DE102016002995B3

DE102016002995B3 - Method for monitoring a drive system of a machine tool

Info

Publication number: DE102016002995B3
Application number: DE102016002995.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Faigle
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2036-03-15

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren (100) beruht darauf, dass ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Zustandsverhalten des Antriebs (16) einer Werkzeugmaschine (10) und einem Regelparameter (Kv) bzw. einer Größe, die eine Eigenschaft des Antriebs (16), insbesondere des mechanischen Übertragungssystems (22) bestimmt, und dem Abnutzungszustand bekannt ist oder durch einfache Testmessungen ermittelt und in der Datenbank hinterlegt werden kann. Der funktionelle Zusammenhang kann sich insbesondere durch eine plötzliche Änderung des Zustandsverhaltens bei einem bestimmten Abnutzungszustand auszeichnen, was problematisch für die Planung und Durchführung einer Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere eines Austauschs, sein kann. Beim Normalbetrieb der Werkzeugmaschine (10) bleibt der Regelparameter oder die Größe in der Regel konstant und der Abnutzungszustand ändert sich mit der Zeit. In einem durch die Erfindung vorgeschlagenen beispielhaften Testbetrieb wird der Regelparameter (Kv) und/oder die Größe kurzzeitig von einem ersten Wert (w1) auf einen zweiten Wert (w1) geändert und der Antrieb mit dem geänderten Wert testweise betrieben, wobei aus dem Zustandsverhalten des Antriebs beim Betreiben der Werkzeugmaschine (10) mit dem geänderten Wert der aktuelle Abnutzungszustand des Antriebs (16), insbesondere des mechanischen Übertragungssystems (22) des Antriebs (16), zur Zeit der Durchführung des Tests ermittelt wird. Während des Erfassens (106) von Zustandsdaten auf Grund des Betreibens (104) des Antriebs mit geändertem Wert findet vorzugsweise keine Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugmaschine statt. Besonders bevorzugt findet auch schon während des Änderns (102) des Regelparameters und/oder der Größe keine Bearbeitung eines Werkzeugs statt.The inventive method (100) is based on the fact that a functional relationship between the state behavior of the drive (16) of a machine tool (10) and a control parameter (Kv) or a size, the property of the drive (16), in particular of the mechanical transmission system (22), and the wear state is known or can be determined by simple test measurements and stored in the database. The functional relationship can be characterized in particular by a sudden change in the state behavior in a certain state of wear, which can be problematic for the planning and implementation of a maintenance measure, in particular an exchange. During normal operation of the machine tool (10), the control parameter or the size usually remains constant and the wear state changes with time. In an exemplary test operation proposed by the invention, the control parameter (Kv) and / or the quantity is changed from a first value (w1) to a second value (w1) for a short time and the drive is operated as a test with the changed value, the state behavior of the Drive when operating the machine tool (10) with the changed value of the current state of wear of the drive (16), in particular of the mechanical transmission system (22) of the drive (16), at the time of performing the test is determined. During the detection (106) of state data due to the operation (104) of the changed value drive, preferably no machining of a workpiece with the machine tool takes place. Particularly preferably, no machining of a tool takes place even during the change (102) of the control parameter and / or the size.

Description

DE 699 30 506 T2 offenbart ein System für eine Vielzahl von Maschinen, die einer vorausschauenden Wartung unterworfen werden sollen. Das System weist eine Vielzahl von Datenerfassungsgeräten mit Messwertgebern auf, die an den Maschinen angeordnet sind, um Vibrationen der Maschinen zu erfassen. Die Datenerfassungsgeräte bilden ein Peer-to-Peer-Netzwerk zum Austausch von Daten und Informationen. DE 699 30 506 T2 discloses a system for a variety of machines to be subjected to predictive maintenance. The system includes a plurality of data loggers with transducers mounted on the machines to detect machine vibrations. The data collection devices form a peer-to-peer network for the exchange of data and information.

EP 2 206 024 B1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Güte eines Regelkreises in einem Kraftwerk. In einer Lernphase wird dazu eine Referenzregelgüte bestimmt. In einer Überwachungsphase wird diese Referenz zum Vergleich mit aktuellem Verhalten des Regelkreises herangezogen. Abweichungen von der Referenz können beispielsweise aufgrund von abgenutzten Stellglieder des Kraftwerks auftreten. EP 2 206 024 B1 discloses a method for monitoring the quality of a control loop in a power plant. In a learning phase, a reference control quality is determined. In a monitoring phase, this reference is used for comparison with current behavior of the control loop. Deviations from the reference can occur for example due to worn actuators of the power plant.

In einem Antriebssystem einer Werkzeugmaschine, beispielsweise dem Vorschubantriebssystem mit einem Vorschubantrieb oder dem Hauptantriebssystem, tritt im Wesentlichen an den mechanischen Übertragungselementen, beispielsweise einer Kupplung, einem Kugelgewindetrieb oder einem Zahnriemen, Abnutzung, insbesondere mechanischer Verschleiß, auf, so dass die Werkzeugmaschine folglich instand gehalten werden muss.In a drive system of a machine tool, for example the feed drive system with a feed drive or the main drive system, essentially wear on the mechanical transmission elements, such as a clutch, a ball screw or a toothed belt wear, in particular mechanical wear, so that the machine tool can be maintained got to.

Grundsätzlich gibt es korrektive und präventive Instandhaltungsstrategien. In die Gruppe der präventiven Instandhaltungsstrategien gehört die zustandsorientierte Instandhaltung. Hier besteht das Ziel darin, anhand der Abnutzungszustände der Produktionsanlage, die als notwendig erkannte Instandhaltungsmaßnahmen zeit-, qualitäts- und kostenoptimal zu planen und durchzuführen. Um ausreichend Zeit für die Planung und Durchführung einer Instandhaltungsmaßnahme zu haben, muss jedoch ein drohender Ausfall frühzeitig erkannt werden. Ein Problem dabei ist jedoch die oftmals sehr steil verlaufende Ausfallcharakteristik und somit die fehlende Reaktionszeit zur Planung einer Instandhaltung.Basically there are corrective and preventive maintenance strategies. The group of preventive maintenance strategies includes condition-based maintenance. The aim here is to use the wear conditions of the production plant to plan and carry out the maintenance measures recognized as necessary in terms of time, quality and cost. In order to have sufficient time for the planning and execution of a maintenance measure, however, an impending failure must be detected early. However, one problem is the often very steep failure characteristic and thus the lack of reaction time for planning a maintenance.

Durch die verschleißbedingte Änderung der Eigenschaften mechanischer Übertragungselementen wie Steifigkeit und Dämpfung verändert sich zwangsläufig das dynamische Verhalten und somit das Stabilitätsverhalten von Antriebssystemen. Das dynamische Verhalten, insbesondere lagegeregelter Vorschubantriebe, beschreibt die wechselseitige Abhängigkeit von Bearbeitungsgeschwindigkeit und erreichbarer Genauigkeit und ist ein wichtiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit von Vorschubantrieben im industriellen Einsatz. Ein entscheidender und zugleich begrenzender Faktor für das dynamische Verhalten von Vorschubantrieben ist das Zusammenspiel von Regelung und den mechanischen Übertragungselementen. Durch die Wahl der Regelparameter lassen sich für ein und denselben Vorschubantrieb unterschiedliche dynamische Eigenschaften erzielen. Die Einstellung der Regelparameter und die damit verbundene Festlegung der dynamischen Eigenschaften eines Vorschubantriebs erfolgt in der Regel einmalig während der Inbetriebnahmephase. Bei Vorschubantriebssystemen mit direktem Messsystem, bei dem beispielsweise mittels eines Linearmaßstabes die Lage des Tisches direkt erfasst wird und nicht aus der Winkellage des Motors abgeleitet wird, führt der Verschleiß mechanischer Übertragungselemente zu einer Änderung des dynamischen Übertragungsverhaltens. Dies führt abhängig vom Verschleißzustand zu einem Abbau des Stabilitätsvorrates. Dieser kennzeichnet insbesondere die Zeit, die für das Vorschubantriebssystem noch verbleibt, bis eine nutzerseitige Anforderung an das dynamische Verhalten nicht mehr erfüllt werden kann. Problematisch ist, dass der Abbau des Stabilitätsvorrates eine Ausfallcharakteristik ohne ausreichende Reaktionszeit für die Instandhaltung aufweist und somit die Voraussetzung für eine präventive Zustandsüberwachung fehlt.Due to the wear-related change in the properties of mechanical transmission elements such as stiffness and damping inevitably changes the dynamic behavior and thus the stability behavior of drive systems. The dynamic behavior, in particular position-controlled feed drives, describes the interdependence of machining speed and achievable accuracy and is an important criterion for the performance of feed drives in industrial applications. A decisive and at the same time limiting factor for the dynamic behavior of feed drives is the interaction of control and the mechanical transmission elements. By choosing the control parameters, different dynamic properties can be achieved for one and the same feed drive. The setting of the control parameters and the associated determination of the dynamic properties of a feed drive usually takes place once during the commissioning phase. In feed drive systems with a direct measuring system in which, for example by means of a linear scale, the position of the table is detected directly and is not derived from the angular position of the motor, the wear of mechanical transmission elements leads to a change in the dynamic transmission behavior. Depending on the state of wear, this leads to a reduction in the stability stock. In particular, this characterizes the time remaining for the feed drive system until a user-related requirement for the dynamic behavior can no longer be met. The problem is that the reduction of the stability stock has a failure characteristic without sufficient response time for maintenance and thus lacks the prerequisite for a preventive condition monitoring.

Die Praxis zeigt, dass bei den heutigen Anforderungen an die Antriebssysteme, insbesondere mit direktem Messsystem, der Stabilitätsvorrat die Gebrauchsdauer des Antriebssystems bestimmt.Practice shows that in today's demands on the drive systems, especially with direct measuring system, the stability reserve determines the service life of the drive system.

DE 10 2005 058 038 B3 beschreibt ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Bestimmung der Zeitdauer bis zu einer notwendigen Wartung eines Maschinenelementes. Ein Ausführungsbeispiel betrifft einen Antrieb einer Werkzeugmaschine, in dem ein Motor eine Spindel antreibt, durch deren Drehbewegung eine Werkstückhaltevorrichtung entlang eines Weges bewegt wird. Mit Hilfe einer Messeinrichtung wird die Position der Werkstückhaltevorrichtung entlang des Weges ermittelt. Die Steuereinrichtung des Antriebs weist ein Mittel zur Bestimmung einer positionsbezogenen Belastungskurve eines Maschinenelements, beispielsweise der Spindel, auf. Diese Kurve wird durch Ermittlung der Werte einer Prozessgröße, wie beispielsweise Ruck oder Beschleunigung der Werkstückhaltevorrichtung, als Funktion der Lage der Werkstückhaltevorrichtung entlang des Weges bestimmt. Die Belastungskurven können gespeichert und zu einer Summationskurve aufsummiert werden, die die positionsabhängige Belastung des Maschinenelements angeben soll. Durch Bestimmung des Abstands einer vorgegebenen Grenzgröße von der Summationskurve soll die Zeitdauer bis zur notwendigen Wartung des Maschinenelements bestimmt werden. DE 10 2005 058 038 B3 describes a method and a control device for determining the time until necessary maintenance of a machine element. One embodiment relates to a drive of a machine tool, in which a motor drives a spindle, by the rotational movement of a workpiece holding device is moved along a path. With the help of a measuring device, the position of the workpiece holding device is determined along the way. The control device of the drive has a means for determining a position-related load curve of a machine element, for example the spindle. This curve is determined by determining the values of a process quantity, such as jerk or acceleration of the workpiece holder, as a function of the position of the workpiece holder along the path. The load curves can be stored and added up to a summation curve, which should indicate the position-dependent load of the machine element. By determining the distance of a predetermined limit value from the summation curve, the time period until the necessary maintenance of the machine element is to be determined.

Ausgehend von oben angegebenem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems einer Werkzeugmaschine, insbesondere zur Überwachung dessen mechanischen Übertragungssystems, anzugeben, um den Abnutzungszustand des Antriebs vor dessen Ausfall zu ermitteln. Based on the above-mentioned prior art, it is the object of the present invention to provide a method for monitoring a drive system of a machine tool, in particular for monitoring its mechanical transmission system, to determine the wear state of the drive before its failure.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 17 gelöst:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems einer Werkzeugmaschine mit einem Antrieb mit einem Übertragungssystem, einem Halter für ein Werkstück- und/oder ein Werkzeug, einem Regelkreis mit wenigstens einem Regler und einem Sensor zur Erfassung von Zustandsdaten des Antriebs weist das Ändern wenigstens eines Regelparameters des Reglers des Antriebs und/oder das Andern wenigstens einer eine Eigenschaft des Antriebs bestimmenden Größe von einem ersten Wert des Regelparameters bzw. der Größe auf wenigstens einen zweiten Wert des Regelparameters bzw. der Größe auf. Dadurch wird die Eigenschaft selbst geändert. Der Antrieb wird mit auf den zweiten Wert geändertem Wert mit dem Motor des Antriebs betrieben. Während des Betreibens kann der Regelparameter und/oder die die Eigenschaft des Antriebs bestimmende Größe bei dem zweiten Wert vorzugsweise konstant gehalten werden. Es werden Zustandsdaten des Antriebs auf Grund des Betreibens mit dem zweiten Wert mit dem Sensor erfasst. Dies kann insbesondere während des Betreibens des Antriebs mit dem geänderten Wert geschehen. Auf Grund der erfassten Zustandsdaten des Antriebs bei dem zweiten Wert wird der Abnutzungszustand des Antriebs ermittelt. Insbesondere kann der Abnutzungsstand einer bestimmten Komponente oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten ermittelt werden, die den Abnutzungszustand des Antriebs maßgeblich mitbestimmen.This object is achieved by a method according to claim 1 and a machine tool according to claim 17:
The inventive method for monitoring a drive system of a machine tool with a drive with a transmission system, a holder for a workpiece and / or a tool, a control loop with at least one controller and a sensor for detecting status data of the drive has the changing at least one control parameter of Controller of the drive and / or changing at least one of a property of the drive-determining size of a first value of the control parameter or the size of at least a second value of the control parameter or the size. This will change the property itself. The drive is operated with the value changed to the second value with the motor of the drive. During operation, the control parameter and / or the variable determining the property of the drive may preferably be kept constant at the second value. Condition data of the drive is detected by operating the second value with the sensor. This can happen in particular during the operation of the drive with the changed value. Based on the detected state data of the drive at the second value, the wear state of the drive is determined. In particular, the wear level of a specific component or a specific group of components can be determined, which significantly influence the wear state of the drive.

Das Verfahren beruht darauf, dass ein Zusammenhang zwischen dem Abnutzungsstand des Antriebs und/oder einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten sowie dem Zustandsverhalten des Antriebs, das aus den Zustandsdaten ermittelt werden kann, und dem Regelparameter und/oder der Größe besteht. Aus den Zustandsdaten kann für die Ermittlung des Abnutzungszustands ein Wert wenigstens einer Kenngröße oder eine Kennfunktion ermittelt werden. Beispielsweise besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Regelparameter und/oder der Größe, dem Abnutzungszustand und einer Kenngröße des Zustandsverhaltens ermittelt aus den Zustandsdaten. In den Zusammenhang können beispielsweise der erste Wert und/oder der zweite Wert und/oder die absolute und/oder die relative Änderung als solche eingehen. Auf Grund des Zusammenhangs kann auf Grund der Zustandsdaten auf den Abnutzungszustand geschlossen werden. Der Zusammenhang kann beispielsweise mit einer Reihe von Testmessungen ermittelt werden, worauf der ermittelte Zusammenhang in einer Datenbank hinterlegt werden kann.The method is based on the fact that there is a relationship between the wear level of the drive and / or a specific component and / or a specific group of components as well as the state behavior of the drive, which can be determined from the state data, and the control parameter and / or the size , From the state data, a value of at least one parameter or a characteristic function can be determined for the determination of the state of wear. For example, there is a functional relationship between the control parameter and / or the size, the wear state and a characteristic of the state behavior determined from the state data. In the context, for example, the first value and / or the second value and / or the absolute and / or the relative change may be included as such. Due to the relationship can be concluded on the basis of the condition data on the state of wear. The relationship can be determined, for example, with a series of test measurements, whereupon the determined relationship can be stored in a database.

Zustandsdaten zeichnen sich demnach dadurch aus, dass aus ihnen der Abnutzungszustand des Antriebs oder einer bestimmten Komponente des Antriebs und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Antriebs ermittelt werden kann. Zustandsdaten können auch ein einziger Wert sein. Zustandsdaten können z. B. Schwingungsdaten oder Temperaturdaten sein.State data are therefore distinguished by the fact that the state of wear of the drive or a specific component of the drive and / or a specific group of components of the drive can be determined therefrom. Status data can also be a single value. Status data can z. B. vibration data or temperature data.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der Antrieb durch ein Betreiben des Antriebs mit auf den zweiten Wert geänderten Wert ein bestimmtes Zustandsverhalten auf Grund eines Zustands bereits fortgeschrittener Abnutzung zeigen kann, während der Antrieb das entsprechende Verhalten trotz Abnutzung beim Betreiben mit dem ersten Wert nicht oder noch nicht zeigt. Mit dem Verfahren kann der Abnutzungszustand demnach vor dem Ausfall des Antriebs ermittelt werden, so dass ausreichend Zeit für eine Instandhaltungsmaßnahme, z. B. einen Austausch oder eine Reparatur, bleibt. Bei dem bestimmten Zustandsverhalten kann es sich beispielsweise um eine Schwingung mit einer Kenngröße, z. B. einer maximalen Schwingungsamplitude, einer maximalen Schwinggeschwindigkeit und/oder einer maximalen Schwingbeschleunigung bei einem bestimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Wertebereichs, z. B. oberhalb einer Nachweisgrenze, handeln. Bei dem bestimmten Verhalten kann es sich insbesondere um ein Zustandsverhalten mit einem Wert einer Kenngröße innerhalb eines kritischen Bereichs, z. B. oberhalb eines Grenzwertes, handeln. In dem kritischen Bereich können die Anforderungen an die Werkzeugmaschine, z. B. die Genauigkeit bei vorgegebener Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei vorgegebener Genauigkeit, beispielsweise nicht mehr erfüllt sein. Das Verfahren erlaubt einen Zustand fortgeschrittener Abnutzung frühzeitig zu erkennen und beim Ermitteln eines Abnutzungszustands innerhalb eines kritischen Bereichs, z. B. einer voraussichtlichen restlichen Gebrauchsdauer unterhalb eines Grenzwerts, Instandhaltungsmaßnahmen einzuleiten oder zu planen. Es können auf Grund des ermittelten Abnutzungszustands insbesondere ein Austausch oder eine Reparatur einer oder mehrerer bestimmter Komponenten des Antriebs eingeleitet oder geplant werden. Beispielsweise kann ein Zeitpunkt und/oder ein Zeitintervall für den Austausch oder die Reparatur einer bestimmten Komponente oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Antriebs, insbesondere des Übertragungssystems, auf Grund des ermittelten Abnutzungszustands bestimmt werden.The method according to the invention has the advantage that the drive, by operating the drive with the value changed to the second value, can show a certain state behavior due to a state of already advanced wear while the drive does not perform the corresponding behavior despite wear when operating with the first value or not yet showing. With the method, the wear state can therefore be determined before the failure of the drive, so that sufficient time for a maintenance measure, eg. As an exchange or repair remains. The particular state behavior may be, for example, a vibration having a characteristic, for. B. a maximum vibration amplitude, a maximum vibration velocity and / or a maximum vibration acceleration at a certain value or within a certain range of values, for. B. above a detection limit act. The particular behavior may in particular be a state behavior with a value of a characteristic within a critical range, eg. B. above a threshold act. In the critical area, the demands on the machine tool, z. B. the accuracy at a given processing speed and / or the processing speed with a given accuracy, for example, no longer be satisfied. The method allows early detection of a condition of advanced wear and in determining a wear condition within a critical range, e.g. B. an expected remaining service life below a threshold, to initiate or plan maintenance activities. In particular, an exchange or a repair of one or more specific components of the drive can be initiated or planned on the basis of the determined state of wear. For example, a time and / or a time interval for the replacement or repair of a specific component or a specific group of components of the drive, in particular of the transmission system, can be determined on the basis of the determined state of wear.

Der Abnutzungszustand kann beispielsweise in Gestalt des Abnutzungsgrades und/oder des maximalen Abnutzungsgrades und/oder des Abnutzungsvorrats und/oder des minimalen Abnutzungsvorrats des Antriebs ermittelt werden. Der Abnutzungsgrad gibt an, wieviel Abnutzung schon stattgefunden hat. Der maximale Abnutzungsgrad gibt entsprechend eine obere Grenze dafür an, wieviel Abnutzung schon stattgefunden hat. Der Abnutzungsvorrat gibt an, wieviel Abnutzung voraussichtlich noch erfolgen kann, bis der Antrieb ausfällt. Entsprechend gibt der minimale Abnutzungsvorrat eine untere Grenze dafür an, wieviel Abnutzung voraussichtlich noch erfolgen kann, bis der Antrieb ausfällt. The wear state can be determined, for example, in the form of the degree of wear and / or the maximum degree of wear and / or the wear stock and / or the minimum wear stock of the drive. The degree of wear indicates how much wear has already taken place. The maximum degree of wear correspondingly indicates an upper limit to how much wear has already taken place. The wear stock indicates how much wear is likely to occur until the drive fails. Accordingly, the minimum amount of wear indicates a lower limit to how much wear is likely to occur until the drive fails.

Wie der Abnutzungsgrad und/oder der Abnutzungsvorrat zu bewerten ist, kann von dem Regelparameter und/oder der Größe abhängen. Vorzugsweise wird der Abnutzungsgrad und/oder der Abnutzungsvorrat bezogen auf einen Wert des Regelparameters und/oder einen Wert der Größe ungleich dem zweiten Wert des Regelparameters und/oder ungleich dem zweiten Wert der Größe ermittelt. Vorzugsweise wird der Abnutzungsgrad und/oder der Abnutzungsvorrat bezogen auf einen Betriebswert des Antriebs ermittelt. Der Betriebswert des Regelparameters und/oder der Größe kann insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass das Zustandsverhalten bei dem Betriebswert innerhalb eines für die Bearbeitung von Werkstücken unkritischen Bereiches ist, in dem die von dem Benutzer geforderte Bearbeitungsgenauigkeit und/oder Bearbeitungsgeschwindigkeit eingehalten wird. Beispielsweise wird der Abnutzungsgrad und/oder der Abnutzungsvorrat bezogen auf einen Wert des Regelparameters und/oder einen Wert der Größe gleich dem ersten Wert des Regelparameters und/oder gleich dem ersten Wert der Größe ermittelt.How to evaluate the degree of wear and / or the wear stock may depend on the control parameter and / or the size. Preferably, the degree of wear and / or the wear stock based on a value of the control parameter and / or a value of the size is determined not equal to the second value of the control parameter and / or not equal to the second value of the size. Preferably, the degree of wear and / or the wear stock is determined based on an operating value of the drive. The operating value of the control parameter and / or the size may in particular be characterized in that the state behavior at the operating value is within an uncritical range for the machining of workpieces, in which the required by the user processing accuracy and / or processing speed is maintained. For example, the degree of wear and / or the wear stock is determined based on a value of the control parameter and / or a value of the size equal to the first value of the control parameter and / or equal to the first value of the variable.

Als eine den Abnutzungsvorrat des Antriebs charakterisierende Größe kann beispielsweise die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer und/oder die minimale voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer des Antriebs, einer bestimmten Komponente des Antriebs oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Antriebs auf Grund der Zustandsdaten ermittelt werden. Unter der voraussichtlichen restlichen Gebrauchsdauer wird der Zeitraum verstanden, der noch verbleibt, bis die Anforderungen eines Benutzers der Werkzeugmaschine an die Werkzeugmaschine, insbesondere an den Antrieb, voraussichtlich nicht mehr erfüllt sind. Bei einer Anforderung eines Benutzers kann es sich beispielsweise um eine geforderte Genauigkeit, beispielsweise eine Bearbeitungs- und/oder Positioniergenauigkeit, und/oder um eine geforderte Bearbeitungsgeschwindigkeit handeln. Insbesondere kann es sich um die Genauigkeit bei vorgegebener Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei vorgegebener Genauigkeit handeln. Die restliche Gebrauchsdauer kann auch als restliche Brauchbarkeitsdauer bezeichnet werden. Wie hoch die restliche Gebrauchsdauer ist, kann von dem Wert des Regelparameters und/oder dem Wert der Größe abhängen, mit dem der Antrieb im Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine betrieben werden soll. Die ermittelte voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer und/oder die ermittelte minimale voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer bezieht sich vorzugsweise auf eine Einstellung des Antriebs mit einen Wert des Regelparameters oder einem Wert der Größe ungleich dem zweiten Wert, vorzugsweise mit einem Wert gleich dem ersten Wert.As a quantity characterizing the wear stock of the drive, for example, the estimated remaining service life and / or the minimum expected remaining service life of the drive, a particular component of the drive, or a particular group of components of the drive may be determined based on the condition data. Under the expected remaining service life of the period is understood that still remains until the requirements of a user of the machine tool to the machine tool, in particular to the drive, are probably no longer met. A request from a user may be, for example, a required accuracy, for example a machining and / or positioning accuracy, and / or a required machining speed. In particular, it may be the accuracy at a predetermined processing speed and / or the processing speed with a predetermined accuracy. The remaining service life can also be referred to as the remaining useful life. How high the remaining service life is, can depend on the value of the control parameter and / or the value of the size with which the drive is to be operated during machining operation of the machine tool. The determined estimated remaining service life and / or the determined minimum expected remaining service life preferably relates to a setting of the drive with a value of the control parameter or a value of the size not equal to the second value, preferably with a value equal to the first value.

Die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer kann beispielsweise in einer zeitlichen Einheit (z. B. Tage, Wochen, Monate) oder in der Anzahl der innerhalb der voraussichtlichen restlichen Gebrauchsdauer bearbeitbaren Werkstücke ermittelt werden.The expected remaining service life can be determined, for example, in a time unit (eg days, weeks, months) or in the number of workpieces that can be processed within the expected remaining service life.

Als eine den Abnutzungszustand, insbesondere den Abnutzungsgrad und/oder den Abnutzungsvorrat, charakterisierende Größe kann beispielsweise der Abbau der Steifigkeit oder der Steifigkeitsvorrat des Übertragungssystems des Antriebs und/oder einer vorgegebenen Komponente davon und/oder einer vorgegebenen Gruppe von Komponenten davon ermittelt werden. Beispielsweise kann der Abbau der und/oder der Vorrat an Steifigkeit eines Gewindetriebs des Antriebs, insbesondere eines Kugelgewindetriebs, ermittelt werden. Beispielsweise werden der Abbau der Steifigkeit und/oder der Vorrat an Steifigkeit in Relation zu einer erforderlichen Mindeststeifigkeit für eine geforderte Genauigkeit und/oder Bearbeitungsgeschwindigkeit ermittelt.As a parameter characterizing the state of wear, in particular the degree of wear and / or the wear stock, it is possible, for example, to determine the degradation of the stiffness or the stiffness stock of the transmission system of the drive and / or a predetermined component thereof and / or a predetermined group of components thereof. For example, the degradation of and / or the supply of rigidity of a screw drive of the drive, in particular a ball screw, can be determined. For example, the degradation of stiffness and / or the supply of stiffness in relation to a required minimum stiffness for a required accuracy and / or processing speed are determined.

Für die Ermittlung des Abnutzungszustands wird der Regelparameter und/oder die Größe zumindest vorübergehend geändert und der Antrieb bei zumindest vorübergehend geändertem Regelparameter und/oder zumindest vorübergehend geänderter Größe betrieben, um die Zustandsdaten zu erhalten. Das Verfahren kann nach dem Betreiben des Antriebs mit dem zweiten Wert und gegebenenfalls wenigstens einem weiteren zweiten Wert das Ändern des Regelparameters und/oder der Größe auf einen Betriebswert beinhalten, der für den Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine geeignet ist. Der Betriebswert kann beispielsweise gleich dem ersten Wert sein. Auf diese Weise kann mit der Bearbeitung der Werkstücke fortgefahren werden. Das Ändern auf den Betriebswert kann sich unmittelbar an das Betreiben des Antriebs mit dem zweiten Wert oder an das Betreiben des Antriebs mit dem zeitlich letzten der weiteren zweiten Werte und/oder das Erfassen der Zustandsdaten bei dem zweiten oder dem zeitlich letzten der weiteren zweiten Werte anschließen.For the determination of the wear state, the control parameter and / or the size is changed at least temporarily and the drive is operated with at least temporarily changed control parameters and / or at least temporarily changed magnitude in order to obtain the status data. After operating the drive with the second value and possibly at least one further second value, the method may include changing the control parameter and / or the size to an operating value that is suitable for the machining operation of the machine tool. The operating value may be, for example, equal to the first value. In this way it can be continued with the processing of the workpieces. The change to the operating value can directly follow the operation of the drive with the second value or the operation of the drive with the chronologically last of the further second values and / or the acquisition of the state data at the second or the last in time of the further second values ,

Das Erfassen der Zustandsdaten des Antriebs bei geändertem Regelparameter und/oder geänderter Größe erfolgt vorzugsweise während einer bearbeitungsfreien Zeit, die dadurch festgelegt ist, dass zu der bearbeitungsfreien Zeit kein bearbeitender Eingriff zwischen dem oder den Werkzeugen der Werkzeugmaschine und einem Werkstück stattfindet. Vorzugsweise erfolgt das Ändern des wenigstens einen Regelparameters bzw. der Größe und/oder das Betreiben des Antriebs mit geändertem Wert während der bearbeitungsfreien Zeit. Auch kann der Abnutzungszustand des Antriebs beispielsweise während der bearbeitungsfreien Zeit aus den Zustandsdaten ermittelt werden. Das Ändern des wenigstens einen Regelparameters bzw. der Größe und/oder das Betreiben mit geändertem Wert und/oder das Erfassen der Zustandsdaten kann vorzugsweise ausschließlich während einer bearbeitungsfreien Zeit erfolgen. Dadurch können störende Einflüsse auf das Verfahren zur Ermittlung des Abnutzungszustands durch eine Bearbeitung vermieden werden. The acquisition of the state data of the drive with a changed control parameter and / or changed size is preferably carried out during a non-machining time, which is determined by the fact that no machining engagement between the tool or the tools of the machine tool and a workpiece takes place at the non-machining time. Preferably, the changing of the at least one control parameter or the size and / or the operation of the drive with a changed value takes place during the non-processing time. Also, the wear state of the drive can be determined, for example, during the non-processing time from the state data. The changing of the at least one control parameter or the size and / or the operation with a changed value and / or the acquisition of the status data can preferably be carried out exclusively during a non-processing time. As a result, disruptive influences on the method for determining the state of wear by machining can be avoided.

Das Ändern wenigstens eines Regelparameters bzw. wenigstens einer Größe, die eine Eigenschaft des Antriebs bestimmt, und/oder das Betreiben des Antriebs mit geändertem Wert und/oder das Erfassen der Zustandsdaten wird vorzugsweise außerhalb der Hauptzeit der Werkzeugmaschine durchgeführt. Ein oder mehrere der Schritte können beispielsweise während einer Eilgangbewegung des Antriebs, insbesondere des Vorschubantriebs, durchgeführt werden. Schritte des Verfahrens, insbesondere das Betreiben mit geändertem Wert und/oder das Erfassen der Zustandsdaten, können beispielsweise mit von Werkstücken und/oder Werkzeugen entladener Werkzeugmaschine durchgeführt werden. Entsprechend kann die Werkzeugmaschine vor Beginn des Verfahrens von Werkstücken und/oder Werkzeugen entladen werden.The changing of at least one control parameter or at least one variable which determines a property of the drive and / or the operation of the drive with a changed value and / or the detection of the status data is preferably carried out outside the main time of the machine tool. One or more of the steps may, for example, during a rapid traverse movement of the drive, in particular the feed drive, performed. Steps of the method, in particular the operation with a changed value and / or the acquisition of the state data, can be carried out, for example, with machine tools unloaded from workpieces and / or tools. Accordingly, the machine tool can be unloaded before starting the process of workpieces and / or tools.

Das Verfahren kann insbesondere auf eine Werkzeugmaschine angewendet werden, die zum Zerspanen, insbesondere zum Fräsen und/oder Drehen, eingerichtet ist. Im Falle einer Anwendung des Verfahrens auf eine zerspanende Werkzeugmaschine findet während des Erfassens der Zustandsdaten vorzugsweise kein Zerspanen eines Werkstücks mit der Werkzeugmaschine statt.The method can be applied in particular to a machine tool that is set up for machining, in particular for milling and / or turning. In the case of application of the method to a cutting machine tool, during the detection of the state data, preferably no machining of a workpiece with the machine tool takes place.

Für das Verfahren kann eine Datenbank mit Daten über den Zusammenhang des Abnutzungsstands, des Zustandsverhaltens, das anhand der Zustandsdaten ermittelt wird, und dem Regelparameter und/oder der Größe bzw. der Eigenschaft bereitgestellt werden. Ein aus den Zustandsdaten ermittelter Wert der Kenngröße oder eine Kennfunktion kann zur Ermittlung des Abnutzungszustands beispielsweise mit Daten aus der, insbesondere elektronischen oder auf sonstige Weise zugänglichen, Datenbank verglichen werden, wobei der Abnutzungszustand des Antriebs auf Grund des Vergleichs ermittelt wird.For the method, a database may be provided with data on the relationship between the level of wear, the state behavior, which is determined on the basis of the state data, and the control parameter and / or the size or the property. A value of the parameter or an identification function determined from the condition data can be compared, for example, with data from the, in particular electronic or otherwise accessible, database for determining the state of wear, the wear condition of the drive being determined on the basis of the comparison.

Vorzugsweise wird der Abnutzungszustand auf Grund von Zustandsdaten ermittelt, die während einer bearbeitungsfreien Zeit erfasst wurden. Besonders bevorzugt wird der Abnutzungszustand ausschließlich auf Grund von Zustandsdaten ermittelt, die während einer bearbeitungsfreien Zeit erfasst wurden.Preferably, the wear condition is determined based on condition data acquired during a non-processing time. Particularly preferably, the wear condition is determined exclusively on the basis of status data acquired during a non-processing time.

Das Verfahren kann außer dem Ändern des Regelparameters und/oder der Größe von dem ersten Wert auf den zweiten Wert und dem Erfassen von Zustandsdaten beim Betreiben mit dem zweiten Wert, das Ändern des Regelparameters und/oder der Größe auf wenigstens einen weiteren zweiten Wert, das Betreiben mit dem weiteren zweiten Wert und das Erfassen von Zustandsdaten von dem Antrieb mit dem weiteren zweiten Wert sowie das Ermitteln auf Grund der Zustandsdaten erfasst mit dem weiteren zweiten Wert enthalten. In diesem Fall wird der Abnutzungszustand demnach wenigstens auf Grund der Zustandsdaten bei dem zweiten Wert und wenigstens einem weiteren zweiten Wert ermittelt. Der weitere zweite Wert kann beispielsweise ein Zwischenwert zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert sein.The method may include changing the control parameter and / or the magnitude from the first value to the second value and acquiring state data when operating on the second value, changing the control parameter, and / or the magnitude to at least one other second value Operating with the further second value and acquiring state data from the drive with the further second value and determining based on the state data acquired with the further second value. In this case, the wear state is thus determined at least on the basis of the state data at the second value and at least one further second value. The further second value may for example be an intermediate value between the first value and the second value.

Bei der Ermittlung des Abnutzungszustands können beispielsweise zusätzlich der erste Wert, der zweite Wert, ein weiterer zweiter Wert, die absolute und/oder die relative Änderung und/oder Zustandsdaten berücksichtigt werden, die beim Betreiben des Antriebs mit dem ersten Wert des Regelparameters und/oder der Größe aufgenommen werden.When determining the state of wear, for example, the first value, the second value, a further second value, the absolute and / or the relative change and / or the state data can be taken into account in the operation of the drive with the first value of the control parameter and / or be resized.

Das Verfahren wird vorzugsweise innerhalb eines kurzen Testzeitraums ausgeführt. Insbesondere werden das Ändern des Regelparameters und/oder der Größe und das Betreiben des Antriebs sowie das Erfassen der Zustandsdaten vorzugsweise bei ein und demselben Abnutzungszustand durchgeführt. Zudem kann auch das Ermitteln des Abnutzungszustands auf Grund der erfassten Zustandsdaten bei diesem Abnutzungszustand durchgeführt werden. Anders ausgedrückt werden insbesondere das Ändern, das Betreiben und das Erfassen und vorzugsweise auch das Ermitteln demnach vorzugsweise bei konstantem oder gleichbleibendem Abnutzungszustand durchgeführt.The method is preferably carried out within a short test period. In particular, the changing of the control parameter and / or the size and the operation of the drive as well as the acquisition of the status data are preferably carried out in one and the same state of wear. In addition, it is also possible to determine the state of wear on the basis of the acquired status data in the case of this wear condition. In other words, in particular, the changing, the operating and the detecting and preferably also the determining are carried out preferably at a constant or constant wear state.

Das Verfahren kann beispielsweise auf ein Hauptantriebssystem und/oder ein Vorschubantriebssystem der Werkzeugmaschine angewendet werden. Vorzugsweise wird das Verfahren auf ein Vorschubantriebssystem mit einem oder mehreren Vorschubantrieben angewendet. Ein Vorschubantrieb ist dazu eingerichtet, eine Vorschubbewegung für ein Werkstück oder ein Werkzeug zu erzeugen. Der Vorschubantrieb kann zu jeder Art einer Vorschubbewegung eines Werkstücks oder Werkzeugs eingerichtet sein. Beispielsweise kann der Vorschubantrieb zu einer Linearbewegung, einer Bewegung entlang einer Kurve und/oder einer Rotationsbewegung als Vorschubbewegung des Werkzeugs oder des Werkstücks eingerichtet sein. Der Vorschubantrieb kann insbesondere ein elektromechanischer Vorschubantrieb sein.The method may, for example, be applied to a main drive system and / or a feed drive system of the machine tool. Preferably, the method is a Feed drive system with one or more feed drives applied. A feed drive is adapted to generate a feed motion for a workpiece or a tool. The feed drive can be set up for any type of feed movement of a workpiece or tool. For example, the feed drive can be set up for a linear movement, a movement along a curve and / or a rotational movement as a feed movement of the tool or of the workpiece. The feed drive may be in particular an electromechanical feed drive.

Bei dem Regelkreis kann es sich beispielsweise um einen Lageregelkreis des Vorschubantriebs mit einem Lageregler handeln. Bei dem Halter kann es sich beispielsweise um einen Schlitten, einen Tisch und/oder eine Palette handeln. Es kann sich um einen Lageregelkreis mit indirektem Messsystem handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen Lageregelkreis mit direktem Messsystem der Lage des Werkstück- und/oder Werkzeughalters.The control loop may be, for example, a position control loop of the feed drive with a position controller. The holder may be, for example, a carriage, a table and / or a pallet. It can be a position control loop with an indirect measuring system. It is preferably a position control loop with a direct measuring system of the position of the workpiece and / or tool holder.

Mit einem Regelparameter eines Reglers kann das Regelverhalten des Reglers und damit das Regelverhalten des Regelkreises bei vorgegebener Regelstrecke eingestellt werden. Die Änderung eines Regelparameters des Reglers von dem ersten auf den zweiten Wert bietet den Vorteil, dass eine Veränderung eines Regelparameters über die Steuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine relativ einfach, reproduzierbar und nach dem Test wieder umkehrbar möglich ist.With a control parameter of a controller, the control behavior of the controller and thus the control behavior of the control loop can be set for a given controlled system. The change of a control parameter of the controller from the first to the second value offers the advantage that a change of a control parameter via the control device of the machine tool is relatively simple, reproducible and again reversible after the test.

Der Regelparameter, der geändert wird, kann beispielsweise ein proportionaler Verstärkungsfaktor, ein integraler Verstärkungsfaktor, eine Nachstellzeit und/oder eine Vorhaltzeit eines Reglers des Regelkreises sein. Vorzugsweise wird ein proportionaler Verstärkungsfaktor und/oder ein integraler Verstärkungsfaktor des Reglers von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine Nachstellzeit des Reglers von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert verringert werden.The control parameter that is changed may be, for example, a proportional gain factor, an integral gain factor, a reset time, and / or a derivative time of a regulator of the control loop. Preferably, a proportional gain factor and / or an integral gain factor of the controller is increased from a first value to a second value. Alternatively or additionally, for example, a readjustment time of the controller can be reduced from a first value to a second value.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Geschwindigkeitsverstärkung des Lagereglers, die auch als Kv-Faktor bezeichnet wird, geändert. Besonders bevorzugt wird der Kv-Faktor durch die Änderung erhöht. Um eine deutliche Änderung des Zustandsverhaltens zu erhalten, kann der Kv-Faktor beispielsweise zwischen minimal 10 Prozent bis 30 Prozent oder sogar noch stärker erhöht werden.In a preferred embodiment, the speed gain of the position controller, which is also referred to as Kv factor, is changed. Most preferably, the Kv factor is increased by the change. For example, to obtain a significant change in state behavior, the Kv factor can be increased from a minimum of 10 percent to 30 percent or even more.

Der Regler kann einen oder mehrere unterlagerte Regler aufweisen. In einem solchen Regelkreis wird aus der Reglerausgangsgröße eines Reglers, der auch als Führungsregler bezeichnet werden kann, die Führungsgröße für einen unterlagerten, auch als Folgeregler bezeichneten, Regler berechnet. Ein solcher Regler mit einem Führungsregler und einem Folgeregler kann auch als Kaskadenregler bezeichnet werden, der auch einen übergeordneten Führungsregler und wenigstens zwei Folgeregler aufweisen kann, wobei einem Folgeregler ein weiterer Folgeregler unterlagert ist.The controller can have one or more subordinate controllers. In such a control loop, the reference variable for a lower-level controller, also referred to as a slave controller, is calculated from the controller output variable of a controller, which can also be referred to as a master controller. Such a controller with a master controller and a slave controller can also be referred to as a cascade controller, which may also have a higher-level master controller and at least two slave controllers, with a follow-up controller having an additional slave controller.

Es kann der Regelparameter des Führungsreglers geändert werden. Es kann zusätzlich oder alternativ ein Regelparameter eines Folgereglers, insbesondere eines dem Führungsregler unmittelbar folgenden Folgereglers, geändert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird alternativ oder zusätzlich zu einer Änderung eines Regelparameters des Führungsreglers ein proportionaler Verstärkungsfaktor und/oder ein integraler Verstärkungsfaktor des dem Führungsregler direkt folgenden Folgereglers als der Regelparameter von einem ersten auf einen zweiten Wert geändert, vorzugsweise erhöht, und/oder eine Nachstellzeit des direkt auf den Führungsregler folgenden Folgereglers von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert geändert, vorzugsweise reduziert.The control parameter of the master controller can be changed. In addition or as an alternative, a control parameter of a slave controller, in particular a slave controller immediately following the master controller, can be changed. In a preferred embodiment, as an alternative or in addition to a change in a control parameter of the master controller, a proportional gain factor and / or an integral gain factor of the slave controller directly following the master controller is changed as the control parameter from a first to a second value, preferably increased, and / or an integral time of the following directly to the master controller follower changed from a first value to a second value, preferably reduced.

Wenn der Regelkreis als Lageregelkreis ausgebildet ist, kann dieser einen Lageregler als Führungsregler aufweisen, dem ein Geschwindigkeitsregler unterlagert ist. Dem Geschwindigkeitsregler wird eine die Geschwindigkeit des Halters charakterisierende Führungsgröße zugeführt. Der Geschwindigkeitsregler kann, insbesondere bei elektromechanischen Übertragungssystemen, beispielsweise als Drehzahlregler ausgeführt sein. Dem Geschwindigkeitsregler kann ein Beschleunigungsregler unterlagert sein. Dem Beschleunigungsregler wird eine die Beschleunigung des Halters charakterisierende Führungsgröße zugeführt. Der Beschleunigungsregler kann beispielsweise als Stromregler für den Motor des Antriebs ausgeführt sein. Der Lageregler kann beispielsweise ein P-Regler sein und/oder der Geschwindigkeitsregler kann beispielsweise ein PI-Regler sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere mit einem vorstehend beschriebenen Lageregelkreis, wird die Geschwindigkeitsverstärkung des Lagereglers von dem ersten auf den zweiten Wert geändert, vorzugsweise erhöht, und/oder der proportionale Verstärkungsfaktor des Geschwindigkeitsreglers von einem ersten auf einen zweiten Wert geändert, vorzugsweise erhöht, und/oder die Nachstellzeit des Geschwindigkeitsreglers von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert geändert, vorzugsweise verringert.If the control loop is designed as a position control loop, this may have a position controller as a master controller, which is subordinated to a speed controller. The speed controller is supplied with a guide variable characterizing the speed of the holder. The speed controller can be designed, for example, as a speed controller, in particular in electromechanical transmission systems. The speed controller may be underlain by an acceleration controller. The accelerator controller is supplied with a reference variable characterizing the acceleration of the holder. The acceleration controller can be designed, for example, as a current regulator for the motor of the drive. The position controller may be, for example, a P controller and / or the speed controller may be a PI controller, for example. In a preferred embodiment, in particular with a position control loop described above, the speed gain of the position controller is changed from the first to the second value, preferably increased, and / or the proportional gain of the speed controller is changed from a first to a second value, preferably increased, and or the reset time of the speed controller changed from a first value to a second value, preferably reduced.

Bei der Eigenschaft des Antriebs, die die Größe bestimmt, kann es sich beispielsweise um eine elektrische und/oder mechanische Eigenschaft des Antriebs handeln. Die Eigenschaft kann beispielsweise eine Eigenschaft des Motors des Antriebs und/oder eine Eigenschaft des mechanischen Übertragungssystems des Antriebs sein. The property of the drive, which determines the size, may be, for example, an electrical and / or mechanical property of the drive. The property may be, for example, a property of the motor of the drive and / or a property of the mechanical transmission system of the drive.

Das Übertragungssystem dient der Übertragung der Kraft des Motors des Antriebs auf das Werkstück oder das Werkzeug. Das Übertragungssystem weist wenigstens ein mechanisches Übertragungselement auf, das im Kraftfluss zwischen dem Motor und dem Werkzeug oder dem Werkstück liegt. Bei der Eigenschaft des Übertragungssystems, die durch die Größe bestimmt wird, kann es sich beispielsweise um die Steifigkeit des Übertragungssystems, die Dämpfung der Bewegung eines Übertragungselements, insbesondere des Halters, und/oder die Masse eines Übertragungselements handeln. Zu der effektiven Masse des Halters kann die Masse eines von dem Halter gehaltenen Werkstücks oder Werkzeugs und/oder einer an dem Halter angeordneten und mit dem Halter, vorzugsweise gegenüber diesem unbeweglich, verbundenen Zusatzmasse gehören.The transmission system serves to transmit the force of the motor of the drive to the workpiece or the tool. The transmission system has at least one mechanical transmission element, which lies in the force flow between the motor and the tool or the workpiece. The characteristic of the transmission system which is determined by the size can be, for example, the stiffness of the transmission system, the damping of the movement of a transmission element, in particular of the holder, and / or the mass of a transmission element. The effective mass of the holder may include the mass of a workpiece or tool held by the holder and / or a holder arranged on the holder and associated with the holder, preferably immovable relative thereto.

Das Übertragungssystem kann als schwingungsfähiges System betrachtet werden, in dem eine Masse, insbesondere die effektive Masse des Werkstück- oder Werkzeughalters, Schwingungen in Antriebsrichtung, z. B. in Vorschubrichtung bei einem Vorschubantrieb, ausführen kann. Bei der Eigenschaft des Übertragungssystems, die durch die Größe bestimmt und geändert wird, kann es sich um eine Eigenfrequenz des mechanischen Übertragungssystems handeln. Durch die Änderung des Regelparameters und/oder der Änderung der die Eigenschaft bestimmenden Größe von dem ersten auf den zweiten Wert können eine Eigenfrequenz des Regelkreises und eine Eigenfrequenz des mechanischen Übertragungssystems aneinander angenähert werden. In der Regel wird insbesondere bei einem Lageregelkreis einer Vorschubachse darauf geachtet, dass die Eigenfrequenz des Regelkreises deutlich unter einer Frequenz einer Resonanz des mechanischen Übertragungssystems bleibt, wobei damit Resonanzen gemeint sind, die für das Verhalten des Systems, insbesondere das Auftreten von Schwingungen in Vorschubrichtung, relevant sind. Durch die Änderung des Regelparameters und/oder der die Eigenschaft des mechanischen Übertragungssystems bestimmenden Größe kann die Eigenfrequenz des Regelkreises erhöht und/oder die Resonanzfrequenz des mechanischen Übertragungssystems verringert werden, so dass die Frequenzen einander angenähert werden. Durch die Änderung des Regelparameters und/oder der Änderung der die Eigenschaft bestimmenden Größe kann die Dämpfung des Regelkreises, insbesondere des Lageregelkreises, und/oder die Dämpfung des Übertragungssystems als Regelstreckeneigenschaft verringert werden.The transmission system can be considered as a vibratory system in which a mass, in particular the effective mass of the workpiece or tool holder, vibrations in the drive direction, z. B. in the feed direction at a feed drive, can perform. The characteristic of the transmission system, which is determined and changed by size, may be a natural frequency of the mechanical transmission system. By changing the control parameter and / or changing the property determining quantity from the first to the second value, a natural frequency of the control loop and a natural frequency of the mechanical transmission system can be approximated to each other. As a rule, it is ensured, in particular in the case of a position control loop of a feed axis, that the natural frequency of the control loop remains well below a frequency of resonance of the mechanical transmission system, meaning resonances which are responsible for the behavior of the system, in particular the occurrence of oscillations in the feed direction. are relevant. By changing the control parameter and / or the size determining the property of the mechanical transmission system, the natural frequency of the control loop can be increased and / or the resonance frequency of the mechanical transmission system can be reduced so that the frequencies are approximated to one another. By changing the control parameter and / or the change of the property determining variable, the attenuation of the control loop, in particular the position control loop, and / or the attenuation of the transmission system can be reduced as a control path property.

Zur Änderung der Steifigkeit des Übertragungssystems kann beispielsweise die Steifigkeit eines oder einer Gruppe von Übertragungselementen geändert werden. Das Übertragungssystem kann beispielsweise einen Gewindetrieb, insbesondere einen Kugelgewindetrieb oder einen Rollengewindetrieb, als ein Übertragungselement aufweisen, dessen Steifigkeit geändert werden kann.To change the rigidity of the transmission system, for example, the rigidity of one or a group of transmission elements can be changed. The transmission system may comprise, for example, a screw drive, in particular a ball screw drive or a roller screw drive, as a transmission element whose rigidity can be changed.

Besonders bevorzugt wird die Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems bezogen auf die Vorschubrichtung durch die Änderung der Größe vermindert. Bei einem durch Abnutzung ohnehin in der Steifigkeit geschwächtem Gewindetrieb, kann eine zusätzliche Verminderung oder Schwächung der Steifigkeit zu einem messbaren Zustandsverhalten führen. Die Steifigkeit eines Vorschubantriebs hängt im Allgemeinen von der Position des Werkstück- oder Werkzeughalters ab. Die Größe kann z. B. derart geändert werden, dass die minimale Steifigkeit und/oder die maximale und/oder die mittlere Steifigkeit entlang des Verfahrwegs geändert, insbesondere verringert, wird.Particularly preferably, the stiffness of the mechanical transmission system is reduced in relation to the feed direction by the change in size. In the case of a screw drive weakened by wear anyway in the stiffness, an additional reduction or weakening of the rigidity can lead to a measurable state behavior. The rigidity of a feed drive generally depends on the position of the workpiece or tool holder. The size can z. B. are changed such that the minimum stiffness and / or the maximum and / or the average stiffness changed along the travel, in particular reduced, is.

Die Größe zur Änderung der Steifigkeit kann beispielsweise die Vorspannkraft der Mutter des Gewindetriebs, z. B. die minimale Vorspannkraft und/oder die maximale Vorspannkraft und/oder die mittlere Vorspannkraft, sein. Die Größe kann beispielsweise die Dicke einer Distanzscheibe zwischen zwei Hälften einer zweiteiligen Mutter eines Gewindetriebs und/oder der Stellweg eines Aktors zwischen den Hälften zur Einstellung der Vorspannkraft sein.The size to change the stiffness, for example, the biasing force of the nut of the screw, z. B. the minimum biasing force and / or the maximum biasing force and / or the average biasing force. The size may be, for example, the thickness of a spacer between two halves of a two-piece nut of a screw drive and / or the travel of an actuator between the halves for adjusting the biasing force.

Wenn eine die Dämpfung eines Übertragungselements bestimmende Größe geändert wird, dann handelt es sich beispielsweise um die Dämpfung der Bewegung des Werkstück- oder Werkzeughalters in Vorschubrichtung. Das mechanische Übertragungssystem kann als Regelstrecke aufgefasst werden. Durch die Änderung der Größe kann die Dämpfung als Regelstreckeneigenschaft des mechanischen Übertragungssystems geändert werden. Es kann sich um die mechanische Dämpfung eines Übertragungselements handeln. Insbesondere kann es sich um die Dämpfung der Bewegung des Übertragungselements durch direkt an dem Übertragungselement angreifende Dämpfungskräfte, insbesondere dissipative, Dämpfungskräfte handeln. Für die Dämpfung kann das Übertragungssystem beispielsweise ein passives und/oder ein aktives Dämpfungssystem enthalten, dessen Dämpfung geändert werden kann. Vorzugsweise wird die Größe derart geändert, dass die Dämpfung, beispielsweise die maximale und/oder die minimale Dämpfung und/oder die mittlere Dämpfung der Bewegung entlang des Verfahrwegs, verringert wird.If a variable determining the damping of a transmission element is changed, this is, for example, the damping of the movement of the workpiece or tool holder in the feed direction. The mechanical transmission system can be understood as a controlled system. By changing the size, the damping can be changed as a control characteristic of the mechanical transmission system. It may be the mechanical damping of a transmission element. In particular, it may be the damping of the movement of the transmission element by acting directly on the transmission element damping forces, in particular dissipative, damping forces. For attenuation, the transmission system may include, for example, a passive and / or an active damping system whose damping can be changed. Preferably, the size is changed so that the attenuation, for example the maximum and / or the minimum attenuation and / or the average attenuation of the movement along the travel, is reduced.

Bei der Eigenschaft kann es sich um die Masse eines oder einer Gruppe von Übertragungselementen handeln. Beispielsweise ist die von der geänderten Größe bestimmte Eigenschaft die effektive Masse des Werkzeughalters- oder des Werkstückhalters, die die Masse eines gehaltenen Werkzeugs oder Werkstücks und gegebenenfalls einer Zusatzmasse einschließt. Die Masse des Halters, beispielsweise des Tisches, kann beispielsweise durch Anordnung einer Zusatzmasse erhöht werden.The property may be the mass of one or a group of transmission elements. For example, the property determined by the changed size is the effective mass of the toolholder or workpiece holder, which includes the mass of a held tool or workpiece and optionally an additional mass. The mass of the holder, for example of the table, can be increased, for example, by arranging an additional mass.

Vorzugsweise sind die Zustandsdaten, die beim Betreiben des Antriebs erfasst werden, Schwingungsdaten. Im Falle eines betrachteten Vorschubantriebs handelt es sich vorzugsweise um Daten einer Schwingung in Vorschubrichtung. Bei dem bestimmten Zustandsverhalten, das sich abhängig von dem Abnutzungszustand und dem Wert des Regelparameters und/oder dem Wert der Größe zeigt, kann es sich beispielsweise um eine Schwingung, insbesondere eines Elements des Übertragungssystems, z. B. des Werkzeug- oder Werkstückhalters, bei einem bestimmten Wert und/oder innerhalb eines bestimmten Wertebereichs einer Frequenz, einer maximalen Amplitude, auch bei einer bestimmten Frequenz, einer maximalen Schwinggeschwindigkeit und/oder einer maximalen Schwingbeschleunigung und/oder eine Schwingung mit einem bestimmten Spektrum handeln, die als Kenngröße aus den Schwingungsdaten ermittelt werden können.Preferably, the state data acquired in operating the drive is vibration data. In the case of a considered feed drive, it is preferably data of a vibration in the feed direction. The particular state behavior, which is dependent on the state of wear and the value of the control parameter and / or the value of the variable, may be, for example, an oscillation, in particular of an element of the transmission system, e.g. B. the tool or workpiece holder, at a certain value and / or within a certain range of values of a frequency, a maximum amplitude, even at a certain frequency, a maximum vibration velocity and / or a maximum vibration acceleration and / or a vibration with a particular spectrum act, which can be determined as a characteristic from the vibration data.

Als ein Schwingungssensor zur Erfassung von Schwingungsdaten als Zustandsdaten kann beispielsweise ein Positions- bzw. Lagesensor, ein Geschwindigkeitssensor und/oder ein Beschleunigungssensor verwendet werden. Vorzugsweise wird ein von den Sensoren des Regelkreises gesonderter Sensor als Schwingungssensor verwendet. Besonders bevorzugt ist der Schwingungssensor dazu eingerichtet, die Schwingung einer Komponente des Antriebs wie beispielsweise eines Elements des mechanischen Übertragungssystems zu erfassen. Besonders bevorzugt ist der Schwingungssensor dazu eingerichtet, Schwingungen des Werkstück- oder Werkzeughalters, beispielsweise eines Tisches, eines Schlittens und/oder einer Palette, in Vorschubrichtung zu erfassen. Besonders bevorzugt ist der Schwingungssensor zur direkten Erfassung der Schwingung des Elements, beispielsweise des Werkstück- oder Werkzeughalters, eingerichtet. Beispielsweise kann hierfür ein Linearmaßstab verwendet werden. Es ist auch möglich die Schwingung des Elements, beispielsweise des Werkstück- oder Werkzeughalters, mit dem direkten Messsystem des Lageregelkreises zu erfassen, das den Lageistwert misst. Die Schwingung kann grundsätzlich auch indirekt, z. B. anhand des Stromistwertes des Motors des Antriebs, anhand des Winkels der Motorwelle und/oder eines mechanischen Übertragungselements, wie beispielsweise einer Spindel, erfasst werden. Als Schwingungsdaten können grundsätzlich auch Körper- oder Luftschalldaten erfasst werden.As a vibration sensor for detecting vibration data as state data, a position sensor, a speed sensor, and / or an acceleration sensor may, for example, be used. Preferably, a separate from the sensors of the control loop sensor is used as a vibration sensor. Particularly preferably, the vibration sensor is adapted to detect the vibration of a component of the drive, such as an element of the mechanical transmission system. Particularly preferably, the vibration sensor is adapted to detect vibrations of the workpiece or tool holder, for example a table, a carriage and / or a pallet in the feed direction. Particularly preferably, the vibration sensor for direct detection of the vibration of the element, for example, the workpiece or tool holder, set. For example, a linear scale can be used for this purpose. It is also possible to detect the oscillation of the element, for example the workpiece or tool holder, with the direct measuring system of the position control loop, which measures the actual position value. The vibration can in principle also indirectly, z. B. based on the current actual value of the motor of the drive, based on the angle of the motor shaft and / or a mechanical transmission element, such as a spindle, are detected. In principle, body or airborne sound data can also be recorded as vibration data.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Übertragungskomponente oder eine Gruppe bzw. ein System von Übertragungskomponenten des Übertragungssystems des Antriebs, deren Abnutzungszustand ermittelt werden soll, ausgewählt, wobei als Zustandsdaten Schwingungsdaten über eine Schwingung eines Übertragungselements des Übertragungssystems erfasst werden, so dass die ausgewählte Komponente oder das ausgewählte System bzw. die ausgewählte Gruppe von Komponenten die Kraft von dem Motor des Antriebs auf das Übertragungselement übertragend zwischen dem Motor und dem Übertragungselement angeordnet ist, dessen Schwingung auf Grund des Betreibens des Antriebs mit dem Motor des Antriebs mit geändertem Wert erfasst wird.In a preferred embodiment, a transmission component or a group or a system of transmission components of the transmission system of the drive, whose wear condition is to be determined, is selected, wherein as a state data vibration data on a vibration of a transmission element of the transmission system are detected, so that the selected component or the selected system or the selected group of components, the force from the engine of the drive is arranged on the transmission element transmitting between the engine and the transmission element whose vibration is detected due to the operation of the drive with the motor of the drive with a changed value.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zustandsdaten bei einer Frequenz ermittelt, die einer Anregungsfrequenz des mechanischen Übertragungssystems durch die Regelung durch den Regler entspricht.In a preferred embodiment, the state data are determined at a frequency which corresponds to an excitation frequency of the mechanical transmission system through the control by the controller.

Bei dem ersten Wert kann sich die Abnutzung des Antriebs beim Betreiben des Antriebs mit dem ersten Wert noch nicht bemerkbar machen. Darunter wird auch der Fall verstanden, dass zwar ein Wert für den Abnutzungszustand anhand von Zustandsdaten, erfasst mit dem Sensor beim Betreiben mit dem ersten Wert, ermittelt werden kann, dieser jedoch derart fehlerbehaftet ist, so dass er insbesondere für die Planung einer Instandhaltungsmaßnahme, z. B. einen Austausch, ungeeignet ist. Beispielsweise liegt der Wert einer Kenngröße der Zustandsdaten bei einer Erfassung von Zustandsdaten mit dem ersten Wert unterhalb einer Nachweisgrenze. Der erste Wert kann beispielsweise dadurch charakterisiert sein, dass die Werkzeugmaschine mit dem ersten Wert bei einem Ermitteln von Zustandsdaten mit dem Sensor ein Zustandsverhalten anhand der Zustandsdaten zeigt, die außerhalb des kritischen Bereichs liegen. Z. B. können Schwingungen des Tisches eines Vorschubantriebs bei dem ersten Wert eine maximale Amplitude, eine maximale Schwingbeschleunigung und/oder eine maximale Schwinggeschwindigkeit unterhalb eines für die Bearbeitung geforderten Grenzwerts aufweisen. Der erste Wert kann insbesondere zu einem Betriebsparametersatz oder einer Betriebseinstellung gehören, bei dem die Werkzeugmaschine im Produktionsbetrieb regulär nach der Anforderung des Benutzers Werkstücke bearbeiten kann.In the first value, the wear of the drive when operating the drive with the first value can not make noticeable. This is also understood to be the case that, although a value for the wear state can be determined based on state data recorded with the sensor when operating with the first value, this is so faulty, so that it is particularly for the planning of a maintenance measure, eg , As an exchange, is unsuitable. By way of example, the value of a parameter of the status data when the status data is acquired with the first value is below a detection limit. The first value may be characterized, for example, by the fact that the machine tool with the first value when determining state data with the sensor shows a state behavior based on the state data that lies outside the critical range. For example, oscillations of the table of a feed drive at the first value may have a maximum amplitude, a maximum swing acceleration, and / or a maximum swing speed below a threshold required for processing. The first value may in particular be an operating parameter set or an operating setting belong, in which the machine tool in the production operation can regularly work on the request of the user workpieces.

Der zweite Wert und gegebenenfalls der weitere zweite Wert sind vorzugsweise derart gewählt, dass sich ein vorgegebener Abnutzungszustand bei dem zweiten Wert anhand der Zustandsdaten bemerkbar machen würde. Der zweite Wert kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Werkzeugmaschine mit dem zweiten Wert bei einem vorgegebenen Abnutzungszustand, wie beispielsweise einer vorgegebenen zu erwartenden restlichen Gebrauchsdauer, ein vorgegebenes Zustandsverhalten anhand der Zustandsdaten zeigt. Die vorgegebene zu erwartende restliche Gebrauchsdauer kann sich auf eine Einstellung des Antriebs mit einem Wert des Regelparameters und/oder einem Wert der Größe ungleich dem zweiten Wert, beispielsweise mit dem ersten Wert, beziehen. Das vorgegebene Zustandsverhalten kann sich zum Beispiel durch Zustandsdaten mit einer Kenngröße bei einem vorgegebenen Wert und/oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und/oder mit einer vorgegebenen Kennfunktion äußern.The second value and, if appropriate, the further second value are preferably selected such that a predetermined wear state would become noticeable in the second value on the basis of the status data. The second value may be characterized in that the machine tool with the second value shows a predetermined state behavior on the basis of the state data in the case of a predetermined wear state, such as a predefined remaining service life, for example. The predetermined expected remaining service life can relate to a setting of the drive with a value of the control parameter and / or a value of the size not equal to the second value, for example with the first value. The predefined state behavior can be expressed, for example, by status data having a parameter at a predetermined value and / or within a predetermined range and / or with a predetermined characteristic function.

Wenn beispielsweise ermittelt werden soll, ob ein Abnutzungsgrad, mit einer vorgegebenen zu erwartenden restlichen Gebrauchsdauer, beispielsweise von etwa zwei bis etwa drei Monaten, vorliegt, kann der zweite Wert derart gewählt werden, dass beim Vorliegen eines derartigen Abnutzungsgrads eine Schwingung mit einer maximalen Schwingungsamplitude und/oder einer maximalen Schwinggeschwindigkeit und/oder einer maximalen Schwingbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Intervalls erzeugt würde. Der zweite Wert kann beispielsweise derart ausgewählt werden, dass der Antrieb bei dem Vorliegen eines vorgegebenen Abnutzungszustands ein Zustandsverhalten anhand von Zustandsdaten innerhalb des kritischen Bereichs oder oberhalb einer Nachweisgrenze, zeigt. Der zweite Wert kann zu einem Testparametersatz gehören, mit dem die Maschine eingestellt wird, um den Abnutzungszustandstest durchzuführen. Der zweite Wert kann gegenüber dem ersten Wert insbesondere dadurch ausgezeichnet sein, dass der Antrieb, insbesondere der Halter, beim Betreiben mit dem zweiten Wert eine Schwingung mit einer Amplitude oberhalb eines für die geforderte Genauigkeit der Bearbeitung maximal zulässigen Grenzwerts ausführt. Der zweite Wert kann demnach zu einem in diesem Sinne instabilen Regelkreis führen.If, for example, it is to be determined whether there is a degree of wear with a predefined remaining useful life, for example from about two to about three months, the second value can be selected such that, in the presence of such a degree of wear, a vibration having a maximum oscillation amplitude and / or a maximum vibration velocity and / or a maximum vibration acceleration within a predetermined interval would be generated. The second value can be selected, for example, such that the drive, in the presence of a predetermined state of wear, shows a state behavior based on state data within the critical range or above a detection limit. The second value may belong to a test parameter set used to set the machine to perform the wear condition test. The second value can be distinguished from the first value in particular in that the drive, in particular the holder, when operating with the second value, executes an oscillation with an amplitude above a maximum permissible limit value for the required accuracy of the machining. The second value can therefore lead to a control circuit that is unstable in this sense.

Der zweite Wert kann gegenüber dem ersten Wert dadurch ausgezeichnet sein, dass der Antrieb, beispielsweise das mechanische Übertragungssystem, insbesondere ein Gewindetrieb, beim Betreiben des Antriebs mit dem zweiten Wert eine gegenüber dem Betreiben des Antriebs mit dem ersten Wert reduzierten voraussichtlichen Abnutzungsvorrat, insbesondere eine reduzierte zu erwartende restliche Gebrauchsdauer, aufweist. Die reduzierte zu erwartende restliche Gebrauchsdauer kann sich insbesondere auf ansonsten identische Einstellungsparameter des Antriebs beziehen. Die Einstellung der Werkzeugmaschine mit dem Regelparameter mit dem zweiten Wert oder der Größe mit dem zweiten Wert stellt demnach beim Betreiben des Antriebs mit dem zweiten Wert im Produktionsbetrieb eine erhöhte Anforderung an den Antrieb dar.The second value can be distinguished from the first value in that the drive, for example the mechanical transmission system, in particular a screw drive, when operating the drive with the second value, compared to the operation of the drive with the first value reduced expected wear stock, in particular a reduced expected remaining service life, has. The reduced expected remaining service life may relate in particular to otherwise identical adjustment parameters of the drive. The setting of the machine tool with the control parameter with the second value or the value with the second value therefore represents an increased requirement on the drive when operating the drive with the second value in the production operation.

Für den Fall, dass mit dem Sensor zur Ermittlung des Abnutzungsstands Schwingungsdaten ermittelt werden, wird der Regelparameter und/oder die Größe vorzugsweise derart geändert, dass die maximale Schwingungsamplitude, die maximale Schwingungsschnelle und/oder die maximale Schwingungsbeschleunigung des Halters in Vorschubrichtung bei dem Betreiben mit dem zweiten Wert größer ist als bei einem Betreiben mit dem ersten Wert.In the event that oscillation data are determined with the sensor for determining the wear level, the control parameter and / or the size is preferably changed such that the maximum oscillation amplitude, the maximum oscillation speed and / or the maximum oscillation acceleration of the holder in the feed direction when operating with the second value is greater than when operating with the first value.

In einer Ausführungsform kann sich der zweite Wert gegenüber dem ersten Wert dadurch auszeichnen, dass bei dem Betreiben mit dem zweiten Wert ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Zustandsverhalten und dem Abnutzungszustand besteht.In one embodiment, the second value can be distinguished from the first value in that, when operating with the second value, there is a clear relationship between the state behavior and the wear state.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise eine minimale Genauigkeit vorgegeben werden, mit der der Abnutzungszustand mindestens ermittelt werden können soll. Der zweite Wert des Regelparameters und/oder der zweite Wert der Größe werden danach derart ausgewählt, so dass der Abnutzungszustand mindestens mit der vorgegebenen minimalen Genauigkeit ermittelt werden kann. In einer Ausführungsform kann der zweite Wert danach ausgewählt werden, dass ein vorgegebener maximaler Abnutzungsvorrat und/oder ein vorgegebener minimaler Abnutzungsgrad noch mindestens mit der geforderten minimalen Genauigkeit ermittelt werden kann.In a preferred embodiment, for example, a minimum accuracy can be specified with which the wear state should at least be determined. The second value of the control parameter and / or the second value of the variable are then selected such that the wear state can be determined at least with the predetermined minimum accuracy. In one embodiment, the second value may be selected after that a predetermined maximum wear stock and / or a predetermined minimum amount of wear can still be determined at least with the required minimum accuracy.

Es wird eine Werkzeugmaschine mit einem Antrieb, insbesondere mit einem Vorschubantrieb, mit einer Steuerungseinrichtung angegeben, die zu der Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die Werkzeugmaschine kann insbesondere zum Fräsen und/oder Drehen eingerichtet sein.It is a machine tool with a drive, in particular with a feed drive, specified with a control device, which is adapted to carry out a method described above. The machine tool can be set up in particular for milling and / or turning.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Zeichnung. Es zeigen in schematischer Darstellung: Further features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and from the drawing. In a schematic representation:

1: eine beispielhafte erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit einem Vorschubantrieb mit einer Steuerungseinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, 1 : an exemplary machine tool according to the invention with a feed drive with a control device which is set up to carry out the method,

2: einen beispielhaften Lageregelkreis der Werkzeugmaschine für den Vorschubantrieb aus 1, 2 : an exemplary position control loop of the machine tool for the feed drive 1 .

3: ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform, 3 FIG. 3 is a flowchart of the method according to the invention according to an exemplary first embodiment, FIG.

4: ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform, 4 FIG. 4 is a diagram for illustrating the method according to the first embodiment; FIG.

5: ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform, 5 FIG. 2 is a flowchart of the method according to the invention according to an exemplary second embodiment, FIG.

6: ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform, 6 FIG. 4 is a diagram illustrating the method according to the second embodiment. FIG.

7: ein Diagramm zur beispielhaften Veranschaulichung des Verfahrens. 7 : a diagram for exemplifying the method.

1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 10 mit einer Steuerungseinrichtung 12, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuerungseinrichtung 12 weist eine Eingabeeinheit für Eingaben eines Bedieners, eine Anzeigeeinheit, eine Auswerteeinheit und eine Empfangseinheit auf, die nicht im Detail dargestellt sind. Die Empfangseinheit dient zum Empfangen von Daten von einer Datenbank eines Servers 14, der mit der Empfangseinheit über ein Computernetzwerk verbunden ist. Detailliert dargestellt ist ein Vorschubantrieb 16 der Maschine 10, anhand dessen das Verfahren erläutert wird. Eventuell vorhandene weitere Vorschubantriebe des Vorschubantriebssystems und der Hauptantrieb sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. 1 shows an example of a machine tool according to the invention 10 with a control device 12 , which is set up for carrying out the method according to the invention. The control device 12 has an input unit for inputs of an operator, a display unit, an evaluation unit and a receiving unit, which are not shown in detail. The receiving unit is for receiving data from a database of a server 14 which is connected to the receiving unit via a computer network. A feed drive is shown in detail 16 the machine 10 with which the method is explained. Any existing additional feed drives of the feed drive system and the main drive are not shown for clarity.

Der Vorschubantrieb 16 weist einen Motor 18 für die Vorschubbewegung eines Halters 20 für ein Werkstück auf. Der Vorschubantrieb 16 weist ein mechanisches Übertragungssystem 22 für die Übertragung der Kraft über den Halter 20 auf das Werkstück oder das Werkzeug (nicht dargestellt) auf. Das Übertragungssystem 22 kann beispielsweise ein Getriebe 24 und einen Kupplung 26 aufweisen. Für die Wandlung der Rotationsbewegung der Motorwelle in eine Linearbewegung kann das Übertragungssystem 22 einen Gewindetrieb 28 aufweisen, der insbesondere ein Kugelgewindetrieb, aber beispielsweise auch ein Rollengewindetrieb oder einen Planetenwälzgewindetrieb sein kann. Der Gewindetrieb 28 weist eine Gewindespindel 30, im Folgenden auch kurz Spindel 30 genannt, und eine Spindelmutter 32, im Folgenden auch kurz Mutter 32 genannt, auf. Die Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems 22 in Vorschubrichtung (hier die x-Richtung) kann durch die Vorspannung der Mutter 32 gegen die Spindel 30 eingestellt oder zumindest beeinflusst werden. Die Mutter 32 weist dazu ein Vorspannmittel auf, mit dem die Vorspannung eingestellt oder zumindest beeinflusst werden kann, wobei das Vorspannmittel über eine Einstellgröße eingestellt werden kann. Das Vorspannmittel kann beispielsweise eine Distanzscheibe zwischen zwei Hälften der Mutter 32 aufweisen, mit deren Hilfe die beiden Hälften der Mutter 32 auseinandergedrückt oder zusammengezogen werden können. Es kann dazu auch ein elektrisch-, pneumatisch-, hydraulisch- und/oder mechanisch angetriebener Aktor zwischen den Hälften der Mutter 32 angeordnet sein. Die Spindel 30 ist mit einem ersten Lager 34a und einem zweiten Lager 34b gelagert. Bei dem Halter 20 für das Werkstück oder das Werkzeug kann es sich beispielsweise um einen Schlitten, einen Tisch und/oder um eine auf einem Tisch oder einem Schlitten fixierte Palette handeln. Der Halter 20 wird mit einer Linearführung 36, die an dem Bett 38 oder einem übergeordneten Vorschubantrieb angeordnet ist, geführt. An dem Halter 20 ist gegenüber diesem unbeweglich ein Schwingungssensor 40 angeordnet, der dazu eingerichtet ist, eine Schwingung des Halters 20 in Vorschubrichtung x direkt zu erfassen und ein entsprechendes Schwingungssignal an die Auswerteeinrichtung der Steuerungseinrichtung 12 zu übermitteln, um einen oder mehrere Werte einer Kenngröße der Schwingung zu generieren. Bei dem Schwingungssensor 40 kann es sich beispielsweise um einen Lageistwertsensor, einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor handeln. Dem Übertragungssystem 22 ist außerdem ein translatorisches Wegmesssystem 42 zur direkten Lageistwerterfassung zugeordnet. Das Wegmesssystem 42 weist einen Abtaster 44, der an dem Halter 20 gegenüber diesem unbeweglich angeordnet ist, und einen Maßstab 46 auf, der an dem Bett 38 oder einem übergeordneten Vorschubantrieb angeordnet ist. Das Wegmesssystem 42 dient der Bestimmung des Lageistwerts des Halters 20 für den Lageregelkreis des Vorschubantriebs 16. Der Vorschubantrieb 16 kann alternativ oder zusätzlich ein indirektes Messsystem 48 aufweisen, mit dem der Drehwinkel der Welle des Motors 18 oder der Spindel 30 mit Hilfe eines nicht dargestellten Drehaufnehmers ermittelt und daraus auf die Lage des Halters 20 geschlossen werden kann.The feed drive 16 has an engine 18 for the feed movement of a holder 20 for a workpiece. The feed drive 16 has a mechanical transmission system 22 for the transmission of force over the holder 20 on the workpiece or the tool (not shown). The transmission system 22 For example, a gearbox 24 and a clutch 26 exhibit. For the conversion of the rotational movement of the motor shaft in a linear movement, the transmission system 22 a screw drive 28 have, in particular, a ball screw, but for example, a roller screw or a Planetenwälzgewindetrieb can be. The screw drive 28 has a threaded spindle 30 , below also briefly spindle 30 called, and a spindle nut 32 , in the following also briefly mother 32 called, up. The rigidity of the mechanical transmission system 22 in the feed direction (here the x-direction) can by the bias of the nut 32 against the spindle 30 be set or at least influenced. The mother 32 has for this purpose a biasing means, with which the bias voltage can be adjusted or at least influenced, wherein the biasing means can be adjusted via a set size. The biasing means may for example be a spacer between two halves of the nut 32 have, with the help of which the two halves of the mother 32 can be pushed apart or contracted. It can also be an electrically, pneumatically, hydraulically and / or mechanically driven actuator between the halves of the nut 32 be arranged. The spindle 30 is with a first camp 34a and a second camp 34b stored. At the holder 20 the workpiece or tool may, for example, be a carriage, a table and / or a pallet fixed on a table or a carriage. The holder 20 is with a linear guide 36 standing by the bed 38 or a parent feed drive is guided. On the holder 20 is immovable to this a vibration sensor 40 arranged, which is adapted to a vibration of the holder 20 in the feed direction x directly detect and a corresponding vibration signal to the evaluation of the control device 12 to transmit one or more values of a characteristic of the vibration. At the vibration sensor 40 it may, for example, be an actual position sensor, a speed sensor and / or an acceleration sensor. The transmission system 22 is also a translatory position measuring system 42 assigned to the direct position actual value acquisition. The distance measuring system 42 has a scanner 44 that is attached to the holder 20 is arranged immovably relative to this, and a scale 46 on, on the bed 38 or a parent feed drive is arranged. The distance measuring system 42 serves to determine the position actual value of the holder 20 for the position control loop of the feed drive 16 , The feed drive 16 may alternatively or additionally an indirect measuring system 48 have, with which the angle of rotation of the shaft of Motors 18 or the spindle 30 determined by means of a rotary transducer, not shown, and from this to the position of the holder 20 can be closed.

Zum Betreiben des Vorschubantriebs 16 wird der Motor 18 mit Strom gespeist, wobei der Motor 18 eine Kraft über das mechanische Übertragungssystem 22 auf den Halter 20 überträgt. Aus dem Signal des direkten Wegmesssystems 42 oder gegebenenfalls des indirekten Wegmesssystems 48, das der Steuerungseinrichtung 12 zugeführt werden kann, kann der Lageistwert des Halters 20 in x-Richtung ermittelt und, beispielsweise mit dem in 2 dargestellten Kaskadenregler 60, geregelt werden. Aus dem Signal des Schwingungssensors 40, das der Steuerungseinrichtung 12 zugeführt wird, kann mit der Auswerteeinrichtung eine Kenngröße der Schwingung abgeleitet werden, die eine Aussage über Schwingungen des Halters in Vorschubrichtung x erlaubt.For operating the feed drive 16 becomes the engine 18 powered by electricity, the engine 18 a force over the mechanical transmission system 22 on the holder 20 transfers. From the signal of the direct position measuring system 42 or optionally the indirect position measuring system 48 , that of the control device 12 can be supplied, the actual position of the holder 20 determined in the x direction and, for example, with the in 2 illustrated cascade controller 60 , be managed. From the signal of the vibration sensor 40 , that of the control device 12 is fed, can be derived with the evaluation a characteristic of the oscillation, which allows a statement about vibrations of the holder in the feed direction x.

In 2 ist ein beispielhafter Lageregelkreis 62 des in 1 dargestellten Vorschubantriebs 16 stark vereinfacht dargestellt. Der Lageregelkreis 62 weist einen Lageregler 64 auf, der seine Reglerausgangsgröße aus der Differenz aus einem Lagesollwert xs, vorgegeben durch die Steuerungseinrichtung 12, und einem Lageistwert xi berechnet. Der Lageistwert xi wird dabei vorzugsweise mit dem direkten Wegmesssystem 42 bestimmt. Alternativ kann der Lageistwert xi auch mit dem gestrichelt dargestellten indirekten Messsystem 48 bestimmt werden. Auf den Lageregler 64 folgt der Geschwindigkeitsregler 66, der beispielsweise als Drehzahlregler ausgeführt sein kann. Der Drehzahlregler 66 ist dazu eingerichtet seine Reglerausgangsgröße Is auf Grund der Differenz des Drehzahlsollwerts ns, bereitgestellt von dem Lageregler 64, und dem Drehzahlistwert ni zu berechnen, der dem Regler über ein Drehzahlmesssystem 68, beispielsweise des indirekten Wegmesssystems 48, zugeführt wird. Auf dem Drehzahlregler 66 folgt ein als Stromregler ausgeführter Beschleunigungsregler 70, dessen Rückführung nicht gesondert dargestellt ist. Der Stromregler 70 bestimmt mit seiner Reglerausgangsgröße letztendlich das Drehmoment des Motors 18 aus. Das Verhalten des Lageregelkreises 62 wird insbesondere durch Regelparameter der Regelung, insbesondere der Regler 64, 66, 70 bestimmt. Die Regler können beispielsweise jeweils P-, PI- oder PID-Regler sein. Das Verhalten der Regler 64, 66, 70 kann insbesondere durch einen proportionalen Verstärkungsfaktor K, beispielsweise Kv, eine Nachstellzeit Tn und/oder eine Vorhaltzeit Tv bestimmt sein. Das Verhalten des Lagereglers 64 kann durch einen proportionalen Verstärkungsfaktor Kv festgelegt werden, der Geschwindigkeitsverstärkung oder auch Kv-Faktor genannt wird. Das Verhalten des Drehzahlreglers 66 kann durch einen proportionalen Verstärkungsfaktor Kp des Drehzahlreglers 66 und gegebenenfalls eine Nachstellzeit Tnp des Drehzahlreglers 66 festgelegt werden. In einer Ausführungsform ist der Lageregler 64 beispielsweise ein P-Regler und der Drehzahlregler 66 ist beispielsweise ein PI-Regler. Unabhängig davon kann der Lageregelkreis 62 zusätzliche Maßnahmen zur Regelung, wie etwa eine Störgrößenaufschaltung oder eine Führungsgrößenvorsteuerung, aufweisen.In 2 is an exemplary position control loop 62 of in 1 shown feed drive 16 shown greatly simplified. The position control loop 62 has a position controller 64 on, the controller output variable of the difference from a position setpoint xs, given by the controller 12 , and a position actual value xi calculated. The actual position value xi is preferably with the direct displacement measuring system 42 certainly. Alternatively, the actual position xi can also be used with the indirect measuring system shown in dashed lines 48 be determined. On the position controller 64 follows the speed controller 66 , which can be designed as a speed controller, for example. The speed controller 66 is set up its regulator output Is due to the difference of the speed reference ns provided by the position controller 64 , and the actual speed value ni, which is the controller via a speed measuring system 68 , for example, the indirect position measuring system 48 , is supplied. On the speed controller 66 followed by an acceleration controller designed as a current controller 70 whose repatriation is not shown separately. The current regulator 70 ultimately determines the torque of the motor with its controller output 18 out. The behavior of the position control loop 62 is in particular by control parameters of the control, in particular the controller 64 . 66 . 70 certainly. The controllers can be P, PI or PID controllers, for example. The behavior of the controller 64 . 66 . 70 can be determined in particular by a proportional gain K, for example, Kv, a reset time Tn and / or a derivative time Tv. The behavior of the position controller 64 can be determined by a proportional gain Kv called velocity gain or Kv factor. The behavior of the speed controller 66 can by a proportional gain Kp of the speed controller 66 and optionally a reset time Tnp of the speed controller 66 be determined. In one embodiment, the position controller 64 For example, a P-controller and the speed controller 66 is for example a PI controller. Irrespective of this, the position control loop can 62 have additional control measures, such as a feedforward control or a pilot size feedforward.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 wird anhand des beispielhaften Ablaufschemas in 3 und des Diagramms in 4 erläutert. Es wird außerdem auf die 1 und 2 Bezug genommen. Die Steuerungseinrichtung 12 kann das Verfahren 100 automatisiert durchführen.An embodiment of the method 100 is based on the exemplary flowchart in 3 and the diagram in 4 explained. It will also be on the 1 and 2 Referenced. The control device 12 can the procedure 100 perform automatically.

4 stellt den funktionellen Zusammenhang zwischen der Kenngröße einer Schwingung, z. B. der maximalen Schwingungsamplitude, der maximalen Schwinggeschwindigkeit oder der maximalen Schwingbeschleunigung des Halters 20 beim Betreiben des Vorschubantriebs 16, und einem Verstärkungsfaktor des Reglers 60, hier dem Kv-Faktor des Lagereglers 64, für den Gewindetrieb 28 des Vorschubantriebs 16 aus 1, insbesondere einen Kugelgewindetrieb, bei unterschiedlichen Abnutzungszuständen beispielhaft und stark vereinfacht dar. In dem Diagramm in 4 soll ein tendenzieller Verlauf in einem Bereich von Abnutzungsvorräten und Werten für den Kv-Faktor veranschaulicht werden. Der tatsächliche funktionelle Zusammenhang kann einem anderen Kurvenverlauf folgen. Ein ähnlicher Zusammenhang kann sich beispielsweise zwischen der Kenngröße und dem proportionalen Verstärkungsfaktor Kp des Drehzahlreglers oder der reziproken Nachstellzeit Tnp des Drehzahlreglers bei gegebenem Abnutzungszustand ergeben. Der Zusammenhang kann in einer Datenbank z. B. als analytische Funktion oder als Wertetabelle hinterlegt sein. Die Datenbank kann beispielsweise in der Steuerungseinrichtung 12 oder auf dem Server 14 hinterlegt sein und durch die Steuerungseinrichtung 12 von dem Server 14 abgerufen werden. Der Server 14 kann beispielsweise eine Datenbank für verschiedene Antriebe mit unterschiedlichen Komponenten bereitstellen. Ein Maß für den Abnutzungsvorrat des Vorschubantriebs 16, insbesondere des mechanischen Übertragungssystems 22, ist die Zeit, die auf Grund des Abnutzungszustands noch verbleibt, bis die Anforderung des Nutzers der Maschine, insbesondere an die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Bearbeitungsgenauigkeit, ohne Austausch oder Reparatur einer Komponente, insbesondere einer Komponente des mechanischen Übertragungssystems, nicht mehr erfüllt werden kann (restliche Gebrauchsdauer). 4 represents the functional relationship between the characteristic of a vibration, z. B. the maximum vibration amplitude, the maximum vibration velocity or the maximum vibration acceleration of the holder 20 when operating the feed drive 16 , and a gain of the controller 60 , here the Kv factor of the position controller 64 , for the screw drive 28 the feed drive 16 out 1 , in particular a ball screw, with different wear states exemplary and greatly simplified dar. In the diagram in 4 To illustrate a trend in a range of wear stocks and values for the Kv factor. The actual functional relationship may follow a different curve. A similar relationship may arise, for example, between the parameter and the proportional gain factor Kp of the speed controller or the reciprocal reset time Tnp of the speed controller given a wear condition. The relationship can be found in a database z. B. be deposited as an analytical function or as a value table. The database may, for example, in the control device 12 or on the server 14 deposited and by the control device 12 from the server 14 be retrieved. The server 14 For example, it can provide a database for different drives with different components. A measure of the wear stock of the feed drive 16 , in particular the mechanical transmission system 22 , is the time that still remains due to the wear condition until the request of the user of the machine, in particular on the machining speed and / or machining accuracy, without replacement or repair of a component, in particular a component of the mechanical transmission system, can no longer be met ( remaining service life).

In dem Diagramm der 4 ist der Funktionsgraph Za für einen ersten Zustand des Gewindetriebs 28 ohne Abnutzung und mit einer voraussichtlichen restlichen Gebrauchsdauer des Kugelgewindetriebs von Ga dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist der Funktionsgraph Zb für einen Zustand fortgeschrittener Abnutzung und entsprechend einer zu erwartende restliche Gebrauchsdauer von Gb kleiner als Ga. Darüber hinaus ist der Funktionsgraph Zc für einen dritten Zustand noch weiter fortgeschrittener Abnutzung und entsprechend mit einer zu erwartenden restlichen Gebrauchsdauer von Gc kleiner Gb dargestellt. Die Gebrauchsdauern Ga–Gc sind in 4 und in 6 zur Verdeutlichung neben die Bezeichnungen der entsprechenden Funktionsgraphen Za–Zc in Klammern eingetragen. Für die dargestellten Abnutzungszustände Za, Zb, Zc gilt die Tendenz, dass der Wert der Kenngröße einer Schwingung beim Betrieb stark zunimmt, wenn der Kv-Faktor über einen bestimmten Wert, als wa, wb und wc bezeichnet, vergrößert wird. Durch Abnutzung nimmt die Steifigkeit eines Gewindetriebs 28 von dem Abnutzungszustand Za bis zu dem Abnutzungszustand Zc ab. Die Abnutzungsvorräte bei den Abnutzungszuständen Za, Zb, Zc hängen auch von den Regelparametern der Regelung ab. Im Allgemeinen ist die restliche Gebrauchsdauer bei einer hohen Anforderung an den Vorschubantrieb 16, die sich in einem hohen vorgegebenen Kv-Faktor und/oder einer hohen vorgegebenen Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems 22 für den Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine 10 ausdrücken kann, kleiner als bei einer niedrigen Anforderung, die einem kleineren vorgegebenen Kv-Faktor und/oder einer geringeren vorgegebenen Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems 22 entspricht. Eine zu den Abnutzungszuständen Za–Zc in der Datenbank hinterlegte restliche Gebrauchsdauer Ga, Gb, Gc kann sich beispielsweise auf einen Kv-Faktor mit einem ersten Wert w1 beziehen. In the diagram of 4 is the function graph Za for a first state of the screw drive 28 shown without wear and with an expected remaining service life of the ball screw of Ga. Also shown is the functional graph Zb for an advanced wear condition and corresponding to an expected remaining useful life of Gb less than Ga. Moreover, for a third condition, the functional graph Zc is even more advanced wear and, accordingly, with an expected remaining useful life of Gc less than Gb shown. The service lives Ga-Gc are in 4 and in 6 for clarification next to the names of the corresponding function graphs Za-Zc in brackets. For the illustrated wear states Za, Zb, Zc, there is a tendency that the value of the characteristic of a vibration during operation greatly increases when the Kv factor is increased above a certain value, referred to as wa, wb and wc. By wear, the rigidity of a screw drive decreases 28 from the wear state Za to the wear state Zc. The wear stocks in the wear conditions Za, Zb, Zc also depend on the control parameters of the control. In general, the remaining service life is at a high demand on the feed drive 16 resulting in a high predetermined Kv factor and / or a high predetermined stiffness of the mechanical transmission system 22 for the machining operation of the machine tool 10 smaller than a low requirement, a smaller predetermined Kv factor and / or a lower given stiffness of the mechanical transmission system 22 equivalent. A remaining useful life Ga, Gb, Gc stored in the database for the wear states Za-Zc can relate, for example, to a Kv factor having a first value w1.

Aus dem Diagramm der 4 ist ersichtlich, dass für Kv-Faktoren kleiner wb der resultierende Wert der Kenngröße für die Abnutzungszustände Za und Zb gleich oder unterhalb einer Nachweisgrenze agrenz für den Wert der Kenngröße ist. Deshalb sind die Abnutzungszustände Za und Zb für Kv-Faktoren kleiner wb an Hand der Messung eines Wertes für die Kenngröße nicht unterscheidbar.From the diagram of 4 For example, for Kv factors smaller than wb, the resulting value of the wear conditions Za and Zb is equal to or below a detection limit for the value of the characteristic. Therefore, the wear conditions Za and Zb for Kv factors smaller than wb are indistinguishable from the measurement of a value for the characteristic.

Ausgangspunkt des beispielsgemäßen Verfahrens 100, dessen Ablauf in 3 dargestellt ist, ist eine zur Bearbeitung von Werkstücken mit den Anforderungen des Nutzers betriebsbereite Werkzeugmaschine 10, denn das Überwachungsverfahren wird vorzugsweise vor dem Ausfall der Maschine 10 auf Grund von Abnutzung durchgeführt. Insbesondere sind die Werte für die Einstellungsparameter der Steuerungseinrichtung 12 des Vorschubantriebs 16, zu denen auch der Kv-Faktor gehört, derart gewählt, dass die Werkzeugmaschine 10 gemäß den Anforderungen eines Benutzers, insbesondere an die Bearbeitungsgenauigkeit und/oder Bearbeitungsgeschwindigkeit, Werkstücke bearbeiten kann. Beispielsweise ist der Kv-Faktor des Vorschubantriebs 16 auf einen ersten Wert w1 eingestellt, der beispielsgemäß kleiner als wb, jedoch größer als wc ist. Die Anforderungen an die Werkzeugmaschine 10 können beispielsweise derart sein, dass der Wert für den Kv-Faktor auf Grund der geforderten Dynamik mindestens w1 betragen muss, eine Schwingung mit einer maximalen Schwingbeschleunigung jedoch, wie sie gemäß 4 für einen Kugelgewindetrieb 28 mit einem Zustand Zc bei w1 auftreten würde, auf Grund der geforderten Genauigkeit nicht mehr akzeptabel ist. Eine Werkzeugmaschine 10 mit einem Kugelgewindetrieb 28 mit einem Abnutzungszustand Zc würde demnach als ausgefallen gelten (Gc = 0). Aus 4 lässt sich demnach Ableiten, dass die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer bei einem vorgegebenen Abnutzungszustand umso kleiner ist, je höher der Wert des vorgegebenen Kv-Faktors ist.Starting point of the exemplary method 100 whose expiration is in 3 is shown, is a ready for machining workpieces with the requirements of the user machine tool 10 , because the monitoring process is preferably before the failure of the machine 10 carried out due to wear. In particular, the values for the adjustment parameters of the control device 12 the feed drive 16 , which also includes the Kv factor, chosen such that the machine tool 10 According to the requirements of a user, in particular to the machining accuracy and / or processing speed, workpieces can edit. For example, the Kv factor of the feed drive 16 set to a first value w1, which is, for example, smaller than wb, but greater than wc. The demands on the machine tool 10 may for example be such that the value for the Kv factor due to the required dynamics must be at least w1, a vibration with a maximum vibration acceleration, however, as in accordance with 4 for a ball screw drive 28 would occur with a state Zc at w1, due to the required accuracy is no longer acceptable. A machine tool 10 with a ball screw 28 with a wear state Zc would therefore be considered as failed (Gc = 0). Out 4 Accordingly, it can be deduced that the presumed remaining service life for a given wear state is the smaller, the higher the value of the predetermined Kv factor is.

Der Bediener der Werkzeugmaschine 10 kann zu Beginn des Verfahrens 100 beispielsweise einen maximalen ermittelbaren Abnutzungsvorrat festlegen und über die Eingabeeinheit in die Steuerungseinrichtung 12 eingeben. Der Bediener kann beispielsweise festlegen, dass ein Abnutzungsvorrat entsprechend einem Zustand Zb mit einer bestimmten Genauigkeit noch ermittelbar sein soll. Der Wert des Kv-Faktors muss dazu größer als wb sein. Die Steuerungseinrichtung 12 wählt daher auf Grund der Bedienereingabe beispielsweise einen zweiten Wert für den Kv-Faktor von w2, der, abhängig von der geforderten minimalen Genauigkeit, etwas größer als wb ist. Es erfolgt eine Änderung 102 des Kv-Faktors durch die Steuerungseinrichtung 12 auf den Wert w2, der als neuer Wert für den Kv-Faktor gesetzt wird. Während das dargestellte Ausführungsbeispiel darauf beruht, dass der Kv-Faktor erhöht wird, kann das beispielsgemäße Verfahren auch analog dazu durchgeführt werden, indem zusätzlich oder alternativ zu der Erhöhung des Kv-Faktors des Lagereglers 64 der proportionale Verstärkungsfaktor Kp des Drehzahlreglers 66 und/oder die reziproke Nachstellzeit Tnp des Drehzahlreglers 66 erhöht wird.The operator of the machine tool 10 can at the beginning of the procedure 100 For example, set a maximum detectable Ablutzungsvorrat and the input unit in the control device 12 enter. For example, the operator may specify that a wear stock corresponding to a state Zb should still be determinable with a certain accuracy. The value of the Kv factor must be greater than wb. The control device 12 therefore chooses, for example, a second value for the Kv factor of w2 due to the operator input, which is slightly larger than wb, depending on the required minimum accuracy. There is a change 102 of the Kv factor by the controller 12 to the value w2, which is set as the new value for the Kv factor. While the illustrated embodiment is based on increasing the Kv factor, the method according to the present invention can also be carried out in an analogous manner by additionally or alternatively to the increase of the Kv factor of the position controller 64 the proportional gain factor Kp of the speed controller 66 and / or the reciprocal reset time Tnp of the speed controller 66 is increased.

Mit dem geänderten Kv-Faktor erfolgt ein Betreiben 104 des Antriebs 16, hier ein Verfahren des Vorschubantriebs 16 in x-Richtung, in dem der Halter 20 in Vorschubrichtung x des Vorschubantriebs 16 verfahren wird, um Zustandsdaten, beispielsgemäß Schwingungsdaten, mit dem Schwingungssensor 40 bei geändertem Wert zu ermitteln. Über die Lagesollwerte xs, die zu gegebenen Zeiten durch die Steuerungseinrichtung 12 beim Betreiben 104 vorgegeben werden, wird für das Betreiben 104 beispielsweise eine konstante Geschwindigkeit festgelegt, mit der der Halter 20 für die Ermittlung des Abnutzungszustands verfahren werden soll. Es können jedoch auch andere geeignete Weg-Zeit-Profile für das Verfahren des Halters 20 vorgegeben werden.The modified Kv factor is used to operate 104. of the drive 16 , here a method of feed drive 16 in the x-direction, where the holder 20 in the feed direction x of the feed drive 16 is moved to state data, for example vibration data, with the vibration sensor 40 to be determined with a changed value. About the position setpoint values xs, which at given times by the control device 12 during operation 104. will be given for the operation 104. for example, a constant Speed set with which the holder 20 to be used for determining the state of wear. However, there may be other suitable path-time profiles for the procedure of the holder 20 be specified.

Während des Verfahrens 104 des Halters 20 erfolgt ein Erfassen 106 von Schwingungsdaten über den Antrieb 16 mit dem Schwingungssensor 40 und ein Übermitteln an die Steuerungseinrichtung 12. Die Schwingungsdaten können zunächst von einer internen oder externen Speichereinrichtung, z. B. bei dem Schwingungssensor 40, der Steuerungseinrichtung 12 empfangen werden. Die Schwingungsdaten können in diesem Fall zu einem späteren Zeitpunkt der Auswerteeinheit zugeführt werden. Andernfalls können die Schwingungsdaten der Auswerteeinheit direkt nach dem Erfassen 106 zugeführt werden. Es können insbesondere Daten von dem nach dem Beginn des Antreibens 104 eingeschwungenen System 22 erfasst werden. Die Schwingungsdaten können zur Ermittlung eines Wertes einer Kenngröße oder einer Kennfunktion während des Verfahrens 104 des Halters 20 und/oder nach dem Verfahren 102 durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Beispielsweise wird die maximale Schwingbeschleunigung aus den Schwingungsdaten in Vorschubrichtung als Kenngröße ermittelt.During the procedure 104. of the owner 20 a detection takes place 106 of vibration data via the drive 16 with the vibration sensor 40 and transmitting to the controller 12 , The vibration data may be initially from an internal or external storage device, for. B. in the vibration sensor 40 , the control device 12 be received. The vibration data can be supplied to the evaluation unit at a later time in this case. Otherwise, the vibration data of the evaluation can directly after the detection 106 be supplied. In particular, data may be from that after the start of the drive 104. steady system 22 be recorded. The vibration data may be used to determine a value of a characteristic or characteristic during the process 104. of the owner 20 and / or after the procedure 102 be evaluated by the evaluation. For example, the maximum vibration acceleration is determined from the vibration data in the feed direction as a parameter.

Die Schwingung des mechanischen Übertragungssystems 22, insbesondere des Halters 20, die zur Ermittlung des Abnutzungszustands mit dem Schwingungssensor 40 erfasst wird, kann ihren Ursprung in einer Anregung des mechanischen Übertragungssystems 22 durch den Regler 60 selbst haben. Die Schwingungsdaten können grundsätzlich im Zeitbereich und/oder im Frequenzbereich zur Ermittlung einer Kenngröße und/oder einer Kennfunktion erfasst und/oder ausgewertet werden. Die Schwingungsdaten können vorzugsweise frequenzselektiv in einem bestimmten Frequenzbereich erfasst und/oder ausgewertet werden. Die Zustandsdaten können zur Ermittlung des Abnutzungszustands beispielsweise bei einer Frequenz erfasst und/oder ausgewertet werden, die einer Anregungsfrequenz auf Grund der Regelung entspricht. Es kann allgemein ein Bandpassfilter eingesetzt werden, um gefilterte Schwingungsdaten aus einem Frequenzband, um eine Anregungsfrequenz auf Grund der Anregung durch die Regelung zu erhalten.The vibration of the mechanical transmission system 22 , in particular the holder 20 used to determine the state of wear with the vibration sensor 40 may be originated in an excitation of the mechanical transmission system 22 through the regulator 60 have yourself. Basically, the vibration data can be detected and / or evaluated in the time domain and / or in the frequency domain for determining a parameter and / or a characteristic function. The vibration data may preferably be detected and / or evaluated in a frequency-selective manner in a specific frequency range. The state data can be detected and / or evaluated, for example, at a frequency which corresponds to an excitation frequency on the basis of the regulation in order to determine the state of wear. In general, a band-pass filter can be used to obtain filtered vibration data from a frequency band to obtain an excitation frequency due to the excitation by the control.

Es folgt ein Ermitteln 108 des tatsächlichen Abnutzungszustands aus den Schwingungsdaten, beispielsweise aus der Kenngröße. Wenn der noch unbekannte Abnutzungszustand Zt ein Zustand mit einer höheren Abnutzung als bei dem Zustand fortgeschrittener Abnutzung Zb ist, wie in 4 an Hand des Funktionsgraphen für den Zustand Zt dargestellt, wird bei einem Kv-Faktor von w2 gemäß dem in 4 dargestellten Zusammenhang eine maximale Schwingbeschleunigung von amax als Wert der Kenngröße ermittelt werden. Aus dem Kv-Faktor und dem Wert amax der Kenngröße kann auf Grund des in der Datenbank hinterlegten Zusammenhanges der Abnutzungszustand des Antriebs 16 und/oder einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten zu Zt bestimmt werden, mit dem eine bestimmte zu erwartende restliche Gebrauchsdauer als Abnutzungsvorrat verknüpft ist.It follows a determination 108 the actual state of wear from the vibration data, for example from the characteristic. When the still-unknown wear condition Zt is a higher wear condition than in the advanced wear condition Zb, as in FIG 4 is represented by the function graph for the state Zt, is calculated at a Kv factor of w2 according to the in 4 shown connection a maximum vibration acceleration of amax be determined as the value of the characteristic. From the Kv factor and the value amax of the parameter, the wear state of the drive can be determined on the basis of the relationship stored in the database 16 and / or a particular component and / or a particular group of components to Zt to which a certain expected remaining useful life is associated as a wear stock.

Wenn der tatsächliche Abnutzungszustand beispielsweise ein Zustand geringerer Abnutzung Zt' als bei dem Zustand fortgeschrittener Abnutzung Zb ist, wie in 4 anhand des Funktionsgraphen Zt' dargestellt, nimmt die maximale Schwingbeschleunigung bei dem eingestellten Kv-Faktor einen Wert an, der unterhalb einer Nachweisgrenze agrenz des Wertes der Kenngröße ist. Z. B. kann der aus den Schwingungsdaten ermittelte Wert der Kenngröße stark fehlerbehaftet sein. In diesem Fall kann zumindest ermittelt werden, dass ein tatsächlicher Abnutzungsgrad des mechanischen Übertragungssystems und/oder einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten von höchstens einem Abnutzungsgrad entsprechend einem Abnutzungszustand Zb fortgeschrittener Abnutzung vorliegt. Es kann also eine obere Grenze für den Abnutzungsgrad ermittelt werden. Das Verfahren kann zusätzlich auch mit einem Kv-Faktor mit einem weiteren zweiten Wert wiederholt werden, der größer als der zweite Wert ist, um den Abnutzungszustand noch weiter einzugrenzen.For example, if the actual wear condition is a lower wear condition Zt 'than in the advanced wear condition Zb, as in FIG 4 Based on the function graph Zt ', the maximum vibration acceleration at the set Kv factor assumes a value that is below a detection limit of the value of the parameter. For example, the value of the parameter determined from the vibration data can be heavily error-prone. In this case, at least it can be determined that an actual degree of wear of the mechanical transmission system and / or a specific component and / or a particular group of components is at most a degree of wear corresponding to a wear condition Zb of advanced wear. So it can be determined an upper limit for the degree of wear. In addition, the method can also be repeated with a Kv factor having a further second value, which is greater than the second value, in order to limit the wear state even further.

Auf Grund des ermittelten Abnutzungszustands, beispielsweise der oberen Grenze für den Abnutzungsgrad, aus dem eine untere Grenze für den Abnutzungsvorrat abgeleitet werden kann, kann als ein weiterer Schritt das Planen 110 eines Zeitpunkts oder Zeitintervalls für einen Austausch des mechanischen Übertragungssystems 22 oder einer bestimmten Komponente davon und/oder eines Zeitpunkts oder eines Zeitintervalls für eine erneute Durchführung des Überwachungsverfahrens 100 erfolgen. Zum Beispiel kann der Austausch des Kugelgewindetriebs 28 und/oder des Kugelgewindetriebs 28 und der Kupplung 26 geplant werden.On the basis of the determined state of wear, for example the upper limit for the degree of wear, from which a lower limit for the wear stock can be derived, as a further step planning can be carried out 110 a time or interval for replacement of the mechanical transmission system 22 or a particular component thereof, and / or a time or interval of time for re-performing the monitoring process 100 respectively. For example, the replacement of the ball screw 28 and / or the ball screw 28 and the clutch 26 be planned.

Nach dem Verfahren des Halters 20 zur Ermittlung der Zustandsdaten, kann die Steuerungseinrichtung 12 den Wert für den Kv-Faktor wieder auf den ursprünglichen ersten Wert w1 oder einen anderen Wert ändern, mit dem der Vorschubantrieb 16 eine vom Benutzer der Werkzeugmaschine 10 vorgegebene Anforderung an die Bearbeitungsgenauigkeit und/oder Bearbeitungsgeschwindigkeit einhalten kann.After the procedure of the holder 20 for determining the status data, the control device 12 change the value for the Kv factor back to the original first value w1 or another value that the feed drive uses 16 one by the user of the machine tool 10 can meet specified requirement on the machining accuracy and / or processing speed.

Das anhand der 3 und 4 erläuterte Verfahren wird vorzugsweise bei einem quasi-konstanten tatsächlichen Abnutzungszustand durchgeführt. Insbesondere werden die Schritte des Änderns 102 und des Betreibens 104 sowie des Erfassens 106 von Zustandsdaten während des Betreibens in einem kurzen Zeitintervall durchgeführt, so dass der Abnutzungszustand bei der Änderung 102 des Regelparameters Kv, dem Betreiben 104 des Antriebs mit dem geänderten Wert und dem Erfassen 106 der Zustandsdaten im Wesentlichen derselbe ist. Ein Bearbeiten eines Werkstücks findet zwischendurch vorzugsweise nicht statt. That on the basis of 3 and 4 explained method is preferably carried out in a quasi-constant actual wear condition. In particular, the steps of changing 102 and operating 104. as well as detecting 106 of state data is performed during the operation in a short time interval, so that the wear state in the change 102 the control parameter Kv, the operation 104. of the drive with the changed value and the acquisition 106 the state data is essentially the same. Processing of a workpiece preferably does not take place in between.

Das Ändern 102, das Betreiben 104 und/oder das Erfassen 106 werden vorzugsweise während einer bearbeitungsfreien Zeit, beispielsweise während einer Eilgangbewegung des Halters 20, ausgeführt. Beispielsweise findet im Falle einer Anwendung des Verfahrens auf eine zerspanende Werkzeugmaschine während des Betreibens 104 des Antriebs mit geändertem Wert zum Erfassen 106 der Zustandsdaten kein Zerspanen eines Werkstücks statt. Das Verfahren kann beispielsweise zu Schichtbeginn oder in einer produktionsfreien Zeit wie beispielsweise in einer geplanten Wartungszeit durchgeführt werden.Change this 102 operating 104. and / or capturing 106 are preferably during a non-processing time, for example during a rapid traverse movement of the holder 20 , executed. For example, in the case of application of the method to a cutting machine tool during operation 104. of the drive with a changed value for detection 106 the state data no cutting a workpiece instead. The method can be carried out, for example, at the beginning of the shift or in a production-free time, such as in a planned maintenance time.

In 5 ist ein Ablaufschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 mit einer Werkzeugmaschine 10 gemäß 1 dargestellt. Zudem wird auf 6 bezuggenommen, die ein Diagramm zeigt, das einen beispielhaften Zusammenhang zwischen einer Kenngröße und der Einstellgröße zeigt, die eine Eigenschaft des Vorschubantriebs 16, insbesondere dessen mechanischen Übertragungssystems 22, bestimmt. Das Verfahren des Ausführungsbeispiels gemäß 5 und 6 entspricht weitgehend dem Verfahren gemäß 3 und 4, so dass auch auf die Beschreibung für das Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 verwiesen wird.In 5 is a flowchart of another embodiment of the method according to the invention 100 with a machine tool 10 according to 1 shown. In addition, on 6 referenced, which shows a diagram showing an exemplary relationship between a characteristic and the set size, which is a characteristic of the feed drive 16 , in particular its mechanical transmission system 22 , certainly. The method of the embodiment according to 5 and 6 largely corresponds to the method according to 3 and 4 so that also to the description for the embodiment according to the 3 and 4 is referenced.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt keine Änderung des Regelparameters, sondern eine Änderung der Einstellgröße. Die Einstellgröße, die zur Ermittlung des Abnutzungszustands geändert wird, kann beispielsweise der Stellweg eines Aktuators sein, der die Vorspannung der Spindelmutterhälften und damit die Steifigkeit des Systems Spindelmutter-Spindel als Eigenschaft des mechanischen Übertragungssystems 22 mitbestimmt. Die Einstellgröße kann alternativ eine Einstellgröße für ein Dämpfungssystem, in 1 nicht dargestellt, sein, das die Bewegung des Halters 20 in Vorschubrichtung x dämpft und das somit die Dämpfung des mechanischen Übertragungssystems 22 als Regelstreckeneigenschaft mitbestimmt. Im Ausführungsbeispiel ist der Zusammenhang zwischen der Kenngröße und der Einstellgröße bei den Abnutzungszuständen Za, Zb, Zc derart, dass die Kenngröße mit steigender Einstellgröße abfällt.In this embodiment, there is no change in the control parameter, but a change in the set size. The setting variable, which is changed to determine the state of wear, for example, the displacement of an actuator, the bias of the spindle nut halves and thus the rigidity of the system spindle nut spindle as a property of the mechanical transmission system 22 influenced. The adjustment variable may alternatively be a setting for a damping system, in 1 not shown, that is the movement of the holder 20 in the feed direction x attenuates and thus the attenuation of the mechanical transmission system 22 as a rule-length property. In the exemplary embodiment, the relationship between the parameter and the setting variable in the wear conditions Za, Zb, Zc is such that the characteristic decreases with increasing setting.

Die Einstellgröße bestimmt demnach die Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems 22, insbesondere des Systems aus Spindelmutter 32 und Gewindespindel 30, oder die Dämpfung als Eigenschaft des mechanischen Übertragungssystems 22.The set size thus determines the stiffness of the mechanical transmission system 22 , in particular the system of spindle nut 32 and threaded spindle 30 , or the damping as a property of the mechanical transmission system 22 ,

Die Einstellgröße weist zu Beginn einen ersten Wert w1 auf. Die Einstellgröße wird beispielsweise auf den zweiten Wert w2 geändert, bei dem auch ein Abnutzungszustand entsprechend Zb noch mit ausreichender Genauigkeit festgestellt werden kann.The set value initially has a first value w1. The set value is changed, for example, to the second value w2, at which a wear state corresponding to Zb can still be determined with sufficient accuracy.

Der Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der 3 und 4, insbesondere zum Ablauf des Verfahrens 100, gilt ansonsten analog für das weitere Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4.The description of the embodiment according to the 3 and 4 , in particular for the procedure of the method 100 , otherwise applies analogously to the further embodiment according to the 3 and 4 ,

In 7 wird das erfindungsgemäße Verfahren, beispielsweise gemäß der Ausführungsbeispiele nach 3 oder 5, anhand zweier Diagramme beispielhaft veranschaulicht.In 7 is the inventive method, for example according to the embodiments according to 3 or 5 , exemplified by two diagrams.

Das obere Diagramm zeigt beispielhaft und schematisch den Abnutzungsvorrat als Funktion der Zeit bei drei verschiedenen Kv-Faktoren Kv1 < Kv2 < Kv3, mit denen die Werkzeugmaschine 10 betrieben wird. Anstelle der Kv-Faktoren kann analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 auch ein ähnliches Diagramm bei unterschiedlichen Werten der Einstellgröße angegeben werden. Der Verlauf ist nichtlinear. Es kann sich aber auch ein linearer Verlauf ergeben, z. B. bei einer anderen Einheit des Abnutzungsvorrats. Wenn der Abnutzungsvorrat aufgebraucht ist, ist der Antrieb 12, insbesondere das mechanische Übertragungssystem 22, ausgefallen und es muss ein Austausch der für den Ausfall verantwortlichen Komponenten, beispielsweise des Gewindetriebs 28, erfolgen. Wie dargestellt, ist der Abnutzungsvorrat bei einem größeren Kv-Faktor von vorherein kleiner und der Abnutzungsvorrat ist in kürzerer Zeit aufgebraucht. Das untere Diagramm stellt den Verlauf des Wertes der Kenngröße einer Schwingung als Funktion der Zeit jeweils für ein Betreiben mit den unterschiedlichen Kv-Faktoren Kv1, Kv2 und Kv3 dar. Bei einer Schwingung mit einem Wert der Kenngröße über einem kritischen Niveau akrit (horizontale gestrichelte Linie in dem unteren Diagramm der 7) können die Anforderungen des Benutzers, z. B. an die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Bearbeitungsgenauigkeit, nicht mehr eingehalten werden, so dass der Antrieb 16 als ausgefallen gilt. Dies ist für die drei unterschiedlichen Kv-Faktoren Kv1, Kv2, Kv3 zu den Zeitpunkten tA1, tA2, tA3 der Fall. Anhand des steilen Anstiegs der Kurven der Kenngröße als Funktion der Zeit im unteren Diagramm wird anschaulich, dass die Reaktionszeit vor einem Ausfall sehr kurz sein kann.The upper diagram shows by way of example and schematically the wear stock as a function of time at three different Kv factors Kv1 <Kv2 <Kv3, with which the machine tool 10 is operated. Instead of the Kv factors can analogously to the embodiment according to 5 and 6 Also, a similar graph can be given for different values of the set size. The gradient is nonlinear. But it can also give a linear course, z. B. at another unit of Abnutzungsvorrats. When the wear stock is used up, the drive is 12 , in particular the mechanical transmission system 22 , failed and it must be an exchange of responsible for the failure components, such as the screw drive 28 , respectively. As shown, at a higher Kv factor, the wear stock is previously smaller and the wear stock is depleted in less time. The lower diagram represents the progression of the value of the characteristic of a vibration as a function of time, respectively for operation with the different Kv factors Kv1, Kv2 and Kv3. In the case of an oscillation with a value of the parameter above a critical level akrit (horizontal dashed line in the lower diagram of the 7 ) the user's requirements, e.g. B. to the processing speed and / or processing accuracy, no longer be complied with, so that the drive 16 is considered canceled. This is for the three different Kv factors Kv1, Kv2, Kv3 at the times tA1, tA2, tA3 the case. The steep rise of the characteristic curves as a function of time in the lower diagram clearly shows that the reaction time before a failure can be very short.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100, beispielsweise nach einem der vorigen Ausführungsbeispiele, kann Folgendes geschehen:
Es wird davon ausgegangen, dass die Werkzeugmaschine 10 mit einem Vorschubantrieb 12 mit einem ersten Wert Kv1 für den Kv-Faktor betrieben wird.In carrying out the method according to the invention 100 For example, according to one of the previous embodiments, the following can happen:
It is assumed that the machine tool 10 with a feed drive 12 is operated with a first value Kv1 for the Kv factor.

Wie durch den ersten Pfeil P1 angedeutet, wird der Kv-Faktor des Vorschubantriebs zur ersten Zeit t0 auf den zweiten Wert Kv2 erhöht und beim Betreiben werden Schwingungsdaten aufgenommen und daraus ein Wert der Kenngröße ermittelt. Wie anhand des unteren Diagramms ersichtlich, bleibt der Wert der Kenngröße trotz Änderung des Kv-Faktors unterhalb des kritischen Niveaus akrit. Aus dem Wert der Kenngröße wird ermittelt, dass der Abnutzungszustand des Antriebs derart ist, dass voraussichtlich noch eine restliche Gebrauchsdauer entsprechend mindestens der Differenz zwischen TA2 und t0 besteht. Der Kv-Faktor wird zu der Zeit t0 wieder auf den Wert Kv1 angehoben und der Produktionsbetrieb wieder aufgenommen.As indicated by the first arrow P1, the Kv factor of the feed drive is increased to the second value Kv2 at the first time t0, and vibration data is recorded during operation and a value of the parameter is determined therefrom. As can be seen from the lower diagram, the value of the parameter remains below the critical level despite the change in the Kv factor. From the value of the parameter, it is determined that the wear state of the drive is such that there is probably still a remaining service life corresponding to at least the difference between TA2 and t0. The Kv factor is raised again to the value Kv1 at the time t0 and the production operation is resumed.

Zur Zeit t1 wird das Verfahren wiederholt, indem, wie durch den zweiten Pfeil P2 angedeutet, der Kv-Faktor wieder von dem ersten Wert Kv1 auf den zweiten Wert Kv2 geändert und der Wert der Kenngröße ermittelt wird. Wie dargestellt ist der Zeitpunkt t1 etwa bei dem voraussichtlichen Ausfallzeitpunkt tA2 für einen Betrieb mit dem Kv-Faktor Kv2. Jedoch kann das Verfahren stattdessen oder zusätzlich zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt wiederholt werden. Wie aus dem unteren Diagramm ersichtlich ist, kann zu dem Zeitpunkt t1 ein erhöhter Wert für die Kenngröße von etwa akrit gemessen werden, aus dem die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer bezogen auf einen Betrieb mit dem Kv-Faktor Kv1 ermittelt werden kann.At time t1, the process is repeated by, as indicated by the second arrow P2, the Kv factor again changed from the first value Kv1 to the second value Kv2 and the value of the characteristic is determined. As shown, the time t1 is approximately at the expected failure time tA2 for operation with the Kv factor Kv2. However, the method may be repeated instead of or in addition to an earlier or later time. As can be seen from the lower diagram, at the time t1 an increased value for the parameter of about akrit can be measured, from which the expected remaining service life based on an operation with the Kv factor Kv1 can be determined.

Durch den horizontalen gestrichelten dritten Pfeil P3 und den vertikalen gestrichelten vierten Pfeil wird angedeutet, dass durch die Vergrößerung des Kv-Faktors von dem ersten Wert Kv1 auf den zweiten Wert Kv2 für die Durchführung des Verfahrens – oder allgemein durch die Änderungen des Regelparameters oder der Größe derart, dass die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer bezogen auf einen Produktionsbetrieb mit dem zweiten Wert w2 geringer ist als Bezogen auf einen Produktionsbetrieb mit dem ersten Wert w1 – der Antrieb 12 durch die Durchführungen des Verfahrens bei t0 bzw. t1 effektiv bei einem Zeitpunkt t0' bzw. t1' getestet wird, der beispielsgemäß um etwa die Differenz von etwa tA1 und tA2 „in der Zukunft” liegt. Dies macht deutlich, dass durch das Verfahren 100 eine Vorhersage über das zukünftige Verhalten des Antriebs 16 über einen Zeitraum, der von der Größe der Veränderung des Regelparameters bzw. der Einstellgröße abhängig ist, insbesondere hinsichtlich einer Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Antriebs und/oder eine bestimmten Komponente und/oder einer Gruppe von Komponenten, getroffen werden kann.The horizontal dashed third arrow P3 and the vertical dashed fourth arrow indicate that by increasing the Kv factor from the first value Kv1 to the second value Kv2 for performing the method - or more generally by changing the control parameter or magnitude such that the estimated remaining service life relative to a production operation with the second value w2 is less than related to a production operation with the first value w1 - the drive 12 is effectively tested by the implementations of the method at t0 or t1 at a time t0 'or t1', which is, for example, about the difference of about tA1 and tA2 "in the future". This makes it clear that through the process 100 a prediction about the future behavior of the drive 16 over a period that is dependent on the magnitude of the change of the control parameter or the setting variable, in particular with regard to a probability of failure of the drive and / or a specific component and / or a group of components, can be made.

Das erfindungsgemäße Verfahren 100 beruht darauf, dass ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Zustandsverhalten des Antriebs 16 einer Werkzeugmaschine 10 und einem Regelparameter Kv bzw. einer Größe, die eine Eigenschaft des Antriebs 16, insbesondere des mechanischen Übertragungssystems 22 bestimmt, und dem Abnutzungszustand bekannt ist oder durch einfache Testmessungen ermittelt und in der Datenbank hinterlegt werden kann. Der funktionelle Zusammenhang kann sich insbesondere durch eine plötzliche Änderung des Zustandsverhaltens bei einem bestimmten Abnutzungszustand auszeichnen, was problematisch für die Planung und Durchführung einer Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere eines Austauschs, sein kann. Beim Normalbetrieb der Werkzeugmaschine 10 bleibt der Regelparameter oder die Größe in der Regel konstant und der Abnutzungszustand ändert sich mit der Zeit. In einem durch die Erfindung vorgeschlagenen beispielhaften Testbetrieb wird der Regelparameter Kv und/oder die Größe kurzzeitig von einem ersten Wert w1 auf einen zweiten Wert w2 geändert und der Antrieb mit dem vorübergehend geänderten Wert testweise betrieben, wobei aus dem Zustandsverhalten des Antriebs beim Betreiben der Werkzeugmaschine 10 mit dem geänderten Wert der aktuelle Abnutzungszustand des Antriebs 16, insbesondere des mechanischen Übertragungssystems 22 des Antriebs 16, zur Zeit der Durchführung des Tests ermittelt wird. Während des Erfassens 106 von Zustandsdaten auf Grund des Betreibens 104 des Antriebs mit geändertem Wert findet vorzugsweise keine Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugmaschine statt. Besonders bevorzugt findet auch schon während des Änderns 102 des Regelparameters und/oder der Größe keine Bearbeitung eines Werkzeugs statt.The inventive method 100 based on the fact that a functional relationship between the state behavior of the drive 16 a machine tool 10 and a control parameter Kv or a variable that is a property of the drive 16 , in particular the mechanical transmission system 22 determined, and the wear state is known or can be determined by simple test measurements and stored in the database. The functional relationship can be characterized in particular by a sudden change in the state behavior in a certain state of wear, which can be problematic for the planning and implementation of a maintenance measure, in particular an exchange. During normal operation of the machine tool 10 the control parameter or the size usually remains constant and the wear condition changes with time. In an exemplary test operation proposed by the invention, the control parameter Kv and / or the quantity is temporarily changed from a first value w1 to a second value w2 and the drive is operated as a test with the temporarily changed value, wherein the state behavior of the drive during operation of the machine tool 10 with the changed value of the current wear state of the drive 16 , in particular the mechanical transmission system 22 of the drive 16 , at the time of performing the test is determined. While capturing 106 condition data based on the operation 104. the drive with a changed value preferably no machining of a workpiece with the machine tool takes place. Particularly preferred finds already during the change 102 of the control parameter and / or the size no machining of a tool instead.

Das Verfahren 100 kann auf eine Werkzeugmaschine mehrfach angewendet werden, wobei zwischen den jeweiligen Durchführungen Bearbeitungen stattfinden können. Bei jeder Durchführung wird ein Wert für den jeweils aktuellen Abnutzungszustand erhalten. Der Verlauf der Werte kann in einem Ausführungsbeispiel zur Planung von Instandhaltungsmaßnahmen herangezogen werden, indem der Verlauf der Werte auf Grund des bisherigen Verlaufs in die Zukunft extrapoliert wird, um eine Prognose über das Ende der Nutzungsdauer eines Verschleißteils des Antriebs zu erhalten. Bezugszeichenliste: 10 Werkzeugmaschine 12 Steuerungseinrichtung 14 Server 16 Vorschubantrieb 18 Motor 20 Halter 22 Übertragungssystem 24 Getriebe 26 Kupplung 28 Gewindetrieb 30 Gewindespindel 32 Spindelmutter 34a/34b Erstes/zweites Lager 36 Linearführung 38 Bett 40 Schwingungssensor 42 direktes Wegmesssystem 44 Abtaster 46 Maßstab 48 indirektes Wegmesssystem 60 Kaskadenregler 62 Lageregelkreis 64 Lageregler 66 Geschwindigkeitsregler/Drehzahlregler 68 Drehzahlmesssystem 70 Beschleunigungsregler/Stromregler 100 Verfahren 102 Änderung 104 Betreiben 106 Erfassen 108 Ermitteln 110 Planen xs Lagesollwert xi Istwert Position ns Drehzahlsollwert ni Drehzahlistwert Is Stromsollwert U Spannung Za, Zb, Zc, Zt, Zt' Abnutzungszustand/Funktionsgraph wa, wb wc Werte für Kv-Faktor w1 erster Wert w2 zweiter Wert amax Wert der Kenngröße agrenz Nachweisgrenze akrit Kritisches Niveau tA1, tA2, tA3 Ausfallzeitpunkt P1–P4 Pfeil t0 erster Zeitpunkt t0' effektiver erster Zeitpunkt t1 zweiter Zeitpunkt t1' effektiver zweiter Zeitpunkt Kv1, Kv2, Kv3 Kv-Faktor/Funktionsgraph The procedure 100 can be applied multiple times to a machine tool, where between the respective feedthroughs operations can take place. Each time it is carried out, a value for the current state of wear is obtained. The course of the values can be used in one embodiment for the planning of maintenance measures by the course of the values based on is extrapolated from the previous course in the future in order to obtain a forecast of the end of the useful life of a wear part of the drive. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 machine tool 12 control device 14 server 16 feed drive 18 engine 20 holder 22 transmission system 24 transmission 26 clutch 28 screw 30 screw 32 spindle nut 34a / 34b First / second camp 36 linear guide 38 bed 40 vibration sensor 42 direct displacement measuring system 44 sampler 46 scale 48 indirect position measuring system 60 cascade controller 62 Position control loop 64 position controller 66 Cruise control / speed controller 68 Speed measuring system 70 Acceleration regulator / flow controller 100 method 102 modification 104. Operate 106 To capture 108 Determine 110 To plan xs Position setpoint xi Actual value position ns Speed setpoint ni Actual speed is Current setpoint U tension Za, Zb, Zc, Zt, Zt ' Wear condition / function graph wa, wb wc Values for Kv factor w1 first value w2 second value amax Value of the characteristic agrenz detection limit carring Critical level tA1, tA2, tA3 Failure time P1-P4 arrow t0 first time t0 ' effective first time t1 second time t1 ' effective second time Kv1, Kv2, Kv3 Kv factor / function graph

Claims

Verfahren (100) zur Überwachung eines Antriebssystems einer Werkzeugmaschine (10) mit einem Antrieb (16), wobei der Antrieb (16) ein Übertragungssystem (22), einen Halter (20) für ein Werkstück und/oder ein Werkzeug, einen Regelkreis (62) mit einem Regler (60, 64, 66, 70) und einen Sensor (40) zum Erfassen von Zustandsdaten des Antriebs (16) aufweist, mit den Schritten: – Ändern (102) wenigstens eines Regelparameters (Kv) des Reglers (60, 64, 66, 70) von einem ersten Wert (w1) auf einen zweiten Wert (w2) des Regelparameters (Kv) und/oder wenigstens einer eine Eigenschaft des Antriebs bestimmenden Größe von einem ersten Wert (w1) auf einen zweiten Wert (w2) der Größe, – Betreiben (104) des Antriebs (16) mit geändertem Wert, – Erfassen (106) von Zustandsdaten mit dem Sensor (40), – Ermitteln (108) des Abnutzungszustands des Antriebs (16) auf Grund der Zustandsdaten.Procedure ( 100 ) for monitoring a drive system of a machine tool ( 10 ) with a drive ( 16 ), whereby the drive ( 16 ) a transmission system ( 22 ), a holder ( 20 ) for a workpiece and / or a tool, a control loop ( 62 ) with a controller ( 60 . 64 . 66 . 70 ) and a sensor ( 40 ) for detecting status data of the drive ( 16 ), with the steps: - Change ( 102 ) at least one control parameter (Kv) of the controller ( 60 . 64 . 66 . 70 ) from a first value (w1) to a second value (w2) of the control parameter (Kv) and / or at least one property determining a property of the drive from a first value (w1) to a second value (w2) of size, - operating ( 104. ) of the drive ( 16 ) with changed value, - capture ( 106 ) of status data with the sensor ( 40 ), - Determine ( 108 ) of the wear state of the drive ( 16 ) based on the condition data.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Antrieb ein Vorschubantrieb (16) und der Regelkreis ein Lageregelkreis (62) ist.The method of claim 1, wherein the drive is a feed drive ( 16 ) and the control loop a position control loop ( 62 ).

Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeitsverstärkung (Kv) des Lagereglers (64) von dem ersten Wert (w1) auf den zweiten Wert (w2) erhöht wird.Method according to claim 2, wherein the speed gain (Kv) of the position controller ( 64 ) is increased from the first value (w1) to the second value (w2).

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Regler (60) einen unterlagerten Regler (66, 68) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the controller ( 60 ) a subordinate controller ( 66 . 68 ) having.

Verfahren nach Anspruch 4, wobei der unterlagerte Regler ein Geschwindigkeits- und/oder Drehzahlregler (66) ist, wobei als Regelparameter der proportionale Verstärkungsfaktor des unterlagerten Reglers (66) erhöht und/oder eine Nachstellzeit des unterlagerten Reglers (66) verkleinert wird.Method according to Claim 4, in which the subordinate controller is a speed and / or speed controller ( 66 ), where as a control parameter the proportional gain of the subordinate controller ( 66 ) and / or an integral time of the subordinate controller ( 66 ) is reduced.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Größe die Steifigkeit, die Dämpfung und/oder die Masse des mechanischen Übertragungssystems (22) als die Eigenschaft des Antriebs (16) bestimmt.Method according to one of the preceding claims, wherein the size of the stiffness, the damping and / or the mass of the mechanical transmission system ( 22 ) as the property of the drive ( 16 ) certainly.

Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Größe derart geändert wird, dass die Steifigkeit des mechanischen Übertragungssystems (22) verringert wird.Method according to claim 6, wherein the size is changed in such a way that the rigidity of the mechanical transmission system ( 22 ) is reduced.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Sensor ein Schwingungssensor (40) ist und wobei die Zustandsdaten Schwingungsdaten über Schwingungen eines Übertragungselementes des Übertragungssystems (22), insbesondere des Halters (20) für ein Werkstück und/oder Werkzeug in Vorschubrichtung (x), sind. Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor is a vibration sensor ( 40 ) and wherein the state data is vibration data about vibrations of a transmission element of the transmission system ( 22 ), in particular the holder ( 20 ) for a workpiece and / or tool in the feed direction (x), are.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei für das Ermitteln (108) eine Datenbank mit Daten über den Zusammenhang des Abnutzungszustands, der Zustandsdaten und dem Wert des Regelparameters und/oder der Größe und/oder der Eigenschaft bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for determining ( 108 ) a database of data on the relationship of the wear state, the state data and the value of the control parameter and / or the size and / or the property is provided.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der zweite Wert (w1) gegenüber dem ersten Wert (w1) dadurch ausgezeichnet ist, dass der Antrieb (16) beim Betreiben mit dem geänderten Wert (w2) eine reduzierte zu erwartende restliche Gebrauchsdauer aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the second value (w1) is distinguished from the first value (w1) in that the drive ( 16 ) when operating with the changed value (w2) has a reduced expected remaining service life.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zustandsdaten Schwingungsdaten sind und wobei der Regelparameter und/oder die Größe derart geändert werden, dass die maximale Schwingungsamplitude, die maximale Schwinggeschwindigkeit und/oder die maximale Schwingbeschleunigung der Schwingung bei dem Betreiben mit dem zweiten Wert (w2) größer ist als bei einem Betreiben mit dem ersten Wert (w1).Method according to one of the preceding claims, wherein the state data are vibration data and wherein the control parameter and / or the size are changed such that the maximum vibration amplitude, the maximum vibration velocity and / or the maximum vibration acceleration of the vibration in the operation with the second value (w2 ) is greater than when operating with the first value (w1).

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Regelparameter und/oder die Größe derart geändert wird, so dass der Abnutzungszustand mit einer vorgegebenen minimalen Genauigkeit ermittelt werden kann.Method according to one of the preceding claims, wherein the control parameter and / or the size is changed so that the wear state can be determined with a predetermined minimum accuracy.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zustandsdaten bei einer Frequenz ermittelt werden, die einer Anregungsfrequenz des mechanischen Übertragungssystems (22) durch die Regelung entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein the state data are determined at a frequency which corresponds to an excitation frequency of the mechanical transmission system ( 22 ) by the regulation.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Abnutzungszustand ermittelt wird, indem die voraussichtliche restliche Gebrauchsdauer des Übertragungssystems (22), einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Übertragungssystems und/oder der Abbau der Steifigkeit und/oder der Vorrat an Steifigkeit des Übertragungssystems (22), einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Übertragungssystems ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the wear condition is determined by determining the expected remaining service life of the transmission system ( 22 ), a specific component and / or a specific group of components of the transmission system and / or the degradation of the rigidity and / or the supply of rigidity of the transmission system ( 22 ), a particular component and / or a particular group of components of the transmission system.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche mit dem Schritt (110): Bestimmen eines Zeitpunkts und/oder Zeitintervalls für den Austausch einer bestimmten Komponente und/oder einer bestimmten Gruppe von Komponenten des Antriebs und/oder einer erneuten Durchführung des Verfahrens.Method according to one of the preceding claims, with the step ( 110 ): Determining a time and / or time interval for the replacement of a particular component and / or a particular group of components of the drive and / or re-performing the method.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Erfassen (106) der Zustandsdaten mit dem Sensor während einer bearbeitungsfreien Zeit durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the detection ( 106 ) of the condition data is performed with the sensor during a non-processing time.

Werkzeugmaschine (10) mit einer Steuerungseinrichtung (12), die zu Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der vorigen Ansprüche eingerichtet ist.Machine tool ( 10 ) with a control device ( 12 ) required to carry out a procedure ( 100 ) is set up according to one of the preceding claims.