DE3830854C2 - Process for optimizing the infeed when grinding cams of a camshaft - Google Patents
Process for optimizing the infeed when grinding cams of a camshaftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Zustellung beim Schleifen von Nocken einer Nockenwelle mittels einer numerisch gesteuerten Nockenwellen-Schleifmaschine, bei der die Nockenwelle in einer Werkstückaufnahme mit vorgegebenem Winkelgeschwindigkeitsverlauf in vorbestimmten Winkelschritten um ihre Längsachse drehbar angeordnet ist und ein Schleifschlitten mit einer Schleifscheibe in einer Achse senkrecht zur Längsachse der Nockenwelle in vorgegebenen Schritten zustellbar ist, wobei die Schleifscheibe bezüglich ihrer Beschaffenheit in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgangs-Geometrie, dem Werkstoff und der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit (Rauhtiefe (RZ), Formfehler (fm)) der Nocken ausgewählt wird.The invention relates to a method for optimizing the infeed when grinding cams of a camshaft by means of a numerically controlled camshaft grinding machine, in which the camshaft is rotatably arranged in a workpiece holder with a predetermined angular velocity in predetermined angular steps about its longitudinal axis and a grinding slide with a grinding wheel in one Axis perpendicular to the longitudinal axis of the camshaft can be set in predetermined steps, the grinding wheel being selected with regard to its properties depending on the respective initial geometry, the material and the desired surface properties (surface roughness (R Z ), shape error (f m )) of the cams .
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist allgemein bekannt. So sind in der DE-Z "Werkstatt und Betrieb", 1985, Seiten 443 bis 448; 1986, Seiten 655 bis 660; 1987, Seiten 269 bis 274 und 1988, Seiten 201 bis 206 verschiedene Verfahren beschrieben, mit denen Produktions-Nockenformschleifmaschinen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, u. a. auch der Geometrie der Nocken sowie der Nockenwelle und des verwendeten Werkstoffs gesteuert werden.A method of the type mentioned above is generally known. For example, in DE-Z "Werkstatt und Betrieb", 1985, pages 443 to 448; 1986, pages 655 to 660; 1987, pages 269 to 274 and 1988, pages 201 to 206 described different methods, with which production cam form grinding machines are dependent of various parameters, u. a. also the geometry of the cams as well as the camshaft and the material used become.
Schließlich ist aus der Dissertation von Yegenoglu "Berechnung von Topographiekenngrößen zur Auslegung von CBN-Schleifprozessen", Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, 1986, ein mathematisches Modell bekannt, um Topographiekenngrößen von Außenrund-Schleifvorgängen zu ermitteln und daraus Strategien zur Prozeßauslegung ab zuleiten.Finally, from Yegenoglu's dissertation "calculation of topography parameters for the design of CBN grinding processes ", Faculty of Mechanical Engineering of the Rheinisch-Westfälische Technical University of Aachen, 1986, a mathematical model known to topography characteristics of external cylindrical grinding processes to determine and strategies for process design forward.
Bei den eingangs zunächst genannten Verfahren, wie sie beim Nockenformschleifen eingesetzt werden, hat man zwar versucht, bestimmte Einzelaspekte des Nockenformschleifens durch mathe matische Modelle zu erfassen und daraus Prozeßparameter abzu leiten, das Schwergewicht dieser Bemühungen lag jedoch in der Formtreue, d. h. der Maßhaltigkeit der geschliffenen Nocken, während wirtschaftliche Kriterien allenfalls am Rande berück sichtigt worden sind. In the initially mentioned methods, such as those for Cam shape grinding have been used, attempts have been made certain individual aspects of cam shape grinding through math to record mathematical models and derive process parameters from them lead, but the focus of these efforts was on Shape retention, d. H. the dimensional accuracy of the ground cams, while economic criteria are marginalized at best have been viewed.
In der Arbeit von Yegenoglu sind zwar auch wirtschaftliche Gesichtspunkte berücksichtigt worden, jedoch bezieht sich jenes bekannte Modell auf allgemeine Außenrundschleifvorgänge und es fehlt ein geschlossenes System, um die gefundenen Modellvorstellungen in eine Produktionsstrategie umzusetzen.Yegenoglu's work also includes economic ones Considerations have been taken into account, but that relates known model on general external cylindrical grinding and there is no closed system for the found models to implement in a production strategy.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die physikalischen Mechanismen des Nockenformschleifens mit Werkzeugspezifikationen und Prozeßparametern in einen geschlossenen Wirkungskreis gebracht werden, um unter wirt schaftlichen Gesichtspunkten, d. h. bei minimaler Schleifzeit, unter möglichst vollkommener Ausnutzung des physikalisch Möglichen ein Optimum zu finden.In contrast, the invention is based on the object To further develop methods of the type mentioned at the beginning, that the physical mechanisms of cam shape grinding with tool specifications and process parameters in one closed sphere of activity to be brought under host economic aspects, d. H. with minimal grinding time, with the fullest possible use of the physical Possible to find an optimum.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Verfah rensschritte gelöst:This object is achieved by the following procedure Steps solved:
- - Zunächst bestimmen einer theoretischen minimalen Schleifzeit (thmin) pro Umdrehung des Nockens aus der Geometrie des Nockens sowie der maximalen Winkelgeschwindigkeit (ωmax) nach der zugeschnittenen Größengleichung: wobei ϕG, ϕF und ϕS die Umfangswinkel im Bereich des Grundkreises, der Flanken bzw. der Spitze und ωG max, ωF max und ωS max die in Anbetracht der Nockengeometrie (Grundkreisradius (RG), Spitzenradius (RS), mittlerer Flankenradius (RFm), Erhebungswert (S)) sowie der Schleifscheibendaten (Radius (rS), Geschwindigkeit (vS), Geschwindigkeitsquotient (q)) theoretisch maximalen Winkelgeschwindigkeiten in diesen Bereichen sind;- First determine a theoretical minimum grinding time (t hmin ) per revolution of the cam from the geometry of the cam and the maximum angular velocity (ω max ) according to the cut size equation: where ϕ G , ϕ F and ϕ S are the circumferential angles in the area of the base circle, the flanks or the tip and ω G max , ω F max and ω S max which, considering the cam geometry (base circle radius (R G ), tip radius (R S ), mean flank radius (R Fm ), survey value (S)) and the grinding wheel data (radius (r S ), speed (v S ), speed quotient (q)) are theoretically maximum angular speeds in these areas;
- - dann bestimmen eines maximalen bezogenen Zeitspanvolumens (Q′wmax, d. h. zerspantes Werkstoffvolumen pro Zeiteinheit und pro mm Schleifscheibenbreite) in Abhängigkeit von der maximalen Antriebsleistung (Pmax) des Schleifscheibenantriebes nach der zugeschnittenen Größengleichung: wobei b die Breite der Nocken ist und K₁ und K₂ Konstanten sind, für die vorzugsweise gilt: K₁ =1,754 und K₂=2,778;- then determine a maximum related chip removal volume (Q ′ wmax , ie machined material volume per unit of time and per mm grinding wheel width ) depending on the maximum drive power (P max ) of the grinding wheel drive according to the cut size equation: where b is the width of the cams and K₁ and K₂ are constants, for which preferably applies: K₁ = 1.754 and K₂ = 2.788;
- - weiterhin bestimmen eines maximalen bezogenen zerspanten Werkstückvolumens (V′wmax) aus der minimalen Schleifzeit (thmin) sowie dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: V′w max = Q′w max · th min;- further determine a maximum machined workpiece volume (V ′ wmax ) from the minimum grinding time (t hmin ) and the maximum machined volume (Q ′ wmax ) according to the formula: V ′ w max = Q ′ w max · t h min ;
- - und schließlich berechnen der maximalen, optimierten Zustellung (amax aus dem maximalen zerspanten Werkstückvolumen (V′wmax) und der Geometrie der Nocken nach der Formel: wobei k ein laufender Parameter für die Anzahl der fallweise vorgegebenen Flankenradien (RF) ist, der von 1 bis n läuft.- and finally calculate the maximum, optimized infeed (a max from the maximum machined workpiece volume (V ′ wmax ) and the geometry of the cams according to the formula: where k is a running parameter for the number of flank radii (R F ) that is specified in a case-by-case manner and runs from 1 to n.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Es wird nämlich erstmalig von den beiden kritischsten Größen des Schleifprozesses ausgegangen, nämlich der maximal möglichen Winkelgeschwindigkeit der sogenannten C-Achse einerseits und der Antriebsleistung der Schleifscheibe andererseits, um über die spezielle Geometrie der zu bearbeitenden Nocken der Nockenwelle ein maximales bezogenes Zeitspanvolumen als kritische Kenngröße des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln. Dieses maximale bezogene Zeitspanvolumen bestimmt dann seinerseits wiederum über die Geometrie der Nocken die maximale Zustellung und zwar derart, daß bei Einstellung dieser Zustellung die Schleifmaschine gerade an der Grenze ihrer möglichen Leistungsdaten betrieben wird. Über die Vorgabe einer endlichen Menge real verfügbarer Schleifscheiben kann dann je nach gewünschter Oberflächenqualität, d. h. je nach gewünschter Rauhtiefe, eine zugehörige Schleifscheibe ermittelt werden, um dann den Nockenformschleifprozeß ablaufen zu lassen. The object on which the invention is based is achieved in this way completely solved. It is the first time that the two of them most critical sizes of the grinding process, namely the maximum possible angular velocity of the so-called C-axis on the one hand and the drive power of the grinding wheel on the other hand, about the special geometry of the machined Cam of the camshaft a maximum related chip removal volume as a critical parameter of the method according to the invention to investigate. This maximum obtained chip removal volume is determined then again the geometry of the cams maximum delivery and in such a way that when setting this Infeed the grinding machine just at the limit of yours possible performance data is operated. About specifying a finite amount of actually available grinding wheels can then ever according to the desired surface quality, d. H. depending on the desired Surface roughness, an associated grinding wheel can be determined, to then run the cam shape grinding process.
Bei einer bevorzugten weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zusätzlich der Spanraumfüllungsgrad (fg) berücksichtigt wird, werden die folgenden Schritte zusätzlich eingesetzt:In a preferred further embodiment of the method according to the invention, in which the chip filling degree (f g ) is also taken into account, the following steps are additionally used:
- - Bestimmen des Spanraumfüllungsgrades (fg) aus dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: wobei VES das Einzelspanvolumen und VSR das von dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) abhängige Spanraumvolumen sind;- Determine the chip filling degree (f g ) from the maximum drawn chip removal volume (Q ′ wmax ) according to the formula: where V ES is the individual chip volume and V SR is the chip space volume dependent on the maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax );
- - Vergleichen des ermittelten Spanraumfüllungsgrades (fg) mit einem zulässigen Grenzwert (K₁₁), für den vorzugsweise gilt K₁₁=0,75;- Comparing the determined chip filling degree (f g ) with an allowable limit (K₁₁), for which preferably K₁₁ = 0.75 applies;
- - Vermindern des maximalen bezogenen Zeitspanvolumens, (Q′wmax) bis der ermittelte Spanraumfüllungsgrad (fg) den Grenzwert (K₁₁) nicht überscheitet; und- Reduce the maximum amount of chip removal , (Q ′ wmax ) until the determined chip filling degree (f g ) does not exceed the limit value (K₁₁); and
- - Bestimmen der zugehörigen optimierten Zustellung (aopt) aus dem verminderten maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax).- Determine the associated optimized infeed (a opt ) from the reduced maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ).
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß zusätzlich zu den bereits erwähnten Grenzdaten der maximalen Winkelgeschwindigkeit in der C-Achse und der Leistung des Schleifscheibenantriebes noch der physikalische Prozeß der Spanabnahme durch die Schneiden der Körner der Schleifscheibe berücksichtigt wird und zwar in der Weise, daß der Spanraumfüllungsgrad, d. h. das Verhältnis von Einzelspanvolumen und Spanraumvolumen, einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten soll. Auch hier fließen als physikalische Prozesse wieder die Topographie der Schleifscheibe über den Spanraum zwischen den Körnern der Schleifscheibe einerseits und die Größe der abgetragenen Werkstoffspäne ein.These measures have the advantage that in addition to that already mentioned limit data of the maximum angular velocity in the C-axis and the performance of the grinding wheel drive the physical process of cutting by cutting the grain of the grinding wheel is taken into account in the way that the chip filling degree, d. H. The relationship of individual chip volume and chip space volume, a certain one Limit should not exceed. Flow here as well physical processes again the topography of the grinding wheel over the chip space between the grains of the grinding wheel on the one hand and the size of the material chips removed.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der zusätzlich die Einzelkornkraft (FK) berücksichtigt wird, werden die folgenden weiteren Schritte eingesetzt:In a further preferred embodiment of the invention, in which the individual grain force (F K ) is also taken into account, the following further steps are used:
- - Bestimmen der Einzelkornkraft (FK) aus dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: wobei FC die Schnittkraft, Nkin die von dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) abhängige flächenbezogene kinematische Schneidenzahl und AK die Kontaktfläche zwischen Schleifscheibe und Nocken sind;- Determine the individual grain force (F K ) from the maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ) according to the formula: where F C is the cutting force, N kin is the area-related kinematic cutting edge number, which is dependent on the maximum relative chip removal volume (Q ′ wmax ), and A K is the contact area between the grinding wheel and the cam;
- - Vergleichen der ermittelten Einzelkornkraft (FK) mit einem zulässigen Grenzwert (FKzul); - Comparing the determined single grain force (F K ) with an allowable limit value (F Kzul );
- - Vermindern des maximalen bezogenen Zeitspanvolumens, (Q′wmax) bis die Einzelkornkraft (FK) den Grenzwert (FKzul) nicht überschreitet; und- Reducing the maximum amount of chip removal obtained (Q ′ wmax ) until the individual grain force (F K ) does not exceed the limit value (F Kzul ); and
- - Bestimmen der zugehörigen optimierten Zustellung (aopt) aus dem verminderten maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax).- Determine the associated optimized infeed (a opt ) from the reduced maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ).
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß als weiterer Prozeßparameter die Belastbarkeit der Körner der Schleifscheibe herangezogen wird, um zu verhindern, daß bei zu hoher Schleifleistung ein vorzeitiger übergroßer Verschleiß der Schleifscheibe eintritt. Auch in diesem Falle wird also im Interesse der Erfüllung dieser Nebenbedingung eine gewisse Verminderung der Schleifleistung in Kauf genommen.This measure has the advantage that as a further process parameter the resilience of the grains of the grinding wheel is used, to prevent a premature excessive wear of the grinding wheel occurs. In this case too, it is in the interest of fulfilling this Additional condition is a certain reduction in grinding performance accepted.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge mäßen Verfahrens wird aus mindestens einer weiteren Randbedingung ein bezogenes Zeitspanvolumen bestimmt und dieses mit dem zuvor bestimmten maximalen oder verminderten maximalen bezogenen Zeitspanvolumen verglichen und das jeweils kleinere Zeitspanvolumen zur Bestimmung der opimierten Zustellung beim Schleifen der Nocken herangezogen.In a further preferred embodiment of the fiction According to the method, at least one further boundary condition is used determined time span volume and compared this with the previously determined maximum or reduced maximum related time span volume and the smaller time span volume to determine the optimized delivery used when grinding the cams.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß zusätzlich zu den bereits genannten Randbedingungen wiederum über die zentrale Prozeßgröße, nämlich das bezogene Zeitspanvolumen, weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, die sich aus empirisch ermittelten Abhängigkeiten ergeben. Auch in diesem Fall wird also im Interesse der Berücksichtigung weiterer Randbedingungen eine gewisse Verminderung der Schleifleistung, d. h. eine Erhöhung der Bearbeitungszeit in Kauf genommen, um zusätzliche Randbedingungen je nach Zweckmäßigkeit erfüllen zu können.This measure has the advantage that in addition to that already mentioned boundary conditions again via the central process variable, namely the obtained chip removal volume, further boundary conditions be taken into account, which results from empirically determined dependencies. In this case too in other words, in the interest of considering further boundary conditions some reduction in grinding performance, i. H. an increase the processing time to accept additional boundary conditions depending on the expediency.
Diese zusätzlichen Radbedingungen können in weiteren Ausgestal tungen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Rauhtiefe von Nocken und Schleifscheibe oder der Formfehler der Nocken oder die Schnittleistung der Nockenwellenschleifmaschine oder der Verschleiß der Schleifscheibe oder die Randzonentemperatur der Nocken oder das zerspante Werkstückvolumen sein.These additional wheel conditions can be expanded in more ways the method of roughness of cams and grinding wheel or the shape error of the cams or the Cutting performance of the camshaft grinding machine or the Wear of the grinding wheel or the peripheral zone temperature Cams or the machined workpiece volume.
Berücksichtigt man alle vorgenannten Randbedingungen als Grenzen des erreichbaren Optimums an Schleifzeit, so gelangt man schließlich zu einem geschlossenen Konzept für das Nocken formschleifen, bei dem das theoretisch Mögliche des Verbundes aus Nockenwellenschleifmaschine, Schleifscheibe, Konditionierung der Schleifscheibe und Werkstück hinsichtlich dessen Geometrie und Werkstoff erreicht wird. Selektiv können nun einzelne Randbedingungen wiederum vernachlässigt werden, um dann unter Inkaufnahme gewisser Einschränkungen eine weitere Verminderung der Schleifzeit zu erreichen.If all the above boundary conditions are taken into account as limits of the attainable optimum of grinding time, this is how one arrives finally a closed concept for cam form grinding, in which the theoretically possible of the composite from camshaft grinding machine, grinding wheel, conditioning the grinding wheel and workpiece in terms of its geometry and material is reached. Individuals can now selectively Boundary conditions in turn are neglected, then under Accepting certain restrictions is another reduction to achieve the grinding time.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zum benutzergesteuerten Betrieb einer Nockenwellenschleifmaschine über eine Bildschirm-Menüsteuerung mit Graphik-Dialog, bei der dem Benutzer der Schleifmaschine nacheinander Bildschirmmasken vorgegeben werden, in die er die noch fehlenden Kennwerte der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe einsetzen kann. Die numerische Steuerung der Schleifmaschine wählt dann aus den fix vorgegebenen sowie den variabel eingegebenen Parametern die jeweils optimale Schleifscheibe aus einem abgespeicherten Katalog real verfügbarer Schleifscheiben aus und stellt selbsttätig die erforderlichen Prozeßparameter der Nockenwellenschleifmaschine, insbesondere also die Bewegung der C-Achse, d. h. der Drehachse der Nockenwelle sowie der X-Achse, d. h. des Verfahrweges des Schleifschlittens, ein.The method according to the invention is particularly suitable for the user-controlled operation of a camshaft grinding machine via an on-screen menu control with graphics dialog, where screen masks in succession to the user of the grinding machine be specified in which the missing values of the can use the respective processing task. The numeric Control of the grinding machine then selects from the fixed default as well as the variably entered parameters the optimal one Grinding wheel from a saved catalog is actually available Grinding wheels and automatically creates the necessary ones Process parameters of the camshaft grinding machine, in particular that is, the movement of the C axis, i.e. H. the axis of rotation of the camshaft and the X axis, i.e. H. the travel path of the grinding slide, a.
Es hat sich in praktischen Versuchen gezeigt, daß die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Optimierung von Schleif prozessen zu einer drastischen Reduzierung von Schleifzeiten führt, so daß Nockenwellen im Produktionsprozeß mit einer deutlich erhöhten Ausbringung geschliffen werden können, wobei gleichzeitig die Schleifscheibe einem optimal niedrigen Ver schleiß ausgesetzt und auch die Konditionierung der Schleif scheibe optimal in den Schleifprozeß integriert ist.It has been shown in practical experiments that the one with the Optimization of grinding achievable according to the inventive method processes to drastically reduce grinding times leads, so that camshafts in the production process with a significantly increased output can be sanded, whereby at the same time the grinding wheel has an optimally low ver exposed to wear and conditioning of the grinding is optimally integrated into the grinding process.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail in the following description explained. It shows
Fig. 1 eine Seitenansicht, äußerst schematisiert und teilweise im Schnitt entlang der Linie I-I von Fig. 2, einer Nockenwellenschleifmaschine, wie sie zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann; Figure 1 is a side view, extremely schematic and partly in section along the line II of Figure 2, a camshaft grinding machine, as can be used to carry out the method according to the invention.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Nockenformschleifmaschine; Fig. 2 is a plan view of the cam form grinding machine shown in Fig. 1;
Fig. 3 eine Detailansicht in stark vergrößertem Maßstab, auf einen in Bearbeitung befindlichen Nocken zur Erläuterung diverser Betriebsparameter; Figure 3 is a detailed view on a greatly enlarged scale, on a cam in progress to explain various operating parameters.
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Nockenwelle, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden kann; Fig. 4 is a side view of a camshaft, as it can be processed by the inventive method;
Fig. 5 in äußerst stark vergrößertem Maßstabe eine per spektivische Ansicht eines oktaedrischen CBN-Kornes, wie es in modernen Schleifscheiben verwendet wird; Figure 5 in a very greatly enlarged scale as used in modern grinding wheels a per-perspective view of an octahedral CBN grain.
Fig. 6 eine Teilansicht im Schnitt und in stark vergrößertem Maßstab der Oberfläche einer CBN-Schleifscheibe; 6 is a partial view in section and a greatly enlarged scale the surface of a CBN grinding wheel.
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines abgespanten Werkstückvolumens; Fig. 7 is a perspective view for explaining a abgespanten workpiece volume;
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, zur Erläuterung der beim erfindungsgemäßen Verfahren wirksamen Geschwindigkeiten von Schleifscheibe und Nocken; FIG. 8 shows a representation similar to FIG. 3, to explain the speeds of the grinding wheel and cam effective in the method according to the invention;
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung von Randbedingungen, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren berück sichtigt werden; Fig. 9 is a diagram for explaining constraints, as they are in the inventive process taken into into account;
Fig. 10/1 bis 10/12 eine Flußdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 01/10 to 12/10, a flow chart for explaining an embodiment of the inventive method.
Das erfindungsgemäße Verfahren verfolgt das Ziel, die Bear beitungsaufgabe unter Berücksichtigung des Werkstoffes, der Roh- und Fertigteilgeometrie und der Oberflächenqualität in ein Bearbeitungskonzept umzusetzen, bei dem eine Vorhersage der Werkzeugspezifikation, der Konditionierungsgrößen, der Technologieparameter, des Prozeßverlaufes und der Bearbeitungs zeit getroffen werden kann, ohne experimentelle Versuchsabläufe durchzuführen. Die ermittelten Informationen zum Formschleifen der Nockenwelle werden der Steuerung einer Nockenwellenschleif maschine in einer Form dargestellt, die eine Editierung des vorgeschlagenen numerischen Steuerprogramms nach DIN 66 025 ermöglicht.The aim of the method according to the invention is the bear processing task taking into account the material that Raw and finished part geometry and surface quality in implement a machining concept in which a prediction the tool specification, the conditioning parameters, the Technology parameters, process flow and processing time can be taken without experimental trials perform. The determined information on form grinding the camshaft are controlling a camshaft grinding machine shown in a form that allows editing of the proposed numerical control program according to DIN 66 025 enables.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich vorzugsweise auf das Gebiet des CBN-Schleifens, bei dem Schleifscheiben mit einem Schleifmittelbesatz aus CBN (Cubisches Bornitrid)-Kristallen verwendet werden. Es wird hierbei eine quantitative Verbindung zwischen den physikalischen Vorgängen des CBN-Nockenformschleifens als geschlossener Wirkungskreis mit den Prozeß parametern der Nockenwellenschleifmaschine hergestellt.The method according to the invention preferably relates to the field of CBN grinding, in which grinding wheels with a Abrasive material made from CBN (cubic boron nitride) crystals be used. It becomes a quantitative connection between the physical processes of CBN cam shape grinding as a closed circuit with the process parameters of the camshaft grinding machine.
Hierzu wird zunächst die Bearbeitungsaufgabe definiert. Als Eingangsgröße wird das Werkstück mit Werkstoff, Aufmaß und Geometrie vorgegeben. Als Störgröße werden die Kriterien mit Schwingungen und Temperatur vorgegeben und schließlich werden als Ausgangsgröße die Grenzkriterien, d. h. der Formfehler und die Oberflächengüte definiert.To do this, the machining task is first defined. When The workpiece with material, oversize and Geometry specified. The criteria are used as a disturbance variable Vibrations and temperature are given and finally as a starting point the limit criteria, d. H. the formal error and defines the surface quality.
Aus der Bearbeitungsaufgabe folgt die Technologie und zwar sowohl hinsichtlich der Bearbeitungskinematik wie auch hinsichtlich der Bearbeitungskinetik. Unter ersterem versteht man die Prozeßgrößen der Zustellung, des Zerspanvolumens, der Winkelgeschwindigkeit, der Schnittgeschwindigkeit, der Kontaktlänge und des äquivalenten Schleifscheibendurchmessers als Stellgrößen, während man unter dem zweiten das Zeitspanvolumen, die Schnittkraft, die Leistung, die Prozeßdauer, den Verschleiß und die dynamische Steifigkeit als Prozeßgrößen versteht. The technology follows from the machining task, both in terms of machining kinematics as well as machining kinetics. The former means the Process variables of the infeed, the cutting volume, the angular velocity, the cutting speed, the contact length and the equivalent grinding wheel diameter as manipulated variables, while under the second one the cutting volume, the cutting force, performance, process time, wear and tear understands dynamic stiffness as process variables.
Aus der Bearbeitungsaufgabe und der Technologie wird dann das Werkzeug nach Auslegung und Konditionierung bestimmt. Unter ersterem versteht man die Zustandsgrößen der Spezifikation und der Topographie, während man unter dem zweiten die Kerngrößen, d. h. die Zustellung und die Geschwindigkeitsstrategie des Abrichtens versteht.The processing task and the technology then become that Tool determined according to design and conditioning. Under the former is understood as the state variables of the specification and the topography, while under the second the core sizes, d. H. the delivery and the speed strategy of the Dressing understands.
Aus der Technologie und dem Werkzeug folgt dann schlußendlich das Bearbeitungskonzept, zu dem als Protokoll die Ergebnisgrößen, nämlich die Schnittwertoptimierung für minimale Schleifzeit und die Steuergrößen für das NC-Programm nach Roh/Fertigteilbeschreibung, Fertigungsdaten, Bearbeitungsablauf, Konditionierungsstrategie und Ausführungsanweisung ausgegeben werden.The technology and the tool ultimately follow the processing concept, for which the results, namely the cutting value optimization for minimal grinding time and the control variables for the NC program according to the raw / finished part description, Manufacturing data, processing sequence, conditioning strategy and execution instructions are issued.
Zusammengefaßt bedeutet dies, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst die Werkstückkenndaten (Werkstoff, Aufmaß und Geometrie) als Eingangsgrößen und die Grenzkriterien (Formfehler der Nockenkontur, Oberflächenqualität, thermische Randzonenbeeinflussung) als Ausgangsgrößen vorgegeben werden, um daraus die Bearbeitungsstrategie festzulegen. Als Folge der Zusammenhänge zwischen Bearbeitungskinematik als Stellgrößen mit der numerischen Betrachtung der Auslegung einer Schleif scheibentopographie und Bearbeitungskinetik als Prozeßgrößen wird ein Bearbeitungskonzept definiert, so daß eine minimale Schleifzeit bei optimalen Schnittwerten ermöglicht wird, die als Ergebnisgrößen das NC-Programm als Steuergröße bestimmen. Wesentlicher Bestandteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Konkretisierung des physikalischen Wirkmechanismus des Bearbeitungsprozesses mit einer analytischen Betrachtung der Schneidenbewegung beim Schleifen sowie das Zusammenwirken der Einzelkomponenten an der Zerspanstelle. In summary, this means that with the invention First process the workpiece data (material, oversize and geometry) as input variables and the limit criteria (Shape error of the cam contour, surface quality, thermal Edge zone influence) can be specified as output variables, to determine the machining strategy from it. As a result of Relationships between machining kinematics as manipulated variables with the numerical consideration of the design of a grinding disc topography and processing kinetics as process variables a machining concept is defined so that a minimal Grinding time is made possible with optimal cutting values determine the NC program as the control variable as the result variables. It is an essential part of the proposed method the specification of the physical mechanism of action of the Processing process with an analytical view of the Cutting movement when grinding and the interaction of the Individual components at the cutting point.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren als Graphik-Dialog an der Nockenwellenschleifmaschine in einer für den Benutzer der Schleifmaschine leicht handhabbaren Weise dargestellt. So kann man in vorteilhafter Weise zunächst eine Werkstoffgruppe vorgeben, weil erfahrungsgemäß die zu schleifenden Nockenwellen nur aus einer endlichen Anzahl von Werkstoffen bestehen. Der Benutzer der Schleifmaschine braucht daher nur mittels einer Kennziffer einen bestimmten standardisierten Werkstoff vorzugeben. Die Geometriekenngrößen der Nockenkontur werden mittels mehrfacher Ableitung nach der Zeit kinetodynamisch analysiert und als Prozeßparameter dargestellt, wie dies an sich bekannt ist.The method according to the invention is preferred as a graphic dialog on the camshaft grinding machine in one for the user of the Grinder illustrated in an easy-to-use manner. So can one first advantageously a group of materials specify because experience has shown that the camshafts to be ground consist only of a finite number of materials. Of the Users of the grinding machine therefore only need one To specify a certain standardized material. The geometry parameters of the cam contour are determined using multiple derivation after the time kinetodynamically analyzed and represented as process parameters, as is known per se is.
Auch die Werkzeugwege in der X-Achse und der dazu senkrechten Z-Achse werden graphisch dargestellt und können vom Benutzer der Schleifmaschine je nach Anwendungsfall vorgegeben werden.Also the toolpaths in the X axis and the perpendicular one Z axis are graphically represented and can be viewed by the user the grinding machine depending on the application.
Bei der Betrachtung der Bearbeitungskinematik wird angenommen, daß die Schleifscheibe sich mit ihren peripheren Schneiden relativ zum Werkstück auf einer Orthohypozykloide bewegt, deren Bahn aus der Überlagerung der Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe und der Werkstückgeschwindigkeit resultiert. Die aufeinanderfolgenden Othohypozykloiden führen während der Oberflächenerzeugung im Kontaktbereich zu einem Materialabtrag, dessen Größe von der Zustellung, dem Zerspanvolumen, der Kontaktlänge und dem äquivalenten Schleifscheibendurchmesser bestimmt wird.When considering the machining kinematics, it is assumed that the grinding wheel with its peripheral cutting edges moved relative to the workpiece on an orthohypocycloid, the Path from the superposition of the peripheral speed of the Grinding wheel and the workpiece speed results. The successive othohypocycloids run during the Surface creation in the contact area for material removal, the size of the infeed, the cutting volume, the Contact length and the equivalent grinding wheel diameter is determined.
Die vorgegebene Rauhtiefe der zu bearbeitenden Nockenkontur definiert die Korngröße und damit die Konzentration der CBN- Schleifscheibe. The specified roughness depth of the cam contour to be machined defines the grain size and thus the concentration of the CBN Grinding wheel.
Zusammengefaßt ausgedrückt wird nun zunächst der theoretische Kornüberstand hergeleitet und danach mittels des Kornabstandes das Spanraumvolumen bestimmt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß das CBN-Korn in der Schleifscheibenbindung durch zylindrische Bindungsstege eingebunden ist, die das Korn mit einer Steifigkeit in Abhängigkeit von dem Elastizitätsmodul (2-10 × 10⁴ N/mm²), der Biegefestigkeit (25-150 N/mm²) und der Druckfestigkeit (100- 1000 N/mm²) in der Bindung verankert. Wichtig ist hierbei, daß im Rahmen des vorliegenden Verfahrens vorzugsweise keramische Bindungen von CBN-Körnern verwendet werden.In summary, the theoretical is now expressed first Grain protrusion derived and then by means of the grain spacing determines the chip space volume. Here it is assumed that the CBN grain in the grinding wheel bond by cylindrical Binding webs are bound, which the grain with a stiffness depending on the modulus of elasticity (2-10 × 10⁴ N / mm²), bending strength (25-150 N / mm²) and compressive strength (100- 1000 N / mm²) anchored in the binding. It is important here that preferably ceramic in the context of the present method Binding of CBN grains can be used.
Bei dem zugrundegelegten Kornverteilungsmodell wird davon ausgegangen, daß die Körner in einer statistischen Schneiden verteilung in quadratischer Anordnung auf konzentrischen Ebenen liegen. Es wird hierdurch die Möglichkeit gegeben, die flächen bezogene kinematische Schneidenzahl, die Korndichte, das Einzelspanvolumen, die Kornbelastung, sowie den Spanraumfül lungsgrad zu berechnen, um anschließend die charakteristischen Kenngrößen der Schleifscheibentopographie mit der Bearbeitungs kinetik abzustimmen. Mittels der berechneten Werkzeugdaten wird eine CBN-Schleifscheibe mit ihrer Bezeichnung aus der Werkzeugdatei empfohlen.With the grain distribution model on which this is based assumed that the grains cut in a statistical distribution in a square arrangement on concentric levels lie. This gives the possibility to use the surfaces related kinematic number of cutting edges, the grain density, the Single chip volume, the grain load, as well as the chip space filling degree of computation to then calculate the characteristic Characteristics of grinding wheel topography with machining to coordinate kinetics. Using the calculated tool data a CBN grinding wheel with its name from the tool file recommended.
Die Konditionierungsparameter werden nach dem theoretischen Kornverschleiß und dem theoretischen Abtragsverhältnis bestimmt.The conditioning parameters are based on the theoretical Grain wear and the theoretical stock removal ratio determined.
Insgesamt wird damit eine Optimierungsstrategie verfolgt, mit dem Ziel, eine minimale Schleifzeit unter Beachtung bestimmter Nebenbedingungen zu erzielen und damit die Schnittdaten exakt zu beschreiben. Overall, an optimization strategy is pursued with the aim of a minimum grinding time while observing certain Achieve secondary conditions and thus the cutting data exactly to describe.
Im Graphikdialog werden schließlich die ermittelten Werte für den Benutzer der Nockenformschleifmaschine mittels eines Protokolls dargestellt.Finally, the determined values for the user of the cam shape grinding machine by means of a Log shown.
Bevor die speziellen Eigenheiten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden, soll zunächst kurz das zugrundeliegende physikalische Modell erläutert werden. Ergänzend ist auf die bereits erwähnte Dissertation von Yegenoglu zu verweisen, in der sich weitere Erläuterungen über die physikalischen Prozesse beim CBN-Schleifen finden.Before the special peculiarities of an embodiment of the method according to the invention should be described first briefly explains the underlying physical model become. Supplementary to the already mentioned dissertation by Yegenoglu to refer to the further explanations about the physical processes involved in CBN grinding.
Die Parameter eines mehrstufigen Schleifprozesses, die als Steuergröße die Maschineneinstellung beim Nockenformschleifen im Einstechverfahren bestimmen, sind die Schnittgeschwindigkeit vC, die Werkstückwinkelgeschwindigkeit ωW und die Zustellung pro Werkstückumdrehung a.The parameters of a multi-stage grinding process, which determine the machine setting for cam shape grinding in the plunge process as a control variable, are the cutting speed v C , the workpiece angular velocity ω W and the infeed per workpiece revolution a.
Die Schnittgeschwindigkeit vC kann als konstanter Parameter betrachtet werden, der entsprechend der jeweiligen Schleifaufgabe in einem mehrstufigen Prozeß festgelegt wird. Die Schnitt geschwindigkeit entspricht in erster Nährung der Umfangsge schwindigkeit der Schleifscheibe. Die Schnittgeschwindigkeit vC läßt sich über den Kosinussatz aus der Beziehung:The cutting speed v C can be regarded as a constant parameter which is determined in a multi-stage process in accordance with the respective grinding task. The cutting speed corresponds in the first approximation to the peripheral speed of the grinding wheel. The cutting speed v C can be calculated from the relationship using the cosine theorem:
woWhere
vw = 2 π ri · n/60 000 (m/s) (2)v w = 2 π r in / 60 000 (m / s) (2)
mitWith
n = ωw/360 (min-1) (3)n = ω w / 360 (min -1 ) (3)
ist, bestimmen. Praxisüblich sind Werte von vC=60-140 m/s. Verglichen mit der Schnittgeschwindigkeit vC ist die Werkstückumfangsge schwindigkeit vW um mindestens zwei Zehnerpotenzen kleiner und das Geschwindigkeitsverhältnis ist durch die Gleichungis determine. Values of v C = 60-140 m / s are common practice. Compared to the cutting speed v C , the workpiece circumferential speed v W is smaller by at least two powers of ten and the speed ratio is given by the equation
q = vc/vw (4)q = v c / v w (4)
gegeben. Die Länge des Eingriffbogens ergibt sich aus den Krümmungen von Schleifscheibe und Werkstück sowie aus dem Radialvorschub. Der Radialvorschub entspricht dem Zustellbetrag der Schleifscheibe pro Werkstückumdrehung. Die geometrische Länge lg, über den jede Schneide mit dem Werkstück in Eingriff steht, berechnet sich zugiven. The length of the engagement arc results from the curvatures of the grinding wheel and workpiece as well as from the radial feed. The radial feed corresponds to the infeed amount of the grinding wheel per workpiece revolution. The geometric length l g over which each cutting edge is in engagement with the workpiece is calculated
mitWith
Die Kontaktlängen beim Nockenformschleifen liegen üblicherweise zwischen lg=0,1-5 mm. Größere Werte ergeben sich insbesondere an der Nockenflanke. The contact lengths for cam shape grinding are usually between l g = 0.1-5 mm. Larger values result in particular on the cam flank.
Das Zerspanvolumen ist durch die Nockengeometrie und die Zustellung pro Werkstückumdrehung gegeben:The cutting volume is due to the cam geometry and the Infeed given per workpiece revolution:
Wobei b die Nockenbreite, ϕG den Grundkreiswinkel, RG den Grundkreisradius, ϕF den Flankenwinkel, RK den Flankenradius für ein Intervall, ϕS den Spitzenwinkel und RS den Spitzenradius bezeichnet. Die Schleifzeit pro Nockenumdrehung läßt sich mit der GleichungWhere b is the cam width, ϕ G the base circle angle, R G the base circle radius, ϕ F the flank angle, R K the flank radius for an interval, ϕ S the tip angle and R S the tip radius. The grinding time per cam revolution can be calculated using the equation
th = (ϕG · 60)/ωG + 2(ϕF · 60)/ωF + (ϕS · 60)/ωS (8)t h = (φ G x 60) / ω G + 2 (φ F × 60) / ω F + (φ S x 60) / ω S (8)
berechnen.to calculate.
Für die Bearbeitungskinetik gilt folgendes:The following applies to the machining kinetics:
Bei angegebenem Schleifaufmaß kommt es beim Schruppen darauf an, in kürzester Zeit so viel Werkstoff wie möglich abzutragen, ohne thermische Randzonenschäden zu befürchten.If the grinding allowance is specified, it depends on roughing to remove as much material as possible in the shortest possible time, without fear of thermal damage to the peripheral zone.
Das Zeitspanvolumen kann aus dem Zerspanvolumen und der Schleif zeit pro Nockenumdrehung berechnet werden:The chip removal volume can consist of the cutting volume and the grinding time per cam revolution:
Bezogen auf eine Schleifscheibenbreite von 1 mm gilt: Relative to a grinding wheel width of 1 mm:
Übliche bezogene Zeitspanvolumina liegen im Bereich von Q′w =0,1-5 mm³/mms beim Schlichten. Dabei sind Oberflächenrauhtiefen Rz=0,5 µm bis 4 µm erreichbar. Beim Schruppen können extrem hohe Zeitspanvolumina Qw′=85-110 mm³/mms ermöglicht werden. Diese Werte hängen von dem Werkstoff, der Korngröße, der Konzentration und der Schneidenbelastung ab.Usual related chip removal volumes are in the range of Q ′ w = 0.1-5 mm³ / mms for finishing. Surface roughness R z = 0.5 µm to 4 µm can be achieved. Extremely high chip removal volumes Q w ′ = 85-110 mm³ / mms can be made possible during roughing. These values depend on the material, the grain size, the concentration and the cutting edge load.
Aus dem Zeitspanvolumen Qw läßt sich die Schnittleistung berechnen. Es ergibt sich die Gleichung:The cutting performance can be calculated from the chip removal volume Q w . The equation is:
Pc = k · Qw n (11)P c = kQ w n (11)
Hierin bedeutet k eine Konstante und n einen exponentiellen Beiwert, der das jeweilige werkstückbezogene Verhältnis zwischen Spanbildungs- und Reibungsenergie berücksichtigt.Here k means a constant and n an exponential Coefficient representing the respective workpiece-related ratio between chip formation and friction energy taken into account.
Eine Gegenüberstellung der Konstante k und des Exponenten n für die gleiche Werkstoffklasse, nämlich Schalenhartguß, perlitischen Ferroguß und Temperguß, zeigt, daß die Art der Konditionierung des Schleifwerkzeuges eine Unterscheidung in ihren Größen darstellt:A comparison of the constant k and the exponent n for the same class of materials, namely chilled cast iron, pearlitic ferrous cast iron and malleable cast iron, shows that the type of Conditioning the grinding tool a distinction in their sizes:
So gilt bei einer Gleichlaufkonditionierung ohne Schärfen k=1,903 und n=0,384, bei einer Gleichlaufkonditionierung mit Schärfen k=1,824 und n=0,384, während bei einer Gegen laufkonditionierung ohne Schärfen k=1,869 und n=0,36 sowie bei einer Gegenlaufkonditionierung mit Schärfen k=1,754 und n=0,36 ist. This applies to synchronous conditioning without sharpening k = 1.903 and n = 0.384, with synchronous conditioning with sharpnesses k = 1.824 and n = 0.384, while with one counter running conditioning without sharpening k = 1.869 and n = 0.36 as well in the case of countercurrent conditioning with sharpening k = 1.754 and n = 0.36.
Die Ursache für diese Erscheinung ist in der Spanraumbildung sowie in der Erzeugung der Schneidengeometrie zu suchen.The cause of this phenomenon is the chip space formation as well as in the generation of the cutting geometry.
Die spezifische SchnittenergieThe specific cutting energy
läßt sich in ähnlicher Weise in Abhängigkeit vom Zeitspanvolumen darstellen.can be done in a similar manner depending on the amount of chip removal represent.
Die Schnittkraft bei einem konstanten Zeitspanvolumen ist durch die GleichungThe cutting force at a constant chip removal rate is through the equation
gegeben. Bei konstanter Schnittleistung und steigender Schnitt geschwindigkeit sinkt die Schnittkraft degressiv. Dieser Zusammenhang ist letztlich auf die Verringerung des Spanquer schnittes zurückzuführen.given. With constant cutting performance and increasing cutting speed decreases the cutting force degressively. This Ultimately, this is related to reducing the span cut back.
Die Schnittkraft wird als Summe der Einzelkräfte bestimmt, die momentan an den im Schnitt befindlichen Schneiden wirken. Die einzelnen Kraftkomponenten eines Kollektivs von Schneiden einer Schleifscheibe beim Außeneinstechschleifen sind die Schnitt-Tangentialkraft Fct und die Schnitt-Normalkraft Fcn.The cutting force is determined as the sum of the individual forces currently acting on the cutting edges in the cut. The individual force components of a collective of cutting edges of a grinding wheel for external plunge grinding are the cutting tangential force F ct and the cutting normal force F cn .
Die Schnittkraft Fc kann dann beschrieben werden durch den ZusammenhangThe cutting force F c can then be described by the relationship
Die Schnitt-Normalkraft Fcn kann man über die BeziehungThe normal cut force F cn can be found in the relationship
ermitteln, wobei der Proportionalitätsfaktor µ das Schnitt kraftverhältnis darstelltdetermine, with the proportionality factor µ the cut represents power ratio
Da µ von den Spanbildungsmechanismen an den Kornschneiden bestimmt wird, entspricht das Schnittkraftverhältnis hauptsäch lich der Schneidenform der kinematischen Schneidenzahl, dem Spannungsquerschnitt, dem Kornwerkstoff, dem Werkstückwerkstoff sowie den Kühlmittelbedingungen.Since µ from the chip formation mechanisms on the grain edges is determined, the cutting force ratio mainly corresponds Lich the shape of the edge of the kinematic number of edges, the Stress cross section, the grain material, the workpiece material as well as the coolant conditions.
Bei CBN-Scheiben geht man von einem Schnittverhältnis von µ=0,36 bis 0,45 aus und es gibt sich ein Belastungswinkel der Schneide αb=arctan µ=19,8° bis 24,2°.With CBN discs, a cutting ratio of µ = 0.36 to 0.45 is assumed and there is a loading angle of the cutting edge α b = arctan µ = 19.8 ° to 24.2 °.
Je größer das Verhältnis von Tangentialkraft zur Normalkraft ist, desto geringer sind die in der Kontaktzone ablaufenden Reib-, Scher- und Trennvorgänge, was auf einen scharfen Schnei denzustand mit abgestimmten Spanräumen hinweist. Bei sorgfältiger Abstimmung der Schleifscheibenspezifikation und der Konditionierung auf den Schleifprozeß ist es möglich, die Topographie des Schleifwerkzeuges so zu erzeugen, daß nur sehr geringe Abweichungen des Anfangsschnittkraftverhältnisses vor dem stationären Bereich auftreten.The greater the ratio of tangential force to normal force is, the lower are those running in the contact zone Rubbing, shearing and cutting processes, resulting in a sharp cut indicates the state with coordinated chip spaces. With careful Coordination of the grinding wheel specification and the conditioning on the grinding process it is possible the topography the grinding tool so that only very small Deviations in the initial cutting force ratio before stationary area occur.
Hinsichtlich des Werkzeuges gilt folgendes: The following applies to the tool:
Um die Spezifikation auszulegen ist zunächst die Rauheit zu berücksichtigen, die für die jeweilige Schleifaufgabe im allgemeinen vorgeschrieben ist. Die Rauheit ist jedoch einmal von der Spezifikation des CBN-Schleifwerkzeuges und zum anderen von den Eingriffsbedingungen abhängig. Entsprechend dem Verfahren wird die Spezifikation des CBN-Schleifwerkzeuges nach Korngröße und Konzentration gewählt, damit unter den noch zu erläuternden kinematischen und kinetischen Bedingungen die gestellte Rauheitsforderung eingehalten werden kann. Die Spezifikation des Schleifwerkzeuges bestimmt die Ausgangswirkrauhtiefe; bei kleinen Korngrößen und steigender Konzentration sinkt die Ausgangswirkrauhtiefe. Ein großes Korn und sinkende Konzentration erhöht die Ausgangswirkrauhtiefe.In order to interpret the specification, the roughness must first be closed take into account that for the respective grinding task in is generally prescribed. However, the roughness is once from the specification of the CBN grinding tool and on the other depending on the intervention conditions. According to the procedure becomes the specification of the CBN grinding tool according to grain size and concentration selected, so that among those still to be explained kinematic and kinetic conditions the roughness requirement can be met. The specification of the Grinding tool determines the initial effective roughness; for small ones Grain sizes and increasing concentration decrease the initial effective roughness. A large grain and decreasing concentration increases the initial effective roughness.
Für heutzutage verfügbare CBN-Schleifscheiben läßt sich etwa die folgende Tabelle von korrespondierenden Parametern angeben:For CBN grinding wheels available today, for example specify the following table of corresponding parameters:
Die Korngröße und die Konzentration einer CBN-Schleifscheibe ergibt die Oberflächenbeschaffenheit des Schleifwerkzeuges, so daß zwischen den peripheren CBN-Körnern für die anfallenden Späne ausreichender Raum vorhanden ist.The grain size and the concentration of a CBN grinding wheel gives the surface quality of the grinding tool, so that between the peripheral CBN grains for the resulting Chips sufficient space is available.
Die Art und die Härte der Bindung übt einen Einfluß auf die Schleifscheibentopographie sowie auf das Ausbrechen der CBN- Körner aus der Bindung (Keramik) aus. Bei einer härteren Bindung bleiben die CBN-Kristalle länger in der Bindung, so daß in erster Linie ein Abstumpfen der Schneiden im Schleifprozeß stattfindet. The type and hardness of the binding influences the Grinding wheel topography and on the breaking out of the CBN Grains from the bond (ceramic). With a harder bond the CBN crystals remain in the bond longer, so that in the first Line a dulling of the cutting takes place in the grinding process.
Hierdurch ändert sich nicht nur die Kornform, sondern auch die Schneidenanzahl.This not only changes the grain shape, but also that Number of cutting edges.
Die Bindungsart einer Schleifscheibenspezifikation ist abhängig von der Korndichte CK, die als Korngröße zur Beschreibung der Kornzahl pro mm³ Schleifbelagvolumen gewählt wird. Die GleichungThe type of bond in a grinding wheel specification is dependent on the grain density C K , which is selected as the grain size to describe the number of grains per mm³ volume of grinding surface. the equation
mit dem Wert qm = 1,41 für einen Oktaeder stellt die Abhängigkeit vom mittleren Korndurchmesser und der Konzentration dar. Wm³ ist dabei das theoretische Volumen eines Oktaeders.with the value of q = 1.41 m for an octahedron represents the dependence on the mean particle diameter and concentration. ³ W m is the theoretical volume of an octahedron.
Um die Schleifscheibentopographie zu betrachten, sind die flächenbezogene kinematische Schneidenzahl, das Zerspanvolumen pro Schneide, das Spanraumvolumen sowie der Spanraumfüllungsgrad zu berücksichtigen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, durch analytische Größen eine theoretische Abstimmung zwischen den Volumina des Zerspannungsprozesses einerseits mittels der Technologieparameter und des Werkzeuges andererseits über die Topographie bei einer definierten Spezifikation durchzuführen. Gleichzeitig wird der Werkstückverschleiß untersucht, der nicht nur durch veränderte Korngeometrie, sondern auch durch das Ausbrechen der Körner bei hoher Kornbelastung und nicht abgestimmter Festigkeit des Bindesmaterials entsteht.To look at the grinding wheel topography, these are area-related kinematic number of cutting edges, the machining volume per cutting edge, the chip space volume and the chip space filling degree to consider. This creates the opportunity a theoretical coordination between analytical parameters the volumes of the cutting process on the one hand by means of the Technology parameters and the tool on the other hand Perform topography with a defined specification. At the same time, workpiece wear is examined, but not only by changing the grain geometry, but also by the Breaking out the grains at high grain load and not coordinated Strength of the binding material arises.
Für die flächenbezogene kinematische Schneidenzahl läßt sich in Anlehnung an die eingangs zitierte Dissertation von Yegenoglou, Kapitel 6.2, Seite 51 bis 61 sowie Kapitel 6.33, Seite 60, der folgende Zusammenhang beschreiben:For the area-related kinematic number of cutting edges, based on the dissertation of Yegenoglou, chapter 6.2, pages 51 to 61 and chapter 6.33, Page 60, describe the following context:
wobei K die volumenbezogene Konzentration, Wm die mittlere Maschenweite für die Körner, d. h. bei einem Oktaeder das 1,42 fache des Korndurchmessers dk und schließlich q das Geschwindig keitsverhältnis ist, wie bereits weiter oben dargestellt. Die flächenbezogene kinematische Schneidenzahl hat die Dimension mm-2. Der Begriff "flächenbezogene kinematische Schneidenzahl" ist ferner im DE-Buch von König, W. "Fertigungsverfahren, Band 2 - Schleifen, Honen, Läppen", VDI-Verlag, Düsseldorf, erläutert.where K is the volume-related concentration, W m is the mean mesh size for the grains, ie 1.42 times the grain diameter d k for an octahedron and finally q is the speed ratio, as already shown above. The area-related kinematic number of cutting edges has the dimension mm -2 . The term "area-related kinematic number of cutting edges" is also explained in the DE book by König, W. "Manufacturing Processes, Volume 2 - Grinding, Honing, Lapping", VDI-Verlag, Düsseldorf.
Das Einzelspanvolumen läßt sich in Abhängigkeit von den Schnitt bedingungen und der Schleifscheibenspezifikation durch die GleichungThe individual chip volume can be dependent on the cut conditions and the grinding wheel specification by the equation
bestimmen. Das Einzelspanvolumen erhält dabei die Dimension µm³, wenn man die Exponenten mit m₁=0,598, n₁=0,201 und p₁=0,798 wählt und Wm in µm, Qw in mm³/mms, deq in mm und vc in m/s einsetzt.determine. The single chip volume receives the dimension µm³ if you choose the exponents with m₁ = 0.598, n₁ = 0.201 and p₁ = 0.798 and use W m in µm, Q w in mm³ / mms, d eq in mm and v c in m / s .
Für die Ermittlung des Spanraumvolumens soll zunächst der theoretische mittlere Kornüberstand sowie der Kornabstand bestimmt werden. Der theoretisch durchschnittliche Kornüberstand zwischen den peripheren Kornspitzen und dem Bindungsmaterial wird durch die GleichungTo determine the chip space volume, the theoretical mean grain protrusion and the grain spacing be determined. The theoretical average grain protrusion between the peripheral grain tips and the binding material is through the equation
gegeben, wobei die Exponenten mit m₂=0,05, y=0,25, n₂ = 0,1 und p₂=0,4 angegeben werden können.given, the exponents with m₂ = 0.05, y = 0.25, n₂ = 0.1 and p₂ = 0.4 can be specified.
Der mittlere Kornüberstand wird dann durch die vereinfachte BeziehungThe mean grain protrusion is then simplified by the relationship
Zr = 0,62 Zth (µm) (21)Zr = 0.62 Z th (µm) (21)
bestimmt.certainly.
Der Kornabstand läßt sich dann durch die GleichungThe grain spacing can then be determined by the equation
berechnen.to calculate.
Das Spanraumvolumen ergibt sich dann aus der folgenden BeziehungThe chip space volume then results from the following relationship
VSR = (lk - Zr · 1,41) · Zr² (µm³) (23)V SR = (l k - Z r · 1.41) · Z r ² (μm³) (23)
Das Verhältnis zwischen dem Einzelspanvolumen und dem zugehörigen Spanraumvolumen wird als sogenannter Spanraumfüllungsgrad definiertThe ratio between the individual chip volume and the associated one Chip space volume is called the so-called chip space filling degree Are defined
Der Spanraumfüllungsgrad hängt maßgeblich von dem zu bearbeiten den Werkstoff ab, wenn man davon ausgeht, daß die Spezifikation sowie die Topographie den Anforderungen der Schnittbedingungen angepaßt wird. Je nach Werkstoff und Werkstoffzustand besitzen die Späne unterschiedliche Formen. Im realen Schleifprozeß beanspruchen die Späne ein größeres Spanraumvolumen als ihr eigenes Volumen. Hieraus läßt sich ableiten, daß der Spanraum füllungsgrad einen bestimmten Grenzwert, beispielsweise 0,75 nicht überschreiten darf, wenn eine Überlastung des Schleif belages vermieden werden soll.The degree of chip filling depends largely on the type to be machined the material if you assume that the specification as well as the topography the requirements of the cutting conditions is adjusted. Depending on the material and material condition the chips different shapes. In the real grinding process the chips require a larger chip space volume than you own volume. From this it can be deduced that the chip space degree of filling a certain limit, for example 0.75 must not exceed if the grinding is overloaded to be avoided.
In dieser Hinsicht ist ein radialer Kornverschleiß zugelassen, der mittels der GleichungIn this regard, radial grain wear is permitted that by means of the equation
rs = (0,75 - fg) Δbs · Zr (µm) (25)r s = (0.75 - f g) .DELTA.b s · Z r (microns) (25)
errechnet wird, wobei Δbs=1,42 dem Kornüberdeckungsfaktor entspricht.is calculated, where Δb s = 1.42 corresponds to the grain coverage factor.
Die Standfestigkeit des Schleifwerkzeuges ist beim Einstech schleifen von großer Bedeutung. Übersteigt der Radialverschleiß ein bestimmtes zulässiges Maß, kann die geforderte Form nur durch Konditionierung (Abrichten) wieder erzeugt werden. Das Konditionierungsintervall dient oft zur Beurteilung des Schleif prozesses. Es wird als das Verhältnis von abgetragenem Werk stoffvolumen zum radialen Schleifscheibenverschleiß durch das sogenannte Schleifverhältnis (grinding ratio) angegeben bzw. als Abtragsverhältnis G bezeichnet. Der zur Errechnung des Abtragsverhältnisses notwendige Gesamtverschleiß der Schleif scheibe gehorcht der Beziehung:The stability of the grinding tool is when plunging grinding of great importance. Exceeds radial wear a certain permissible dimension, the required form can only can be generated again by conditioning (dressing). The Conditioning interval is often used to assess grinding process. It is called the ratio of worn work volume of material for radial grinding wheel wear due to the so-called grinding ratio specified or referred to as the stock removal ratio G. The one for calculating the Stock removal necessary total wear of the grinding disk obeys the relationship:
Vvs = π ds · rs · b · 10-3 (cm³) (26)V vs = π · d s r s · b · 10 -3 (cc) (26)
Das zerspante Werkstoffvolumen innerhalb eines Konditionierungs intervalls läßt sich mit der GleichungThe machined volume of material within one conditioning intervals can be calculated using the equation
VWG = Vw · Nw · Ts (cm³) (27)V WG = V w · N w · T s (cm³) (27)
berechnen, wobei Vw das Zerspanvolumen pro Werkstück, Nw die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke pro Stunde und Ts das Standintervall zwischen zwei Konditionierungen angibt.calculate, where V w is the machining volume per workpiece, N w is the number of machined workpieces per hour and T s is the stand interval between two conditions.
Damit wird das Abtragsverhältnis zuWith this, the transfer ratio becomes too
Infolge der Kornabstumpfung kommt es durch verstärkte Reibung zu einer Erhöhung der Einzelkornkraft FK. Zum anderen wird die Bindung an der Kornbasis bei höheren Schnittleistungen stärker erodiert, was wiederum die Abnahme der Kornausbruchkraft FKmax zur Folge hat.As a result of the grain dulling, the individual grain force F K increases due to increased friction. On the other hand, the bond to the grain base is more strongly eroded at higher cutting capacities, which in turn leads to a decrease in the grain breaking force F Kmax .
Die Belastung des einzelnen Kornes wird durch die Zahl der Schneiden bestimmt, auf die sich die Schnittkraft infolge der Schleifscheibenspezifikation und der Prozeßparameter verteilt.The load on the individual grain is determined by the number of Cutting determined on which the cutting force due to Grinding wheel specification and the process parameters distributed.
Die Einzelkornkraft berechnet sich ausThe individual grain force is calculated
wobeiin which
AK = lg · b (mm²) (30)A K = l g · b (mm²) (30)
die Kontaktfläche ist.the contact area is.
Der effektive Schneidenabstand lK und die Eingriffslänge sind neben anderen Einflußgrößen auch von der Zustellung und der Schnittgeschwindigkeit abhängig. Die Auswirkung der Änderung der kinematischen Größen vs und vw auf die Spandicke an wird durch die BeziehungThe effective cutting edge spacing l K and the engagement length are dependent on the infeed and the cutting speed in addition to other influencing variables. The effect of the change in the kinematic quantities v s and v w on the chip thickness a n is determined by the relationship
dargestellt.shown.
Erhöht man die Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit mit gleichbleibenden Eingriffsgrößen, ergeben sich abnehmende Spandicken. Dadurch, daß weniger Schneiden im Eingriff stehen, sinkt dabei jedoch die gesamte Schnittkraft. Durch Verkürzung der Kontaktzeit zwischen Schleifkorn und Werkstück bei einer hohen thermischen Leitfähigkeit des Kornes können die Kon taktzonentemperaturen gesenkt werden. So beträgt die thermische Leitfähigkeit von CBN-Korn beispielsweise 700 W/m°C und liegt wesentlich höher als die von herkömmlichem Aluminiumoxid.If you increase the grinding wheel peripheral speed with constant intervention sizes, there are decreasing Chip thickness. Because fewer cutting edges are engaged, however, the total cutting force drops. By shortening it the contact time between abrasive grain and workpiece at one high thermal conductivity of the grain can the Kon cycle zone temperatures can be reduced. So is the thermal Conductivity of CBN grain, for example, 700 W / m ° C and is much higher than that of conventional aluminum oxide.
Als weiterer Prozeßparameter ist die Konditionierung der Schleifscheibe zu beachten.Conditioning is another process parameter Note grinding wheel.
Schleifscheiben verlieren bekanntlich infolge Verschleiß sowohl ihr ursprüngliches Ausgangsprofil wie auch ihre Schneidfähigkeit. Es entsteht eine Veränderung der Schleifscheibentopographie als Funktion der Schleifzeit. Die Aufgabe der Konditionierung ist es, die Topographie des Schleifbelages wieder in die Ursprungsform zu bringen. Als Konditionierungswerkzeuge kommen Diamant-Formrollen oder Schärfstäbe zum Einsatz.As is well known, grinding wheels lose both due to wear their original starting profile as well as their cutting ability. There is a change in the grinding wheel topography as a function of grinding time. The task of conditioning is to put the topography of the sanding back into the Bring original form. Coming as conditioning tools Diamond form rollers or sharpening rods are used.
Die Konditionierungsparameter bezüglich des rotierenden Diamant- Werkzeuges sind die Formgrößen: Profilform, Spezifikation (Korndichte, Setzungsschema) sowie die Einstellgrößen: Zustellung pro Konditionierungsvorgang, Umfangsgeschwindigkeit der Rolle, axialer Seitenvorschub und Geschwindigkeitsquotient.The conditioning parameters regarding the rotating diamond The mold sizes are: profile shape, specification (grain density, Settlement scheme) as well as the setting variables: infeed per conditioning process, peripheral speed of the roll, axial side feed and speed quotient.
Definiert man den Überdeckungsgrad mitYou define the degree of coverage with
Vd = apd/fad (32)V d = a pd / f ad (32)
als Quotient aus Wirkbreite des Rollenprofils und Seitenvorschub der Rolle pro Schleifscheibenumdrehung, so liegen diese Werte für Vd zwischen 1 und 6, so daß die theoretische axiale Welligkeitas the quotient of the effective width of the roller profile and side feed of the roller per grinding wheel revolution, these values for V d lie between 1 and 6, so that the theoretical axial ripple
minimal ist.is minimal.
Der GeschwindigkeitsquotientThe speed quotient
ergibt sich aus der Umfangsgeschwindigkeit der Diamantrolle vR und der Schleifscheibe vS. Wechselnde Drehrichtungen der Rolle (Gleich- und Gegenlauf), der Geschwindigkeitsquotient und der axiale Seitenvorschub beeinflussen die Ausgangswirk rauhtiefe.results from the peripheral speed of the diamond roller v R and the grinding wheel v S. Changing directions of rotation of the roller (co-rotation and counter-rotation), the speed quotient and the axial side feed influence the initial effective roughness.
Nachdem somit die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse in zusammengefaßter Darstellung erläutert wurden, soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen erläutert werden, bei dem auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Prozesse eine Schnittwertoptimierung durchgeführt wird. Diese Schnittwertoptimierung hat als Ziel die theoretisch abgeleiteten Zusammenhänge zwischen der Bearbeitungstechnologie, dem Werkzeug und dem Arbeitsergebnis durch ermittelte Abhängigkeiten gegen überzustellen und zwar unter Berücksichtigung der Leistungsgrenze der Werkzeugmaschine und des Schleifwerkzeuges. Es sollen daraus für beliebige Zustellungs-Werkstückgeschwindigkeitskombinationen optimale Zeitspanvolumina berechnet werden, um eine minimale Schleifzeit zu ermöglichen.Having the underlying physical processes have been explained in a summarized representation, should now Embodiment of the invention are explained in detail in the process based on the processes described above cutting value optimization is carried out. This cutting value optimization has as its goal the theoretically derived Relationships between the processing technology, the tool and the work result against determined dependencies transfer, taking into account the performance limit the machine tool and the grinding tool. It should be from it for any infeed workpiece speed combinations optimal chip removal volumes are calculated to a minimum Allow grinding time.
In den Fig. 1 und 2 ist in äußerst schematisierter Weise eine numerisch gesteuerte Nockenwellenschleifmaschine dargestellt, die ingesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.In Figs. 1 and 2 in an extremely schematic way a numerically controlled cam shaft grinding is shown which is in total designated with the reference numeral 10.
In einer Werkstückaufnahme 11 ist eine Nockenwelle 12 einge spannt. Die Nockenwelle 12 ist mittels der rotierenden Werk stückaufnahme 11 um ihre Längsachse 13, die sogenannte C-Achse in definierten Winkelschritten verdrehbar, wie mit einem Pfeil 14 angedeutet. Die Winkelgeschwindigkeit der Werkstückaufnahme 11 ist dabei mit ω gekennzeichnet. Infolge der real vorhandenen Antriebe ist bei der erforderlichen Präzision der Drehwinkeleinstellung der C-Achse 13 nur eine bestimmte maximale Winkelgeschwindigkeit ωmax möglich, die bereichsweise über die Nockenkontur variieren kann, wie nachstehend noch gezeigt werden wird. In a workpiece holder 11 , a camshaft 12 is clamped. The camshaft 12 is rotatable by means of the rotating workpiece holder 11 about its longitudinal axis 13 , the so-called C axis, in defined angular steps, as indicated by an arrow 14 . The angular velocity of the workpiece holder 11 is identified by ω. As a result of the actually existing drives, with the required precision of the angle of rotation adjustment of the C-axis 13, only a certain maximum angular velocity ω max is possible, which can vary in regions over the cam contour, as will be shown below.
Ein Schleifschlitten 17 trägt eine Schleifscheibe 18, die mittels eines Antriebsmotors 19 antreibbar ist. Die Leistung des Antriebsmotors 19 sei mit P bezeichnet.A grinding carriage 17 carries a grinding wheel 18 which can be driven by means of a drive motor 19 . The power of the drive motor 19 is denoted by P.
Der Schleifschlitten 17 mit Schleifscheibe 18 ist entlang einer Achse 20, der sogenannten X-Achse senkrecht zur C-Achse 13 der Nockenwelle 12 in definierten X-Schritten zustellbar.The grinding carriage 17 with grinding wheel 18 can be advanced along an axis 20 , the so-called X axis perpendicular to the C axis 13 of the camshaft 12, in defined X steps.
Wie Fig. 2 in gestrichelter Darstellung zeigt, kann auf diese Weise die Schleifscheibe 18 zur Bearbeitung der Oberfläche von Nocken der Nockenwelle 12 an diese herangefahren werden.As shown in FIG. 2 in dashed lines, the grinding wheel 18 can be moved toward the camshaft 12 for machining the surface of the camshaft 12 in this way.
Die Schleifscheibe 18 dreht sich dabei um ihre Achse 21, die mit der sogenannten Z-Achse zusammenfällt. Der Schleifschlitten 17 oder die Werkstückaufnahme 11 sind nämlich zusätzlich in Richtung der Z-Achse 21 verschiebbar, damit die Schleifscheibe 18 nacheinander die einzelnen Nocken der Nockenwelle 12 bear beiten kann.The grinding wheel 18 rotates about its axis 21 , which coincides with the so-called Z axis. The grinding slide 17 or the workpiece holder 11 are namely additionally displaceable in the direction of the Z-axis 21 so that the grinding wheel 18 can process the individual cams of the camshaft 12 in succession.
Es versteht sich, daß die vorstehende Darstellung nur beispiel haft zu verstehen ist und die Erfindung dadurch nicht ein geschränkt wird. So ist die Erfindung selbstverständlich auch bei solchen Schleifmaschinen einsetzbar, bei denen die Achse der Schleifscheibe zur Werkstückachse geneigt verläuft und die Schleifscheibe statt einer zylindrischen eine konische Schleiffläche aufweist und dgl. mehr.It is understood that the above illustration is only an example is to be understood and the invention is not thereby is restricted. So is the invention of course can be used in grinding machines where the axis the grinding wheel is inclined to the workpiece axis and the Instead of a cylindrical grinding wheel, a conical grinding surface has and the like. More.
Bei der Nockenformschleifmaschine 10 gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein NC-Steuergerät 25 vorgesehen, dem Eingangsparameter 26 zugeführt werden können. Das NC-Steuergerät 25 leitet daraus Steuersignale ab, die über Datenleitungen 27 und 28 dem Antrieb der Werkstückaufnahme 11 sowie dem Antrieb des Schleifschlittens 17 zugeführt werden. Man unterscheidet hierbei zwischen dem sogenannten "Zustellbetrieb" und dem sogenannten "Bahnbetrieb". Beim Zustellbetrieb wird die Schleifscheibe 18 entlang der X- Achse 20 auf die Nockenwelle 12 zugestellt, um einen bestimmten Werkstoffabtrag beim Schleifen zu erzielen. Im Bahnbetrieb wird hingegen die Schleifscheibe 18 entlang der X-Achse 20 in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehstellung der Nockenwelle 12 um die C-Achse 13 so verstellt, daß der Eingriffspunkt bzw. die Eingriffslinie an der Schleifoberfläche der Schleifscheibe 18 stets an einem gewünschten Punkt der Nockenkontur der Nockenwelle 12 anliegt. Durch Überlagerung von Zustellbetrieb und Bahnbetrieb können die Nocken der Nockenwelle 12 entlang einer spiraligen Schleifbahn geschliffen werden, die an der Rohoberfläche des unbearbeiteten Nockens beginnt und auf der Kontur der fertig geschliffenen Oberfläche des Nockens endet. Diese Vorgänge sind an sich bekannt und sollen daher hier nicht nochmals näher erläutert werden.In the cam form grinding machine 10 according to FIGS . 1 and 2, an NC control device 25 is provided, to which input parameters 26 can be supplied. From this, the NC control unit 25 derives control signals which are fed to the drive of the workpiece holder 11 and the drive of the grinding carriage 17 via data lines 27 and 28 . A distinction is made here between the so-called "delivery operation" and the so-called "rail operation". In the infeed mode, the grinding wheel 18 is advanced along the X axis 20 to the camshaft 12 in order to achieve a certain material removal during grinding. In rail operation, however, the grinding wheel 18 is adjusted along the X-axis 20 depending on the respective rotational position of the camshaft 12 about the C-axis 13 so that the point of engagement or the line of engagement on the grinding surface of the grinding wheel 18 is always at a desired point Cam contour of the camshaft 12 is present. By superimposing the infeed mode and the track mode, the cams of the camshaft 12 can be ground along a spiral grinding path that begins on the raw surface of the unprocessed cam and ends on the contour of the finished surface of the cam. These processes are known per se and are therefore not to be explained again here.
Fig. 3 zeigt einen Nocken 30 der Nockenwelle 12 mit weiteren Einzelheiten. Fig. 3 shows a cam 30 of the camshaft 12 with further details.
Der Nocken 30 weist einen sogenannten Grundkreis 31, eine Spitze 32 sowie seitliche Flanken 33 auf.The cam 30 has a so-called base circle 31 , a tip 32 and side flanks 33 .
In einem ersten Punkt 34 greift die Schleifscheibe 18 mit einer Mantellinie an der Oberfläche des Nockens 30 an. In zweiten Punkten 35 geht der Grundkreis 31 in die Flanken 33 über. Die zweiten Punkte 35 definieren damit den sogenannten Grundkreiswinkel ϕG. Der Radius des Grundkreises ist mit RG bezeichnet.In a first point 34 , the grinding wheel 18 engages with a surface line on the surface of the cam 30 . In second points 35 , the base circle 31 merges into the flanks 33 . The second points 35 thus define the so-called base circle angle ϕ G. The radius of the base circle is designated R G.
Dritte Punkte 36 kennzeichnen den Übergang von den Flanken 33 zur Spitze 32. Sie definieren damit den sogenannten Flankenwinkel ϕF und den Spitzenwinkel ϕS. Der Radius der Spitze ist mit RS bezeichnet. Third points 36 mark the transition from the flanks 33 to the tip 32 . You thus define the so-called flank angle ϕ F and the tip angle ϕ S. The radius of the tip is labeled R S.
Ein vierter Punkt 37 bezeichnet einen beliebigen Punkt, bei spielsweise auf der Spitze 32, an den eine Tangente 38 an die Nockenkontur gelegt ist. Zieht man zur Tangente 38 eine parallele Tangente 39 an den Grundkreis 31, so gibt der Abstand der parallelen Tangenten 38, 39 den sogenannten Erhebungswert E.A fourth point 37 denotes any point, for example on the tip 32 , at which a tangent 38 is placed on the cam contour. If a parallel tangent 39 is drawn to the base circle 31 in relation to the tangent 38 , the distance between the parallel tangents 38, 39 gives the so-called survey value E.
Mit einem fünften Punkt 40 und einem sechsten Punkt 41 sind beliebige Punkte auf der Kontur des Nockens 30, dargestellt am Beispiel zweier Punkte auf der Flanke 33 bezeichnet. Die Krümmungsradien der Punkte 40, 41 sind mit RF i und mit RFn bezeichnet. Hiermit soll ausgesagt werden, daß der Krümmungs radius mit RFi bzw. RFn im Bereich der Flanken 33, d. h. über die Flankenwinkel ϕF variiert, während der Krümmungsradius mit RG im Bereich des Grundkreises 31 über den Grundkreiswinkel ϕG ebenso konstant ist wie mit RS über die Spitze 32 bzw. den Spitzenwinkel ϕS.A fifth point 40 and a sixth point 41 denote any points on the contour of the cam 30 , shown using the example of two points on the flank 33 . The radii of curvature of points 40, 41 are denoted by R F i and R Fn . This is to say that the radius of curvature varies with R Fi or R Fn in the area of the flanks 33 , ie over the flank angle ϕ F , while the radius of curvature with R G in the area of the base circle 31 over the base circle angle ϕ G is as constant as with R S over the tip 32 or the tip angle ϕ S.
Um die Nockenkontur analytisch zu definieren, können verschiedene Formen von Tabellen aufgestellt werden. So läßt sich die Kontur des Nockens 30 beispielsweise als Tabelle von Polarkoordinaten darstellen, es sind jedoch auch Darstellungsformen gebräuchlich, bei denen eine sogenannte Erhebungswerttabelle angegeben wird, die den Erhebungswert E über einen Winkel R darstellt.Various forms of tables can be set up to analytically define the cam contour. The contour of the cam 30 can thus be represented, for example, as a table of polar coordinates, but forms of representation are also common in which a so-called survey value table is specified, which represents the survey value E over an angle R.
In beiden Fällen wird zur Bestimmung des Bahnbetriebes die jeweils angegebene Tabelle unter Berücksichtigung des Schleif scheibendurchmessers in Steuerbefehle für den Drehwinkel der C-Achse 13 und die Antriebseinheit für die X-Achse 20 des Schleifschlittens 17 umgesetzt.In both cases, the table specified in each case is converted into control commands for the angle of rotation of the C-axis 13 and the drive unit for the X-axis 20 of the grinding carriage 17 in order to determine the rail operation, taking into account the grinding wheel diameter.
In Fig. 3 ist mit a noch das Aufmaß bezeichnet, um das die in Fig. 3 durchgezogen eingezeichnete Rohkontur abgetragen werden soll, um die gestrichelt eingezeichnete Fertigkontur zu erhalten. In FIG. 3, the oversize by which the raw contour shown in solid line in FIG. 3 is to be removed in order to obtain the finished contour shown in dashed lines is also designated by a.
Schließlich zeigt Fig. 3 in einem Ausschnitt 42 mit stark vergrößerter Darstellung noch die Rauhtiefe RZ, die an der Oberfläche des Nockens 30 durch Schleifen erzeugt werden soll. Außerdem ist im Ausschnitt 42 mit W der jeweils verwendete Werkstoff symbolisiert.Finally, FIG. 3 shows in a section 42 with a greatly enlarged representation the roughness depth R Z which is to be generated on the surface of the cam 30 by grinding. In addition, the material used is symbolized in section 42 with W.
Der mit W symbolisierte Werkstoff ist keine kontinuierlich variable Größe. Für die praktischen Einsatzfälle des erfin dungsgemäßen Verfahrens läßt sich vielmehr eine begrenzte Anzahl von Werkstoffen angeben, wie sie üblicherweise als Nockenwellenwerkstoffe eingesetzt werden. Hierzu zählen vor allem der Schalenhartguß, der Temperguß, der perlitische Guß und es ist ferner zu berücksichtigen, ob diese Werkstoffe einsatzgehärtet oder induktiv gehärtet sind. Diese endliche Zahl von Möglichkeiten läßt sich in der Praxis durch eine endliche Anzahl von Kennziffern symbolisieren, die vom Benutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewählt werden können.The material symbolized with W is not continuous variable size. For the practical applications of the erfin Rather, the inventive method can be a limited number of materials, as they are usually used as camshaft materials be used. Above all, this includes the Chilled cast iron, malleable cast iron, pearlitic cast and it is also take into account whether these materials are case hardened or are induction hardened. This finite number of options can in practice be determined by a finite number of Symbolize symbols used by the user of the invention Procedure can be selected.
Fig. 4 zeigt eine Nockenwelle 12, wie sie mit dem erfindungs gemäßen Verfahren bearbeitet werden kann. Die Nockenwelle 12 weist in der allgemeinen Darstellung der Fig. 4 n Nocken 30/1, 30/2 . . . 30/n auf. Typischerweise können nach dem erfindungs gemäßen Verfahren Nockenwellen 12 mit insgesamt 8 Nocken ge schliffen werden. Fig. 4 shows a camshaft 12 as it can be processed with the method according to the Invention. In the general illustration in FIG. 4, the camshaft 12 has n cams 30/1, 30/2. . . 30 / n on. Typically, camshafts 12 with a total of 8 cams can be ground according to the method according to the invention.
Zu Beginn des Schleifprozesses sei die Schleifscheibe 18 in der Z-Achse so eingestellt, daß sie dem ersten Nocken 30/1 gegenübersteht. Der Abstand der Schleifscheibe 18 vom ersten Nocken 30/1 in der X-Achse 20 betrage einen Anfangswert XA. Dieser Wert muß für das erfindungsgemäße Verfahren vorgegeben werden, damit die Nockenformschleifmaschine zu Beginn des Verfahrens diesen anfänglichen Zustellweg durchfahren kann, ehe die Schleifscheibe 18 in Anlage an den ersten Nocken 30/1 kommt. At the beginning of the grinding process, the grinding wheel 18 is set in the Z-axis so that it faces the first cam 30/1 . The distance of the grinding wheel 18 from the first cam 30/1 in the X axis 20 is an initial value X A. This value must be specified for the method according to the invention so that the cam shape grinding machine can travel through this initial infeed path at the beginning of the method before the grinding wheel 18 comes into contact with the first cam 30/1 .
Weiterhin muß hierfür die bereits erwähnte anfängliche Einstel lung der Schleifscheibe 18 entlang der Z-Achse 21 vorgegeben werden, die durch das Anfangsmaß ZA gekennzeichnet ist.Furthermore, the above-mentioned initial adjustment of the grinding wheel 18 along the Z axis 21 must be specified, which is characterized by the initial dimension Z A.
In der nachfolgenden Bearbeitung mehrerer Nocken 30/1, 30/2 . . . muß dann noch der sogenannte Nockensprung Zs, d. h. der Abstand der Nocken 30/1, 30/2 . . . in der Z-Achse 21 vorgegeben werden. Schließlich hat die Schleifscheibe 18 nach Bearbeitung des letzten Nockens 30/n ihre axiale Endstellung ZE erreicht, die gleichfalls vorzugeben ist.In the subsequent processing of several cams 30/1, 30/2 . . . must then the so-called cam jump Z s , ie the distance between the cams 30/1, 30/2 . . . be specified in the Z axis 21 . Finally, after machining the last cam 30 / n, the grinding wheel 18 has reached its axial end position Z E , which is also to be specified.
Zur Bestimmung der Prozeßparameter muß ferner die Nockenbreite b eingegeben werden.The cam width must also be used to determine the process parameters b can be entered.
Um die Schleifscheibenparameter zu veranschaulichen, ist in Fig. 5 zunächst ein CBN-Korn 50, d. h. ein Kristall des Kubischen Bornitrides dargestellt, das idealerweise die Gestalt eines Oktaeders aufweist. Der Durchmesser des CBN-Kornes 50 sei mit dK und sein Volumen mit VK bezeichnet.In order to illustrate the grinding wheel parameters, a CBN grain 50 , ie a crystal of cubic boron nitride, is shown in FIG. 5, which ideally has the shape of an octahedron. The diameter of the CBN grain 50 is denoted by d K and its volume by V K.
Wie Fig. 6 zeigt, sind in einer realen Schleifscheibe 18 mehrere dieser Körner 50, nämlich Körner 50/1, 50/2 . . . 50/n in eine keramische Bindung 55 eingebunden. Die Konzentration der Körner 50 wird dabei mit K bezeichnet.As FIG. 6 shows, several of these grains 50 , namely grains 50/1, 50/2 , are in a real grinding wheel 18 . . . 50 / n embedded in a ceramic bond 55 . The concentration of the grains 50 is denoted by K.
Der Abstand zwischen zwei Körnern 50/1 und 50/2 betrage lK und der theoretische Kornüberstand betrage im statischen Mittel Zr. Hieraus kann man das Spanraumvolumen VSR zwischen zwei Körnern 50/1, 50/2 ermitteln.The distance between two grains 50/1 and 50/2 is 1 K and the theoretical grain projection is Z r on average. The chip space volume V SR between two grains 50/1, 50/2 can be determined from this.
Mit FK ist in Fig. 6 schließlich noch die wirksame Kornkraft dargestellt, die beim Schleifen auf die Körner 50/1 . . . einwirkt. Finally, with F K , the effective grain force is shown in FIG. 6, which occurs during grinding on the grains 50/1 . . . acts.
Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung zur Veranschau lichung ein Volumen 60, wie es an einem Nocken abgespant wird, wenn eine Zustellung a bei einer Nockenbreite b eingestellt wird. Wie man leicht aus Fig. 7 erkennen kann, ergibt sich das Volumen Vw als Produkt von Aufmaß a, Breite b und Umfang des Nockens, wie es unten zu Fig. 9 noch erläutert wird. Fig. 7 shows a perspective view of the illustration, a volume 60 , as is machined on a cam when an infeed a is set at a cam width b. As can be easily seen from FIG. 7, the volume V w results as the product of oversize a, width b and circumference of the cam, as will be explained below with reference to FIG. 9.
Fig. 8 zeigt die Verhältnisse bei den wirkenden Geschwindigkeiten während des Nockenformschleifens. Fig. 8 shows the relationships at the effective speeds during the cam shape grinding.
Wie mit Pfeilen 62, 63 angedeutet, rotieren der Nocken 30 und die Schleifscheibe 18 gegenläufig. Am Eingriffspunkt 34 werden somit die Werkstückgeschwindigkeit vW und die Schleifscheiben geschwindigkeit vS, jeweils als Umfangsgeschwindigkeiten dargestellt, wirksam. Die Richtungen der Geschwindigkeitsvektoren vW und vS ergeben sich aus den jeweiligen Radien RS der Schleifscheibe 18 und Rn des Nockens 30, wie dies für den Nocken 30 weiter oben zu Fig. 3 bereits erläutert wurde.As indicated by arrows 62, 63 , the cam 30 and the grinding wheel 18 rotate in opposite directions. At the point of engagement 34 , the workpiece speed v W and the grinding wheel speed v S , each represented as peripheral speeds, are effective. The directions of the speed vectors v W and v S result from the respective radii R S of the grinding wheel 18 and R n of the cam 30 , as has already been explained above for FIG. 3 for the cam 30 .
Die Schnittgeschwindigkeit vC ergibt sich durch geometrische Addition der Vektoren vW und vS und läßt sich dem Betrage nach unter Zuhilfenahme des Kosinussatzes berechnen.The cutting speed v C results from the geometric addition of the vectors v W and v S and can be calculated in terms of the amount with the aid of the cosine theorem.
Fig. 9 zeigt schließlich ein Diagramm, in dem die Schleifzeit th für einen Nocken über dem bezogenen Zeitspanvolumen Q′W aufgetragen ist. Fig. 9 finally shows a diagram in which the grinding time t h for a cam is plotted against the related chip removal volume Q ' W.
Bekanntlich ist die Schleifzeit th gleich dem Quotienten aus zerspantem Werkstückvolumen Vw (vgl. Fig. 7) und dem bezogenen Zeitspanvolumen Qw′. Der Umfang des Nockens 30 berechnet sich als Summe der Produkte von Umfangswinkeln ϕ und Radien R, wie in Fig. 9 mit der BeziehungAs is known, the grinding time t h is equal to the quotient of the machined workpiece volume V w (see FIG. 7) and the related chip removal volume Q w '. The circumference of the cam 30 is calculated as the sum of the products of circumferential angles ϕ and radii R, as in FIG. 9 with the relationship
angegeben ist. Da die Nockenbreite b konstant ist, hängt das zerspante Volumen Vw somit nur noch von dem variablen Aufmaß a ab. Die Beziehung zwischen Schleifzeit th und bezogenem Zeitspanvolumen Qw′ drückt sich somit in einem hyperbolischen Verlauf aus, der nach a parametriert ist, wie dies in Fig. 9 für zwei Beispiele a₁ und a₂ dargestellt ist.is specified. Since the cam width b is constant, the machined volume V w therefore only depends on the variable oversize a. The relationship between grinding time t h and related chip removal volume Q w 'is thus expressed in a hyperbolic curve, which is parameterized according to a, as shown in Fig. 9 for two examples a₁ and a₂.
Allerdings ist man in der Wahl des bezogenen Zeitspanvolumens Qw′ nicht frei, weil das einstellbare bezogene Zeitspanvolumen Qw′ durch verschiedene Prozeßparameter begrenzt ist.However, it is 'not free because the adjustable relative metal removal rate Q w' in the choice of the specific removal rate Q w is limited by various process parameters.
Diese zusätzlichen Randbedingungen lassen sich - ohne Anspruch auf vollzählige Nennung - anhand von empirisch gewonnenen Funktionen wie folgt erläutert:These additional conditions can be met without any claim for complete naming - based on empirically obtained Functions explained as follows:
Eine erste Randbedingung ist die erzielbare Rauhtiefe Rt des Werkstücks sowie Rt0 der Schleifscheibe 18. Mit diesen beiden Größen sowie der Konzentration K der Schleifscheibe 18 und der Schnittgeschwindigkeit vc läßt sich eine erste Beziehung für einen Grenzwert des bezogenen Zeitspanvolumens Qw′ wie folgt darstellenA first boundary condition is the achievable roughness depth R t of the workpiece and R t0 of the grinding wheel 18 . With these two variables as well as the concentration K of the grinding wheel 18 and the cutting speed v c , a first relationship for a limit value of the related chip removal volume Q w 'can be represented as follows
Als zweite Randbedingung läßt sich der Formfehler fm des Nockens angeben, der bekanntlich der Quotient von Schnittkraft Fc und Systemsteifigkeit Cg ist. Dann ergibt sich unter Berücksichtigung der Nockenbreite b folgende Beziehung:The second boundary condition is the shape error f m of the cam, which is known to be the quotient of cutting force F c and system rigidity C g . Then, taking the cam width b into account, the following relationship results:
mitWith
Als dritte Randbedingung läßt sich der Kornverschleiß rs in Abhängigkeit vom Spanraumfüllungsgrad fg sowie dem Kornüber deckungsfaktor Δbs wie folgt angeben:As a third boundary condition, the grain wear r s depending on the chip filling degree f g and the grain coverage factor Δb s can be specified as follows:
wobei Z eine Hilfsgröße ist und der Beziehungwhere Z is an auxiliary variable and the relationship
gehorcht. obey.
Als vierte Randbedingung läßt sich die Ranzonentemperatur als Differenz der Temperatur TM an der Zerspanstelle und der Raumtemperatur TR angeben. Dabei ergibt sich die Beziehung:The fourth boundary condition can be given as the difference between the temperature T M at the cutting point and the room temperature T R. The relationship is:
wobei c die spezifische Wärme, ρ die Dichte des Werkstoffes und K* der Umrechungsfaktor zwischen Wärme- und Energieeinheiten ist.where c is the specific heat, ρ is the density of the material and K * the conversion factor between heat and energy units is.
Als weitere Randbedingung ergeben sich unter Berücksichtigung einer Antriebsleistung P des Motors 19 von beispielsweise 22 kW sowie unter Berücksichtigung maximaler Winkelgeschwindigkeiten ωmax von 10 000°C/min im Erhebungsbereich und 30 000°C/min auf dem Grundkreis die BeziehungenAs a further boundary condition, taking into account a drive power P of the motor 19 of, for example, 22 kW and taking into account maximum angular velocities ω max of 10,000 ° C./min in the survey area and 30,000 ° C./min on the base circle, the relationships
in Abhängigkeit von der Nockenbreite b sowie die Beziehungdepending on the cam width b as well as the relationship
Q′w6 = 0,694 · Vw′ (43)Q ′ w6 = 0.694 · V w ′ (43)
in Abhängigkeit von zerspanten Werkstückvolumen V′w.depending on the machined workpiece volume V ′ w .
In der Darstellung der Fig. 9 ist schraffiert ein Bereich der zulässigen Werte eingezeichnet, wobei Geraden 65/1 . . . 65/n die vorstehend erläuterten Randbedingungen Qw′ wiedergeben und deren Schnittpunkte 66/1 . . . 66/n mit den a-Hyperbeln auf einer Geraden liegen.A range of the permissible values is shown hatched in the illustration in FIG. 9, with straight lines 65/1. . . 65 / n represent the boundary conditions Q w ′ explained above and their intersections 66/1. . . 66 / n lie on a straight line with the a-hyperbolas.
Je nachdem, welche und wieviele der vorstehend genannten Randbedingungen berücksichtigt werden sollen, ist jeweils als begrenzende Randbedingung diejenige mit dem niedrigsten bezogenen Zeitspanvolumen Qw′ zu berücksichtigen, um danach die Zustellung a als minimalen, jedoch optimalen Wert zu bestimmen, der dann zur minimalen Schleifzeit thmin führt.Depending on which and how many of the above-mentioned boundary conditions are to be taken into account, the limiting boundary condition in each case is the one with the lowest related chip removal volume Q w ′, in order to then determine the infeed a as a minimum but optimal value, which is then at the minimum grinding time t hmin leads.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Steuerung soll nun anhand des Flußdiagrammes der Fig. 10/1 bis 10/12 erläutert werden.The control provided for carrying out the method according to the invention will now be explained on the basis of the flow diagram of FIGS . 10/1 to 10/12.
In einem ersten Block 70 wird ein Bestimmungsprogramm dadurch gestartet, daß zunächst in einem Block 71 die Eingabedaten entweder individuell vorgegeben oder aus maschinenspezifischen Dateien abgerufen werden.In a first block 70 , a determination program is started by first entering the input data either individually in block 71 or calling it up from machine-specific files.
Als Schleifmaschinendaten werden die maximale Leistung Pmax des Antriebsmotors 19 der Schleifscheibe 18 von beispielsweise 22 kW aufgerufen. Als nächstes werden die maximalen Winkelge schwindigkeiten der Werkstückaufnahme 11 der C-Achse 13 aufge rufen, die zwischen 10 000 und 30 000°/min betragen können. Schließlich ist noch die Steifigkeit Cg der Maschine zu berück sichtigen.The maximum power P max of the drive motor 19 of the grinding wheel 18 of, for example, 22 kW is called up as grinding machine data. Next, the maximum Winkelge speeds of the workpiece holder 11 of the C-axis 13 are called up, which can be between 10,000 and 30,000 ° / min. Finally, the rigidity C g of the machine has to be taken into account.
Als Nockendaten werden zunächst der Werkstoff W anhand der bereits erwähnten Tabelle typischer Nockenwellenwerkstoffe aufgerufen. Weiterhin werden das Gesamtaufmaß A und die Nocken zahl n der Nockenwelle 12 vorgegeben. Hinsichtlich der Nocken kontur sind der Grundkreisradius RG sowie die Kontur selbst, beispielsweise in Form der bereits erwähnten Erhebungswerttabelle E(R) anzugeben. Die Nockenbreite b ist einzugeben ebenso wie der Anstellweg XA der Schleifscheibe 18 in Richtung der X-Achse 20 und die Anfangsposition ZA der Schleifscheibe 18 in Richtung der Z-Achse 21 sowie die Endposition ZE in dieser Achse 21 und der Nockensprung ZS.Material W is first called up as cam data using the table of typical camshaft materials already mentioned. Furthermore, the overall oversize A and the number of cams n of the camshaft 12 are specified. With regard to the cam contour, the base circle radius R G and the contour itself are to be specified, for example in the form of the data collection table E (R) already mentioned. The cam width b is to be entered, as is the adjustment path X A of the grinding wheel 18 in the direction of the X axis 20 and the starting position Z A of the grinding wheel 18 in the direction of the Z axis 21, as well as the end position Z E in this axis 21 and the cam jump Z S .
Als Nockenspezifikationen werden die Rauhtiefe RZ sowie der Formfehler fm vorgegeben. Hinsichtlich der thermischen Rand zonenbeeinflussung, symbolisiert durch ϑRZ kann der Benutzer durch J/N eine Ja/Nein-Entscheidung herbeiführen, mit der Wirkung, daß die weitere Bestimmung der Parameter entweder mit oder ohne Berücksichtigung des thermischen Randzonenphänomens durchgeführt wird.The roughness depth R Z and the shape error f m are specified as cam specifications. With regard to the thermal boundary zone influence, symbolized by ϑ RZ , the user can make a yes / no decision with Y / N, with the effect that the further determination of the parameters is carried out either with or without taking into account the thermal boundary zone phenomenon.
Die Schleifscheibendaten werden ebenfalls in tabellierter Form vorgegeben und zwar für eine endliche Anzahl von in der Praxis verfügbaren CBN-Schleifscheiben. Für jede dieser Schleifscheiben lassen sich der Schleifscheibendurchmesser dS sowie die Korngröße dK und die Konzentration K in der bekannten Weise angeben. Eine Vielflächnerkonstante qm, die im Falle eines Oktaeders 1,4 beträgt ist ebenso vorgegeben, wie das theoretische Vielflächnervolumen Wm, das ebenfalls nach Art der Vielflächner tabelliert vorgegeben werden kann, sofern unterschiedliche Vielflächner für unterschiedliche Schleifscheibenbeläge vorgesehen sind.The grinding wheel data are also specified in tabular form for a finite number of CBN grinding wheels available in practice. The grinding wheel diameter d S as well as the grain size d K and the concentration K can be specified for each of these grinding wheels in the known manner. A polyhedron constant q m , which in the case of an octahedron is 1.4, is also given, as is the theoretical polyhedron nerve volume W m , which can also be tabulated according to the type of polyhedron provided that different polyhedra are provided for different grinding wheel coverings.
Weiterhin sind der Kornüberdeckungsfaktor Δbs, die zulässige maximale Kornkraft FKzul für die Schleifscheibe und als Konditionierungsparameter die Abrichtzustellung ad und die Geschwindigkeiten der Abrichtrolle vfd, vfd′ in Gegenrichtung vorzugeben. Furthermore, the grain coverage factor Δb s , the permissible maximum grain force F Kzul for the grinding wheel and, as conditioning parameters, the dressing setting a d and the speeds of the dressing roller v fd , v fd ′ in the opposite direction are to be specified.
Als konstante Bearbeitungsparameter sind die Schleifscheiben umfangsgeschwindigkeit vS, die Zahl der zu bearbeitenden Werkstücke pro Stunde Nw und schließlich das Konditionierungs intervall der Scheifscheibe Ts anzugeben.The grinding wheel circumferential speed v S , the number of workpieces to be machined per hour N w and finally the conditioning interval of the grinding wheel T s are to be specified as constant processing parameters.
Schließlich werden im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zahlreiche Konstanten benötigt, die größtenteils empirisch gewonnen wurden und daher in gewissen Grenzen schwanken können. In der weiterfolgenden Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden diese Konstanten jeweils als konkrete Zahlen werte angegeben, es versteht sich jedoch, daß diese Zahlenwerte aus den genannten Gründen auch gewissen Schwankungen unterliegen können.Finally, in the course of the method according to the invention Numerous constants are required, most of which are empirical won and can therefore fluctuate within certain limits. In the following explanation of the invention These constants are used as concrete numbers values specified, however, it is understood that these numerical values for the reasons mentioned, they are also subject to certain fluctuations can.
Aus den im Block 71 angegebenen Eingangsgrößen wird nun im Block 72 znächst die Nockengeometrie nach weiteren Kennwerten berechnet. So wird der Werkstückdurchmesser dW, der Flankenradius RF in Form einer Tabelle, der Spitzenradius RS, der maximale Erhebungswert Emax sowie der Grundkreiswinkel ϕG, der Flankenwinkel ϕF und der Spitzenwinkel ϕS ermittelt.From the input variables specified in block 71 , the cam geometry is first calculated in block 72 according to further characteristic values. The workpiece diameter d W , the flank radius R F in the form of a table, the tip radius R S , the maximum elevation value E max and the base circle angle ϕ G , the flank angle ϕ F and the tip angle ϕ S are determined.
In Abhängigkeit von der Erhebungstabelle und der maximalen Winkelgeschwindigkeit der C-Achse 13 wird nun die Nockenum fangsgeschwindigkeit vW im Block 73 berechnet.Depending on the survey table and the maximum angular velocity of the C axis 13 , the cam circumferential speed v W is now calculated in block 73 .
Im Block 74 wird über den Kosinussatz im Wege der vektoriellen Addition aus der Nockenumfangsgeschwindigkeit vW und der Schleifscheibengeschwindigkeit vS die Schnittgeschwindigkeit vC der Schleifscheibe 18 bestimmt.In block 74 , the cutting speed v C of the grinding wheel 18 is determined by means of the vectorial addition from the circumferential cam speed v W and the grinding wheel speed v S.
Im Block 75 werden nun die Werte RG, RF, RS, Emax, ϕG, ϕF, ϕS, b, XA, ZA, ZE und ZS ausgegeben und zwar in der bereits eingangs erwähnten Menü-Technik in Form eines Graphikdialoges mit dem Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierzu kann in einer Maske die Nockenwelle in zwei Seitenansichten dargestellt werden, wobei die im Block 75 aufgezählten Werte graphisch veranschaulicht sind.In block 75 , the values R G , R F , R S , E max , ϕ G , ϕ F , ϕ S , b, X A , Z A , Z E and Z S are output in the menu already mentioned at the beginning -Technology in the form of a graphic dialog with the user of the method according to the invention. For this purpose, the camshaft can be represented in two side views in a mask, the values listed in block 75 being illustrated graphically.
Parallel zur Ausgabe im Block 75 wird im Block 76 das Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit vC und Werkstückgeschwindigkeit vW als Quotient q berechnet.Parallel to the output in block 75 , the ratio of cutting speed v C and workpiece speed v W is calculated as a quotient q in block 76 .
Im Block 77 wird als Hilfsgröße ein effektiver Durchmesser deq aus den Durchmessern von Werkstück dW und Schleifscheibe dS ermittelt.In block 77 , an effective diameter d eq is determined as an auxiliary variable from the diameters of the workpiece d W and grinding wheel d S.
Im Block 78 wird die Schnittkraft FC anhand einer empirischen Formel aus der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 19 ermittelt.In block 78 , the cutting force F C is determined using an empirical formula from the maximum power P max of the drive motor 19 .
Mit Hilfe der bereits in Fig. 9 angegebenen und erläuterten Beziehung wird nun im Block 79 die theoretisch minimale Schleif zeit th min aus der Nockengeometrie und den erzielbaren Winkel geschwindigkeiten ω bestimmt.With the help of the relationship already specified and explained in FIG. 9, the theoretically minimum grinding time t h min is now determined in block 79 from the cam geometry and the achievable angular velocities ω.
Hieraus wird im Block 80 als zentrale Größe des erfindungsgemäßen Verfahrens das maximale bezogene Zeitspanvolumen Q′wmax über eine empirisch gewonnene Formel aus der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 19 der Schleifscheibe 18 ermittelt.From this, in block 80, as the central variable of the method according to the invention, the maximum related chip removal volume Q ′ wmax is determined using an empirically obtained formula from the maximum power P max of the drive motor 19 of the grinding wheel 18 .
Aus den beiden so erhaltenen Werten der Blöcke 79 und 80 läßt sich das maximale zerspante Werkstückvolumen V′Wmax bestimmen (Block 81). The maximum machined workpiece volume V ′ Wmax can be determined from the two values of blocks 79 and 80 thus obtained (block 81 ).
Mit Hilfe der vollständigen in Fig. 9 dargestellten und er läuterten Beziehung wird nun im Block 82 als Ausgangsgröße für das erfindungsgemäße Verfahren eine maximale Zustellung amax der Schleifscheibe 18 bestimmt.With the help of the complete relationship shown in FIG. 9 and explained, a maximum infeed a max of the grinding wheel 18 is now determined in block 82 as an output variable for the method according to the invention.
Diese maximale Zustellung amax soll nun im weiteren Vorgehen daraufhin überprüft werden, ob sie in Bezug auf verschiedene Restriktionen des verwendeten Systems zulässig ist.This maximum infeed a max should now be checked in the further procedure to determine whether it is permissible in relation to various restrictions of the system used.
Um dies zu bewerkstelligen wird zunächst in einem Block 83 als zentrale Rechengröße wieder das maximale bezogene Zeitspanvolumen Q′wi als Maximalwert Q′wmax vorgegeben.In order to accomplish this, the maximum reference time span volume Q ′ wi is again specified as the maximum value Q ′ wmax in a block 83 as the central calculation variable.
Wie bei 84 angedeutet, kann dieser maximale Ausgangswert Q′wmax im nachfolgenden Verfahren durch verschiedene Schleifendurchgänge noch dekrementiert werden, wie dies im einzelnen noch erläutert werden wird.As indicated at 84 , this maximum output value Q ′ wmax can still be decremented in the following method by various loop passes, as will be explained in more detail below.
In der ersten Verfahrensschleife wird im Block 85 aus der vorgegebenen Rauhtiefe RZ für die fertig bearbeitete Nocken oberfläche mittels der Schleifscheibentabelle eine bestimmte Schleifscheibentype ausgewählt, mit der die genannte Rauhtiefe RZ erzielt werden kann. Dadurch liegen die Korngröße B und die Konzentration K und damit auch der Korndurchmesser dK fest. Die ermittelte Schleifscheibentype wird im Block 86 ausgegeben und zwar wiederum in den Graphikdialog der Menüsteuerung eingeblendet.In the first process loop, a specific type of grinding wheel is selected in block 85 from the predetermined roughness depth R Z for the finished cam surface by means of the grinding wheel table, with which said roughness depth R Z can be achieved. As a result, the grain size B and the concentration K and thus also the grain diameter d K are fixed. The determined type of grinding wheel is output in block 86 and in turn is shown in the graphics dialog of the menu control.
Das weitere Verfahren vollzieht sich nun anhand der Gleichungen (1) bis (42), die weiter oben im einzelnen erläutert wurden. Auf diese Gleichungen wird im folgenden Bezug genommen. The rest of the procedure is now based on the equations (1) to (42) explained in detail above. These equations are referred to below.
In Block 87 wird mit Hilfe von Gleichung (17) die Korndichte CK berechnet.In block 87 , the grain density C K is calculated using equation (17).
In Block 88 wird die flächenbezogene kinematische Schneidenzahl Nkin mit Hilfe von Gleichung (18) bestimmt.In block 88 , the area-related kinematic cutting edge number N kin is determined using equation (18).
In Block 89 wird mit Hilfe von Gleichung (19) das Einzelspan volumen VES berechnet.In block 89 , the individual chip volume V ES is calculated using equation (19).
In Block 90 wird daraus mit Hilfe der Gleichung (20) der theoretische Kornüberstand Zth bestimmt.In block 90 , the theoretical grain protrusion Z th is determined therefrom using equation (20).
Mit Hilfe von Gleichung (21) folgt daraus der reale Korn überstand Zr in Block 91, mit Hilfe von Gleichung (22) folgt in Block 92 daraus der Kornabstand lK und schließlich mit Hilfe von Gleichung (23) in Block 93 das Spanraumvolumen VSR.With the help of equation (21) the real grain protrusion Z r follows in block 91 , with the help of equation (22) the block distance l K follows in block 92 and finally with the help of equation (23) in block 93 the chip volume V SR .
Mit Hilfe von Gleichung (24) läßt sich in Block 94 dann schließlich der Spanraumfüllungsgrad fg bestimmen.With the help of equation (24), the chip filling degree f g can finally be determined in block 94 .
Im Entscheidungsblock 95 wird nun überprüft, ob der Spanraum füllungsgrad fg kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 0,75 ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wenn also das Spanraumvolumen VSR nicht groß genug ist, um die Einzelspäne mit ihrem Einzelspanvolumen VES aufzunehmen, so wird über einen Block 96 die Ausgangsgröße dieser Verfahrensschleife, nämlich das bezogene Zeitspanvolumen Q′wi dekrementiert und zwar um einen vorgegebenen Betrag Δ Q′w. Mit diesem dekrementierten Wert kehrt das Verfahren wieder zu dem bereits erläuterten Punkt 84 hinter Block 83 zurück, um die vorstehend erläuterten Verfahrensschritte solange zu vollziehen, bis das bezogene Zeitspanvolumen Q′wi soweit dekrementiert wurde, daß der Spanraumfüllungsgrad ausreichend bemessen ist. In decision block 95 , it is now checked whether the chip space fill level f g is less than or equal to a predetermined limit value of, for example, 0.75. If this is not the case, i.e. if the chip space volume V SR is not large enough to accommodate the individual chips with their individual chip volume V ES , the output variable of this process loop, namely the related chip removal volume Q ′ wi, is decremented via a block 96 , namely by a predetermined amount Δ Q ' w . With this decremented value, the method returns to the already explained point 84 behind block 83 in order to carry out the above-described method steps until the obtained chip removal volume Q ' wi has been decremented to such an extent that the chip filling degree is sufficiently dimensioned.
Sobald dies der Fall ist, setzt das Verfahren seine Schritte fort und berechnet in Block 97 mit Hilfe von Gleichung (25) den Kornverschleißfaktor rs.As soon as this is the case, the method continues its steps and calculates the grain wear factor r s in block 97 using equation (25).
Mit Hilfe von Gleichung (26) wird dann in Block 98 der Gesamtverschleiß VVS berechnet und unter Zuhilfenahme von Gleichung (27) wird in Block 99 das zerspante Werkstoffvolumen VWG bestimmt.With the help of equation (26) the total wear V VS is then calculated in block 98 and with the aid of equation (27) the machined material volume V WG is determined in block 99 .
Daraus ergibt sich in Block 100 mit Hilfe von Gleichung (28) das Abtragsverhältnis G und in Block 101 mit Hilfe von Gleichung (5) die Kontaktlänge lg.This results in block 100 with the help of equation (28) and in block 101 with the help of equation (5) the contact length l g .
In Block 102 wird mit Hilfe von Gleichung (30) die Kontakt fläche AK und in Block 103 mit Hilfe von Gleichung (29) schließlich die Einzelkornkraft FK berechnet.In block 102 , the contact area A K is calculated using equation (30) and in block 103 , using the equation (29), the individual grain force F K is finally calculated.
Im Entscheidungsblock 104 wird nun überprüft, ob die Einzelkorn kraft FK kleiner oder gleich einer zulässigen Einzelkornkraft FKzul ist. Ist dies nicht der Fall, ist also mit anderen Worten die Belastung des einzelnen Kornes zu hoch, wird im Block 105 wiederum die zentrale Verfahrensgröße, nämlich das bezogene Zeitspanvolumen Q′wi um den Betrag Δ Q′wi dekrementiert, wobei der Dekrementierungsbetrag Δ Qwi gleich demjenigen des Blocks 96 oder auch anders bemessen sein kann. Auch in diesem Falle kehrt das Programm über die Schleife zum Punkt 84 zurück, um mit dem dekrementierten Wert für Q′wi weiter zu rechnen und zwar so lange, bis die Einzelkornkraft FK auf den zulässigen Wert Fkzul abgesunken ist.In decision block 104 , it is now checked whether the individual grain force F K is less than or equal to an allowable single grain force F Kzul . If this is not the case, that is, in other words, the load of the individual grain is too high, the central process variable, namely the relative metal removal rate Q is in turn 'wi by the amount Δ Q' wi decremented in block 105, wherein the Dekrementierungsbetrag Δ Q wi can be the same as that of block 96 or differently sized. In this case too, the program returns to point 84 via the loop in order to continue calculating with the decremented value for Q ′ wi until the individual grain force F K has dropped to the permissible value F kzul .
Es sei an dieser Stelle eingefügt, daß die beiden vorstehend erläuterten Verfahrensschleifen als Optionen zu verstehen sind, nach denen das Verfahren betrieben werden kann. So ist es durchaus - wie bereits erwähnt - möglich, das vorstehend beschriebene Verfahren bereits mit dem Block 85 abzubrechen und unter Einsatz der dort bestimmten Schleifscheibe vorzugehen, wobei dann allerdings weder die Spanraumfüllungsverhältnisse noch die Einzelkornbelastungsverhältnisse berücksichtigt werden. Setzt man hingegen das Verfahren fort, so werden zunächst die Spanraumfüllungsverhältnisse bis hin zum Block 95 berücksichtigt, bei dessen Erreichen das erfindungsgemäße Verfahren alternativ abgebrochen werden kann. Das am Ja-Ausgang des Blockes 95 ermittelte bezogene Zeitspanvolumen Qw′ kann dann mit Hilfe der Blöcke 81 und 82 in eine maximale Zustellung amax der Schleifscheibe 18 umgerechnet werden, die dann naturgemäß kleiner ist als der Betrag, der beim ersten Durchlaufen des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ausgang des Blockes 82 ermittelt wurde.It should be inserted at this point that the two process loops explained above are to be understood as options by which the process can be operated. Thus, as already mentioned, it is entirely possible to abort the method described above with block 85 and to proceed using the grinding wheel determined there, but then neither the chip space filling ratios nor the individual grain load ratios are taken into account. If, on the other hand, the method is continued, the chip filling ratios up to block 95 are first taken into account, upon reaching which the method according to the invention can alternatively be terminated. The determined chip removal volume Q w ' determined at the yes output of block 95 can then be converted with the aid of blocks 81 and 82 into a maximum infeed a max of the grinding wheel 18 , which is then of course smaller than the amount when the invention was first run through Procedure at the output of block 82 was determined.
Schleift man nun die Nockenwelle 12 mit der Schleifscheibe 18 unter Einstellung der so einmalig verminderten Zustellung a, so ist zum einen die in Block 80 angegebene Restriktion hin sichtlich der maximalen Leistung Pmax des Antriebsmotors 19 der Schleifscheibe 18 wie auch die Restriktion hinsichtlich der Spanraumfüllungsverhältnisse des Blocks 94 erfüllt.If you now grind the camshaft 12 with the grinding wheel 18 while setting the uniquely reduced infeed a, the restriction specified in block 80 is, on the one hand, the maximum power P max of the drive motor 19 of the grinding wheel 18 as well as the restriction with regard to the chip space filling ratios of the Blocks 94 met.
Läßt man hingegen das erfindungsgemäße Verfahren auch die zweite Schleife bis hin zum Block 104 durchlaufen und ermittelt man auf der Grundlage des am Ausgang des Blocks 104 anliegenden zweimal dekrementierten bezogenen Zeitspanvolumens Qw′ ein ent sprechend zweimal vermindertes Aufmaß a, so führt dessen Vorgabe beim realen Schleifen einer Nockenwelle 12 zu einem Schleif vorgang, der zusätzlich die Restriktion der Einzelkornbelastung berücksichtigt. If, on the other hand, the method according to the invention is also run through the second loop up to block 104 and, based on the twice-decremented reference chip volume Q w 'present at the output of block 104, an oversize a reduced accordingly twice, its specification leads to the real one Grinding a camshaft 12 to a grinding process, which also takes into account the restriction of the individual grain load.
Es versteht sich dabei, daß bei fortschreitender Berücksichtigung von Restriktionen und somit fortschreitender Verminderung des bezogenen Zeitspanvolumens Qw′ sowie der Zustellung a auch eine Erhöhung der Schleifzeiten th eintritt.It goes without saying that with increasing consideration of restrictions and thus progressive reduction of the related chip removal volume Q w ′ and the infeed a, an increase in the grinding times t h also occurs.
Entsprechende Überlegungen gelten für die nachfolgend noch weiter angegebenen Restriktionen, die wahlweise einzeln oder in beliebigen Kombinationen zusätzlich berücksichtigt werden können.Corresponding considerations apply to those below specified restrictions, either individually or in any combinations can also be taken into account.
Im Block 106 wird unter Zuhilfenahme von Gleichung (36) die Rauhtiefe als Restriktionskriterium herangezogen und es wird daraus ein Wert des bezogenen Zeitspanvolumens Q′wl berechnet. Im Entscheidungsblock 107 wird nun überprüft, ob der so ermit telte Wert Qwl′ größer oder gleich dem gerade anliegenden Verfahrenswert Q′wi ist, der nach Durchlaufen des Verfahrens bis Block 83 und ggf. bis Block 95 und/oder Block 104 ermittelt wurde.In block 106 , the roughness depth is used as a restriction criterion with the aid of equation (36) and a value of the related chip removal volume Q ′ wl is calculated therefrom. In decision block 107 , it is now checked whether the value Q wl ′ determined in this way is greater than or equal to the process value Q ′ wi currently applied, which was determined after the procedure had been carried out up to block 83 and possibly up to block 95 and / or block 104 .
Ergibt sich dabei, daß der neu ermittelte Wert Qwl′ kleiner ist, so muß dieser neue Wert Qwl′ über den Block 108 als neuer Verfahrensparameter für Qwi′ vorgegeben werden, wenn die Rauhtiefe als Restriktionskriterium berücksichtigt werden soll.If the result is that the newly determined value Q wl 'is smaller, this new value Q wl ' must be specified via block 108 as a new process parameter for Q wi 'if the roughness depth is to be taken into account as a restriction criterion .
Ergibt sich jedoch, daß der neu ermittelte Wert Qwl′ größer ist als der gerade anstehende Wert Qwi′, so kann das Restriktionskriterium der Rauhtiefe übergangen werden, weil seine Auswirkungen innerhalb des bereits berücksichtigten Bereiches der Prozeßparameter liegen.However, if the newly determined value Q wl 'is greater than the currently pending value Q wi ', the restriction criterion of the roughness depth can be ignored because its effects lie within the range of the process parameters already taken into account.
Zur Berücksichtigung des nächsten Restriktionskriteriums des Formfehlers fm muß dieser zunächst in Block 109 mit Hilfe von Gleichung (38) berechnet werden. In Block 110 wird dann das nächste Restriktionskriterium mit Hilfe von Gleichung (37) angesetzt und über die Blöcke 111, 112 wird wiederum eine Entscheidung herbeigeführt, wie dies zuvor schon zu den Blöcken 107, 108 erläutert wurde.To take into account the next restriction criterion of the shape error f m , this must first be calculated in block 109 using equation (38). The next restriction criterion is then set in block 110 with the aid of equation (37) and a decision is again made via blocks 111, 112 , as was explained previously for blocks 107, 108 .
Im Block 113 wird als nächstes Restriktionskriterium der Werkzeugverschleiß rs unter Zuhilfenahme von Gleichung (39) berücksichtigt und wiederum über die Blöcke 114, 115 eine Entscheidung herbeigeführt.In block 113 , the next restriction criterion, tool wear r s , is taken into account with the aid of equation (39), and a decision is again made via blocks 114, 115 .
Im Block 116 wird als nächstes Restriktionskriterium die Temperatur TM unter Zuhilfenahme von Gleichung (41) berücksichtigt und in den Blöcken 117, 118 die entsprechende Entscheidung herbeigeführt.In block 116 , the temperature T M is taken into account as the next restriction criterion with the aid of equation (41) and the corresponding decision is made in blocks 117, 118 .
Block 119 ermittelt als nächstes Restriktionskriterium unter Zuhilfenahme von Gleichung (42) die Maschinendaten mit nachfolgender Entscheidung in den Blöcken 120, 121 und in entsprechender Weise berechnet Block 122 mit Hilfe von Gleichung (43) ein weiteres Restriktionskriterium anhand von Maschinen daten mit nachfolgender Entscheidung in den Blöcken 123 und 124.Block 119 determines the next restriction criterion with the aid of equation (42), the machine data with subsequent decision in blocks 120, 121 and in a corresponding manner block 122 calculates a further restriction criterion using equation (43) on the basis of machine data with subsequent decision in the Blocks 123 and 124 .
Im nachfolgenden Block 125 werden nun zur Schleifscheibenaus legung die Schleifscheiben spezifischen Werte dS, Wm, K, dK, Zth, lg und VSR in den Graphikdialog der Menüführung eingeblendet.In the following block 125 , the grinding wheel specific values d S , W m , K, d K , Z th , l g and V SR are now displayed in the graphic dialog of the menu navigation for the grinding wheel design.
Entsprechendes gilt in Block 126 für die Ausgabe von Werten der Schleifscheibenkonditionierung, wo beispielsweise die Werte ad, vfd, v′fd, q, rs, Ts, G, Nkin, VES, fG und FK in den Graphikdialog eingeblendet werden.The same applies in block 126 to the output of grinding wheel conditioning values, where, for example, the values a d , v fd , v ′ fd , q, r s , T s , G, N kin , V ES , f G and F K in the Graphic dialog can be displayed.
Schließlich werden in Block 127 noch als Bearbeitungsparameter der vorgewählte Werkstoff W und zur Schleifscheibentype noch die Werte vC, ω, VWG, Q′wimax und th bzw. Berücksichtigung der Verfahrwege der Schleifscheibe in Z- und X-Richtung (ohne Bearbeitung) der Gesamtschleifzeit angegeben.Finally, in block 127 , the selected material W and, for the grinding wheel type, the values v C , ω, V WG , Q ′ wimax and t h or taking into account the travel paths of the grinding wheel in the Z and X directions (without machining) the total grinding time.
Die Ermittlung der zu berücksichtigenden Verfahrensparameter endet dann im Block 128 und es werden nun die ermittelten Werte als Betriebsparameter für die Nockenformschleifmaschine 10 in das NC-Steuergerät 25 bzw. dessen Ausgangsschnittstellen der Datenleitungen 27 und 28 überspielt, um nun die Nocken 30 der Nockenwelle 12 in der ermittelten Form zu schleifen.The determination is then sent out to be taken into account process parameters in block 128 and it will now be transferred 27 and 28 to now the cam 30 of the camshaft 12, the determined values as operating parameters for the cam contour grinding machine 10 in the NC control unit 25 and the output interface of the data lines in to grind the determined shape.
Claims (8)
- - Zunächst bestimmen einer theoretischen minimalen Schleifzeit (thmin) pro Umdrehung des Nockens (30) aus der Geometrie des Nockens (30) sowie der maximalen Winkelgeschwindigkeit (ωmax) nach der zugeschnittenen Größengleichung: wobei ϕG, ϕF und ϕS die Umfangswinkel im Bereich des Grundkreises (31), der Flanken (33) bzw. der Spitze (32) und ωG max, ωF max und ωs max die in Anbetracht der Nockengeometrie (Grundkreisradius (RG), Spitzenradius (RS), mittlerer Flankenradius (RFm), Erhebungswert (S)) sowie der Schleifscheibendaten (Radius (rS), Geschwindigkeit (vS), Geschwindigkeitsquotient theoretisch maximalen Winkelgeschwindigkeiten in diesen Bereichen sind;
- - dann bestimmen eines maximalen bezogenen Zeitspanvolumens (Q′wmax), d. h. zerspantes Werkstoffvolumen pro Zeiteinheit und pro mm Schleifscheibenbreite) in Abhängigkeit von der maximalen Antriebsleistung (Pmax) des Schleifscheibenantriebes (19) nach der zugeschnittenen Größengleichung: wobei b die Breite der Nocken (30) ist und K₁ und K₂ Konstanten sind, für die vorzugsweise gilt: K₁=1,754 und K₂=2,778;
- - weiterhin bestimmen eines maximalen, bezogenen zerspanten Werkstückvolumens (V′wmax) aus der minimalen Schleifzeit (thmin) sowie dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: V′W max = Q′W max · th min;
- - und schließlich berechnen der maximalen, optimierten Zustellung (amax) aus dem maximalen zerspanten Werkstückvolumen (V′Wmax) und der Geometrie der Nocken (30) nach der Formel: wobei k ein laufender Parameter für die Anzahl der fallweise vorgegebenen Flankenradien (RF) ist, der von 1 bis n läuft.
- - First determine a theoretical minimum grinding time (t hmin ) per revolution of the cam ( 30 ) from the geometry of the cam ( 30 ) and the maximum angular velocity (ω max ) according to the cut size equation: where ϕ G , ϕ F and ϕ S are the circumferential angles in the area of the base circle ( 31 ), the flanks ( 33 ) or the tip ( 32 ) and ω G max , ω F max and ω s max which, considering the cam geometry (base circle radius (R G ), tip radius (R S ), mean flank radius (R Fm ), survey value (S)) and the grinding wheel data (radius (r S ), speed (v S ), speed quotient are theoretically maximum angular velocities in these areas;
- - Then determine a maximum related chip removal volume (Q ′ wmax ), ie machined material volume per unit of time and per mm grinding wheel width ) depending on the maximum drive power (P max ) of the grinding wheel drive ( 19 ) according to the cut size equation: where b is the width of the cams ( 30 ) and K₁ and K₂ are constants, for which preferably applies: K₁ = 1.754 and K₂ = 2.788;
- - further determine a maximum, machined workpiece volume (V ′ wmax ) from the minimum grinding time (t hmin ) and the maximum machined volume (Q ′ wmax ) according to the formula: V ′ W max = Q ′ W max · t h min ;
- - and finally calculate the maximum, optimized infeed (a max ) from the maximum machined workpiece volume (V ′ Wmax ) and the geometry of the cams ( 30 ) according to the formula: where k is a running parameter for the number of flank radii (R F ) that is specified in a case-by-case manner and runs from 1 to n.
- - Bestimmen des Spanraumfüllungsrades (fg) aus dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: wobei VES das Einzelspanvolumen und VSR das von dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) abhängige Spanraumvolumen sind;
- - Vergleichen des ermittelten Spanraumfüllungsgrades (fg) mit einem zulässigen Grenzwert (K₁₁), für den vorzugsweise gilt K₁₁=0,75;
- - Vermindern des maximalen bezogenen Zeitspan volumens (Q′wmax) bis der ermittelte Spanraumfüllungsgrad (fg) den Grenzwert (K₁₁) nicht überschreitet; und
- - Bestimmen der zugehörigen optimierten Zustellung (aopt) aus dem verminderten maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax).
- - Determine the chip space filling wheel (f g ) from the maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ) according to the formula: where V ES is the individual chip volume and V SR is the chip space volume dependent on the maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax );
- - Comparing the determined chip filling degree (f g ) with an allowable limit (K₁₁), for which preferably K₁₁ = 0.75 applies;
- - Reduce the maximum related chip removal volume (Q ′ wmax ) until the determined chip filling degree (f g ) does not exceed the limit value (K₁₁); and
- - Determine the associated optimized infeed (a opt ) from the reduced maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ).
- - Bestimmen der Einzelkornkraft (FK) aus dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) nach der Formel: wobei FC die Schnittkraft, Nkin die von dem maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax) abhängige flächenbezogene kinematische Schneidenzahl und AK die Kontaktfläche zwischen Schleifscheibe (18) und Nocken (30) sind;
- - Vergleichen der ermittelten Einzelkornkraft (FK) mit einem zulässigen Grenzwert (FKzul);
- - Vermindern des maximalen bezogenen Zeitspanvolumens (Q′wmax) bis die Einzelkornkraft (FK) den Grenzwert (FKzul) nicht überschreitet; und
- - Bestimmen der zugehörigen optimierten Zustellung (aopt) aus dem verminderten maximalen bezogenen Zeitspanvolumen (Q′wmax).
- - Determine the individual grain force (F K ) from the maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ) according to the formula: where F C is the cutting force, N kin is the area-related kinematic cutting edge number which is dependent on the maximum related chip removal volume (Q ′ wmax ) and A K is the contact area between grinding wheel ( 18 ) and cam ( 30 );
- - Comparing the determined single grain force (F K ) with an allowable limit value (F Kzul );
- - Reduce the maximum amount of chip removal (Q ′ wmax ) until the individual grain force (F K ) does not exceed the limit value (F Kzul ); and
- - Determine the associated optimized infeed (a opt ) from the reduced maximum obtained chip removal volume (Q ′ wmax ).
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US07/352,127 US4905418A (en) | 1988-05-19 | 1989-05-15 | Process for grinding cams of a camshaft |
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3830854A DE3830854C2 (en) | 1988-05-19 | 1988-09-10 | Process for optimizing the infeed when grinding cams of a camshaft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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