DE102019103967A1

DE102019103967A1 - Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinenbenutzung einer Werkzeugmaschine sowie dazu eingerichtete Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102019103967A1
Application number: DE102019103967.3A
Authority: DE
Inventors: Simone Müller; Klaus Winkler; Bernd Zapf
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US11467555B2; US20200264580A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinennutzung einer Werkzeugmaschine (10) sowie eine dazu eingerichtete Werkzeugmaschine (10). Die Werkzeugmaschine (10) hat mehrere Maschinenachsen (16), um ein Werkstück (13) und/oder ein Werkzeug (12) zu bewegen. Ein Drehantrieb (11) treibt entweder das Werkstück (13) oder das Werkzeug (12) rotierend an, um bei einem Eingriff zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (13) Material abzutragen. Eine Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) ist dazu eingerichtet, eine Nutzungsdauerkenngröße (T) sowie eine Arbeitsleistungskenngröße (L) zu ermitteln und daraus eine Maschinennutzungskenngröße (M) zu bestimmen. Die Nutzungsdauerkenngröße (T) beschreibt die Zeitdauer, während der das Werkstück (13) mittels des Werkzeugs (12) bearbeitet wird. Die Arbeitsleistungskenngröße (L) beschreibt die für diese Bearbeitung erforderliche bzw. aufgebrachte Leistung, um den Materialabtrag am Werkstück (13) zu bewirken. Die Maschinennutzungskenngröße (M) wird als Ermittlungsergebnis durch die Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) innerhalb der Werkzeugmaschine (10) bereitgestellt, so dass der an eine externe Einheit (20) zur weiteren Auswertung oder Verarbeitung übermittelt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinennutzung einer Werkzeugmaschine sowie eine Werkzeugmaschine, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.
Das Ermitteln einer effektiven Maschinenbenutzung ist für viele Aspekte eines Werkzeugmaschinenherstellers interessant. Beispielsweise können daraus Erkenntnisse über die Lebensdauererwartung einer Werkzeugmaschine gewonnen werden. Aus der effektiven Maschinennutzung lässt sich ermitteln, wann mit einer Wartung, Instandsetzung oder einem Austausch einer Werkzeugmaschine zu rechnen ist. Diese Erkenntnisse können in die Planung für Wartung, Instandhaltung und Entwicklung neuer Werkzeugmaschinen einfließen. Insbesondere dann, wenn in Verträgen mit den Kunden definierte Reaktionszeiten für Wartung und/oder Instandsetzung vereinbart sind, ist eine Kenntnis über die effektive Maschinenbenutzung vorteilhaft, um bereits im Vorfeld Personal für die Wartung bzw. Instandsetzung einer Werkzeugmaschine einplanen zu können. Zudem lassen sich Erkenntnisse der effektiven Maschinenbenutzung auch für Abrechnungsmodelle verwenden, bei denen der Nutzer der Werkzeugmaschine eine von der tatsächlichen Benutzung abhängige Gebühr an den Hersteller oder Bereitsteller der Werkzeugmaschine entrichtet.
US 8,280,789 B2 offenbart ein Verfahren zu Abrechnen einer Werkzeugmaschinennutzung. Dabei muss der Nutzer der Werkzeugmaschine eine Nutzungsgebühr bezahlen, die abhängig ist von einem mittels der Werkzeugmaschine an einem Werkstück abgetragenen Volumen, der tatsächlichen Bearbeitungszeit sowie einer Bahnkurve der Maschinenachsen während der Bearbeitung des Werkstücks. Diese Daten werden erhoben und an einen Bereitsteller der Werkzeugmaschine übermittelt. Aufgrund der erhobenen Daten wird dann eine Gebühr für die Benutzung der Maschine berechnet.
Problematisch ist dabei, dass dem Bereitsteller der Maschine für dieses Verfahren Daten übermittelt werden müssen, mit denen auf die Ausgestaltung des Werkstücks zurückgeschlossen werden kann. Betreiber von Werkzeugmaschinen sind in der Regel nicht bereit, diese Daten herauszugeben, da daraus möglicherweise geheimes Knowhow aus dem Unternehmen abfließt. Außerdem ist das Ermitteln des abgetragenen Volumens allein kein ausreichend gutes Maß für die Benutzung der Maschine, da deren Verschleiß bzw. Abnutzung unter anderem auch davon abhängt, was für ein Material bearbeitet wird.
Ausgehend vom Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinenbenutzung einer Werkzeugmaschine zu schaffen, das die tatsächliche Belastung, der die Werkzeugmaschine während ihrer Nutzung unterliegt, genauer berücksichtigt und das Übermitteln von vertraulichen Daten vermeidet. Außerdem soll eine Werkzeugmaschine geschaffen werden, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Maschinennutzungskenngröße ermittelt, die die effektive Maschinenbenutzung einer Werkzeugmaschine beschreibt. Die Werkzeugmaschine hat mehrere Maschinenachsen. Die Maschinenachsen sind dazu eingerichtet, ein Werkstück und/oder ein Werkzeug zu bewegen bzw. zu positionieren. Das Werkzeug und/oder das Werkstück ist mittels eines Drehantriebs drehend bzw. rotierend antreibbar. Vorzugsweise ist als Drehantrieb eine Werkzeugspindel zum rotierenden Antreiben des Werkzeugs um eine Rotationsachse vorhanden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Werkstückspindel zum drehenden Antrieb des Werkstücks vorhanden sein.
Die Werkzeugmaschine weist außerdem eine Kontrolleinheit auf. Die Kontrolleinheit kann bei einem Ausführungsbeispiel auch zur Ansteuerung der Maschinenachsen und/oder des Drehantriebs bzw. der Werkzeugspindel eingerichtet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Kontrolleinheit bzw. mittels der Kontrolleinheit der Werkzeugmaschine ausgeführt werden.
In einem Verfahrensschritt wird eine Nutzungsdauerkenngröße erfasst. Die Nutzungsdauerkenngröße beschreibt die Zeitdauer, während der das Werkstück mittels des Werkzeugs bearbeitet wird. Beispielsweise können der Betriebszustand der Werkzeugspindel und/oder einer oder mehrerer Maschinenachsen ausgewertet und daraus geschlossen werden, ob das Werkstück bearbeitet wird oder nicht. Die Nutzungsdauerkenngröße kann auch aus Solldaten für das Werkstück und/oder Solldaten für die Bewegung bzw. den Antrieb einer oder mehrerer Maschinenachsen und der Werkzeugspindel abgeleitet werden, beispielsweise verfügbaren CAD- bzw. CAM-Daten.
Außerdem wird eine Arbeitsleistungskenngröße ermittelt. Die Arbeitsleistungskenngröße beschreibt die zur Bearbeitung des Werkstücks aufgebrachte Leistung, insbesondere die Leistung, die während der Zeitdauer aufgebracht wird, während der das Werkstück bearbeitet wird. Die Arbeitsleistungskenngröße ist daher eine kennzeichnende Größe dafür, wie stark die Werkzeugmaschine zu jedem Zeitpunkt während der Bearbeitung des Werkstücks beansprucht ist. Aus der Kombination der Arbeitsleistungskenngröße und der Nutzungsdauerkenngröße lässt sich somit ein Maß für die aufgewendete Energie ableiten, die für die Bearbeitung eines Werkstücks durch die Werkzeugmaschine aufgebracht wurde. Dabei lässt sich jedoch unterscheiden, ob diese Energie innerhalb einer kurzen Zeit oder über einen längeren Zeitraum und demnach mit geringerer durchschnittlicher Leistung für die Werkstückbearbeitung aufgewendet wurde.
Letztlich wird unter Verwendung der Arbeitsleistungskenngröße und der Nutzungsdauerkenngröße eine Maschinennutzungskenngröße ermittelt. Die Maschinennutzungskenngröße wird in der Kontrolleinheit der Werkzeugmaschine ermittelt und dort zur Übermittelung an eine externe Einheit bereitgestellt. Unabhängig davon, wie die Maschinennutzungskenngröße exakt ermittelt wurde, bleiben daher genaue Bearbeitungsdaten, wie etwa Bahnkurven der einzelnen Maschinenachsen geheim und werden allenfalls zur Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße verwendet, jedoch nicht zum Zugriff für die externe Einheit bereitgestellt. Bevorzugt werden die Daten, die zur Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße herangezogen wurden, vom Zugriff durch die externe Einheit geschützt.
Wenn in dieser Anmeldung von einer „Kenngröße“ gesprochen wird, kann diese Kenngröße ein Skalar, eine Funktion, ein Vektor oder eine Matrize sein, wobei die einzelnen Werte bzw. Elemente jeweils zeitdiskret oder zeitabhängig sein können. Bevorzugt handelt es sich bei der Maschinennutzungskenngröße um einen Skalar für einen betrachteten Benutzungszeitraum der Werkzeugmaschine.
Die Übermittlung der Maschinennutzungskenngröße an die externe Einheit kann durch die Kontrolleinheit aktiv ausgelöst werden, z.B. ereignisabhängig oder in vorgegebenen Zeitintervallen, oder die ermittelte Maschinennutzungskenngröße kann durch die externe Einheit abgefragt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht lediglich das hergestellte, bearbeitete Werkstück (z.B. Abtragsvolumen) betrachtet, um die Maschinennutzungskenngröße zu ermitteln. Vielmehr wird auch die dafür aufgebrachte Arbeitsleistung berücksichtigt. Insbesondere kann die Arbeitsleistungskenngröße einen zeitlichen Verlauf der Arbeitsleistung während der Bearbeitung des Werkstücks und somit während der tatsächlichen Nutzungszeitdauer berücksichtigen oder beschreiben. Dies kann beispielsweise mittels eines kontinuierlichen zeitlichen Verlaufs der Arbeitsleistung oder alternativ mittels mehrerer separater Arbeitsleistungskenngrößen erfolgen, die den zeitlichen Verlauf der aufgebrachten Arbeitsleistung beschreiben. Die Arbeitsleistungskenngröße kann zusätzlich oder alternativ irgendwelche statistischen Werte der Arbeitsleistung aufweisen, wie etwa wenigstens ein lokales Minimum und/oder wenigstens ein lokales Maximum der Arbeitsleistung und/oder eine durchschnittliche Arbeitsleistung und/oder eine Standardabweichung und/oder Varianz der Arbeitsleistung, usw. Es ist beispielsweise möglich anhand der Arbeitsleistungskenngröße zu erfassen, ob die Arbeitsleistung zeitlich größeren Schwankungen unterworfen ist oder nur wenig von der durchschnittlichen Arbeitsleistung in einem Bearbeitungszeitraum abweicht. Dadurch lassen sich Erkenntnisse über die tatsächliche Belastung der Werkzeugmaschine beim Bearbeiten des Werkstücks gewinnen.
Es ist vorteilhaft, wenn als Nutzungsdauerkenngröße eine Zeitdauer erfasst wird, während der die Werkzeugspindel das Werkzeug drehend antreibt und gleichzeitig eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück stattfindet. Aus einer solchen Situation kann auf die tatsächliche Bearbeitung des Werkstücks geschlossen werden. Eine gewisse Ungenauigkeit, die für eine Zustellbewegung des Werkzeugs zum Werkstück erforderlich ist, kann dabei in Kauf genommen werden. Alternativ oder zusätzlich zu der Drehung des Werkzeugs kann auch das Werkstück drehend angetrieben werden. Somit kann als Nutzungsdauerkenngröße auch eine Zeitdauer erfasst werden, während der die Werkzeugspindel das Werkstück oder das Werkzeug und das Werkstück drehend antreibt und gleichzeitig eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück stattfindet.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Nutzungsdauerkenngröße nicht zwingend die exakte Ermittlung der Zeitdauer sein muss, während der am Werkstück tatsächlich eine Bearbeitung stattfindet, sondern dass die Nutzungsdauerkenngröße auch eine Schätzung dieser Zeitdauer sein kann.
Als Nutzungsdauerkenngröße kann bei einem Ausführungsbeispiel auch die Zeitdauer erfasst werden, während der die Werkzeugspindel das Werkzeug drehend antreibt und das Werkzeug in Eingriff ist mit dem Werkstück. Der Eingriff zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück kann beispielsweise durch Auswerten einer Drehmomentgröße an der drehend angetriebenen Werkzeugspindel erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, eine die Drehzahl beschreibende Drehzahlgröße der Werkzeugspindel auszuwerten. Anhand von Schwankungen der Drehmomentgröße und/oder der Drehzahl kann ermittelt werden, wann das Werkzeug in Eingriff mit dem Werkstück gelangt und wann dieser Eingriff wieder beendet wird. Beispielsweise kann hierfür der zeitliche Verlauf des Motorstroms am Antrieb der Werkzeugspindel ausgewertet werden.
Zur Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Produktionsmatrix mit einer Bewertungsmatrix multipliziert werden, um daraus eine Produktionsergebniskenngröße zu erhalten. Diese fließt in die Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße ein. Die Produktionsmatrix enthält als Matrixelemente mehrere Produktionswerte, die den aktuellen Zustand bzw. den zeitlichen Verlauf bei der Bearbeitung des Werkstücks in der Werkzeugmaschine beschreiben. Solche Produktionswerte können aus Solldaten ermittelt und/oder geschätzt und/oder sensorisch erfasst und/oder anderweitig bestimmt werden. Die Bewertungsmatrix setzt diese einzelnen Produktionswerte der Produktionsmatrix in Verbindung zueinander und kann beispielsweise die unterschiedlichen Produktionswerte relativ zueinander gewichten. Dadurch lässt sich der Einfluss der unterschiedlichen Produktionswerte auf die tatsächliche Belastung bzw. Abnutzung der Werkzeugmaschine berücksichtigen.
Die Produktionsmatrix und die Bewertungsmatrix können jeweils auch lediglich eine Zeile oder eine Spalte aufweisen und somit einen Produktionsvektor bzw. einen Bewertungsvektor bilden.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn bei der Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße wenigstens eine den Instandhaltungszustand der Werkzeugmaschine beschreibende Instandhaltungskenngröße berücksichtigt wird, die einen Verschleißzustand und/oder einen Beschädigungszustand und/oder einen Wartungszustand der Werkzeugmaschine beschreibt.
Der Wartungszustand der Werkzeugmaschine kann bei einem Ausführungsbeispiel auf Basis eines in der Kontrolleinheit der Werkzeugmaschine gespeicherten Wartungsplans ermittelt werden. Der Wartungsplan kann beispielsweise Wartungsintervalle für eine oder mehrere Komponenten der Werkzeugmaschine umfassen. Eine Komponente der Werkzeugmaschine kann ein einzelnes Bauteil und/oder eine Baugruppe der Werkzeugmaschine sein.
Beispielsweise kann bei einer Nichteinhaltung der im Wartungsplan vorgegebenen Wartungsintervalle für die eine oder die mehreren Komponenten der Werkzeugmaschine eine Veränderung der Instandhaltungskenngröße bewirkt werden, die insbesondere die Gefahr des zunehmenden Verschleißes durch die Nichteinhaltung des Wartungsplans berücksichtigt. Die Instandhaltungskenngröße wird dabei derart verändert, dass sie anzeigt, dass die Gefahr eines Ausfalls bzw. die Notwendigkeit einer Instandsetzung zunimmt und somit die Werkzeugmaschine aktuell einem höheren Verschleiß bzw. einer höheren Abnutzung ausgesetzt ist als in dem Fall, in dem der Wartungsplan eingehalten wurde.
Bevorzugt wird die Tätigkeit und/oder wenigstens eine ausgetauschte Komponente und/oder wenigstens ein ausgetauschter Betriebsstoff der Werkzeugmaschine bei oder nach einer durchgeführten Wartung in der Kontrolleinheit erfasst. Das Erfassen erfolgt vorzugsweise automatisch, beispielsweise mittels einer entsprechenden Sensorik, die das Austauschen und das Einsetzen einer oder mehrerer neuer Komponenten erkennt. Die hierfür erforderliche Tätigkeit kann hinterlegt sein oder von dem Wartungspersonal eingegeben werden. Basierend auf der Erfassung der Tätigkeit und/oder der wenigstens einen ausgetauschten Komponente der Werkzeugmaschine kann eine Veränderung bzw. Anpassung der Instandhaltungskenngröße bewirkt werden. Beispielsweise kann dadurch ein hinterlegter Wartungsplan angepasst werden. Im Rahmen einer solchen Wartung können Verschleißteile oder defekte Teile ausgetauscht werden, wie etwa Dichtungen, Lager, usw. oder es können Betriebsstoffe, wie etwa Kühlmittel oder Schmieröl ausgetauscht werden.
Auch der Austausch von Betriebsstoffen kann automatisch oder manuell erfasst werden. Zur automatischen Erfassung des Austausches eines Betriebsstoffes kann beispielsweise ein Sensor an einer entsprechenden Einfüllöffnung, wie etwa einem Einfüllventil, angeordnet sein, der das Einfüllen eines neuen Betriebsstoffes erfasst. Zusätzlich oder alternativ kann das Entnehmen des bisher verwendeten Betriebsstoffes an einer Auslassöffnung bzw. einem Auslassventil sensorisch erfasst werden.
Bei der Ermittlung der Instandhaltungskenngröße kann außerdem ein Verschleißzustand wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine berücksichtigt werden. Der Verschleißzustand kann beispielsweise unmittelbar sensorisch erfasst oder aus Sensordaten und/oder Steuerungsdaten abgeleitet werden, die innerhalb der Werkzeugmaschine verfügbar sind. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Spiel zwischen zwei Bauteilen ermittelt und daraus der Verschleiß zumindest eines dieser Bauteile erkannt werden. Bei den Bauteilen kann es sich beispielsweise um ein angetriebenes Bauteil und ein damit antriebsverbundenes abgetriebenes Bauteil handeln. Auch ein Spiel zwischen einer Führung und einer geführten Komponente kann sensorisch erfasst und daraus ein Verschleißzustand abgeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Verschleißzustand auch anhand von historischen Steuerdaten ermittelt werden, die in der Kontrolleinheit abgespeichert werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn mittels der Kontrolleinheit der Werkzeugmaschine eine Kollisionserkennungsfunktion ausgeführt wird. Im Rahmen der Kollisionserkennungsfunktion können beispielsweise tatsächliche Istbeschleunigungswerte von einer oder mehreren Maschinenachsen ermittelt und mit jeweils einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Bei einer Überschreitung des Grenzwertes kann auf eine Kollision geschlossen werden. Die Erkennung einer Kollision kann in die Ermittlung des Beschädigungszustandes einfließen und der Beschädigungszustand kann wiederum bei der Ermittlung der Instandhaltungskenngröße berücksichtigt werden. Die Anzahl der Kollisionen beschreibt beispielsweise eine Zustandsverschlechterung der Werkzeugmaschine.
Die Arbeitsleistungskenngröße kann beispielsweise eine Spindelleistung der Werkzeugspindel und/oder eine Vorschubleistung für eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück beschreiben, während sich die Werkzeugspindel dreht. Insbesondere aus der Summe der Spindelleistung und der Vorschubleistung kann eine Arbeitsleistungskenngröße ermittelt werden, die die von der Werkzeugmaschine bei der Bearbeitung des Werkstücks aufgebrachte Leistung beschreibt.
Bevorzugt werden bei der Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße und/oder der Nutzungsdauerkenngröße Solldaten des fertig bearbeiteten Werkstücks und/oder Istdaten des bearbeiteten Werkstücks und/oder Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks berücksichtigt. Insbesondere kann durch einen Vergleich der Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks mit den aktuellen Istdaten des teilweise oder vollständig bearbeiteten Werkstücks oder durch Vergleich der Ausgangsdaten mit den Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück die Arbeitsleistungskenngröße und/oder die Nutzungsdauerkenngröße ermittelt werden. Insbesondere wird hierfür unter anderem anhand der Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück durch Vergleich mit dem aktuellen Zustand des teilweise bearbeiteten Werkstücks oder den Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks ein Bearbeitungsverfahrensablauf ermittelt, aus dem wiederum die Arbeitsleistungskenngröße und/oder die Nutzungsdauerkenngröße ermittelt werden kann. Der Bearbeitungsverfahrensablauf umfasst die Bewegungen der Maschinenachsen und den Antriebszustand der Werkzeugspindel, so dass daraus sowohl die Arbeitsleistungskenngröße als auch die Nutzungsdauerkenngröße ableitbar ist.
Bei der Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße kann dabei auch eine Härte des zu bearbeitenden Materials des Werkstücks berücksichtigt werden. Diese Materialgröße kann in der Kontrolleinheit beispielsweise vorgegeben sein.
Die Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück können CAD-Daten und/oder CAM-Daten für das Werkstück sein, die beispielsweise in der Kontrolleinheit abgespeichert sind.
Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist eine Kontrolleinheit auf, die zur Ausführung einer oder mehrerer Ausführungsbeispiele des vorstehend erläuterten Verfahrens eingerichtet ist.
Die Produktionsergebniskenngröße und/oder die Instandhaltungskenngröße können jeweils einen Geldwert beschreiben. Die Produktionsergebniskenngröße kann dabei einem Geldwert entsprechen, der die effektive Maschinennutzung der Werkzeugmaschine beschreibt und somit auch eine Basis für eine nutzungsabhängige Gebühr sein. Die Instandhaltungskenngröße kann einen Geldwert beschreiben, der den Zustand der Werkzeugmaschine abhängig von deren Abnutzung bei der bisherigen Benutzung kennzeichnet und insbesondere den Verschleißzustand und/oder den Beschädigungszustand und/oder den Wartungszustand der Werkzeugmaschine beinhaltet. Je stärker die Abnutzung der Werkzeugmaschine ist, desto größer kann die Gebühr sein, die hierfür erhoben wird und durch die Instandhaltungskenngröße beschrieben wird.
Das in Rechnung stellen von Gebühren für die effektive Maschinennutzung sowie den Verschleiß bzw. die Abnutzung der Werkzeugmaschine stellen aber nur eine Möglichkeit dar, wie die ermittelten Kenngrößen genutzt werden können. Wesentlich ist, dass Daten ermittelt werden, die die effektive Maschinennutzung beschreiben, ohne hierfür auf eventuell geheime Produktionsdaten des Maschinennutzers zugreifen zu müssen. Die Kontrolleinheit stellt für eine externe Einheit eine Maschinennutzungskenngröße bereit, die beispielsweise die Produktionsergebniskenngröße und optional die Instandhaltungskenngröße einzeln oder miteinander verknüpft beinhaltet. Genaue Informationen über die Anzahl, die Form und Ausgestaltung der bearbeiteten Werkstücke werden nicht zur Übermittlung an die externe Einheit verfügbar gemacht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematisierte, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine sowie einer externen Einheit, die mit der Werkzeugmaschine kommunikationsverbunden ist,
2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Ermittlung einer Maschinennutzungskenngröße in einer Kontrolleinrichtung der Werkzeugmaschine aus 1 und
3 ein Ausführungsbeispiel für eine Produktionsmatrix und eine Bewertungsmatrix zur Ermittlung einer Produktionsergebniskenngröße.

In 1 ist stark schematisiert nach Art eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht. Die Werkzeugmaschine 10 hat einen Drehantrieb 11, der zum Rotieren eines Werkzeugs 12 oder eines Werkstücks 13 um eine Rotationsachse R eingerichtet ist. Unter einer Rotationsbewegung ist dabei eine Rotation um die Rotationsachse R mit wenigstens einer vollständigen Umdrehung zu verstehen, wobei die Rotation vorzugsweise ohne Unterbrechung ausgeführt wird. Insbesondere handelt es sich bei der Rotation um eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse R mit einer vorgegebenen Drehzahl, wobei eine Vielzahl von vollständigen Umdrehungen unterbrechungslos ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine konstante Solldrehzahl vorgegeben sein.
Beim Ausführungsbeispiel ist der Drehantrieb 11 als Werkzeugspindel 14 ausgebildet, die zur Aufnahme des Werkzeugs 12 eingerichtet ist. Bei dem Werkzeug 12 handelt es sich insbesondere um ein spanabhebendes Werkzeug, wie etwa ein Fräswerkzeug, ein Bohrwerkzeug oder dergleichen.
Zur Aufnahme des Werkstücks 13 ist eine Werkstückspanneinrichtung 15 vorhanden. Die Werkstückspanneinrichtung 15 kann beispielsweise mehrere Spannbacken aufweisen, um das Werkstück 13 zu halten.
Die Werkzeugmaschine 10 verfügt über mehrere Maschinenachsen 16, um das Werkzeug 12 und/oder das Werkstück 13 relativ zu einer Maschinenbasis 17 zu bewegen und/oder zu positionieren. Ortsfest gegenüber der Maschinenbasis 17 ist ein Maschinenkoordinatensystem mit einer X-Richtung, einer Y-Richtung sowie einer Z-Richtung definiert. Das Maschinenkoordinatensystem ist beim Ausführungsbeispiel ein kartesisches Koordinatensystem. Die Maschinenachsen 16 können als lineare Maschinenachsen oder Drehachsen ausgeführt sein. Die Anzahl der Maschinenachsen 16 kann abhängig von der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 10 variieren. Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind drei lineare Maschinenachsen 16 vorhanden, um das Werkzeug 12 bzw. die Werkzeugspindel 14 in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem zu bewegen. Außerdem sind zwei Drehachsen vorhanden, um das Werkstück 13 um eine erste Drehachse D1 zu drehen, die sich beim Ausführungsbeispiel in Y-Richtung erstreckt. Bei der Drehung um die erste Drehachse D1 wird die Werkstückspanneinrichtung 15 um die erste Drehachse D1 geschwenkt. An der Werkstückspanneinrichtung 15 ist eine zweite Drehachse D2 vorhanden, um das Werkstück 13 um eine zweite Drehachse D2 zu drehen, die rechtwinklig zur ersten Drehachse D1 ausgerichtet ist und sich in der in 1 dargestellten Position parallel zur Z-Achse erstreckt. Abhängig von der Drehlage um die erste Drehachse D1 ändert die zweite Drehachse D2 ihre Orientierung und kann irgendeine Lage innerhalb der X-Z-Ebene einnehmen. Mittels der beiden Drehachsen D1, D2 wird eine Fünfseitenbearbeitung des Werkstücks 13 ermöglicht.
Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Maschinenachsen 16, die als Drehachsen bzw. als lineare Achsen ausgebildet sind, variieren kann und vom Typ der Werkzeugmaschine 10 abhängt. Vorzugsweise sind wenigstens vier oder fünf Maschinenachsen 16 vorhanden.
Die Werkzeugmaschine 10 hat außerdem eine Kontrolleinheit 18. Die Kontrolleinheit 18 kann einen internen Speicher 19 aufweisen. In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Speicher 19 auch außerhalb der Kontrolleinheit 18 in der Werkzeugmaschine 10 vorhanden sein.
Der Kontrolleinheit 18 werden Eingangsdaten E bereitgestellt. Die Eingangsdaten können Solldaten sein, die das fertig bearbeitete Werkstück 13 kennzeichnen, Solldaten, die den Zustand und/oder die Bewegung der Werkzeugspindel 14 und/oder einer oder mehrerer Maschinenachsen 16 kennzeichnen und/oder Sensordaten bzw. Istdaten, die den aktuellen Zustand und/oder die aktuelle Position und/oder die aktuelle Bewegung des Werkzeugs 12 und/oder des Werkstücks 13 und/oder irgendeiner Komponente der Werkzeugmaschine 10 beschreiben. Die Kontrolleinheit 18 ist beim Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die Werkzeugspindel 14 und die Maschinenachsen 16 zu steuern und erzeugt hierfür ein oder mehrere Steuersignale S.
Die Kontrolleinheit 18 ist beim Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, eine Maschinennutzungskenngröße M zu ermitteln, die die effektive Maschinenbenutzung der Werkzeugmaschine 10 charakterisiert. Diese Maschinennutzungskenngröße M wird durch die Kontrolleinheit 18 innerhalb der Werkzeugmaschine 10 zur Übermittlung an eine externe Einheit 20 bereitgestellt. Hierfür kann die Werkzeugmaschine 10 bzw. die Kontrolleinheit 18 eine Übertragungsschnittstelle zur externen Einheit 20 aufweisen, die drahtlos oder drahtgebunden ausgebildet sein kann.
Anhand der Maschinennutzungskenngröße M kann die externe Einheit 20 erkennen, wie umfangreich die tatsächliche Benutzung der Werkzeugmaschine 10 in der Vergangenheit war und daraus Maßnahmen einleiten bzw. planen. Beispielsweise können anhand der Maschinennutzungskenngröße M voraussichtliche Wartungen oder Instandhaltungen oder auch das vollständige Ersetzen einer Werkzeugmaschine 10 abgeschätzt und eingeplant werden. Zusätzlich oder alternativ kann anhand der Maschinennutzungskenngröße M auch eine Gebühr für den Maschinennutzer ermittelt werden, die sich an der tatsächlichen, effektiven Benutzung der Werkzeugmaschine 10 orientiert. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn eine Werkzeugmaschine 10 gemietet oder geleast wird.
In 2 ist schematisch die Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße M bei einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Mittels der Kontrolleinheit 18 wird eine Nutzungsdauerkenngröße T sowie eine Arbeitsleistungskenngröße L ermittelt (erster Block 25 in 2). In einem zweiten Block 26 werden die Nutzungsdauerkenngröße T sowie die Arbeitsleistungskenngröße L miteinander verknüpft, um daraus eine Produktionsergebniskenngröße PE zu bestimmen, die bei der Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße M berücksichtigt wird.
In einem dritten Block 27 wird eine den Instandhaltungszustand der Werkzeugmaschine 10 beschreibende Instandhaltungskenngröße IK ermittelt, die bei der Bestimmung der Maschinennutzungskenngröße M berücksichtigt wird.
In einem vierten Block 28 wird die Maschinennutzungskenngröße M beispielsgemäß abhängig von der Produktionsergebniskenngröße PE und der Instandhaltungskenngröße IK ermittelt.
Die Arbeitsleistungskenngröße L ergibt die während der Bearbeitung des Werkstücks 13 durch die Werkzeugmaschine 10 aufgebrachte Leistung an. Die Arbeitsleistungskenngröße L kann beispielsweise aus der Summe einer Drehantriebsleistung des Drehantriebs 11 bzw. der Werkzeugspindel 14 sowie einer Vorschubleistung für eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 13 ermittelt werden. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Vorschubbewegung insbesondere durch die Maschinenachse 16 erzeugt, die das Werkzeug 12 in Z-Richtung bewegt. Abhängig von der Ausgestaltung der Maschinenachsen 16 der Werkzeugmaschine 10 kann die Vorschubbewegung durch eine oder mehrere beliebige Maschinenachsen 16 bewirkt werden.
Die Drehantriebsleistung und/oder die Vorschubleistung können beispielsweise durch Auswertung der betreffenden Motorströme und/oder Motorspannungen ermittelt werden.
Die Nutzungsdauerkenngröße T stellt eine geschätzte, berechnete oder anderweitig ermittelte Zeitdauer dar, die die tatsächliche Bearbeitungszeitdauer des Werkstücks 13 durch das Werkzeug 12 beschreibt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Nutzungsdauerkenngröße T dadurch ermittelt werden, dass eine Zeitdauer erfasst wird, während der der Drehantrieb 11 bzw. die Werkzeugspindel 14 das Werkzeug 12 drehend antreibt und gleichzeitig eine Vorschubbewegung, beispielsgemäß in Z-Richtung zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 13 stattfindet.
Zusätzlich oder alternativ kann als Nutzungsdauerkenngröße T eine Zeitdauer erfasst werden, während der Drehantrieb 11 und beispielsgemäß die Werkzeugspindel 14 das Werkzeug 12 drehend antreibt und gleichzeitig ein Eingriff zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 13 festgestellt wird. Um den Eingriff zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 13 zu ermitteln, kann beispielsweise das Drehmoment des Drehantriebs 11 und/oder die Drehzahl des Drehantriebs 11 ausgewertet werden. Sobald das Werkzeug 12 in Eingriff mit dem Werkstück 13 gelangt, ist eine Drehmomenterhöhung zur Aufrechterhaltung der gewünschten Drehzahl erforderlich. Umgekehrt sinkt das für die Aufrechterhaltung der Drehzahl erforderliche Drehmoment wieder ab, wenn das Werkzeug 12 und das Werkstück 13 außer Eingriff gelangen. Anhand einer solchen Auswertung kann die Zeitdauer ermittelt werden, während der das Werkzeug 12 und das Werkstück 13 tatsächlich miteinander in Eingriff stehen. Das Drehmoment kann beispielsweise durch eine Drehmomentgröße gekennzeichnet werden, wie etwa den Motorstrom des Drehantriebs 11.
Es ist zusätzlich oder alternativ auch möglich, Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück 13 und/oder Istdaten des aktuell teilweise bearbeiteten Werkstücks 13 bzw. vollständig bearbeiteten Werkstücks 13 sowie Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks 13 zu verwenden, um die Arbeitsleistungskenngröße L und/oder die Nutzungsdauerkenngröße T zu bestimmen. Beispielsweise kann anhand der Ausgangsdaten, insbesondere der Ausgangsabmessungen des unbearbeiteten Werkstücks, sowie der Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück 13 ein Bearbeitungsverfahrensablauf ermittelt werden, der in der Kontrolleinheit 18 der Werkzeugmaschine 10 automatisch und/oder manuell durch einen Bediener vorgegeben werden kann. Anhand des Bearbeitungsverfahrensablaufs lässt sich wiederum die Nutzungsdauerkenngröße T ermitteln, der die tatsächliche Zeitdauer beschreibt, während der das Werkzeug 12 das Werkstück 13 materialabtragend bearbeitet. Zusätzlich oder alternativ lässt sich die Arbeitsleistungskenngröße L für die während der Bearbeitung des Werkstücks 13 aufgebrachte Leistung zum Materialabtrag ermitteln.
Die unterschiedlichen Ansätze für die Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße L und der Nutzungsdauerkenngröße T können alternativ oder kombiniert verwendet werden. Ergeben sich durch zwei Ermittlungsmethoden unterschiedliche Werte für die Arbeitsleistungskenngröße L bzw. die Nutzungsdauerkenngröße T kann entweder einer der Werte verwendet werden, der plausibler erscheint oder es können die einzelnen ermittelten Werte bzw. Kenngrößen miteinander verknüpft werden, um beispielsweise einen Mittelwert bzw. gewichteten Mittelwert zu berechnen.
Bei der Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße L kann außerdem eine Charakteristik des Werkstücks zusätzlich zu dem Bearbeitungsverfahrensablauf berücksichtigt werden, beispielsweise eine die Härte des zu bearbeitenden Materials des Werkstücks 13 beschreibende Materialgröße. Diese bestimmt zusätzlich zum abzutragenden Volumen die erforderliche Leistung und/oder benötigte Zeitdauer, um ein vorgegebenes Volumen an Material abzutragen.
Die Nutzungsdauerkenngröße T und/oder die Arbeitsleistungskenngröße L werden bei einem Ausführungsbeispiel durch eine Produktionsmatrix PM beschrieben, die mehrere Produktionswerte P1, P2, ..., Pn aufweist und beim Ausführungsbeispiel die Form eines Vektors hat (3). Die Produktionsmatrix kann in einem Fall die Nutzungsdauerkenngröße T und die Arbeitsleistungskenngröße L in Form jeweils eines Produktionswertes P1, P2 aufweisen. Alternativ können auch jeweils mehrere Produktionswerte Pi mit i=1...n die Nutzungsdauerkenngröße T bzw. die Arbeitsleistungskenngröße L charakterisieren. Beispielsweise kann die Arbeitsleistungskenngröße L durch mehrere Leistungswerte definiert sein, wie etwa die durchschnittliche Arbeitsleistung, die maximale Arbeitsleistung, die minimale Arbeitsleistung, die Standardabweichung der Arbeitsleistung, die Varianz der Arbeitsleistung oder eine beliebige Kombination mehrerer der vorgenannten Leistungswerte. Diese einzelnen Leistungswerte können jeweils ein Produktionswert in der Produktionsmatrix PM sein.
Die Produktionsmatrix PM kann auch mehr als eine Nutzungsdauerkenngröße aufweisen. Beispielsweise können separate Nutzungsdauerkenngrößen T bei unterschiedlichen Bearbeitungsarten des Werkstücks 13 in der Produktionsmatrix PM enthalten sein, beispielsweise eine Nutzungsdauerkenngröße T für die Bearbeitung des Werkstücks 13 mit einem ersten Werkzeug 12 sowie eine weitere Nutzungsdauerkenngröße T für die Bearbeitung des Werkstücks 13 mit einem anderen Werkzeug 12. Auf diese Weise lassen sich Beanspruchungen der Werkzeugmaschine 10 beim Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge 12 berücksichtigen. Jede Nutzungsdauerkenngröße T kann einem Matrixelement bzw. einem Produktionswert Pi in der Produktionsmatrix PM darstellen. Zusätzlich oder alternativ kann auch für einen oder mehrere Bearbeitungszeitabschnitte jeweils eine Nutzungsdauerkenngröße T ermittelt werden.
Die einzelnen Produktionswerte P1 bis Pn werden im Block 26 miteinander verknüpft, beispielsweise mittels einer Bewertungsmatrix AM. Die Bewertungsmatrix AM enthält Bewertungselemente A1, A2, ..., An. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel ist die Bewertungsmatrix AM von einem Vektor gebildet. Es versteht sich, dass sowohl die Produktionsmatrix PM, als auch die Bewertungsmatrix AM mehr als eine Zeile bzw. eine Spalte aufweisen könnten. Die Anzahl der Elemente pro Zeile bzw. Spalte kann variieren.
Im zweiten Block 26 werden die Produktionsmatrix PM und die Bewertungsmatrix AM verknüpft und beispielsgemäß multipliziert, um die Produktionsergebniskenngröße PE zu ermitteln, der die Maschinennutzung aufgrund der Produktion bzw. Bearbeitung von Werkstücken 13 beschreibt. Die Produktionsergebniskenngröße PE wird dem vierten Block 28 zur Verfügung gestellt.
In dem dritten Block 27 werden zur Ermittlung der Instandhaltungskenngröße IK ein Wartungszustand W, ein Verschleißzustand V sowie ein Beschädigungszustand D der Werkzeugmaschine 10 berücksichtigt. Es könnten auch lediglich einer oder mehrere der genannten Zustände zur Ermittlung der Instandhaltungskenngröße IK berücksichtigt werden.
Der Wartungszustand W kann beispielsweise auf Basis eines in der Kontrolleinheit 18 abgelegten Wartungsplans ermittelt werden. Insbesondere kann bei Nichteinhaltung eines im Wartungsplan vorgegebenen Wartungsintervalls zur Wartung einer oder mehrerer Komponenten der Werkzeugmaschine 10 eine entsprechende Anpassung bzw. Veränderung der Instandhaltungskenngröße IK ausgelöst werden. Das Nichteinhalten des Wartungsplans erhöht die Gefahr, dass bei fortgesetztem Betrieb der Werkzeugmaschine 10 ein höherer Verschleiß auftritt, was durch die Anpassung der Instandhaltungskenngröße IK berücksichtigt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann als Wartungszustand W eine Tätigkeit im Rahmen der Wartung und/oder das Austauschen wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine 10 in der Kontrolleinheit 18 erfasst und durch eine entsprechende Anpassung oder Veränderung der Instandhaltungskenngröße IK berücksichtigt werden. Eine durchgeführte Wartung bzw. der Austausch von Komponenten und/oder Betriebsstoffen der Werkzeugmaschine 10 kann den Zustand der Werkzeugmaschine 10 verbessern und den Verschleiß bzw. die Abnutzung beim weiteren Betrieb mindern. Dies kann durch die entsprechende Veränderung der Instandhaltungskenngröße IK abgebildet werden.
Die Werkzeugmaschine 10 kann außerdem eine automatische Überwachung des Verschleißzustandes V wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine 10 aufweisen. Beispielsweise kann das Spiel zweier relativ zueinander bewegter Komponenten an einer Maschinenachse 16 oder dem Drehantrieb 11 gemessen oder ermittelt werden. Dadurch kann zum Beispiel der tatsächlich vorhandene Verschleiß ermittelt und bei dem Bestimmen der Instandhaltungskenngröße IK berücksichtigt werden. Denn der tatsächlich auftretende Verschleiß kann zusätzlich zum Umfang der Benutzung von äußeren Bedingungen abhängen, wie etwa Temperatur, Verschmutzung der Umgebungsluft durch Staub oder andere Partikel, usw.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Kontrolleinheit 18 auch dazu eingerichtet sein, eine Kollisionserkennungsfunktion auszuführen. Hierzu können beispielsweise Istbeschleunigungswerte einer oder mehrerer Maschinenachsen 16 gemessen oder anhand von charakteristischen Größen des betreffenden Antriebs der Maschinenachse 16 ermittelt werden. Der wenigstens eine Istbeschleunigungswert kann dann mit einem zugeordneten Grenzwert verglichen und daraus abgeleitet werden, ob die Istbeschleunigung in einem zulässigen Bereich liegt oder nicht. Liegt die Istbeschleunigung oberhalb des Grenzwertes und somit in einem unzulässigen Bereich, kann daraus auf eine Kollision beim Bewegen der Maschinenachse geschlossen werden. Eine erkannte Kollision kann dann bei der Ermittlung eines Beschädigungszustandes B der Werkzeugmaschine 10 berücksichtigt werden und der Beschädigungszustand B kann wiederum Eingang finden bei der Ermittlung der Instandhaltungskenngröße IK. Zusätzlich oder alternativ kann bei der Ermittlung des Beschädigungszustandes B nicht nur berücksichtigt werden, ob ein Istbeschleunigungswert einen Grenzwert überschritten hat, sondern auch der Differenzbetrag zwischen dem Istbeschleunigungswert und dem zugeordneten Grenzwert. Dieser Differenzbetrag ist charakteristisch für den Schweregrad der Kollision.
Im vierten Block 28 werden die Produktionsergebniskenngröße PE sowie die Instandhaltungskenngröße IK miteinander verknüpft, um daraus die Maschinennutzungskenngröße M zu ermitteln. Im einfachsten Fall können die Produktionsergebniskenngröße PE und die Instandhaltungskenngröße IK addiert oder multipliziert werden. Es kann auch eine gewichtete Addition oder eine andere beliebige mathematische Verknüpfung zur Berechnung der Maschinennutzungskenngröße M verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinennutzung einer Werkzeugmaschine 10 sowie eine dazu eingerichtete Werkzeugmaschine 10. Die Werkzeugmaschine 10 hat mehrere Maschinenachsen 16, um ein Werkstück 13 und/oder ein Werkzeug 12 zu bewegen. Ein Drehantrieb 11 treibt entweder das Werkstück 13 oder das Werkzeug 12 rotierend an, um bei einem Eingriff zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 13 Material abzutragen. Eine Kontrolleinheit 18 der Werkzeugmaschine 10 ist dazu eingerichtet, eine Nutzungsdauerkenngröße T sowie eine Arbeitsleistungskenngröße L zu ermitteln und daraus eine Maschinennutzungskenngröße M zu bestimmen. Die Nutzungsdauerkenngröße T beschreibt die Zeitdauer, während der das Werkstück 13 mittels des Werkzeugs 12 bearbeitet wird. Die Arbeitsleistungskenngröße L beschreibt die für diese Bearbeitung erforderliche bzw. aufgebrachte Leistung, um den Materialabtrag am Werkstück 13 zu bewirken. Die Maschinennutzungskenngröße M wird als Ermittlungsergebnis durch die Kontrolleinheit 18 der Werkzeugmaschine 10 innerhalb der Werkzeugmaschine 10 bereitgestellt, so dass diese an eine externe Einheit 20 zur weiteren Auswertung oder Verarbeitung übermittelt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Werkzeugmaschine
11: Drehantrieb
12: Werkzeug
13: Werkstück
14: Werkzeugspindel
15: Werkstückspanneinrichtung
16: Maschinenachsen
17: Maschinenbasis
18: Kontrolleinheit
19: Speicher
20: externe Einheit
25: erster Block
26: zweiter Block
27: dritter Block
28: vierter Block
Al-An: Bewertungselement der Bewertungsmatrix
AM: Bewertungsmatrix
B: Beschädigungszustand
D1: erste Drehachse
D2: zweite Drehachse
E: Eingangsdaten
IK: Instandhaltungskenngröße
L: Arbeitsleistungskenngröße
M: Maschinennutzungskenngröße
PE: Produktionsergebniskenngröße
P1-Pn: Produktionswert der Produktionsmatrix
PM: Produktionsmatrix
R: Rotationsachse
S: Steuersignal
T: Nutzungsdauerkenngröße
V: Verschleißzustand
W: Wartungszustand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8280789 B2 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinenbenutzung einer Werkzeugmaschine (10) aufweisend mehrere Maschinenachsen (16), die zum Bewegen eines Werkstücks (13) und/oder eines Werkzeugs (12) eingerichtet sind, einen Drehantrieb (11), der zum Rotieren des Werkstücks (13) oder des Werkzeugs (12) eingerichtet ist und eine Kontrolleinheit (18), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Ermitteln einer Nutzungsdauerkenngröße (T), die die Zeitdauer beschreibt, während der das Werkstück (13) mittels des Werkzeugs (12) bearbeitet wird, mittels der Kontrolleinheit (18), - Ermitteln einer Arbeitsleistungskenngröße (L), die die zur Bearbeitung des Werkstücks (13) aufgebrachte Leistung beschreibt, mittels der Kontrolleinheit (18), - Ermitteln einer Maschinennutzungskenngröße (M), die die effektive Maschinenbenutzung beschreibt, unter Verwendung der Nutzungsdauerkenngröße (T) und der Arbeitsleistungskenngröße (L) in der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) und - Bereitstellen der Maschinennutzungskenngröße (M) in der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) zur Übermittlung an eine externe Einheit (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nutzungsdauerkenngröße (T) eine Zeitdauer erfasst wird, während der der Drehantrieb (11) das Werkzeug (12) oder das Werkstück (13) drehend antreibt und gleichzeitig eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (13) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Nutzungsdauerkenngröße (T) eine Zeitdauer erfasst wird, während der der Drehantrieb (11) das Werkzeug (12) oder das Werkstück (13) drehend antreibt und das Werkzeug (12) in Eingriff ist mit dem Werkstück (13).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Drehmoment des Drehantriebs (11) beschreibende Drehmomentgröße ermittelt wird und durch Auswertung der Drehmomentgröße ermittelt wird, ob das Werkzeug (12) in Eingriff mit dem Werkstück (13) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Produktionsmatrix (PM) mit mehreren Produktionswerten (P1-Pn) gebildet wird, die die Nutzungsdauerkenngröße (T) und die Arbeitsleistungskenngröße (L) beschreibt, und wobei die Produktionsmatrix (PM) mit einer Bewertungsmatrix (AM) multipliziert wird, um eine Produktionsergebniskenngröße (PE) zu erhalten, die bei der Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße (M) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Ermittlung der Maschinennutzungskenngröße (M) wenigstens eine den Instandhaltungszustand der Werkzeugmaschine (10) beschreibende Instandhaltungskenngröße (IK) berücksichtigt wird, die einen Verschleißzustand (V) und/oder einen Beschädigungszustand (B) und/oder einen Wartungszustand (W) der Werkzeugmaschine (10) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wartungszustand (W) ermittelt wird auf Basis eines in der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) gespeicherten Wartungsplans.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nichteinhaltung der im Wartungsplan vorgegebenen Wartungsintervalle für eine oder mehrere Komponenten der Werkzeugmaschine (10) eine Veränderung der Instandhaltungskenngröße (IK) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tätigkeit und/oder wenigstens eine ausgetauschte Komponente der Werkzeugmaschine (10) bei oder nach einer durchgeführten Wartung in der Kontrolleinheit (18) erfasst werden und basierend darauf eine Veränderung der Instandhaltungskenngröße (IK) bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißzustand (V) wenigstens einer Komponente der Werkzeugmaschine (10) überwacht wird und deren tatsächlicher Verschleiß bei der Ermittlung der Instandhaltungskenngröße (IK) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) eine Kollisionserkennungsfunktion ausgeführt wird, bei der wenigstens ein Istbeschleunigungswert mit jeweils einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und daraus ein Beschädigungszustand (B) ermittelt wird, der bei der Ermittlung der Instandhaltungskenngröße (IK) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsleistungskenngröße (L) eine Drehantriebsleistung des Drehantriebs (11) und/oder eine Vorschubleistung für eine Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (13) beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße (L) und/oder der Nutzungsdauerkenngröße (T) Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück (13) und/oder Istdaten des bearbeiteten Werkstücks (13) sowie Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks (13) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) anhand der Solldaten für das fertig bearbeitete Werkstück (13) und/oder Istdaten des bearbeiteten Werkstücks (13) sowie Ausgangsdaten des unbearbeiteten Werkstücks (13) ein Bearbeitungsverfahrensablauf ermittelt wird und aus dem Bearbeitungsverfahrensablauf die Arbeitsleistungskenngröße (L) und/oder die Nutzungsdauerkenngröße (T) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Arbeitsleistungskenngröße (L) und/oder der Nutzungsdauerkenngröße (T) eine eine Härte des zu bearbeitenden Materials des Werkstücks (13) beschreibende Materialgröße berücksichtigt wird.
Werkzeugmaschine (10) aufweisend mehrere Maschinenachsen (16), die zum Bewegen eines Werkstücks (13) und/oder eines Werkzeugs (12) eingerichtet sind, einen Drehantrieb (11), der zum Rotieren des Werkstücks (13) oder des Werkzeugs (12) eingerichtet ist, und eine Kontrolleinheit (18), wobei die Kontrolleinheit (18) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Ermittlung einer effektiven Maschinenbenutzung der Werkzeugmaschine (10) auszuführen, das folgende Schritte umfasst: - Ermitteln einer Nutzungsdauerkenngröße (T), die die Zeitdauer beschreibt, während der das Werkstück (13) mittels des Werkzeugs (12) bearbeitet wird, - Ermitteln einer Arbeitsleistungskenngröße (L), die die zur Bearbeitung des Werkstücks (13) aufgebrachte Leistung während der Nutzungszeitdauer beschreibt, - Ermitteln einer Maschinennutzungskenngröße (M), die die effektive Maschinenbenutzung beschreibt, unter Verwendung der Nutzungsdauerkenngröße (T) und der Arbeitsleistungskenngröße (L), und - Bereitstellen der Maschinennutzungskenngröße (M) in der Kontrolleinheit (18) der Werkzeugmaschine (10) zur Übermittlung an eine externe Einheit (20).