DE19620972A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von SchleifscheibenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bear
beiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von
Schleifscheiben am Umfang und/oder an der Stirnseite nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Plan- und Rundschleifen von CBN- und Diamantscheiben
erfolgt üblicherweise mit SiC-Scheiben. Angestrebt wird,
den Werkstückscheiben eine ausreichende Planheit an der
Stirnfläche bzw. eine ausreichende Rundheit an der Um
fangsfläche zu verleihen. Bei dieser Bearbeitung ist er
wünscht, daß Rund- und Planlauf in der geforderten Tole
ranz liegen. Der Belag der Werkstückscheibe soll nur so
weit abgetragen werden, wie für die Erzielung einer quali
tativ zufriedenstellenden Endfläche unbedingt erforderlich.
Eine über diesen Punkt hinausgehende Bearbeitung verlän
gert die Bearbeitungszeit und führt zu einem unerwünschten
Abtrag an der Werkstück-, aber auch an der Werkzeugscheibe.
Bisher erfolgte der beschriebene Arbeitsvorgang von Hand.
Der Bediener fährt die Werkzeugscheibe mehr oder weniger
schnell gegen die rotierende Werkstückscheibe, wobei er
Sorge dafür tragen muß, daß der Kontakt zwischen den
Scheiben nicht stoßartig erfolgt, weil andernfalls eine
zusätzliche Unrundheit oder Unebenheit erzeugt werden kann,
die zu beseitigen die Bearbeitungszeit noch erhöht. Wäh
rend des Bearbeitens wählt der Bediener die Zustellung
nach "Gefühl" und beendet den Bearbeitungsvorgang, wenn er
aufgrund seiner Erfahrung den Eindruck hat, daß ausrei
chende Rundheit und Planheit erreicht worden sind. Dies
wird durch anschließende Prüfung sichergestellt. Bei dem
bisher ausgeübten Verfahren sind Fehler nicht auszuschlie
ßen. Außerdem ist es verhältnismäßig aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- und Diamant
belags von Schleifscheiben zu schaffen, das vollständig
automatisch durchgeführt werden kann und einen geringeren
Aufwand verursacht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Schall gemessen, der von der die
Werkstückscheibe antreibenden Spindel erzeugt wird. Bei
vollkommener Rundheit von Spindel und Werkstückscheibe und
bei unwuchtfreier Lagerung dürften bei freidrehendem An
trieb der Scheibe Schwingungen nicht auftreten. In der
Praxis treten sie gleichwohl auf; sie können jedoch durch
entsprechende Filterung oder dergleichen eliminiert werden.
Merklich meßbare und für die Steuerung ausnutzbare Schwin
gungen treten bei der Bearbeitung durch zwei Faktoren auf:
Die Berührung der Werkzeugscheibe mit dem Werkstück und Unrundheit bzw. Unebenheit des Belages der Werkstück scheibe. Die durch Unrundheit verursachten Kraftänderungen, die beim Kontakt von Werkzeugscheibe und Werkstückscheibe bei ihren Umdrehungen auftreten, bewirken entsprechende Schwingungen der Spindel. Wird die Werkzeugscheibe mit vorgegebener einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit gegen den Werkstückbelag gefahren, dann kann dieser Vorgang so fort beendet werden, sobald der Sensor den Kontakt der ab tragenden Scheibe mit der Werkstückscheibe feststellt. Das Signal der Sensoren wird analysiert, wobei relativ einfach zwischen dem berührungsfreien und dem Berührungszustand zwischen den Scheiben dadurch unterschieden werden kann, daß sich seine Amplitude signifikant ändert. Sobald eine Berührung festgestellt wird, wird ein entsprechendes Sig nal auf den zustellantrieb gegeben. Dieser steuert die Geschwindigkeit auf einen deutlich reduzierten Wert her unter, der einer vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit für die Bearbeitung entspricht. Es ist auch denkbar, die Zu stellung stufenweise in vorgegebenen Zeiteinheiten vorzu nehmen.
Die Berührung der Werkzeugscheibe mit dem Werkstück und Unrundheit bzw. Unebenheit des Belages der Werkstück scheibe. Die durch Unrundheit verursachten Kraftänderungen, die beim Kontakt von Werkzeugscheibe und Werkstückscheibe bei ihren Umdrehungen auftreten, bewirken entsprechende Schwingungen der Spindel. Wird die Werkzeugscheibe mit vorgegebener einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit gegen den Werkstückbelag gefahren, dann kann dieser Vorgang so fort beendet werden, sobald der Sensor den Kontakt der ab tragenden Scheibe mit der Werkstückscheibe feststellt. Das Signal der Sensoren wird analysiert, wobei relativ einfach zwischen dem berührungsfreien und dem Berührungszustand zwischen den Scheiben dadurch unterschieden werden kann, daß sich seine Amplitude signifikant ändert. Sobald eine Berührung festgestellt wird, wird ein entsprechendes Sig nal auf den zustellantrieb gegeben. Dieser steuert die Geschwindigkeit auf einen deutlich reduzierten Wert her unter, der einer vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit für die Bearbeitung entspricht. Es ist auch denkbar, die Zu stellung stufenweise in vorgegebenen Zeiteinheiten vorzu nehmen.
Die Bearbeitung erfolgt nach einem vorgegebenen Programm,
das sich nach den geometrischen und Materialverhältnissen
richtet. Solange Planheit bzw. Rundheit noch nicht erzielt
sind, werden, wie beschrieben, an der Spindel für die
Werkstückscheibe spezifische Schwingungen erzeugt, die zur
Anzeige dieses Vorgangs herangezogen werden können. In dem
Augenblick, in dem Rundheit bzw. Planheit erzielt worden
ist, gehen die Schwingungen gegen Null. Der Schleifvorgang
kann beendet und die Werkzeugscheibe in die Ausgangsstel
lung zurückgefahren werden.
Erfindungsgemäß können auch zwei Ultraschallsensoren ver
wendet werden. Sie können so eingesetzt werden, daß ihre
Signale fakultativ oder summierend verwendet werden. Im
letzteren Fall müssen jeweils beide Sensoren den gewünsch
ten Zustand indizieren, damit der Anfahr- bzw. der Bear
beitungsvorgang beendet wird. Es ist auch denkbar, einen
Ultraschallsensor für die Steuerung des Anfahrvorgangs und
den anderen für die Beendigung des Bearbeitungsvorgangs zu
verwenden.
Die Ausgangssignale der Sensoren sind naturgemäß ein Ge
misch verschiedener Frequenzen. Um sie besser zu analysie
ren, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, aus diesen den
Mittelwert durch Glättung zu bilden. Steigt zum Beispiel
der Mittelwert relativ abrupt an, ist dies das Anzeichen
dafür, daß die Werkzeugscheibe die Werkstückscheibe be
rührt hat. Liegt Planheit bzw. Rundheit vor, ergibt der
Mittelwert eine Konstante. Wird über eine vorgegebene Zeit
eine Konstante gemessen, kann der Bearbeitungsvorgang be
endet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen na
her erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Bearbeitung einer Diamant
scheibe mit einer Werkzeugscheibe und einer ent
sprechenden Steuervorrichtung für die Werkzeug
scheibe.
Fig. 2 zeigt das Ausgangssignal eines ersten Sensors bei
einem Umfangsschleifen der Werkstückscheibe nach
Fig. 1 im nicht geglätteten (a) und geglätteten Zu
stand (b).
Fig. 3 zeigt das Ausgangssignal eines ersten Sensors für
das Planschleifen der Werkstückscheibe nach Fig. 1
im nicht geglätteten und geglätteten Zustand.
Fig. 4 zeigt das Ausgangssignal eines zweiten Sensors im
geglätteten und nicht geglätteten Zustand.
Eine Diamantschleifscheibe 10 in Fig. 1 (Werkstückscheibe)
weist einen topfförmigen Trägerkörper 12 auf und einen
kegelringförmigen Schleifbelag 14. Nach dem Pressen der
Schleifscheibe 10 ist erforderlich, den Belag 14 zu bear
beiten, um ihm die gewünschte Planheit an der Stirnfläche
und die gewünschte Rundheit an der Umfangsfläche zu ver
leihen. Entsprechendes gilt beim Abrichten der Schleif
scheibe 10 nach einer gewissen Betriebszeit.
Das Schleifen des Belages 14 erfolgt mit Hilfe einer Si
liziumkarbid-Schleifscheibe entweder in Position 16 oder 18,
die von einem Motor 20 bzw. 22 drehend angetrieben
sind. Die zugehörige Schleifmaschine ist nicht dargestellt.
Sie enthält auch Motoren für das Zustellen der Scheibe 16
oder 18 (Werkzeugscheibe), die in Fig. 1 mit 24 bzw. 26
bezeichnet sind. Für den Quervorschub gemäß Pfeil 28 ist
ein weiterer Motor erforderlich, der jedoch aus Verein
fachungsgründen nicht gezeigt ist.
Die Werkstückschleifscheibe 10 wird mit Hilfe einer Spin
del in der Schleifmaschine eingespannt. Die Spindel ist
mit 30 angedeutet. Sie wird von einem Motor 32 angetrieben.
Der Spindel 30 sind zwei Ultraschallsensoren 34, 36 zuge
ordnet. Die Ausgangssignale der Sensoren 34, 36 gehen auf
Frequenz-Analysierstufen 38 bzw. 40. Deren Ausgang ist mit
einer Steuervorrichtung 42 für die einzelnen Motoren ver
bunden. Dies ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Der
Steuervorrichtung 42 ist auch eine Programmierstufe 44 zu
geordnet. Die gezeigte Anordnung arbeitet wie folgt.
Zunächst wird die Werkstückschleifscheibe 10 in die
Schleifmaschine eingespannt. Die Werkzeugschleifscheibe 16
oder 18 hat jeweils einen entsprechenden Abstand zum
Schleifbelag 14. Dieser Abstand ist in Fig. 1 geringer
eingezeichnet als er normalerweise besteht. Nach dem Star
ten der Schleifmaschine, was durch einen Bediener initi
iert werden oder auch automatisch erfolgen kann, werden
mit Hilfe des Motors 24 bzw. 26 die Werkzeugschleifscheibe
16 oder 18 in Richtung der Pfeile auf den Belag 14 gefah
ren. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse ist der Weg
bekannt, so daß der größte Teil des Weges mit relativ
hoher Geschwindigkeit zurückgelegt werden kann. Der letzte
Wegabschnitt kann dann im sogenannten Schleichbetrieb zu
rückgelegt werden. Unabhängig davon, ob ein Schleichbe
trieb vorgesehen ist oder nicht, führt eine erste Berüh
rung der beiden Werkzeugscheibe 16 oder 18 mit dem Belag
14 zu einer deutlich verstärkten Schwingungsamplitude der
Spindel 30, was in Fig. 2a zu erkennen ist. In den Fig.
2 bis 4 sind die Signalkurven der Sensoren 34, 36 in Dezi
bel (dB) über die Zeit aufgetragen. Bezüglich der Scheibe
16 oder 18 wird bei entsprechender Glättung der Kurve nach
Fig. 2a bzw. nach Fig. 3a die Kurve in Fig. 2b bzw. 3b
erhalten. Der erste größere Sprung in der Kurve nach Fig.
2b bzw. 3b zeigt an, daß ein Kontakt der Schleifscheibe 16
oder 18 mit dem Belag 14 erfolgt ist. Nunmehr beginnt der
eigentliche Bearbeitungsvorgang, der durch die Program
mierstufe 44 vorgegeben ist. Da zunächst weder Planheit
noch Rundheit des Belages 14 vorliegt, äußert sich dies in
entsprechenden Schwingungen der Spindel 30. Dies ist am
linken Ende der Kurve nach Fig. 4a zu erkennen. Sobald
jedoch Rundheit eintritt, ergibt sich zwar ein höherer
Schallpegel, der jedoch nur minimale Schwankungen aufweist.
Eine Glättung der Kurve nach Fig. 4a ergibt beim erwünsch
ten Bearbeitungsergebnis eine Konstante gemäß Fig. 4b. Sie
ist ein Indiz dafür, daß Planheit bzw. Rundheit nunmehr
erreicht ist. Die Steuervorrichtung 42 steuert die An
triebe entsprechend an, um den Bearbeitungsvorgang zu
stoppen und die Schleifscheibe 16 oder 18 in ihre Aus
gangsposition zurückzufahren für die Bearbeitung der näch
sten Position bzw. der nächsten Werkstückscheibe.
Es sei noch angemerkt, daß die Sensoren gemäß Fig. 1 Pie
zokristalle sein können, die den von der Spindel ausgehen
den Schallpegeldruck messen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder
Diamantbelags von Schleifscheiben am Umfang und/oder an
der Stirnseite, mit Hilfe einer Werkzeugschleifscheibe,
insbesondere mit einem Sic-Belag, bei dem die Werkzeug
scheibe zunächst mit einer ersten vorgegebenen Ge
schwindigkeit gegen die Werkstückscheibe gefahren wird
bis zur Berührung mit dieser und die Werkzeugscheibe
anschließend mit einer vorgegebenen reduzierten Ge
schwindigkeit oder vorgegebenen Stufen pro Zeiteinheit
zugestellt wird, bis Rundheit bzw. Planheit des Schleif
belags der Werkstückscheibe erreicht worden ist, da
durch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von einem oder meh
reren Ultraschallsensoren der von der Spindel der Werk
stückscheibe erzeugte Körperschall gemessen und analy
siert wird, daß das Verfahren der Werkzeugscheibe gegen
die Werkstückscheibe bis zum Kontakt mit dieser auto
matisch mit einer vorgegebenen ersten Geschwindigkeit
erfolgt und mit einer zweiten, viel geringeren Ge
schwindigkeit fortgesetzt wird, wenn mindestens einer
der beiden Ultraschallsensoren eine Berührung der Werk
zeugscheibe mit der Werkstückscheibe feststellt und der
Schleifvorgang beendet wird, wenn mindestens einer der
Sensoren über mindestens eine Umdrehung der Werkstück
scheibe Rundheit bzw. Planheit feststellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den Ausgangssignalen der Sensoren eine Mittelwert
kurve gebildet wird und die Zustellung der Werkzeug
scheibe bzw. der Antrieb der Werkzeugscheibe bzw. der
Werkstückscheibe gestoppt wird, wenn die Mittelwert
kurve annähernd konstant ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Zustel
lung der Werkzeugscheibe während des Eingriffs mit der
Werkstückscheibe in Abhängigkeit von der Höhe des Kör
perschallsignalpegels geregelt bzw. gesteuert wird.
4. Schleifvorrichtung zum Bearbeiten eines ringförmigen
CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben am Umfang
und/oder an der Stirnseite, insbesondere zur Durchfüh
rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit mindestens einer Werkzeugschleifscheibe, insbeson
dere mit einem Belag aus SiC, die von einem ersten An
triebsmotor drehend antreibbar ist und deren Halterung
mit mindestens einem zweiten Antrieb auf die Werkstück
scheibe zu oder von dieser fort verfahrbar ist, einer
Aufnahme für die drehbare Lagerung der Werkstückscheibe,
einem dritten Antrieb zur Drehung der Werkstückscheibe
über eine Spindel, mindestens zwei der Spindel zugeord
neten Ultraschallsensoren, einer Auswertevorrichtung
für die Ausgangssignale der Ultraschallsensoren und
einer Steuervorrichtung für die Antriebsmotoren zwecks
Steuerung nach Maßgabe der Ausgangssignale der Ultra
schallsensoren.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SAINT-GOBAIN WINTER DIAMANTWERKZEUGE GMBH & CO. KG |
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8131 | Rejection |