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Die
Erfindung betrifft das Ermitteln oder Vorhersagen, dass ein Werkzeug
bricht, das zur Bearbeitung von Werkstücken aus dem gleichen Material in
die gleichen Formen oder zur stetigen Bearbeitung einer großen Zahl
an Werkstücken,
wie Teilen mit den gleichen Spezifikationen, verwendet wird, nach der
Präambel
des Anspruchs 1.
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Die
Schneide eines in einer Werkzeugmaschine verwendeten Werkzeugs nutzt
sich in der Regel ab. Der Schneidwiderstand steigt mit der Zeit,
in der das Werkzeug zur Bearbeitung verwendet wird. Mit zunehmendem
Verschleiß verschlechtert
sich die Bearbeitungsgenauigkeit. Die für das Werkstück erforderliche
festgelegte Bearbeitungsgenauigkeit kann nicht mehr aufrechterhalten
werden. Dann erreicht das Werkzeug das Ende seiner Lebensdauer.
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Als
Vorrichtung zum Ermitteln eines anomalen Werkzeugzustands, der das
bevorstehende Ende seiner Lebensdauer aufgrund von vielstündiger automatischer
Bearbeitung anzeigt, hat man vorgeschlagen, dass ein zulässiger oberer
Grenzwert P3 und ein zulässiger
unterer Grenzwert P4 für
eine Referenzwellenform P2 erhalten werden. Die Abweichung der Lastschwankung
mit der Zeit bei einem Bearbeitungszyklus von diesem zulässigen Bereich
wird überwacht,
wie in 1 dargestellt. Die Referenzwellenform P2 wird
direkt aus den Lastdaten P1 bei einem Bearbeitungszyklus von einem
Werkstück erhalten,
indem die Lastdaten P1 einer Verarbeitung mit gleitenden Durchschnitten
unterworfen werden, oder aus Durchschnittswerten von Lastdaten mehrerer
Werkstücke.
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Es
gibt beispielsweise einen bekannten Stand der Technik, wobei eine
Last während
der Modellbearbeitung in Zeitabständen innerhalb einer festgelegten
Zeit geprüft
und als Referenzlastwerte gespeichert wird, zulässige Lastschwankungswerte gespeichert
werden, Lastwerte bei stetiger Bearbeitung ermittelt werden, der
Referenzlastwert und der ermittelte Lastwert an den einander entsprechenden Ermittlungszeiten
miteinander verglichen werden und eine Warnung ausgegeben wird, übersteigt
der ermittelte Lastwert den zulässigen
Wert (siehe japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift 52-95386).
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Eine
weitere bekannte Vorrichtung ermittelt einen anomalen Werkzeugzustand,
wobei Lastschwankungen in Verbindung mit Rotationsbewegung und Lastschwankungen
in Verbindung mit Vorschubbewegung beim normalen Schneiden jeweils als
Normalsignale gespeichert werden, beim stetigen Schneiden ermittelte
Lastschwankungen und die Normalsignale mit der Zeit miteinander
verglichen werden und eine Warnung ausgegeben wird, dauert eine
von einem voreingestellten zulässigen
Bereich abweichende Lastschwankung für einen festgelegten Zeitraum
an (siehe japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift 58-126042).
Bei dieser Vorrichtung wird eine Maschine sofort oder nach Beendigung
des Schneidvorgangs gestoppt, je nachdem, ob die Warnung durch eine
anomale Last bei der Rotationsbewegung oder eine anomale Last bei
der Vorschubbewegung verursacht wurde.
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Es
gibt noch ein weiteres bekanntes Verfahren zur Ermittlung eines
anomalen Maschinenzustands, wobei Vibrationswerte, Temperaturen, Stromwerte
und dgl. bei einem Arbeitsschritt gemessen und als Referenzwerte
in einer Zeitabfolge gespeichert werden, ermittelte Werte in einem
folgenden Betriebszyklus und die Referenzwerte jeweils in der Zeitabfolge
miteinander verglichen werden und eine Warnung ausgegeben wird,
weicht ein Unterschied zwischen ihnen von einem eingestellten unteren
und oberen Grenzwert ab (siehe japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
6-201398).
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Bei
dem oben beschriebenen Stand der Technik werden die Lastwellenformdaten,
die in einer Zeitabfolge bei stetigem Betrieb ermittelt werden, und
die Referenzwellenformdaten miteinander verglichen. Es gibt aber
auch einen bekannten Stand der Technik, bei dem nicht die gesamten
Wellenformdaten, sondern charakteristische Punkte der Wellenformdaten
extrahiert und zur Ermittlung eines anomalen Zustands miteinander
verglichen werden. Zum Beispiel gibt es eine bekannte Erfindung,
wobei in einer Spezialmaschine oder einer numerisch gesteuerten
Maschine zur Bearbeitung einer großen Zahl an bestimmten Teilen
eine durchschnittliche Wellenform oder Lastwellenformen bei mehreren
Scheidvorgängen
erhalten wird, zulässige
Bereiche für
die Zeitpunkte (die vom Bearbeitungsbeginn an verstrichene Zeit)
von Kämmen
und Einbuchtungen der durchschnittlichen Wellenform eingestellt
werden und ein anomaler Werkzeugzustand sowie der Zeitpunkt zum Ersetzen
des Werkzeugs dadurch vorhergesagt werden können, ob Kämme und Einbuchtungen im Lastwellenformmuster
bei normaler Bearbeitung im eingestellten zulässigen Bereich liegen, ob ein
Lastwert in einem eingestellten Abschnitt des Lastwellenformmusters
eingestellte Unter- und Obergrenzen nicht übersteigt, ob ein integrierter
Wert der Lastwerte in dem eingestellten Abschnitt des Lastwellenformmusters
eingestellte Unter- und Obergrenzen nicht übersteigt, ob eine Bearbeitungszeit
vom Beginn der Bearbeitung eine eingestellte zulässige Zeit nicht übersteigt
und dgl. (siehe japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift 59-107843).
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Seit
neuestem erfolgt Schneiden schnell, bei hoher Rotations- und Vorschubgeschwindigkeit
des Werkzeugs und mit kurzer Zyklusdauer. Damit bei dieser Bearbeitung
der Lastzustand eines Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung verfolgt
werden kann, muss die Last in kurzen Prüfintervallen von etwa mehreren
Millisekunden oder weniger geprüft
werden, und diese mehreren Lasten müssen einer Verarbeitung mit
gleitenden Durchschnitten und dgl. unterzogen werden, so dass Schwankungen
in den Daten auf grund von Rauschsignalen von einem Motor oder einem
Lager einer Hauptwelle beseitigt werden. Deshalb erlangen die als
Referenzwerte gespeicherten Referenzwellenformdaten eine hohe Dichte
und erfordern hohe Speicherkapazität. Es ist schwierig, eine Echtzeit-Vergleichsverarbeitung
durchzuführen, befindet
sich das Werkzeug in einem anomalen Zustand.
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Zudem ändern sich
die an einem Hauptwellenmotor ermittelte Drehmomentlast und die
an einem Vorschubwellenmotor ermittelte Schublast je nach Änderungen
in der Rotationsgeschwindigkeit der Hauptwelle und/oder in der Vorschubgeschwindigkeit
einer Vorschubwelle bei Änderung
der Schneidbedingungen, sogar wenn die gleiche Maschine, das gleiche
Arbeitsmaterial, das gleiche Werkzeug und die gleiche Schneidflüssigkeit
verwendet werden. Daher ist es in der Praxis schwierig, geeignete
Schwellen zur Beurteilung einer Werkzeugbruchdrehmoment- und/oder
einer -axial-last im Voraus gleichmäßig einzustellen. Aus diesem
Grund werden in der Praxis ein Werkzeugbruchdrehmoment- und/oder -axiallastwert
bei Gelegenheit und gewöhnlich
vor der Durchführung
einer tatsächlichen Bearbeitung
unter Verwendung von Werten eingestellt, die auf Erfahrungen früherer Benutzer
oder Messwerten aus einer Testbearbeitung basieren. Dieser Schritt
ist äußerst schwierig.
Zudem ändern sich
die Kurven für
die oben genannte am Hauptwellenmotor ermittelte Drehmomentlast
und die am Vorschubwellenmotor ermittelte Schublast je nach dem absoluten
Lastwert in einem frühen
Stadium und der Art und Weise, wie die Last sich in einem mittleren Stadium
erhöht,
einfach weil das Werkstück
(das zu bearbeitende Material) oder das Werkzeug gegen ein Werkstück oder
ein Werkzeug mit den gleichen Spezifikationen ausgetauscht wird.
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Diese
Art ist anhand von Drehmoment-/Schublastverlaufskurven in den 2(a) und 2(b) dargestellt.
Die horizontale Achse in 2(a) zeigt,
wie viele Male das Werkzeug verwendet wurde. Die vertikale Achse
zeigt die am Hauptwellenmotor ermittelte Drehmomentlast oder die
am Vorschubwellenmotor ermittelte Schublast. Eine Kurve C1 zeigt
den Verlauf eines Durchschnittswertes von Drehmoment/Schub, werden
Arbeitsmaterialien a1 mit einem Werkzeug b1 in die gleichen Bearbeitungsformen
geschnitten. Eine Kurve C2 zeigt den Verlauf eines Durchschnittswertes
von Drehmoment/Schub, werden Arbeitsmaterialien a2 (mit den gleichen
Spezifikationen wie das Arbeitsmaterial a1) mit einem Werkzeug b2
(mit den gleichen Spezifikationen wie das Werkzeug b1) in die gleichen
Bearbeitungsformen geschnitten. Mit x sind Punkte bezeichnet, an denen
die Werkzeuge gebrochen sind.
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Die
Diagramme (i), (ii), (iii) und (iv) in 2(b) zeigen
jeweils Lasten, die in einem Bearbeitungszyklus und in einem Abschnitt,
der in 2(a) mit einem Kreis markiert
und mit einem Pfeil bezeichnet ist, ermittelt wurden. Auf der horizontalen
Achse steht t für
die Zeit, auf der vertikalen Achse ist die Last (Drehmoment/Schub)
angegeben.
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Siehe 2(a): Die Kurven C1 und C2 unterscheiden
sich voneinander im Durchschnittswert der Lasten in einem Bearbeitungszyklus,
den Durchschnittswerten der Lasten bei Bearbeitungszyklen in einem
frühen
Stadium und in der Aufwärtsneigung des
Durchschnittswertes für
die Lasten bei Bearbeitungszyklen in einem mittleren Stadium. Siehe 2(b): Das Lastmuster in einem Bearbeitungszyklus
verändert
sich zudem, seitdem das Werkzeug erstmals eingesetzt wurde und je öfter das
Werkzeug benutzt wird. Wird (werden) also zu Beginn der (die) Werkzeugbruchdrehmoment-
und/oder -stoßwert(e) eingestellt,
die als Schwelle eingestellt werden müssen, die als Kriterium zur
Ermittlung oder Vorhersage von Werkzeugbruch dient, kann nicht vorhergesagt werden,
dass das Werkzeug bricht, oder es wird in einigen Fällen geurteilt,
dass sich das Werkzeug in einem anomalen Zustand befindet, wenn
dies nicht zutrifft.
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Zudem
variiert in einigen Fällen
die Last während
der Bearbeitung je nach dem bearbeiteten Gegenstand. Beispielsweise
kommt es beim Bohren oder Gewindeschneiden zu einer großen Wellenformschwankung
in einem Bearbeitungszyklus bei speziellem Bohren oder Gewindeschneiden,
zum Beispiel bei der Herstellung eines Underfill-Lochs, wobei an
einem Mittelpunkt bei der Bearbeitung ein ungeschnittener Bereich
belassen wird, wie in 3(a) gezeigt,
bei der Herstellung sich schneidender Löcher, wie in 3(b) gezeigt,
bei der Herstellung aufeinander folgender Löcher, wie in 3(c) gezeigt,
bei der Herstellung eines Durchgangslochs zur Herstellung eines
Lochs an einer Position, an der in einem unter Verwendung einer
Form hergestellten Werkstück
bereits ein Loch gebildet wurde, wie in 3(d) gezeigt,
und bei der Herstellung eines Lochs in einem Werkstück, das
aus Laminierungsmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften
besteht, wie in 3(e) gezeigt. Wird
in diesem Fall eine Schwelle zur Ermittlung eines anomalen Zustands
auf Basis eines Durchschnittswertes von Lasten bei einem Bearbeitungszyklus
ermittelt, ist es schwierig, einen anomalen Zustand und dgl. des Werkzeugs
festzustellen.
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Ein
früheres
Beispiel für
eine Vorrichtung zur Ermittlung oder Vorhersage, dass ein in einer
Werkzeugmaschine eingesetztes Werkzeug bricht, ist in US-A-5 857
166 offenbart. Diese Bezugsstelle offenbart die Verwendung eines
Abschnitts von einer Schneidlastwellenform beim Schneiden in einem
Bearbeitungszyklus als Kriterium zur Ermittlung oder Vorsage von
Brechen und bildet den Gegenstand der Präambel des beigefügten Anspruchs
1.
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Außerdem offenbart
EP-A-1 166 960 das Ermitteln einer Bearbeitungsanomalität in Abhängigkeit von
einer Lastzunahmerate, die einen festgelegten Wert übersteigt.
US-A-5 780 725 offenbart
die Verwendung mehrerer Kriterien zur Abschätzung der Lebensdauer eines
Schneidwerkzeugs in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine,
indem auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Störlastdrehmomente ermittelt
und das von dem Schneidwerkzeug bearbeitete Material sowie seine
Verwendungsdauer berücksichtigt
werden.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung bereitgestellt zum Ermitteln oder Vorhersagen, dass
ein in einer Werkzeugmaschine verwendetes Werkzeug bricht, wie im
Anspruch 1 definiert.
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Die
Lastzustandswerte, auf deren Basis die gleitenden variablen Schwellen
erhalten werden, können
Lastzustandswerte sein, die in einem Bearbeitungszyklus unmittelbar
oder eine Mehrzahl Zyklen vor dem gegenwärtigen Bearbeitungszyklus erhalten
wurden, oder ein Durchschnitt von Lastzustandswerten in jeweiligen
Bearbeitungszyklen in allen Bearbeitungszyklen von einem ersten
Bearbeitungszyklus bis zu dem Bearbeitungszyklus unmittelbar vor
dem gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus oder in einer Mehrzahl Bearbeitungszyklen vor
dem gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus.
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Wird
die Erfindung auf die stetige Bearbeitung von Werkstücken angewendet,
wie Teile mit den gleichen Spezifikationen, kann die Einrichtung
zum Aktualisieren und Erhalten der gleitenden variablen Schwelle
die gleitenden variablen Schwellen auf Basis der Lastzustandswerte
aktualisieren und erhalten, die in einem Bearbeitungszyklus für ein vorhergehendes
Werkstück
bei einer Bearbeitungsposition berechnet wurden, die der Bearbeitungsposition
im gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus entspricht. Dann kann der Bearbeitungszyklus,
in dem die gleitenden variablen Schwellen erhalten werden, ein Bearbeitungszyklus
von einem Werkstück
unmittelbar vor einem gegenwärtigen
Werkstück
oder Bearbeitungszyklen von einer Mehrzahl an Werkstücken vor
einem gegenwärtigen
Werkstück
bei einer Bearbeitungsposition sein, die der gegenwärtigen Bearbeitungsposition
entspricht. Jede gleitende variable Schwelle kann erhalten werden
auf Basis des Durchschnitts der Lastzustandswerte für alle Werkstücke von
dem zuerst bearbeiteten Werkstück
bis zu dem unmittelbar vor dem gegenwärtigen Werkstück bearbeiteten Werkstück oder
eine Mehrzahl Werkstücke,
die vor dem gegenwärtigen
Werkstück
bearbeitet wurden.
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Jede
gleitende variable Schwelle kann erhalten werden durch Multiplizieren
des erhaltenen Lastzustandswerts mit einem festgelegten Koeffizienten oder
durch Addieren eines festgelegten Werts zu dem Lastzustandswert.
Die Vorrichtung kann zudem eine Einrichtung umfassen zum Liefern
einer Anweisung, dass ein hörbarer
Alarm und/oder ein Warnlicht aktiviert wird/werden, oder eine Einrichtung
zum Liefern einer Anweisung, dass das Werkzeug ersetzt oder der
Betrieb der Maschine gestoppt werden soll, ermittelt die Einrichtung
zum Ermitteln eines anomalen Werkzeugzustands, dass ein anomaler
Werkzeug vorliegt. Die Einrichtung zum Ermitteln eines anomalen
Werkzeugzustands kann ermitteln, dass ein anomaler Werkzeugzustand
vorliegt, wenn ein Lastzustandswert im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus eine
gleitende variable Schwelle übersteigt
oder kleiner wird als eine gleitende variable Schwelle. Im Hinblick
auf den Abschnitt der Schneidlastwellenform und den Maximalwert
(Absolutwert) der Steigung von dem Abfall in der Schneidlast können eine
erste gleitende variable Schwelle und eine zweite gleitende variable
Schwelle erhalten werden, die kleiner als die erste gleitende variable
Schwelle ist, und es kann geurteilt werden, dass ein anomaler Werkzeugzustand vorliegt, übersteigt
der Lastzustandswert im gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus die erste gleitende variable Schwelle oder wird
der Lastzustandswert im gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus kleiner als die zweite gleitende variable Schwelle.
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Die
Schneidlastermittelungseinrichtung kann eine Last einer Vorschub-
oder Hauptwelle, auf die die Schneidlast ausgeübt wird, durch einen Beobachter
ermitteln oder durch einen Antriebsstrom für einen Motor zum Antreiben
einer Vorschubwelle oder einen Motor zum Antreiben einer Hauptwelle,
auf die die Schneidlast ausgeübt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Ausführungsform
der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform anhand
der beigefügten
Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt/zeigen:
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1 eine
erläuternde
Ansicht von einem Verfahren des Standes der Technik zur Ermittlung und
Beurteilung eines anomalen Werkzeugzustands;
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2(a) und 2(b) Ansichten
zur Erläuterung des
auf ein Werkzeug ausgeübten
Lastzustands;
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3(a) und 3(b) Ansichten
zur Erläuterung verschiedener
Bearbeitungszustände
beim Bohren;
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4(a) und 4(b) Ansichten
zur Erläuterung des
Lastzustands bei einem Bearbeitungszyklus unter Normalbedingungen
und des Lastzustands bei einem Bearbeitungszyklus unter anomalen
Werkzeugbedingungen;
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5 ein
Diagramm von Messergebnissen, die erhalten wurden durch Messen von
Schneidlasten unter Verwendung eines Carbidbohrers in einem Bearbeitungszyklus, in
dem ein Werkzeug gebrochen ist, und zwei Maschinenzyklen vor diesem
Bearbeitungszyklus;
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6 ein
Diagramm von Messergebnissen bei einem anderen Experiment, die erhalten
wurden durch Messen von Schneidlasten unter Verwendung eines Carbidbohrers
in einem Bearbeitungszyklus, in dem Brechen eines Werkzeugs ermittelt
wurde, und zwei Maschinenzyklen vor diesem Bearbeitungszyklus;
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7 ein
Diagramm von Messergebnissen, die erhalten wurden durch Messen von
Schneidlasten unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsstahlbohrers
in einem Bearbeitungszyklus, in dem Brechen eines Werkzeugs ermittelt
wurde, und mehrere Maschinenzyklen vor diesem Bearbeitungszyklus;
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8 ein
Diagramm von Messergebnissen von noch einem anderen Experiment,
die erhalten wurden durch Messen von Schneidlasten unter Verwendung
eines Carbidbohrers in einem Bearbeitungszyklus, in dem Brechen
eines Werkzeugs ermittelt wurde, und zwei Maschinenzyklen vor diesem Bearbeitungszyklus;
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9 ein
Fließschema
der grundlegenden Abschnitte einer Steuerung, die eine Ausführungsform
der Erfindung bildet und eine Werkzeugmaschine steuert; und
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10 ein
Fließschema
von dem Arbeitsablauf bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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5 bis 8 zeigen
für das
Bohren mithilfe eines Bohrers Messwerte für eine Last (Schublast) in
Richtung einer Werkzeugvorschubwelle (Z-Achse) in einem Bearbeitungszyklus,
in dem der Bohrer des Werkzeugs gebrochen ist, sowie mehrere Bearbeitungszyklen
vor diesem Zyklus. In diesen Zeichnungen bezeichnet eine horizontale
Referenzachse eine Position, an der die Bearbeitungslast Null beträgt, nämlich zu
dem Zeitpunkt, wenn die Hauptwelle im Leerlauf ist. Ein schwarzer
Punkt zeigt eine Position, an der Lastdaten ermittelt werden. Bei
diesem Beispiel werden Messdaten in Intervallen von 8 Millisekunden
aufgenommen. In der folgenden Beschreibung sind die Schneidzeit
für das
Bohren als Wert T, die Fläche
(der Integralwert von einem Lastwert) einer Schneidlastwellenform
beim Schneiden als Wert S und der Maximalwert (Absolutwert) einer
Steigung von einem Abfall in der Schneidlast als Wert G angegeben.
Der Wert G wird aus der Differenz zwischen in Messintervallen von
8 Millisekunden beim Schneiden gemessenen Lasten erhalten.
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5 zeigt
die Wellenform für
die Schublasten an der Vorschubwelle (Z-Achse) in jeweiligen Bearbeitungszyklen,
wurde ein Carbidbohrer mit 2,5 mm Durchmesser ver wendet und erfolgte
das Bohren bei einer Hauptwellenrotationsgeschwindigkeit S von 8000/min
und einer Vorschubgeschwindigkeit F von 3200 mm/min wiederholt an
Werkstücken
aus Stahl S50C. Bei diesem Beispiel erfolgte Brechen des Werkzeugs
beim 59392. Bohren.
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Siehe 5:
Angegeben sind die Schneiddauer beim Bohren in einem Bohrzyklus,
in dem das Werkzeug bricht, als T2, die Fläche der Schneidlastwellenform
beim Schneiden als S2 und der Maximalwert (Absolutwert) einer Steigung
bei einem Abfall in der Schneidlast als G2. Ferner sind dargestellt
die Schneiddauer bei einem Bohrzyklus unmittelbar vor dem Zyklus,
in dem das Werkzeug bricht, als T1, die Fläche der Schneidlastwellenform
beim Schneiden als S1 und der Maximalwert (Absolutwert) einer Steigung
bei einem Abfall in der Schneidlast als G1. Zwischen T1, S1, G1
und T2, S2, G2 bestehen die folgenden Beziehungen:
T1 > T2, S1 > S2, G1 < G2
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Durch
Vergleichen der Werte T, S und G von einem Bearbeitungszyklus mit
den Werten T, S und G von einem Bearbeitungszyklus unmittelbar vor
diesem Zyklus kann ermittelt werden, dass ein Werkzeug bricht.
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Weil
sich die Werte T, S und G bis zu dem Bearbeitungszyklus, in dem
das Werkzeug bricht, nicht groß ändern, kann
das Brechen des Werkzeugs ermittelt werden, indem die Werte T, S
und G in einem gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus verglichen werden (1) mit den Werten T, S und
G in einem Bearbeitungszyklus, der eine festgelegte Anzahl an Zyklen
vor dem gegenwärtigen
Zyklus liegt, (2) Durchschnittswerten für die Werte T, S und G in einem
ersten Bearbeitungszyklus und einer Mehrzahl darauf folgender Bearbeitungszyklen
oder (3) Durchschnittswerten für
die Werte T, S und G in dem gegenwärtigen Bearbeitungszyklus und
einer Mehrzahl Bearbeitungszyklen vor dem gegenwärtigen Zyklus.
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6 zeigt
die Wellenform einer Schublast auf die Vorschubwelle (Z-Achse),
erfolgte das Brechen des Werkzeugs beim Umkehren durch schnelles
Ausschwenken in umgekehrter Richtung, nachdem das Bohren bis zum
Boden eines Lochs vorangeschritten und der Schneidvorschub beendet
war. Bei diesem Beispiel war das Werkzeug ein Carbidbohrer mit 6,8
mm Durchmesser, das Werkstück
war S50C-Stahl, die Hauptwellenrotationsgeschwindigkeit S betrug
5995/min und die Vorschubwellengeschwindigkeit 2098 mm/min. Weil
bei diesem Beispiel der Werkzeugbruch beim Umkehren durch schnelles Ausschwenken
nach dem 1093. Bohren auftrat, treten keine speziellen Unterschiede
auf zwischen der Schneidzeit T2 beim Bohren, der Fläche S2 in
der Schneidlastwellenform beim Schneiden, dem Maximalwert (Absolutwert)
G2 einer Steigung von einem Abfall in der Schneidlast bei einem
Bohrzyklus, in dem das Brechen des Werkzeugs auftrat, und der Schneidzeit
T1 für
das Bohren, der Fläche
S1 in der Schneidlastwellenform beim Schneiden, dem Maximalwert
(Absolutwert) G1 einer Steigung von einem Abfall in der Schneidlast
in einem Bohrzyklus unmittelbar vor diesem Zyklus. Deshalb kann
das Brechen des Werkzeugs nicht ermittelt werden. Weil die Werte T,
S und G im nächsten
Bohrzyklus sich erheblich von den Werten T, S und G in den Bohrzyklen
vor diesem Zyklus unterscheiden, kann auf dieser Basis das Brechen
des Werkzeugs ermittelt werden.
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7 zeigt
die Wellenform für
eine Schublast an einer Vorschubwelle (Z-Achse) in den jeweiligen
Bearbeitungszyklen, erfolgte das Bohren unter folgenden Bedingungen:
Das verwendete Werkzeug war ein Hochgeschwindigkeitsstahlbohrer
mit 3,3 mm Durchmesser, die Werkstücke waren S50C-Stahl, die Rotationsgeschwindigkeit
der Hauptwelle betrug 2895/min und die Vorschubgeschwindigkeit F
666 mm/min. Bei diesem Beispiel trat das Brechen des Werkzeugs beim
Schneiden des 398. Lochs auf. In diesem Fall lässt sich das Brechen des Werkzeugs
aufgrund der Tatsache ermitteln, dass die Fläche S4 der Schneidlastwellenform
bei 398. Bohrzyklus, bei dem Brechen des Werkzeugs auftrat, kleiner
ist als die Fläche
S3 der Schneidlastwellenform bei (397.) Bohrzyklus unmittelbar vor
diesem Zyklus.
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Das
Brechen des Werkzeugs aufgrund von Verschleiß kann zudem aufgrund der Tatsache
vorhergesagt werden, dass die Fläche
S der Schneidlastwellenform in einem (393.) Bohrzyklus drei Zyklen vor
dem Zyklus, in dem der Werkzeugbruch erfolgte, und in den folgenden
Bohrzyklen zugenommen hat (S1 < S2 < S3).
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Das
Brechen des Werkzeugs kann auch aufgrund der Tatsache ermittelt
werden, dass die Schneidzeit T in dem Bohrzyklus, in dem das Werkzeug
bricht, kürzer
ist als die Schneidzeit in dem Bohrzyklus unmittelbar vor diesem
Zyklus.
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8 zeigt
die Wellenform für
die Schublast an einer Vorschubwelle (Z-Achse) in jeweiligen Bearbeitungszyklen,
erfolgte das Bohren unter folgenden Bedingungen: Das verwendete
Werkzeug war ein Carbidbohrer mit 2,5 mm Durchmesser, die Werkstücke waren
S50C-Stahl, die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptwelle betrug 7898/min
und die Vorschubgeschwindigkeit F 3159 mm/min.
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Bei
diesem Beispiel erfolgte das Brechen des Werkzeugs beim Schneiden
des 31117. Lochs. Es gibt nur einen etwa 1,2-fachen Unterschied
zwischen dem Maximalwert (Absolutwert) G2 einer Steigung von einem
Abfall in der Schneidlast in dem Bohrzyklus, in dem das Werkzeug
bricht, und dem Maximalwert (Absolutwert) G1 einer Steigung von
einem Abfall in der Schneidlast in einem Bohrzyklus unmittelbar
vor diesem Zyklus.
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Es
wurden 50 Schneidexperimente durchgeführt, die jeweils mit dem Brechen
des Werkzeugs endeten. Siehe 5: Bei den
meisten beträgt
der Maximalwert (Absolutwert) G2 der Steigung von dem Abfall in
der Schneidlast in dem Bearbeitungszyklus, in dem das Werkzeug bricht,
das 5- bis 6-Fache des Maximalwerts (Absolutwerts) G1 der Steigung
von dem Abfall in der Schneidlast in einem Bearbeitungszyklus unmittelbar
vor diesem Zyklus. Siehe 6: In einigen Fällen kann
aber fast keine Veränderung
beobachtet werden. Siehe 8: In einigen Fällen wird ein
nur etwa 1,2-facher Unterschied beobachtet. Bricht das Werkzeug,
wird aber der Wert G in dem Bearbeitungszyklus nach dem aufgetretenen
Bruch sehr viel kleiner als der Wert G in dem Bearbeitungszyklus,
in dem das Werkzeug bricht.
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Die
experimentellen Ergebnisse der 5 bis 8 zeigen,
dass sich das Brechen des Werkzeugs aufgrund folgender Tatsachen
ermitteln lässt: Der
Wert T (die Schneidzeit) in einem Bearbeitungszyklus, in dem das
Werkzeug bricht, ist kleiner als der Wert T in einem (normalen)
Bearbeitungszyklus vor diesem Zyklus. Zudem nimmt der Wert S (die
Fläche der
Schneidlastwellenform beim Schneiden oder der Integralwert von einem
Lastwert) über
mehrere Bearbeitungszyklusallmählich
zu bis zu dem Bearbeitungszyklus, in dem das Werkzeug bricht. Also
lässt sich
Werkzeugbruch in einem Stadium, in dem das Werkzeug noch nicht gebrochen
ist, anhand der Zunahme des Wertes S vorhersagen. Der Wert G (der Maximalwert
(Absolutwert) einer Steigung von einem Abfall in der Schneidlast)
wird in einem Bearbeitungszyklus größer als der Wert G in dem Bearbeitungszyklus
vor diesem Zyklus. Dadurch lässt
sich das Brechen des Werkzeugs im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus ermitteln.
Weil der Wert G (der Maximalwert (Absolutwert) einer Steigung von
einem Abfall in der Schneidlast) in dem Bearbeitungszyklus nach dem
Bruch sehr viel kleiner wird als der Wert G in dem Bearbeitungszyklus
vor diesem Zyklus (d.h. dem Bearbeitungszyklus, in dem der Bruch
auftritt), lässt
sich das Brechen des Werkzeugs ermitteln.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird also ein Wert T, S oder G in einem Bearbeitungszyklus erhalten
und mit einer Schwelle verglichen, wodurch ermittelt und vorhergesagt
werden kann, dass ein Werkzeug bei der Bearbeitung von Werkstücken, wie
Teilen mit den gleichen Spezifikationen, in die gleichen Bearbeitungsformen
bricht. Die Schwelle wird erhalten, indem ein Wert T, S oder G in
einem normalen Bearbeitungszyklus ermittelt und der erhaltene Wert mit
einem Koeffizienten multipliziert wird.
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Wird
ein Bearbeitungszyklus mit einer in 4(b) dargestellten
Schneidlastwellenform nach einem Bearbeitungszyklus mit einer in 4(a) dargestellten Schneidlastwellenform
durchgeführt,
wird angenommen, dass das Werkzeug in dem Bearbeitungszyklus in 4(b) bricht, trifft eines der folgenden
Kriterien zu.
Erstes Kriterium: T2 < c1·T1
Zweites Kriterium:
S2 > c2·S1 oder
S2 < c3·S1
Drittes
Kriterium: G2 > c4·G1 oder
G2 < c5·G1,
wobei
T2, S2 und G2 die Werfe T, S und G in 4(b) und
T1, S1 und G1 die Werte T, S und G in 4(a) sind.
Bei c1, c2, c3, c4 und c5 handelt es sich um Koeffizienten, und
es gilt: 0 < c1 < 1, c2 > 1, 0 < c3 < 1, c4 > 1 und 0 < c5 < 1.
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9 zeigt
ein Blockschema von einer Steuerung (numerischen Steuervorrichtung) 100,
die eine Werkzeugmaschine steuert mit den Funktionen Ermitteln von
Werkzeugbruch und Vorhersagen von Werkzeugbruch. Eine CPU 11 ist
ein Prozessor, der ein im ROM 12 gespeichertes Systemprogramm über einen
Bus 20 liest und die gesamte Steuerung 100 anhand
des Systemprogramms steuert. Im RAM 13 sind temporäre Rechendaten,
Anzeigedaten und verschiedene Daten gespeichert, die über eine
Anzeige-/MDI-Einheit 80 von
einem Benutzer eingegeben werden. Der CMOS-Speicher 14 ist
als Permanentspeicher gebildet, der durch eine Batterie (nicht gezeigt)
gesichert wird und in dem die Speicherzustände sogar nach Abschalten der
Steuerung 100 beibehalten werden. In den CMOS-Speicher 14 werden Bearbeitungsprogramme über eine
Schnittstelle 15 eingelesen und über die Anzeige-/MDI-Einheit 80 eingegebene
Bearbeitungsprogramme gespeichert. Im ROM 12 werden zuvor
verschiedene Systemprogramme geschrieben zur Durchführung der
Verarbeitung von einem Edit-Modus, der zum Schreiben und Editieren
eines Bearbeitungsprogramms und für die Verarbeitung für automatischen
Betrieb erforderlich ist. Speziell mit der Erfindung zusammenhängende Verarbeitungsprogramme,
die ermitteln, dass ein Werkzeug bricht, oder vorhersagen, dass
ein Werkzeug bricht, und später
noch beschrieben werden, sind im ROM 12 gespeichert.
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Die
Schnittstelle 15 ermöglicht
eine Verbindung zwischen der Steuerung 100 und einer externen
Vorrichtung 82, wie einem Adapter. Von der Seite der externen
Vorrichtung 82 wird ein Bearbeitungsprogramm und dgl. gelesen.
Das in der Steuerung 100 editierte Bearbeitungsprogramm
kann in einer externen Speichereinrichtung (nicht gezeigt) über die externe
Vorrichtung 82 gespeichert werden. Eine programmierbare
Steuerung 16 gibt Signale an eine Hilfsapparatur (z.B.
eine Roboterhand zum Ersetzen eines Werkzeugs) der Werkzeugmaschine über eine I/O-Einheit 17 aus,
so dass die Hilfsapparatur mithilfe eines in der Steuerung 100 gespeicherten
Sequenzprogramms gesteuert wird.
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Die
Anzeige-/MDI-Einheit 80 in eine Vorrichtung zur manuellen
Dateneingabe mit einem Bildschirm, einer Tastatur und dgl. Eine
Schnittstelle 18 empfängt
Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige-/MDI-Einheit 80 und
gibt sie an die CPU 11 weiter. Eine Steuertafel 81 im
Hauptkörper
der Werkzeugmaschine ist mit einer Schnittstelle 19 verbunden.
Die Steuertafel 81 ist mit einer Warnvorrichtung und einem
Warnlicht sowie mit verschiedenen Schaltern zum Eingeben verschiedener
Befehle für
die Maschine ausgestattet.
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Wellenregelkreise 30 bis 32 für die jeweiligen Wellen
empfangen Bewegungsbefehle für
die jeweiligen Wellen von der CPU 11 und geben die Befehle für die jeweiligen
Wellen an Servoverstärker 40 bis 42 aus.
Diese empfangen die Befehle und treiben Servomotoren 50 bis 52 für die X-,
Y- und Z-Achse an. Die Servomotoren 50 bis 52 für die jeweiligen Wellen
enthalten Lage-/Geschwindigkeitsdetektoren. Lage- und Geschwindigkeitssignale
von den Lage-/Geschwindigkeitsdetektoren werden an die Wellenregelkreise 30 bis 32 zurückgegeben,
so dass eine Feedback-Regelung von Lagen und Geschwindigkeiten erfolgt.
Die von den Servoverstärkern 40 bis 42 an
die entsprechenden Servomotoren 50 bis 52 ausgegebenen
Antriebsströme
werden wie im Stand der Technik mithilfe von Stromdetektoren 60 bis 62 ermittelt
und jeweils an die Wellenregelkreise 30 bis 32 zurückgegeben,
so dass eine Strom-(Drehmoment-)regelung durchgeführt wird.
Da die durch die Motoren gehenden Antriebsströme im Wesentlichen äquivalent
sind zu dem auf die Motoren einwirkenden Lastdrehmoment, bilden
bei dieser Ausführungsform
die Stromdetektoren 60 bis 62 Lastermittlungseinrichtungen
zum Ermitteln der durch die Servomotoren 50 bis 52 gehenden
Antriebsströme.
In 9 ist das Feedback von Lagen und Geschwindigkeiten
weggelassen.
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Ein
Hauptwellenregelkreis 70 empfängt einen Hauptwellenrotationsbefehl
und führt
eine Geschwindigkeitsregelung durch auf Basis einer Befehlsgeschwindigkeit
und eines Feedbacksignals von einem Lagecodierer 73 zum
Erzeugen von Feedbackimpulsen synchron mit der Rotation eines Hauptwellenmotors 72.
Der Kreis 70 empfängt
ein Stromfeedbacksignal von einem Stromdetektor 74, der
den durch den Hauptwellenmotor 72 gehenden Antriebsstrom
ermittelt und eine Stromregelung zum Regeln der Rotationsgeschwindigkeit
des Hauptwellenmotors 72 durchführt. Da die Last und der Antriebsstrom,
die auf den Hauptwellenmotor einwirken, im Wesentlichen proportional
zueinander sind, ist bei dieser Ausführungsform die Einrichtung
zum Ermitteln der auf den Antriebmotor ausgeübten Last der Stromdetektor 74.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird als Werkzeug ein Bohrer an der Hauptwelle montiert. Eine große Zahl
an Werkstücken,
wie Teile mit den gleichen Spezifikationen, wird nacheinander gebohrt. Brechen
oder Vorhersage von Brechen des Bohrers wird ermittelt. In diesem
Fall ist das Werkzeug, der Bohrer, an der Hauptwelle montiert. Das
Werkstück ist
auf einem Tisch montiert, der von den Servomotoren 50 und 51 als
Vorschubwellen für
die X- und Y-Achsen angetrieben wird. Mithilfe des Servomotors 52 für die Z-Achse
als Vorschubwelle zum Bewegen der Hauptwelle in Richtung der Z-Achse
senkrecht zur X- und Y-Achse bewegt sich das Werkzeug, der Bohrer,
relativ zu dem Werkstück.
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10 zeigt
ein Fließschema
von dem Verarbeitungsprogramm zum Ermitteln oder Vorhersagen, dass
ein Werkzeug bricht, das im ROM 12 der Steuerung 100 gespeichert
ist.
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Urteilt
die CPU 11, dass die Bearbeitung begonnen hat (Schritt
A1), wird vom Stromdetektor 62 in jedem festgelegten Zeitraum
die auf den Servomotor 52 der Schneidantriebswelle (Z-Achse)
des Bohrers ausgeübte
Last ermittelt (Schritt A2). Anstelle von Ermitteln der auf den
Servomotor 52 für
die Z-Achse ausgeübten
Last kann eine auf den Hauptwellenmotor 72 einwirkende
Last vom Stromdetektor 74 ermittelt werden.
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Bis
das Ende des Schneidens ermittelt wird, wird in jedem festgelegten
Zeitraum die Schneidlast ermittelt. Zudem wird die Schneidzeit T
ermittelt aus der Anzahl der Male, an denen die Schneidlast ermittelt
wurde. Durch Addieren der in dem festgelegten Zeitraum ermittelten
Schneidlasten erhält
man einen Integralwert S für
die Schneidlast. Ist der im gegenwärtigen Zyklus ermittelte Lastwert
kleiner als der im vorhergehenden Zyklus ermittelte (oder fällt die Schneidlast
ab), wird der Absolutwert der Differenz zwischen diesen Lastwerten
mit einem zurzeit gespeicherten Maximalwert (Absolutwert) G für eine Steigung
von einem Abfall in der Schneidlast verglichen. Ein größerer Wert
wird als Maximalwert (Absolutwert) G für eine Steigung von einem Abfall
in der Schneidlast (als solcher oder nach Aktualisierung) gespeichert.
Der gespeicherte Anfangswert von G beträgt Null.
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Ist
ein Bearbeitungszyklus beendet, werden somit die Schneidzeit T,
die den Lastzustandswert angibt, der Schneidlastintegralwert S und
der Maximalwert (Absolutwert) G für eine Steigung von einem Abfall
in der Schneidlast erhalten (Schritte A3 und A4).
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Danach
werden die Schneidzeit T1, der Schneidlastintegralwert S1 und der
Maximalwert (Absolutwert) G1 für
eine Steigung von einem Abfall in der Schneidlast in dem Bearbeitungszyklus
unmittelbar vor dem gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus (die im Schritt A6 im vorhergehenden Bearbeitungszyklus in Übereinstimmung
mit einer Bearbeitungsendposition gespeichert werden) jeweils mit
voreingestellten Koeffizienten c1, c2, c3, c4 und c5 multipliziert.
So werden die gleitenden variablen Schwellen c1·T1, c2·S1, c3·S1, c4·G1 und c5·G1 erhalten (Schritt A5).
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Dann
werden die Schneidzeit T, der Schneidlastintegralwert S und der
Maximalwert (Absolutwert) G für
eine Steigung von einem Abfall in der Schneidlast, die im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
ermittelt wurden (Schritt A3), in Übereinstimmung mit einer gegenwärtigen Bearbeitungsposition
als T1, S1 und G1 für
die Verwendung bei der Bearbeitung von einem nächsten Werkstück gespeichert
(Schritt A6).
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Dann
werden die Schneidzeit T, der Schneidlastintegralwert S und der
Maximalwert (Absolutwert) G für
eine Steigung von einem Abfall in der Schneidlast, die im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
ermittelt wurden (Schritt A3), und die im Schritt A5 erhaltenen
gleitenden variablen Schwellen c1·T1, c2·S1, c3·S1, c4·G1 und c5·G1 miteinander verglichen,
und es wird beurteilt, ob die Vergleichsergebnisse das obige erste,
zweite und dritte Kriterium erfüllen (Schritte
A7 und A8).
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Wird
auf Basis des ersten bis dritten Kriteriums geurteilt, dass ein
Wert aus der Schneidzeit T, dem Schneidlastintegralwert S und dem
Maximalwert (Absolutwert) G für
eine Steigung von einem Abfall in der Schneidlast anomal ist, wird
infolge dieser Beurteilung eine Warnung von einer Warnvorrichtung, dem
Warnlicht oder dgl. auf der Steuertafel 81 ausgegeben,
oder es erfolgt eine Handlung zum Bewältigen eines anomalen Zustands,
indem der Maschinenbetrieb gestoppt, ein Befehl zum Austauschen des
Werkzeugs an eine Werkzeugaustauschvorrichtung (nicht gezeigt) ausgegeben
wird, damit das Werkzeug ersetzt wird, und dgl. (Schritt A9).
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Wird
dagegen kein anomaler Werkzeugzustand ermittelt, wird beurteilt,
ob das Programm beendet ist (Schritt A10). Ist es nicht beendet,
geht das Programm zum Schritt A1, in dem eine Verarbeitung zum Ermitteln
oder Vorhersagen von Werkzeugbruch bei der nächsten Bearbeitung durchgeführt wird.
Ist das Programm beendet, ist auch die Verarbeitung an einem gegenwärtigen Werkstück beendet.
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Bis
zu diesem Punkt ist die Verarbeitung zum Ermitteln oder Vorhersagen
von Werkzeugbruch bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben worden.
Wird bei der obigen Ausführungsform ermittelt,
dass einer der drei Lastzustandswerte (Schneidzeit T, Schneidlastintegralwert
S und Maximalwert (Absolutwert) G für eine Steigung von einem Abfall
in der Schneidlast) anomal ist, wird geurteilt, dass sich das Werkzeug
in einem anomalen Zustand befindet. Es wird eine Handlung zur Bewältigung
eines anomalen Zustands durchgeführt.
Es ist aber auch möglich,
einen anomalen Werkzeugzustand unter Verwendung eines der Werte
T, S und G zu ermitteln.
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Bei
der Ermittlung eines anomalen Werkzeugzustands anhand der Schneidzeit
T wird beispielsweise beurteilt, dass das Werkzeug gebrochen ist.
Es erfolgt eine Handlung zur Bewältigung
eines anomalen Zustands (Schritt A9), ist die Schneidzeit T im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
kleiner als die gleitende variable Schwelle c1·T1, wie oben beschrieben.
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Bei
der Ermittlung eines anomalen Werkzeugzustands anhand des Schneidlastintegralwertes S
wird ermittelt, dass das Werkzeug das Ende seiner Lebensdauer erreicht
(Bruchvorhersage). Die Handlung zur Bewältigung eines anomalen Werkzeugzustands
wird ausgeführt,
wird der im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
erhaltene Wert S größer als
die gleitende variable Schwelle c2·S1. Oder es wird festgestellt,
dass das Werkzeug gebrochen ist, und die Handlung zur Bewältigung
eines anomalen Werkzeugzustands wird ausgeführt, wird der im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
erhaltene Schneidlastintegralwert S kleiner als die zweite gleitende
variable Schwelle c3·S1.
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Bei
der Ermittlung eines anomalen Werkzeugzustands anhand des Maximalwertes
(Absolutwertes) G der Steigung von dem Abfall in der Schneidlast
wird geurteilt, dass das Werkzeug im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus gebrochen
ist. Es erfolgt die Handlung zur Bewältigung eines anomalen Werkzeugzustands,
wenn der im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
erhaltene Wert G größer wird
als die erste gleitende variable Schwelle (c4·G1). Wird der im gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
erhaltene Wert G kleiner als die zweite gleitende variable Schwelle
(c5·G1),
wird geurteilt, dass das Werkzeug bereits gebrochen ist, und die
Handlung zur Bewältigung
eines anomalen Werkzeugzustands wird ausgeführt.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird die Schneidlast anhand des Antriebsstroms, d.h. der auf den
Servomotor 52 für
die Vorschubwelle (Z-Achse) des Werkzeugs (Bohrers) einwirkenden
Last, ermittelt. Es ist aber auch möglich, die Schneidlast durch
Ermitteln des Antriebsstroms für
den Hauptwellenmotor 72 für die Hauptwelle zum Rotieren
des Werkzeugs (Bohrers) zu ermitteln, wie oben beschrieben. Es ist
ebenfalls möglich,
die auf den Servomotor 52 für die Vorschubwelle und den Hauptwellenmotor 72 ausgeübten Lasten
aus den Antriebsströmen
der jeweiligen Motoren zu ermitteln, diese Lasten zu vereinigen
und als Schneidlast für die
Verarbeitung im Schritt A5 und in späteren Schritten zu verwenden.
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Indem
die auf die Vorschubwelle bzw. die Hauptwelle einwirkenden Lasten
erhalten werden und die Verarbeitung im Schritt A5 und in späteren Schritten
für die
Vorschub- bzw. die
Hauptwelle durchgeführt
wird, kann man auch zum Schritt A9 übergehen, wird für die Vorschub-
oder die Hauptwelle eine Anomalität in der Schneidzeit T, dem
Schneid lastintegralwert S und dem Maximalwert (Absolutwert) G für eine Steigung
von einem Abfall in der Schneidlast ermittelt, oder man kann zum
Schritt A9 übergehen,
wenn geurteilt wird, dass ein anomaler Werkzeugzustand vorliegt,
wird eine Anomalität
für die
Vorschub- und die Hauptwelle ermittelt.
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Bei
der obigen Ausführungsform
werden die Schneidzeiten T, die Schneidlastintegralwerte S und die
Maximalwerte (Absolutwerte) G für
die Steigungen von dem Abfällen
in den Schneidlasten in den Schritten A5 und A6 in Übereinstimmung
mit den Bearbeitungspositionen gespeichert und verwendet. Wird nur
ein Abschnitt in einem Werkstück
bearbeitet, muss die Bearbeitungsposition für das Werkstück nicht
spezifiziert werden. Es reicht also, dass nur die Schneidzeit T,
der Schneidlastintegralwert S und der Maximalwert (Absolutwert)
G für die
Steigung von dem Abfall in der Schneidlast gespeichert werden. In der
Regel werden die Werte T, S und G aber in Übereinstimmung mit den Bearbeitungspositionen
gespeichert, weil sich beispielsweise die Form des Bohrens mit einem
Bohrer und damit die Schneidlast je nach der Bearbeitungsposition ändert, werden
mit den derzeitigen Bohrer mehrere Bearbeitungen an einem Werkstück durchgeführt (siehe 3).
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Wenn
Werkstücke
aus flachen, gleichmäßigen Materialien
bestehen und unter gleichen Schneidbedingungen zu einer großen Zahl
gleiches Formen bearbeitet werden, wird ein anomaler Zustand nur
auf Basis gleitender variabler Schwellen beurteilt, die erhalten
wurden auf Basis einer Schneidzeit T, eines Schneidlastintegralwertes
S und eines Maximalwertes (Absolutwertes) G für eine Steigung von einem Abfall
in einer Schneidlast in einem vorhergehenden Bearbeitungszyklus
und einer Schneidzeit T, eines Schneidlastintegralwertes S und eines
Maximalwertes (Absolutwertes) G für eine Steigung von einem Abfall
in einer Schneidlast in einem gegenwärtigen Bearbeitungszyklus.
Anders gesagt, werden die Werte T, S und G im Schritt A6 gespeichert.
Die im vorhergehenden Bearbeitungszyklus gespeicherten Daten werden
gelesen, und die gleitenden variablen Schwellen werden unter Verwendung
der Daten im Schritt A5 erhalten.
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Wie
oben beschrieben, werden bei dieser Ausführungsform die Schwellen zur
Beurteilung eines anomalen Zustands auf Basis von Daten verändert, die
in der unmittelbar vorhergehenden und gleichen Bearbeitung erhalten
werden. Wie bereits zuvor beschrieben, kann man jedoch, anstelle
die Schneidzeit T, den Schneidlastintegralwert S und den Maximalwert
(Absolutwert) G für
die Steigung von dem Abfall in der Schneidlast im unmittelbar vorhergehenden
Bearbeitungszyklus zu verwenden, die gleitenden variablen Schwellen
erhalten unter Verwendung einer Schneidzeit T, eines Schneidlastintegralwertes S
und eines Maximalwertes (Absolutwertes) G für eine Steigung von einem Abfall in
einer Schneidlast in einem Bearbeitungszyklus mehrere Zyklen vor dem
gegenwärtigen
Zyklus oder unter Verwendung von Durchschnittswerten für Schneidzeiten
T, Schneidlastintegralwerte S und Maximalwerte (Absolutwerte) G
der Steigungen von Abfällen
in Schneidlasten in einer Mehrzahl Bearbeitungszyklen vor dem gegenwärtigen Bearbeitungszyklus
oder in Bearbeitungszyklen vom Beginn an.
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Die
gleitenden variablen Schwellen werden bei der obigen Ausführungsform
erhalten, indem die Schneidzeit, der Schneidlastintegralwert und
der maximale Absolutwert der Steigung von einem Abfall in einer
Schneidlast mit den Koeffizienten multipliziert werden. Anstelle
von Multiplizieren mit den Koeffizienten kann man die gleitenden
variablen Schwellen auch durch Addieren oder Subtrahieren festgelegter Werte
zu oder von den obigen Werten T, G oder S erhalten.
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Die
Schneidlast wird zudem bei der oben genannten Ausführungsform
durch Ermitteln der Antriebsströme
für die
Hauptwelle und die Vorschubwelle ermittelt. Die Schneidlast kann
aber auch durch einen bereits bekannten Lastschätzbeobachter erhalten werden.
Anders gesagt, kann der Beobachter zum Schätzen der Last im Hauptwellenregelkreis oder
im Wellenregelkreis für
die Vorschubwelle installiert werden, auf die die Schneidlast ausgeübt wird.
Die von dem Beobachter erhaltene Last wird im Schritt A2 als Schneidlast
ermittelt. Die übrige
Verarbeitung erfolgt ähnlich
wie bei dem in 10 gezeigten Arbeitsablauf.
Man kann die Schneidlast auch durch Ermitteln der elektrischen Energie
der Hauptwelle und des Motors der Schneidvorschubwelle ermitteln.
Es kann auch ein Sensor, wie ein Dynamometer, zum Messen des Schneidwiderstands
verwendet werden, mit dem der Schneidwiderstand ermittelt wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung kann beim Ermitteln von Werkzeugbruch oder Vorhersagen
von Werkzeugbruch die Datenmenge der Schwellen, die als Kriterien
gespeichert werden müssen,
klein sein. So wird nur eine kleine Speicherkapazität benötigt, und
man kann die Erfindung an die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung in
Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeitsbearbeitung anpassen, weil
die Datenmenge klein ist. Zudem können die gleitenden variablen
Schwellen als Schwellen eingesetzt werden, die auf Basis eines Bearbeitungszyklus
vor einem gegenwärtigen
Bearbeitungszyklus nach und nach aktualisiert werden. Dadurch kann
akkurat ermittelt oder vorhergesagt werden, dass ein Werkzeug bricht,
sogar wenn sich der Werkzeugzustand aufgrund von mehrstündiger Verwendung
des Werkzeugs ändert.