DD215732B1

DD215732B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MONITORING THE MACHINING CONDITIONS ON A TOOL MACHINE

Info

Publication number: DD215732B1
Application number: DD25160883A
Authority: DD
Inventors: Guenter Bunge; Lothar Fleischer; Juergen Herberger; Wolfgang Meyer; Klaus Rietschel; Harry Schaefer; Bernd Schlegel; Walter Simon; Peter Weigelt
Original assignee: Guenter Bunge
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1987-09-23
Also published as: DE3415305A1; JPS606329A; GB8412545D0; GB2140951B; DD215732A1; GB2140951A; FR2546797A1

Description

ausgewertet und kontrolliert. Hierdurch können zwar die Fehlentscheidungen bezüglich eines eingetretenen Werkzeugbruches auf ein Minimum herabgesetzt werden, dafür wird der ohnehin hohe Aufwand an Rechentechnik zur Quotientenbildung und der Vergleichsoperationen der Kraftkomponenten weiter erhöht. Die umfangreich zu absolvierenden Verarbeitungsoperationen der Meßwerte erhöhen dabei selbst die Störanfälligkeit und die Einbeziehung des zeitlichen Verlaufs der berechneten Quotienten der Meßgrößen zur Entscheidungsfindung eines Werkzeugbruches kann eine zu träge Reaktion der Schnittunterbrechung ausgehend vom Zeitpunkt des Eintritts eines Werkzeugbruches verursachen. Alle diese bekannten auf der Messung der Schnittkräfte beruhenden Einrichtungen erfordern am Werkzeugträger oder dem Werkstückträger entsprechende Kraftmeßfühler. Da jedes kraftmessende Fühlelement eine funktionsbedingte elastische Verformung aufweist, beeinträchtigen solche Meßelemente die Steifigkeit der Werkzeugmaschine im Kraftfluß zwischen Werkzeug und Werkstück. Andere bekannte Einrichtungen (DD-WP 146501, DE-OS 21 25426) die bei der Überwachung von Zerspanungsprozessen die Steifigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigende Maßnahmen meiden, erfassen Prozeßunregelmäßigkeiten durch Messen der an der Schnittstelle entstehenden Schwingungen in Form der Körperschall- bzw. Ultraschallsignale. Durch Auswertung dieser Signale lassen sich Veränderungen des Zerspanungsprozesses nach verschiedenen Ursachen, wie beispielsweise Materialinhomogenitäten, Spanformänderungen und auch Werkzeugverschleiß, unterscheiden. Eine eindeutige Auswertung dieser Meßgröße hinsichtlich eines Werkzeugbruches ist aber nicht möglich, weil zu viele unterschiedliche Einflußfaktoren auch bei noch einwandfreiem Zustand des Werkzeuges zur Schwingungserregung Anlaß geben.evaluated and controlled. In this way, although the incorrect decisions regarding a broken tool break can be reduced to a minimum, for the already high cost of computer technology for quotient formation and the comparison operations of the force components is further increased. The extensive processing operations of the measured values increase even the susceptibility to interference and the inclusion of the time course of the calculated quotients of the measured variables for decision-making of a tool break can cause a too slow reaction of the cut interruption from the time of onset of a tool breakage. All of these known devices based on the measurement of the cutting forces require corresponding force sensors on the tool carrier or the workpiece carrier. Since each force-sensing element has a functional elastic deformation, such measuring elements affect the rigidity of the machine tool in the power flow between the tool and the workpiece. Other known devices (DD-WP 146501, DE-OS 21 25426) in the monitoring of cutting processes avoid the rigidity of the machine tool impairing measures detect process irregularities by measuring the vibrations arising at the interface in the form of structure-borne sound or ultrasonic signals. By evaluating these signals, changes in the machining process can be differentiated according to various causes, such as material inhomogeneities, chip shape changes and also tool wear. However, a clear evaluation of this parameter with respect to a tool breakage is not possible because too many different influencing factors give cause even with still perfect condition of the tool for vibration excitation.

Object of the invention

Die Erfindung hat eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Bearbeitungsbedingungen zum Ziel, die einen Werkzeugbruch mit relativ geringem Aufwand sicherer fassen soll.The invention has a circuit arrangement for monitoring processing conditions to the target, which is to take a tool break with relatively little effort safer.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Bearbeitungsbedingungen an einer Werkzeugmaschine durch ständiges Messen mehrerer den Zerspanungsprozeß kennzeichnenden physikalischer Größen, zu schaffen, die zuverlässig ohne zusätzliche Verrechnung der einzelnen Parameter untereinander sowohl Prozeßunregelmäßigkeiten als auch Werkzeugbrüche eindeutig erkennen und voneinander unterscheiden soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Überwachungskriterien des Zerspanungsvorganges die Ultraschallemission des Zerspanungsvorganges die Hauptantriebsleistung und die Vorschubantriebsleistung verwendet werden, welche weitgehend von den unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen sowie unterschiedlichen Werkstoff- und Rohteileinflüssen, unabhängig sind. Die Auswertung von den Zerspanvorgang kennzeichnenden Größen und ihres Verlaufes über die Dauer einiger Werkstückumdrehungen hinweg zur eindeutigen Gewinnung eines Werkzeugbruchsignals ist hinsichtlich eines sofortigen Schnittabbruches zur Verhinderung von Folgeschäden zu träge. Um möglichst alle im Zerspanungsprozeß auftretenden Unregelmäßigkeiten, hervorgerufen durch Lunker, Spanformänderungen, Spanverklemmungen, Werkstückformfehlern und-unrundheiten berücksichtigen zu können und andererseits einmalig zufällig auftretende Störsignale einzelner Parameter sowie periodisch auftretende Störungen (Unrundheit) eliminieren zu können, ohne die auftretenden Meßwerte über mehrere Werkstückumdrehungen verfolgen zu müssen, beruht die vorliegende Schaltungsanordnung darauf, die drei genannten sich gegenseitig ergänzenden auf Prozeßunregelmäßigkeiten unterschiedlich ansprechenden Parameter des Zerspanungsprozesses ständig zyklisch meßtechnisch zu erfassen und nur bei gleichzeitigen Abweichungen aller drei Parameter von dem Sollbereich ihrer Streuung ein Werkzeugbruchsignal auszugeben.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for monitoring the processing conditions on a machine tool by constantly measuring several the Zerspanungsprozeß characterizing physical variables, which reliably recognize each other without additional billing of the individual parameters both process irregularities and tool breaks and distinguish from each other. According to the invention, the object is achieved in that the ultrasonic emission of the cutting process, the main drive power and the feed drive power are used as monitoring criteria of Zerspanungsvorgang, which are largely independent of the different processing conditions and different material and Rohteileinflüssen. The evaluation of the parameters characterizing the cutting process and their course over the duration of several workpiece revolutions to uniquely obtain a tool breakage signal is too sluggish with regard to an immediate cut of cut to prevent consequential damage. In order to be able to take into account as much as possible all irregularities in the machining process caused by blowholes, chip form changes, clamping jams, work piece errors and irregularities, and to be able to eliminate randomly occurring interfering signals of individual parameters as well as periodically occurring disturbances (out-of-roundness) without tracking the measured values over several workpiece revolutions to have, the present circuit arrangement is based on the three mentioned mutually complementary to process irregularities differently responsive parameters of the cutting process continuously cyclically metrologically to capture and output only with simultaneous deviations of all three parameters of the desired range of their scattering a tool breakage signal.

Wie durch Versuche erwiesen, ist ein Werkzeugbruch stets mit einer sprunghaften Veränderung der Meßwerte verbunden. Andererseits kommen durch Prozeßunregelmäßigkeiten ebenfalls Meßwertänderungen vor, die von solchen durch einen Werkzeugbruch hervorgerufenen Meßwertänderungen nicht zu unterscheiden sind. Solche durch Prozeßunregelmäßigkeiten entstehenden Meßwertänderungen wirken sich aber nicht bei allen drei gemessenen Parametern gleichartig aus. Hinzu kommt, daß Abweichungen eines der drei Meßsignale als Störgrößen mit Zufailscharakter gewertet werden und für die Auslösung von Folgemaßnahmen gesperrt bleiben. Bei gleichzeitigem Auftreten von Abweichungen zweier Meßwerte, die über einen vorgegebenen Zeitraum anstehen, wird ein Alarmsignal ausgegeben, welches auf eine Prozeßunregelmäßigkeit oder einen Einstellfehler schließen läßt, die beispielsweise von einem Bediener durch Änderung von Schnittwerten beseitig werden können. Das Ansteigen oder Abfallen der Leistungsparameter bei kontinuierlich ansteigender oder kontinuierlich abfallender Schnittiefe, wie z. B. beim Kegeldrehen aus einem zylindrischen Rohteil, wird dadurch von Prozeßunregelmäßigkeiten unterschieden, daß nicht die absolute Größe der Parameter, sondern die Abweichung von einem vorgegebenen Sollbereich der Streuung ausgewertet wird. Dazu wird für jede der drei Meßgrößen aus mehreren, beispielsweise zehn Meßwerten die Streuung gebildet, welche durch jeden hinzukommenden neuen Meßwert unter Weglassung des ältesten der zehn Meßwerte aktuell gehalten wird. Ein langsamer Anstieg oder Abfall der Absolutmeßwerte unter Beibehaltung des vorgegebenen Streubereiches wird von der Überwachungseinrichtung nicht erfaßt. Die Kenntnis der absoluten Größen der Parameter ist damit überflüssig. Durch diese mathematisch statistische Verarbeitung der Meßwerte und Berechnung der Streuung werden kleinere Meßwertschwankungen ausgeglichen, wobei plötzliche Änderungen einen deutlichen Anstieg der Streuung hervorrufen. Durch die Wahl der Streuung als Kontrollgröße werden positive und negative Änderungen der Meßwerte gleichermaßen berücksichtigt.As proven by experiments, a tool break is always associated with a sudden change in the measured values. On the other hand, process irregularities also result in measured value changes which can not be distinguished from those changes in the measured value caused by a tool breakage. However, such measured value changes resulting from process irregularities do not have the same effect on all three measured parameters. In addition, deviations of one of the three measurement signals are evaluated as disturbances with a random character and remain blocked for the triggering of follow-up measures. If deviations of two measured values occurring simultaneously over a given period of time occur, an alarm signal is output which indicates a process irregularity or setting error which, for example, can be eliminated by an operator by changing cutting values. The increase or decrease of the performance parameters with continuously increasing or continuously decreasing depth of cut, such. B. in conical turning of a cylindrical blank, it is distinguished from process irregularities that not the absolute size of the parameters, but the deviation is evaluated by a predetermined target range of the scattering. For this purpose, the scattering is formed for each of the three measured variables from a plurality of, for example, ten measured values, which is kept current by each additional new measured value while omitting the oldest of the ten measured values. A slow increase or decrease of the absolute values while maintaining the predetermined range is not detected by the monitoring device. The knowledge of the absolute parameters is therefore superfluous. This mathematical statistical processing of the measured values and calculation of the scattering compensates for smaller fluctuations in the measured value, with sudden changes causing a significant increase in the scattering. By choosing the scattering as the control variable, positive and negative changes in the measured values are equally taken into account.

Aus den Parametern Ultraschallemission, Hauptantriebs- und Vorschubantriebsleistung sind eindeutige Unterscheidungskriterien zwischen Prozeßunregelmäßigkeiten und einem Werkzeugbruch ableitbar. Während eine gleichzeitige sprunghafte Änderung der Meßgrößen aller drei Parameter auf einen Werkzeugbruch schließen läßt, ist die gleichzeitige Änderung von zwei der drei Parameter als Prozeßunregelmäßigkeit zu werten.From the parameters of ultrasonic emission, main drive and feed drive performance clear distinction criteria between process irregularities and a tool break are derivable. While a simultaneous abrupt change in the measured variables of all three parameters indicates a tool break, the simultaneous change of two of the three parameters is to be regarded as process irregularity.

So hat sich gezeigt, daß Lunker eine sprunghafte Änderung der Haupt- und Vorschubantriebsleistung verursachen und damit eine eindeutige Überschreitung deren Sollbereiche der Streuung ergeben, dagegen die Ultraschallemission weniger stark anspricht und somit den Sollbereich ihrer Streuung nicht überschreitet. Das gleichzeitige Auftreten der Sollbereichsüberschreitungen von Hauptantriebs- und Vorschubantriebsleistung ergibt in diesem Fall auch noch kein Alarmsignal, da das zusätzlich erforderliche Zeitkriterium für das Vorliegen dieses Zustandes nicht gegeben ist, weil bereits die nächsten Meßwerte nach Überwindung der Lunkerstelle die auszuwertende Streuung berichtigt haben.Thus, it has been shown that cavities cause a sudden change in the main and feed drive power and thus give a clear overshoot their desired ranges of the scatter, on the other hand, the ultrasonic emission responds less strongly and thus does not exceed the target range of their dispersion. The simultaneous occurrence of the Sollbereichsüberschreitungen of main drive and feed drive power results in this case, no alarm, since the additionally required time criterion for the presence of this condition is not given, because already the next measured values have corrected after overcoming the void the scatter to be evaluated.

Bei Spanformänderungen als eine andere Prozeßunregelmäßigkeit überschreitet die Ultraschallemission den Sollbereich ihrer Streuung, dagegen zeigen die Haupt- und Vorschubantriebsleistung keine Sollbereichsüberschreitungen.In the case of chip shape changes as another process irregularity, the ultrasonic emission exceeds the target range of its scattering, while the main and feed drive power show no target range excesses.

Bei Spanverklemmungen zeigen sich Sollbereichsüberschreitungen sowohl in der Ultraschallemission als auch in der Vorschubantriebsleistung, die z. B. ein Alarmsignal auslosen, wenn über den vorgegebenen Zeitraum hinweg keine Normalisierung des Prozeßzustandes eintritt. Dieser Prozeßzustand wird aber dadurch von einem Werkzeugbruch unterschieden, daß hierbei keine Sollbereichsüberschreitung der Hauptantriebsleistung vorliegt.In clamping clamping, setpoint overshoots in both the ultrasonic emission and in the feed drive power, the z. B. trigger an alarm when no normalization of the process state occurs over the specified period of time. However, this process state is distinguished from a tool break in that there is no setpoint exceeding of the main drive power.

Bei periodischen Schwankungen der Leistungsmeßwerte, die durch Unrundheit eines der Drehbearbeitung unterworfenen Rohlings hervorgerufen werden, bringt das Kriterium der Ultraschallemission nur geringe Änderungen, die den Sollbereich der Streuung nicht überschreiten und sich damit ebenfalls von einem Werkzeugbruch deutlich abgrenzen.In the case of periodic fluctuations in the power measurement values, which are caused by out-of-roundness of a blank subjected to turning, the criterion of ultrasound emission brings only slight changes which do not exceed the desired range of the scattering and thus also clearly distinguish from a tool breakage.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in einem Prinzipschaltbild dargestellt.The circuit arrangement according to the invention is shown in a block diagram.

Ein Meßwertaufnehmer 1 für die Ultraschallemission liegt ausgangsseitig über eine Aufbereitungsschaltung 2 an einem Tor 3. In gleicherweise sind ein Meßwertaufnehmer 4 für die Hauptantriebsleistung über eine Aufbereitungsschaltung 5 auf ein Tor 6 und ein Meßwertaufnehmer 7 für die Vorschubantriebsleistung über eine Aufbereitungsschaltung 8 auf ein Tor 9 geschaltet. Die Durchschalteeingänge der Tore 3; 5; 9 liegen an jeweils zeitlich versetzt wirksamen Ausgängen einer Teilerschaltung 10, die von einem Taktgeber 11 ansteuerbar ist. Die Ausgänge der Tore 3; 6; 9 sind über einen Analog/Digital-Wandler 12 an einer Auswerteschaltung 13 angeschlossen.A transducer 1 for the ultrasonic emission is the output side via a conditioning circuit 2 to a gate 3. Similarly, a transducer 4 for the main drive power via a conditioning circuit 5 on a gate 6 and a transducer 7 for the feed drive power via a conditioning circuit 8 on a gate 9 , The switching inputs of the gates 3; 5; 9 are each at a time offset outputs of a divider circuit 10 which is controlled by a clock generator 11. The exits of gates 3; 6; 9 are connected via an analog / digital converter 12 to an evaluation circuit 13.

Am Ausgang der Auswerteschaltung 13 sind jedem Meßwertaufnehmer 1; 4; 7 entsprechend zugeordnete Speicherglieder 14; 15; 16 angeschlossen, deren Setzeingänge an jeweils zeitlich versetzt wirksamen Ausgängen der Teilerschaltung 10 angeschlossen sind und mit den jeweiligen Durchschalteeingängen der Tore 3; 6; 9 synchron aufrufbar sind. Der Auswerteschaltung 13 ist ein Sollwertspeicher 17 vorgeschaltet, welcher für jeden der Meßwertaufnehmer 1; 4; 7 zugeordnete Einstellelemente besitzt und wobei der jeweilige Kanal von den zugeordneten Ausgängen der Teilerschaltung 10 aufrufbar ist. Die Auswerteschaltung 13 ist ebenfalls vom Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aktivierbar. Die Ausgänge der Speicherglieder 14; 15; 16 sind als Eingänge auf ein UND-Glied 18 geschaltet, dessen Ausgang am Setzeingang eines den Werkzeugbruch kennzeichnenden Speichers 19 angeschlossen ist. Die Ausgänge von jeweils zwei Speichergliedern 14; 15 bzw. 14; 16 sind auf jeweils zugeordnete UND-Glieder 20 bzw. 22 geschaltet, deren Ausgänge an einem gemeinsamen ODER-Glied 23 angeschlossen sind, dessen Ausgang über ein Zeitglied 24 am Setzeingang eines Alarmspeichers 25 liegt. Der Alarmspeicher 25 liegt außerdem mit seinem Freigabe-Eingang für die Übernahme des am Setzeingang liegenden Signals über ein Nagationsglied 26 und die Teilerschaltung 10 am Taktgeber 11At the output of the evaluation circuit 13 are each transducer 1; 4; 7 correspondingly assigned memory elements 14; 15; 16 whose set inputs are connected to respective time-delayed outputs of the divider circuit 10 and connected to the respective Durchschalteeingängen the gates 3; 6; 9 are synchronously callable. The evaluation circuit 13 is preceded by a setpoint memory 17, which for each of the transducers 1; 4; 7 has associated adjustment elements and wherein the respective channel of the associated outputs of the divider circuit 10 can be called. The evaluation circuit 13 can also be activated by the clock 11 via the divider circuit 10. The outputs of the memory elements 14; 15; 16 are connected as inputs to an AND gate 18 whose output is connected to the set input of the tool break characteristic memory 19. The outputs of two memory elements 14; 15 and 14, respectively; 16 are connected to respectively associated AND gates 20 and 22, whose outputs are connected to a common OR gate 23 whose output is connected via a timer 24 at the set input of an alarm memory 25. The alarm memory 25 is also with its release input for the acquisition of the signal lying at the set input via a Nagationsglied 26 and the divider circuit 10 on the clock 11th

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: The mode of operation of the arrangement is as follows:

Die Meßwerte Ultraschallemission, Hauptantriebs- und Vorschubantriebsleistung werden von den entsprechenden Meßwertaufnehmern 1; 4; 7 ständig erfaßt und stehen über die zugehörigen Aufbereitungsschaltungen 2; 5; 8 am jeweiligen Tor 3; 6; 9 an. Durch den Taktgeber 11 und die nachgeordnete Teilerschaltung 10 werden die Tore 3; 6; 9 zeitlich nacheinander durchgeschaltet, so daß die Meßwerte über den Analog/Digital-Wandler 12 nacheinander der Auswerteschaltung 13 zur Verarbeitung zugeführt werden. Die Verarbeitung besteht in der Streuungsberechnung aus zehn aktuellen Meßwerten und dem Vergleich dieser Streuung der Meßwerte mit einem vom Sollwertspeicher 17 vorgegebenen Sollbereich der Streuung. Entsprechend dem zur Verarbeitung mit dem Tor 3; 6; 9 aufgerufenen Meßwert aus den Meßwertaufnehmern 1; 4; 7 wird auch der zugeordnete Sollwert am Sollwertspeicher 17 von dem Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aufgerufen. Das Ergebnis der Auswertung steht entweder als digitales „Null"-Signal bei NichtÜberschreitung des Sollbereiches der Streuung oder als digitales „L"-Signal bei Überschreitung des Sollbereiches der Streuung am Ausgang der Auswerteschaltung 13 und damit an den Speichergliedern 14; 15; 16. Von den Speichergliedern 14; 15; 16 wird jeweils das zugehörige vom Taktgeber 11 über die Teilerschaltung 10 aktiviert, so daß das anstehende Ergebnis bei „L"-Signal, also Überschreitung des Sollbereiches der Streuung, das Speicherglied setzt und bei „Null"-Signal, also bei NichtÜberschreitung des Sollbereiches der Streuung, das Speicherglied rücksetzt. Die Ausgänge der Speicherglieder 14; 15; 16 stehen statisch an den Eingängen des UND-Gliedes 18 an, so daß bei gleichzeitigem Vorliegen von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung aller drei Meßwerte der Speicher 19 gesetzt wird, d.h. Werkzeugbruchsignal ausgegeben wird. Beim Vorliegen von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung bei zwei von drei Meßwerten wird über das jeweilige UND-Glied 20bzw. 21 bzw. 22 sowie unter das ODER-Glied 23 das Zeitglied 24 angesteuert. Bei Einsatz eines monostabilen Multivibrators als Zeitglied 24 wird erst mit Vorliegen des Eingangssignals über die Kippzeit hinaus das Signal an den Setzeingang des Alarmspeichers 25 angelegt. Die Übernahme des Setzeingangs in den Alarmspeicher 25 erfolgt zur eindeutigen Trennung von den Aktivierungssignalen der Meßwertverarbeitung zu unterschiedlichen Taktzeitpunkten, d.h. durch das negierte Taktsignal in der Taktpause. Zwischenzeitlich durch Wegfall von Überschreitungen des Sollbereiches der Streuung ruckgesetzte Speicherglieder 14; 15; 16 lassen den monostabilen Multivibrator in die Ausgangslage zurückkippen. Hierdurch ist gewährleistet, daß kurzzeitig eintretende Sollbereichsüberschreitungen nicht schon zur Ausgabe eines Alarmsignals führen und erst beim unveränderten Vorliegen über einen Mindestzeitraum hinaus als Prozeßunregelmäßigkeiten angezeigt werden. Sowohl der Alarmspeicher 25 wie auch der Speicher 19 zur Anzeige eines Werkzeugbruches werden nach Beseitigung der Störungen von äußeren Löschsignalen L wieder in ihre Ausgangslage zurückgesetzt. Beim Alarmspeicher 25 geschieht dies mit Einleitung jedes neuen Schnittes. Beim Speicher 19 erfolgt die Löschung nach dem Austausch des gebrochenen Werkzeuges.The measured values ultrasonic emission, main drive and feed drive power are from the corresponding transducers 1; 4; 7 constantly detected and are on the associated conditioning circuits 2; 5; 8 at the respective gate 3; 6; 9 on. By the clock 11 and the downstream divider circuit 10, the gates 3; 6; 9 consecutively switched through, so that the measured values are successively fed to the evaluation circuit 13 via the analog / digital converter 12 for processing. In the scatter calculation, the processing consists of ten current measured values and the comparison of this scattering of the measured values with a specified range of the scattering specified by the setpoint memory 17. According to the processing with the gate 3; 6; 9 called measured value from the transducers 1; 4; 7, the associated setpoint value at the setpoint memory 17 is also called by the clock generator 11 via the divider circuit 10. The result of the evaluation is either as a digital "zero" signal when not exceeding the desired range of the scattering or as a digital "L" signal when exceeding the desired range of the scattering at the output of the evaluation circuit 13 and thus to the memory elements 14; 15; 16. Of the storage members 14; 15; 16, the associated is activated by the timer 11 via the divider circuit 10, so that the upcoming result at "L" signal, ie exceeding the target range of the scattering, the memory element sets and at "zero" signal, ie not exceeding the target range of Scattering, the memory element resets. The outputs of the memory elements 14; 15; 16 are statically connected to the inputs of the AND gate 18, so that the memory 19 is set in the simultaneous presence of exceedances of the desired range of the scattering of all three measured values, i. Tool breakage signal is output. In the presence of exceedances of the desired range of the scattering in two out of three measured values 20bzw via the respective AND gate. 21 and 22 and under the OR gate 23, the timer 24 is driven. When using a monostable multivibrator as a timer 24, the signal is applied to the set input of the alarm memory 25 only with the presence of the input signal beyond the tilting time addition. The acquisition of the set input into the alarm memory 25 is carried out for the clear separation of the activation signals of the measured value processing at different clock instants, i. by the negated clock signal in the clock break. Intermediate by eliminating excesses of the desired range of scattering jerked memory members 14; 15; 16 let the monostable multivibrator tilt back to the starting position. In this way, it is ensured that short-term setpoint overshoots do not already lead to the output of an alarm signal and are only displayed as process irregularities when they are present for a minimum period of time. Both the alarm memory 25 as well as the memory 19 for displaying a tool break are reset to its original position after removal of the disturbances from external deletion signals L. When alarm memory 25, this is done with the introduction of each new cut. The memory 19, the deletion takes place after the replacement of the broken tool.

Die erfindungsgemäße Wirkung der Schaltungsanordnung kann insbesondere für unterschiedliche Schnittbedingungen, wie sie an verschiedenen Bearbeitungskonturen bzw. Bearbeitungsschnitten an unterschiedlichen Durchmesserabschnitten entstehen mit zugeordneten abgespeicherten experimentell und automatisch durch Probeschnitt ermittelten Sollwerten der einzelnen Meßgrößen ergänzt werden, d. h. zu einzelnen Programmsätzen verschiedener Bearbeitungskonturen an einem Werkstück sind jeweils zugehörige Sollwerte der drei Meßgrößen aufrufbar.The effect of the circuit arrangement according to the invention can be supplemented in particular for different cutting conditions, such as those produced at different machining contours or machining sections at different diameter sections, with associated stored setpoint values of the individual measured variables determined experimentally and automatically by test cut, d. H. For individual program sets of different machining contours on a workpiece, respective reference values of the three measured variables can be called up.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist vor allem beim bedienerlosen Betreiben einer automatischen Werkzeugmaschine sichergestellt, daß einerseits die Werkzeugmaschine bzw. das Werkstuck nicht durch unerkannten Werkzeugbruch beschädigt werden und andererseits die Werkzeugmaschine nicht bereits stillgesetzt wird, wenn eine Prozeßunregelmäßigkeit ohne Werkzeugbruch vorliegt.The inventive solution, especially when unattended operation of an automatic machine tool ensures that on the one hand, the machine tool or the workpiece are not damaged by unrecognized tool breakage and on the other hand, the machine tool is not already stopped when a process irregularity is present without tool breakage.

Weitere Vorzüge der Erfindung bestehen darin, daß mit der Meßwerterfassung nicht in den Kraftfluß der Werkzeugmaschine eingegriffen und auch der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine nicht eingeschränkt wird. Darüber hinaus ist eine einfache Meßwerterfassung aus der Hauptantriebs- bzw. Vorschubantriebsleistung gegeben. Es sind auch keine Verrechnungen der Meßwerte untereinander erforderlich, woraus neben geringem Schaltungsaufwand eine zeitverzugsarme Ausgabe des Werkzeugbruchsignals resultiert.Other advantages of the invention are that intervened with the measured value not in the power flow of the machine tool and the working space of the machine tool is not limited. In addition, a simple data acquisition from the main drive or feed drive power is given. There are also no offsets of the measured values required with each other, which in addition to low circuit complexity results in a time delay low output of the tool break signal.

Claims

1. Circuit arrangement for monitoring the machining conditions on a machine tool by continuously measuring a plurality of physical parameters characterizing the machining process, which are evaluated with respect to a tool break or process irregularity-recognizing state of the machining process, characterized in that the transducer (1; 4; 7) for the Ultrasonic emission of Zerspanvorganges, the main drive power and the feed drive power are provided, each transducer (1; 4; 7) is followed by a gate (3; 6; 9), which is connected with its Durchschalteeingang at the output of a clock (11) whose clock signals the gates (3; 6; 9) are activated one after the other and the outputs of the gates (3; 6; 9) are guided to an evaluation circuit (13) determining the deviation from a given scattering and the exceeding of a target range of the scattering, the output of which is in each case open every meter reading memory element (14; 15; 16) is connected and the outputs of the three memory elements (14; 15; 16) are connected via a logic gate (18) to the set input of a latch indicating the tool break (19) and the outputs of two memory elements (14; an associated logic element (20; 21; 22) is connected to a summary OR gate (23) whose output is connected via a timer (24) to the set input of an alarm signal memory (25) indicating the process irregularities, the clearing input (L) of which is input every new cut of the cutting process can be activated.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that a monostable multivibrator is provided as a timer (24).

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Field of application of the invention

The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the machining conditions on a machine tool by continuously measuring a plurality of physical parameters characterizing the cutting process, which are evaluated with respect to a tool breakage or process irregularities recognizing state of the machining process.

Characteristic of the known technical solutions

The low-maintenance machining by program-controlled machine tools with automatic workpiece loading requires constant monitoring of the machining process with regard to faults and irregularities as well as an automatic tool breakage control. From the detection of the disturbances and irregularities of the cutting process, measures for their elimination can be derived. From the detection of a tool breakage, an immediate cut of the cut must be initiated in order to avert the considerable consequential damage occurring during tool breaks, such as the destruction of the workpiece surface and / or the destruction of machine components. In machine tools operating without tools, a tool replacement can be derived from the tool break signal in addition to the cut-off. In machine tools that are used for machining different workpieces and machining operations, the monitoring must be as independent as possible of these different conditions.

From the DD-WP 105739 it is known to conclude from the sudden drop in cutting force or the increase in cutting force beyond their normal value, a tool breakage. However, this cutting force curve does not occur in all cases of tool breakage. Type and sequence of a tool breakage can vary in so many ways that with this known arrangement on the one hand not all occurring tool breakages can be detected and on the other hand, certain a Schnittkraftanstieg-causing Zerspanungsverläufe be misinterpreted as a tool breakage. In another known device (DE-OS 2251333) are formed from measured values of Zerspankraftkomponenten ratio values of feed force to the main cutting force and from the return force to the main cutting force. Here are two comparison operations to detect a tool breakage. In the first comparison operation, the actual value of each cutting force component is compared with an associated limit value, in the second comparison operation each of the ratio values is compared with a predetermined ratio value. With this device, a variety of tool breaks can be seen, but the wrong decisions are too high to operate a fully automatic machine tool operatorless. This is due to the fact that, for example due to voids or during turning by deviations from the cylindrical shape individual glitches occur, which are interpreted as tool breakage signals and can lead to an unauthorized interruption of the cutting process or shutdown of the machine tool. Another known way to safely distinguish a tool break from other interference is known from DE-OS 3043827. In addition to the known comparison operations previously discussed with the measured values of the cutting force components, in the latter method the mean values of these measured values and further difference values are formed, and moreover the course of the ratio values is based on their temporal change