WO2021092638A2 - Verfahren zum betreiben einer bearbeitungsanlage - Google Patents

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    • G05B19/4069—Simulating machining process on screen

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a processing system for the mechanical processing of workpieces, as well as a method for maintaining the processing system, and a measuring arrangement for maintaining the processing system.
  • a processing system for the mechanical processing of workpieces is known, for example, from WO 2018/209373 A1.
  • This processing system has the disadvantage that the maximum processing speed is selected so low that it is ensured at all times that the manufacturing tolerances can be maintained or that the processing system is not excessively stressed.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a processing system and a method for operating the processing san location, by means of which efficient processing of workpieces is made possible.
  • a method for operating a processing system for the mechanical cal processing of workpieces is provided, with a processing tool is included in the processing sstrom, wherein when processing the workpiece, the processing tool and the workpiece are moved relative to each other and the processing tool with the workpiece is engaged, the motion specifications of the processing system being entered into a machine control.
  • the movement specifications are computer-implemented and adapted by modification parameters so that at least some of the movements actually carried out by the processing system deviate from the input movement specifications.
  • the method according to the invention has the advantage that the movement specifications can be specifically adapted to the respective processing system, whereby surprisingly As a result, the machining accuracy or the efficiency of the machining system can be improved ver.
  • the movement speeds or the accelerations of the travel movements on the processing system can be increased by the method according to the invention.
  • the machining accuracy of the machining system can be increased by the method according to the invention.
  • the surface quality of the workpiece produced can be improved by the method according to the invention, since, for example, the chattering during the machining process can be prevented as much as possible.
  • the modification parameters can be adapted on the basis of the existing virtual real body model of the machining system.
  • a virtual real body model of the workpiece and / or a virtual real body model of the machining tool is also created during the machining process, and this is also taken into account in the modification parameters.
  • the surface properties generated in the workpiece as a result of previous machining can be taken into account in further machining in order, for example, to prevent chattering of the machining tool as possible in further machining steps.
  • the state space model can be formed by linear rule approaches / methods. As an alternative or in addition to this, it is also possible for the state space model to contain non-linear control approaches / methods, such as fuzzy controllers.
  • the deviation tolerance can be between 90% and 110%, in particular between 95% and 105%, preferably between 99% and 101%.
  • the machining system actually produced can have a dominant natural frequency at 36 Hz.
  • the unchanged state space model which represents the physical behavior of the model, can output a dominant natural frequency of 30 Hz. Since the physical parameter of the dominant natural frequency of the model represented by the state space model lies outside the tolerance range of the dominant natural frequency of the actually manufactured machining system, an adaptation of the state space model is necessary until the dominant natural frequency calculated by the state space model is within the tolerance range. This adaptation is of course necessary for all parameters that reflect the dynamic behavior, for example damping, oscillation shape and / or amplitude, of all modes.
  • the state space model is adapted using automated algorithms. This can be done through iterative processes.
  • the state space model is adapted by calculation using an artificial neural network.
  • the artificial neural network can be trained using appropriate machine learning algorithms.
  • the individual equations of the state space model are linked with adaptable parameter values, so that the calculation result of the state space model can be modified by adapting the parameter values.
  • An artificial neural network has the advantage over a linear or linearized mathematical model that the modification parameters can be adjusted in real time without having to spend an excessively long lead time or excessively large computing capacity.
  • dynamic mechanical loads are applied to the manufactured Processing system are applied, which simulate a processing sequence of the mechanical processing system.
  • the dynamic mechanical loads applied to the machining system simulate a machining tool that is in the workpiece during machining.
  • the individual natural frequencies of the processing system are determined or taken into account when creating the neural network.
  • the artificial neural network has several artificial neurons that are connected to one another and can be built up in several layers.
  • the neurons can have different weightings or the individual neurons can have different threshold values at which the neurons fire.
  • the following settings can be made: Development of new connections; Delete existing connections; Changing the weighting (the weights wi j from neuron i to neuron j; adjusting the threshold values of the neurons, if these have threshold values; adding or deleting neurons; modification of the activation, propagation or output function.
  • the artificial neural network can be trained with the following learning methods, for example:
  • Supervised learning (supervised leaming): In supervised learning, the artificial neural network is given a force stimulus applied to an actually manufactured processing system as an input pattern, and the output that the neural network produces in its current state is compared with the value that it actually outputs should. This value, which the network should actually output, is determined by measuring the actually manufactured processing system. By comparing the target and actual output, conclusions can be drawn about the changes to be made to the network configuration.
  • the delta rule - also known as the perceptron learning rule - can be used. Multi-layer perceptrons are usually trained with backpropagation, which is a generalization of the delta rule.
  • the artificial neural network can be trained by unsupervised leaming, reinforced learning or stochastic learning.
  • the output of the neural network does not represent the deformations and vibrations occurring in the machining system, but that the output of the neural network is subsequently used directly as a modification parameter.
  • the creation of a neural network has the advantage that the virtual real body model depicts the machining system that has been manufactured more precisely than a linear mathematical model would be the case. This results from the fact that in the processing system there are several interfaces between individual bodies, such as guide shoes on guide rails, the exact vibration and deformation behavior of which cannot or only inadequately be represented in a finite element model . The behavior of the drive components cannot be represented in a finite element model, or only inadequately precisely.
  • the dynamic mechanical loads on the manufactured processing system are selected by a random generator or that the dynamic mechanical loads are simulated for all possible processing positions or processing states and their effects on the processing system can be recorded using the measuring arrangement .
  • the mechanical loads are applied in a defined grid or a defined process sequence.
  • the behavior of the processing system is estimated at points in between by interpolation between the points determined by measurement, so that the neural network is sufficiently valid over the entire processing area as far as possible.
  • a separate virtual real body model is created for each of the machining systems produced. It can also be provided that the neural network is created on the basis of a mass-spring system of a construction model of the machining system.
  • a neural network or state space model created for a sister processing system is used as the basis for training the neural network or the state space model of the current processing system, with a shortened training algorithm for adapting the neural network or the state space model Application comes.
  • This has surprising advantages in terms of the efficiency of creating the virtual real body model. In particular in the case of a series production of machining systems with a fundamentally similar or identical structure, it can therefore make sense to subject only one prototype of the machining system to a complete model for creating the virtual real-body model and to adapt the virtual real-body model for the subsequent machining systems of the prototype model.
  • the speed gain factor (k v factor) is a parameter known to those skilled in the art, which indicates the ratio between the process speed and the difference between the actual and setpoint speed of the machine.
  • the speed gain factor is calculated from the travel speed (target position minus actual position). The speed gain factor is therefore a measure of the rigidity of the drive.
  • the first derivative of the position of the machining tool and / or of the workpiece is adapted over time, taking into account the speed gain factor, with value limits being defined for the individual speed gain factors and the first derivative of the position of the machining tool and / or the workpiece is selected as large as possible according to the time, but is only selected so large that the speed gain factors are still within the defined value limits.
  • the maximum machining speed or the maximum acceleration values can be selected.
  • the machine control is designed in the form of a CNC control, the modification parameters in the CNC control being taken into account.
  • This measure makes it possible, for example, for a processing sequence program to be created for different processing systems in a central processing unit, and for the modification parameters to be taken into account in the respective processing system, with separate modification parameters being taken into account for each of the parallel processing systems.
  • the surface quality achieved or the accuracy of workpieces already manufactured on the machining system is taken into account in the modification parameters, the surface quality or accuracy achieved with certain movement specifications and certain modification parameters being analyzed.
  • any signs of wear can be deduced on the basis of the measurement data of the manufactured workpieces or that a maintenance plan is drawn up based on this measurement data.
  • processing systems are coupled to one another by means of a network, the modification parameters being adapted taking into account data from the other processing systems.
  • This has the particular advantages that those processing systems that have been in operation for a long time can serve as a reference for planning maintenance intervals and processing systems that have been in operation for a short time.
  • excessive signs of wear from older processing systems are evaluated and taken into account in the modification parameters of younger processing systems in order to minimize such signs of wear on the more recent processing systems.
  • a processing system for the mechanical processing of workpieces is provided, a processing tool being able to be accommodated in the processing system, the processing system having a machine control which is designed to carry out the method described above.
  • the individual movement axes of the machining system prefferably be designed in such a way that the speed gain factors of the individual movement axes have a maximum deviation of less than 10 in comparison to one another rn / (min * mm), in particular less than 5 m / (min * mm), preferably less than 0.3 m / (min * mm).
  • the method according to the invention has the advantage that by means of the method it can easily be determined when the processing system exhibits a structural change which allows conclusions to be drawn about a component failure.
  • the evaluation of the vibration behavior which is also referred to as modal analysis, is carried out at periodic intervals in order to be able to identify structural changes in the processing system at an early stage.
  • the measuring arrangement has at least one acceleration sensor for detecting a vibration, the location and the position of the acceleration sensor on the processing system being determined and that the dynamic mechanical load is applied to the processing system by means of an impact hammer, whereby the impact hammer has a force sensor for recording the effective force and a sensor for recording the current position and / or orientation of the impact hammer, wherein the acceleration sensor and the impact hammer are wirelessly coupled to a measuring computer and the data from the acceleration sensor and the impact hammer are transmitted to the measuring computer in real time.
  • a sensor installed as standard in the processing system such as a displacement sensor for the processing axes, is used to detect the vibrations of the processing system.
  • the processing system is not excited by an impact hammer, but that the processing system is stimulated by itself through traversing movements.
  • a separate excitation program can be provided here, in which the movement movements take place in accordance with a predetermined process sequence.
  • the acceleration sensor for detecting an oscillation can also detect the oscillations in a recurring rhythm.
  • the impact hammer has a display means which is used to display the quality of the blow to the machining system. This has the surprising advantage that a person who carries out the measurement can easily see whether the excitation of the processing system has been carried out correctly. Thus, the measurement result can be improved.
  • the display means is designed as an optical display means, the quality of the impact on the processing system being shown by means of different colors, or that the display means is designed as an acoustic display means, with different tones or tone sequences or by different volume levels the quality of the impact on the processing system is displayed or that the display means is designed as a haptic display means.
  • display means designed in this way can be easily recognized in a harsh environment, such as in a machine shop.
  • the dynamic mechanical load is applied to the machining system while at least one of the movement axes is in motion.
  • This has the advantage that through the movement of one of the movement axes of the machining system, the static friction of these moving movement axes has already been overcome and rolling friction or sliding friction is applied to the movement axis. So can the actual behavior of the processing system, as it also occurs in operation, is recorded. If the processing system is excited when the machining system is at a standstill, the static friction can lead to incorrect values.
  • the impact hammer having a force sensor for detecting the impact force and a sensor for detecting the current position and / or orientation of the impulse hammer, the acceleration sensor and the impact hammer being wirelessly coupled to a measuring computer and the data of the Acceleration sensor and the impact hammer can be transmitted to the measuring computer.
  • the third derivation of the position of the machining tool and / or the workpiece in terms of time is also referred to as jerk.
  • the spacing mass product in the sense of this application results from a mass from which the center of mass is arranged at a distance from a guide, in particular a longitudinal guide or rotary guide.
  • the mass in question can be calculated from the mass of the moving parts of the machining system itself.
  • the mass of the processing tool is also taken into account in the mass used to calculate the distance mass product.
  • the mass of the workpiece is also taken into account in the mass used to calculate the distance mass product.
  • the distance products can be calculated individually and independently of one another for the various guides available in the machining system.
  • a basic spacing mass product is defined in which the movement specifications are not adapted by the modification parameters, but rather the movements actually carried out correspond to the movement specifications. If the current distance mass product is higher than the base distance mass product, the modification parameters are calculated in such a way that they reduce the movements actually performed, in particular the first, second or third derivative of the position of the machining tool with respect to time, compared to the movement specifications.
  • the basic spacing mass product in the sense of this application is that spacing mass product for which the maximum movement specifications permitted on the processing system can be carried out.
  • the maximum service life of the machining tool and the actual usage time of the machining tool can be taken into account.
  • the respective existing load parameters such as cutting temperature, cutting force, cutting speed, depth of cut, cutting materials, etc., are also taken into account in the wear data of the machining tool.
  • the duration of the respective load parameters can be taken into account over time.
  • the maximum service life of the processing system and the actual operating time of the processing system can be taken into account. Furthermore, it is also conceivable that the maintenance status of the processing system, the load parameters present, such as forces occurring, vibrations occurring, etc., are taken into account in the wear data of the machining system. In particular, the duration of the respective load parameters can be taken into account over time.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a processing facility.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a processing facility 1 for the machining of workpieces 8.
  • the processing system 1 has a machine frame 2, which serves as the basis for the components attached to it.
  • a spindle adjusting device 3 is formed, which is arranged on the machine frame 2 or is coupled to it.
  • the spindle adjusting device 3 has a working head 4 on which a work spindle 5 is mounted.
  • the work spindle 5 is mounted on the work head 4 so as to be rotatable about a spindle axis 6.
  • the work spindle 5 serves to receive a machining tool 7 and for this purpose has a clamping device for receiving the machining tool 7.
  • the working spindle 5 is adjustable by means of the spindle adjustment device 3 in a vertical Z-axis 9, in a horizontal X-axis 10 and in a Y-axis 11 arranged at right angles to the Z-axis 9 and X-axis 10 relative to the machine frame 2 .
  • the Ausry approximately example of the processing sstrom 1 serves only for illustration, with the structure of the processing system 1, in particular the alignment and the possibility of movement of the axes 9, 10, 11 can of course also be designed differently.
  • the spindle adjustment device 3 has a main adjustment unit 12 which is coupled to the machine frame 2 by means of an X-axis linear guide 13.
  • the X-axis linear guide 13 is only shown rudimentarily.
  • the X-axis linear guide 13 has four guide s slides or guide s shoes, which are coupled to the main adjustment unit 12 and which interact with two guide rails which are coupled to the machine frame 2.
  • the main adjustment unit 12 can be displaced in the direction of the X-axis 10 relative to the machine frame 2.
  • the Z-axis linear guide 15 can also have a guide rail which is arranged on the main adjustment unit 12 and which is coupled to one or more guide carriages which are arranged on the height adjustment unit 14.
  • an off-thrust unit 16 is formed, which is arranged on the height adjustment unit 14 by means of a Y-axis linear guide 17.
  • the pushing unit 16 can be displaced in the direction of the Y-axis 11 relative to the height adjustment unit 14, to the main adjustment unit 12 and to the machine frame 2.
  • the Y-axis linear guide 17 can be designed, for example, in the form of a telescopic arm.
  • the Y-axis linear guide 17 also include guide slides, for example, which are coupled to a guide rail.
  • a machine control 23 is provided which is used to control the individual drives of the machining system 1.
  • the machine control 23 can be coupled to a central computer 24, which can be used to create a program sequence.
  • the push-out unit 16 has a center of mass 25 which is arranged at a distance 26 from the Z-axis linear guide 15 of the invokenverstelltechnik 14. The multiplication of the mass by the distance 26 results in the distance mass product.
  • the size of the mass of the push-out unit 16 is dependent on the mass of the machining tool 7.
  • the mass of the push-out unit 16 are all assigned ver by means of the Z-axis linear guide 15 sliding components.
  • the position of the center of mass 25 of the pushing unit 16 depends on how far the pushing unit 16 is pushed out.
  • the distance 26 of the center of gravity 25 of the pushing unit 16 can thus change during the operation of the machining system 1. If the distance 26 of the center of gravity 25 of the extension unit 16 is smaller due to the current processing position, the product of the distance mass is also smaller, whereby an increased acceleration can be achieved on the X-axis linear guide 13 and on the Z-axis linear guide 15 without exerting an increased load on the processing system 1.
  • the height adjustment unit 14 has a center of mass 27.
  • the center of gravity 27 of the height adjustment unit 14 is arranged at a distance 28 from the X-axis linear guide 13 of the main adjustment unit 12.
  • the position of the center of mass 27 of the height adjustment unit 14 is dependent on the one hand on the position of the extension unit 16 and on the position of the working head 4 and on the mass of the machining tool 7.
  • a distance mass product can be calculated, which can vary during the operation of the processing system 1.
  • the maximum possible acceleration values of the individual linear guides 13, 15, 17 are thus dependent on the current positioning of the machining system 1 and can thus be adapted to increase efficiency depending on the position of the individual centers of gravity 25, 27.
  • a center of mass can be calculated for each additional linear axis.
  • the center of gravity is of course also relevant for the calculation of the mass moment of inertia for rotary axes, whereby the maximum angular acceleration can be calculated.
  • the maximum angular acceleration can also be adapted or varied depending on the size of the mass moment of inertia during the operation of the machining system 1.
  • Lig. 1 also shows a measuring arrangement 29 which has an acceleration sensor 30, an impact hammer 31 with a display means 32 and a measuring computer 33.
  • the acceleration sensor 30 and the impact hammer 31 can be coupled wirelessly to the measuring computer.
  • a fixed acceleration sensor receptacle 34 is formed on the processing system 1, on which the acceleration sensor 30 is arranged.
  • the exemplary embodiments show possible design variants, whereby it should be noted at this point that the invention is not limited to the specifically shown design variants dersel ben, but rather various combinations of the individual design variants with one another are possible and this possible variation is based on the teaching on technical action
  • the present invention lies within the skill of the Lachmann active in this technical field.
  • the scope of protection is determined by the claims.
  • the description and the drawings are to be used to interpret the claims.
  • Individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can represent independent inventive solutions for themselves. The task on which the independent inventive solutions are based can be found in the description.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsanlage (1) für die mechanische Bearbeitung von Werkstücken (8), wobei in der Bearbeitungsanlage (1) ein Bearbeitungswerkzeug (7) aufgenommen ist, wobei beim Bearbeiten des Werkstückes (8) das Bearbeitungswerkzeug (7) und das Werkstück (8) relativ zueinander bewegt werden und das Bearbeitungswerkzeug (7) mit dem Werkstück (8) in Eingriff steht, wobei die Bewegungsvorgaben für die Bearbeitungsanlage (1) in eine Maschinensteuerung (23) eingegeben werden. Die Bewegungsvorgaben werden computerimplementiert durch Modifikationsparameter angepasst, sodass zumindest einzelne der tatsächlich ausgeführten Bewegungen der Bearbeitungsanlage (1) von den eingegebenen Bewegungsvorgaben abweichen.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BEARBEITUNGS ANLAGE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsanlage für die mecha nische Bearbeitung von Werkstücken, sowie ein Verfahren zum Warten der Bearbeitung san- lage, sowie eine Messanordnung zum Warten der Bearbeitungsanlage.
Eine Bearbeitung sanlage für die mechanische Bearbeitung von Werkstücken ist beispiels weise aus der WO 2018/209373 Al bekannt.
Diese Bearbeitungsanlage weist den Nachteil auf, dass die maximale Bearbeitungsgeschwin digkeit so niedrig gewählt wird, dass zu jedem Zeitpunkt gewährleistet ist, dass die Ferti gungstoleranzen eingehalten werden können bzw. dass die Bearbeitungsanlage nicht übermä ßig beansprucht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu über winden und eine Bearbeitungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben der Bearbeitung san lage zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine effiziente Bearbeitung von Werkstücken er möglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsanlage für die mechani sche Bearbeitung von Werkstücken vorgesehen, wobei in der Bearbeitung sanlage ein Bearbei tungswerkzeug aufgenommen ist, wobei beim Bearbeiten des Werkstückes das Bearbeitungs werkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden und das Bearbeitungswerk zeug mit dem Werkstück in Eingriff steht, wobei die Bewegungsvorgaben der Bearbeitungs anlage in eine Maschinensteuerung eingegeben werden. Die Bewegungsvorgaben werden computerimplementiert durch Modifikationsparameter angepasst, sodass zumindest einzelne der tatsächlich ausgeführten Bewegungen der Bearbeitungsanlage von den eingegebenen Be wegungsvorgaben abweichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass die Bewegungsvorgaben gezielt auf die jeweilige Bearbeitungsanlage angepasst werden können, wodurch überra- schenderweise die Bearbeitungsgenauigkeit bzw. die Effizienz der Bearbeitungsanlage ver bessert werden kann. Insbesondere können durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bewe gungsgeschwindigkeiten bzw. die Beschleunigungen der Verfahrbewegungen an der Bearbei tungsanlage erhöht werden. Weiters kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bearbei tungsgenauigkeit der Bearbeitungsanlage erhöht werden. Weiters kann durch das erfindungs gemäße Verfahren die Oberflächenbeschaffenheit des hergestellten Werkstücks verbessert werden, da beispielsweise das Rattern während dem Bearbeitungsvorgang möglichst unter bunden werden kann.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die Modifikationsparameter eine oder mehrere der folgenden Bewegungsvorgaben anpassen: die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit; die zweite Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit; die dritte Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit; die Schnitttiefe; die Schnittgeschwindigkeit.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in den Modifikationsparametem ein für die jeweilige Ma schinenposition vorliegendes Abstandmasseprodukt des Bearbeitungswerkzeuges berücksich tigt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die maximalen Verfahrgeschwindigkeiten bzw. die maximalen Beschleunigungen der einzelnen Achsen erhöht werden kann. Beispiels weise ist es denkbar, dass bei einer aktuellen Stellung der Bearbeitungsanlage in welcher der Massenschwerpunkt einer zu verstellenden Bearbeitungsachse nahe an der Antriebseinheit bzw. nahe am jeweiligen Führungsschlitten liegt, die entsprechenden Verfahrgeschwindigkei ten bzw. Beschleunigungen erhöht werden können. Wenn jedoch die Ausladung größer wird, so werden entsprechend die Verfahrgeschwindigkeiten bzw. die Beschleunigungen verringert.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Modifikationsparameter auf Basis eines vorlie genden virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitungsanlage unter Berücksichtigung der ak tuellen Bearbeitungszustände und Bearbeitungspositionen berechnet werden. Dies bringt den überraschenden Vorteil mit sich, dass nicht nur die Beschleunigungen bzw. Verfahrgeschwin digkeiten der Bearbeitungsanlage angepasst werden können, sondern dass auch die Ratternei gung bzw. das Auftreten von Schwingungen in der Bearbeitung sanlage vermindert werden kann. Insbesondere ist es hierbei denkbar, dass Schnittgeschwindigkeiten bzw. Vorschubge schwindigkeiten, in denen aufgrund des virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitung san lage ein Rattern erwartet wird, schnell durchfahren bzw. vermieden werden können, um somit die Bearbeitungsqualität der Oberfläche des Werkstückes verbessern zu können.
Insbesondere ist es hierbei denkbar, dass Bereiche kritischer Frequenzen bzw. Bearbeitungs zustände, welche Anregungsfrequenzen nahe einer der Eigenfrequenzen der Bearbeitungsan lage auslösen, möglichst hintangehalten werden.
Zusammengefasst können die Modifikationsparameter auf Basis des vorliegenden virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitungsanlage angepasst werden. In einer Weiterbildung ist es auch denkbar, dass zusätzlich während dem Bearbeitungs Vorgang ein virtuelles Realkörper modell des Werkstückes und/oder ein virtuelles Realkörpermodell des Bearbeitungswerkzeu ges erstellt wird, und dies ebenfalls in den Modifikationsparametem berücksichtigt wird. Bei spielsweise können dadurch die aufgrund einer vorhergehenden Bearbeitung im Werkstück erzeugten Oberflächenbeschaffenheiten in der weiteren Bearbeitung berücksichtigt werden, um beispielsweise in weiteren Bearbeitungs schritten ein Rattern des Bearbeitungswerkzeuges möglichst zu unterbinden.
Weiters ist es auch denkbar, dass dadurch die Standzeiten bzw. aktuelle Verschleißerschei nungen am Bearbeitungswerkzeug ermittelt bzw. berücksichtigt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das virtuelle Realkörpermodell der Bearbeitung sanlage durch folgende Verfahrensschritte erstellt wird:
- Erstellen eines Finite-Elemente-Modelles der Bearbeitungsanlage auf Basis eines CAD-Mo- delles der Bearbeitungsanlage;
- Durchführen einer Modalanalyse auf Basis des Finite-Elemente-Modelles der Bearbeitungs anlage;
- Erstellen eines Zustandsraummodelles, welches das physikalische Verhalten des Modelles repräsentiert, auf Basis der Modalanalyse;
- Fertigen der Bearbeitung sanlage oder eines Prototypen der Bearbeitungsanlage auf Basis des CAD-Modelles der Bearbeitungsanlage; - Aufbauen einer Messanordnung an der gefertigten Bearbeitungsanlage;
- Durchführen einer Modalanalyse, welche das physikalische Verhalten der gefertigten Bear beitung sanlage repräsentiert, durch Aufbringen dynamischer mechanischer Belastungen an der gefertigten Bearbeitung sanlage und erfassen der Schwingungen mittels der Messanord nung;
- Anpassen des Zustandsraummodelles, sodass das physikalische Verhalten des Modelles in nerhalb einer Abweichung stoleranz zum physikalischen Verhalten der gefertigten Bearbei tungsanlage liegt, wobei das angepasste Zustandsraummodell das virtuelle Realkörpermodell der Bearbeitungsanlage repräsentiert.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das physikalische Verhalten der gefertigten Bearbei tungsanlage hinreichend genau durch das Zustandsraummodell beschrieben werden kann. So mit können die Bewegungsvorgaben der Bearbeitung sanlage computerimplementiert ange passt werden.
Das Zustandsraummodell kann durch lineare Regelansätze/Methoden gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, dass das Zustandsraummodell nicht lineare Regelan sätze/Methoden, wie etwa Fuzzy-Regler beinhaltet.
Das physikalische Verhalten der gefertigten Bearbeitungsanlage kann beispielsweise die Schwingungsmoden umfassen.
Die Abweichung stoleranz kann zwischen 90% und 110%, insbesondere zwischen 95% und 105%, bevorzugt zwischen 99% und 101% betragen.
Beispielsweise kann die tatsächlich gefertigte Bearbeitung sanlage eine dominante Eigenfre quenzen bei 36Hz aufweisen. Das unveränderte Zustandsraummodell, welches das physikali sche Verhalten des Modelles repräsentiert, kann eine dominante Eigenfrequenz von 30Hz aus geben. Da der physikalische Parameter der dominanten Eigenfrequenz des durch das Zu standsraummodell abgebildeten Modelles außerhalb des Toleranzbereiches der dominanten Eigenfrequenz der tatsächlich gefertigten Bearbeitungsanlage liegt, ist somit eine Anpassung des Zustandsraummodelles notwendig, bis die durch das Zustandsraummodell errechnete do minante Eigenfrequenz innerhalb des Toleranzbereiches liegt. Diese Anpassung ist natürlich für alle Parameter die das dynamische Verhalten widergeben, beispielsweise Dämpfung, Schwingform und/oder Amplitude, aller Moden notwendig. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anpassung des Zustandsraummodelles durch au tomatisierte Algorithmen erfolgt. Dies kann durch iterative Prozesse erfolgen. Weiters ist es denkbar, dass die Anpassung des Zustandsraummodelles durch Berechnung mittels eines künstlichen Neuronalen Netzes erfolgt. Das künstliche Neuronale Netz kann durch entspre chende machine learning-Algorithmen angelernt sein. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die einzelnen Gleichungen des Zustandsraummodelles mit anpassbaren Parameter werten verknüpft sind, sodass durch Anpassung der Parameterwerte das Berechnungsergebnis des Zustandsraummodelles abgeändert werden kann.
Weiters ist es natürlich auch denkbar, dass zum Anpassen des Zustandsraummodelles die Er gebnisse aus vorherigen Anpassungen herangezogen werden, sodass die Anpassung zu ver besserten Arbeitsergebnissen führt.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass das virtuelle Realkörpermodell der Bearbeitungsanlage durch folgende Verfahrens schritte erstellt wird:
- Fertigen der Bearbeitung sanlage oder eines Prototypen des Bearbeitungsanlage;
- Erstellen eines Neuronalen Netzes, wobei das Neuronale Netz das Schwingungs verhalten und das Verformung s verhalten der Bearbeitungsanlage abbildet;
- Aufbauen einer Messanordnung an der gefertigten Bearbeitungsanlage;
- Trainieren des Neuronalen Netzes durch Aufbringen dynamischer mechanischer Belastun gen an der gefertigten Bearbeitungsanlage während dem Stillstand und während dem Durch führen von Verfahrbewegungen und dabei erfassen des Schwingungsverhaltens und des Ver formungsverhaltens der Bearbeitung sanlage mittels der Messanordnung und Vergleich des mittels des Neuronalen Netzes für die Belastung vorhergesagten Verhaltens mit dem mittels der Messanordnung gemessenen Verhaltens;
- Anpassen des Neuronalen Netzes;
- Erstellen des Realkörpermodelles der Bearbeitungsanlage auf Basis des trainierten Neurona len Netzes.
Ein künstliches Neuronales Netz bringt gegenüber einem linearen oder linearisierten mathe matischen Modell den Vorteil mit sich, dass die Modifikationsparameter in Echtzeit angepasst werden können, ohne dass dabei eine übermäßig lange Vorlaufzeit bzw. eine übermäßig große Rechenkapazität aufgewendet werden muss. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass beim Trainieren des Neuronalen Netzes dynamische mechanische Belastungen an der gefertigten Bearbeitungsanlage aufgebracht werden, welche einen Bearbeitung sablauf der mechanischen Bearbeitung sanlage simulieren. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass die an der Bearbei tungsanlage aufgebrachten, dynamischen mechanischen Belastungen ein im spanenden Ein griff im Werkstück stehendes Bearbeitungswerkzeug simulieren. Hierbei können nicht nur die Schnittkräfte, sondern auch etwaige Schwingungen, welche durch einen wechselnden Zahn eingriff des Bearbeitungswerkzeuges im Werkstück entstehen, simuliert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei der Erstellung des Neuronalen Netzes die einzelnen Eigenfre quenzen der Bearbeitung sanlage ermittelt bzw. berücksichtigt werden.
Das künstliche Neuronale Netz weist mehrere künstliche Neuronen auf, die miteinander ver bunden sind und in mehreren Schichten aufgebaut sein können. Die Neuronen können ver schiedene Gewichtungen aufweisen bzw. können die einzelnen Neuronen verschiedene Schwellenwerte aufweisen, bei welchen die Neuronen feuern. Beim Trainieren des künstli chen Neuronalen Netzes können folgende Einstellungen vorgenommen werden: Entwicklung neuer Verbindungen; Löschen existierender Verbindungen; Ändern der Gewichtung (der Ge wichte w ij von Neuron i zu Neuron j; Anpassen der Schwellenwerte der Neuronen, sofern diese Schwellwerte besitzen; Hinzufügen oder Löschen von Neuronen; Modifikation von Ak- tivierungs-, Propagierungs- oder Ausgabefunktion.
Das künstliche Neuronale Netz kann beispielsweise mit folgenden Lernverfahren trainiert werden:
Überwachtes Lernen (supervised leaming): Beim Überwachten Lernen wird dem Künstlichen Neuronalen Netz als Eingangsmuster eine auf eine tatsächlich gefertigte Bearbeitungsanlage aufgebrachte Kraftanregung gegeben und die Ausgabe, die das Neuronale Netz in seinem ak tuellen Zustand produziert, mit dem Wert verglichen, den es eigentlich ausgeben soll. Dieser Wert den das Netz eigentlich ausgeben soll wird durch Messung an der tatsächlich gefertigten Bearbeitung sanlage ermittelt. Durch Vergleich von Soll- und Istausgabe kann auf die vorzu nehmenden Änderungen der Netzkonfiguration geschlossen werden. Bei einlagigen Perzept- rons kann die Delta-Regel - auch Perzeptron-Lemregel - angewendet werden. Mehrlagige Perzeptrons werden in der Regel mit Backpropagation trainiert, was eine Verallgemeinerung der Delta-Regel darstellt. Alternativ dazu oder zusätzlich kann das Künstliche Neuronale Netz durch Unüberwachtes Lernen (unsupervised leaming), Bestärkendes Lernen (reinforced learning) oder Stochasti sches Lernen trainiert werden.
Weiters ist es auch denkbar, dass die Ausgabe des Neuronalen Netzes nicht die auftretenden Verformungen und Schwingungen an der Bearbeitungsanlage repräsentiert, sondern dass die Ausgabe des Neuronalen Netzes in weiterer Folge direkt als Modifikationsparameter dient.
Die Erstehung eines Neuronalen Netzes bringt gegenüber einem linearen, mathematischen Modell, welches unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode ersteht werden könnte, den Vorteil mit sich, dass das virtuelle Realkörpermodell die gefertigte Bearbeitung sanlage ge nauer abbildet, als dies bei einem linearen mathematischen Modell der Fall wäre. Dies resul tiert daraus, dass in der Bearbeitungsanlage mehrere Schnittstellen zwischen einzelnen Kör pern, wie etwa Führung s schuhe auf Führungsschienen vorhanden sind, deren exaktes Schwin- gungs- bzw. Verformungsverhalten sich in einem Finite-Elemente Modell nicht bzw. nur un genügend darstellen lässt. Auch das Verhalten der Antriebskomponenten lässt sich in einem Finite-Elemente Modell nicht oder nur ungenügend genau darstellen.
Zum Trainieren des Neuronalen Netzes durch Aufbringen dynamischer mechanischer Belas tungen kann vorgesehen sein, dass aus einer Datenbank von möglichen Belastungsabfolgen, verschiedenste Belastungsabläufe durchgespielt werden.
Weiters ist es auch denkbar, dass die dynamischen mechanischen Belastungen an der gefertig ten Bearbeitungsanlage per Zufallsgenerator ausgewählt werden bzw. dass für alle möglichen Bearbeitungspositionen bzw. Bearbeitungszustände die dynamischen mechanischen Belastun gen simuliert werden und deren Auswirkungen an der Bearbeitungsanlage mittels der Messan ordnung erfasst werden können. Insbesondere ist es denkbar, dass die mechanischen Belastun gen in einem festgelegten Raster bzw. einem festgelegten Verfahrensablauf aufgebracht wer den. Weiters ist es auch denkbar, dass an dazwischenliegenden Punkten das Verhalten der Be arbeitungsanlage durch Interpolation zwischen den durch Messung ermittelten Punkten ge schätzt wird, sodass das Neuronale Netz möglichst über den gesamten Bearbeitungsbereich eine ausreichende Gültigkeit aufweist.
Weiters ist es auch denkbar, dass für jede der gefertigten Bearbeitungsanlagen ein eigenes vir tuelles Realkörpermodell erstellt wird. Weiters kann vorgesehen sein, dass das Neuronale Netz auf Basis eines Masse-Feder-Systems eines Konstruktionsmodells der Bearbeitungsanlage erstellt wird.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass ein für eine Schwesterbearbeitungsanlage er stelltes Neuronales Netz oder Zustandsraummodell als Basis für das Trainieren des Neurona len Netzes oder des Zustandsraummodelles der aktuellen Bearbeitung sanlage verwendet wird, wobei ein verkürzter Trainingsalgorithmus zum Anpassen des Neuronalen Netzes oder des Zustandsraummodelles zur Anwendung kommt. Dies bringt überraschende Vorteile in der Ef fizienz der Erstellung des virtuellen Realkörpermodells mit sich. Insbesondere bei einer Seri enfertigung von Bearbeitungsanlage, mit grundsätzlich ähnlichem oder gleichen Aufbau, kann es somit sinnvoll sein, nur einen Prototypen der Bearbeitung sanlage einer vollständigen Mo dellbildung zur Erstellung des virtuellen Realkörpermodells zu unterziehen und für die nach folgend gefertigten Bearbeitungsanlagen das virtuelle Realkörpermodell unter Anpassung des Prototypmodells zu erstellen.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn für ausgewählte Bewegungsachsen der Bearbeitungs anlage ein Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor ermittelt wird, wobei in den Modifikationspa- rametem der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor berücksichtigt wird. Mit diesem Geschwin digkeitsverstärkungsfaktor können die Maßabweichungen aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten der einzelnen Antriebs stränge berücksichtigt werden.
Der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor (kv -Faktor) ist eine dem Fachmann bekannte Kenn größe, die das Verhältnis zwischen der Prozessgeschwindigkeit und der Differenz zwischen Ist- und Sollgeschwindigkeit der Maschine angibt. Der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor berechnet sich aus Verfahrgeschwindigkeit (Pos. Soll minus Pos. Ist). Der Geschwindigkeits verstärkungsfaktor ist somit ein Maß für die Steifigkeit des Antriebs.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die erste Ableitung der Position des Bearbeitungs werkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit unter Berücksichtigung des Geschwin digkeitsverstärkungsfaktors angepasst wird, wobei Wertgrenzen für die einzelnen Geschwin digkeitsverstärkungsfaktoren definiert werden und wobei die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit so groß als möglich ge wählt wird, jedoch nur so groß gewählt wird, dass die Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren noch innerhalb der definierten Wertgrenzen liegen. Somit ist es möglich, dass unter Berück- sichtigung der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren die maximale Bearbeitungsgeschwin digkeit bzw. die maximalen Beschleunigungswerte gewählt werden. Insbesondere kann vor gesehen sein, dass die Wertgrenzen für die Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren zwischen 1 bis 20 m/(min*mm), insbesondere zwischen 1,1 bis 10 m/(min*mm), bevorzugt zwischen 2,5 bis 2,7 m/(min*mm), liegen. Natürlich ist es auch denkbar, dass die erste Ableitung der Posi tion des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit unter Berücksichti gung weiterer Faktoren angepasst wird.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Maschinensteuerung in Form einer CNC-Steuerung ausgebildet ist, wobei die Modifikationsparameter in der CNC-Steuerung berücksichtigt wer den. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass beispielsweise für verschiedene Bearbei tungsanlagen in einer zentralen Recheneinheit ein Bearbeitung sablaufprogramm erstellt wird, und dass in der jeweiligen Bearbeitungsanlage die Modifikationsparameter berücksichtigt werden, wobei für jede der parallelen Bearbeitung sanlagen eigene Modifikationsparameter berücksichtigt werden.
Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass in den Modifikationsparametern Verschleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges und/oder der Bearbeitung sanlage berücksichtigt werden. Durch diese Maßnahmen kann das Bearbeitungsergebnis überraschenderweise ver bessert werden. Diese überraschenden Vorteile können insbesondere dadurch erzielt werden, dass nicht nur das Verhalten der Bearbeitungsanlage an sich sondern auch das aufgrund des Verschleißes auftretende Verhalten berücksichtigt wird.
In einer Weiterbildung ist es auch denkbar, dass in den Modifikationsparametern die Beschaf fenheit eines Werkstückes bzw. die vorhergehenden Bearbeitungs schritte an einem Werkstück berücksichtigt werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Verschleißda ten des Bearbeitungswerkzeuges auf einem Speicherchip, wie etwa einem RFID-Chip direkt am Bearbeitungs Werkzeug abgespeichert werden, oder dass die Bearbeitung sanlagen mittels eines Netzwerkes mit einer zentralen Verschleißdatenbank verbunden sind und dass die Ver schleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges in die Verschleißdatenbank übertragen werden. So mit ist es möglich, den Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges lückenlos zu dokumentieren, um die entsprechenden Werte im weiteren Betrieb der Bearbeitung sanlage berücksichtigen zu können. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn in den Modifikationsparametern aktuelle Maschi nendaten, wie etwa Umgebungstemperatur, Temperatur im Zerspanungsraum, aktuell anlie gende Schnittkräfte, berücksichtigt werden, wobei die Maschinendaten mittels Sensoren und/oder durch Ermittlung der Motorströme von Antriebsmotoren erfasst werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in den Modifikationsparametem die erreichte Oberflächen qualität bzw. die Genauigkeit von bereits an der Bearbeitung sanlage gefertigten Werkstücken berücksichtigt wird, wobei die bei bestimmten Bewegungsvorgaben und bestimmten Modifi kationsparametem erreichte Oberflächenqualität bzw. Genauigkeit analysiert wird. Dies bringt insbesondere die Vorteile mit sich, dass auf Basis der gefertigten Werkstücke das virtu elle Realkörpermodell der Bearbeitungsanlage angepasst werden kann und somit eine Alte rung der Bearbeitungsanlage bzw. Verschleißerscheinungen der Bearbeitungsanlage berück sichtigt werden zu können. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass auf Basis der Messdaten der gefertigten Werkstücke auf etwaige Verschleißerscheinungen rückgeschlossen wird bzw. dass auf Basis dieser Messdaten ein Wartungsplan erstellt wird.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass mehrere Bearbeitungsanlagen mittels eines Netz werkes miteinander gekoppelt sind, wobei die Modifikationsparameter unter Berücksichti gung von Daten aus den anderen Bearbeitung sanlagen angepasst werden. Dies bringt insbe sondere die Vorteile mit sich, dass jene Bearbeitungsanlage, welche schon lange in Betrieb sind, als Referenz zur Planung von Wartungsintervallen und von kürzer in Betrieb befindli chen Bearbeitung sanlagen dienen können. Weiters ist es auch denkbar, dass übermäßige Ver schleißerscheinungen von älteren Bearbeitungsanlagen ausgewertet werden und in den Modi fikationsparametern von jüngeren Bearbeitungsanlagen berücksichtigt werden, um derartige Verschleißerscheinungen an den jüngeren Bearbeitungsanlagen zu minimieren.
Erfindungsgemäß ist eine Bearbeitungsanlage für die mechanische Bearbeitung von Werkstü cken vorgesehen, wobei in der Bearbeitung sanlage ein Bearbeitungswerkzeug aufnehmbar ist, wobei die Bearbeitungsanlage eine Maschinensteuerung aufweist, welche zum Ausführen des obig beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die einzelnen Bewegungsachsen der Bearbei tungsanlage so ausgelegt sind, dass die Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren der einzelnen Bewegungsachsen im Vergleich zueinander eine maximale Abweichung von kleiner 10 rn/(min*mm), insbesondere von kleiner 5 m/(min*mm), bevorzugt von kleiner 0,3 m/(min*mm) aufweisen.
Ferner kann ein Verfahren zum Warten einer Bearbeitungsanlage vorgesehen sein. Das Ver fahren umfasst die Verfahrensschritte:
- Aufbauen einer Messanordnung an der Bearbeitungsanlage;
- Aufbringen einer dynamischen mechanischen Belastung auf die Bearbeitungsanlage;
- Auswerten des in der Messanordnung gemessenen Schwingungsverhaltens der Bearbei tung sanlage;
- Vergleichen des in der Messanordnung gemessenen Schwingungsverhaltens der Bearbei tungsanlage mit einem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten der Bearbeitung sanlage oder mit einem, auf Basis eines virtuellen Realkörpermodelles der Bear beitung sanlage berechneten, zu erwartenden Schwingungsverhalten der Bearbeitung sanlage.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass mittels des Verfahrens ein fach festgestellt werden kann, wenn die Bearbeitungsanlage eine strukturelle Veränderung aufweist, welche auf ein Bauteilgebrechen Rückschlüsse ziehen lässt. Insbesondere kann vor gesehen sein, dass die Auswertung des Schwingungsverhaltens, welche auch als Modalana lyse bezeichnet wird, in periodischen Abständen durchgeführt wird, um strukturelle Verände rungen an der Bearbeitung sanlage frühzeitig erkennen zu können.
Insbesondere ist es denkbar, dass bei mehreren baugleichen Bearbeitung sanlagen die Verän derungen im Frequenzspektrum vor und nach dem erneuern von Bauteilen der Bearbeitungs anlage abgespeichert werden. Somit kann in einem selbstlernenden Algorithmus auf Basis der alterungsbedingten Veränderungen des Frequenzspektrumes und der Kenntnis der parallelen Bearbeitung sanlage bereits auf Basis der Änderungen im Frequenzspektrum auf ein spezifi sches Bauteilgebrechen bzw. eine spezifische Bauteilermüdung geschlossen werden. Somit ist es möglich durch einfache Frequenzanalyse defekte Bauteile zu lokalisieren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Messanordnung zumindest einen Beschleunigungs sensor zur Erfassung einer Schwingung aufweist, wobei die Lage und die Position des Be schleunigungssensors an der Bearbeitung sanlage ermittelt wird und dass die dynamische me chanische Belastung mittels eines Impulshammers auf die Bearbeitungsanlage aufgebracht wird, wobei der Impulshammer einen Kraftsensor zur Erfassung der Einwirkkraft und einen Sensor zur Erfassung der aktuellen Lage und/oder Orientierung des Impulshammers aufweist, wobei der Beschleunigungssensor und der Impulshammer drahtlos mit einem Messrechner gekoppelt sind und in Echtzeit die Daten des Beschleunigungssensor und des Impulshammers an den Messrechner übermittelt werden.
Die Verwendung einer derartigen Messanordnung bringt den Vorteil mit sich, dass die Eigen frequenzen der Bearbeitungsanlage einfach erfasst werden können.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass ein in der Bearbei tungsanlage standardmäßig verbauter Sensor, wie etwa ein Wegmesssensor der Bearbeitungs achsen, zur Erfassung der Schwingungen der Bearbeitungsanlage dient.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass die Bearbeitungs anlage nicht durch einen Impulshammer angeregt wird, sondern dass sich die Bearbeitung san- lage durch Verfahrbewegungen selbst anregt. Insbesondere kann hierbei ein eigenes Anrege programm vorgesehen sein, bei welchem die Verfahrbewegungen entsprechend einem vorbe stimmten Verfahrensablauf erfolgen. Somit kann der Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Schwingung auch in einem wiederkehrenden Rhythmus die Schwingungen erfassen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Impulshammer ein Anzeigemittel aufweist, welches zur Anzeige der Güte des Schlages auf die Bearbeitung sanlage dient. Dies bringt den überra schenden Vorteil mit sich, dass eine Person, welche die Messung durchführt, einfach erken nen kann, ob die Anregung der Bearbeitung sanlage richtig durchgeführt wurde. Somit kann das Messergebnis verbessert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Anzeigemittel als optisches Anzeigemittel ausgebildet ist, wobei durch farblich unterschiedliche Darstellung die Güte des Schlages auf die Bearbei tungsanlage dargestellt wird oder dass das Anzeigemittel als akustisches Anzeigemittel ausge bildet ist, wobei durch unterschiedliche Töne oder Tonabfolgen oder durch unterschiedliche Lautstärken die Güte des Schlages auf die Bearbeitungsanlage dargestellt wird oder dass das Anzeigemittel als haptisches Anzeigemittel ausgebildet ist. Besonders derart ausgebildete An zeigemittel können in einer rauen Umgebung, wie etwa in einer Maschinenhalle einfach er kannt werden.
Insbesondere die Verwendung einer drahtlosen Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen der Messanordnung bringt eine überraschend einfache Handhabung mit sich. In Kombination mit einem Impulshammer mit einem Anzeigemittel führt dies zu überraschen präzisen Mess ergebnissen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass an der Bearbeitungsanlage zumindest eine Beschleuni gungssensoraufnahme ausgebildet ist, sodass der Beschleunigungssensor an einer festgelegten Aufnahmeposition und in einer festgelegten Aufnahmeausrichtung an der Bearbeitung sanlage aufgenommen wird.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Messrechner ein Modell der Bearbeitung san lage hinterlegt ist, wobei im Modell die Beschleunigungssensoraufnahme definiert ist und dass die aktuelle Lage und/oder Orientierung des Impulshammers relativ zum Beschleuni gungssensor ermittelt wird, wodurch die Auftreffposition des Impulshammers auf die Bear beitung sanlage errechnet wird.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Person, welche die Messung durchführt, eine belie bige Stelle der Bearbeitungsanlage anschlagen kann. Insbesondere kann es notwendig sein, dass zu Beginn der Messung ein Referenzhammerschlag in unmittelbarer Nähe des Sensors durchgeführt wird.
Dass das Bearbeitungswerkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, kann in einem ersten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert werden, dass das Werkstück stillsteht und das Bearbeitungswerkzeug bewegt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass das Bearbeitungswerkzeug ausschließlich um seine Rotationsachse rotiert und das Werkstück bewegt wird. In wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass sowohl das Bearbeitungswerkzeug, als auch das Werkstück gleichzeitig bewegt werden. Insbesondere kann hierbei vorgesehen werden, dass das Bearbeitungswerkzeug und das Werkstück in unterschiedlichen Achsen bewegt werden. Eine Bewegung des Bearbei tungswerkzeuges kann durch eine Drehbewegung um eine Drehführung oder durch eine Längs Verschiebung entlang einer Längsführung realisiert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die dynamische mechanische Belastung auf die Bearbei tungsanlage aufgebracht wird, während zumindest eine der Bewegungsachsen in Bewegung ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch die Bewegung einer der Bewegungsachsen der Bearbeitungsanlage die Haftreibung dieser bewegten Bewegungsachsen bereits überwun den ist und an der Bewegungsachse eine Rollreibung bzw. Gleitreibung anliegt. Damit kann das tatsächliche verhalten der Bearbeitungsanlage, wie es auch im Betrieb auftritt, erfasst wer den. Bei einer Anregung im Stillstand der Bearbeitung sanlage kann es aufgrund der Haftrei bung zu verfälschten Werten kommen.
Ferner kann ein Verfahren zum Warten einer Bearbeitungsanlage vorgesehen sein. Das Ver fahren umfasst die Verfahrensschritte:
- Verwenden einer Messanordnung an der Bearbeitung sanlage;
- Aufbringen einer dynamischen mechanischen Belastung auf die Bearbeitungsanlage;
- Auswerten des in der Messanordnung gemessenen Regelverhaltens der Bearbeitungsanlage;
- Vergleichen des in der Messanordnung gemessenen Regelverhaltens der Bearbeitung sanlage mit einem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Regelverhalten der Bearbeitungsanlage oder mit einem, auf Basis eines virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitung sanlage be rechneten, zu erwartenden Regelverhalten der Bearbeitungsanlage.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass mittels des Verfahrens ein fach festgestellt werden kann, wenn die Bearbeitungsanlage eine strukturelle Veränderung aufweist, welche auf ein Bauteilgebrechen Rückschlüsse ziehen lässt. Insbesondere kann vor gesehen sein, dass die Auswertung des Regelverhaltens, in periodischen Abständen durchge führt wird, um strukturelle Veränderungen an der Bearbeitung sanlage frühzeitig erkennen zu können. Insbesondere kann diese Analyse der Bearbeitung sanlage unter Verwendung der standardmäßig in der Bearbeitungsanlage verbauten Antriebe bzw. Sensoren erfolgen.
In einem kaskadiertem Regler sind eine Vielzahl von Regelkreisen mit Regelparameter vor- sehbar. Beispielsweise Stromregelung, Drehzahlregelung und weitere.
Eine dynamische mechanische Belastung im Sinne dieses Dokumentes kann beispielsweise ein extern zugefügter Schlag bzw. Impuls sein. Eine dynamische mechanische Belastung kann jedoch auch durch Bewegungen zumindest einer der Bewegungsachsen der Bearbeitungsan lage eingeleitet werden. Eine statische mechanische Belastung kann beispielsweise eine kon stant wirkende Kraft sein. Beide Begriffe lassen sich unter dem Oberbegriff mechanische Be lastung zusammenfassen.
Erfindungsgemäß ist eine Messvorrichtung ausgebildet. Die Messvorrichtung umfasst:
- einen Impulshammer;
- einen Beschleunigungssensor; - einen Messrechner, wobei der Impulshammer einen Kraftsensor zur Erfassung der Einwirk kraft und einen Sensor zur Erfassung der aktuellen Lage und/oder Orientierung des Impuls hammers aufweist, wobei der Beschleunigungssensor und der Impulshammer drahtlos mit ei nem Messrechner gekoppelt sind und in Echtzeit die Daten des Beschleunigungssensor und des Impulshammers an den Messrechner übermittelbar sind.
Die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit wird auch als Vorschubgeschwindigkeit bzw. als Verfahrgeschwindigkeit bezeichnet.
Die zweite Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit wird auch als Beschleunigung bezeichnet.
Die dritte Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Werkstückes nach der Zeit wird auch als Ruck bezeichnet.
Das Abstandmasseprodukt im Sinne dieser Anmeldung ergibt sich aus einer Masse, von wel cher der Massenschwerpunkt in einem Abstand zu einer Führung, insbesondere Längsführung oder Drehführung, angeordnet ist. Die betreffende Masse kann sich aus der Masse der beweg ten Teile der Bearbeitungsanlage an sich berechnen. Weiters kann vorgesehen sein, dass in der zur Berechnung des Abstandmasseproduktes herangezogenen Masse, die Masse des Bear beitungswerkzeuges ebenfalls berücksichtigt wird. Weiters kann vorgesehen sein, dass in der zur Berechnung des Abstandmasseproduktes herangezogenen Masse die Masse des Werkstü ckes ebenfalls berücksichtigt wird. Für die verschiedenen in der Bearbeitung sanlage vorhan denen Führungen können einzeln und unabhängig voneinander die Abstandmasseprodukte be rechnet werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass ein Basisabstandmasseprodukt definiert ist, bei welchem die Bewegungsvorgaben nicht durch die Modifikationsparameter angepasst werden, sondern die tatsächlich ausgeführten Bewegungen den Bewegungsvorgaben entsprechen. Bei einem gegenüber dem Basisabstandmasseprodukt erhöhten aktuellen Abstandmasseprodukt werden die Modifikationsparameter derart berechnet, dass sie die tatsächlich ausgeführten Bewegun gen, insbesondere die erste, zweite oder dritte Ableitung der Position des Bearbeitungswerk zeuges nach der Zeit, gegenüber den Bewegungsvorgaben verringern. Das Basisabstandmasseprodukt im Sinne dieser Anmeldung ist jenes Abstandmasseprodukt, bei welchem die maximal auf der Bearbeitungsanlage zulässigen Bewegungsvorgaben ausge führt werden können.
Ein virtuelles Realkörpermodell der Bearbeitungsanlage kann direkt auf Basis von Konstruk tionsdaten, daher direkt auf Basis des CAD-Modelles erstellt werden. Weiters ist es auch denkbar, dass das virtuelle Realkörpermodell der Bearbeitungsanlage auf Basis von Vermes sungsdaten der tatsächlich gefertigten Bearbeitung sanlage erstellt wird. Das virtuelle Realkör permodell der Bearbeitung sanlage kann Informationen von Geometriedaten der Bearbeitungs anlage enthalten. Weiters ist es auch denkbar, dass das virtuelle Realkörpermodell der Bear beitung sanlage Materialeigenschaften, wie etwa die Festigkeit oder die Dichte von einzelnen Bauteilen enthält.
In den Verschleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges kann die maximale Standzeit des Bear beitungswerkzeuges und die tatsächlich eingesetzte Ist-Einsatzzeit des Bearbeitungswerkzeu ges berücksichtigt werden. Weiters ist es auch denkbar, dass in den Verschleißdaten des Bear beitungswerkzeuges zusätzlich zur Ist-Einsatzzeit auch die jeweils vorgelegenen Belastungs parameter, wie etwa Schnitttemperatur, Schnittkraft, Schnittgeschwindigkeit, Spantiefe, zer spante Werkstoffe usw. berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Auftretedauer der je weiligen Belastungsparameter über die Zeit berücksichtigt werden.
In den Verschleißdaten der Bearbeitungsanlage kann die maximale Lebensdauer der Bearbei tungsanlage und die tatsächlich eingesetzte Ist-Einsatzzeit der Bearbeitungsanlage berücksich tigt werden. Weiters ist es auch denkbar, dass in den Verschleißdaten der Bearbeitung sanlage der Wartungszustand der Bearbeitungsanlage, die jeweils vorgelegenen Belastungsparameter, wie etwa auftretende Kräfte, auftretende Schwingungen usw. berücksichtigt werden. Insbe sondere kann die Auftretedauer der jeweiligen Belastungsparameter über die Zeit berücksich tigt werden.
Eine Zustandsraumdarstellung im Sinne dieses Dokumentes ist eine Methode der Analyse und Synthese dynamischer Systeme im Zeitbereich. Dabei werden sämtliche Beziehungen der Zu standsgrößen, der Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen in Form von Matrizen und Vektoren dargestellt. Das Zustandsraummodell wird durch zwei Gleichungen - die Zustandsdifferenzi algleichung erster Ordnung und die Ausgangsgleichung - beschrieben. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bearbeitungsan lage.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bearbeitungsan lage 1 zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken 8. Die Bearbeitungsanlage 1 weist ein Maschinengestell 2 auf, welches als Basis für die daran angebauten Bauteile dient.
Das Maschinengestell 2 ist in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur schematisch dargestellt. Es sei jedoch festgehalten, dass das Maschinengestell 2 am Aufstellungsort verankert sein kann. Darüber hinaus dient das Maschinengestell 2 natürlich zur Aufnahme sämtlicher Bau teile der Bearbeitung sanlage 1.
Weiters ist eine Spindelverstellvorrichtung 3 ausgebildet, welche am Maschinengestell 2 an geordnet ist bzw. mit diesem gekoppelt ist. Die Spindelverstellvorrichtung 3 weist einen Ar beitskopf 4 auf, an welchem eine Arbeitsspindel 5 gelagert ist. Die Arbeitsspindel 5 ist um eine Spindelachse 6 drehbar am Arbeitskopf 4 gelagert. Die Arbeitsspindel 5, dient zur Auf nahme eines Bearbeitungswerkzeugs 7 und weist hierzu eine Spannvorrichtung zur Aufnahme des Bearbeitungswerkzeugs 7 auf.
Die Arbeits spindel 5 ist mittels der Spindelverstellvorrichtung 3 in einer vertikalen Z- Achse 9, in einer horizontalen X-Achse 10 und in einer im rechten Winkel zur Z- Achse 9 und X- Achse 10 angeordneten Y-Achse 11 relativ zum Maschinengestell 2 verstellbar. Das Ausfüh rungsbeispiel der Bearbeitung sanlage 1 dient nur zur Veranschaulichung, wobei der Aufbau der Bearbeitungsanlage 1, insbesondere die Ausrichtung und Bewegungsmöglichkeit der Ach sen 9, 10, 11 sich natürlich auch anders ausgebildet sein kann.
Die Spindelverstellvorrichtung 3 weist eine Hauptverstelleinheit 12 auf, welche mittels einer X-Achsen-Linearführung 13 mit dem Maschinengestell 2 gekoppelt ist. Zur vereinfachten Veranschaulichung ist die X-Achsen-Linearführung 13 nur rudimentär dargestellt. Insbeson dere kann vorgesehen sein, dass die X-Achsen-Linearführung 13 vier Führung s schlitten bzw. Führung s schuhe aufweist, welche mit der Hauptverstelleinheit 12 gekoppelt sind und welche mit zwei Führungsschienen Zusammenwirken, die mit dem Maschinengestell 2 gekoppelt sind.
Durch die X-Achsen-Linearführung 13 ist die Hauptverstelleinheit 12 in Richtung der X- Achse 10 relativ bezüglich des Maschinengestells 2 verschiebbar.
Weiters kann vorgesehen sein, dass eine Höhenverstelleinheit 14 ausgebildet ist, welche mit tels einer Z-Achsen-Linearführung 15 mit der Hauptverstelleinheit 12 gekoppelt ist. Durch die Z-Achsen-Linearführung 15 ist die Höhenverstelleinheit 14 entlang der Z- Achse 9 relativ zur Hauptverstelleinheit 12 bzw. relativ zum Maschinengestell 2 verschiebbar.
Die Z-Achsen-Linearführung 15 kann ebenfalls eine Führungsschiene aufweisen, welche an der Hauptverstelleinheit 12 angeordnet ist und welche mit einem oder mehreren Führungs schlitten gekoppelt ist, die an der Höhenverstelleinheit 14 angeordnet sind.
Weiters ist eine Aus Schubeinheit 16 ausgebildet, welche mittels einer Y-Achsen-Linearfüh- rung 17 an der Höhenverstelleinheit 14 angeordnet ist. Mittels der Y-Achsen-Linearführung 17 ist die Aus Schubeinheit 16 in Richtung der Y-Achse 11 relativ zur Höhenverstelleinheit 14, zur Hauptverstelleinheit 12 und zum Maschinengestell 2 verschiebbar. Die Y-Achsen-Linear- führung 17 kann beispielsweise in Form eines Teleskoparmes ausgeführt sein. Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Y-Achsen-Linearführung 17 beispielsweise ebenfalls Führungsschlit ten umfassen, welche mit einer Führungsschiene gekoppelt sind.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Arbeitskopf 4 mittels einer Schwenklagerung 18 schwenkbar bezüglich einer Arbeitskopfschwenkachse 19 an der Ausschubeinheit 16 aufge nommen ist. In einer nicht dargestellten Alternativvariante kann vorgesehen sein, dass der Arbeitskopf 4 starr an der Ausschubeinheit 16 aufgenommen ist.
Durch den beschriebenen Aufbau der Spindelverstellvorrichtung 3 ist der Arbeitskopf 4 be züglich dem Maschinengestell 2 in der Z- Achse 9, in der X-Achse 10 und in der Y-Achse 11 verschiebbar sowie bezüglich der parallel zur Y-Achse 11 liegenden Arbeitskopfschwenk achse 19 verdrehbar.
Außerdem umfasst die Bearbeitung sanlage 1 eine Werkstückspannvorrichtung 20, welche zur Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke 8 dient.
Die Werkstückspannvorrichtung 20 weist zumindest einen ersten Werkstücktisch 21 auf. Der erste Werkstücktisch 21 ist bezüglich einer ersten Schwenkachse 22 relativ zum Maschinen gestell 2 verschwenkbar.
Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, ist eine Maschinensteuerung 23 vorgesehen, welche zur Steuerung der einzelnen Antriebe der Bearbeitungsanlage 1 dient. Die Maschinensteuerung 23 kann mit einem zentralen Rechner 24 gekoppelt sein, welcher zur Erstellung eines Pro grammablaufes dienen kann.
Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, weist beispielsweise die Ausschubeinheit 16 einen Massen schwerpunkt 25 auf, welcher in einem Abstand 26 zur Z-Achsen-Linearführung 15 der Hö henverstelleinheit 14 angeordnet ist. Aus der Multiplikation der Masse mit dem Abstand 26 ergibt sich das Abstandmasseprodukt. Die Größe der Masse der Ausschubeinheit 16 ist von der Masse des Bearbeitungswerkzeuges 7 abhängig.
Der Masse der Ausschubeinheit 16 werden alle mittels der Z-Achsen-Linearführung 15 ver schiebbaren Bauteile zugeordnet. Die Position des Massenschwerpunktes 25 der Aus schubeinheit 16 ist davon abhängig, wie weit die Aus Schubeinheit 16 ausgeschoben ist. Der Abstand 26 des Massenschwerpunktes 25 der Aus Schubeinheit 16 kann sich somit während dem Betrieb der Bearbeitung sanlage 1 verändern. Wenn nun der Abstand 26 des Massen schwerpunktes 25 der Ausschubeinheit 16 aufgrund der aktuellen Bearbeitungslage geringer ist, so ist auch das Abstandmasseprodukt geringer, wodurch an der X-Achsen-Linearführung 13 und an der Z-Achsen-Linearführung 15 eine erhöhte Beschleunigung erreicht werden kann, ohne dabei eine erhöhte Belastung auf die Bearbeitungsanlage 1 auszuüben. Analog dazu weist die Höhenverstelleinheit 14 einen Massenschwerpunkt 27 auf. Der Mas senschwerpunkt 27 der Höhenverstelleinheit 14 ist in einem Abstand 28 zur X-Achsen-Line- arführung 13 der Hauptverstelleinheit 12 angeordnet. Die Position des Massenschwerpunktes 27 der Höhenverstelleinheit 14 ist einerseits von der Position der Ausschubeinheit 16 sowie von der Position des Arbeitskopfes 4 sowie von der Masse des Bearbeitungswerkzeuges 7 ab hängig. Auch hier kann ein Abstandmasseprodukt berechnet werden, welches während dem Betrieb der Bearbeitungsanlage 1 variieren kann.
Die maximal möglichen Beschleunigungswerte der einzelnen Linearführungen 13, 15, 17 sind somit von der aktuellen Positionierung der Bearbeitung sanlage 1 abhängig und können somit zur Steigerung der Effizienz je nach Lage der einzelnen Masseschwerpunkte 25, 27 angepasst werden.
Natürlich kann mutatis mutandis zu den oben beschriebenen Masseschwerpunkten 25, 27 für jede weitere Linearachse ein Massenschwerpunkt berechnet werden. Weiters ist natürlich auch bei Drehachsen der Massenschwerpunkt zur Berechnung des Massenträgheitsmomentes relevant, wodurch die maximale Winkelbeschleunigung berechnet werden kann. Auch die maximale Winkelbeschleunigung kann je nach Größe des Massenträgheitsmomentes während dem Betrieb der Bearbeitung sanlage 1 angepasst bzw. variiert werden.
Lig. 1 zeigt außerdem eine Messanordnung 29 welche einen Beschleunigungssensor 30, einen Impulshammer 31 mit einem Anzeigemittel 32 und einen Messrechner 33 aufweist. Der Be schleunigungssensor 30 und der Impulshammer 31 können drahtlos mit dem Messrechner ge koppelt sein. Weiters kann vorgesehen sein, dass an der Bearbeitung sanlage 1 eine festgelegte Beschleunigungssensoraufnahme 34 ausgebildet ist, an welcher der Beschleunigungssensor 30 angeordnet wird.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Lachmannes liegt. Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung Bearbeitungsanlage 28 Abstand Führung Hauptverstel Maschinengestell leinheit Spindelverstellvorrichtung 29 Messanordnung Arbeitskopf 30 Beschleunigungssensor Arbeits spindel 31 Impulshammer Spindelachse 32 Anzeigemittel Bearbeitung s Werkzeug 33 Messrechner Werkstück 34 Beschleunigungssensoraufnahme Z-Achse X-Achse Y-Achse Hauptverstelleinheit X-Achsen-Linearführung Höhenverstelleinheit Z-Achsen-Linearführung Aus Schubeinheit Y - Achsen-Linearführung Schwenklagerung Arbeitskopf Arbeitskopfschwenkachse Werkstückspannvorrichtung erster Werkstücktisch erste Schwenkachse Maschinensteuerung zentraler Rechner Massenschwerpunkt Ausschubein heit Abstand Führung Höhenverstel leinheit Massenschwerpunkt Höhenverstel leinheit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitung sanlage (1) für die mechanische Bear beitung von Werkstücken (8), wobei in der Bearbeitungsanlage (1) ein Bearbeitungs Werkzeug (7) aufgenommen ist, wobei beim Bearbeiten des Werkstückes (8) das Bearbeitungswerkzeug (7) und das Werkstück (8) relativ zueinander bewegt werden und das Bearbeitungswerkzeug
(7) mit dem Werkstück (8) in Eingriff steht, wobei die Bewegungsvorgaben für die Bearbei tungsanlage (1) in eine Maschinensteuerung (23) eingegeben werden, dadurch gekennzeich net, dass die Bewegungsvorgaben computerimplementiert durch Modifikationsparameter an gepasst werden, sodass zumindest einzelne der tatsächlich ausgeführten Bewegungen der Be arbeitungsanlage (1) von den eingegebenen Bewegungsvorgaben abweichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationspara meter eine oder mehrere der folgenden Bewegungsvorgaben anpassen: die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/oder des Werkstückes
(8) nach der Zeit; die zweite Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/oder des Werkstückes (8) nach der Zeit; die dritte Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/oder des Werkstückes
(8) nach der Zeit; die Schnitttiefe; die Schnittgeschwindigkeit.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationsparameter auf Basis eines vorliegenden virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitungsanlage (1) unter Berücksichtigung der aktuellen Bearbeitungszustände und Bearbeitungspositionen berechnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Realkör permodell der Bearbeitung sanlage (1) durch folgende Verfahrensschritte erstellt wird:
- Erstellen eines Finite-Elemente-Modelles der Bearbeitungsanlage (1) auf Basis eines CAD- Modelles der Bearbeitungsanlage (1); - Durchführen einer Modalanalyse auf Basis des Finite-Elemente-Modelles der Bearbeitungs anlage (1);
- Erstellen eines Zustandsraummodelles, welches das physikalische Verhalten des Modelles repräsentiert, auf Basis der Modalanalyse;
- Fertigen der Bearbeitung sanlage (1) oder eines Prototypen der Bearbeitungsanlage (1) auf Basis des CAD-Modelles der Bearbeitungsanlage (1);
- Aufbauen einer Messanordnung (29) an der gefertigten Bearbeitung sanlage (1);
- Durchführen einer Modalanalyse, welche das physikalische Verhalten der gefertigten Bear beitung sanlage (1) repräsentiert, durch Aufbringen dynamischer mechanischer Belastungen an der gefertigten Bearbeitung sanlage (1) und erfassen der Schwingungen mittels der Messan ordnung (29);
- Anpassen des Zustandsraummodelles, sodass das physikalische Verhalten des Modelles in nerhalb einer Abweichung stoleranz zum physikalischen Verhalten der gefertigten Bearbei tungsanlage (1) liegt, wobei das angepasste Zustandsraummodell das virtuelle Realkörpermo dell der Bearbeitung sanlage (1) repräsentiert.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Realkör permodell der Bearbeitung sanlage (1) durch folgende Verfahrensschritte erstellt wird:
- Fertigen der Bearbeitung sanlage (1) oder eines Prototypen der Bearbeitungsanlage (1);
- Erstellen eines Neuronalen Netzes, wobei das Neuronale Netz das Schwingungs verhalten und das Verformung s verhalten der Bearbeitungsanlage (1) abbildet;
- Aufbauen einer Messanordnung (29) an der gefertigten Bearbeitung sanlage (1);
- Trainieren des Neuronalen Netzes durch Aufbringen mechanischer Belastungen an der ge fertigten Bearbeitung sanlage (1) während dem Stillstand und während dem Durchführen von Verfahrbewegungen und dabei erfassen des Schwingungsverhaltens und des Verformungsver haltens der Bearbeitung sanlage (1) mittels der Messanordnung (29) und Vergleich des mittels des Neuronalen Netzes für die Belastung vorhergesagten Verhaltens mit dem mittels der Messanordnung (29) gemessenen Verhaltens;
- Anpassen des Neuronalen Netzes;
- Erstellen des Realkörpermodelles der Bearbeitungsanlage (1) auf Basis des trainierten Neu ronalen Netzes.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein für eine Schwester bearbeitungsanlage erstelltes Neuronales Netz oder Zustandsraummodell als Basis für das Trainieren des Neuronalen Netzes oder des Zustandsraummodelles der aktuellen Bearbei tungsanlage (1) verwendet wird, wobei ein verkürzter Trainingsalgorithmus zum Anpassen des Neuronalen Netzes oder des Zustandsraummodelles zur Anwendung kommt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ausgewählte Bewegungsachsen der Bearbeitungsanlage (1) ein Geschwindigkeitsver stärkungsfaktor ermittelt wird, wobei in den Modifikationsparametem der Geschwindigkeits verstärkungsfaktor berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/oder des Werkstückes (8) nach der Zeit unter Berücksichtigung des Geschwindigkeitsverstärkungsfaktors angepasst wird, wobei Wertgren zen für die einzelnen Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren definiert werden und wobei die erste Ableitung der Position des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/oder des Werkstückes (8) nach der Zeit so groß als möglich gewählt wird, jedoch nur so groß gewählt wird, dass die Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren noch innerhalb der definierten Wertgrenzen liegen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (23) in Form einer CNC-Steuerung ausgebildet ist, wobei die Modifikationsparameter in der CNC-Steuerung berücksichtigt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Modifikationsparametern Verschleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges (7) und/o der der Bearbeitung sanlage (1) berücksichtigt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges (7) auf einem Speicherchip, wie etwa einem RFID-Chip direkt am Bearbeitungs Werkzeug (7) abgespeichert werden, oder dass die Bearbeitungsanlagen (1) mittels eines Netzwerkes mit einer zentralen Verschleißdatenbank verbunden sind und dass die Verschleißdaten des Bearbeitungswerkzeuges (7) in die Verschleißdatenbank übertragen werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Modifikationsparametern aktuelle Maschinendaten, wie etwa Umgebungstempera tur, Temperatur im Zerspanungsraum, aktuell anliegende Schnittkräfte, berücksichtigt wer den, wobei die Maschinendaten mittels Sensoren und/oder durch Ermittlung der Motorströme von Antriebsmotoren erfasst werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Modifikationsparametern die erreichte Oberflächenqualität bzw. die Genauigkeit von bereits an der Bearbeitungsanlage (1) gefertigten Werkstücken (8) berücksichtigt wird, wobei die bei bestimmten Bewegungsvorgaben und bestimmten Modifikationsparametern er reichte Oberflächenqualität bzw. Genauigkeit analysiert wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bearbeitungsanlagen (1) mittels eines Netzwerkes miteinander gekoppelt sind, wobei die Modifikationsparameter unter Berücksichtigung von Daten aus den anderen Bear beitung sanlagen (1) angepasst werden.
15. Bearbeitung sanlage (1) für die mechanische Bearbeitung von Werkstücken (8), wobei in der Bearbeitung sanlage (1) ein Bearbeitungs Werkzeug (7) aufnehmbar ist, wobei die Bearbeitung sanlage (1) eine Maschinensteuerung (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (23) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
16. Bearbeitung sanlage (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ein zelnen Bewegungsachsen der Bearbeitungsanlage (1) so ausgelegt sind, dass die Geschwin digkeitsverstärkungsfaktoren der einzelnen Bewegung Sachsen im Vergleich zueinander eine maximale Abweichung von 10 m/(min*mm), insbesondere von 5 m/(min*mm), bevorzugt von 0,3 m/(min*mm) aufweisen.
17. Verfahren zum Warten einer Bearbeitung sanlage (1) umfassend die Verfahrens schritte:
- Aufbauen einer Messanordnung (29) an der Bearbeitungsanlage (1);
- Aufbringen einer dynamischen mechanischen Belastung auf die Bearbeitungsanlage (1);
- Auswerten des in der Messanordnung (29) gemessenen Schwingungsverhaltens der Bearbei tung sanlage (1);
- Vergleichen des in der Messanordnung (29) gemessenen Schwingungsverhaltens der Bear beitung sanlage (1) mit einem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungs verhalten der Bearbeitungsanlage (1) oder mit einem, auf Basis eines virtuellen Realkörpermodelles der Bearbeitung sanlage (1) berechneten, zu erwartenden Schwingungsverhalten der Bearbeitungs anlage (1).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (29) zumindest einen Beschleunigungssensor (30) zur Erfassung einer Schwingung aufweist, wobei die Lage und die Position des Beschleunigungssensors (30) an der Bearbeitungsanlage (1) ermittelt wird und dass die dynamische mechanische Belastung mittels eines Impulsham mers (31) auf die Bearbeitung sanlage (1) aufgebracht wird, wobei der Impulshammer (31) ei nen Kraftsensor zur Erfassung der Einwirkkraft und einen Sensor zur Erfassung der aktuellen Lage und/oder Orientierung des Impulshammers (31) aufweist, wobei der Beschleunigungs sensor (30) und der Impulshammer (31) drahtlos mit einem Messrechner (33) gekoppelt sind und in Echtzeit die Daten des Beschleunigungssensors (30) und des Impulshammers (31) an den Messrechner (33) übermittelt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulshammer
(31) ein Anzeigemittel (32) aufweist, welches zur Anzeige der Güte des Schlages auf die Be arbeitungsanlage (1) dient.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigemittel
(32) als optisches Anzeigemittel ausgebildet ist, wobei durch farblich unterschiedliche Dar stellung die Güte des Schlages auf die Bearbeitung sanlage (1) dargestellt wird oder dass das Anzeigemittel als akustisches Anzeigemittel ausgebildet ist, wobei durch unterschiedliche Töne oder Tonabfolgen oder durch unterschiedliche Lautstärken die Güte des Schlages auf die Bearbeitungsanlage (1) dargestellt wird oder dass das Anzeigemittel als haptisches Anzei gemittel ausgebildet ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bearbeitungsanlage (1) zumindest eine Beschleunigungssensoraufnahme (34) ausgebildet ist, sodass der Beschleunigungssensor (30) an einer festgelegten Aufnahmeposition und in ei ner festgelegten Aufnahmeausrichtung an der Bearbeitungsanlage (1) aufgenommen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Messrechner (33) ein Modell der Bearbeitung sanlage (1) hinterlegt ist, wobei im Modell die Beschleunigungssensoraufnahme (34) definiert ist und dass die aktuelle Lage und/oder Orien tierung des Impulshammers (31) relativ zum Beschleunigungssensor (30) ermittelt wird, wodurch die Auftreffposition des Impulshammers (31) auf die Bearbeitung sanlage (1) errech net wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische mechanische Belastung auf die Bearbeitungsanlage (1) aufgebracht wird, wäh rend zumindest eine der Bewegungsachsen in Bewegung ist.
24. Verfahren zum Warten einer Bearbeitung sanlage (1) umfassend die Verfahrens schritte:
- Verwenden einer Messanordnung (29) an der Bearbeitungsanlage (1);
- Aufbringen einer dynamischen mechanischen Belastung auf die Bearbeitungsanlage (1);
- Auswerten des in der Messanordnung (29) gemessenen Regelverhaltens der Bearbeitungsan lage (1);
- Vergleichen des in der Messanordnung (29) gemessenen Regelverhaltens der Bearbeitungs anlage (1) mit einem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Regelverhalten der Bearbei tungsanlage (1) oder mit einem, auf Basis eines virtuellen Realkörpermodelles der Bearbei tungsanlage (1) berechneten, zu erwartenden Regelverhalten der Bearbeitungsanlage (1).
25. Messanordnung (29) umfassend:
- einen Impulshammer (31); - einen Beschleunigungssensor (30);
- einen Messrechner (33); dadurch gekennzeichnet, dass der Impulshammer (31) einen Kraftsensor zur Erfassung der Ein wirkkraft und einen Sensor zur Erfassung der aktuellen Lage und/oder Orientierung des Impulshammers (31) aufweist, wobei der Beschleunigungssensor (30) und der Impulshammer (31) drahtlos mit einem Messrechner (33) gekoppelt sind und in Echtzeit die Daten des Be schleunigungssensor (30) und des Impulshammers (31) an den Messrechner (33) übermittel bar sind.
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