用于监测工件加工过程的方法与流程

1.本发明涉及一种用于在工件加工中的监测加工过程的方法。


背景技术：

2.机械加工即使不是最重要的制造形式也仍然是最重要的加工形式之一。此外，由不同材料，例如金属、塑料或复合材料构成的大量工件通过铣削或车削来制造，通常也通过磨削来完成。这同样适用于小型工件，例如变速器的齿轮，还有适用于大型工件，例如涡轮叶片等。机械加工既可用于批量生产，也可用于小批量工件的加工，还可用于单个零件的生产。质量监测和保证是一个特殊的方面，它已变得越来越重要，并将继续变得越来越重要。
3.在规划要在机床，例如尤其是铣床、车床或磨机上执行的加工过程时，通常将规划软件用于机床的流程规划和编程。在此，设计数据，即通常从设计程序导出的文件，被读入这种规划软件中，在所述规划软件中然后可以规划加工过程。在此，特别地，规划在工件表面上的工具路径，以便一方面找到一种加工进程，所述加工进程既能安全地排除工具与工件可能发生的碰撞，另一方面又能在尽可能合理的加工时间内安全可靠地加工工件。例如，可以强调间隔均匀的切削路径，使加工后的工件具有较高的表面质量，或者强调在特别关键的工件部分采用间隔较窄的切削路径，以实现那里的强度和工件稳定性。
4.现在，为了一方面在实践中对在这种规划范围中获得的加工流程中所获得的加工结果的质量方面进行验证，并且另一方面为了获得监测加工过程的基础，在实践中根据规划的加工流程在机床上加工参考件，并且评估参考件的质量并且在加工参考件时记录并存储加工过程的特征值，例如工具主轴马达的电流消耗。然后，在随后加工真正工件的实际加工过程中将所述值用作为参考值，并且与在实际加工过程中记录的特征值进行比较。如果这些值在先前确定的公差范围内一致，则就可以断定加工过程是按照目标规格进行的，并且加工工件的结果是高质量的。
5.然而，该过程是麻烦的，因为其首先需要加工参考件，并且将在此检测到的特征值记录为标称值。此外，尤其当随后仅加工小批量工件或者甚至仅在单独件制造范围中加工单个工件时，创建参考件是成本驱动因素。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，创建一种在工件加工中监测加工过程而不必借助于参考件的加工的可能性。
7.本发明的目的通过具有本发明实施例的特征的方法实现。本发明的有利的改进形式在本发明的其他实施例中表示。
8.根据本发明，一种用于监测工件加工过程的方法包括以下步骤：
9.a.根据在加工过程中要实现的工件的预设最终形状以及要获得的工件最终形状的质量特征来规划加工过程。
10.b.在计算机辅助模拟中对规划的加工过程进行模拟。这通常是通过一个模拟程序
完成的，该程序还特别包括机床的类型和设计以及相关的操作参数和所用加工工具的类型和设计。
11.c.在计算机辅助模拟的框架内，记录并存储模拟加工过程中发生的模拟加工过程的特征值的目标值。在此，尤其在真实机床处使用的传感器和测量记录器可以共同映射在所使用的模拟软件中，使得借助在那里虚拟存在的传感器和测量记录器可以在模拟中记录特征值。
12.d.在规划并模拟的加工过程之后执行的实际加工过程(iii)中，监测在模拟(i)中考虑的特征值并记录其实际值。在此，通常采用真实的传感器和测量记录器，所述真实的传感器和测量记录器在虚拟机床的模拟软件中以同样方式镜像实现。
13.e.最后，通过将实际加工过程中记录的特征值的实际值和在模拟中记录的这些特征值的目标值进行比较，评估加工过程和/或加工工件的质量。
14.借助这种处理方式可行的是：完全地在不需要创建参考件的情况下执行对加工过程在加工结果质量方面进行监测和检查。替代地，仅使用虚拟获得的模拟数据。于是为此仅需要根据在真实机床的模拟中模仿的虚拟机床上的规划借助根据实际工具模仿的虚拟根据虚拟地执行在之前步骤中规划的过程，并且在此借助根据实际存在于机床处的传感装置和测量记录器模仿的虚拟的传感装置和虚拟的测量记录器记录预设的特征值的在对虚拟工件的模拟的工件加工时记录到的值作为目标值，以便将所述值与然后借助根据规划执行的实际加工过程中借助实际传感装置和实际测量记录器记录的实际值比较，并且根据比较执行过程结果的评估。
15.上述模拟还具有如下优点：在这种模拟过程中，可以对规划的加工过程检查结果质量。因为如果在模拟范围内记录到的目标值使识别出所述目标值例如因为记录到值的波动而导致工件的较差结果，则可以再次修改加工过程的规划，并且可以借助新规划的加工过程重新进入模拟，以便然后求出新的目标值，其中所述值的波动表明工具干预存在问题。
16.在所述评估的背景下，在实际加工过程中求出的特征值的实际值与模拟加工过程中求出的特征值的目标值的在公差范围内一致的情况下，就此可以确定加工的工件符合质量规格。在此，甚至可以省去对成品工件的检查。
17.特别地，作为所述加工过程的特征值可以使用在加工过程中在工件处作用的加工工具处出现的力和/或弯曲力矩，如其在加工过程中例如可以借助传感工具支架来测量，例如借助本技术人以商标提供的这种传感工具支架。
18.可选地或附加地，将执行加工过程的机床的轴或主轴马达的扭矩和/或电流消耗视作为特征值。
19.也可以将作用在加工工具处的加速度和/或振动和/或产生的结构性声音用作特征值。
20.在工件加工中作用在工件的加工工具处的弯曲力矩已被证明是特别合适的，因为结论非常精确，其中也可以使用其他的、例如上限列举的特征值。
21.有利地，可以按照位置和/或时间解析在模拟(步骤c)中记录特征值的目标值和在实际加工过程(步骤d)中记录的特征值的实际值。于是，这允许将实际值与目标值的偏差和从中得出的与预设的偏差的加工流程与工件上的位置和/或与加工时间点精确地关联。在空间和/或解析记录目标值和实际值的情况下，例如可以在显示装置、例如计算机屏幕上显
示工件的最终形状的随加工时间展开的显示，在所述显示中对于机器操作员允许快速和容易地检查正在进行的过程。为此，但不仅为此目的，步骤e中的比较可以有利地以计算机辅助并且实时的方式进行，使得可以实时监测。但是，也可以在加工过程之后后置地进行实际值与目标值的比较，以便如此后置地评估工作结果的质量。
22.根据本发明的方法还可以提出：在确定至少一个特征值中的实际值与至少一个特征值的目标值的偏差超过公差阈值的情况下，停止或中止加工过程。以该方式可以必要时在适配机床的机器控制装置或硬件之后、例如在更换模式的工具之后还可以继续加工加工过的工件，而不将工件视为废品。如果刚刚加工的工件无法继续加工，则停止或中止加工过程在任何情况下都是有利的，因为不进行进一步的加工，这会浪费时间和资源进而产生成本。停止或中止可以在随着确定超过公差阈值的偏差时立即进行。但是，也可以提出：首先还将当前执行的部分加工步骤引导至结束并且然后才停止或中止该过程。因此，例如，可以保护工具，所述工机具否则在突然终止的情况下会损坏。因此也可以防止：工件因突然中断而具有这种加工痕迹，所述加工痕迹使所述工件无法继续使用。
23.上述公差阈值尤其可以通过整个加工过程的预定极值来确定。可选地或附加地，所述公差阈值也可以针对任意数量的、也具有不同大小的值根据位置和/或时间来定义。
24.此外，有利地，在步骤d中在实际加工过程中记录到特征值的实际值与在步骤c中在模拟中记录的特征值的目标值一起存储在与在实际加工过程中加工的工件相关联的加工日志中。以该方式，获得与工件相关联的质量文件。这种文件在各个领域中都由工件的购买者需要，以便例如在工件可能出现错误和缺陷的情况下可以根据这种文件评估是否在生产中会造成错误。
附图说明
25.下面，在根据所附的附图示出的可能的实施方式的范围内再次解释按照根据本发明的方法的处理方式。其中：
26.图1示意性地显示了模拟方法的顺序、模拟过程中特征值的记录、公差范围的确定以及实际过程中特征值的后续测量以及与模拟中记录的特征值相比的相关评估；以及
27.图2以视图a到c示出作为不符合预设的过程曲线的指标的偏离预设的实际特征值曲线的示例的说明。
具体实施方式
28.在图1中示出根据本发明的方法的根据可能的实施例的能够监测工件加工中的加工过程的流程的示意性示例。在此，位于图上部的实线箭头符号表示时间线，并且指示以下更详细描述的编号为i至iv的步骤以下面更详细解释的方式时间依次排列。
29.之前要在加工过程中达到的根据预设的工件最终形状以及要获得的工件最终形状质量特征规划的加工过程，在标记为i的部段中进行计算机辅助模拟。在此，计算工具相对于工件执行的路径移动，在实践中通过工件和/或工具的移动获得。此外，在模拟中计算根据位置和/或时间从工件的原始形式中溶解在相应的通过路径中的材料去除。于是，根据工具相对于工件的移动坐标以及相应在轨道的曲线中要去除材料的厚度在考虑材料特性的情况下可以求出作为预设的特征值的目标值的曲线，所述目标值然后可以作为传感器的
理论信号曲线来识别，所述传感器记录特征值。这例如可以是作用于工具或工具支架处的弯曲力矩的信号曲线。但是也可以考虑其他特征值，例如施加在工具处的力或力矩或还有用于工具和/或工件驱动器的主轴马达的扭矩或电流消耗等，其信号曲线被模拟。
30.在图1中，示例性地以设有附图标记1的窗口的虚线示出关于例如时间绘制的特征值的模拟值的曲线。代替关于时间绘制，在此例如也可以提出关于位置绘制。同样可以考虑同样地根据位置和时间对数据进行解析。
31.在图1中用ii表示的随后的步骤中，在此在计算范围内确定公差带，在所述是合理中经由
±
xy％附近的百分比偏差来确定，其中xy代表适合于该过程的值，本领域技术人员根据其经验必要时采用简单的测试来确定所述值。相应地，在该视图中在设有附图标记2的窗口中可见两条虚线，所述虚线中的下方的虚线指出公差窗口的下限值的曲线，上方的虚线指出公差窗口的上限值的曲线。特别地，这种模拟和计算也可以为了执行大量要执行的加工过程、例如在批量生产中一次性确定。但是，所述步骤也可以针对仅跟随一次的单个加工过程来执行。
32.此外，现在在图1中示出已经提到的加工过程，所述加工过程在此称作为实际过程并且在用iii表示的部段中进行。在所述过程的范围中，将如下特征值的曲线记录为实际值，所述特征值在在模拟中先前作为用于比较的模拟的特征值求出。
33.在图1中所示的流程中在iv中所说明的评估的范围中，将特征值实际值的借助于传感装置在实际加工过程中记录的曲线与目标值的通过预设公差带所确定的可能的曲线进行比较。所述评估或者可以后置于加工过程进行，即及时解析。但是，所述评估也可以就地完成、即在执行加工过程中执行。在图1中在用3表示的窗口中示出结果，其中特征值的以实线示出的、借助于适当的传感装置求出的实际值曲线位于通过两条虚线示出的、事先在ii中描述的步骤中确定的公差带之内，使得将所执行的实际过程评估为“好”符合预期或预设。在此，尤其可以存储如在窗口3中示出的数据或曲线并且作为加工日志与加工的工件相关联并添加。
34.在图2中在三个不同的视图a、b和c中相对于事先在步骤ii中求出的公差带(两条虚线曲线)示出传感器求出的实际值曲线(分别以实线示出)，其中特征值的实际值曲线至少部分地在公差带的预设之外移动，使得将相应所执行的过程评估为不符合预设进而评估为“差”。如果在评估范围中做出这种确定，则尤其可以停止正在进行的过程，以便确定与通过模拟预设的值的偏差的原因，并在调整过程或加工机器，以便重新获得符合预设的且在评估结果中、如在图1中在用3表示的窗口中识别的评估，并且经由此在工件加工中获得在定性上符合预设的工件加工。
35.从上面的描述中再次清楚地表明，根据本发明的方法可以用于监测加工过程而不需要分析成品工件，例如作为复杂测量的一部分，通过简单地比较模拟数据目标值形式的某些特征值与在实际加工过程中为这些特征值确定的实际值，如果在公差范围内存在匹配，则识别并确认加工的质量符合要求，但如果存在偏差，它识别错误和可能的质量缺陷。
36.所示的实施例的以上描述再次用于说明和阐明本发明及其优点，而没有在所示的实施例中描述如所附专利权利要求书中限定的本发明的所有可能的设计方案。

技术特征：
1.一种用于监测工件加工过程的方法，包括：a.根据在加工过程中要实现的工件的预设最终形状以及要获得的工件最终形状的质量特征来规划加工过程；b.在计算机辅助模拟(i)中对规划的加工过程进行模拟；c.在计算机辅助模拟(i)中，记录并存储在模拟的加工过程中发生的模拟加工过程的特征值的目标值；d.在规划并模拟的加工过程之后执行的实际加工过程(iii)中，监测在模拟(i)中考虑的特征值并记录其实际值；e.通过将实际加工过程中记录的特征值的实际值和在模拟(i)中记录的这些特征值的目标值进行比较，评估加工过程和/或加工工件的质量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在实际加工过程(iii)中确定的特征值的实际值与模拟(i)中确定的特征值的目标值的在公差范围内一致的情况下，确定所加工的工件符合质量规格。3.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于，以下内容被确定为所述加工过程的特征值：
·
在所述加工过程中加工工具与工件接合时出现的力和/或弯曲力矩和/或电流消耗；
·
执行所述加工过程的机床的轴马达或主轴马达的扭矩和/或电流消耗；和/或
·
加速度和/或振动和/或所产生的结构性声音；并且记录并比较(步骤e)它们在所述模拟(i，步骤c)中的目标值和在所述实际加工过程(iii，步骤d)中的实际值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据位置和/或时间解析在所述模拟(i，步骤c)中检测所述特征值的目标值和在所述实际加工过程(iii，步骤d)中检测所述特征值的实际值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中的比较通过计算机辅助实时地进行。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定至少一个特征值的实际值与至少一个特征值的目标值的偏差超过公差阈值的情况下，在当前执行的部分加工步骤完成之后停止或中止加工过程。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述实际加工过程(iii)中在步骤d中检测到的所述特征值的所述实际值与在步骤c中在所述模拟(i)中检测的所述特征值的所述目标值一起存储在与在所述实际加工过程(iii)中加工的所述工件相关联的加工日志中。

技术总结
本发明涉及一种用于监测工件加工过程的方法，该方法包括以下步骤：a.根据在加工过程中要实现的工件的预设最终形状以及要获得的工件最终形状的质量特征来规划加工过程。b.在计算机辅助模拟(I)中对计划的加工过程进行模拟。c.记录并存储在计算机辅助模拟(I)中发生的模拟加工过程的特征值的目标值。d.在规划并模拟的加工过程之后执行的实际加工过程(III)中，监测在模拟(I)中考虑的特征值并记录其实际值。e.通过将实际加工过程中记录的特征值的实际值和在模拟(I)中记录的这些特征值的目标值进行比较，评估加工过程和/或加工工件的质量。量。量。


技术研发人员：赖纳
受保护的技术使用者：普罗-麦克龙有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/8/23