DE3828594C2

DE3828594C2 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern des damit durchgeführten Schleifvorgangs

Info

Publication number: DE3828594C2
Application number: DE3828594A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kunugi
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2008-08-24
Also published as: US5315789A; DE3828594A1; KR940008050B1; KR890004219A

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, außerdem ein Verfahren zum Steuern des Schleifbetriebs einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine.

Es geht um das Schleifen eines Werkstücks zu einer Walze oder - all gemein - zu einem Körper mit einer rotationssymmetrischen Schleifflä che.

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, insbesondere Rundschleifmaschinen und Walzenschleifmaschinen, mit denen Werkstücke zu Körpern mit rotationssymmetrischer Schleiffläche bearbeitet werden, sind im allgemeinen so ausgelegt, daß sie das sich mit vorbestimmter Dreh zahl drehende Werkstück dadurch bearbeiten, daß ein Werkzeug radial in Richtung auf das Werkstück und von diesem weg sowohl axial bezüglich des Werkstück be wegt wird. Da das Werkzeug bewegt wird, besitzt die Werkzeugmaschine einen Speicher zum Speichern von numerischen Steuerdaten, durch die Radialbewegungs hübe des Werkzeugs sukzessive programmiert sind, ab hängig von der axialen Stellung des Werkzeugs. Eine Steuereinheit liefert Steuerimpulse an Antriebsein heiten, um das Werkzeug auf der Grundlage der numeri schen Steuerdaten zu bewegen. Ein typischer Vertreter der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinenen ist eine Rundschleifmaschine.

Körper mit rotationssymmetrischer Schleiffläche (im folgenden allgemein als Walzen bezeichnet), die von einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gefer tigt werden, können unterschiedlichste Formen anneh men, von einfachen zylindrischen Walzen über konische Walzen, bis zu Körpern mit sinusförmiger oder ge krümmter Außenumfangssfläche für verschiedene An wendungsfälle. Früher wurden derartige "Walzen" mit speziellen Umfangsformen hauptsächlich mit Hilfe von Steuerkurven geschliffen. Die Verwendung von Steuer kurven hat jedoch den Nachteil, daß für unterschied liche Umfangsformen, verschiedener Längen, verschie dener Radien oder andere Formen verschiedene Steuer kurven verwendet werden müssen. Dies ist nicht wirt schaftlich.

Die Herstellung eines Werkstücks mit einer relativ ein fachen Umfangsform, die sich durch eine einfache Formel beschreiben läßt, beispielsweise durch eine Sinuskurve, ist relativ einfach. Bei einem solchen Bearbeitungs vorgang wird der zu bearbeitende Werkstückabschnitt in kleine Segmente unterteilt, von denen jedes annähernd einer geraden Linie oder einer Kurve entspricht, um auf diese Weise numerische Steuerdaten (ein Bearbeitungs programm) zu erzeugen. Die so erzeugten numerischen Daten werden zur Steuerung der Werkzeugmaschine ver wendet. Da solche Bearbeitungsprogramme jedoch um fangreich und kompliziert sind, eignen sie sich kaum für die Herstellung von Walzenkörpern mit komplizier ter Kontur.

Um ein Werkstück mit hoher Präzision zu einem walzen förmigen Körper, d. h. zu einem Körper mit rotations symmetrischer Schleiffläche, zu verarbeiten, muß die Einschnittiefe, um die das Werkstück radial von einem Werkzeug geschliffen wird (d. h. von einer sich drehenden Schleifscheibe), während des Schleifvorgangs sorg fältig beachtet werden. Wenn keine anderen Faktoren oder Elemente berücksichtigt werden müßten, wäre eine Ziel-(Soll-)Schnittiefe die gleiche wie die Netto- Schnittiefe, so daß es möglich wäre, das Werkstück exakt zu schleifen.

Bei einer Rundschleifmaschine ist jedoch die sich drehende Schleifscheibe bei fortschreitendem Schleif prozeß mehr und mehr verschlissen, so daß die tat sächliche Schnittiefe kleiner ist als die vorgegene Ziel-Schnittiefe. Da ferner während des Schleifvor gangs die Schleifscheibe mit einem gewissen Druck gegen das Werkstück gepreßt wird, wird das Werkstück oder die Walze geringfügig elastisch verformt. Das Ausmaß, um das die Walze elastisch verformt wird, ist ebenfalls maßgeblich für die Reduzierung der tat sächlichen Schnittiefe, die unter der vorgegebenen Ziel-Schnittiefe liegt.

Das hochgenaue Schleifen eines Werkstücks zu einem walzenförmigen Körper erfordert daher ein Bearbeitungs programm, welches den Verschleiß der Schleifscheibe und die elastische Verformung des Werkstücks (der Walze) in Rechnung stellt. Da die Beträge für eine Korrektur, die durch das Bearbeitungsprogramm be züglich Verschleiß und elastischer Verformung von Schleifscheibe zu Schleifscheibe und von Walze zu Walze variieren, müssen Vorhersagewerte für die Kor rekturbeträge für jede Schleifscheibe und für jede Walze bestimmt werden. Das Ausmaß des Verschleißes des Schleifscheibe variiert mit dem zeitlichen Ab lauf des Schleifvorgangs, und es ist äußerst schwie rig, ein numerisches Steuerprogramm zu erstellen, welches eine solche zeitabhängige Änderung des Ver schleißes berücksichtigt. Eine praktische Verfahrensweise beim Schleifen eines Werkstücks mit Hilfe eines Bearbeitungsprogramms bestand darin, die Abmessungen einer Walze zu messen, um deren Dimensionsgenauigkeit zu ermitteln, während sich die Schleifscheibe einer Ziel-Stelle näherte, um die Schneidtiefe zu korrigie ren und den Schleifvorgang erneut zu starten. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht sehr effizient.

Walzen, die für eine längere Dauer in Betrieb gewesen sind, sind unterschiedlich abgenutzt, abhängig davon, wie sie eingesetzt worden sind und wofür sie verwendet worden sind. Selbst eine einzelne Walze besitzt einen Abschnitt, der stärker abgenutzt ist als ein anderer Abschnitt. Um eine solche Walze wirksam schleifen zu können, wurde der weniger abgenutzte Abschnitt intensiv zu einer gewünschten Walzenform geschliffen. Dies wird auch als Abdrehen bezeichnet.

Beim Abdrehen wird die individuelle Walzenform gemes sen, um den Verschleiß zu prüfen, und auf der Grundla ge der Messung wird ein Bearbeitungsprogramm zum Schleifen der Walze erstellt. Alternativ wird zum Schleifen der Walze ein Bearbeitungsprogramm verwen det, welches die Walze auf einen gleichmäßiges Durch messer schleift, ungeachtet des Verschleißes der Walze. Bei der erstgenannten Vorgehensweise werden Bearbei tungsprogramme für zu schleifende Walzen abhängig vom Verschleißzustand der Walzen erstellt. Bei der letzt genannten Vorgehensweise des gleichmäßigen Schleifens müssen die Bearbeitungsprogramme nicht für einzelne Walzen erstellt werden, aber es ergeben sich lange Bearbeitungszeiten, da die Walzen ungeachtet ihres Ver schleißzustands gleichmäßig geschliffen werden müssen.

Aus der US 4 516 212 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zum Rundschleifen eines Werkstücks bekannt, bei der das rotierende Schleifwerkzeug von zwei Antriebseinrichtungen axial und radial zum Werkstück bewegt wird. Mit Hilfe eines Radiussensors wird der aktuelle Radius an der jeweiligen Schleifstelle der Walze bestimmt und mit dem Soll-Radiuswert verglichen, wobei das Vergleichsergebnis in die Steue rung des Schleifvorgangs bzw. der Schnittiefe eingeht. Die gewünschte Walzenform ist durch die gewünschten Radiuswerte entlang der Walzen länge (z-Achse) bestimmt und wird lediglich mit Hilfe einer einzigen rotationssymmetrischen Funktion beschrieben, die ihrerseits durch Ver wendung eines Lichtgriffels in Form von Meßpunkten in einen Rechner eingegeben wird. Durch diese relativ beschränkte Eingabemöglichkeit sind die möglichen Varianten der Walzenform eingeschränkt, es sei denn, es wird für die Eingabe ein erheblicher Aufwand getrieben.

Aus der GB 1 385 317 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Steuern der Schnittiefe bei einer Werkzeugmaschine bekannt. Als rele vante Meßgröße zum Steuern der Schnittiefe wird dazu der Antriebs strom des Antriebsmotors des Schleifwerkzeugs erfaßt. Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß der Antriebsstrom des Schleifwerk zeugmotors sich bei Belastung des Schleifwerkzeugs ändert, und daß diese Belastung des Schleifwerkzeugs in Zusammenhang steht mit der Verformung oder dem Verschleiß des Werkzeugs.

Aus der JP-OS 61-182769 ist es bekannt, zur Stabilisierung der Ein schnittiefe eines drehenden Schneidwerkzeugs den Strom des Antriebs motors des Schleifwerkzeugs im lastfreien Zustand und im Lastzustand zu ermitteln. Der Strom im lastfreien Zustand wird von dem Strom im belasteten Zustand des Werkzeugs subtrahiert. Der Differenzwert wird mit einem einer bestimmten Einschnittiefe entsprechenden Referenzwert verglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine numerisch gesteuerte Werkzeugma schine zum Rundschleifen eines Werkstücks anzugeben, die dieses mit hoher Genauigkeit zu einer gewünschten Form schleift, wobei ein Ver schleiß des Schleifwerkzeugs ebenso berücksichtigt wird wie die elastische Verformung und eine lokale Abnutzung des Werkstücks. Au ßerdem soll ein Verfahren zum Steuern einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 9 angegebene Erfindung gelöst.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise in Blockform dargestellte Ansicht einer numerisch ge steuerten Werkzeugmaschine;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Prozesses zum Her stellen einer Walze einer gewünschten Form mit Hilfe der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine,

Fig. 3a-3e Teilansichten zum Veranschaulichen von For men und Parametern von Walzen,

Fig. 4 ein Diagramm, welches Speicherbereiche zum Speichern von Walzenformen, Parametern und weiteren Daten darstelt,

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Schleifscheiben-Antriebsmo tor zugeführten Strom und der Schnittiefe der Schleifscheibe,

Fig. 6 und 7 Teilansichten von Wegen, entlang denen Wal zen durch Schleifscheiben geschliffen wer den,

Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Überspring-Steuer sequenz bei einem Schleifverfahren gemäß der Erfindung,

Fig. 9 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausmaß einer elastischen Ver formung einer Walze und dem zum Antreiben einer Schleifscheibe benötigten Antriebs strom,

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Verschleißgeschwindigkeit der Schleifscheibe und dem dem Schleifscheiben antriebsmotor zugeführten Strom,

Fig. 11 ein Diagramm eines Rundschleifprozesses,

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Korrigieren des Betrags, um den die Walze zu Schleifen ist, abhängig von der elasti schen Verformung der Walze und dem Ver schleiß der Schleifscheibe,

Fig. 13 ein Flußdiagramm eines Rundschleifvorgangs mit einem voreingestellten Strom im Rahmen eines erfindungsgemäßen Schleifsteuerver fahrens, und

Fig. 14-16 Teilansichten einer Schleifscheibe bei An wendung des erfindungsgemäßen Schleifsteuer verfahrens.

Im folgenden wird - wie auch oben - der Begriff "Walze" stellvertretend für Werkstücke mit rotationssymmetrischer Schleiffläche verwendet. Demnach bedeutet das Schleifen einer Walze ein Rundschleifen, insbesondere ein Außenrund schleifen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer Ausfüh rungsform einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung. Ein spanabhebend, insbesondere durch Schleifen von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Werkstück (Walze) 2 ist zwischen einem Spindelstock 4 und einem Reitstock 6 ausgerichtet mit einer sich in Z-Richtung erstreckenden Achse 8 einge spannt. Der Spindelstock 4 enthält eine Spindel, die von einem Spindelmotor 10 gedreht wird, so daß sich die Wal ze 2 mit vorbestimmter Drehzahl um die Achse 8 dreht.

Auf einem von einer Führung 14 geführten Gleittisch 16 ist als Schleifwerkzeug eine sich drehende Schleif scheibe 12 montiert, die sich um eine Achse 18 dreht. Der Gleittisch 16 ist entlang der Führung 14 durch einen Servomotor 20 in Z-Richtung verschieblich. Insbesondere kann der Gleittisch 16 radial zu der Walze 2 entlang einem weiteren (nicht dargestellten) Führungsmechanis mus in X-Richtung verschoben werden, indem er von einem Servomotor 22 angetrieben wird. Die Schleifscheibe 12 wird von einem Schleifscheibenmotor 24 mit vorbestimmter Drehzahl um ihre eigene Achse gedreht. Ein in den Motor 14 eingespeister Antriebsstrom (Laststrom) wird von einem Detektor 26 erfaßt, der zur Schleifsteuerung zum Korrigieren der Schnittiefe und dergleichen verwendet wird. Eine numerische Steuereinheit 30 verteilt Befehlsimpulse an Treibereinheiten 32, 34 und 36, die die Servomotoren 20 und 22, den Spindelmotor 10 und den Schleifscheibenmotor 24 ansteuern, um die Walze 2 sowie die Schleifscheibe 12 zu drehen und die Schleifscheibe 12 in Z- und X-Richtung zu bewegen, da mit die Walze 2 nach Maßgabe von numerischen Steuer daten zu einer bestimmten Form geschliffen wird.

Die numerische Steuereinheit 30 enthält einen Prozessor 38, bei dem es sich beispielsweise um einen Mikrocom puter handelt, einen Speicher 40 zum Speichern eines Steuerprogramms, welches den Prozessor 38 in die Lage versetzt, eine numerische Steuerung durchzuführen, sowie zum Speichern von numerischen Steuerdaten, und einen Impulsverteiler 42, der Befehls impulse oder Steuerimpulse an die Treibereinheiten 32, 34 und 36 nach Maßgabe der von dem Prozessor 38 gege benen Befehle verteilt. Das Steuerprogramm sowie nu merische Steuerdaten können über eine Eingabeeinheit 46 in die numerische Steuereinheit 30 eingegeben werden. Bei 48 ist eine Anzeigeeinheit dargestellt, bei der sich zum Beispiel um den Schirm einen Kato denstrahlröhre handelt. R bezeichnet eine Ziel-Schnittiefe, C eine Netto-Schnittiefe und S einen Radius der Walze 2, bevor diese geschliffen wird.

Die oben beschriebene numerisch gesteuerte Werkzeug maschine arbeitet wie folgt:
Durch Eingeben von Formparametern in die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine wird diese in die Lage versetzt, Walzen 2 verschiedener Umfangsformen für verschiedenste Anwendungszwecke herzustellen. Anhand des in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramms soll nun ein Schleifvorgang erläutert werden.

Im Schritt S1 wird die Spannungsversorgung für die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine (im folgenden NC-Maschine) eingeschaltet, und anschließend wird im Schritt S2 der Gleittisch 16, auf dem die Schleif scheibe 2 drehbar montiert ist, in eine Ausgangs stellung zurückgefahren, indem der Gleittisch in radialer Richtung (X-Achse) der Walze 2 und in axialer Richtung (Z-Achse) der Walze 2 bewegt wird. Dieser Vorgang wird unter Verwendung der Eingabeeinheit 46 durchgeführt, während der Rücklauf auf der an die numerische Steuereinheit 30 angeschlossenen Anzei geeinheit 48 überwacht wird.

Dann werden im Schritt S3 Koordinaten der Walze 2 eingestellt, um den Bewegungsbereich des Gleittisches 16 zu bestimmen. Im anschließenden Schritt S4 werden die Form der Walze 2, die Nummer der Walze 2 und Parameter der Walze ausgewählt und eingegeben. Vor zugsweise befindet sich die numerische Steuereinheit 30 zu diesem Zeitpunkt in einer Aufbereitungsbetriebs art, und die benötigten Daten können nach mehreren Menues problemlos eingegeben werden, wobei die Me nues sukzessive auf der Anzeigeeinheit 48 dargestellt werden.

Der Speicher 40 besitzt Speicherbereiche zum Speichern von Formen und Parametern mehrerer (im vorliegenden Beispiel 10) Walzen 2. Zuerst wird eine Walzennummer ausgewählt, dann wird die Walzenform ausgewählt. Zur Verfügung stehen fünf Walzenformen, darunter eine Sinusform, eine Kombination aus Sinusform, konischer Form und Bogenformen, eine Kombination aus Bogenform, konischer Form und Sinusform, eine rechtskonische Form und eine linkkonische Form. Eine dieser Walzenformen läßt sich durch eine entsprechende Codezahl bestimmten. Es ist außerdem möglich, daß die Bedie nungsperson andere Walzenformen erstellt und eine solche andere Walzenform bestimmt.

Nachdem die Walzenform festgelegt ist, werden Para meter eingegeben, die für die betreffende Walzen form vorgegeben werden. Fig. 3a-3e zeigen Walzen formen und -Parameter unterschiedlicher Walzen 2. Fig. 3a zeigt eine Walze, deren Außenumfang sinus förmig geschliffen werden soll. Der Parameter L kennzeichnet eine gewünschte Krümmungslänge, der Pa rameter D kennzeichnet die Krümmungstiefe, und der Parameter RL kennzeichnet eine Walzenlänge. Fig. 31b zeigt eine Walze 2, deren Außenumfang zu einer Kom bination aus Sinuskurve, konischem Abschnitt und Bogenform geschliffen werden soll. Die Parameter L, D, RL sind die gleichen wie in Fig. 3a. Der Pa rameter L1 kennzeichnet die Länge der Sinuskurve, der Parameter L2 die Länge eines konischen Ab schnitts, der Parameter A die Konizität, und der Parameter r den Krümmungsradius des Bogens. Fig. 3c zeigt eine Walze 2, deren Außenumfang zu einer Kom bination aus Bogen, konischem Teil und Sinuskurve geschliffen werden soll. Die dargestellten Parame ter sind die gleichen wie in Fig. 3b. Fig. 3d zeigt eine Walze 2, die rechtskonisch geschliffen werden soll. Der Parameter RL bedeutet eine Walzen länge, der Parameter L eine vorgegebene Formlänge, und der Parameter A die Konizität. Fig. 3e zeigt eine Walze 2, deren Außenumfang linkskonisch ge schliffen werden soll. Die Parameter sind die glei chen wie in Fig. 3d.

Diese Parameter sowie Walzennummern und Walzenformen können über eine Tastatur der Eingabeeinheit 46 eingegeben werden. Die eingegebe nen Walzenzahlen, Walzenformen und -parameter werden in dem Spei cher 40 in gegenseitiger Beziehung zueinander gespeichert.

Fig. 4 ist eine Speicherübersicht des Inhalts des Speichers 40, in dem die Walzenformen und Parameter gespeichert werden. P1 bezeichnet Koordinaten des linken Walzenendes, P2 Koordinaten der Walzenmitte und P3 Koordinaten des rechten Walzenendes. Der Speicherbereich Nummer 1 speichert die Walzenform und Parameter für die Walze Nummer 1. Die gespeicher te Walzenform ist eine der Codezahlen, welche die Walzenformen gemäß Fig. 3a-3e kennzeichnen, und die gespeicherten Parameter entsprechen der ge speicherten Walzenform. Die Speicherbereiche 2 bis 10 speichern Walzenformen und Parameter für die Walzen Nummer 2 bis 10.

Nachdem die Walzenzahl oder -nummer, die Walzenform und die Para meter im Schritt 4 eingegeben worden sind, werden in einem Schritt S5 nach Maßgabe einer vorbestimm ten Formel, die der festgelegten Walzenform ent spricht, Punktmengendaten berechnet, die numerische Steuerdaten (ein Bearbeitungsprogramm) darstellen. Handelt es sich bei der Walzenform beispielsweise um die in Fig. 3a dargestellte Sinusform, so beträgt die Schnittiefe X, bis zu der die Walze 2 von der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung geschliffen werden muß:

Wobei O ≦ Z ≦ L; Z die axiale Position der Walze 2 und θ ein Parameter ist, der kennzeichnend ist für die Werkzeugmaschine und bestimmt wird durch die Krümmung der Kurve, beispielsweise der Sinuskurve. Die Punktmengendaten, die nach der obigen Formel berechnet werden, werden anschließend im Speicher 40 in Beziehung zu der Walzennummer und der Walzenform gespeichert.

Nachdem die die numerischen Steuerdaten bildenden Punktmengendaten berechnet und in dem Speicher 40 in einem vorbestimmten Bereich abgespeichert wurden, werden die gespeicherten Punktmengendaten in einem Schritt 6 sukzessive ausgelesen, und die Bewegung der Schleifscheibe 12 in axialer Richtung (Z-Achse) und radialer Richtung (X-Achse) wird auf der Grund lage der Punktmengendaten zum Schleifen der Walze 2 zu einer gewünschten gewölbten Kurve gesteuert. Nach dem die Walze 2 in einem Schritt S7 über ihre ge samte Länge geschliffen ist, wird in einem anschließen den Schritt S8 geprüft, ob ein Befehl zum Schleifen einer weiteren Walze vorliegt. Falls ja, werden die oben erläuterten Schritt S3 bis S7 wiederholt. Falls kein derartiger Befehl vorliegt, wird die Spannungs versorgung für die NC-Maschine abgeschaltet, und der Schleifvorgang ist beendet.

Zum effizienten und sehr genauen Schleifen einer Walze 2 mit Hilfe einer NC-Maschine wie beispielsweise einer NC-Rundschleifmaschine, ist es nögit, beim Schleifen der Walze 2 den Verschleiß der Schleif scheibe 12, lokalen Verschleiß der Walze 2 durch langen Gebrauch oder eine elastische Verformung der Walze 2 zu berücksichtigen.

Im folgenden sollen verschiedene Bearbeitungsfunktionen der NC-Maschine erläutert werden.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der in den zum Drehen der Schleifscheibe 2 in den Schleifscheiben motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I und dem Bewegungs hub der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung der Walze 2, d. h. der Schnittiefe C. Der Antriebsstrom I und die Schnittiefe C stehen miteinander durch die Funktion I = h(c) in Beziehung, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Während sich der Schleifscheibenmotor 24 mit vorbe stimmter Drehzahl dreht, ist das durch den Schleifschei benmotor 24 erzeugte Drehmoment τ proportional zu der zwischen Schleifscheibe 12 und der Walze 2 erzeug ten Reibungskraft θ. In einem Bereich, in welchem die Schnittiefe C nicht besonders groß ist, ist die Rei bungskraft θ proportional zu der Schnittiefe C, und zwar monoton steigend. Es gilt also

τ ∝ θ ∝ C,

oder τ ∝ θ = h(C)

wobei h(c) eine monoton steigende Funktion ist. Wenn es sich bei dem Schleifscheibenmotor 24 um einen Gleich strommotor handelt, ist das erzeugte Drehmoment τ proportional zum Antriebsstrom I. Es gilt also

I ∝ t

Aus der oben angegebenen Beziehung gemäß den Formeln (1) und (2) erhält man also eine einfache proportionale Beziehung oder eine monoton steigende Beziehung in folgender Form:

I = h(C)

zwischen der Schnittiefe C und dem Antriebsstrom I.

Die Schnittiefe C der Schleifscheibe 12 läßt sich also aus der Stärke des Antriebsstroms I bestimmen. Selbst wenn der Schleifscheibenmotor 24 ein Wechselstrommotor ist, zum Beispiel ein Induktionsmotor, ist es möglich, aus dem Antriebsstrom I das erzeugte Drehmoment τ zu bestimmen und somit läßt sich im Grunde genommen die Schnittiefe C aus dem Antriebsstrom I in der glei chen Weise bestimmen wie bei einem Gleichstrommotor eines Schleifscheibenmotors 24.

Der in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeiste Antriebs strom I wird von dem Detektor 26 erfaßt, und die Bewe gung der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung (X- Achse) der Walze 2 wird von dem Prozessor 38 derart gesteuert, daß die Walze 2 bis zu einer Schnittiefe geschliffen werden kann, die einem voreingestellter Strom entspricht, um die Walze 2 zu schleifen, während sich die Schleifscheibe 12 in axialer Richtung der Walze 2 bewegt. Fällt der Antriebsstrom I unter einen voreingestellten Stromwert ab, wird die Schleifscheibe 12 in radialer Richtung (X-Achse) der Walze 2 bewegt, um in die Walze 2 einzuschneiden, bis der voreinge stellte Stromwert erreicht ist. Nach dem Erreichen des voreingestellten Stroms wird die Bewegung der Schleifscheibe 12 in axialer Richtung umgekehrt, und die Walze 2 wird bis zu ihrem stirnseitigen Kragen geschliffen. Durch einen solchen Schleifvorgang läßt sich die durch längeren Gebrauch lokal abgenutzte Walze 2 automatisch an einem weniger abgenutzten Abschnitt schleifen, ohne daß numerische Steuerdaten abhängig von Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Verschleißstellen verschiedener Walzen 2 erstellt wer den müssen. Die Walze 2 läßt sich also effizient gleichförmig bis zu dem am meisten abgenutzten Bereich der Walze abschleifen.

Fig. 6 und 7 zeigen Bewegungswege der Schleifscheibe 12 beim sogenannten Abdrehen von Walzen 2. Sowohl in Fig. 6 als auch in Fig. 7 ist die zu schleifende Walze 2 fest zwischen Spindelstock 4 und Reitstock 6 einge spannt und wird mit vorgegebener Drehzahl des Spindel motors 10 gemäß Fig. 1 gedreht.

Fig. 6 zeigt eine Walze 2, die in einem mittleren Be reich stärker abgenutzt ist als an den beiden Enden. Die Schleifscheibe 12 beginnt mit dem Schleifen der Walze 2 an Punkten P1 und P3 an den Enden oder Kragen der Walze 2. Die Schnittiefe C der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung der Walze 2 ist im Speicher 40 der numerischen Steuereinheit 30 als voreingestellter Stromwert eingestellt, wobei es sich um einen Schwel lenwert handelt, der verglichen wird mit dem in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Antriebsstrom, d. h. mit dem von dem Detektor 26 erfaßten Strom. Fig. 7 zeigt einen Abdrehvorgang zum Bearbeiten einer konvexen Kronwalze mit gekrümmter Außenform, wobei die Walze zu einer konkaven Kronwalze ge schliffen werden soll. Die Schleifscheibe 12 be ginnt mit dem Schleifvorgang der Walze 12 an einem mittleren Punkt P2, bei dem das Ausmaß des Ver schleißes gering ist.

Bei dem Abdrehvorgang bewegt sich die Schleifschei be 12 von dem Startpunkt P1 oder P3 (Fig. 6) oder dem Startpunkt P2 (Fig. 7) aus in axialer Richtung der Walze 2, während die Schleifscheibe radial in die Walze 2 einschneidet. Vor dem Schleifvorgang wird die Schleifscheibe 12 in radialer Richtung (X-Achse) der Walze 2 bewegt, und wenn die Schleif scheibe 12 mit der Walze 2 in Berührung gelangt, ändert sich der in den Schleifscheibenmotor 24 ein gespeiste Strom. Durch Erfassen des in den Motor 24 eingespeisten Stroms und durch Vergleichen des erfaßten Stroms mit einem voreingestellten Schwellen wert läßt sich also bestimmen, ob die Schleifscheibe 10 die Walze 2 berührt hat oder nicht. Nach der Be rührung zwischen Schleifscheibe 12 und Walze 2 wird die Ausführung eines Bearbeitungsprogramms, gemäß welchem die Schleifscheibe 12 in Richtung auf die Walze 2 bewegt wird, unterbrochen, und es wird ein anderes Bearbeitungsprogramm ausgeführt. Das Ausmaß der Radialbewegung der Schleifscheibe 12, welches in einem Schritt des unterbrochenen Programms festgelegt ist, wird gelöscht.

Anschließend wird auf der Grundlage des nächsten Programms die Schleifscheibe 12 in axialer Richtung (Z-Achse) der Walze 2 zum Schleifen der Walze be wegt. Wenn die Schleifscheibe 12 einen weniger ab genutzten Bereich der Walze 2 erreicht, verringert sich der in den Schleifscheibenmotor 24 fließende Strom. Daraufhin wird die Bewegungsrichtung der Schleifscheibe 12 entlang der Achse der Walze 2 umgekehrt, um den Schleifvorgang in der entgegen gesetzten Richtung fortzusetzen. Deshalb kann die Walze 2 wirksam abgedreht oder geschliffen werden, ohne daß die Form jeder abzudrehenden Walze gemes sen und ein Bearbeitungsprogramm für eine solche Walze erstellt werden muß.

Fig. 8 zeigt eine Sprung-Steuersequenz zum Umschalten von radialer Bewegung der Schleifscheibe 12 auf axiale Bewegung der Schleifscheibe während des Schleifvorgangs.

In einem Schritt S11 wird der Wert eines Ziel- oder Sollstroms (voreingestellter Strom) für den Schleif scheibenmotor 24 als Vorgabewert eingegeben, um einen Abdrehvorgang oder einen Bearbeitungsbefehl (ein Be arbeitungsprogramm), beispielsweise ein Schleifschei ben-Berührbefehl, auszuführen. Der Detektor 26 über wacht den Schritt S12 den in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Antriebsstrom, und der von dem De tektor 26 ermittelte Antriebsstrom wird im Schritt S13 von dem Prozessor 26 verglichen mit dem Soll stromwert. Wenn der erfaßte Strom im Schritt S13 den Wert des Sollstroms erreicht hat, wird das dann aus geführte Bearbeitungsprogramm unterbrochen, und im Schritt S14 wird ein Fertig-Status eingestellt, wo raufhin der verbleibende Bewegungsweg für die Schleif scheibe 12 gelöscht wird. Dann wird ein Folgeprogramm ausgeführt, um die Schleifscheibe 12 beispielsweise in axialer Richtung der Walze 2 zu bewegen.

Wenn der erfaßte Strom im Schritt S13 noch nicht den Sollwert erreicht hat, wird in einem Schritt S15 ge prüft, ob die Achsen-Sollverteilung bereits beendet ist oder nicht. Falls ja, wird ein Fehlerzustand deklariert, und im Schritt S16 wird ein Fehlerstatus gesetzt. Falls die Achse-Sollverteilung noch nicht fertig ist, wird im Schritt S17 ein Solldrehzahlwert ausgegeben, und der Bearbeitungsvorgang wird vom Schritt S12 an wiederholt.

Im folgenden soll eine Korrekturfunktion beschrieben werden, die die NC-Maschine gemäß der Erfindung zum Korrigieren des Schleifhubs aufweist.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausmaß der elastischen Verformung E der zu schleifenden Walze 2 und dem Wert des in den Schleifscheibenantriebs motor 24 eingespeisten Antriebsstroms I. Die Walze 2 wird beim Schleifvorgang elastisch verformt, und zwar hauptsächlich durch die Kraft, mit der die Schleifscheibe 12 gegen die Walze gedrückt wird. Je stärker der in den Schleifscheibenmotor 24 ein gespeiste Antriebsstrom I ist, desto größer ist das vom Motor 24 erzeugte Drehmoment, und desto größer ist die Kraft, mit der die Schleifscheibe 12 gegen die Walze 2 drückt. Deshalb wird die Walze 2 elastisch proportional zu dem in den Motor 24 ein gespeisten Antriebsstrom I verformt. Das Ausmaß dieser elastischen Verformung E der Walze 2 ist eine monoton ansteigende Funktion:

E = f(I)

Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Verscheiß geschwindigkeit der Schleifscheibe 12 und dem Wert des in dem Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten An triebsstroms I. Verschleiß der Schleifscheibe 12 ist bedingt durch die Reibung zwischen Schleifschei be 12 und Walze 2. Wie oben erwähnt, ist die zwischen der Schleifscheibe 12 und der Walze 2 erzeugte Rei bungskraft θ proportional zu dem von dem Schleif scheibenmotor 24 erzeugten Drehmoment τ, und dass Drehmoment τ wiederum ist proportional zu dem in den Motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I. Folg lich ist das Ausmaß des Verschleißes W der Schleif scheibe 12 auch eine Funktion des Antriebsstroms I des Motors 24. Das Ausmaß des Verschleißes W der Schleifscheibe 12 steht in Beziehung zu der Zeit, in welcher die Schleifscheibe 12 und die Walze 2 gegen einandergepreßt werden. Die Verschleißgeschwindigkeit ΔW der Schleifscheibe 12 (d. h.: die Ge schwindigkeit, mit der die Schleifscheibe 12 von einem Zeitpunkt t bis zu einem Zeitpunkt t + Δτ verschlissen wird, wird durch folgende Funktion aus gedrückt:

ΔW = g(I)

Deshalb ist das Ausmaß des Verschleißes der Schleif scheibe 12 das Integral der Verschleißgeschwindigkeit ΔW über die Zeit:

Fig. 11 zeigt einen Rundschleifprozeß, der die oben erläuterten Betrachtungen in Rechnung stellt. Wenn man annimmt, daß die Walze 2 vor dem Schleifen einen Ra dius S hat und ihre Ziel-Schnittiefe R beträgt, (siehe Fig. 1), so ist die Netto-Schnittiefe C die gleiche wie die Ziel-Schnittiefe R, falls es keine elastische Verformung der Walze 2 gäbe und die Schleifscheibe 12 keinem Verschleiß unterläge. Damit würde gelten:

S - R = S - C

Da jedoch die Netto-Schnittiefe C tatsächlich verringert wird durch das Ausmaß der elastischen Verformung E der Walze 2 und das Ausmaß des Verschleißes W der Schleif scheibe 12, erhält man:

S - R = S - C + E + W,

und es ist unmöglich, die Walze 2 zu der gewünschten Form zu schleifen.

Das Ausmaß der elastischen Verformung E der Walze 2 ist proportional zu dem in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Antriebsstrom I (siehe Fig. 9), und die Verschleißgeschwindigkeit ΔW der Schleifschei be 12 ist eine Funktion des in den Motor 24 einge speisten Stroms I (siehe Fig. 10). Das Ausmaß des Ver schleißes W wird entsprechend der Gleichung (6) be stimmt als ein zeitliches Integral der Verschleißge schwindigkeit ΔW. Unter der Annahme, daß die Summe des Ausmaßes der elastischen Verformung E der Walze 2 und des Ausmaßes des Verschleißes W der Schleifscheibe 12 einen Fehler D darstellt, läßt sich die Walze 2 zu der gewünschten Form schleifen, indem man den Fehler D = E + W berechnet, der beim Rundschleifprozeß 50 in Fig. 11 erzeugt wird, und um den die Netto-Schnitt tiefe C kleiner ist als die Ziel-Schnittiefe R, und indem man die Ziel-Schnittiefe R um den Fehler D korrigiert.

Wie oben in Verbindung mit den Fig. 5, 9 und 10 er läutert wurde, stehen die Schnittiefe C, das Ausmaß der elastischen Verformung E und das Ausmaß des Ver schleißes W in einer gewissen Beziehung zu dem in den Motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I. Im Hinblick darauf wird die Stärke des Laststroms (der Wert des Antriebsstroms) Im, der in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeist wird, von dem in Fig. 1 gezeigten De tektor 26 erfaßt, und das Ausmaß der elastischen Ver formung E sowie das Ausmaß des Verschleißes W werden von dem Prozessor 38 in der numerischen Steuereinheit 30 berechnet, und die Ziel-Schnittiefe R wird korri giert durch das Ausmaß der elastischen Verformung E und das Ausmaß des Verschleißes W, um die Abtrag menge oder Schleifmenge der Walze 2 automatisch zu korrigieren.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Korrigieren des Schleifhubs beim Schleifen der Walze 2. Beim Rundschleifprozeß zum Schleifen der Walze reduziert sich die Schnittiefe C aufgrund des Ver schleißes der Schleifscheibe 12 und der elastischen Verformung der Walze 2. Die Einrichtung enthält eine Korrektureinrichtung für elastische Verformung, 52, eine Verschleißkorrektureinrichtung 54 und einen Schleifregler 56 des Prozessors 38 in der numerischen Steuereinheit 30.

Numerische Steuerdaten (die Bewegungshübe in axialer und radialer Richtung der Walze 2 darstellen) für die Schleifscheibe 12 werden als Befehle gegeben, und auf der Grundlage der gegebenen Befehle wird ein Soll stromwert Is für den Schleifscheibenmotor 24 einge stellt. Der in den Motor 24 eingespeiste Ist-Strom wird als Laststrom Im von dem Detektor 26 in Fig. 1 erfaßt.

Die Korrektureinrichtung für elastische Verformung, 52, berechnet das Ausmaß der elastischen Verformung E aus dem Sollstrom Is und dem Ist-Laststrom Im wie folgt:

E = f(Im) = k.ΔI

wobei k ein Verformungs-Korrekturkoeffizient für die Werkzeugmaschine und ΔI die Differenz zwischen dem Sollstrom Is und dem Iststrom Im ist. Unter Berück sichtigung einer Totzone δ, bei der es sich um einen Systemparameter der NC-Maschine handelt, be stimmt sich ΔI wie folgt:

ΔI = Is - Im - δ

Im - Is < δ;

wobei

ΔI = 0

wobei -δ ≦ Im - Is ≦ δ;

ΔI = Is - Im + δ

wobei δ < Im - Is.

Das so berechnete Ausmaß der elastischen Verformung E wird auf die Ziel-Schnittiefe R addiert. In ähnlicher Weise berechnet die Verschleißkorrektureinrichtung 24 das Ausmaß des Verschleißes W aus dem Sollstrom Is und dem Laststrom Im wie folgt:

ΔW = g(Im) = q.Is.Im

wobei q ein Verschleißkorrekturkoeffizient der Werk zeugmaschine ist. Die Verschleißgeschwindigkeit ΔW ist eine Schnittiefe pro Zeiteinheit und entspricht der Geschwindigkeit V mit der die Schleifscheibe 12 in die Walze 2 radial einschneidet. Da die Walze 2 von der Schleifscheibe 12 mit der Geschwindigkeit V ge schliffen wird, ist der Bewegungshub der Schleifschei be 12 in radialer Richtung ein Integral der Geschwin digkeit, und das Ausmaß des Verschleißes W wird auf die Ziel-Schnittiefe R addiert. Als Resultat wird die Schnittiefe, korrigiert, um das Ausmaß der elastischen Verformung E der Walze 2 und das Ausmaß des Verschleis ses W der Schleifscheibe 12, als Sollwert an den Rund schleifprozeß 50 gegeben, so daß die Walze 2 zu der gewünschten Form geschliffen werden kann.

Der Sollstromwert Is, der Verformungskorrekturkoeffi zient k und der Verschleißkorrekturkoeffizient q kön nen gemeinsam in Form von Befehlescodes in dem nume rischen Steuerprogramm eingestellt werden, oder die Werte können als Parameter über die Eingabeeinheit 46 eingegeben werden, die an die numerische Steuerein heit 20 angeschlossen ist, so daß die Werte in den Speicher 40 angespeichert werden.

Der Verschleißkorrekturkoeffizient q ist möglicher weise nicht konstant, da das Ausmaß des Verschleißes W der Schleifscheibe 12 während des Schleifvorgangs zeitlich schwankt. Das Ausmaß des Verschleißes W be stimmt sich abhängig von der Drehzahl der Schleif scheibe 12, der Schnittiefe, der Geschwindigkeit, mit der die Schleifscheibe in axialer Richtung verschoben wird, der Form und dem Material der Walze 2 und ande ren Faktoren, und der Wert wird üblicherweise für die betreffende Werkzeugmaschine empirisch ermittelt. Wenn allerdings das Schleifvermögen der Schleifscheibe 12 durch starke Belastung oder durch Ablösen der Oberflächenschicht der Schleifscheibe 12 verringert ist, reicht der oben erläuterte Verschleißkorrektur vorgang nicht aus, um die Schnittiefe genügend zu korrigieren.

Um dieses Problem zu lösen, wird der Verschleißkorrekturkoeffzient q ermittelt und korrigiert auf der Grundlage eines Zeitintervalls T, in welchem eine Verschleißkorrektur erfolgt, sowie der Differenz ΔI zwi schen dem Sollwert Is und dem in den Motor 24 eingespeisten Laststrom Im.

In das Bearbeitungsprogramm wird ein "Verschleißkoeffi zient-Lernbefehl" eingefügt, und der Koeffizient q wird berechnet und korrigiert in einem vorbestimmten Zeitintevall. Dies geschieht in der in Fig. 12 ge zeigten Verschleißkorrektureinrichtung 54 auf der Grundlage folgender Beziehung:

wobei α ein Lernkoeffizient ist, bei dem es sich um einen der Werkzeugmaschine eigenen Parameter handelt, und q (neu) und q (alt) ein momentaner bzw. ein voraus gehender Verschleißkorrekturkoeffizient ist. Die Dif ferenz ΔI zwischen den Strömen wird gemäß Gleichungen (8) bis (10) berechnet, wobei die Totzone δ berück sichtigt wird. Wenn der Sollstrom Is und der Last strom Im innerhalb der Totzone δ liegen, bleibt der Verschleißkorrekturkoeffizient q (neu) unverändert. Wenn der Sollstrom Is und der Laststrom Im die Totzone δ überschreiten, ändert sich der Verschleißkorrektur koeffizient q (neu) proportional zu dem Betrag, um den der Sollstrom Is und der Laststrom Im die Totzone δ überschreiten. Zu der Zeit, in der die Schnittiefe C entsprechend dem Iststrom Im stark schwankt wird also der Verschleißkorrekturkoeffizient q automatisch korrigiert, da das Ausmaß des Verschleißes oder das Schleifvermögen der Schleifscheibe 12 sich ändert. Demzufolge läßt sich die Walze 2 ungeachtet der Art und Weise, wie der Zustand der Schleifscheibe 12 variiert, mit hoher Genauigkeit schleifen.

Die erfindungsgemäße NC-Werkzeugmaschine besitzt eine Funktion, nach welcher die Schleifscheibe 12 in der Lage ist, auf der Grundlage eines voreingestellten Stroms bis zu einer gegebenen Schnittiefe in die Walze 2 einzuschneiden. Der Laststrom Im des Schleifschei benmotors 24 wird von dem Detektor 26 erfaßt, der erfaßte Laststrom Im wird im Prozessor 38 verglichen mit einem voreingestellten Sollstrom Is, und die Schleifscheibe 12 schneidet radial in die Walze 2 mit vorbestimmter Geschwindigkeit ein, bis der Last strom Im des Motors 24 den Sollstrom Is erreicht, um dadurch die Walze 2 bis zu einer vorbestimmten Schnittiefe abzuschleifen. Der in Fig. 12 gezeigte Schleifregler vergleicht den von dem Detektor 26 erfaßten Laststrom Im mit dem Sollstrom Is und steuert den Servomotor 22 so, daß die Schleifscheibe 12 abhängig von der Differenz zwischen den Strömen mit vorbestimmter Geschwindigkeit so radial in die Walze 2 einschneidet, daß die gewünschte Schnittiefe C erhalten wird. Der Schleifregler 56 ar beitet, wenn ein Befehl zum Schleifen der Walze 2 auf der Grundlage des Sollstroms in dem Bearbeitungs programm enthalten ist. Wenn die Befehle zu Korrek tur der elastischen Verformung und des Verschleißes im selben Programmblock enthalten sind wie der Be fehl zum Schleifen der Walze 2 auf der Grundlage des Sollstroms, werden diese Befehle für die Korrektur der elastischen Verformung und des Verschleißes nicht berücksichtigt.

Fig. 13 veranschaulicht die Funktion, gemäß der die Schleifscheibe 12 in die Lage versetzt wird, auf der Grundlage des voreingestellten Stroms in die Walze 2 einzuschneiden. Zunächst werden als Befehle zum Steuern der Schleifscheibe 12 numerische Steuer daten gegeben (die Bewegungshübe der Schleifscheibe 12 in axialer und radialer Richtung der Walze 2, der Sollstrom Is für den Schleifscheibenmotor 24, etc.), und die Walze 2 wird auf der Grundlage dieser Befehle im Schritt S21 geschliffen. Der Sollstrom Is kann in dem Bearbeitungsprogramm vorgegeben sein oder kann über die Parametereinstellfunktion der Eingabeeinheit 46 eingegeben werden, beispielsweise über eine Tastatur in Verbindung mit der Anzeigeeinheit 48 (diese ist zum Beispiel eine Kathodenstrahl röhre), so daß die eingegebenen Werte im Speicher 40 gespeichert werden.

Wenn der Sollstrom Is eingestellt ist und auf der Grundlage des Sollstroms Is ein Befehl zum Schleifen der Walze 2 gegeben wird, wird der Schleifregler 56 betätigt, um den in den Motor 24 eingespeisten Laststrom und den Sollstrom Is zu vergleichen (Schritt 22). Wenn der Laststrom Im kleiner ist als der Soll strom Is, wird die Schleifscheibe 12 angetrieben, um mit folgender Geschwindigkeit V in die Walze 2 ein zuschneiden:

wobei a, b und c für die Werkzeugmaschine typische Systemparameter sind. Dies geschieht in den Schritten S23a, S24a, S25a und S26a. Ist der Laststrom Im größer als der Sollstrom Is, wird die Schleifscheibe 12 mit folgender Geschwindigkeit V von der Walze 2 fortbewegt:

Dies geschieht in den Schritten S23b, S24b, S25b und S26b. Wenn der Laststrom Im den Sollstrom Is erreicht, wird der Befehl zum Schleifen der Walze 2 auf der Grundlage des Sollstroms im Schritt 27 gelöscht, und die Schleifscheibe 12 wird lediglich in axialer Rich tung (Z-Achse) der Walze 2 bewegt (Schritt 28). Dann erreicht die Schleifscheibe 12 eine gegebene Position in Richtung der Z-Achse, woraufhin die Bewegung der Schleifscheibe 12 entlang der Z-Achse beendet wird (Schritt 29). Die Walze 2 ist somit bis auf eine vorbestimmte Schnittiefe durch die Schleifscheibe 12 geschliffen.

Im folgenden werden Schleifbetriebsarten entsprechend den dargestellten Ausführungsformen auf der Grundlage der oben erläuterten verschiedenen Funktionen in Kom bination miteinander erläutert. Die Schleifbetriebs arten umfassen zum Beispiel ein Querschleifen zum Schleifen einer Walze, während einer adaptive Steuerung durch Korrigieren des Verschleißes der Schleifscheibe und außerdem durch Korrigieren der elastischen Ver formung der Walze erfolgt, ein Querschleifen, bei dem eine Zwischen-Schneidgeschwindigkeit spezifiziert wird, und ein Querschleifen, bei welchem in die Walze an deren Enden eingeschnitten wird. Für diese drei Querschleifbetriebsarten werden spezielle Befehlscodes (besondere Befehle) festgelegt. Auf der Grundlage ver schiedener Paramter, die zusammen mit einem ausgewählten Befehlscode gegeben werden, werden Befehle zum Ausführen der oben angegebenen verschiedenen Schleiffunktionen freigegeben, um die entsprechende Querschleifbetriebs art zu erhalten.

Fig. 14 zeigt einen Bewegungsweg der Schleifscheibe 12 in der Querschleifbetriebsart mit adaptiver Steuerung. In dieser Querschleifbetriebsart wird ein Code gegeben, welcher einen der Betriebsart entsprechenden speziellen Befehl repräsentiert. Außerdem werden Paramter gegeben, welche einen Sollstrom Is für den Schleifscheibenmotor 24, Schleifendpunkte P1 bis P3 (siehe Fig. 6), die An zahl N von Querbewegungen, eine Verweilzeit t, während der sich die Schleifscheibe an einem Ende der Walze 2 aufhält, und die Geschwindigkeit F, mit der die Schleif scheibe 12 vorgeschoben wird, kennzeichnen. Ansprechend auf den speziellen Befehlscode werden die Verschleiß korrekturfunktion und die Verformungskorrekturfunktion freigegeben, so daß die Walze in der gleichen Weise geschliffen wird, als ob Befehlscodes für die indivi duellen Korrekturfunktionen vorhanden wären.

Wie Fig. 14 zeigt, schleift die Schleifscheibe 12 die Walze 2, während sie sich in axialer Richtung der Walze 2 bewegt. In einer Zone (1) bewegt sich die Schleifscheibe 12 entlang einer Bahn, die durch die Anfangseinstellung der Walze 2 definiert wird. In einer Zone (2) schneidet die Schleifscheibe 12, wäh rend sie sich in axialer Richtung (Z-Achse) der Walze 2 bewegt, in die Walze 2 radial (X-Achse) ein, bis der Laststrom Im, der in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeist wird, den Sollstrom Is erreicht. Dann schleift die Schleifscheibe 12 in einer Zone (3) die Walze 2, indem sie in axialer Richtung traversiert, wobei die Verschleißkorrektur und die Verformungs korrektur erfolgen. In einer Zone (4) wird der Ver schleißkorrekturkoeffizient q auf der Grundlage des Zeitintervalls, in welchen die Verschleißkorrektur soweit durchgeführt wurde, und der Differenz zwischen dem Sollstrom Is und dem Laststrom Im des Schleif scheibenmotors 24 variiert, um eine Anpassung an das Ausmaß des Verschleißes der Schleifscheibe 12 zu schaffen, welches mit dem zeitlich fortschreitenden Schleifvorgang variiert. In einer Zone (5) wird unter Verwendung des geänderten Verschleißkorrekturkoeffi zienten q die Schleifscheibe 12 zu einem querliegenden Endpunkt bewegt, während die Schleifkorrektur und die Verformungskorrektur wie in der Zone (3) durchge führt werden. In einer Zone (6) bewegt sich die Schleifscheibe 12 entlang der Walzenform, die durch die Anfangseinstellung definiert ist. Dann verweilt die Schleifscheibe 12 für eine festgelegte Verweil zeit t in einer Zone (7). Anschließend werden die Bewegungen zur Durchführung des Querschleifens ent sprechend den Zonen (1)' bis (6)' und (7)' für N Querbewegungen wiederholt.

Fig. 15 zeigt den Bewegungsweg der Schleifscheibe 12 beim Querschleifbetrieb, wobei eine mittlere Schneid geschwindigkeit festgelegt ist. In dieser Querschleif betriebsart sind ebenfalls ein für einen speziellen Befehl kennzeichnender Code sowie Parameter gegeben, welche einen Sollstrom Is, Startpunkte P1 bis P3, die Anzahl N von Querbewegungen, eine Verweilzeit t, eine Vorschubgeschwindigkeit f und eine mittlere Schneid geschwindigkeit V repräsentieren. Bei diesem Quer schleifbetrieb schneidet die Schleifscheibe 12 mit der festgelegten Schleifgeschwindigkeit V radial (X- Achse) in die Walze ein, bis der Sollstrom Is erreicht ist, bevor ein seitlicher Endpunkt erreicht wird. Die Schleifscheibe 12 folgt dem in Fig. 15 durch Pfeile angedeuteten Weg. Das Werkstück 2 wird in einer ro tationssymmetrische Walzenform gebracht, indem es entlang einer definierten Kontur bis hinab zu einem am meisten verschlissenen Bereich geschliffen wird, bevor der eigentliche Schleifvorgang beginnt. In der Querschleifbetriebsart wird nur die Funktion des Schleifens der Walze 2 auf der Grundlage des vorein gestellten Stroms durchgeführt, während die adaptiven Steuerfunktionen, wie beispielsweise die Verschleiß korrektur und die Verformungskorrektur, nicht durchge führt werden.

Fig. 16 zeigt den Bewegungsweg der Schleifscheibe 12 in einer Querschleifbetriebsart, in welcher die Schleif scheibe 12 an den beiden Enden der Walze in diese ein schneidet. Bei dieser Querschleifbetriebsart sind ein Code, der den entsprechenden, speziellen Befehl kenn zeichnet, sowie Parameter gegeben, die kennzeichnend sind für die Startpunkte P1 bis P3, die Anzahl N von Querbewegungen, eine Verweilzeit t, eine Vorschubgeschwindigkeit F, ein Maß der elastischen Verformung E an den Endpunkten und eine Schneidgeschwindigkeit V an den Endpunkten. Bei dieser Querschleifbetriebsart beginnt, wie durch Pfeile in Fig. 16 angedeutet, die Schleifscheibe 12 von den jeweiligen Positionen aus in entgegengesetzte Richtungen zu traversieren und schneidet an den entgegengesetzten Enden in die Walze 2 ein. Dies geschieht mit N Querbewegungen bei der Schneidgeschwindigkeit V mit dem Ausmaß der elasti schen Verformung E. Wenn die laufenden Position der Schleifscheibe 12 dem Punkt P1 oder P3 entspricht, kann man auf die Festlegung des Querdurchlauf-Endpunkts verzichten. Bei dieser Querlauf-Schleifbetriebsart wird die Schleifsteuerung auf der Grundlage des in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Laststroms nicht durchgeführt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird auf der Grundlage der Tatsache, daß der in den Schleif scheibenmotor eingespeiste Antriebsstrom und die Schnittiefe der Schleifscheibe in einer gewissen Be ziehung zueinander stehen, der Antriebsstrom von einem Detektor erfaßt, und die Schnittiefe, um die die Schleifscheibe in die Walze einschneidet, wird so gesteuert, daß der Antriebsstrom einen voreinge stellten Strom erreicht. Das Werkstück wird zu einer gewünschten Form geschliffen, indem wiederholt die Bewegung der Schleifscheibe in axialer Richtung des Werkstücks umgekehrt wird. Es ist daher nicht nötig, den Verschleißzustand des abzudrehenden Werkstücks zu messen und numerische Steuerdaten zum Abdrehen des Werkstücks zu programmieren. Das Werkstück wird mit hoher Effizienz geschliffen. Durch einfaches Einstellen einer Schnittiefe für die Schleifscheibe als in den Schleifscheibenmotor einzuspeisenden Antriebsstrom, durch Einstellen eines Startpunkts und durch Geben eines Abdrehbefehls läßt sich die jenige Zone des Werkstücks, die weniger abgenutzt ist, automatisch bis auf eine gewünschte Schnitt tiefe abschleifen. Dieser erfindungsgemäße Prozeß ist wirtschaftlicher als das gleichförmige Abschlei fen des Werkstücks.

Wenn der Antriebsstrom eine vorbestimmte Vergleichs bedingung erfüllt, wird die Steuerung vom laufenden Bearbeitungsprogramm transferiert zu einem Nachfol ge-Bearbeitungsprogramm, so daß einfach und genau ohne Messung der Werkstück-Form und ohne Erstellung eines Bearbeitungsprogramms festgestellt werden kann, wie die Schleifscheibe mit dem Werkstück in Berührung gelangt. Deshalb läßt sich die Richtung, in der sich die Schleifscheibe bezüglich des Werkstücks bewegt, für ein effizienteres Schleifen des Werkstücks auto matisch umkehren.

Claims

1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zum Rundschleifen eines Werkstücks (2) zu einer gewünschten Walzenform, wozu das Werkstück (2) mit vorbestimmter Drehzahl um seine Drehachse gedreht und ein Schleifwerkzeug (12) radial und axial zum Werkstück (2) bewegt wird, mit folgenden Merkmalen:

- eine erste Antriebseinrichtung (22), die das Schleifwerkzeug (12) radial zum Werkstück (2) bewegt;
- eine zweite Antriebseinrichtung (20), die das Schleifwerkzeug (12) axial zum Werkstück (2) bewegt;
- eine Eingabeeinheit (46) zur Eingabe von Walzenformdaten, welche (i) eine Walzennummer zur Identifizierung einer Walze, (ii) eine Walzen form, welche eine oder eine Mehrzahl von Kurvenformen aufweist, und (iii) Walzenparameter (L, D, RL, A) für die Kurvenformen enthalten;
- eine Punktmengendaten-Recheneinrichtung zur Berechnung von Punkt mengendaten für die Kurvenformen anhand vorbestimmter Formeln und der Walzenformdaten;
- eine Speichereinrichtung (40) zur Speicherung der Walzenformdaten für eine Mehrzahl von gewünschten Walzenformen und ihrer entsprechenden Punktmengendaten;
- eine auf das Auswählen einer gewünschten Walzenform ansprechende Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Betriebs der ersten und zweiten Antriebseinrichtung (22, 20) nach Maßgabe der Punktmengendaten der ausgewählten gewünschten Walzenform, um das Werkstück (2) zur ge wünschten Walzenform zu schleifen.

2. Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (12) eine drehbare Schleifscheibe ist.

3. Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Punktmengendaten-Recheneinrichtung und die Steuereinrich tung (30) einen Prozessor (38) enthalten.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kurvenformen eine Sinusform, eine rechtskonische Form, eine linkskonische Form, eine Bogenform oder eine Kombination aus diesen Formen enthalten.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Walzenparameter eine Krümmungslänge L, eine Krümmungstiefe D und eine Walzenlänge RL festlegen.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Punktmengendaten-Recheneinrichtung eine Ein richtung zur Berechnung einer Schnittiefe (X) in radialer Richtung eines Schnitts in eine Walze aufweist, wobei die Schnittiefe (X) wie folgt definiert ist:
wobei Z die axiale Position der Walze (2) kennzeichnet, und θ einen Parameter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.

7. Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgen den Merkmalen:

- eine Detektoreinrichtung (26), die einen Antriebsstrom erfaßt, der einem das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebsmotor (24) zugeführt wird;
- eine Verschleißkorrektureinrichtung, die das Ausmaß des Verschleisses des Schleifwerkzeugs (12) als Korrekturbetrag für die Bewegung des Schleifwerkzeugs (12) in radialer Richtung des Werkstücks (2) auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms berechnet; und
- eine Einrichtung zum Addieren des Bewegungskorrekturbetrags des Schleifwerkzeugs (12) auf einen Ziel-Bewegungsbetrag des Schleifwerk zeugs (12), um eine durch Verschleiß des Schleifwerkzeugs bedingte Reduzierung des Schleifabriebs zu kompensieren.

8. Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgen den Merkmalen:

- eine Detektoreinrichtung (26), die einen Antriebsstrom erfaßt, der einem das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebsmotor (24) zugeführt wird;
- eine zur Korrektur elastischer Verformungen vorgesehene Korrekturein richtung, die das Ausmaß der elastischen Verformung des Schleifwerk zeugs (12), hervorgerufen durch das Schleifen des Werkstücks (2) mit dem Schleifwerkzeug (12) in radialer Richtung zum Werkstück (2), als Bewegungskorrekturbetrag des Schleifwerkzeugs (12) auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms berechnet; und
- eine Einrichtung zum Addieren des Bewegungskorrekturbetrags des Schleifwerkzeugs (12) auf einen Ziel-Bewegungsbetrag des Schleifwerk zeugs (12), um eine durch elastische Verformung des Schleifwerkzeugs (12) bedingte Reduzierung des Schleifabriebs zu kompensieren.

9. Verfahren zum Steuern des Schleifbetriebs einer numerisch gesteuer ten Werkzeugmaschine, die zum Rundschleifen eines Werkstücks (2) in eine Walzenform mit rotationssymmetrischer Schleiffläche dient, wozu das Werkstück (2) mit vorbestimmter Drehzahl um eine Drehachse gedreht und ein Schleifwerkzeug (12) radial und axial zum Werkstück bewegt wird, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Auswählen eines Werkstücks (2);
- Auswählen einer gewünschten Walzenform, welche eine oder eine Mehrzahl von Kurvenformen aufweist, außerdem Walzenparameter für die Kurvenformen;
- Speichern von Walzenformdaten gemäß der Auswahl in einem Speicher (40);
- Berechnen von Punktmengendaten für die Kurvenformen anhand der Walzenformdaten und vorbestimmter Formeln;
- Speichern der Punktmengendaten im Speicher (40) innerhalb eines Speicherbereichs, der dem ausgewählten Werkstück (2) entspricht; und
- Lesen der Punktmengendaten aus dem Speicher (40) und Steuern des Schleifwerkzeugs auf der Grundlage der Punktmengendaten, um das Werkstück (2) zur ausgewählten Walzenform zu schleifen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (12) eine drehbare Schleifscheibe ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenformen eine Sinusform, eine rechtskonische Form, eine links konische Form, eine Bogenform oder eine Kombination aus diesen For men enthalten.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich net, daß die Walzenparameter eine Krümmungslänge L, eine Krümmungstiefe D und eine Rollenlänge RL festlegen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeich net, daß der Schritt zur Berechnung von Punktmengendaten einen Schritt zur Berechnung einer Schnittiefe (X) in radialer Richtung eines Schnitts in eine Walze beinhaltet, wobei die Schnittiefe (X) wie folgt definiert ist:
wobei Z die axiale Position der Walze kennzeichnet und θ einen Para meter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit folgenden Ver fahrensschritten:

- Erfassen eines Antriebsstroms, der einem Antriebsmotor (24) zum Drehen des Schleifwerkzeugs (12) zugeführt wird;
- Veranlassen des Schleifwerkzeugs (12), radial in das Werkstück (2) einzuschneiden, bis der Wert des erfaßten Antriebsstroms einen vorein gestellten Stromwert erreicht;
- anschließendes Bewegen der Schleifscheibe (12) in axialer Richtung zum Werkstück (2), um das Werkstück (2) zu schleifen;
- wenn der Wert des erfaßten Antriebsstroms unter den voreingestellten Stromwert fällt, Veranlassen des Schleifwerkzeugs (12), radial in das Werkstück (2) einzuschneiden, bis der Wert des erfaßten Antriebsstroms den voreingestellten Stromwert erreicht; und
- Umkehren der Bewegung des Schleifwerkzeugs (12) in axialer Richtung des Werkstücks (2), um dieses kontinuierlich zu schleifen.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Erfassen eines in einen das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebs motor (24) eingespeisten Antriebsstroms;
- Berechnen eines Korrekturbewegungsbetrags des Schleifwerkzeugs (12) entsprechend dem Ausmaß des Verschleisses des Schleifwerkzeugs (12) für die Radialrichtung des Werkstücks auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms;
- anschließendes Korrigieren eines Verschleißkorrekturkoeffizienten in einem vorbestimmten Zeitintervall auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Wert eines Sollstroms, der dem Antriebsmotor zuzuführen ist, und dem erfaßten Wert des Antriebsstroms, sowie des vorbestimmten Zeitintervalls; und
- Korrigieren des Korrekturbewegungsbetrags des Schleifwerkzeugs (12) sukzessive mit dem Verschleißkorrekturkoeffizienten, sowie Addieren des korrigierten Betrags auf einen Ziel-Bewegungsbetrag, um eine durch Verschleiß des Schleifwerkzeugs (12) bedingte Reduzierung des Schleif abriebs beim Schleifen des Werkstücks (2) zu kompensieren.