DE19716883C2

DE19716883C2 - Hauptwellen-Störungszustandsdetektor bei einer Luftlagertyp-Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE19716883C2
Application number: DE19716883A
Authority: DE
Inventors: Masahito Shiozaki; Takeshi Momochi; Hideo Fujie; Kazuo Nagashima
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JPH09285944A; US6101866A; US5877408A; US6212935B1; TW374033B; DE19716883A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hauptwellen-Störungszu standsdetektor für eine Steuerung einer Werkzeugmaschine mit einer ein Werkzeug tragenden Hautwelle, welcher eine Berührung zwischen der Hauptwelle und einem Wellengehäuse in einer Arbeitsmaschine zur Durchführung einer schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung mit einer relativ starken Belastung erfaßt, wobei die Hauptwelle in einem Konstantdruck-Luftlager, usw., getragen wird.

Üblicherweise wird eine Werkzeugmaschine benutzt, um beispielsweise verschiedene metallische Materialien zu schneiden bzw. abspanend zu bearbeiten.

Die Werkzeugmaschine weist an einem Ende einer drehbar gelagerten Hauptwelle ein schneidendes bzw. spanabhebendes Werkzeug auf, wobei das Werkzeug durch drehendes Antreiben der Hauptwelle mit einem Wellenantriebsmotor in Drehung versetzt wird, wodurch eine schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung an einem Werkstück durchgeführt wird.

Lagerung für die Hauptwelle

Die herkömmliche Werkzeugmaschine verwendet verschiedene Lager zum drehbaren Halten der Hauptwelle.

Beispielsweise wird ein unter statischem Luftdruck stehendes Lager bzw. Konstantdruck-Luftlager bei der Werkzeugmaschine zum Durchführen einer ultrapräzisen schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung bei geringer Schneidbelastung verwendet (beispielsweise im Falle einer Hochglanzpolitur bei einem leichtmetallischen Material unter Verwendung einer Diamantkrone).

Bei der erwähnten Bearbeitung war es schwierig, wegen der leichten Belastung, eine Verformung der Hauptwelle herbeizuführen, und es besteht nur eine geringe Möglichkeit, daß sich die Hauptwelle und das Wellengehäuse einander berühren.

Das Luftlager

Das Luftlager wird üblicherweise nur für Bearbeitungen mit leichter Belastung verwendet, doch schlägt der Anmelder der vorliegenden Erfindung eine Luftlagertyp-Werkzeugmaschine vor, die in der Lage ist, bei starker Belastung durch Vergrößern des Lagerspiels verwendet zu werden (vgl. die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 8-70219 A).

Dabei tritt im Falle, daß die Luftlagertyp-Werkzeugmaschine zur Bearbeitung bei hoher Belastung verwendet wird, die durch die Belastung verursachte Deformation der Hauptwelle leichter auf, so daß auf die anomale Berührung der Hauptwelle geachtet werden muß.

Weiter besteht bei der normalen schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung die Gefahr, daß die Bearbeitung unter Bedingungen durchgeführt wird, welche die bei der Konstruktion getroffenen Annahmen überschreiten.

Beispielsweise wirkt bei einer Bearbeitung, bei der das an der Hauptwelle befestigte Werkzeug weiter als üblich vorsteht, ein großes Moment auf den Lagerabschnitt. Allgemein sollten sich beim Luftlager die Hauptwelle und der Lagerabschnitt des Wellengehäuses nicht berühren, doch wird eine Berührung verursacht, wenn der Grad der Verformung der Hauptwelle, verursacht durch das Moment, den Abstand zwischen dem Lager und der Hauptwelle überschreitet.

Wenn der Betrieb weiterläuft, während die oben beschriebene Berührung des Luftlagers anhält, entsteht der Nachteil, daß ein Festfressen herbeigeführt wird, was in einem Bruch endet.

Um den Bruch zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Hauptwelle augenblicklich gestoppt wird, um die Bearbeitung zu beenden, wenn die erwähnte Berührung stattfindet.

Um ein Brechen zu vermeiden, ist es erforderlich, daß auch die Bearbeitung unmittelbar durch Stoppen der Hauptwelle angehalten wird, wenn die erwähnte Berührung stattfindet. Die Erfassung der Berührung hängt herkömmlicherweise von der Wachsamkeit bzw. Flinkheit der Bedienungsperson ab, was zu Nachteilen in bezug auf den Betriebswirkungsgrad, die Verzögerung bei der Erfassung usw. führt.

Aus der DE 39 10 576 C1 ist eine Vorrichtung zum Einstellen der Lagervorspannung an einer Wellenlagerung für Werkzeugmaschinen mit einem einen Außen- und einen Innenring aufweisenden Wälzlager bekannt. Die Vorspannung des Lagers ist durch eine auf den Außen- und Innenring einwirkende Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle veränderbar. Ein von einem Drehzahlaufnehmer geliefertes, der Belastung der Welle proportionales Signal bestimmt dabei den Druck der dem Wälzlager zugeführten Druckflüssigkeit. Das Signal wird einem Regler einer Steuereinrichtung zugeführt, welcher in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Druck-Drehzahl-Kennlinie über ein mittels eines Proportionalverstärkers gesteuertes, elektrisch betätigbares Druckbegrenzungsventil die Höhe des Druckes der Druckflüssigkeit regelt.

In der US-Patentschrift 4,392,642 ist eine Positioniereinrichtung, welche einen linear entlang einer Achse bewegbaren Tisch aufweist, beschrieben, bei welcher der Tisch auf Luftlager-Unterlagen aufliegt. Die Positioniereinrichtung weist eine Druckluftquelle, einen Druckluft-Regler, der die ausgestoßene Luft so regelt, daß ein im wesentlicher konstanter Luftdruck herrscht, eine Vielzahl von Strombegrenzungsventilen und eine Einrichtung zum unabhängigen Einstellen eines konstanten Luftstroms durch jedes der Strombegrenzungsventile auf.

In der Ausgabe von m-w 24/1988 - Konstruktion und Entwicklung 9, ist in dem dort publizierten Artikel "Genau messen und positionieren" S. 70-72 ein Luftlager- Lineartisch mit vorgespannter Luftlagerung beschrieben. Die vorgespannte Luftlagerung ist dabei an allen vier Seiten einer Granitführung vorgesehen. Weiterhin ist der Luftlager-Lineartisch mit einem Luftpuffergefäß ausgestattet, damit bei einem Ausfall der Luftzufuhr noch eine genügende Reserve vorhanden ist, um im Notfall den Tisch damit anzuhalten. Das Luftpuffergefäß ist außerdem vorgesehen, um die von jedem Luftnetz kommenden Druckstöße aufzufangen und zu dämpfen, damit diese nicht direkt auf den Luftlagertisch wirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hauptwellen- Störungszustandsdetektor für eine Steuerung einer Werkzeugmaschine mit einer ein Werkzeug tragenden Hauptwelle zu schaffen, bei der eine Berührung zwischen der Hauptwelle und dem Wellengehäuse zuverlässig und automatisch erfaßt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Hauptwellen-Störungszu standsdetektor für die Steuerung einer Werkzeugmaschine mit einer ein Werkzeug tragenden Welle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Hauptwellen-Störungszustands detektor für die Steuerung einer Werkzeugmaschine mit einer ein Werkzeug tragenden Hauptwelle, der eine Berührung zwischen einer Hauptwelle und einem Wellengehäuse durch Unterbringen in der Werkzeugmaschine erfaßt, bei der die Hauptwelle im Wellengehäuse mit einem Luftlager getragen wird, und die aufweist: eine Berührungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Zustandsgröße und Ausgeben eines Ausgangssignals, welche einen Berührungszustand der Hauptwelle mit dem Wellengehäuse angeben; und eine Berührungsbestimmungseinrichtung zum Verarbeiten des Ausgangssignals zum Bestimmen des Berührungszustandes zwischen der Hauptwelle und dem Wellengehäuse.

Bei der wie oben beschriebenen Erfindung detektiert die Berührungser fassungseinrichtung die sich auf den Berührungszustand der Hauptwelle und des Wellengehäuses beziehende Zustandsgröße und gibt sie aus. Die Berührungs bestimmungseinrichtung bestimmt die Berührung zwischen der Hauptwelle und dem Wellengehäuse auf der Basis des von der Berührungserfassungseinrichtung gelieferten Ausgabesignals. Automatisch und sicher wirkende Einrichtungen solcher Art, daß die Hauptwelle der Werkzeugmaschine stoppt usw., basieren auf der oben genannten Bestimmung.

Im einzelnen können folgende Einrichtungen verwendet werden.

Bei einer Werkzeugmaschine, bei der das Wellengehäuse elektrisch gegen den Hauptkörper der Werkzeugmaschine isoliert ist, detektiert die Berührungs erfassungseinrichtung den elektrischen Durchgang zwischen dem Wellengehäuse und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine; und die Berührungsbestimmungs einrichtung stellt die Berührung fest, wenn der elektrische Durchgang einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Die vorerwähnte Einrichtung zeigt, daß die Hauptwelle durch ein Werkzeug und ein bearbeitetes Werkstück in einem elektrischen Kontinuitätszustand mit dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine steht, was es der Berührungserfassungs einrichtung ermöglicht, die durch die Berührung der Hauptwelle mit dem Wellengehäuse verursachte elektrische Kontinuität zu detektieren. Die Berührungserfassungseinrichtung detektiert den Durchgang zwischen der Hauptwelle und dem Wellengehäuse und sie überprüft dann den durch den Durchgang verursachten elektrischen Strom oder dergleichen, mit dem Ergebnis, daß das Vorhandensein der Berührung festgestellt wird. Bei der Erfassung oder Bestimmung handelt es sich um die Bestimmung des durch die Berührung verursachten elektrischen Durchgangs, so daß eine zuverlässige Berührungs bestimmung erfolgen kann.

Die Berührungserfassungseinrichtung besteht aus einer akustischen AE-Sensorer fassungsemission, die im Wellengehäuse erzeugt wird; und die Berührungsbestimmungseinrichtung stellt das Vorliegen der Berührung fest, wenn das vom AE-Sensor ausgesandte Ausgabesignal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Die vorerwähnte Einrichtung zeigt, daß die Berührungserfassungseinrichtung die akustische Emission bzw. Schallaussendung erfaßt (AE; eine Erscheinung des Hochfrequenzschalls, der erzeugt wird, wenn eine in einem Festkörper akkumulierte Torsionsenergie bei plastischer Verformung oder Zerstörung des Festkörpers freigegeben wird), welche im Wellengehäuse durch gegenseitige Berührung der Hauptwelle und des Wellengehäuses erzeugt wird; und die Berührungsbestimmungs einrichtung führt die Berührungsbestimmung durch.

Die Werkzeugmaschinenstruktur ist so beschaffen, daß die Operationen leicht durch den AE-Sensor, oder dergleichen, durchgeführt werden könnten.

Die Berührungserfassungseinrichtung ist ein Beschleunigungsvibrationsmesser, der die Vibration des Wellengehäuses erfaßt; und die Berührungsbestimmungs einrichtung stellt die Berührung fest, wenn das vom Beschleunigungs vibrationsmesser ausgesandte Signal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Entsprechend der vorerwähnten Struktur wird die im Wellengehäuse durch gegenseitige Berührung der Hauptwelle und des Wellengehäuses erzeugte Vibration durch die Berührungserfassungseinrichtung detektiert, und die Berührungs feststellung wird durch die Berührungsbestimmungseinrichtung getroffen.

Die Werkzeugmaschinenstruktur ist so ausgebildet, daß die Operationen auf einfache Weise durch den Beschleunigungsvibrationsmesser, oder dergleichen, durchgeführt werden können.

Bei der Werkzeugmaschine, bei der das Wellengehäuse elektrisch gegen den Hauptkörper der Werkzeugmaschine isoliert ist, detektiert die Berührungserfassungseinrichtung die zwischen dem Wellengehäuse und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine erzeugte elektrostatische Kapazität; und die Berührungsbestimmungseinrichtung stellt den Berührungszustand fest, wenn die elektrostatische Kapazität einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Gemäß der obigen Struktur steht die Hauptwelle im elektrischen Kontinuitätszustand mit dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine durch das Werkzeug und das bearbeitete Werkstück. Die Hauptwelle und das Wellengehäuse stehen einander benachbart gegenüber, um durch die Luftlager leicht voneinander in einem Zustand beabstandet zu werden, bei dem die Hauptwelle und das Wellengehäuse elektrisch voneinander isoliert sind. Dadurch wird eine elektrostatische Kapazität erzeugt, indem die Hauptwelle und das Wellengehäuse als ein Paar von Elektroden wirksam werden. Die erzeugte elektrostatische Kapazität wird durch die Berührungserfassungseinrichtung detektiert und durch gegenseitige Berührung der Hauptwelle und des Wellengehäuses, oder dergleichen, geändert.

Daher detektiert die Berührungserfassungseinrichtung die zwischen der Hauptwelle und dem Wellengehäuse erzeugte elektrostatische Kapazität, und die Berührungsbestimmungseinrichtung kann die Feststellung der Berührung durchführen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung, die nachfolgend kurz beschrieben wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das die fünfte Ausführungsform der gemäß vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das die sechste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 7 ein Diagramm, das einen Resonanzzustand bei der sechsten Ausführungsform veranschaulicht; und

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Schneidablauferfassung bei der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Grundstruktur der ersten Ausführungsform

Gemäß Fig. 1 weist eine Werkzeugmaschine 1 der Ausführungsform einen Tisch 4 zum Plazieren eines bearbeiteten Werkstückes 3 auf der Basis 2 sowie einen Ständer bzw. eine Säule 5 an einem Ende der Basis 2 auf.

Ein Hauptwellenkopf 10 wird von der Säule 5 getragen und ist mit einem Werkzeug 12 zum Schneiden und spanabhebenden Bearbeiten am Ende der Hauptwelle 11 drehbar im Hauptwellenkopf 10 angeordnet.

Übrigens ist zwischen der Hauptwelle 10 und der Säule 5 eine Isolation 101 zusammenhängend angebracht, um den Hauptwellenkopf 10 von der Säule 5, der Basis 2, dem Tisch 4 usw. elektrisch zu isolieren.

Der Hauptwellenkopf 10 und der Tisch 4 sind dreidimensional ausgebildet und werden durch ein Bewegungssystem (nicht dargestellt) relativ zueinander bewegt, wodurch das Werkzeug 12 mit dem Werkstück 3 in Berührung gebracht wird, um die schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung durchzuführen.

Die Relativbewegung wird auf der Basis eines von einem NC-System 20 gelieferten Betriebsbefehl durchgeführt. Das NC-System 20 ist ein bestehendes System, das verschiedene Betriebsbefehle auf der Basis von für die Bearbeitung vorgesehenen Programmen ausgibt.

Der Hauptwellenkopf 10 weist ein Wellengehäuse 13 auf und benutzt ein Konstantdruck-Luftlager zum Tragen der Hauptwelle 11.

Die Hauptwelle 11 trägt einen Flansch 111 an einem Abschnitt des Wellengehäuses 13 sowie die Konstantdruck-Luftlager 14, 15 und 16, von denen eines unter dem Flansch 11 zum Werkzeug 12 hin in radialer Richtung angeordnet ist, während die anderen beiden Lager über dem Flansch 111 in radialer Richtung angeordnet sind. Weiter ist ein Paar von Konstantdruck-Luftlagern 17 und 18 in axialer Richtung angeordnet, wobei sie den Flansch 111 zu beiden Seiten sandwichartig umgeben.

Unter hohem Druck stehende Luft wird den Konstantdruck-Luftlagern 14 bis 18 zugeführt, wodurch die Hauptwelle 11 schwimmend unter Einhaltung eines vorbestimmten Lagerspiels in jedem der Lager 14 bis 18 gehalten wird, so daß sie zum Drehen im Wellengehäuse 13 in radialer Richtung und in axialer Richtung abgestützt wird.

In diesem Zustand berührt die Hauptwelle 11, wenn sie sich in einem normalen Zustand befindet, nicht das Wellengehäuse 13, so daß die Hauptwelle 11 und das Wellengehäuse 13 elektrisch voneinander isoliert sind.

Übrigens steht die Hauptwelle 11, wenn das Werkstück 3 aus einem Metall besteht, in einem elektrischen Kontinuitätszustand mit dem Tisch 4, der Basis 2 und der Säule 5, und zwar durch das Werkzeug 12 und das Werkstück 3.

An der vom Werkzeug 12 abgekehrten entgegengesetzten Seite des Wellengehäuses 13 ist ein eingebauter Motor 19 zum drehbaren Antreiben der Hauptwelle 11 befestigt.

Der eingebaute Motor 19 ist ein Induktionsmotor und wird zum Drehen der Hauptwelle 11 und des Werkzeugs 12 durch einen Motortreiber (nicht dargestellt) auf der Basis des vom NC-System 20 gelieferten Betriebsbefehls gesteuert.

Hauptwellen-Störungszustanddetektor der ersten Ausführungsform

Bei der wie beschrieben aufgebauten Werkzeugmaschine ist ein den elektrischen Durchgang erfassender Typ eines Hauptwellen-Störungszustandsdetektors 30 vorgesehen.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 30 umfaßt eine Berührungserfassungseinrichtung 31 zum Detektieren der elektrischen Kontinuität zwischen dem Wellengehäuse 13 und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1, sowie eine Berührungsbestimmungseinrichtung 32 zum Durchführen einer Berührungsfeststellung auf der Basis einer Ausgabe der Berührungserfassungseinrichtung 31.

Übrigens meint der Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1 Abschnitte unter Ausschluß des Hauptwellenkopfes 10, der Basis 2, des Tisches 4, der Säule 5 und dergleichen.

Die Berührungserfassungseinrichtung 31 weist ein Kabel 311 auf, das an einem Ende des Kabels 311 mit dem Wellengehäuse 13 verbunden ist, sowie ein Kabel 312, das mit einem Ende des Kabels 312 an die Basis 2 angeschlossen ist, bei dem ein Widerstand 313 und eine Gleichstrom-Energieversorgung 314 in Reihe zwischen die anderen Enden der Kabel 311 und 312 geschaltet sind. Beide Enden des Widerstandes 313 sind jeweils an ein Paar von Eingangsanschlüssen einer Differentialverstärkerschaltung 315 angeschlossen. In diesem Zustand besteht kein elektrischer Durchgang zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13, wenn sich die Hauptwelle 11 in einem Zustand befindet, in welchem das Wellengehäuse 13 nicht berührt wird.

Wenn aber die Hauptwelle 11 das Wellengehäuse 13 durch Verformung unter einer Überbelastung berührt, werden die Welle 11 und das Wellengehäuse 13 in einen Kontinuitäts- bzw. ungetrennten Zustand gebracht.

Genauer gesagt wird ein geschlossener Kreis vom Wellengehäuse 13 durch die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Werkstück 3, den Tisch 4, die Basis 2, das Kabel 312, die Gleichstromversorgung 314, den Widerstand 313 und das Kabel 311 zum Wellengehäuse 13 gebildet, in welchem an beiden Enden des Widerstandes 313 eine vorbestimmte Spannung erzeugt wird.

Die Spannung wird an beiden Enden des Widerstandes 313 erzeugt, woraufhin die Differentialverstärkerschaltung 315 eine Signalausgabe als Reaktion auf die Spannung erzeugt. Die Signalausgabe wird an die Berührungsbestimmungseinrichtung 32 geliefert.

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 32 umfaßt eine Vergleichsschaltung 321, die aus einem Komparator usw., sowie einem Schwellenwertspeicher 322 besteht, der Schwellenwerte als Vergleichsstandard speichert.

Die Vergleichsschaltung 321 vergleicht das von der Berührungserfassungseinrichtung 31 gelieferte Ausgangssignal mit dem vom Schwellenwertspeicher 322 gelieferten Schwellenwert. Demgemäß bestimmt die Vergleichsschaltung 321, daß Durchgang besteht, wenn die Signalausgabe den Schwellenwert überschreitet und dann ein Störungssignal, das anzeigt, daß eine Berührung besteht, an das NC-System 20 liefert.

Das NC-System 20 unterrichtet nach Empfang des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 über einen Störungsstopp, um die Hauptwelle als präventive Maßnahme sofort anzuhalten, um so ein durch die anomale Berührung verursachtes Festfressen usw. zu vermeiden.

Im übrigen dient die Bestimmung dazu festzustellen, ob die Berührung einen Durchgang verursacht, bei der als Schwellenwert 0 oder ein kleiner Wert, um Rauschen zu umgehen, erforderlich ist.

Anstatt der Gleichstromversorgung 314 kann auch eine Wechselstromversorgung verwendet werden.

Wirkungen der ersten Ausführungsform

Gemäß der bis jetzt beschriebenen Ausführungsform wird der Berührungszustand der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 als Vorhandensein eines elektrischen Durchgangs durch die Berührungserfassungseinrichtung 31 erfaßt, und dann bestimmt die Berührungsbestimmungseinrichtung 32 das Bestehen der Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 auf der Basis des Durchgangs. Dann werden automatische, bestimmte präventive Maßnahmen, wie etwa das Stoppen der Hauptwelle der Werkzeugmaschine usw., auf der Basis der obigen Feststellung getroffen.

In diesem Zeitpunkt kann durch Benutzen des eingebauten Motors 19 und dem zusammenhängenden Vorsehen der Isolation 101 zwischen dem Wellengehäuse 13 und der Säule 5 eine elektrische Isolierung, hergestellt aus Gründen, die die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 nicht betreffen, bewirkt werden, so daß kein elektrischer Durchgang erzeugt wird, wenn sich die Hauptwelle 11 und das Wellengehäuse 13 in einem normalerweise nicht berührenden Zustand befinden.

Die Hauptwelle 11 befindet sich im elektrischen Durchgangszustand mit dem Hauptkörper der Maschine 1 durch das Werkzeug 12 und das Werkstück 3, so daß der elektrische Durchgang, die herbeigeführt wird, wenn sich die Hauptwelle 11 und das Wellengehäuse 13 einander berühren, durch die Berührungserfassungseinrichtung 31 detektiert werden kann.

Die Erfassung oder die Bestimmung besteht im Feststellen der durch die Berührung herbeigeführten elektrischen Kontinuität, so daß eine zuverlässige Berührungsbestimmung durchgeführt werden kann.

Grundstruktur der zweiten Ausführungsform

In Fig. 2 sind die Werkzeugmaschine 1, die Basis 2, das bearbeitete Werkstück 3, der Tisch 4, die Säule 5, der Hauptwellenkopf 10, die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Wellengehäuse 13, die Konstantdruck-Luftlager 14 bis 18, der eingebaute Motor 19 und das NC-System 20, die bei der Ausführungsform verwendet werden, die gleichen wie bei der obigen ersten Ausführungsform, so daß die Beschreibung bei Verwendung der gleichen Bezugszeichen ausgelassen wird.

Im übrigen wird die elektrische Isolation, oder dergleichen, nicht speziell zwischen dem Hauptwellenkopf 10 und der Säule 5 benötigt.

Hauptwellen-Störungszustandsdetektor der zweiten Ausführungsform

Ein akustischer Emissionserfassungstyp-Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 40 ist in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 1 untergebracht.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 40 umfaßt einen AE-Sensor 41 zum Erfassen der im Wellengehäuse 13 erzeugten akustischen Emission, sowie eine Berührungsbestimmungseinrichtung 42 zum Durchführen der Berührungsbestimmung auf der Basis der Ausgabe des AE-Sensors 41.

Der AE-Sensor 41 ist an einem Endabschnitt des Wellengehäuses 13 in Richtung der Befestigungsseite des Werkzeugs 12 vorgesehen und erfaßt die im Wellengehäuse 13 erzeugte AE und gibt ein entsprechendes Signal aus.

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 42 umfaßt: eine Verstärkerschaltung 421, die das vom AE-Sensor 41 gelieferte AE-Signal verstärkt; eine Amplituden- Diskriminierungsschaltung 422 zum Messen der Amplitude des verstärkten AE- Signals; eine Vergleichsschaltung 423, die aus einem Komparator usw. besteht; und einen Schwellenwertspeicher 424, der Schwellenwerte als Vergleichsstandard speichert.

Die Vergleichsschaltung 423 vergleicht das Signal, das die Größe der Amplitude der AE anzeigt, das von der Amplituden-Diskriminierungsschaltung 422 ausgegeben wird, mit dem vom Schwellenwertspeicher 424 gelieferten Schwellenwert. Als Ergebnis bestimmt die Vergleichsschaltung 423, daß eine Kontinuität besteht, wenn die Größe der Amplitude den Schwellenwert überschreitet, und sie liefert dann ein Störungssignal, das anzeigt, daß eine Störung besteht, an das NC-System 20.

Das NC-System 20 unterrichtet nach Empfang des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 über einen Störungsstopp, um die Hauptwelle als präventive Maßnahme sofort anzuhalten, um so ein Festfressen usw., verursacht durch die anomale Berührung, zu vermeiden.

Im übrigen kann als Schwellenwert ein AE-Amplitudenwert, gemessen im normalen Zustand, in welchem die Hauptwelle 11 das Wellengehäuse 13 nicht berührt, oder dergleichen, verwendet werden.

Wirkungen der zweiten Ausführungsform

Gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform wird der Berührungszustand der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 als akustische Emission durch den AE- Sensor 41 erfaßt, und dann wird die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 durch die Berührungsbestimmungseinrichtung 42 auf der Basis des AE-Signals festgestellt. Somit basieren automatische, und bestimmte präventive Maßnahmen, wie etwa das Stoppen der Hauptwelle der Werkzeugmaschine usw. auf der obigen Bestimmung.

Die Struktur der Werkzeugmaschine 1 ist so gestaltet, daß die Operationen einfach durch den AE-Sensor 41, oder dergleichen, durchgeführt werden können.

Grundstruktur der dritten Ausführungsform

In Fig. 3 sind die Werkzeugmaschine 1, die Basis 2, das bearbeitete Werkstück 3, der Tisch 4, die Säule 5, der Hauptwellenkopf 10, die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Wellengehäuse 13, die Konstantdruck-Luftlager 14 bis 18, der eingebaute Motor 19 und das NC-System 20, die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, die gleichen wie bei der vorerwähnten ersten Ausführungsform, so daß die Beschreibung bei Verwendung der gleichen Bezugszeichen ausgelassen wird.

Im übrigen wird die elektrische Isolierung, oder dergleichen, zwischen dem Hauptwellenkopf 10 und der Säule 5 nicht speziell benötigt.

Hauptwellen-Störungszustandsdetektor der dritten Ausführungsform

Ein akustischer Emissionserfassungstyp des Hauptwellen-Störungszustandsdetektors 43 ist in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 1 vorgesehen.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 43 besitzt einen AE-Sensor 41, der die im Wellengehäuse 13 erzeugte akustische Emission erfaßt, sowie eine Berührungsbestimmungseinrichtung 44 zum Durchführen der Berührungsfeststellung auf der Basis der Ausgabe des AE-Sensors 41.

Der AE-Sensor 41 ist an einem Endabschnitt des Wellengehäuses 13 in Richtung zur Befestigungsseite des Werkzeugs 12 hin vorgesehen, und er erfaßt das im Wellengehäuse 13 (dem gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform) erzeugte AE-Signal und gibt es aus.

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 44 umfaßt: eine Verstärkerschaltung 441 zur Verstärkung des vom AE-Sensor 41 gelieferten AE-Signals; eine Amplituden- Diskriminierungsschaltung 442, die die Amplitude des verstärkten AE-Signals mißt; und eine A/D-Wandlerschaltung 443 zum Umwandeln des Amplitudensignals in eine digitale Form.

Weiter sind als Bestandteil der Berührungsbestimmungseinrichtung 44 ein durch Software betriebener Vergleichsberechnungsbereich 444 sowie ein Schwellenwertspeicher 445 zum Speichern von Schwellenwerten als Standard des Vergleichs im NC-System 20 vorgesehen.

In der Berührungsbestimmungseinrichtung 44 wird das vom AE-Sensor 41 gelieferte AE-Signal als digitales Signal, das die Amplitudengröße des AE-Signals anzeigt, durch die Verstärkerschaltung 441, die Amplituden-Diskriminierungsschaltung 442 und die A/D-Wandlerschaltung 443 an das NC-System 20 geliefert.

Im NC-System 20 vergleicht der Vergleichsberechnungsbereich 444 das die Größe der Amplitude des AE-Signals anzeigende Signal mit dem vom Schwellenwertspeicher 445 gelieferten Schwellenwert. Als Ergebnis bestimmt der Vergleichsberechnungsbereich 444, daß eine Kontinuität besteht, wenn die Größe der Amplitude den Schwellenwert überschreitet, und er liefert dann ein Störungssignal, das anzeigt, daß eine Berührung entstanden ist, an einen Operationscontroller 21.

Der Operationscontroller 21 unterrichtet nach Empfangen des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 über einen Störungsstopp, um die Hauptwelle als präventive Maßnahme unmittelbar anzuhalten, um ein Festfressen usw., verursacht durch die anomale Berührung, zu vermeiden.

Übrigens kann, was den Schwellenwert anbetrifft, ein im normalen Zustand gemessener AE-Amplitudenwert, der anzeigt, daß die Hauptwelle 11 das Wellengehäuse 13 nicht berührt, oder dergleichen, verwendet werden.

Wirkungen der dritten Ausführungsform

Gemäß der insoweit beschriebenen Ausführungsform wird der Berührungszustand der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 durch den AE-Sensor 41 als akustische Emission erfaßt, und dann wird die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 durch die Berührungsbestimmungseinrichtung 42 auf der Basis des AE-Signals bestimmt. Somit werden automatische und bestimmte präventive Messungen, wie etwa, daß die Hauptwelle der Werkzeugmaschine stoppt usw., auf der Basis der obigen Bestimmung gemessen.

Die Struktur der Werkzeugmaschine 1 ist so beschaffen, daß die Operationen einfach durch den AE-Sensor 41, oder dergleichen, durchgeführt werden können.

Weiter sind der Vergleichsberechnungsbereich 444 und der Schwellenwertspeicher 445 im NC-System 20 gebildet und werden daher leicht durch Software erreicht, und sie ermöglichen es, daß Einstellungsänderungen, wie etwa die des für jedes der unterschiedlichen Werkzeuge 12 passenden Schwellenwertes usw., leicht ausgeführt werden können.

Es kann jedoch in einigen Fällen Zeit in Anspruch nehmen, die Recheneinrichtung im NC-System 20 zu betreiben, so daß eine spezifische Hardware, wie die bei der erwähnten zweiten Ausführungsform, oder dergleichen, leichter adaptierbar sein kann.

Grundstruktur der vierten Ausführungsform

In Fig. 4 sind die Werkzeugmaschine 1, die Basis 2, das bearbeitete Werkstück 3, der Tisch 4, die Säule 5, der Hauptwellenkopf 10, die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Wellengehäuse 13, die Konstantdruck-Luftlager 14 bis 18, der eingebaute Motor 19 und das NC-System 20, die in der Ausführungsform verwendet werden, die gleichen wie bei der vorerwähnten ersten Ausführungsform, so daß die Beschreibung bei Verwendung der gleichen Bezugszeichen ausgelassen wird.

Im übrigen wird die elektrische Isolation, oder dergleichen, zwischen dem Hauptwellenkopf 10 und der Säule 5 nicht speziell benötigt.

Hauptwellen-Störungszustandsdetektor der vierten Ausführungsform

In der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 1 ist ein Vibrationserfassungstyp eines Hauptwellen-Störungszustandsdetektors 50 untergebracht.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 50 besitzt einen Beschleunigungsvibrationsmesser 51 zum Erfassen der im Wellengehäuse 13 erzeugten Vibration, sowie eine Berührungsbestimmungseinrichtung 52 zum Durchführen der Berührungsbestimmung auf der Basis der Ausgabe des Beschleunigungsvibrationsmessers 51.

Der Beschleunigungsvibrationsmesser 51 ist an einem Endabschnitt des Wellengehäuses 13 in Richtung zur Befestigungsseite des Werkzeugs 12 hin vorgesehen und erfaßt die im Wellengehäuse 13 erzeugte Vibration und gibt sie als Signal aus.

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 52 umfaßt: eine Verstärkerschaltung 521 zum Verstärken des vom Beschleunigungsvibrationsmesser 51 ausgegebenen Signals; eine RMS-Schaltung 522 zum Umwandeln einer Amplitudenänderung des verstärkten Signals in eine Pegeländerung; eine Vergleichsschaltung 523, bestehend aus einem Komparator usw.; und einen Schwellenwertspeicher 524 zum Speichern von Schwellenwerten als Standard des Vergleichs.

Die Vergleichsschaltung 523 vergleicht das Signal, das die Größe der Amplitude des von der RMS-Schaltung 522 gelieferten Vibrationssignals anzeigt, mit dem vom Schwellenwertspeicher 524 gelieferten Schwellenwert; sie bestimmt, daß eine Kontinuität besteht, wenn die Größe der Amplitude den Schwellenwert überschreitet; und sie liefert ein Störungssignal, das das Entstehen der Berührung anzeigt, an das NC-System 20.

Das NC-System 20 unterrichtet nach Empfangen des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 über einen Störungsstopp, um die Hauptwelle als präventive Maßnahme zur Vermeidung eines durch die anomale Berührung verursachten Festfressen usw. unmittelbar anzuhalten.

Was übrigens den Schwellenwert anbetrifft, kann ein von der RMS-Schaltung 522 im normalen Zustand ausgegebener Wert, wonach die Hauptwelle 11 das Wellengehäuse 13 nicht berührt, benutzt werden.

Wirkungen der vierten Ausführungsform

Gemäß der wie bisher beschriebenen Ausführungsform wird die durch Berühren der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 erzeugte Vibration durch den Beschleunigungsvibrationsmesser 51 erfaßt, und dann wird die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 durch die Berührungsbestimmungseinrichtung 52 auf der Basis des erfaßten Signals bestimmt. Automatische und bestimmte präventive Maßnahmen, wie etwa, daß die Hauptwelle der Werkzeugmaschine stoppt usw., basieren auf der obigen Bestimmung.

Die Struktur der Werkzeugmaschine 1 ist so beschaffen, daß die Operationen einfach durch den Beschleunigungsvibrationsmesser 51, oder dergleichen, durchgeführt werden können.

Grundstruktur der fünften Ausführungsform

In Fig. 5 sind die Werkzeugmaschine 1, die Basis 2, das bearbeitete Werkstück 3, der Tisch 4, die Säule 5, der Hauptwellenkopf 10, die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Wellengehäuse 13, die Konstantdruck-Luftlager 14 bis 18, der eingebaute Motor 19 und das NC-System 20, die in der Ausführungsform verwendet werden, die gleichen wie bei der vorerwähnten ersten Ausführungsform, so daß die Beschreibung bei Verwendung der gleichen Bezugszeichen ausgelassen wird.

Hauptwellen-Störungszustandsdetektor der fünften Ausführungsform

Ein Vibrationserfassungstyp-Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 53 ist in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 1 untergebracht.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 53 weist einen Beschleunigungsvibrationsmesser 51 auf, der die im Wellengehäuse 13 erzeugte Vibration erfaßt, und er weist eine Berührungsbestimmungseinrichtung 54 zum Durchführen der Berührungsbestimmung auf der Basis der Ausgabe des Beschleunigungsvibrationsmessers 51 auf.

Der Beschleunigungsvibrationsmesser 51 ist an einem Endabschnitt des Wellengehäuses 13 zur Befestigungsseite des Werkzeugs 12 hin vorgesehen und erfaßt die im Wellengehäuse 13 erzeugte Vibration und gibt ein entsprechendes Signal aus (in gleicher Weise wie bei der vierten Ausführungsform).

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 54 umfaßt: eine Verstärkerschaltung 541, die das vom Beschleunigungsvibrationsmesser 51 gelieferte Signal verstärkt; eine RMS-Schaltung 542, die eine Amplitudenänderung des verstärkten Signals in eine Pegeländerung umwandelt; und eine A/D-Wandlerschaltung 543, die das Pegelsignal in eine digitale Form umwandelt.

Weiter sind als Teil der Berührungsbestimmungseinrichtung 54 ein Vergleichsberechnungsbereich 544, der durch Software betrieben wird, und ein Schwellenwertspeicher 545, der Schwellenwerte als Standard für den Vergleich speichert, im NC-System 20 vorgesehen.

Von der Berührungsbestimmungseinrichtung 54 wird das vom Beschleunigungsvibrationsmesser 51 gelieferte Signal als digitales Signal, welches die Größe der Amplitudenvibration wiedergibt, durch die Verstärkerschaltung 541, die RMS-Schaltung 542 und die A/D-Wandlerschaltung 543 zum NC-System 20 übermittelt.

Im NC-System 20 vergleicht der Vergleichsberechnungsbereich 544 das die Größe der Amplitude anzeigende Signal mit dem vom Schwellenwertspeicher 545 gelieferten Schwellenwert. Als Ergebnis bestimmt der Vergleichsberechnungsbereich 544, daß Kontinuität besteht, wenn die Amplitudengröße den Schwellenwert überschreitet, und sie liefert dann ein Störungssignal an den Betriebscontroller 21, das anzeigt, daß eine Berührung erfolgt ist.

Der Betriebscontroller 21 unterrichtet nach Empfang des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 über einen Störungsstopp, um sofort die Hauptwelle als präventive Maßnahme anzuhalten, um ein Festfressen usw., zu vermeiden, das durch die anomale Berührung usw., verursacht worden ist.

Im übrigen kann als Schwellenwert ein Amplitudenwert der Vibration benutzt werden, der im normalen Zustand gemessen worden ist, wonach die Hauptwelle 11 das Wellengehäuse 13 nicht berührt.

Wirkungen der fünften Ausführungsform

Gemäß der insoweit beschriebenen Ausführungsform wird die durch Berührung der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 erzeugte Vibration durch den Beschleunigungsvibrationsmesser 51 erfaßt, und dann wird die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Gehäuse 13 durch die Berührungsbestimmungseinrichtung 54 auf der Basis des erfaßten Signals festgestellt. Somit basieren die automatischen und bestimmten präventiven Maßnahmen im Falle, daß die Hauptwelle der Werkzeugmaschine stoppt usw., auf der Basis der obigen Bestimmung.

Die Struktur der Werkzeugmaschine 1 ist so gestaltet, daß die Operationen einfach durch den Beschleunigungsvibrationsmesser 51, oder dergleichen, durchgeführt werden können.

Weiter sind der Vergleichsberechnungsbereich 544 und der Schwellenwertspeicher 545 im NC-System 20 ausgebildet und werden dadurch leicht durch Software gestaltet, und sie ermöglichen die leichte Durchführung des Einstellens von Änderungen, wie etwa des für die unterschiedlichen Werkzeuge 12 geeigneten Schwellenwertes.

Es kann allerdings in einigen Fällen Zeit in Anspruch nehmen, die Berechnung im NC-System 20 durchzuführen, so daß eine spezifische Hardware wie die bei der vorerwähnten vierten Ausführungsform, oder dergleichen, weiter anwendbar sein kann.

Grundstruktur der sechsten Ausführungsform

In Fig. 6 sind die Werkzeugmaschine 1, die Basis 2, das bearbeitete Werkstück 3, der Tisch 4, die Säule 5, der Hauptwellenkopf 10, die Hauptwelle 11, das Werkzeug 12, das Wellengehäuse 13, die Konstantdruck-Luftlager 14 bis 18, der eingebaute Motor 19 und das NC-System 20, die in der Ausführungsform verwendet werden, die gleichen wie bei der vorerwähnten ersten Ausführungsform, so daß die Beschreibung bei Verwendung der gleichen Bezugszeichen ausgelassen wird.

Im übrigen ist die Isolierung 101 einheitlich zwischen dem Hauptwellenkopf 10 und der Säule 5 plaziert, um den Hauptwellenkopf 10 gegen die Säule 5, die Basis 2, den Tisch 4 usw. zu isolieren.

Hauptwellen-Störungszustandsdetektor der sechsten Ausführungsform

Ein Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 60 des auf der elektrostatischen Kapazität basierenden Typs ist in der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 1 eingebaut.

Der Hauptwellen-Störungszustandsdetektor 60 weist auf: eine auf der elektrostatischen Kapazität basierende Erfassungseinrichtung 61 zum Erfassen von Änderungen der elektrostatischen Kapazität, die zwischen dem Wellengehäuse 13 und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1 erzeugt wird; eine Berührungsbestimmungseinrichtung 62 zur Durchführung der Berührungsbestimmung auf der Basis der Ausgabe; und eine Schneidverlaufs- Erfassungseinrichtung 63, die detektiert, daß die schneidende bzw. spanabhebende Bearbeitung begonnen hat.

Im übrigen betrifft der Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1 Abschnitte mit Ausnahme des Hauptwellenkopfes 10, der Basis 2, des Tisches 4, der Säule 5 usw.

Das Wellengehäuse 13 ist elektrisch gegen den Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1 und gegen die Hauptwelle 11 isoliert; die Hauptwelle 11 und das Wellengehäuse 13 werden einander entgegengesetzt angrenzend durch die Luftlager 14 bis 18 gehalten, und bei der normalen schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung wird eine vorbestimmte elektrostatische Kapazität Cx zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 erzeugt.

Die Einrichtung 61 zur Erfassung der elektrostatischen Kapazität weist ein Kabel 611 auf, das mit einem Ende an das Wellengehäuse 13 angeschlossen ist sowie ein Kabel 612, das mit einem Ende an die Basis 2 angeschlossen ist, wobei eine Sekundärwicklung 614 eines Transformators 613 und ein Widerstand 615 in Reihe zwischen die anderen Enden der Kabel 611 und 612 geschaltet sind.

Auf diese Weise wird durch die zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 hervorgerufene elektrostatische Kapazität Cx eine Resonanzschaltung 616 konfiguriert, beginnend von der Hauptwelle 11, durch das Werkzeug 12, das Werkstück 3, den Tisch 4, die Basis 2, das Kabel 612, den ohmschen Widerstand R des Widerstandes 615, die Induktivität L der Sekundärwicklung 614, dem Kabel 611 bis zum Wellengehäuse 13.

Ein Hochfrequenz-Oszillator 618 ist an eine Primärwicklung 617 des Transformators 613 angeschlossen, so daß der Resonanzkreis 616 durch die Resonanzfrequenz fo (vgl. Fig. 7) erregt wird, entsprechend den Größen Cx. R und L des Resonanzkreises 616.

Der Resonanzkreis 616 ist an einen Kondensator 619 zum Schützen des Resonanzkreises 616 parallel zur Sekundärwicklung 614 und zum Widerstand 615 angeschlossen.

Der Spannungsausgang des Resonanzkreises 616 ist an die Berührungsbestimmungseinrichtung 62 angeschlossen.

Die Berührungsbestimmungseinrichtung 62 umfaßt: eine Verstärkerschaltung 621 zum Verstärken der von dem Resonanzkreis 616 gelieferten Spannungsausgabe; eine RMS-Schaltung 622 zum Umwandeln einer Amplitudenänderung des verstärkten Signals in eine Pegeländerung; eine Torschaltung 623, die das Signal von der RMS- Schaltung 622 als Reaktion auf ein Torsignal unterbricht, das von der Schneidverlaufs-Erfassungseinrichtung 63 geliefert wird; eine Vergleichsschaltung 624, bestehend aus einem Komparator usw.; und einen Schwellenwertspeicher 625, der Schwellenwerte als Standard für den Vergleich speichert.

Die Vergleichsschaltung 624 vergleicht das von der RMS-Schaltung 622 gelieferte Signal, wenn sich die Torschaltung 623 im Kontinuitätszustand befindet, mit dem vom Schwellenwertspeicher 625 gelieferten Schwellenwert. Als Ergebnis bestimmt die Vergleichsschaltung 624 den normalen Zustand, wenn das von der RMS- Schaltung 622 gelieferte Signal den Schwellenwert überschreitet (Bereich N in Fig. 7); doch stellt sie den Störungszustand fest, wenn das Signal kleiner als der Schwellenwert ist (Bereich E in Fig. 7) und liefen ein Störungssignal an das NC- System 20, das anzeigt, daß eine Berührung entstanden ist.

Genauer gesagt wird, wenn die elektrostatische Kapazität zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 den erforderlichen Wert Cx aufweist, die benötigte Resonanz im Resonanzkreis 616 erzeugt, so daß das von der RMS-Schaltung 622 gelieferte Signal einen hohen Pegel aufweist. Wenn nun die Hauptwelle 11 durch Verformung, oder dergleichen, berührt wird, schwankt die elektrostatische Kapazität von Cx. Dadurch wird die benötigte Resonanz in der Resonanzschaltung 616 nicht erzeugt, so daß das von der RMS-Schaltung 622 gelieferte Signal verringert wird. Dementsprechend ist es möglich, mit dem vorbestimmten Schwellenwert zwischen dem Bereich N und dem Bereich E zu unterscheiden.

Im übrigen kann als Schwellenwert ein aktueller Wert des Signals, oder dergleichen, benutzt werden, das von der RMS-Schaltung 622 in einem Zustand geliefert wird, bei dem eine Verformung kurz bevor die Hauptwelle 11 berührt wird, erzeugt wird.

Das NC-System 20 informiert nach Empfangen des Störungssignals die Werkzeugmaschine 1 von einem Störungsstopp, um sofort die Hauptwelle als präventive Maßnahme zu stoppen, so daß ein durch das anomale Berühren verursachtes Festfressen usw., vermieden wird.

Die Torschaltung 623 und die Schneidverlaufs-Erfassungseinrichtung 63 sind vorgesehen, um die Bestimmung des Störungszustands zu vermeiden, wenn die elektrostatische Kapazität Cx einen unterschiedlichen Wert im bearbeitungsfreien Prozeß erhält, wenngleich sie den vorbestimmten Wert bei der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung annimmt.

Die Schneidverlaufs-Erfassungseinrichtung 63 weist eine Vergleichsschaltung 631 auf, die aus einem Komparator usw. besteht, sowie einen Schwellenwertspeicher 632, der Schwellenwerte als Vergleichsstandard speichert.

Die Vergleichsschaltung 631 ist an einen Motortreiber 22 angeschlossen, der den eingebauten Motor 19 auf der Basis der Betriebsanweisung des NC-Systems 20 steuert, um die Verbrauchsleistung PW des eingebauten Motors 19 zu erfassen (vgl. den oberen Teil der Fig. 8). Die Vergleichsschaltung 631 vergleicht die Verbrauchsleistung mit dem vom Schwellenwertspeicher 632 gelieferten Schwellenwert. Als Ergebnis stellt sie das Stattfinden der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung fest, wenn die Verbrauchsleistung größer als der Schwellenwert ist, und liefert ein Schneidverlaufssignal CO (vgl. den unteren Teil der Fig. 8) an die Torschaltung 623, wodurch das von der RMS-Schaltung 622 gelieferte Signal der Vergleichsschaltung 624 übermittelt wird.

Im übrigen kann als Schwellenwert auch ein aktueller Wert der Verbrauchsleistung im bearbeitungsfreien Prozeß, oder dergleichen, verwendet werden.

Wirkungen der sechsten Ausführungsform

Gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform wird der Berührungszustand der Hauptwelle 11 und des Wellengehäuses 13 durch die Berührungser fassungseinrichtung 61 als Änderung der elektrostatischen Kapazität detektiert. Die Berührungsbestimmungseinrichtung 62 bestimmt die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 auf der Basis der obigen Erfassung. Somit basieren automatische und bestimmte präventive Maßnahmen auf der obigen Bestimmung bzw. Feststellung, wonach die Hauptwelle der Werkzeugmaschine stoppt usw.

In diesem Zustand ist der eingebaute Motor 19 betriebsbereit, die Isolation 101 ist durchgängig zwischen dem Wellengehäuse 13 und der Säule 5 plaziert, und weiter befindet sich die Hauptwelle 11 im elektrischen Kontinuitätszustand mit dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1, und zwar durch das Werkzeug 12 und das Werkstück 3, so daß der Resonanzkreis 616, welcher die elektrostatische Kapazität Cx zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 umfaßt, gebildet werden kann, wodurch der normale Zustand bestimmt wird, wonach sich die Hauptwelle 11 und das Wellengehäuse nicht berühren.

Wenn weiter die elektrostatische Kapazität Cx beim Erhalten des vorbestimmten Wertes bei der schneidenden bzw. spanabhebenden Bearbeitung im bearbeitungsfreien Betrieb verschieden ist, schützt ihn die Torschaltung 623 und die Schneidverlaufs-Erfassungseinrichtung 63 gegen das Feststellen eines Störungszustandes.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß verschiedene Änderungen, wie etwa die nachfolgend beschriebenen Modifikationen bei ihr verwirklicht werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Derartige Änderungen fallen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Die Schaltungsauslegungen der Kontinuitätserfassungseinrichtung 31 und der Einrichtung 61 zur Erfassung der elektrostatischen Kapazität können bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen in einer Weise geändert werden, daß die gleiche Funktion erzielt wird, und weiter können auch Verkörperungen, Betriebswerte usw. des AE-Sensors 41 und des Beschleunigungsvibrationsmessers 51 in geeigneter Weise geändert werden. Die Berührungserfassungseinrichtung ist nicht auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann insoweit passend geändert werden, daß die Berührung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Wellengehäuse 13 erfaßt wird.

Die Schaltungskonfigurationen der Berührungsbestimmungseinrichtung 32, 42, 44, 52, 54 und 62 jeder der vorerwähnten Ausführungsformen können in geeigneter Weise so geändert werden, daß die gleiche Funktion erzielt wird, und sie können als Antwort auf das von der Berührungserfassungseinrichtung ausgegebene Signal zweckentsprechend definiert werden.

Weiter kann die Form der Werkzeugmaschine 1, die bei der vorliegenden Erfindung getroffen worden ist, in zweckmäßiger Weise geändert werden, d. h., die Anzahl, die Form und die Positionen der die Hauptwelle 11 tragenden Luftlager 14 bis 18 kann passend geändert werden.

Claims

1. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (30, 40, 43, 50, 53, 60) für eine Steuerung einer Werkzeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragen den Hauptwelle (11), welcher eine Berührung zwischen der Hauptwelle (11) und einem Wellengehäuse (13) erfaßt, wobei die Werkzeugmaschine (1), in welcher die Hauptwelle (11) im Wellengehäuse (13) durch ein Luftlager (14, 15, 16, 17, 18) getragen ist, aufweist:
eine Berührungserfassungseinrichtung (31, 41, 51, 61) zum Erfassen einer Zustandsgröße und Ausgeben eines Ausgangssignals, welche einen Berüh rungszustand der Hauptwelle (11) mit dem Wellengehäuse (13) angeben; und
eine Berührungsbestimmungseinrichtung (32, 42, 44, 52, 54, 62) zum Ver arbeiten des Ausgangssignals zum Bestimmen des Berührungszustandes zwischen der Hauptwelle (11) und dem Wellengehäuse (13).

2. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (30) für eine Steuerung einer Werk zeugmaschine (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Wellengehäuse (13) elektrisch gegen die Werkzeugmaschine (1) isoliert ist,
wobei die Berührungserfassungseinrichtung (31) elektrischen Durchgang zwischen dem Wellengehäuse (13) und dem Hauptkörper der Werkzeugma schine (1) detektiert; und
wobei die Berührungsbestimmungseinrichtung (32) die Berührung be stimmt, wenn der elektrische Durchgang einen vorbestimmten Schwellen wert überschreitet.

3. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (30) für eine Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug tragenden Hauptwelle (11) nach An spruch 2,
bei welcher die Berührungserfassungseinrichtung (31) eine Kontinuitätserfas sungsschaltung ist, die eine Gleichstrom-Leistungsversorgung (314) und einen in Reihe geschalteten Widerstand (313) zwischen dem Wellengehäuse (13) und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine (1) sowie eine Differentialverstärker schaltung (315) aufweist, die differentiell die an beiden Enden des Widerstan des (313) erzeugte Spannung verstärkt; und
bei der Berührungsbestimmungseinrichtung (32) einen Schwellenwertspeicher (322), welcher die vorbestimmten Schwellenwerte speichert, und eine Ver gleichsschaltung (321) aufweist, die den im Schwellenwertspeicher (322) ge speicherten Schwellenwert mit einem Ausgabewert der Differentialverstärker schaltung (315) vergleicht.

4. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (40) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug tragenden Hauptwelle (11) nach An spruch 1,
bei welcher die Berührungserfassungseinrichtung ein AE-Sensor (41) ist, der die im Wellengehäuse (13) erzeugte akustische Emission detektiert; und
bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (42) die Berührung be stimmt, wenn das vom AE-Sensor (41) gelieferte Ausgangssignal einen vorbe stimmten Schwellenwert überschreitet.

5. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (40) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 4, bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (42) aufweist:
eine Verstärkerschaltung (421), die das vom AE-Sensor (41) gelieferte Ausga besignal verstärkt; eine Amplitudendiskriminierungsschaltung (422), die einen Amplitudenwert des ausgegebenen Wertes der Verstärkerschaltung (421) mißt;
einen Schwellenwertspeicher (424), der die vorbestimmten Schwellenwerte speichert; und eine Vergleichsschaltung (423), die den im Schwellenwertspei cher (424) gespeicherten Schwellenwert mit dem Ausgabewert der Amplitu dendiskriminierungsschaltung (422) vergleicht.

6. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (43) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 4, bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (44) aufweist:
eine Verstärkerschaltung (441), die das vom AE-Sensor (41) gelieferte Ausga besignal verstärkt; eine Amplitudendiskriminierungsschaltung (442), die einen Amplitudenwert des ausgegebenen Wertes der Verstärkerschaltung (441) mißt;
eine A/D-Wandlerschaltung (443), die den Ausgabewert der Amplituden diskriminierungsschaltung (442) von der analogen Form in eine digitale Form umwandelt; einen Schwellenwertspeicher (445), der die vorbestimmten Schwellenwerte speichert; und einen Vergleichsberechnungsbereich (444), der den im Schwellenwertspeicher (445) gespeicherten Schwellenwert mit dem Ausgabewert der A/D-Wandlerschaltung (443) vergleicht, wobei der Schwel lenwertspeicher (445) und der Vergleichsberechnungsspeicher (444) in einem NC-System (20) vorgesehen sind, das die Werkzeugmaschine (1) steuert.

7. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (50) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 1,
bei welcher die Berührungserfassungseinrichtung ein Beschleunigungsvibrati onsmesser (51) ist, der die Vibration des Wellengehäuses (13) detektiert; und
bei der die Berührungsbestimmungseinrichtung (52) die Berührung bestimmt, wenn das vom Beschleunigungsvibrationsmesser (51) gelieferte Ausgangs signal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

8. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (50) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 7, bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (52) aufweist: eine Verstärkerschaltung (521), die das vom Beschleunigungsvibrationsmesser (51) gelieferte Ausgabesignal verstärkt; eine RMS-Schaltung (522), die eine Amplitudenänderung des Ausgabewertes der Verstärkerschaltung (521) in eine Pegeländerung umwandelt; einen Schwellenwertspeicher (524), der die vorbe stimmten Schwellenwerte speichert; und eine Vergleichsschaltung (523), die den im Schwellenwertspeicher gespeicherten Schwellenwert mit dem Ausga bewert der RMS-Schaltung (522) vergleicht.

9. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (53) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 7, bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (54) aufweist: eine Verstärkerschaltung (541), die die vom Beschleunigungsvibrationsmesser (51) gelieferte Signalausgabe verstärkt; eine RMS-Schaltung (542), die eine Amplitudenänderung des Ausgabewertes der Verstärkungsschaltung (541) in eine Pegeländerung umwandelt; eine A/D-Wandlerschaltung (543), die den Ausgabewert der RMS-Schaltung (542) von einer analogen Form in eine digi tale Form umwandelt; einen Schwellenwertspeicher (545), der die vorbe stimmten Schwellenwerte speichert; und eine Vergleichsrechenschaltung, die den im Schwellenwertspeicher (545) gespeicherten Schwellenwert mit dem Ausgabewert der A/D-Wandlerschaltung (543) vergleicht, wobei der Schwel lenwertspeicher (545) und der Vergleichsberechnungsbereich (544) in einem NC-System (20) vorgesehen sind, das die Werkzeugmaschine (1) steuert.

10. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (60) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 7, eingebaut in die Werkzeugmaschine (1), bei der das Wellengehäu se (13) elektrisch gegen den Hauptkörper der Werkzeugmaschine (1) isoliert ist, wobei die Berührungserfassungseinrichtung (61) die elektrostatische Kapazität detektiert, die zwischen dem Wellengehäuse (13) und dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine erzeugt wird; und bei der die Berührungsbestimmungseinrichtung (62) die Berührung bestimmt, wenn die elektrostatische Kapazität einen vorbestimmten Schwellenwert über schreitet.

11. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (60) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 10,
bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (62) eine Einrichtung (61) zur Erfassung der elektrostatischen Kapazität ist und einen Resonanzkreis (616) aufweist, mit einer elektrischen Kapazität im Zwischenraum zwischen der Hauptwelle (11) und dem Wellengehäuse (13) als ein Element, sowie einen Os zillator aufweist, der einen schwingenden Strom für den Resonanzkreis erzeugt; und
bei der die Berührungsbestimmungseinrichtung (62) aufweist: eine Verstärker schaltung (621), die die vom Resonanzkreis (616) gelieferte Spannungsausgabe verstärkt; eine RMS-Schaltung (622), die die Amplitudenänderung des Ausga bewertes der Verstärkerschaltung (621) in eine Pegeländerung umwandelt; ei nen Schwellenwertspeicher (625), der die vorbestimmten Schwellenwerte spei chert; und eine Vergleichsschaltung (624), die den im Schwellenwertspeicher (625) gespeicherten Schwellenwert mit dem Ausgabewert der RMS-Schaltung (622) vergleicht.

12. Hauptwellen-Störungszustandsdetektor (62) für die Steuerung in einer Werk zeugmaschine (1) mit einer ein Werkzeug (12) tragenden Hauptwelle (11) nach Anspruch 11, bei welcher die Berührungsbestimmungseinrichtung (62) an die Schneidverlaufs-Erfassungseinrichtung (63) angeschlossen ist, welche den Energieverbrauch der Werkzeugmaschine (1) überwacht und ein Torsignal aus gibt, wenn die Werkzeugmaschine (1) gerade eine schneidende und spanabhe bende Bearbeitung durchführt, und wobei die genannte Einrichtung weiter einer Torschaltung (623) aufweist, die zwischen der RMS-Schaltung (622) und der Vergleichsschaltung (624) plaziert ist, um ein von der RMS-Schaltung (622) geliefertes Signal an die Vergleichsschaltung (624) zu übermitteln während sie das Torsignal empfängt.