DE3642130A1

DE3642130A1 - Process for monitoring the operation of cutting, rotating tools, and apparatus for carrying out the process

Info

Publication number: DE3642130A1
Application number: DE19863642130
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Toenshoff hans Kurt profdr-Ing
Current assignee: Toenshoff hans Kurt profdr-Ing
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3642130C2

Abstract

Process for monitoring the operation of cutting, rotating tools which have a cylindrical shaft. The permeability of the ferromagnetic material of the shaft of the tool is measured and the resulting measurement signal is subjected to analysis, in particular a frequency analysis. In this manner, rapid and higher-frequency torsional moments, which are characteristic for an end to the service life of the tool, can be established directly on the tool. In dependence thereon, signals for stopping the machine tool or for exchanging the tool can be generated. The fracture in the tool can also be established in this way because this is connected with a rapid change in the measuring voltage. An apparatus for carrying out the process can be arranged without difficulty on the shaft, for example of a drill, to be precise even on each shaft of a tool, in the case of multi-spindle machine tools, with the result that, even in the case of such machines, monitoring is possible. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Überwachung des Arbeitens spanabhebender, rotierender Werkzeuge sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method in the preamble of claim 1 mentioned type for monitoring work cutting, rotating tools and a device to carry out the procedure.

Durch den Aufsatz "Automatisierte Überwachung des Bohrens" von Christian Nedeß und Thomas Himburg in der Zeitschrift VDI-Z, Band 128 (1986), S. 651-657, ist eine umfangreiche Übersicht über die automatisierte Überwachung des Bohrens bekannt. Danach ist es üblich, eine Motorstromüberwachung in Kombination mit mechanischen oder optischen Bruchkontrollen anzuwenden. Die Motorstromüberwachung hat den Nachteil der großen Distanz zwischen Prozeßort und Meßort. Der durch die Schnittkräfte verursachte Leistungsbedarf ist oft im Verhältnis zu der Leistung, die zur Überwindung der Reibungskräfte und nichtmechanisch bedingter Verluste der Motoren benötigt wird, sehr gering, so daß auch die zur Auswertung zur Verfügung stehende Meßgröße gering ist. Außerdem ergibt sich eine starke Temperaturabhängigkeit der Vorspannung bewegter Maschinenteile, die das Meßergebnis verfälscht. Schließlich ist eine sichere Erkennung schneller Momenten- oder Schnittkraftänderungen wegen des schlechten Übertragungsverhaltens des Systems sehr problematisch. Through the article "Automated monitoring of drilling" by Christian Nedeß and Thomas Himburg in the magazine VDI-Z, Volume 128 (1986), pp. 651-657, is an extensive one Overview of automated drilling monitoring known. After that, it is common to have a motor current monitor in Combination with mechanical or optical breakage control to apply. The motor current monitoring has the disadvantage of large distance between the process location and the measurement location. The one through the Power requirements caused by cutting forces are often in proportion to the performance needed to overcome the frictional forces and non-mechanical losses of the motors are required, very low, so that also available for evaluation standing measured variable is small. There is also a strong one Temperature dependence of the preload of moving machine parts, which falsifies the measurement result. After all, it is a safe one Detection of rapid changes in torque or cutting force because of the poor transmission behavior of the system problematic.

Für mechanische Kontrollen sind die Messung des Kontakt widerstandes zwischen Werkzeug und Werkstück sowie die Schall emission angegeben. Die erstere ist jedoch träge, und die zweite ist ungenau, so daß diese Überwachungsverfahren ledig lich zur Bruchüberwachung angewendet werden können.For mechanical controls are measuring the contact resistance between tool and workpiece as well as the sound emission specified. However, the former is sluggish, and the the second is inaccurate, so these monitoring procedures are single can be used for break monitoring.

In dem genannten Aufsatz ist auch eine Dissertations schrift "Werkzeugüberwachung beim Bohren und Fräsen" von Dipl.-Ing. Klaus Christoffel aus Eitorf/Sieg erwähnt und dazu ausgeführt, daß aufgrund der zuvor angegebenen Nachteile der bekannten Überwachungsverfahren in der Vergangenheit Anstren gungen im Hinblick auf die Erfassung und Auswertung der Prozeßdynamik gemacht worden sind. In der genannten Disser tationsschrift ist auf den S. 82 und 83 ausgeführt, daß sich die Prozeßkenngrößen und damit Anhaltswerte für Verschleiß und Standzeit am deutlichsten im Drehmoment zeigen, weil sich das dynamische Band, gemeint ist das Frequenzspektrum des Drehmomentenverlaufs, verschleißbedingt aufspreizt. Es ist dann aber angegeben, daß sich das Drehmoment für die Erkennung als ungeeignet erwies. Dies ließe sich einfach damit erklären, daß die Erkennung des Drehmomentes an elektrischen oder mechanischen Stellen gemessen worden sei, die schwingungsmäßig so träge seien, daß sie wichtige, höherfrequente Anteile des Frequenzspektrums des Drehmomentenverlaufs nicht erkennen ließen.There is also a dissertation in the article font "Tool monitoring during drilling and milling" by Dipl.-Ing. Klaus Christoffel from Eitorf / Sieg mentioned and in addition stated that due to the disadvantages of the known surveillance procedures in the past with regard to the recording and evaluation of the Process dynamics have been made. In the above dissertation tationsschrift is on pages 82 and 83 that the process parameters and thus reference values for wear and service life most clearly in the torque because the dynamic band, meaning the frequency spectrum of the Torque curve, spread due to wear. It is but then stated that the torque for the detection proved unsuitable. This could easily be explained by that the detection of the torque on electrical or mechanical points were measured, the vibrational are so sluggish that they are important, higher frequency portions of the Do not recognize the frequency spectrum of the torque curve let.

Durch die Druckschrift der Firma AEG-KANIS "Berührungslose Drehmomentmessung" ist es bekannt, ein Drehmoment an einer Antriebswelle mit Hilfe eines elektromagnetischen Meßkopfes zu bestimmen, der vier jeweils mit Spulen bestückte magnetische Kreise aufweist, die topfförmig ausgebildet und mit Luftspalten auf einer Stirnseite versehen sind, die dicht benachbart zu der Welle angeordnet sind, so daß diese, die aus ferromagne tischem Material besteht, in die magnetischen Kreise einbezogen sind. Die Feldrichtung der vier magnetischen Kreise verläuft jeweils 45° zur Achse der Welle, also in der Richtung, in der die maximalen Spannungen in der Welle bei Übertragung eines Drehmoments auftreten. Durch diese Spannungen ändern sich die Permeabilitätswerte, die so in die genannten magnetischen Kreise eingehen, deren Werte sich ändern und dann in üblicher Weise, hier durch eine Brückenschaltung der vier Spulen, festgestellt werden. Somit entsteht ein Meßsignal, das von dem übertragenen Drehmoment abhängig ist. Es ist ausgeführt, daß wegen der hohen Erregerfrequenz von über 100 kHz für die Spulen die Erfassung sehr schneller Drehmomentschwankungen an rotierenden Wellen möglich sei, jedoch ist ausgeführt, daß die Drehmomentschwingungen durch das Schwingsystem Motor - Welle - Schwungscheibe begrenzt ist. Es ist dort eine Schwingungsdauer von 26 ms angegeben. Aufgrund der für die Drehschwingungen verantwortlichen Massen können höherfrequente Schwingungen weder entstehen noch übertragen werden. Es trifft daher durchaus die Feststellung aus der zuvor genannten Dissertationsschrift von Christoffel zu, daß sich für die Erkennung der Kenngrößen beim Bohren das Drehmoment nicht eignet.Through the publication of the company AEG-KANIS "non-contact torque measurement" it is known to determine a torque on a drive shaft with the aid of an electromagnetic measuring head, which has four magnetic circuits each equipped with coils, which are cup-shaped and have air gaps on one end , which are arranged closely adjacent to the shaft so that this, which consists of ferromagnetic table material, are included in the magnetic circuits. The field direction of the four magnetic circles is 45 ° to the axis of the shaft, i.e. in the direction in which the maximum stresses in the shaft occur when torque is transmitted. These voltages change the permeability values, which thus enter the magnetic circuits mentioned, the values of which change and are then determined in the usual way, here by means of a bridge connection of the four coils. This creates a measurement signal that is dependent on the transmitted torque. It is stated that because of the high excitation frequency of over 100 kHz for the coils, the detection of very rapid torque fluctuations on rotating shafts is possible, but it is stated that the torque oscillations are limited by the oscillation system motor - shaft - flywheel. An oscillation period of 26 ms is specified there. Due to the masses responsible for the torsional vibrations, higher-frequency vibrations can neither arise nor be transmitted. It is therefore absolutely correct to state from Christoffel's previously mentioned dissertation that the torque is not suitable for the identification of the parameters during drilling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der betreffenden Art und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem aussagekräftige Kenngrößen für das Arbeiten eines rotierenden, spanabhebenden Werkzeugs durch Drehmomentmessung gewonnen werden können, um so Verschleiß und Standzeit besser beurteilen und in Ab hängigkeit davon auch das Stillsetzen der Werkzeugmaschine bzw. das Auswechseln des Werkzeugs zu bewirken.The invention has for its object a method of the type concerned and a corresponding device for Implementation of the procedure to specify the meaningful Characteristics for working a rotating, cutting Tool can be obtained by torque measurement, the better to assess wear and service life and in Ab depending on this also the stopping of the machine tool or to change the tool.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Verfahren gelöst.The object underlying the invention is achieved by Method specified in the characterizing part of claim 1 solved.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Drehmoment unmittelbar am Werkzeugschaft zu messen, so daß es möglich ist, Torsionsschwingungen allein des Werkzeuges zu messen, für die die Massen des Spannmittels oder nachfolgender Wellen oder dergleichen ohne Einfluß sind. Es lassen sich dadurch sehr schnelle Änderungen des Drehmoments feststellen, wie sie z.B. beim Bruch eines Bohrers auftreten. Diese schnellen Änderungen können aber auch schwingungsmäßig auftreten, wie das bei Ende der Standzeit des Werkzeugs der Fall ist. Durch Abtrennen des die Schwingungen wiedergebenden Meßsignals läßt sich daher wesentlich genauer und schneller das Erreichen des Endes der Standzeit eines rotierenden Werkzeugs, beispielsweise eines Bohrers, feststellen, so daß in Abhängigkeit davon die Werk zeugmaschine stillgesetzt und/oder das Werkzeug ausgetauscht werden kann. In dem eingangs bei der Schilderung des Standes der Technik genannten Aufsatz "Automatisierte Überwachung des Bohrens" ist auf S. 656, rechte Spalte, ausgeführt, daß Eigenschwingungen des Spiralbohrers nicht ausgeschlossen werden können, sie wurden also nur vermutet. Gleichzeitig ist dort auch angegeben, daß diese Eigenschwingungen mit den angeführten bekannten Meßverfahren nicht nachgewiesen werden konnten.The invention is based on the idea of torque measure directly on the tool shank so that it is possible is to measure torsional vibrations of the tool alone, for the masses of the clamping device or subsequent shafts or the like are without influence. It can be done very quick changes in torque as they determine e.g. occur when a drill breaks. This quick Changes can also occur in terms of vibrations, such as this is the case at the end of the tool life. By The measurement signal representing the vibrations can be separated is therefore much more accurate and faster reaching the end of the Tool life of a rotating tool, for example one Drill, so that depending on the work machine stopped and / or the tool replaced can be. In the beginning of the description of the stand the article called "Automated Monitoring des Bohrens "on page 656, right column, states that Natural vibrations of the twist drill are not excluded so they were only suspected. At the same time there also indicated that these natural vibrations with the known measuring methods are not demonstrated could.

Neben der Möglichkeit, Eigenschwingungen des rotierenden Werkzeugs feststellen zu können, tritt die Möglichkeit der Überwachung von rotierenden Werkzeugen eines mehrspindeligen Werkzeugsystems. Es ist nämlich ohne weiteres möglich, die Messung der Permeabilität des Schaftes des Werkzeugs gemäß der Erfindung bei jedem Werkzeug der verschiedenen Spindeln durchzuführen, weil jeweils eine entsprechende Meßvorrichtung ohne weiteres an jedem Schaft eines rotierenden Werkzeugs angebracht werden, auch wenn die Schaftdurchmesser verschieden sind. Eine Messung des Stromes des alle Spindeln antreibenden Motors führt in einem solchen Fall nicht zu einer Lösung des zugrundeliegenden Problems.In addition to the possibility of rotating natural vibrations To be able to determine the tool, the possibility of Monitoring of rotating tools of a multi-spindle Tool system. Namely, it is easily possible to Measurement of the permeability of the tool shank according to of the invention in each tool of the various spindles to perform, because a corresponding measuring device easily on each shaft of a rotating tool be attached, even if the shaft diameter is different are. A measurement of the current of all spindles In such a case, Motors will not solve the problem underlying problem.

Die Analyse des höherfrequenten Anteils des Meßsignals kann in einfacher Weise derart erfolgen, daß Erhöhungen höher frequenter Anteile des Meßsignals festgestellt werden, so daß in Abhängigkeit davon, insbesondere bei Überschreiten eines Grenzwertes, das Arbeiten des Werkzeugs beendet wird, wenn dies als Ende der Standzeit betrachtet wird. Die Analyse des Meß signals kann aber auch darin bestehen, einen schnellen Abfall festzustellen, der dann als Bruch des Werkzeugs interpretiert werden kann, so daß in Abhängigkeit davon die Werkzeugmaschine stillgesetzt werden kann.The analysis of the higher frequency portion of the measurement signal can be done in such a simple way that increases are higher frequency components of the measurement signal are determined so that depending on this, especially when exceeding one Limit that the tool will stop working if this is regarded as the end of the service life. The analysis of the measurement signals can also consist of a quick drop which is then interpreted as a break in the tool can be, so that depending on the machine tool can be stopped.

Die höherfrequenten Anteile des Meßsignals liegen zweck mäßigerweise oberhalb der Drehfrequenz des Werkzeugs, vorzugs weise wenigstens beim Zweifachen der Drehfrequenz, so daß sich mit der Drehfrequenz ändernde Permeabilitätsschwankungen auf grund über den Umfang des Schaftes des Werkzeuges schwankender Grundpermeabilität unberücksichtigt bleiben. Am besten werden nur solche hochfrequenten Anteile des Meßsignals berücksich tigt, die oberhalb eines vorgegebenen, aus der Praxis heraus zu ermittelnden Grenzwertes liegen. Sie sollten jedoch unter halb der Torsionseigenfrequenz des Werkzeugs liegen, wobei es im Extremfall sogar möglich ist, nur die in einem engen Frequenzbereich liegenden Anteile des Meßsignals auszuwerten, in dem die Torsionseigenresonanz des Werkzeugs liegt.The higher-frequency components of the measurement signal are appropriate moderately above the rotational frequency of the tool, preferably point at least twice the rotational frequency, so that fluctuations in permeability that change with the rotational frequency reason fluctuating over the circumference of the shank of the tool Basic permeability are disregarded. Be the best only such high-frequency components of the measurement signal are taken into account tigt that above a predetermined, out of practice limit to be determined. You should, however, under half of the torsional natural frequency of the tool, whereby it in extreme cases, it is even possible only in a narrow Evaluate the frequency range components of the measurement signal, in which the torsional resonance of the tool lies.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist im Anspruch 7 gekennzeichnet. Sie erhält die für die Messung der Permeabilität erforderlichen Elemente, wobei es natürlich möglich ist, den zum Stand der Technik be schriebenen bekannten Meßkopf in der erfindungsgemäßen Weise einzusetzen.The device for performing the method according to Claim 1 is characterized in claim 7. She gets the elements required for measuring permeability, where it is of course possible to be the prior art wrote known measuring head in the manner according to the invention to use.

Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen und Fehlaus lösungen der Vorrichtung zum Stillsetzen des Werkzeugs ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Zeitschalter vorgesehen, der das Schaltsignal zum Still setzen erst nach einer vorbestimmten Zeit durchläßt. Dieser Zeitschalter kann auch die Form eines Zählers haben, der Torsionsschwingungen des Werkzeuges zählt und nach Erreichen eines bestimmten Zählwertes das Stillsetzen des Antriebes des Schaftes des Werkzeuges bewirkt.To avoid misinterpretation and misleading Solutions of the device for stopping the tool is according to a development of the device according to the invention a time switch is provided, which stops the switching signal lets pass only after a predetermined time. This Timers can also take the form of a counter that Torsional vibrations of the tool count and after they are reached a certain count value the stopping of the drive of the Shank of the tool causes.

Zur Feststellung des Bruchs eines Bohrers ist die Ab trennung der hochfrequenten Anteile nicht unbedingt notwendig. Es genügt, das erfindungsgemäß gewonnene Meßsignal ganz ein fach gleichzurichten und mittels eines Tiefpaßfilters zu glätten und dann einem Differenzierer zuzuführen, der ein Aus gangssignal abgibt, das der Geschwindigkeit der Änderung des Meßsignals entspricht. Da bei einem Bohrerbruch eine sehr schnelle Änderung auftritt, erreicht dieses Ausgangssignal einen sehr hohen Wert, der eine nachgeschaltete Grenzwertein richtung durchlaufen und eine dieser nachgeschaltete Signal einrichtung betätigen kann, die beispielsweise ein Signal zur Stillsetzung des Werkzeugs abgeben kann.To determine the breakage of a drill, the Ab Separation of the high-frequency components is not absolutely necessary. It is sufficient to completely switch on the measurement signal obtained according to the invention to rectify the subject and using a low-pass filter smooth it and then feed it to a differentiator that has an off output signal that corresponds to the rate of change of Measurement signal corresponds. Because a very broken bit rapid change occurs, reaches this output signal a very high value, which is a downstream limit value direction and a signal connected downstream device can operate, for example, a signal for The tool can be shut down.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Based on the drawing, the invention is intended below are explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in prinzipieller Darstellung ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 1 shows in basic representation an off operation example of the device for carrying out the method,

Fig. 2 zeigt in grafischer Darstellung den Verlauf des Meßsignals in Abhängigkeit vom Umdrehungs winkel und Fig. 2 shows a graphical representation of the course of the measurement signal as a function of the angle of rotation and

Fig. 3 bis 5 zeigen den Abfall der Hüllkurve des Meßsignals bei einem Sackloch, einem Durchgangs loch und bei Bruch. FIGS. 3 to 5 show the decay of the envelope of the measurement signal in a blind hole, a passage hole and at break.

In Fig. 1 ist im Schnitt ein Teil eines Werkstücks 1 dargestellt, in das ein Bohrloch 2 mittels eines Spiralbohrers 3 gebohrt wird, der einen Schaft 4 aufweist, dessen Ende von einer Spindel 5 angetrieben ist, die nur in ihrem Endbereich dargestellt und in der üblichen Weise mit einem Antriebsmotor verbunden ist.In Fig. 1, part of a workpiece 1 is shown in section, in which a borehole 2 is drilled by means of a twist drill 3 , which has a shaft 4 , the end of which is driven by a spindle 5 , which is only shown in its end region and in which is usually connected to a drive motor.

Radial dicht neben dem Schaft 4 des Spiralbohrers 3 ist ein Tastkopf 6 berührungslos angeordnet, der in an sich bekannter Weise vier Spulen mit Kernen aufweist, deren offenes Maul jeweils Felder erzeugen, die gegeneinander um 90° und jeweils gegenüber der Achse des Schaftes 4 um 45° versetzt sind. Die einzelnen Spulen sind in eine Meßbrücke 7 einbezogen, die auch einen Verstärker enthält. Das Meßsignal aus der Meßbrücke 7 gelangt über eine Leitung 8 in einen Frequenzanalysator 9, der in verschiedener Weise ausgebildet und z.B. zur Aufnahme eines Frequenzspektrums dienen kann.Radially close to the shaft 4 of the twist drill 3 , a probe 6 is arranged in a contactless manner, which in a manner known per se has four coils with cores, the open jaws of which each generate fields that are 90 ° to one another and 45 to the axis of the shaft 4 ° are offset. The individual coils are included in a measuring bridge 7 , which also contains an amplifier. The measurement signal from the measurement bridge 7 passes via a line 8 into a frequency analyzer 9 which is designed in various ways and can be used, for example, to record a frequency spectrum.

Über eine Leitung 10 gelangt das Meßsignal in einen Hoch paß 11, dessen Grenzfrequenz höher als das Dreifache der Drehfrequenz des Schaftes 4 liegt. Die Ausgangsspannung des Hochpasses 11 gelangt über eine Leitung 12 und einen Gleich richter 13 in ein Tiefpaßfilter 14, bestehend aus einem Widerstand 15 und einem Kondensator 16, und ist mit seinem Aus gang über eine Leitung 17 mit einer Schwellwerteinrichtung 18 verbunden, die bei Überschreiten des Schwellwertes über eine Leitung 19 ein Signal an einen Schalter 20 liefert und diesen dann öffnet, so daß die Stromversorgung eines Motors 21 für den Antrieb der Spindel 5 von einer Stromversorgungsquelle 22 her unterbrochen und damit die Spindel 5 stillgesetzt ist.Via a line 10 , the measurement signal passes into a high pass 11 , whose cut-off frequency is higher than three times the rotational frequency of the shaft 4 . The output voltage of the high-pass filter 11 passes through a line 12 and a rectifier 13 into a low-pass filter 14 , consisting of a resistor 15 and a capacitor 16 , and is connected with its output via a line 17 to a threshold device 18 which, when the Threshold value via a line 19 supplies a signal to a switch 20 and then opens it, so that the power supply to a motor 21 for driving the spindle 5 is interrupted by a power supply source 22 and the spindle 5 is thus stopped.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters 14 ist außerdem über eine Leitung 23 mit einem Differenzierer 24 verbunden, dessen Aus gang mit einer Schwellwerteinrichtung 25 verbunden ist, die bei Überschreiten ihres eingestellten Schwellwertes über eine Leitung 26 ein Signal an den Schalter 20 liefert und diesen öffnet, so daß ebenfalls der Versorgungsstromkreis für den Motor 21 geöffnet und damit die Spindel 5 stillgesetzt ist.The output of the low-pass filter 14 is also connected via a line 23 to a differentiator 24 , the output of which is connected to a threshold device 25 which, when its set threshold value is exceeded, supplies a signal to the switch 20 via a line 26 and opens it so that also the supply circuit for the motor 21 is opened and the spindle 5 is stopped.

Erhöht sich die Ausgangsspannung des Hochpasses 12 durch Ansteigen des höherfrequenten Anteils der Meßspannung und überschreitet damit die von dem Tiefpaßfilter 14 geglättete, gleichgerichtete Meßspannung den durch die Schwellwerteinrich tung 18 voreingestellten Schwellwert, so wird der Schalter 20 geöffnet und der Motor 21 und damit die Spindel 5 in der gewünschten Weise stillgesetzt, weil die Erhöhung des höher frequenten Anteils der Meßspannung das Ende der Standzeit des Spiralbohrers 3 anzeigt.If the output voltage of the high-pass filter 12 increases due to an increase in the higher-frequency component of the measuring voltage and thus the rectified measuring voltage smoothed by the low-pass filter 14 exceeds the threshold value preset by the threshold device 18 , the switch 20 is opened and the motor 21 and thus the spindle 5 stopped in the desired manner because the increase in the higher frequency portion of the measuring voltage indicates the end of the service life of the twist drill 3 .

Das Meßsignal aus der Meßbrücke 7 gelangt außerdem über eine Leitung 27 und einen Gleichrichter 28 an ein Tiefpaß filter 29, bestehend aus einem Widerstand 30 und einem Konden sator 31, in einen Differenzierer 32, dem eine Schwellwert einrichtung 33 nachgeschaltet ist, die dann, wenn durch einen schnellen Abfall der Meßspannung das Ausgangssignal des Differenzierer 32 über den voreingestellten Schwellwert an steigt, über eine Leitung 34 ein Signal an den Schalter 20 liefert und diesen öffnet, so daß auch durch dieses Ereignis, das bei einem Bruch des Bohrers auftritt, der Motor 21 abgeschaltet und damit die Spindel 5 stillgesetzt wird.The measuring signal from the measuring bridge 7 also passes through a line 27 and a rectifier 28 to a low-pass filter 29 , consisting of a resistor 30 and a capacitor 31 , in a differentiator 32 , which is connected to a threshold device 33 , which, if by a rapid drop in the measuring voltage, the output signal of the differentiator 32 rises above the preset threshold value, supplies a signal to the switch 20 via a line 34 and opens it so that the motor also occurs as a result of this event, which occurs when the drill breaks 21 switched off and thus the spindle 5 is stopped.

An den Ausgang des Hochpaßfilters 11 ist ein Zähler 35 angeschlossen, der die Nulldurchgänge des höherfrequenten Meß signals zählt und bei Erreichen eines vorbestimmten Zählwertes ein Ausgangssignal über eine Leitung 36 an den Schalter 20 liefert und diesen erst dann in die Lage versetzt, von den Ausgangssignalen der Schwellwerteinrichtung 18 oder dem Differenzierer 24 geöffnet zu werden.At the output of the high-pass filter 11 , a counter 35 is connected, which counts the zero crossings of the higher-frequency measurement signal and supplies an output signal via a line 36 to the switch 20 when a predetermined count value is reached, and only then enables the switch 20 to output the output signals Threshold device 18 or the differentiator 24 to be opened.

In Fig. 1 ist die Spannung des Meßsignals am Ausgang der Meßbrücke 7 in Abhängigkeit vom Umdrehungswinkel aufgetragen. Kurve 37 zeigt den Spannungsverlauf bei einem dreiundvier zigsten Arbeitsgang. Die Spannungsänderungen über den Dreh winkel ergeben sich im wesentlichen durch Unregelmäßigkeiten der Permeabilität über den Umfang. Kurve 38 zeigt einen vierundvierzigsten Arbeitsgang . Es ist zu erkennen, daß die Spannung im allgemeinen höher ist als die der Kurve 37 und insbesondere, daß der Kurve höherfrequente Schwingungen über lagert sind, die durch Torsionsschwingungen des Spiralbohrers aufgrund einer Abnutzung zum Ende der Standzeit bedingt sind. Kurve 39 zeigt den Spannungsverlauf bei einem fünfundvier zigsten Arbeitsgang. Es ist zu erkennen, daß die Spannungs werte dieser Kurve noch höher liegen als die der Kurve 38, was durch eine höhere Torsionskraft durch zunehmende Abnutzung bedingt ist. Besonders deutlich ist aber der Anstieg der höherfrequenten, überlagerten Spannungsanteile zu erkennen, die das Hochpaßfilter 11 natürlich voll durchlaufen und zu einem starken Anstieg der gleichgerichteten Spannung führen. die bei Überschreiten des Schwellwertes der Schwellwertein richtung 18 zum Stillsetzen der Werkzeugmaschine führt. Bei der Darstellung in Fig. 2 ist zur Verdeutlichung eines Bohrer bruchs diese Abschaltung nicht erfolgt. Es ist zu erkennen, daß am rechten Ende der grafischen Darstellung die Spannungs werte schnell gegen null abfallen, was einem Verschwinden des Drehmoments aufgrund eines Bohrerbruchs entspricht. Dieses Abfallen wird bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 durch den Differenzierer 32 festgestellt, der eine entsprechend hohe Ausgangsspannung abgibt, die den Schwellwert der Schwellwert einrichtung 33 übersteigt und somit ebenfalls zum Stillsetzen des Motors 21 führt.In Fig. 1, the voltage of the measurement signal at the output of the measuring bridge 7 is plotted as a function of the angle of rotation. Curve 37 shows the voltage curve for a forty-third operation. The voltage changes over the angle of rotation result essentially from irregularities in the permeability over the circumference. Curve 38 shows a forty-fourth pass. It can be seen that the tension is generally higher than that of curve 37 and in particular that higher-frequency vibrations are superimposed on the curve, which are caused by torsional vibrations of the twist drill due to wear at the end of the service life. Curve 39 shows the voltage curve for a forty-fifth operation. It can be seen that the stress values of this curve are even higher than that of curve 38 , which is due to a higher torsional force due to increasing wear. However, the increase in the higher-frequency, superimposed voltage components, which of course pass through the high-pass filter 11 fully and lead to a sharp increase in the rectified voltage, can be seen particularly clearly. which leads to the machine tool being stopped when the threshold value of the threshold device 18 is exceeded. In the illustration in FIG. 2, this shutdown has not occurred to illustrate a drill break. It can be seen that at the right end of the graph, the voltage values quickly drop to zero, which corresponds to a disappearance of the torque due to a drill break. This drop is determined in the device according to FIG. 1 by the differentiator 32 , which emits a correspondingly high output voltage which exceeds the threshold value of the threshold device 33 and thus likewise leads to the motor 21 being stopped.

Die Fig. 3 bis 5 verdeutlichen, daß ein derartiger Bohrerbruch von der erfindungsgemäßen Vorrichtung eindeutig erkennbar ist. Fig. 3 zeigt das Abfallen des Moments M, der dem Meßsignal am Ausgang der Meßbrücke 7 entspricht, bei Be endigung der Herstellung eines Sacklochs. Bei Abschaltung des Vorschubs fällt die Kurve des Drehmoments mit einem Winkel α ab. Bei einem Durchgangsloch gemäß Fig. 4 ist der Winkel α größer. Bei einem Bohrerbruch gemäß Fig. 5 ist der Winkel α jedoch extrem gering, da das Drehmoment praktisch plötzlich verschwindet. Durch den Differenzierer 32 in Fig. 1 wird dieser plötzliche Abfall in Verbindung mit der Schwellwert einrichtung 33 festgestellt, so daß in Abhängigkeit davon der Antrieb abgeschaltet wird. FIGS. 3 to 5 illustrate that such a drill breakage of the inventive device is clearly visible. Fig. 3 shows the drop in the moment M , which corresponds to the measurement signal at the output of the measuring bridge 7 , at the end of the production of a blind hole. When the feed is switched off, the torque curve drops with an angle α . In a through-hole according to FIG. 4, the angle α is larger. In a drill breakage of FIG. 5, the angle α is, however, extremely low, since the torque practically suddenly disappears. By the differentiator 32 in Fig. 1, this sudden drop in connection with the threshold device 33 is determined so that the drive is switched off depending on it.

Claims

1. A method for monitoring the work of cutting, rotating tools having a cylindrical shaft, characterized in that the permeability of the ferromagnetic material of the shaft ( 4 ) of the tool ( 3 ) is measured and the measurement signal thus obtained is an analysis, in particular a Frequency analysis is subjected.

2. The method according to claim 1, characterized in that increases in higher-frequency components of the measurement signal are determined and, depending on this, the work of the tool ( 3 ) is ended.

3. The method according to claim 2, characterized in that the work of the tool ( 3 ) be ended when the higher-frequency components of the measurement signal exceed a predetermined limit.

4. The method according to claim 2, characterized in that the higher-frequency components of the measurement signal are above the rotational frequency of the tool ( 3 ), preferably above at least twice the rotational frequency of the tool ( 3 ).

5. The method according to claim 4, characterized in that the work of the tool ( 3 ) is only ended after a predetermined period of time, within which the higher-frequency components of the measurement signal have been above the predetermined limit.

6. The method according to claim 1, characterized in that the tool ( 3 ) is stopped when the measurement signal, in particular its higher-frequency components, disappear at a speed which is above half a predetermined limit.

7. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a fixed probe ( 6 ) with at least one preferably core having an iron core, which is fed with an alternating voltage and is arranged radially next to the shaft ( 4 ) of the tool ( 3 ) that the magnetic field lines run at least partially through the shaft ( 4 ), by means ( 7 ) which, depending on the current through the coil, generate a measurement signal which is fed into a signal device ( 13 to 18 ) which generates a switching signal to stop the drive of the shaft ( 4 ) of the tool ( 3 ) generated when the measurement signal reaches or exceeds a predetermined value.

8. The device according to claim 7, characterized in that the signal device ( 13-18 ) is preceded by a high-pass filter ( 11 ), the cut-off frequency is preferably at least twice greater than the rotational frequency of the shaft ( 4 ) of the tool ( 3 ).

9. The device according to claim 7, characterized in that the cut-off frequency of the high-pass filter ( 11 ) is just below the torsional natural frequency of the tool ( 3 ).

10. The device according to claim 7, characterized by a timer which only allows the switching signal to stop the drive ( 21 ) of the shaft after a predetermined time.

11. The device according to claim 10, characterized in that the timer has a counter ( 35 ) which counts zero crossings of the alternating voltage passed by the high-pass filter and after a predetermined number of zero crossings the passage of the switching signal to stop the drive ( 21 ) of the shank ( 4 ) of the tool.

12. The apparatus according to claim 7, characterized in that the measurement signal via a rectifier ( 28 ), a low-pass filter ( 29 ) and a differentiator ( 32 ) is guided to a subsequent limit value device ( 33 ) which, if a given limit value is exceeded the downstream Signalein device ( 20 ) operated.