DE3221381C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kompensieren von durch Wärmedeformation bedingten Fehlern an einer Flachschleifmaschine mit NC-Steuerung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 27 42 029 ist eine Steuereinrichtung an einer Rundschleifmaschine zum gleichzeitigen Einstechschleifen mehrerer Abschnitte eines zwischen zwei Zentrierspitzen drehantreibbar eingespannten Werkstückes bekannt, deren Meßkopf die Durchbiegung des Werkstückes erfaßt und die Schleifspindelstöcke derart steuert, daß die Durchbiegung kompensiert wird. Bei dieser Steuereinrichtung wird davon ausgegangen, daß die Spindelstöcke während des gesamten Schleifprozesses nur nach dem vorgegebenen Schleifprogramm sowie zur Kompensation von Werkstückdurchbiegungen nachgeführt werden müssen. Diese Voraussetzung ist jedoch in vielen Fällen nicht gegeben.

Aus "Werkstatt und Betrieb", Jahrgang 115, 1982, Heft 1, Seiten 27 bis 32 ist es bekannt, mit Hilfe eines absoluten Wegmeßsystems für beliebig viele Werkstückdurchmesser eine durchmesserabhängige Steuerung der Schleifscheiben-Zustellung beim Einstech- und Längsschleifen zu ermöglichen. Die zugehörigen Meßköpfe sind zum Überwachen der Werkstück-Einspannlage und zur Kontrolle des maximalen Werkstück-Aufmaßes vorgesehen. Auch bei dieser Einrichtung bleiben mögliche Eigenbewegungen der Schleifscheiben- Spindelköpfe unberücksichtigt.

Derartige Eigenbewegungen können als Wärmedeformationen der Schleifmaschinensäule sowie der Spindelstücke für eine oder mehrere Schleifscheiben und gegebenenfalls vorhandene Abrichtrollen zu Maschinenfehlern erster Ordnung führen. Typische Wärmedeformationen einer Säule, wie sie bei Planschleifmaschinen wie sie beispielsweise aus "Machinery and Production Engineering", Band 122, Nr. 3153 vom 25. April 1973, Seiten 545 bis 550 bekannt sind, zu befürchten sind, ergeben sich aus der fehlerhaften Spindellage, etwa bei einer Schwenkung um die x-Achse - nach ISO - um +A oder um -A oder um +X oder um -X. Beim Plan- und Profilschleifen ist die Ebene Y-Z bezüglich der Genauigkeit am wichtigsten. Fehler in dieser Ebene ergeben sich mit den erwähnten Deformationen, also im wesentlichen eine Spindelschiefstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, welche Signale für die Korrektur der Schleifscheibenzustellung bereit stellt.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

I. Planschleifen

Mit der in Fig. 1 gezeigten Meßanordnung ist das Abb´'sche Prinzip verwirklicht, und daß Meßgestänge besteht entweder aus einem nickellegiertem Stahl geringer Wärmedehnung (Invar) oder besitzt eine Tem­ peraturregelung auf konstante Übertemperatur, so daß unabhängig von Außen- und Maschinentemperatur die Eigenwärmedeformationen und Eigenfehler des Gestänges ausgeschlossen sind.

Die Meßanordnung kann z. B. durch eine Schwenkung heruntergeklappt und durch eine Zustell­ bewegung y _m soweit auf die Tischaufspannfläche, die als Referenzfläche für die Werkstückhöhe an­ zusehen ist, herunterbewegt werden, bis zum Bei­ spiel die Meßuhr 1 auf "Null" steht. Die Meßuhr 2 tastet den Referenzring der Schleifscheibe ab. Der Referenzring ist rund und als solcher auf einem Formtester geprüft. Bei bekanntem, berüh­ rungslosen Meßprinzip kann während der Schleifschei­ bendrehung gemessen werden.

Es ist im Prinzip auch möglich, die Meßanordnung durch eine geradlinige Bewegung y _M in Meßposition in den Maschinenarbeitsraum zu fahren. Während des Schleifens ist die Meßanordnung aus dem Arbeits­ raum herausbewegt.

Aus der Änderung h ₁ - h ₀ = Δ h sind Fehler abzu­ lesen, die 1. Ordnung sind und die die Werkstück­ höhe beeinflussen. Numerisch gesteuerte Planschleif­ maschinen können leicht ein Meßprogramm vollfüh­ ren, mit welchem die Abweichung Δ h = f (x, z), d. h. die Höhenlage der Aufspannfläche im Bereich von Längs- und Querschub zu bestimmten festgelegten Zeitpunkten überprüft wird. Die Fehler Δ h, die sich nach dem Einrichten und Abgleichen z. B. nach Maschineneinstellung und dem ersten toleranzhal­ tigen Musterwerkstück als Funktion von den Koordi­ naten x und z ergeben, lassen sich für die NC- Maschinenkoordinaten mit Kleinrechnern berücksich­ tigen. Ergebnis wäre die Topologie der Aufspann­ fläche zur Spindel Δ h = f (x, z), wie es Fig. 2 für neun Meßpunkte P ₁, P ₂, . . ., P ₉ beispielhaft zeigt.

Dabei ist es gleichgültig, welche Ursachen die Fehler Δ h haben. In Fig. 1 nicht mitgezeichnet sind Verformungen des Maschinenunterteiles, welche die gleiche Auswirkung haben würden. Auch diese werden mit der Meßvorrichtung erfaßt.

Mit der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 wird im Prin­ zip der Abstand zwischen Referenzring und Aufspann­ fläche gemessen. Zu allen Meßpositionen für x und z ist die Koordinate einzufahren auf: y = konst. = y _m . Eine fehlerhafte Koordinatenlage y _m beim Meß­ vorgang ist aber ohne Einfluß, wenn sie sich nicht während des Meßvorganges verändert. Das aber ist nicht anzunehmen. Die eigentliche Meßaussage liegt in der relativen Änderung von Δ h = h ₁ - h ₀ als Funktion von x und z.

II. Profilschleifen

Beim Profilschleifen verursacht auch eine relative Verschiebung des bezuggebenden Scheibenprofils in der z-Achse einen Fehler 1. Ordnung. Es wird da­ her vorgeschlagen, mit einer entsprechenden, z. B. in den Arbeitsraum einklappbaren oder einschwenk- bzw. einfahrbaren (das kann auch durch ein spezi­ elles Handhabungsgerät bewerkstelligt werden) fehlerfreien, weil temperaturkonstanten oder nicht wärmedeformierbaren Meßanordnung, die Schei­ ben-Abrichtrollen- und Schlittenanlage in z-Achse zu messen.

Dieses Meßprinzip ist in den Fig. 3 bis 5 gezeigt. Relative axiale Wärmedehnungen von Ar­ beitsspindel 20 (Schleifscheibe) oder Abrichtrollen­ spindel 10 (Abrichtrolle) gegenüber einer Referenz­ fläche 30, die vom Schlitten gebildet werden kann oder von der Abrichtrolle gegenüber der Schleif­ scheibe, können erfaßt werden. Statt eines Schlit­ tens mit seiner Referenzfläche können sowohl bei diesem als auch bei dem unter I beschriebenen Meß­ prinzip Paletten oder andere Werkstückträger die entsprechenden Referenzflächen liefern. Paletten oder Werkstückträger sind im Arbeitsraum der Maschine zu definieren. Die auf ihnen festgespannten Werk­ stücke sind von ihnen abhängig. Die Lage der Werk­ stücke relativ zu Paletten oder Werkstückträgern wird in modernen Betrieben mit NC-Steuerung durch Voreinstellung festgelegt.

Wie Fig. 3 zeigt, besteht das Meßprinzip darin, daß drei Punkte - Referenzfläche-Schlitten, Referenzfläche-Schleifscheibe, Referenzfläche- Abrichtrolle - gleichzeitig angetastet werden.

Die Referenzflächen können so gestaltet sein, daß Durchmesseränderungen von Abrichtrolle oder Schleif­ scheibe oder Abstandsänderungen von Abrichtrolle zu Schleifscheibe nicht in das Meßergebnis eingehen. Das Gestänge, an dem auch die Meßwertgeber befestigt sind, die in Fig. 3 der Einfachheit halber als einfache Meßuhren 1, 2, 3 gezeichnet wurden, ist wiederum tem­ peraturgeregelt, hat also keine Eigenfehler in Bezug auf Wärmedeformationen. Der Schlitten s des Meßge­ stänges wird gegen einen exakt im Raum festliegenden Anschlagpunkt gefahren. Jede Änderung der Axiallage von Rolle und Schleifscheibe läßt sich nunmehr rela­ tiv zur Referenzfläche des Schlittens und damit zum Werkstück messen. Eine solche Messung kann in be­ stimmten Zeitabständen erfolgen. Sie muß nicht nach jedem Werkstück erfolgen, denn Temperaturdeforma­ tionen gehen langsam. Es muß jedoch eine Einstellmög­ lichkeit bestehen (s. Fig. 4), z. B. dadurch, daß die Abrichtrollenlagerung in einer axial verschieb­ baren Pinole 50 befestigt wird. Diese Pinole wiederum läßt sich feinfühlig und exakt durch einen Stellmotor mikro­ meterweise in beiden Richtungen verstellen. Das setzt voraus, daß die axiale Bewegung der Pinole ebenfalls mit einem Längenmeßsystem versehen ist oder z. B. im Regelkreis in Verbindung mit dem Meß­ ergebnis der Meßuhren 1, 2, 3 von Fig. 3 steht. Es existieren zahlreiche unterschiedliche Meßanord­ nungsmöglichkeiten. Ein weiteres Prinzip ist mit Fig. 4 dargestellt. Bei diesemPrinzip geht es da­ rum, daß als Referenzfläche auf der Werkstückseite das Werkstück selbst herangezogen wird. Um dem Meßgestänge eine exakte Lage zur Aufspannfläche zu geben, wird es an drei Punkten, z. B. A, B und C, auf dem Schlitten aufgelegt. Mit dem Fixpunkt D, der an der Referenzfläche des Werkstückes anliegt, lassen sich nun wieder Abstandsänderungen, d. h. axiale Wärmedeformationen von Abrichtrolle und Schleifscheibe relativ zum Werkstück messen. Auch dieses Meßgestänge ist temperaturgeregelt und be­ sitzt keine Wärmedeformation und somit auch keine Eigenfehler.

Mit Fig. 5 ist ein weiteres Prinzip an Meßmöglich­ keiten dargestellt. Dabei kommt es nicht mehr auf die Ebenheit der Tischaufspannfläche an. Es ge­ nügt, wenn das Meßgestänge aufgrund einer besonde­ ren Meßvorrichtung in seiner waagerechten bzw. vertikalen Lage gemessen werden kann. Dieses kann z. B. durch ein statisches Pendel E geschehen. Ein kleiner Stellmotor sorgt dafür, daß nun das Meß­ gestänge immer in der gleichen Weise zur Referenz­ fläche 30 des Werkstückes und der Auflagefläche 4 orientiert ist. Die Messung selbst erfolgt wie in den Fig. 3 und 4. Als Referenzfläche für die Abrichtrolle und für die Schleifscheibe wurden hier die Ebenen 1 und 2 angegeben, in denen sich auch Abrichtrolle und Schleifscheibe bei ändernden Durch­ messern bewegen können.

Fig. 6 beschreibt das Prinzip des temperaturgeregel­ ten Meßgestänges. Das hier gezeigte Meßgestänge ent­ spricht etwa dem Meßgestänge der Fig. 3 mit den drei Meßstellen 1, 2 und 3, die in beschriebener Weise die Referenzflächen antasten und zueinander in Beziehung setzen. Mehrere Temperaturmeßfühler werden an diesem Meßgestänge befestigt. Das Meß­ gestänge läßt sich weiterhin abschnittsweise unter­ teilen und für jeden Abschnitt mit einer gesonder­ ten Heizspirale versehen. Über diese Temperaturmeß­ fühler, von denen jeweils mehrere zusammengeschlos­ sen sind, regelt man die Temperatur, um einen mitt­ leren Temperaturwert für den jeweiligen Abschnitt anzugeben. Mit diesem Mittelwert der Temperatur je Abschnitt steht eine Regelung in Verbindung, die es gestattet, bei Abfall der Temperatur des Meß­ gestänges zu erreichen. Die Temperatur des Meß­ gestänges wird man zweckmäßigerweise auf etwa 50-60° festlegen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Kompensieren von durch Wärmedeformation bedingten Fehlern an einer Flachschleifmaschine mit NC-Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkstückträger und/oder am Werkstück erste Referenzflächen und an der Schleifscheibe zweite Referenzflächen ausgebildet sind und daß zur Messung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Referenzfläche eine Längenmeßvorrichtung mit Meßwertgebern (1, 2, 3) vorhanden ist, deren Meßsignale der NC-Steuerung zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Abrichtrolle eine dritte Referenzfläche ausgebildet ist und daß die Längenmeßvorrichtung zur Messung des Abstandes zwischen der ersten und dritten Referenzfläche und/oder der zweiten und dritten Referenzfläche ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein die Meßwertgeber (1, 2, 3) tragendes Gestänge, das aus nickellegiertem Stahl geringer Wärmedehnung besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch ein die Meßwertgeber (1, 2, 3) tragendes Gestänge mit einer Temperaturregeleinrichtung, welches mittels Temperatur­ fühlern und Heizspiralen auf konstante Temperatur geregelt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge über ein Dreibein mit Stellmotor auf die zweite Referenzfläche (4, Fig. 5) aufsetzbar ist und ein Pendel (E) zur Einrichtung aufweist.