DE102022132336B4

DE102022132336B4 - Verfahren zur sicheren Detektion von Vibrationen des Bohrkörpers eines Bohrers beim Bohrvorgang

Info

Publication number: DE102022132336B4
Application number: DE102022132336.6A
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2025-12-24
Anticipated expiration: 2042-12-07
Also published as: DE102022132336A1

Abstract

Verfahren zur sicheren Detektion von Vibrationen des Bohrkörpers eines Bohrers beim Bohrvorgang, wobei im Bohrkörper Kühlmittelbohrungen vorgesehen sind, über die ein Kühlmittelschmierstoff zur Kühlung des Bohrers beim Bohrvorgang unter Druck über ein Kühlmittelschmierstoffsystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder der Durchfluss im Kühlmittelschmierstoffsystem unmittelbar vor dem Bohrer mit einem oder mehreren Sensor(en) erfasst wird und die Messwerte des Sensors/der Sensoren in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, um über Druckschwankungen und/oder der Durchflussschwankungen, die als Rattern bezeichneten Vibrationen, sicher zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Detektion des Bohrerverhaltens, des Bohrkörpers und des Bohrers beim Bohrvorgang.
Aus der EP 1 748 859 B1 ist ein Bohrer bekannt, der zur Kühlung des Bohrers in den Bohrkörper eingearbeitete Kühlmittelbohrungen aufweist.
Aus der DE19942440A1 ist ein weiterer Bohrer mit innenliegenden Kühlmittelbohrungen bekannt, bei dem die Schneidspitze so geformt ist, dass ein Rattern beim Bohrvorgang möglichst verhindert wird. Als Rattern werden störende Vibrationen des Bohrers beim Bohrvorgang bezeichnet, die insbesondere die Qualität einer Bohrung negativ beeinflussen.
Aus der DE102010026947B3 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Bohrwerkzeugs das Rattern verringert wird. Erfasst wird das Rattern mit einem Sensor an der Bohrmaschine.
Das Dokument DE 10 2007 053 644 B4 offenbart ein Verfahren zur Prozessüberwachung bei Bohrvorgängen, insbesondere beim Tiefbohren, bei dem der Vorschub des Bohrwerkzeugs in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Kühlschmierstoffs geregelt wird. Fällt die Durchflussmenge unter einen Referenzwert, was auf einen Spänestau hindeutet, wird der Vorschub reduziert, um einen Werkzeugbruch zu vermeiden.
Das Dokument DE 10 2009 031 166 A1 offenbart ein formgebendes Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise eine Bohrstange, das mit mehreren integrierten Vorrichtungen zur Prozessüberwachung ausgestattet ist. Diese umfassen eine optische Überwachung mittels einer Kamera, eine akustische Überwachung mittels eines Mikrofons sowie eine Überwachung von Schwingungen und Vibrationen über Sensoren, um den Bearbeitungsvorgang direkt an der Bearbeitungsstelle zu kontrollieren.
Das Dokument DE 202 05 861 U1 offenbart eine Bohreinrichtung mit einem mehrschneidigen Bohrwerkzeug, das über mindestens zwei Zuleitungskanäle für Kühl-Schmierstoff verfügt. Um Verstopfungen durch Späne zu verhindern, sind den Kanälen voneinander unabhängige Kühl-Schmierstoff-Versorgungseinrichtungen, wie separate Pumpen oder ein Mengenteiler, zugeordnet. Dies ermöglicht es, bei einer Verstopfung in einem Kanal den Druck gezielt zu erhöhen, um die Blockade zu lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine sichere Detektion des Ratterns ermöglicht und die es ermöglicht, wenn ein Rattern detektiert wird entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung ist es, das Rattern durch Messung des Drucks und oder des Durchflusses im Kühlmittelschmierstoff-Versorgungssystem sicher zu erfassen.
In vorteilhafter Weise wird der Druck und oder der Durchfluss des Kühlmittelschmierstoffs unmittelbar vor dem Bohrer messtechnisch erfasst.
Nachfolgen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 Bohrer beim Schneidvorgang.

Der Bohrer weist innenliegende Kühlmittelbohrungen auf, die bis zur Schneide des Bohrers reichen, wo der Kühlmittelschmierstoff austritt. Neben der Kühlung der Schneiden dient der Kühlmittelschmierstoff auch zum Abtransport von Spänen aus dem Bohrloch.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung nochmals näher erläutert.
An den Bohrerschneiden entstehen hohe Schnittkräfte, welche ein Drehmoment auf den Bohrer erzeugen.
Bedingt durch die geometrische Form des Bohrers verlängert sich dieser mit ansteigendem Drehmoment, verursacht durch die Zerspanungskräfte.
Dies, bis der Span wieder bricht, dadurch verringert sich das Drehmoment und der Bohrer verkürzt sich wieder bis zum nächsten Spandickenzuwachs. Dieser Effekt verursacht das bekannte „Rattern“ eines Bohrers, welches wesentlich für die Bohrlochqualität verantwortlich ist.
Dieses „Rattern“ verursacht eine Druck- und Durchfluss Schwankung im KSS Versorgungssystem, was erfindungsgemäß messtechnisch optimal erfasst wird.
Je dichter der Messpunkt an der Schneide liegt, desto exakter wird die Messung mittels Druck- und oder Strömungssensoren.
Mit Prozessaufzeichnungen des „gut“ Zustandes oder anderer vorhandener Erfahrungswerte, kann durch Vergleich mit den aktuellen Messwerten folgendes erreicht werden:

Im einfachsten Falle kann dadurch ein Bohrerbruch verhindert werden, indem ein Vorschubstopp bei Grenzwertüberschreitung erfolgt.

Bohrerschneiden Verschleissgrenzenerkennung, auch prediction
Im Werkstück/Werkstoff können Lunker, Spalte, inhomogene Stellen durch abfallenden Gegendruck oder Änderung des Druckschwingungsprofiles des Kühlmittels erkannt werden. Dadurch besteht eine Optimierungsmöglichkeit des Bohrvorganges durch direkte Rückmeldung der Bohrsituation.
Vorschub/Drehzahl Optimierung durch Erkennung/Verhinderung von „Rattern“
Frühestmögliches Erkennen von Resonanzen und/oder das Aufschwingen von Maschine oder Werkstücken, um die Drehzahl oder Vorschub in Echtzeit so zu verändern, dass solche schädlichen Arbeitsbereiche weitgehendst vermieden werden. Durch KI oder einfache Fensterdefinition können für zukünftige Bohrvorgänge die relevanten Parameter ermittelt werden. Optimierung von KSS Menge/Druck oder Fehlererkennung (durch Soll Ist Abweichung und Regelung)
Auch die Schnittleistung, die Standzeit der Schneide und der Sicherheitsabstand zu einem Bohrerbruch kann dadurch beeinflusst werden.
Schneid- und Standzeitverlängerung von Schneide und Werkzeug Überhitzung oder Beschädigung vom Werkstück oder Bohrer kann effektiv verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Idee kann bei vielen anderen Schneiden, welche die KSS Zuführung unter Druck direkt an (in) der Schneide (Spanformgeber) haben, eingesetzt werden.
Bohr- und Schneidvorgänge werden oft mittels Kraft- und Schwingungsmessung erfasst und optimiert. Dies funktioniert einigermaßen gut bei großen Bohrern, die in kleinen und mittleren Spindeln gehalten werden.
Generell hat diese Anordnung dazu große Vorteile bei großen Verhältnissen von Bohrer/Schneidwerkzeug zu Einspannung/Spindel/Maschine.
In vorteilhafter Weise ist der Drucksensor in unmittelbarer Nähe zum Bohrer vorgesehen. Der Drucksensor (0-100bar, Dynamik 10-90% in 2ms) wird in der Bohrerhalterung eingebaut und über Induktionskoppler während des Betriebes abgefragt.
Als alternativer Einbauort für den Drucksensor ist kann die Drehdurchführung für Werkzeugmaschinen dienen. Dadurch wird die Dynamik bei sehr kleinen Werkzeugen/Bohrern etwas verringert, weil die Messung weiter von der Schneide entfernt stattfindet. Die innere Kühlmittelzufuhr durch die Elektrospindel erfordert eine qualitativ hochwertige Drehdurchführung. Zu den wichtigsten Parametern für die richtige Auswahl der Drehdurchführung gehören: - Durchzuführendes Medium (d.h. Kühlschmiermittel, Minimalmengenschmierung, Luft, Schneidöl), - Drehzahl der Maschine, - Druck und Temperatur, - Verbindung mit der Maschine: Läufer mit Gewinde, steckbarer Läufer mit gehäusegetragener Ausführung oder lagerloser Dichtsatz - Filtrierung des Mediums.
Neben diesen Parametern sind auch die Platzverhältnisse zur Montage der Drehdurchführung zu berücksichtigen. Drehdurchführungen mit Wälzlagern haben den Vorteil, dass sie einfach an der Spindel zu installieren sind.

Claims

Verfahren zur sicheren Detektion von Vibrationen des Bohrkörpers eines Bohrers beim Bohrvorgang, wobei im Bohrkörper Kühlmittelbohrungen vorgesehen sind, über die ein Kühlmittelschmierstoff zur Kühlung des Bohrers beim Bohrvorgang unter Druck über ein Kühlmittelschmierstoffsystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder der Durchfluss im Kühlmittelschmierstoffsystem unmittelbar vor dem Bohrer mit einem oder mehreren Sensor(en) erfasst wird und die Messwerte des Sensors/der Sensoren in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, um über Druckschwankungen und/oder der Durchflussschwankungen, die als Rattern bezeichneten Vibrationen, sicher zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor in der Bohrerhalterung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor in einer an der Werkzeugmaschine vorgesehenen Drehdurchführung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Sensors/der Sensoren beim Bohrvorgang kontinuierlich erfasst werden und mit gespeicherten Messwerten, die von als fehlerfrei klassifizierten Bohrvorgängen stammen, verglichen werden.