- kontur und werkzeugspezifische technische Parameter wie Schnitt-, Zustell- und/oder

Vorschubbewegungen vorgegeben werden, wobei aus der Werkzeugkontur und den werkzeugspezifischen technischen Parametern Schnitt- und Vorschubbewegungen, vorzugsweise durch computergestützte Simulation eines Zerspanungsprozesses, eine für eine bestimmte Zerspanungsaufgabe, die sich beispielsweise aus einer vorliegen- den technischen Zeichnung ergibt und einfache geometrische Kontur oder eine kom- plexe geometrische Kontur sein kann, werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/o- der eine Sequenz und/oder ein zeitlicher Verlauf der Zerspanungskontur ermittelt wird, und diese werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren Sequenz und/oder deren Verlauf dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zugeordnet wird.

Unter der erwähnten Sequenz wird eine dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zu- geordnete Abfolge von mit dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug durchgeführte Zer- spanungsschritte verstanden. Beispielsweise wird mit einem Spiralbohrer mit Spitzen- anschliff zunächst beim Anbohren eines Werkstücks ein Anbohrkonus und dann eine an den Anbohrkonus anschließende zylindrische Bohrung erzeugt. In diesem Beispielsfall bilden der Anbohrkonus und die zylindrische die dem Spiralbohrer zugeordnete Se- quenz.

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Unter dem erwähnten zeitlichen Verlauf wird die Veränderung der Zerspanungs- LU508070 kontur beim Zerspanungsprozess des im Einsatz befindlichen Zerspanungswerkzeugs verstanden. Wie es in Figur 11 und 12 später noch ausführlicher erläutert wird, arbeiten beispielsweise bei einem Fräser mit axialen Vorschub und radialer Bewegung, wie bei- spielsweise bei dem in Figur 11 und 12 skizzierten Rampen, anfangs nur die Stirn- schneiden und daran anschließend mit stetig ansteigender Eingriffslänge zusätzlich die

Umfangsschneidkanten.

Damit kann die Werkzeugauswahl auf der Basis einer objektiven Verknüpfung zur

Zerspanungsproblemstellung vorgenommen werden; denn der dem Werkzeug zugeord- nete Datensatz enthält objektive, für einen irgendwann einmal durchgeführten Zer- spanungsprozess aufgezeichnete, objektive Parameter. Auf der Basis dieses Datensat- zes ist es dann möglich, ein für eine bestimmte Zerspanungsaufgabe optimales Werk- zeug aus der Werkzeugdatenbank aufzufinden, ohne auf subjektive Kenntnisse eines

Zerspanungstechnikers zurückgreifen zu müssen. Im automatisierten Betrieb erfolgt diese Auswahl vorzugsweise mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 3.

Die Werkzeugdatenbank unterscheidet sich von herkömmlichen Datenbanken un- ter anderem dadurch, dass dem Werkzeugdatensatz Daten über die Zerspanungskapa- zität des Werkzeugs zugeordnet werden, nämlich Daten, mit denen eine dem betreffen- den Werkzeug zugeordnete werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren

Sequenz und/oder Verlauf beim Zerspanungsprozess beschrieben wird. Den einzelnen

Werkzeugen wird somit zumindest ein auf dem Zerspanungsprozess beruhendes 3D-

Merkmal zugeordnet, das durch eine spanabhebende Bearbeitung mit dem jeweiligen

Werkzeug in einem zu bearbeitenden Werkstück erzeugt werden kann. Beispielsweise kann mit einem Bohrwerkzeug ein 3D-Merkmal in Form eines kreiszylindrischen Loches mit einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Tiefe erzeugt werden. In die- sem Fall wäre das dem Bohrwerkzeug zuzuordnende 3D-Merkmal ein durch den be- stimmten Durchmesser und eine bestimmte Maximaltiefe definiertes kreiszylindrisches

Loch. Dabei kann das 3D-Merkmal aus bereits vorhandenen Daten, durch Vermessen aktueller Zerspanungsergebnisse oder durch computergestützte Simulation des Zer- spanungsvorgangs ermittelt werden.

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Im einfachsten Fall entspricht die Zerspanungskontur einer Fläche eines geometri-V508070 schen Körpers, wie z.B. der Mantelfläche eines Kreiszylinders oder eines Konus, in komplexeren Fällen einer Fläche eines Körpers, der sich aus mehreren geometrischen

Körpern zusammensetzt.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens, wird der Werkzeugdatensatz durch weitere werkzeugspezifische Attribute ergänzt, vorzugsweise aus der Gruppe mit zu- mindest einem Werkzeugparameter nach ISO 13399-1:2006-02 mit Technical Corrigen- dum 2:2011-03, dem Werkstoff des Werkzeugs, der Ausbildung und der Anzahl der

Schneiden, der Zerspanungseignung für bestimmte Werkstoffe, dem Standweg und der zu erzielenden Maßhaltigkeit und Oberflächengüte einschließlich kaufmännischer Para- meter wie Angaben über die verfügbare Stückzahl, Preis etc..

Die so erstellte Datenbank kann verschiedenen Werkzeugen ein gleiches 3D-

Merkmal zuordnen. Bspw. kann das oben erwähnte kreiszylindrische Loch mit einem

Bohrwerkzeug oder einem Fräswerkzeug erzeugt werden, so dass dem Bohrwerkzeug und dem Fräswerkzeug das gleiche 3D-Merkmal zugeordnet wird. Die verschiedenen

Werkzeuge können aber durch die weiteren Attribute spezifiziert sein, die für eine ge- plante Werkstückbearbeitung eines der verschiedenen Werkzeuge geeigneter als an- dere Werkzeuge einstufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen eines Zerspanungswerkzeugs für einen vorgegebenen Zerspanungsprozess an einem Werkstück arbeitet derart, dass zunächst eine an dem Werkstück als Ergebnis des Zerspanungsprozesses zu er- zeugende Werkstückkontur ermittelt wird, die Werkstückkontur gegebenenfalls mit zusätzlichen Attributen, vorzugsweise aus der Gruppe der Liste gemäß Anspruch 2, in ein KIl-Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, eingegeben wird, das mit Trainingsbildern von werkzeugspezifi- schen Zerspanungskonturen und/oder deren Sequenz und/oder deren zeitlicher Ver- läufe einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in einer nach einem der Ansprüche 1 bis 2 bereitgestellten Werkzeugdatenbank gespeichert sind, und das Kl-Modell wenigstens eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder eine Sequenz oder einen zeitlichen Verlauf der werkzeugspezifischen Zerspanungskon- tur ermittelt, die mit der zu erzeugenden Werkstückkontur übereinstimmt, und für eine

GU2088P-DE-0007 5/18 so ermittelte werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren Sequenz oder LU508070 deren zeitlichen Verlauf das zugeordnete Zerspanungswerkzeug ausgibt.

Die Werkstückkontur entspricht im einfachsten Fall einem geometrischen Körper, wie z.B. einem Kreiszylinder oder einem Prisma, oder einem Torus, in komplexeren Fäl- len einer aus mehreren geometrischen Körpern zusammengesetzten größeren Kontur, die beispielsweise von einem Folgewerkzeug im Zerspanungsprozess erzeugbar ist.

Die größere Kontur kann ggf. in mehrere kleinere Werkstückkonturen zerlegt werden, die verschiedenen geometrischen Körpern entsprechen.

Ein weiterer Schritt zur Automatisierung des anmeldungsgemäßen Verfahrens

Verfahren ergibt sich dann, wenn die Werkstückkontur auf der Grundlage von techni- schen Zeichnungen und der darin enthaltenen Symbole ermittelt wird, die beispiels- weise Aussagen über die Fertigungsgenauigkeit und/oder der Oberflächengüte der im

Zerspanungsprozess herzustellenden Konturen beinhalten.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein KI-Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, das mit Trainingsbildern und/oder Sequenzen von werkzeugspezifischen Zerspanungskonturen einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeu- gen trainiert ist, die in der nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bereitgestellten Werk- zeugdatenbank gespeichert sind.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsformen der

Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die Struktur der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten

Datenbank;

Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Bereitstellung eines für einen Zerspanungsvorgang auszuwählenden Werk- zeugs;

Figur 3 eine erste Werkstückkontur und die zur Erzielung erforderlichen Zer- spanungsvorgange mit zugeordneten Zerspanungskonturen;

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Figur 4 eine modifizierte Werkstückkontur mit zugehöriger Zerspanungskontur;

Figur 5, 6 und 7 für die Zerspanungsaufgabe gemäß Figur 3 anfallende Teil-Zer- spanungskonturen, wobei zusätzlich Einzelheiten A, B und C der Figuren 5, 6 und 7 in vergrößertem Maßstab gezeigt sind;

Figur 8 die Werkzeugkontur eines für die Zerspanungsaufgabe gemäß Figur 3 ge- eigneten Werkzeugs;

Figur 9 eine Ansicht eines Werkzeugs mit der Werkzeugkontur gemäß Figur 8;

Figur 10 eine modifizierte Werkstückkontur;

Figur 11 und Figur 12 den Verlauf der der Werkstückkontur gemäß Figur 10 zuge- ordneten Zerspanungskontur; und

Figur 13 ein der Werkstückkontur zugeordnetes Werkzeug.

In Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer neuerungsgemäßen Werkzeugdaten- bank dargestellt.

Sie speichert eine Vielzahl von Werkzeugdatensätzen WDS1 bis WDS», die jeweils einem aus einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen zugeordnet sind und die für ein jeweiliges Zerspanungswerkzeug charakteristische Werkzeugdaten enthalten.

Die Werkzeugdatenbank wird so zusammengestellt und ist damit so aufgebaut, dass jedem Werkzeugdatensatz WDS als charakteristische Werkzeugdaten eine Werk- zeugkontur WZK — in Figur 1 WZKi1" -, die sich aus einer Vielzahl von Teil-Werkzeug- konturen WZK1* bis WZK1" zusammensetzen kann, und werkzeugspezifische techni- sche Parameter wie Schnittbewegung SB — in Figur 1 SB1 -, Zustellbewegung ZB und/oder Vorschubbewegung VB vorgegeben werden. Aus der Werkzeugkontur und

GU2088P-DE-0007 7/18 den werkzeugspezifischen technischen Parametern wie Schnitt- und Vorschubbewe- LU508070 gungen wird durch computergestutzte Simulation eines Zerspanungsprozesses eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur ZK und/oder eine Zerspanungskontur-Se- quenz SZK und/oder ein zeitlicher Zerspanungskontur-Verlauf VZK ermittelt, die dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zugeordnet wird.

Die Werkzeugdatenbank wird vorzugsweise dadurch vervollständigt, dass dem

Werkzeugdatensatz weitere werkzeug-spezifische Attribute ATT1 bis ATTn aus der

Gruppe:

Werkzeugparameter nach ISO 13399-1:2006-02 mit Technical Corrigendum 2:2011-03),

Werkstoff des Werkzeugs,

Ausbildung und Anzahl der Schneiden,

Zerspanungseignung fur bestimmte Werkstoffe,

Standweg und zu erzielende Maßhaltigkeit und/oder Oberflächengüte zugeordnet werden.

Beispiele solcher Werkzeugparameter nach ISO 13399 sind Winkelangaben des

Werkzeuganschliffs, wie Axialfreiwinkel, Hauptfreiwinkel, usw., die Eckenfasenbreite, die Anzahl der Schneidteile; der Durchmesser des Kuhlschmierstoffeintritts, die Be- schichtung; der maximale Kuhlschmierstoffdruck; die maschinenseitige und werkstückseitige Aufnahmegröße, der Werkzeugdurchmesser, der nominale Spann- durchmesser, der Drallwinkel, der Gewindetyp, die Schaftlange; die Einspannlänge, die

Anzahl der Schneiden, die maximale Drehzahl, die Schneidplattendicke, der Spitzen- winkel und die Gewindetoleranzklasse.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines neuerungsgemäBen Verfahrens zum Be- reitstellen eines Zerspanungswerkzeugs für einen vorgegebenen Zerspanungsprozess an einem Werkstück.

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In einem ersten Schritt wird eine an dem Werkstück als Ergebnis des Zer- LU508070 spanungsprozesses zu erzeugende Werkstückkontur ermittelt. Dieser Schritt wird gege- benenfalls computerunterstützt auf der Grundlage von entsprechend aufbereiteten tech- nischen Zeichnungen und der darin enthaltenen Symbole ermittelt. In Figur 3 ist dieser

Schritt anhand einer in eine gekrümmte Werkstückoberfläche OW einzubringenden ge- stuften Sacklochbohrung dargestellt, die einen Bohrungsabschnitt 20 mit größerem

Durchmesser und Schruppqualität und einen auf Präzision bemaßten Bohrungsab- schnitt 22 mit kleinerem Durchmesser hat. Zwischen den Bohrungen liegt eine 90°-

Schulter 24, die feinbearbeitet ist.

Die Werkstückkontur ist also im gezeigten Beispiel gemäß Figur 3 eine aus zwei

Zylindern und einer dazwischenliegenden Schulter zusammengesetzte Kontur.

Im folgenden Schritt wird die zu erzeugende Werkstückkontur gegebenenfalls mit zusätzlichen Attributen, im gezeigten Fall mit den Attributen der Oberflächengüte (Schrupp- oder Feinbearbeitung) und der Toleranzparameter (H9 bzw. H6) in ein KI-Mo- dell, Insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, eingegeben, das mit Trainings- bildern von werkzeugspezifischen Zerspanungskonturen und/oder deren Sequenz und/oder deren zeitlicher Verläufe einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in einer vorstehend beschriebenen Werkzeugdatenbank gespeichert sind. Die in der Regel der Werkstückkontur noch zugeordneten zusätzliche Attribute werden vorteil- hafterweise aus der Gruppe mit dem Werkstoff des Werkstücks und Parametern zur

Zerspanbarkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte gewählt.

Weil dieses Kl-Modell auf die neuerungsgemäße, oben beschriebene Datenbank zugreifen kann, ist es in der Lage, aus der Gesamtheit der gespeicherten Zerspanungs- konturen ZKi bis ZKn diejenige/n Zerspanungskontur/en ZKx und/oder eine Sequenz o- der einen zeitlichen Verlauf derjenigen werkzeugspezifischen Zerspanungskontur/en mit einer oder mit mehreren Werkzeugkonturen WZK zu bestimmen, die für die Zer- spanungsaufgabe geeignet ist/sind, d.h. die auf die zu erzeugende Werkstückkontur

WSKx zugeschnitten ist.

Die dabei bestimmten Werkzeugdatensätze WDSx beinhalten — wie oben be- schrieben - auch werkzeugspezifische technische Parameter, wie Schnitt-, Zustell-

GU2088P-DE-0007 9/18 und/oder Vorschubparameter, sowie zusätzliche Attribute ATTx , so dass im folgenden LU508070

Schritt die gefundenen Werkzeugdatensätze WDSx hinsichtlich der geforderten Attribute einer Feinauswahl unterzogen werden können. Dasjenige Werkzeug W*, dessen Werk- zeugdatensatz WDSx die meisten übereinstimmenden Attribute ATTx mit den geforder- ten Attributen AT Tger hat, wird ausgewählt.

In Figur 3 sind die für den in Figur 1 dargestellten Bearbeitungsfall auszuführen- den Zerspanungsschritte gezeigt, aus denen sich die zugeordneten Zerspanungskontu- ren ergeben:

Der erste Zerspanungsschritt besteht darin, dass die Werkstückoberfläche „ins

Volle“ angebohrt werden muss. Weil die Achse BA der Bohrungen 22, 24 mit einer Tan- gente T der Werkstückoberfläche OW einen spitzen Winkel WN einschließt, besteht der erste Zerspanungsschritt gemäß Figur 3A darin, eine Zentriervertiefung 26 mit

Schruppqualität zu erzeugen, über die das Werkzeug gegen Verlaufen gesichert ist. Die einschlägige Zerspanungskontur ist ein spitzer Kegel 30.

Der folgende Zerspanungsschritt erzeugt — wie in Figur 3B gezeigt - in einem Fein- bohrgang die eng tolerierte (H6)-Sackloch-Bohrung 22 mit kleinem Durchmesser. Die zugehörige Zerspanungskontur ist eine zusammengesetzte Kontur aus Kreiszylinder 40 und angrenzendem Kegel 42 mit einem Kegelwinkel, der einem von den Hauptschnei- den aufgespannten Spitzenwinkel entspricht.

Diesem Zerspanungsschritt folgt der Senkvorgang gemäß Figur 3C, wobei die

Stirnseite eine Schruppoberfläche erhält und der Durchmesser der später feinzubear- beitenden Wand der Bohrung 20 auf ein Vormaß D20-x gebracht wird.

Schließlich wird die Bearbeitung durch einen Reibvorgang gemäß Figur 3D abge- schlossen, bei dem die feinbearbeitete Wandung der Bohrung 20 mit größerem Durch- messer erzeugt und die Schulter 24 auf Endmaß gebracht wird.

In den Figuren 5 bis 7 sind die Zerspanungskonturen gezeigt, die den einzelnen

Zerspanungsschritten gemäß Figur 3A bis 3C zugeordnet sind. Figur 5 zeigt die Zer-

GU2088P-DE-0007 10/18 spanungskontur des Anbohrvorgangs. Sie ist von einem Zentrierkegel 30 mit einem Ke-UV508070 gelwinkel K30 gebildet, dessen Kegelwinkel K30 an den Neigungswinkel WN der Tan- gente T angepasst, also umso kleiner ist, je spitzer der Winkel WN ist.

Die Zerspanungskontur des Feinbohrvorgangs ist in Figur 6 gezeigt. Sie besteht aus einem Zylinder 40 mit angrenzendem Kegelstumpf 50, der einen Kegelwinkel hat, welcher einem Spitzenwinkel WSP eines Bohrwerkzeugs entspricht.

Figur 7 schließlich zeigt die Zerspanungskontur für den Bearbeitungsvorgang des

Senkens. Sie wird von einem Zylinder 60 mit dem Durchmesser D20-x und einer kreis- férmigen Zylinder-Bodenflache 70 gebildet.

Die spanabhebende Fertigung bis zum Schritt des Senkens gemäß Figur 3C er- folgt demnach durch eine Sequenz der in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Zerspanungs- konturen, die der in Figur 8 gezeigten Werkzeugkontur zugeordnet ist.

Aus der Datenbank gemäß Figur 1 ergibt sich dann die Zuordnung der vom KI-Mo- dell bestimmten Zerspanungskontur-Sequenz zu einem oder zu mehreren passenden

Werkzeugdatensätzen WDS, also zu einem oder zu mehreren passenden Zer- spanungswerkzeug/en, welches dann ausgegeben wird. Ein Werkzeug mit einem sol- chen passenden Werkzeugdatensatz ist in Figur 9 gezeigt. Es ist ein Stufenbohrwerk- zeug mit einer Zentrierspitze SZ, einem Spitzenanschliff mit Hauptschneiden HS und mit einem Spitzenwinkel WSP, sowie zwei Schneidteilen TS1 und TS2, von denen das

Schneidteil TS2 Stirnschneiden SS ausbilden, die in einer zur Bohrerachse BA senk- rechten Ebene liegen. Im dazugehörigen Werkzeugdatensatz WZK1 sind dem Werk- zeug also 4 Werkzeugkonturen WZK11 bis WZK14 zugeordnet.

Der letzte Bearbeitungsschritt gemäß Figur 3D lässt sich nicht mehr mit dem ge- fundenen Werkzeug gemäß Figur 9 ausführen. Hierzu muss ein weiteres Werkzeug mit einer Zerspanungskontur in der Form eines Kreiszylinders und Attributen, die einer

Feinbearbeitung zugeordnet sind, gefunden werden.

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Anhand der Figur 4 wird anhand einer weiteren Zerspanungsaufgabe beschriebehU508070 wie mit dem neuerungsgemalien Verfahren ein geeignetes Werkzeug bereitgestellt wird:

Es geht darum, in ein Werkstück — wie in Figur 4 A gezeigt - mit der Werkstück- oberflache OW eine dazu im Wesentlichen senkrecht verlaufende tiefe Bohrung (6XD) einzubringen. Der erste Zerspanungsschritt besteht zwar wieder darin, dass die Werk- stuckoberflache „ins Volle“ angebohrt werden muss. Weil die Achse BA der Bohrungen 22, 24 mit einer Tangente T der Werkstuckoberflache OW einen Winkel WN von na- hezu 90° einschließt, besteht der erste Zerspanungsschritt gemäß Figur 3A darin, die

Hauptschneiden des Werkzeugs in das Werkstück so eindringen zu lassen, dass das

Werkzeug nicht verlauft.

Der folgende Zerspanungsschritt erzeugt die Sackloch-Bohrung in Schruppquali- tat.

In Figuren 4B sind die Zerspanungskonturen gezeigt, die den einzelnen Zer- spanungsschritten zugeordnet sind. Die Zerspanungskontur des Anbohrvorgangs ist von einem Kegel 150 gebildet, der einen Kegelwinkel hat, welcher einem Spitzenwinkel

WSP eines Bohrwerkzeugs entspricht. Genaugenommen ist der Zerspanungsaufgabe ein zeitlicher Verlauf der Zerspanungskontur wie folgt zugeordnet: zunächst wird die

Zerspanungskontur von einem sich allmählich ausgehend von einem Punkt im Durch- messer immer größer werdenden Konus gebildet.

Wenn der Konusdurchmesser die Größe des Bohrungsdurchmessers D erreicht hat wird die Zerspanungskontur für den eigentlichen Bohrvorgang durch einen sich an- schließenden Zylinder 160 mit dem Durchmesser der H8-Bohrung erweitert.

Als zusätzliche Parameter sind der Zerspanungskontur Kennwerte der Schaftstei- figkeit und der Oberflächengüte zugeordnet, Da es sich um eine tiefe Bohrung handelt, kommt es darauf an, dass der Werkzeugschaft und/oder die zugehörige Werkzeugauf- nahme steif genug ist, um die Achsausrichtung über die Tiefe der Bohrung innerhalb der Toleranzen zu stabilisieren.

GU2088P-DE-0007 12/18

Aus der Datenbank gemäß Figur 1 ergibt sich dann die Zuordnung der vom KI-M&-V508070 dell bestimmten Zerspanungskontur zu einem oder zu mehreren passenden Werkzeug- datensätzen WDS, also zu einem oder zu mehreren passenden Zerspanungswerk- zeug/en, welches dann ausgegeben wird. Das Zerspanungswerkzeug hat eine Werk- zeugkontur mit zwei aneinandergesetzten Konturen WZKi (dem Spitzenkegel) und

WZK: (dem zylindrischen Schneidteil). Als Werkzeuge mit einem solchen passenden

Werkzeugdatensatz stehen Bohrwerkzeuge mit einem Spitzenschliff nach DIN oder mit

Schneideinsätzen und einem Schaft zur Verfügung, der eine ausreichende Biegesteifig- keit hat. Es kommen Werkzeuge aus HSS oder VHM in Frage.

Unter Bezug auf die Figuren 10 bis 13 wird eine weitere Bearbeitungssituation zu- sammen mit dem neuerungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des geeigneten Zer- spanungswerkzeugs beschrieben. Es geht darum, in ein kreiszylindrisches Werkstück eine Nut 8 mit einer Breite BN und einer Tiefe TN einzuarbeiten.

Die in Figur 10 dargestellte Werkstückkontur wird in ein künstliches neuronales

Netzwerk eingegeben, das mit Trainingsbildern von werkzeugspezifischen Zer- spanungskonturen und/oder deren Sequenz und/oder deren zeitlicher Verläufe einer

Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in einer neuerungsgemäß bereit- gestellten Werkzeugdatenbank gespeichert sind.

Das KI-Modell ermittelt dabei den in Figur 11 und 12 dargestellten zeitlichen Ver- lauf der werkzeugspezifischen Zerspanungskontur als Kreiszylinder mit anfangs schnei- dender Bodenfläche 84 und zunehmend in das Werkstück eingreifender Mantelfläche 82, mit der in das Werkstück eine Rampe 86 eingearbeitet werden kann, indem sich das

Werkzeug allmählich auf das Tiefenmaß TN arbeitet, wie in Figur 12 dargestellt. Der zeitliche Verlauf der werkzeugspezifischen Zerspanungskontur ist also anfangs nur durch die Stirnschneiden und daran anschließend mit stetig ansteigender Eingriffslänge zusätzlich durch einen sich stetig axial vergrößernden Halbzylinder gebildet, der von den Umfangsschneidkanten mit zunehmender Eingriffslänge festgelegt wird.

Für die so ermittelte werkzeugspezifische Zerspanungskontur gibt das KI-Modell das in Figur 13 dargestellte Werkzeug aus, d.h. ein Stirnfräswerkzeug, welches für das sogenannte Rampen hergerichtet ist.

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LU508070

Weiterer Gegenstand der Neuerung ist ein Computerprogrammprodukt, das Be- fehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das neuerungsgemäße Verfahren auszuführen, sowie ein computerlesba- res Speichermedium, auf dem das neuerungsgemäße Computerprogrammprodukt ge- speichert ist.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann somit anhand einer Zer- spanungsaufgabe mit bislang nicht gegebener technischer Objektivität ein für eine kon- krete Werkstückbearbeitung geeignetes Werkzeugs aus dem vorhandenen Werkzeug- angebot aufgefunden werden.

Ein erster Schritt hierzu besteht darin, dass eine Datenbank erstellt wird, in der den aktuell verfügbaren Werkzeugen jeweils wenigstens ein 3D-Merkmal, nämlich eine 3D-Zerspanungskontur zugeordnet wird, die durch eine spanabhebende Bearbeitung mit dem jeweiligen Werkzeug in einem zu bearbeitenden Werkstück erzeugt werden kann. Dieses 3D-Merkmal kann aus bereits vorhandenen Daten, durch Vermessen ak- tueller Zerspanungsergebnisse oder durch computergestützte Simulation des Zer- spanungsvorgangs ermittelt werden.

Neben diesem 3D-Merkmal können dem jeweiligen Werkzeug weitere werkzeug- spezifische Attribute, wie bspw. Standzeit, Werkstoff(e), Oberflächengüte etc. sowie „kaufmännische“ Infos über verfügbare Stückzahl, Preis etc. zugeordnet werden.

Die so erstellte Datenbank kann verschiedenen Werkzeugen ein gleiches 3D-

Merkmal zuordnen. Bspw. kann das oben erwähnte kreiszylindrische Loch mit einem

Bohrwerkzeug oder einem Fräswerkzeug erzeugt werden, so dass dem Bohrwerkzeug und dem Fräswerkzeug das gleiche 3D-Merkmal zugeordnet wird. Die verschiedenen

Werkzeuge können aber durch die weiteren Attribute spezifiziert sein, die für eine ge- plante Werkstückbearbeitung eines der verschiedenen Werkzeuge geeigneter als an- dere Werkzeuge einstufen.

Für eine konkrete spanabhebende Bearbeitung eines Werkstücks stellt ein interes- sierter Kunde eine CAD-Zeichnung oder dergleichen bereit, aus der sich eine aus dem

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Werkstück herauszuarbeitende 3D-Kontur ergibt. Diese 3D-Kontur kann durch ein 3D-LU508070

Merkmal bestimmt sein oder in mehrere 3D-Merkmal „zerlegt“ werden, die dann ggf. mit einem Werkzeug oder mehreren Werkzeugen aus einem vorhandenen Werkzeugange- bot beispielsweise der Gühring KG erzeugt werden kann.

Das Verfahren kann dann einen Kl-unterstützen Vergleich des konkret zu erzeu- genden 3D-Merkmals mit den in der Datenbank enthaltenen, den vorhandenen Werk- zeugen zugeordneten 3D-Merkmalen eines oder ggf. mehrere fur die konkrete Werk- stückbearbeitung geeignete Werkzeuge auswählen. Auf der Basis weitere Attribute kann die Werkzeugauswahl auf ein Werkzeug eingeschränkt werden, die fur die kon- krete Bearbeitung am geeignetsten ist.

Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdaten- bank, die eine Vielzahl von Werkzeugdatensätzen speichert, die jeweils einem aus ei- ner Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen zugeordnet sind und die für ein jeweiliges

Zerspanungswerkzeug charakteristische Werkzeugdaten enthalten. Damit eine bislang nicht erreichte objektive Werkzeugauswahl erfolgt, die auf das gesamte empirische

Know-how des Werkzeugherstellers zurückgreifen kann, wird jedem Werkzeugdaten- satz als charakteristische Werkzeugdaten eine Werkzeugkontur und werkzeugspezifi- sche technische Parameter wie Schnitt-, Zustell- und/oder Vorschubbewegungen vorge- geben werden. Ferner wird aus der Werkzeugkontur und den werkzeugspezifischen technischen Parametern wie Schnitt- und Vorschubbewegungen durch computerge- stützte Simulation eines Zerspanungsprozesses eine werkzeugspezifische Zer- spanungskontur und/oder eine Sequenz und/oder einen zeitlichen Verlauf der Zer- spanungskontur ermittelt und diese dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zugeordnet.

Die Erfindung schafft ferner ein mit der erfindungsgemäßen Werkzeugdatenbank arbeitendes Verfahren zum Bereitstellen eines Zerspanungswerkzeugs fur einen vorge- gebenen Zerspanungsprozess an einem Werkstück. Es zeichnet sich dadurch aus, dass eine an dem Werkstück als Ergebnis des Zerspanungsprozesses zu erzeugende

Werkstückkontur ermittelt wird,

GU2088P-DE-0007 15/18 die Werkstückkontur gegebenenfalls mit zusätzlichen Attributen in ein KI-Modell, LU508070 insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, eingegeben wird, das mit Trainings- bildern von werkzeugspezifischen Zerspanungskonturen und/oder deren Sequenz und/oder deren zeitlicher Verläufe einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in der erfindungsgemäß aufgebauten Werkzeugdatenbank gespeichert sind,

das Kl-Modell wenigstens eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder eine Sequenz oder einen zeitlichen Verlauf der werkzeugspezifischen Zerspanungskon- tur ermittelt, die mit der zu erzeugenden Werkstückkontur übereinstimmt, und für eine so ermittelte werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren Sequenz oder deren zeitlichen Verlauf das zugeordnete Zerspanungswerkzeug ausgibt.

Claims (9)

GU2088P-DE-0007 16/18 LU508070 Ansprüche

1. Verfahren zum Bereitstellen einer Werkzeugdatenbank, die eine Vielzahl von Werkzeugdatensätzen speichert, die jeweils einem aus einer Vielzahl von Zerspanungs- werkzeugen zugeordnet sind und die für ein jeweiliges Zerspanungswerkzeug charakte- ristische Werkzeugdaten enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Werkzeugdatensatz als charakteristische Werkzeugdaten eine Werkzeug- kontur und werkzeugspezifische technische Parameter wie Schnitt- , Zustell- und/oder Vorschubbewegungen vorgegeben werden, aus der Werkzeugkontur und den werkzeugspezifischen technischen Parametern wie Schnitt- und Vorschubbewegungen durch computergestützte Simulation eines Zer- spanungsprozesses eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder eine Se- quenz und/oder einen zeitlichen Verlauf der Zerspanungskontur ermittelt wird, und die werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren Sequenz und/oder deren Verlauf dem jeweiligen Zerspanungswerkzeug zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dass dem Werkzeugdatensatz weitere werkzeug- spezifische Attribute aus der Gruppe der Werkzeugparameter nach ISO 13399, Werk- stoff des Werkzeugs, Ausbildung und Anzahl der Schneiden, Zerspanungseignung für bestimmte Werkstoffe, Standweg und zu erzielende Maßhaltigkeit und Oberflächengüte zugeordnet werden.

3. Verfahren zum Bereitstellen eines Zerspanungswerkzeugs für einen vorgegebe- nen Zerspanungsprozess an einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass eine an dem Werkstück als Ergebnis des Zerspanungsprozesses zu erzeugende Werkstückkontur ermittelt wird, die Werkstückkontur gegebenenfalls mit zusätzlichen Attributen in ein KI-Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, eingegeben wird, das mit Trainings- bildern von werkzeugspezifischen Zerspanungskonturen und/oder deren Sequenz und/oder deren zeitlicher Verläufe einer Vielzahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in einer nach einem der Ansprüche 1 bis 2 bereitgestellten Werkzeugdatenbank gespeichert sind, und

GU2088P-DE-0007 17/18 das Kl-Modell wenigstens eine werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/o- LU508070 der eine Sequenz oder einen zeitlichen Verlauf der werkzeugspezifischen Zerspanungs- kontur ermittelt, die mit der zu erzeugenden Werkstückkontur übereinstimmt, und für eine so ermittelte werkzeugspezifische Zerspanungskontur und/oder deren Sequenz o- der deren zeitlichen Verlauf das zugeordnete Zerspanungswerkzeug ausgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werk- stückkontur zusätzliche Attribute aus der Gruppe Werkstoff des Werkstücks, Zerspan- barkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte zugeordnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werk- stückkontur auf der Grundlage von technischen Zeichnungen und der darin enthaltenen Symbole ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückkontur aus zumindest zwei zusammenhängenden geometrischen Körpern zu- sammengesetzt ist.

7. Kl-Modell, insbesondere künstliches neuronales Netzwerk, das mit Trainingsbil- dern und/oder Sequenzen von werkzeugspezifischen Zerspanungskonturen einer Viel- zahl von Zerspanungswerkzeugen trainiert ist, die in einer nach einem der Ansprüche 1 bis 2 bereitgestellten Werkzeugdatenbank gespeichert sind

8. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Pro- gramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der An- spruch 3 bis 6 auszuführen.

9. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 gespeichert ist.