DE2559039C3

DE2559039C3 - Device for determining the effective service life of a tool

Info

Publication number: DE2559039C3
Application number: DE19752559039
Authority: DE
Inventors: Masaharu Yokohama Terashima; Tameyasu Tokio Tsukada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1978-06-29
Also published as: JPS5424752B2; JPS5264079A; DE2559039B2; DE2559039A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Betriebslebensdauer eines Werkzeugs, mit einem Meßumformer zur Erzeugung einesThe invention relates to a device for determining the effective service life of a tool, with a transmitter to generate a

2'i elektrischen Signals entsprechend dem Bearbeitungswiderstand eines Werkstücks, einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des elektrischen Signals, einem Komparator zur Erzeugung eines Impulses, wenn das Ausgangssignal der Signalverarbei- 2'i electrical signal corresponding to the machining resistance of a workpiece, a signal processing device for processing the electrical signal, a comparator for generating a pulse when the output signal of the signal processing

in tungseinrichtung von einem vorbestimmten Bezugssignal abweicht, und einer Einrichtung zur Bestimmung der nutzbaren Betriebslebensdauer des Werkzeugs in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators.
Bei der Herstellung beispielsweise eines laminiertenin processing device deviates from a predetermined reference signal, and a device for determining the useful service life of the tool as a function of the output signal of the comparator.
When making a laminated one, for example

r> bedruckten Substrats mit einer dünnen Kupferfolie werden mit Hilfe von Bohrern zahlreiche kleine Bohrungen hergestellt. Güte und Genauigkeit der Oberfläche des laminierten Substrats nach dem Bohrvorgang, z. B. Oberflächenrauhigkeit, sowie dier> printed substrate with a thin copper foil Numerous small holes are made with the help of drills. Goodness and accuracy of the Surface of the laminated substrate after drilling, e.g. B. surface roughness, as well as the

4(i Haftung von Kunstharz werden durch die effektive Lebensdauer, d. h. den Abnützungsgrad des Bohrers stark beeinflußt. Mit anderen Worten: Solange der Bohrer scharf ist und eine ausgezeichnete Schnittfähigkeit besitzt, kann von der hergestellten Bohrung eine4 (i adhesion of synthetic resin are effective through the Lifetime, d. H. strongly influences the degree of wear of the drill. In other words: as long as the The drill bit is sharp and has excellent cutting ability

4-> ausgezeichnete Güte erwartet werden. Sobald der Bohrer jedoch einen gewissen Verschleiß zeigt, wird die Bohrungsfläche rauh bzw. grob, so daß Kunstharz an dieser groben bzw. rauhen Fläche haftet. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird häufig die Zahl der mit einem4-> Excellent kindness can be expected. Once the However, if the drill shows a certain wear, the bore surface becomes rough or coarse, so that synthetic resin adheres adheres to this coarse or rough surface. To avoid this disadvantage, the number of people with a

>o Bohrer durchzuführenden Arbeitsgänge auf einen vorbestimmten Wert von z. B. 3000 Bohrvorgängen beschränkt; sobald dann die vorbestimmte Arbeitsgangzahl erreicht ist, wird der Bohrer durch einen neuen ersetzt. Die Betriebslebensdauer der im Handel> o drill operations to be carried out on one predetermined value of e.g. B. 3000 drilling operations limited; as soon as the predetermined number of operations is reached, the drill is replaced with a new one. The operating life of the in trade

V) erhältlichen Bohrer unterliegt jedoch großen Schwankungen. Beispielsweise reicht die Betriebslebensdauer einiger Bohrer nur für 500 Bohrungen, während mit anderen Bohrern 5000 oder mehr Bohrungen gefertigt werden können. Wenn also die Lebensdauer einesV) available drill is subject to large fluctuations. For example, the service life of some drills is only sufficient for 500 holes while with other drills 5000 or more holes can be made. So if the lifespan of a

fan Bohrers durch die Zahl der mit ihm durchführbaren Arbeitsgänge bestimmt wird, besteht die Gefahr dafür, daß unter Verwendung abgenützter oder ungenau arbeitender Bohrer unzufncdenstellende laminierte Dnicksubstrate od. dgl. hergestellt werden.fan drill by the number of feasible with it Operations is determined, there is a risk of using worn or inaccurate working drill inconsistent laminated thin substrates or the like.

Bei einem anderen Verfahren zur Bestimmung ikr Betriebslebensdauer eines Bohrers wird die Form der beim Bohrvorgang anfallenden Späne als Grundlage fur diese Bestimmung herangezogen. Auch bei diesemAnother method of determining ikr The operating life of a drill is based on the shape of the chips produced during the drilling process this provision was used. Even with this one

Verfahren ist die Beziehung zwischen der Lebensdauer des Bohrers und der Form der Späne nicht maßgeblich. Vd außerdem eine solche Bestimmung normalerweise durch Sichtbeubachtung erfolgt, ist das Ergebnis dieser Bestimmung oder Bewertung nicht schlüssig. Die bisher angewandten Verfahren zur Überwachung der Betriebslebensdauer von Bohrern sind dah_'~ nicht genau, und sie erfordern umständliche Operationen.Procedure, the relationship between the life of the drill and the shape of the chips is not critical. If, in addition, such a determination is normally made by visual observation, the result of this determination or assessment is inconclusive. The methods previously used to monitor the service life of drills are therefore not accurate and require cumbersome operations.

Aus der f)T-AS 19 37 093 ist eine Recheneinrichtung zur Erzeugung eines für den Verschleiß eines (i«:schüi/ rohres charak.oristischen Signals bekannt, wobei die Recheneinrichtung so ausgebildet werden soll, daß sie zu jedem Zeitpunkt ein Signal für den Veischleiß/ustand des Rohres liefert, das in dem Geschützrechner verarbeitet werden kann, so daß bei jedem Schuß die verschleißabhängige Korrektur der Richtwerte erfolgen kann. LJm dies zu erreichen, ist an einen Multiplikator eingangsseiiig ein Feuerschalter und ein Wählschalter zur Einstellung eines Verschleißfaktors und ausgangsseitig ein Zähler zur Summierung der vom Multiplikator gebildeten Produkte angeschlossen. Der Feuerschalter kann mit dem Geschütz mechanisch verbunden sein und weiter kann der Zähler als Festkörperzähler ausgebildet sein, es kann an den Zähler ein permanenter Speicher angeschlossen werden. Demnach gelang dieser bekannten Einrichtung ein Multiplikator zur Anwendung der zum einen von einen, 'iierschalter und zum anderen von einem Wählschalter für die Einstellung der jeweiligen Munitionsart gespeist wird.From f) T-AS 19 37 093 a computing device is known for generating a signal characteristic of the wear of a ( i «: schüi / rohres), the computing device being designed so that it sends a signal for the Supplies the state of wear of the barrel, which can be processed in the gun computer so that the wear-dependent correction of the guide values can be made with each shot The fire switch can be mechanically connected to the gun and the counter can also be designed as a solid-state counter, a permanent memory can be connected to the counter. Accordingly, this known device succeeded in creating a multiplier for the application of the on the one hand, 'iierschalter and on the one hand another is fed by a selector switch for setting the respective type of ammunition.

Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung soll also der Grad des Verschleißes eines Geschützrohres, basierend auf einem vorbestimmten Koeffizienten ermittelt werden, und zwar auch in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Munition, um eine entsprechende Feuerleitkorrektur vornehmen zu können. Eine derartige Feuerleitkorrektur wird jedoch ungeachtet des Anfangszustandes des Geschützes bzw. Geschützrohres durchgeführt, und es läßt sich dann ein gutes Ergebnis erzielen, wenn das Geschützrohr zu Beginn in gutem Zustand ist. Wenn jedoch das Geschützrohr zu Beginn bereits einen schlechten Zustand aufweist, so führen die Messungen, bzw. die Feuerleitkorrekturen nicht mehr zu dem gewünschten Ergebnis.With the help of this known device, the degree of wear on a gun barrel should be based can be determined on a predetermined coefficient, also depending on the type of used ammunition in order to be able to make a corresponding fire control correction. Such a one Fire control correction is, however, regardless of the initial condition of the gun or barrel carried out, and a good result can be obtained if the gun barrel is in good condition at the beginning Condition is. However, if the gun barrel is in poor condition at the beginning, the Measurements or the fire control corrections no longer lead to the desired result.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Votrichtung zur Bestimmung der effektiven Betriebslebensdau-er eines Werkzeugs der eingangs definierten Art zu schaffen, mit deren Hilfe die Betriebslebensdauer automatisch und genau bestimmt werden kann.The object on which the invention is based is to provide an improved Votrichtung for Determination of the effective service life of a To create tool of the type defined at the outset, with the help of which the service life automatically and can be precisely determined.

Ausgehend von der Vorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bestimmungseinrichtung einen ersten Zähler zum Zählen der Impulse vom Komparator, einen zweiten Zähler zum Zählen eine" vorbestimmten Zahl von Messungen des Bearbeitungswider^tands des Werkstücks durch den Meßumformer und eine Einrichtung zum Vergleichen der Zählungen des ersten und des zweiten Zählers zur Bestimmung der nutzbaren Betriebslebensdauer des Werkzeugs aufweist.Based on the device of the type defined at the outset, this object is achieved according to the invention solved in that the determining device has a first counter for counting the pulses from the comparator, a second counter for counting a predetermined number of measurements of machining resistance of the workpiece by the transducer and means for comparing the counts of the first and the second counter for determining the useful service life of the tool.

Nach der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise 200 Bohrungen bei einem Werkstück ausgeführt. Dann wird ein Testwerkstück, welches materialmäßig und dickenmäßig dem Werkstück genau entspricht, in einer oder mehreren Probebohrungen durchbohrt, und es wird dabei der Bohrwiderstand gemessen. Wenn bei diesen Testbohrungen zwei oder mehrere Ergebnisse erhalten werden, gemäß welchen der Bohrwiderstand einen vorbestimmten Wert ubrrsclreitet, so wird der Bohrbetrieb angehalten, um das Werkzeug, bzw. den Bohrer auswechseln zu können. Es wird daher ein schlechter Zustand eines Werkzeugs bereits durch die erste Testbohrung angezeigt.According to the present invention, for example, 200 bores are made in a workpiece. Then a test workpiece, which corresponds exactly to the workpiece in terms of material and thickness, is placed in one or more test holes are drilled through, and the drilling resistance is measured. If at two or more results are obtained from these test holes according to which the drilling resistance If a predetermined value is exceeded, the Drilling stopped in order to be able to change the tool or the drill. It therefore becomes a bad condition of a tool already indicated by the first test hole.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß der Meßumformer einen Werkzeugkraftmesser aufweist, der einheitlich bzw. integral auf einem Werkstücktisch vorgesehen ist, welcher in senkrecht zueinander verlaufende X- und K-Richtungen verschiebbar ist. Der Meßumformer kann weiterhin eine Einrichtung für den schrittweisen Vorschub eines aus demselben Werkstoff wie das Werkstück bestehenden Prüflings bei jeder Messung oder Bestimmung der nutzbaren Lebensdauer des Werkzeugs aufweisen.In particular, the invention can experience an advantageous further development in that the measuring transducer has a tool dynamometer which is provided uniformly or integrally on a workpiece table, which can be displaced in X and K directions perpendicular to one another. The measuring transducer can furthermore have a device for the step-by-step advancement of a test object made of the same material as the workpiece for each measurement or determination of the useful life of the tool.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 4 bis 6.Further advantageous developments and refinements of the invention emerge from the claims 4 to 6.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungslorm der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Bohrkraftmeßgerät, das auf dem Tisch einer numerisch gesteuerten Bohrvorrichtung montiert ist,Fig. 1 is a plan view of a Bohrkraftmeßgerät on the table of a numerically controlled drilling device is mounted,

F i g. 2 einen Schnitt zur Darstellung des Aufbaus des Bohrkraftmessers gemäß Fig. 1,F i g. 2 shows a section to illustrate the structure of the drilling force meter according to FIG. 1,

Fig. i und 4 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des Bohrkraftmessers gemäß F i g. 2,FIGS. I and 4 are schematic representations for explaining the working principle of the boring dynamometer according to FIG. 2,

F i g. 5 und b graphische Darstellungen der Wellenformen der mittels des Bohrkraftmessers gemäß F i g. 2 ermittelten Drehmoment- und Schubkräfte,F i g. 5 and b graphical representations of the waveforms of the by means of the drill force meter according to FIG. 2 determined torque and thrust forces,

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung undF i g. 7 shows a block diagram of an embodiment of the invention and

Fig. 8 bis 14 graphische Darstellungen von Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 7.Figs. 8-14 are graphical representations of signal waveforms to explain the mode of operation of the device according to FIG. 7th

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zur Bewertung oder Bestimmung der nutzbaren b?w. effektiven Betriebslebensdauer eines Bohrers enthält einen Bohrkraftmesser, der als Detektor zur Lieferung eines elektrischen Signals dient, welches den Widerstand bei einem Bohrvorgang angibt. Der Bohrkraftmesser dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer Spannung, welche der Größe des während des Bohrvorgangs durch den Bohrer auf das Werkstück ausgeübten Drehmoments oder Schubs proportional ist. Der Bohrkraftmesser ist auf dem Tisch 2 einer numerisch gesteuerten Bohrvorrichtung 1 (Fig. 1) montiert, auf dem auch ein als laminiertes bedrucktes (Schaltungs)- Substrat dargestelltes Werkstück montiert ist. Der Bohrkraftmesser 4 weist einen Hauptkörper 5 und eine Werkstück-Vorschubvorrichtung 7 auf, die für den automatischen Vorschub eines Prüflings 6 mit derselben Konstruktion wie das Substrat 3 dient. Die Vorschubvorrichtung 7 weist einen Impuls- bzw. Schrittschaltmotor 8, eine von letzterem angetriebene Gewindespindel 9 und einen durch deren Drehung verschiebbaren Schieber bzw. Gleitstück 10 auf. Bei eingeschaltetem Motor 8 wird der Schieber 10 in Richtung auf den Körper 5 verschoben, so daß der Prüfling 6 bei jeder Messung des Bohrwiderstands schrittweise über ein vorbestimmtes Stück durch den Körper 5 weitergeschoben wird. Der Motor 8 wird dabei in Übereinstimmung mit dem Programm des numerischen Steuersystems betneben. Beispielsweise wird der Tisch 2 längs einer A-Achsc Il und einer V-Achse 12 so verschoben, daß der Bohrer, wenn er imThe device shown in the figures for evaluating or determining the usable b? W. Effective working life of a drill includes a drill dynamometer that acts as a detector on delivery an electrical signal is used, which indicates the resistance during a drilling process. The drill dynamometer is used to generate an electrical signal with a voltage which is the size of the during the The torque or thrust applied by the drill to the workpiece is proportional to the drilling process. The drilling dynamometer is on the table 2 of a numerically controlled drilling device 1 (Fig. 1) mounted on which a workpiece shown as a laminated printed (circuit) substrate is also mounted is. The boring dynamometer 4 has a main body 5 and a workpiece feed device 7, which for the automatic advance of a test piece 6 with the same construction as the substrate 3 is used. the Feed device 7 has a pulse or stepping motor 8, one driven by the latter Threaded spindle 9 and a slide or slider 10 which can be displaced by its rotation. at switched on motor 8, the slide 10 is moved in the direction of the body 5, so that the Test item 6 for each measurement of the drilling resistance step by step over a predetermined distance through the Body 5 is pushed further. The engine 8 will operate in accordance with the program of the numerical control system. For example the table 2 is along an A-Achsc II and one V-axis 12 shifted so that the drill when it is in

laminierten Substrat 3 etwa 200 Bohrungen hergestellt IkH. in cine Position über dem Körper 5 des ltohrkralt messeis 4 gebiaeht wird, linier diesen bedingungen uiril dünn der Hohl widerstand beim Bohrvorgaiif. .ein Piüfling f> erstmals gemessen. Jiui nach Abschluß dieser Messung wird der Impuls- oder Schrittschaltmotor durch die numerische Steueranlage eingeschaltet, um den Prüfling 6 um einen Schritt aufwärts /ti verschieben. In diesem Zustand wiru dann die /weite liohrwidcrslandsmcssung durchgehen Diese Messungen erfolgen nacheinander, und wenn \ ici liohrwidcrstandsmessungcn durchgeführt worden sind, wird der lisch 2 verschoben, um den Hohrer in die nächste Bohr position am Substrat 3 zu bringen, oder der Hohrer wird, je nach dem Ergebnis der Messung, durch einen neuen Hohrer ersetztlaminated substrate 3 made about 200 holes IkH. in a position above the body 5 of the ltohrkralt messeis 4, line it conditions uiril thin the hollow resistance at Bohrvorgaiif. .a Piüfling f> measured for the first time. Jiui after this measurement is completed, the pulse or Stepping motor switched on by the numerical control system to the test object 6 by one step move up / ti. We are in this state Go through the / wide ear resistance survey These measurements are taken one after the other, and when \ ici ear resistance measurements have been carried out, the table 2 is moved to the listener in the to bring the next drilling position on the substrate 3, or the Hohrer will, depending on the result of the measurement, through replaced a new earpiece

Im folgenden sind die Konstruktionseinzclheilen des Körpers 5 des Bohrkraftmessers 4 anhand der I·' i g. 2 bis 4 erläutert. Gemäß I" ig. 2 besteht eier Körper 5 aus einem bodenseitig geschlossenen, zylindrischen Gehäuse 21. das an seiner Innenwand mit einer Schulter 22 versehen ist. Der Rand 23a einer Membran 23 ist dabei mittels Schrauben 21a an der Schulter 22 befestigt. Die Membran 23 besitzt einen dicken Umfangs-Rand 23a und einen dicken Mittelteil 236, die durch einen dünnen Stegabschnitt 23c miteinander verbunden sind, welcher die Membran in lotrechter Richtung flexibel macht. Der starr ausgebildete Mittelteil 23b ist in seinem Zentrum mit einem Anguß 23c/versehen.In the following, the structural details of the body 5 of the force meter 4 are shown on the basis of FIGS. 2 to 4 explained. According to Fig. 2, a body 5 consists of a cylindrical housing closed at the bottom 21. which is provided with a shoulder 22 on its inner wall. The edge 23a of a membrane 23 is included attached to shoulder 22 by means of screws 21a. the Diaphragm 23 has a thick peripheral edge 23 a and a thick central part 236, by a thin Web portion 23c are connected to one another, which makes the membrane flexible in the vertical direction. Of the Rigid central part 23b is provided with a gate 23c / in its center.

Unter dem Mittelteil 23r> der Membran 23 ist ein flachscheibcnförmiges Tragglied 24 angeordnet, und /wischen beide Teile ist ein schubmessendes piezoelektrisches Clement PX eingefügt. Das Tragglied 24 wird durch eine Vorbelastungseinstellschraube 25, die durch den Boden des Gehäuses 21 hindurchgeschraubt ist. nach oben gedrückt. Der Prüfling 6 wird durch einen Halter 26 gehalten, dessen Außenumfang von einer kreuzförmigen Feder 27 gehaltert wird. Diese Feder unterstützt auf die in F i g. 3 gezeigte Weise den Halter 26 über das Gehäuse 21. Die offene Oberseite des Gehäuses 21 ist durch einen zweckmäßigen Deckel 28 verschlossen.A flat disk-shaped support member 24 is arranged under the central part 23r> of the membrane 23, and a thrust-measuring piezoelectric element PX is inserted between both parts. The support member 24 is secured by a preload adjustment screw 25 threaded through the bottom of the housing 21. pushed up. The test specimen 6 is held by a holder 26, the outer circumference of which is held by a cross-shaped spring 27. This spring supports the in F i g. 3, the holder 26 over the housing 21. The open top of the housing 21 is closed by a suitable cover 28.

An der Unterseite des Halters ist ein Ansatz 26a vorgesehen, welcher drehbar einen Ansatz 23e an der Oberseite des Mittelteils 236der Membran 23 aufnimmt. Zwischen die beiden Ansätze 26a und 23e ist ein drehmomentmessendes piezoelektrisches Element Pl eingefügt. Gemäß F i g. 3 erfolgt die Einstellung des Vordrucks bzw. der Vorbelastung mit Hilfe einer am Ansatz 23e angreifenden Einstellschraube 30. Zwischen den Halter 26 und die Oberseite des Angusses 23c/ ist eine Stahlkugel 31 eingesetzt, die eine gleichmäßige bzw. reibungsarme Drehung des Halters gewährleiste: und die gleichzeitig zur Schubübertragung dient.An extension 26a is provided on the underside of the holder which rotatably receives an extension 23e on the upper side of the central part 236 of the membrane 23. A torque-measuring piezoelectric element P1 is inserted between the two lugs 26a and 23e. According to FIG. 3, the pre-pressure or the pre-load is set with the aid of an adjusting screw 30 acting on the shoulder 23e. A steel ball 31 is inserted between the holder 26 and the top of the sprue 23c /, which ensures a smooth or low-friction rotation of the holder: and the serves at the same time to transmit thrust.

Der Bohrwiderstand beim Bohren des Prüflings 6 wird mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Bohrkraftmessers wie folgt ermittelt: Der Prüfling 6 wird auf die in F i g. 2 gezeigte Weise am Halter 26 befestigt, und ein Bohrer D wird, wie durch den Pfeil C gezeigt, in Abwärtsrichtung vorgeschoben, während er auf die durch den Pfeil B angedeutete Weise in Drehung versetzt wird. Bei der auf diese Weise erfolgenden Einleitung eines Bohrvorgangs werden auf den Prüfling 6 ein Drehmoment und ein Schub ausgeübt.The drilling resistance when drilling the test specimen 6 is determined as follows with the aid of the drill force meter described above: The test specimen 6 is adjusted to the position shown in FIG. 2 is attached to the holder 26, and a drill D is advanced in the downward direction as shown by arrow C while it is rotated in the manner indicated by arrow B. In FIG. When a drilling process is initiated in this way, a torque and a thrust are exerted on the test specimen 6.

Die Richtung des Drehmoments ist ebenfalls durch den Pfeil B (Fig.3) angedeutet. Das piezoelektrische Drehmomentmeßelement P2 ist dabei zwischen dem Ansatz 23c der Membran 23 und dem Ansatz 26a des Halters 2b \eispannl. inlolgedcsseii wird das Element l'2 durch einen dem aul ilen l'iiillmg 6 wirkenden Drehmoment entsprechenden Druck \erpreßt, so daß es ein entsprechendes elektrisches Signal er/eugl. Dm ei ι \ υ rwendung eines Pi iiiiiiigs 6 aus den. gleichen Werksioll wie das Werkstück kann ohne weiteres /u icdem beliebigen /cilnuiikt der Abnutzungsgrad b/w. die ι est liche Hctrichslebcn.sdauer des Hohrcrs bestimmt werden I i g "> \eranschaulicht ein Beispiel fur eine Wellenform eines elektrischen Signals, welches das Drehmoment lür den lall angibt, daß ein ultrafilter Hohrer mit einem Durchmesser \on 0.8 mm bfi einer Drehzahl \on HO (M)(I U/min und einer Vorsehubgeschw liidigkeil von 0.03 mm/1 fnidrehung eine Bohrung durch ein laminiertes gedrucktes b/w. Drucksubstrat 1 herstellt. Während der Drehmomentmessung wirkt die Membran 23 als starrer Körper in Diehricluung des Bohrers. Die Drehbewegung des Halters 2b wird dutch die kreuzförmige Feder ermöglicht.The direction of the torque is also indicated by arrow B (FIG. 3). The piezoelectric torque measuring element P2 is between the extension 23c of the membrane 23 and the extension 26a of the holder 2b \ eispannl. inlolgedcsseii the element 2 by a l'the aul ilen l'iiillmg 6 acting torque corresponding pressure \ wrung, so that a corresponding electrical signal, he / Eugl. When using a Pi iiiiiiigs 6 from the. the same factory target as the workpiece can easily / u icdem any / cilnuiikt the degree of wear b / w. The actual duration of the earphone's duration can be determined I ig "> \ illustrates an example of a waveform of an electrical signal, which indicates the torque for the case that an ultrafiltered earphone with a diameter \ of 0.8 mm for a speed \ on HO (M) (IU / min and a feed rate of 0.03 mm / 1 rotation produces a hole through a laminated printed b / w. Print substrate 1. During the torque measurement, the membrane 23 acts as a rigid body in the rotation of the drill Holder 2b is made possible by the cross-shaped spring.

Der beim Bohrvorgang auf den Prüfling 6 einwirkende Schub beaufschlagt das piezoelektrische Schubmeßelement /'1 auf dem Tragglied 24 über den Halter 26. die Stahlkugel 31 und die Membran 23 (vgl. Fig. 4). Dabei verlagert sich der Halter 26 unter Halterung durch die kreuzförmige Feder 27 abwärts, so daß er einen dem Schub entsprechenden Druck auf das piezoelektrische Element P\ ausübt, wobei sich die Membran 23 aufgrund ihrer beschriebenen Konstruktion in lotrechter Richtung durchbiegen kann. Hierbei erzeugt das piezoelektrische Element /'Il ein elektrisches Signal entsprechend dem den Prüfling 6 beaufschlagenden Schub. Fig. b veranschaulicht ein Beispiel für eine .Schubkurve, die unter den gleichen Bedingungen bestimmt wurde wie die Kurve gemäß !•'ig. 5.The thrust acting on the test specimen 6 during the drilling process acts on the piezoelectric thrust measuring element / '1 on the support member 24 via the holder 26, the steel ball 31 and the membrane 23 (cf. FIG. 4). The holder 26 is displaced downwards while being held by the cross-shaped spring 27 so that it exerts a pressure on the piezoelectric element P \ corresponding to the thrust, the membrane 23 being able to bend in the vertical direction due to its construction described. Here, the piezoelectric element / 'II generates an electrical signal corresponding to the thrust acting on the test object 6. Fig. B illustrates an example of a .Schubkurve, which was determined under the same conditions as the curve according to! • 'ig. 5.

Wie erwähnt, können also Drehmoment und Schub ohne weiteres anhand der von den piezoelektrischen Elementen P2bzw. Pl gelieferten elektrischen Signale ermittelt werden, während die Vorbelastungseinstellungcn vor der Messung ohne weiteres durch Verdrehen der Einstellschraube 30 und 25 vorgenommen werden können.As mentioned, torque and thrust can easily be determined from the piezoelectric Elements P2 or Pl supplied electrical signals can be determined while the preload adjustments can easily be carried out by turning the adjusting screw 30 and 25 prior to the measurement can.

Da der den Bohrwiderstand messende Bohrkraftmesser gemäß F i g. 1 auf dem in Richtung der Achse X und Y verschiebbaren Tisch montiert ist, braucht das Werkstück bei jeder Messung oder Bestimmung der nutzbaren Lebensdauer des Bohrers nicht vom Tisch gelöst zu werden, wodurch der Meßvorgang vereinfacht wird. Infolgedessen können jederzeit genaue Bohrungen gewährleistet werden, wie dies bei der Bearbeitung von laminierten bedruckten Substraten bzw. Schaltungsplatten besonders wünschenswert ist.Since the drilling force meter measuring the drilling resistance according to FIG. 1 is mounted on the table movable in the direction of the X and Y axes, the workpiece does not need to be detached from the table for each measurement or determination of the useful life of the drill, which simplifies the measuring process. As a result, precise bores can be guaranteed at all times, as is particularly desirable when processing laminated, printed substrates or circuit boards.

Gemäß F i g. 7 werden die von den piezoelektrischen Elementen P\ und P 2 abgegebenen Signale einzeln oder gemeinsam als Ausgangssignal des Bohrkraftmessers 40 an einen Verstärker 41 angelegt. Es ist jedoch zu beachten, daß der Bohrkraftmesser 40 nicht auf die beschriebene Konstruktion beschränkt ist. Da das Ausgangssignal des Bohrkraftmessers 40 eine niedrige Spannung besitzt und komplizierte, vom Bohrvorgang herrührende Komponenten enthält, wird die Wellenform des Signals nach der Verstärkung des Ausgangssignals im Verstärker 41 durch ein Filter 42 geformt. In der folgenden Beschreibung wird ein vom piezoelektrischen Element P1 erzeugtes Schubsignal als das Signal zur Bestimmung des Bohrwiderstands vorausgesetzt. Nach der Verstärkung besitzt das Schubsignal die Wellenform gemäß F i g. 8. und nach der Formung durchAccording to FIG. 7, the signals emitted by the piezoelectric elements P 1 and P 2 are applied individually or jointly to an amplifier 41 as the output signal of the drilling force meter 40. It should be noted, however, that the boring dynamometer 40 is not limited to the construction described. Since the output signal of the force meter 40 is low in voltage and contains complicated components resulting from the drilling operation, the waveform of the signal is shaped by a filter 42 after the output signal is amplified in the amplifier 41. In the following description, a thrust signal generated by the piezoelectric element P 1 is assumed as the signal for determining the drilling resistance. After amplification, the thrust signal has the waveform shown in FIG. 8. and after molding through

das Filter besitzt es die geglättete Wellenform gemäß Fig.9. Im Fall von Fig.9 besitzt das Filter eine Abschalt- oder Grenzfrequenz von 1000 Hz; bei Verwendung eines Tiefpaßfilters mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz wird jedoch die noch weiter geglättete Wellenform gemäß Fig. 10 erhalten. Selbstverständlich können der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers 41 und die Grenzfrequenz des Filters 42 je nach den Anwendungsbedingungen auf beliebige Werte festgelegt werden.the filter has the smoothed waveform according to Fig. 9. In the case of Figure 9, the filter has a Cut-off or cut-off frequency of 1000 Hz; at However, using a low pass filter with a cutoff frequency of 100 Hz will do that even further A smooth waveform as shown in Fig. 10 was obtained. Of course the gain coefficient of the amplifier 41 and the cutoff frequency of the filter 42 can depending can be set to any value according to the conditions of use.

Das Ausgangssignal des Filters 42 wird durch einen Integrator 43 integriert und dann an den einen Eingang eines !Comparators 44 angelegt. An den anderen Eingang des (Comparators 44 wird eine Bezugsspannung Eo angelegt, so daß dieser Komparator ein Ausgangssignal an einen Zähler 45 liefert, wenn das Ausgangssignal £1 des Integrators größer ist als die Bezugsspannung Eo- The output signal of the filter 42 is integrated by an integrator 43 and then applied to one input of a comparator 44. A reference voltage Eo is applied to the other input of the comparator 44, so that this comparator supplies an output signal to a counter 45 when the output signal £ 1 of the integrator is greater than the reference voltage Eo-

Die Fig. 11 und 12 veranschaulichen die Beziehung zwischen dem Schub eines Bohrers und der Zahl von Bohrvorgängen. F i g. 11 zeigt dabei die Schubkurve beim ersten Bohrvorgang, bei dem der maximale Schub etwas mehr als 0,5 kg beträgt. Bei der 8000. Bohrung steigt der Schub dagegen gemäß Fig. 12 auf etwa 1,2 kg an; dies bedeutet, daß sich der maximale Schub aufgrund von Bohrerverschleiß auf etwa das Doppelte erhöht hat. Diese Daten wurden mit einem Bohrer mit 0,8 mm Durchmesser ermittelt, der mit einer Drehzahl von 80.000 U/min bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,03 mm/Umdrehung betrieben wurde. Der Pegel der Ausgangsspannung Ei des Integrators 43 variiert ebenfalls in Abhängigkeit von der Größe des Schubs. Wenn der Scl.ub daher z. B. gemäß F i g. 11 klein ist, ist das Integrator-Ausgangssigna! E/ ebenfalls klein, d. h. es Hegt z.B. bei etwa 3,5V gemäß Fig. 13. Bei gemäß Fig. 12 ansteigendem Schub wird das Integrator-Ausgangssignal dagegen groß, und es erreicht z. B. gemäß Fig. 14 etwa 8,5V. Aus diesem Grund ist es durch Einstellung einer zweckmäßigen Bezugsspannung Eo möglich, ein Ausgangssignal vom Komparator 44 zu erhalten, wenn die nutzbare Lebensdauer des Bohrers erreicht ist und der Schub einen vorbestimmten Wert überschritten hat Obgleich in den Figuren nicht dargestellt, sind zweckmäßige Einrichtungen zur Änderung der Bezugsspannung Eo in Abhängigkeit von den jeweiligen Arten des Bohrers und des Werkstücks vorgesehen.Figures 11 and 12 illustrate the relationship between the thrust of a drill and the number of drilling operations. F i g. 11 shows the thrust curve during the first drilling process, in which the maximum thrust is a little more than 0.5 kg. At the 8000th bore, however, the thrust increases to about 1.2 kg according to FIG. 12; this means that the maximum thrust has increased to about double due to drill wear. These data were determined with a drill with a diameter of 0.8 mm, which was operated at a speed of 80,000 rpm at a feed rate of 0.03 mm / revolution. The level of the output voltage Ei of the integrator 43 also varies depending on the magnitude of the thrust. If the Scl.ub therefore z. B. according to FIG. 11 is small, the integrator output signal is! E / is also small, ie it is, for example, at about 3.5V as shown in FIG. 13. With increasing thrust as shown in FIG. B. according to FIG. 14 about 8.5V. For this reason, by setting a suitable reference voltage Eo, it is possible to obtain an output signal from the comparator 44 when the useful life of the drill is reached and the thrust has exceeded a predetermined value. Although not shown in the figures, suitable means for changing the Reference voltage Eo is provided depending on the respective types of the drill and the workpiece.

Der Zähler 45 ist ein auf einen Inhalt von 2 voreingestellter 4-Bit-Zähler, der durch ein Übertragungsausgangssignal von einem 4-Bit-Zähler 46 rückgestellt wird, welcher eine vorbestimmte Zahl von Bohrwiderstandsmessungen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Bohrkraftmessers 40 zählt Der Zweck der Verwendung der Kombination aus zwei Zählern 45 und 46 besteht in der statistischen Verarbeitung variierender Widerstände bei den Bohrvorgängen, um dabei das Ende der Betriebslebensdauer des Bohrers entsprechend dem Verhältnis zwischen der Zahl der vom Zähler 46 gezählten Messungen No und der Zahl von Messungen /Vi im Fall von Eo< E₁ zu bewerten. Beim vorliegenden Beispiel, bei dem die Beziehung Eq< Ei bei der Durchführung von vier Messungen mehr als zweimal erscheint, erzeugt der auf 2 voreingestellte 4-Bit-Zähler 45 ein Übertragausgangssignal, das als das Signal zur Angabe des Endes der BetriebslebensdauerThe counter 45 is a 4-bit counter preset to a content of 2 which is reset by a transmission output from a 4-bit counter 46 which counts a predetermined number of drilling resistance measurements in response to the output of the drilling force meter 40. The purpose of use the combination of two counters 45 and 46 consists in the statistical processing of varying resistances in the drilling operations in order to determine the end of the working life of the drill according to the ratio between the number of measurements No counted by the counter 46 and the number of measurements / Vi in the case of Eo <E ₁ to be assessed. In the present example, where the relationship Eq <Ei appears more than twice when taking four measurements, the 4-bit counter 45, preset to 2, generates a carry output signal which is used as the signal indicating the end of the service life

ι« des Bohrers benutzt wird, um der numerischen Steueranlage ein Befehlssignal zum Unterbrechen des Bohrvorgangs und zum Auswechseln des Bohrers einzugeben. Falls kein Ubertragungssignal durch den Zähler 45 erzeugt wird, wird der numerischenι «of the drill is used to send a command signal to the numerical control system to interrupt the Enter the drilling process and for changing the drill. If no transmission signal through the Counter 45 is generated, becomes the numeric

i^r> Steueranlage über einen Umsetzer 47 ein Befehlssigna! zur Fortsetzung des Bohrvorgangs übermittelt. Wenn bei der Vorrichtung gemäß F i g. 4 die Ergebnisse der ersten beiden von vier Messungen der Bedingung Eo< Ei entsprechen, erzeugt der Zähler 45 ein Übertragsignal, bevor der Zähler 46 ein Rückstellsignal anlegt und dadurch den Bohrvorgang unterbricht. In diesem Fall wird zur Rückführung der Gesamtanlage in den Zustand vor Einleitung der Messung von der numerischen Steueranlage ein Frei-Signal zu den Zählern 45 und 46 geliefert, wenn der Bohrvorgang unterbrochen oder der Bohrer ausgewechselt wird.i ^r > control system via a converter 47 a command signal! transmitted to continue drilling. If in the device according to FIG. 4 the results of the first two of four measurements correspond to the condition Eo <Ei , the counter 45 generates a carry signal before the counter 46 applies a reset signal and thereby interrupts the drilling process. In this case, the numerical control system sends a free signal to the counters 45 and 46 when the drilling process is interrupted or the drill is replaced to return the entire system to the state before the measurement was initiated.

Die Messung des Bohrwiderstandes wird beispielsweise bei jedem 200. Bohrvorgang vorgenommen, und die Bohrarbeiten werden unter der Steuerung durch die numerische Steueranlage fortgeführt, bis das Ende der nutzbaren Betriebslebensdauer des Bohrers erreicht oder der Bohrvorgang an einem Werkstück abgeschlossen ist.
Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Bohrkraftmesser zur Messung des beim Bohren erzeugten Widerstands verwendet wird, kann jede beliebige andere Meßeinrichtung verwendet werden, welche die Änderung einer physikalischen Größe, wie der Schneidtemperatur und der Zahl der Umdrehungen der Antriebswelle, infolge Abnützung des Bohrers als eine elektrische Größe festzustellen vermag. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch die nutzbare Betriebslebensdauer eines beliebigen anderen Schneidwerkzeugs, z. B. eines Bohrkopfes oder Schneidstahls, ermittelt werden. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Werkstück-Zufuhrvorrichtung und einer Werkzeugwechselvorrichtung kombiniert wird, kann eine vollautomatisch arbeitende Bohrmaschine gebildet werden.The drilling resistance is measured, for example, every 200th drilling operations, and the drilling operations are continued under the control of the numerical control system until the end of the useful working life of the drill is reached or the drilling operation on a workpiece is completed.
While a boring dynamometer is used to measure the resistance generated in drilling in the embodiment described above, any other measuring means can be used which can determine the change in physical quantity such as the cutting temperature and the number of revolutions of the drive shaft due to wear of the drill as one able to determine electrical quantity. With the device according to the invention, the useful service life of any other cutting tool, e.g. B. a drill head or cutting steel can be determined. If the device according to the invention is combined with a workpiece feed device and a tool changing device, a fully automatic drilling machine can be formed.

so Selbstverständlich ist das Werkstück nicht auf ein laminiertes bedrucktes Substrat bzw. eine gedruckte Schaltungsplatte beschränkt. In jedem Fall sollte jedoch der Prüfling 6 aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das Werkstück, weil der Prüfling zur Darstellung desselben Bearbeitungswiderstands wie beim Werkstück herangezogen wird.So of course the workpiece is not on a laminated printed substrate or a printed one Circuit board limited. In any case, however, the test item 6 should consist of the same material as the workpiece, because the test object shows the same machining resistance as the workpiece is used.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the effective service life of a tool, with a Transmitter for generating an electrical signal according to the processing resistance a workpiece, a signal processing device for processing the electrical signal, a comparator for generating a pulse when the output signal of the signal processing means deviates from a predetermined reference signal, and means for determining the usable service life of the tool depending on the output signal of the! comparator, characterized in that the determining device includes a first counter (45) for counting the pulses from the comparator (44), a second counter (46) for counting a predetermined number of measurements of the machining resistance of the workpiece by the transducer and means for comparing the counts of the first and second counters (45, 46) to determine the useful service life of the tool.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the transducer has a tool dynamometer (F ig. 2, Pl, P2) which is provided uniformly or integrally on a workpiece table which is displaceable in mutually perpendicular X and V directions is.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the transmitter further comprises a Device (7, 8, 9, 10) for the step-by-step feed of one made of the same material as that Workpiece existing test piece (6) for each measurement or determination of the useful life of the tool.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the transducer is a tool force meter with a housing (21) of a rigid central part having membrane (23) which is arranged in the housing (21) in a horizontal position and with its peripheral edge on the housing (21) is attached, a test specimen holder (26) for holding a test specimen (6) close to the surface of the membrane, the holder being rotatable about the axis of the membrane (23) and movable in a vertical direction, one of the holder (26) projecting below the first projection (26a) of a facing of the diaphragm (23) upwardly projecting and the first projection (26a) of the second projection (23e), a between the two lugs (26a, 23c) inserted first piezoelectric element (P2) for Torque measurement and a second piezoelectric element (Pl) inserted between the housing (2J) and the underside of the membrane (23).

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Signrlververarbeitungeinrichtung (FIG. 7) an amplifier (41) for amplifying the electrical output from the measuring transducer (40) Signal, a low pass filter (42) for removing the high frequency component from the output signal of the amplifier, an Iiiiegi ator (43) for integrating of the output signal of the low-pass filter (42) each time a measurement is carried out and one Has means for applying the output signal of the integrator (43) to the comparator (44).

b Device according to claim 1, characterized in that that the first counter (45) is set or set. that he has a first carry signal a count corresponding to the total number of measurements generated during a measurement cycle, and is preset to a predetermined count that the second counter (46) a second carry signal generated to reset the first counter (45) when the second counter (46) reaches the total counted from measurements of the machining resistance on the workpiece, and that the determining device a device for supplying the first carry signal as a processing shutdown command signal and a converter for converting or converting the first carry signal to generate a command signal for the Has continued processing.