DE4344538A1 - Rundschleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rundschleifmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen in der Praxis verwendeten Rundschleifmaschi­ nen ist die Welle der einen Spindeleinheit durch einen Spindelmotor angetrieben, während die Welle der zweiten Spindeleinheit freilaufend ist. Die Enden der Wellen der beiden Spindeleinheiten sind ohne Verwendung von Mitnehmern drehschlüssig mit den Enden des zu bearbeitenden Werk­ stückes verbunden, z. B. durch Reibschluß, der durch harte Rauhigkeiten wie Diamantsplitter vergrößert sein kann. Auf diese Weise können die Werkstücke bis an die axialen Enden heran geschliffen werden.

Setzt man derartige Rundschleifmaschinen in Verbindung mit CBN-Schleifscheiben dazu ein, größere Materialmengen von einem Werkstück abzutragen, z. B. herkömmlicherweise auf Drehmaschinen durchgeführte Bearbeitungen auf Schleif­ maschinen abzuwickeln, so können sich Schwierigkeiten bei der Werkstückhalterung ergeben, die ein sauberes Schleifergebnis gefährden können.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Rundschleif­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter­ gebildet werden, daß eine sicherere Halterung des Werk­ stückes und ein gutes Schleifergebnis auch bei hoher Material-Zerspanungsrate gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Rund­ schleifmaschine gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine ist für jede der Spindeleinheiten ein Spindelmotor vorgesehen, so daß beide das Werkstück haltende Wellen angetrieben sind. Auf diese Weise ist das insgesamt auf das Werkstück zu übertragende Drehmoment nur jeweils hälftig von einer der Wellen aufzubringen. Damit ist die Gefahr des Auftre­ tens von Schlupf und Relativbewegungen zwischen den Wellen und dem Werkstück herabgesetzt. Erfindungsgemäß ist durch eine geeignete elektronische Synchronisierschaltung gewähr­ leistet, daß die beiden Wellen exakt synchron angetrieben werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist auf schaltungstechnisch einfache Weise gewährleistet, daß beide Wellen exakt mit einer durch einen Frequenz­ generator vorgegebenen Frequenz und Phasenlage umlaufen. Beide Spindeleinheiten sind auch bezüglich der Regelung ihrer Drehzahl symmetrisch ausgebildet. Dies ist im Hin­ blick auf eine einfache Fertigung und Wartung von Vorteil.

Die besonders preisgünstig verfügbaren und häufig verwen­ deten inkrementalen Stellungsgeber (z. B. Stroboskopscheiben in Verbindung mit Lichtschranken) geben nicht in exakt jeder Winkelstellung der Wellen ein unterschiedliches Ausgangssignal ab. Für die Zwecke der vorliegenden Erfin­ dung ist es auch an sich ausreichend, wenn die Stellungs­ geber für jedes von der Welle zurückgelegte Winkelinkrement einen Impuls abgeben, der von der Synchronisierschaltung bezüglich seiner Phasenlage zu dem Ausgangssignal des Frequenzgenerators ausgewertet wird. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird es möglich, die Wellen der beiden Spindeleinheiten beim Einspannen des Werkstückes jeweils so zu stellen, daß die den Wellen der beiden Spin­ deleinheiten zugeordneten Stellungsgeber exakt gleiche Phasenlage haben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf eine scharfe und genaue Bestimmung der von den Wellen zurückgelegten Winkelinkremente von Vorteil.

Baut man die Synchronisierschaltung für die beiden Spindel­ motoren gemäß Anspruch 5 auf, so hat man einen schaltungs­ technisch besonders einfachen Aufbau, und es braucht zu Beginn der Bearbeitung des Werkstückes keine gesonderte Einjustierung der Winkellagen der beiden Wellen vorgenommen zu werden. Vielmehr wird der jeweils angetroffene Phasen­ unterschied zwischen den Winkellagen beider Wellen in einem Lernzyklus ermittelt und abgespeichert, und dieser abgespeicherte Phasenunterschied wird später in der Bear­ beitungsphase elektrisch bei der Berechnung des Fehler­ signales für die Phasennachführung verwendet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Rundschleifmaschine für hohe Zerspanungsraten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Synchronisierschaltung für zwei Spindelmotoren der in Fig. 1 gezeigten Rundschleifmaschine;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Synchro­ nisierschaltung für die in Fig. 1 gezeigte Rundschleifmaschine; und

Fig. 4 bis 6 seitliche Ansichten von verschiedenen Wellenenden, die zusammen mit Spindeleinheiten der Rundschleifmaschinen nach Fig. 1 verwendbar sind.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Maschinenbett einer Rundschleif­ maschine wiedergegeben. Nur zu Erläuterungszwecken ist das Maschinenbett 10 eben wiedergegeben. In der Praxis kann das Maschinenbett aus mehreren gegeneinander verkipp­ ten Teilen bestehen.

Auf dem Maschinenbett 10 sind x-Führungen 12 vorgesehen, auf denen ein Schleifkopfschlitten 14 läuft. Letzterer hat y-Führungen 16, auf denen ein insgesamt mit 18 bezeich­ neter Schleifkopf läuft. Auf diesem ist eine Schleifscheibe 20 gelagert, die durch einen Schleifscheibenmotor 22 ange­ trieben wird. Mit der Schleifscheibenwelle arbeitet ein Drehmelder 24 zusammen.

Zum Bewegen des Schleifkopfes 18 in x-Richtung dient eine Gewindespindel 26, die durch einen Servomotor 28 bewegt wird. Zum Verschieben des Schleifkopfes 18 in y-Richtung dient eine Gewindespindel 30, auf welche ein Servomotor 32 arbeitet.

Die Servomotoren 28 und 32 sind aus Darstellungsgründen gegen die Gewindespindeln gekippt dargestellt, in der Praxis liegen sie vorzugsweise koaxial hinter diesen.

Auf weiteren x-Führungen 34 des Maschinenbettes 10 sind zwei insgesamt mit 36 bzw. 38 bezeichnete Spindeleinheiten verstellbar und in der jeweils gewünschten Lage fixierbar.

Die Spindeleinheiten 36, 38 haben in x-Richtung verlaufende Wellen 40, 42, die durch Spindelmotoren 44, 46 angetrieben werden. Inkremental arbeitende Drehmelder 48, 50, die z. B. durch Stroboskopscheiben und Lichtschranken gebildet sein können, arbeiten mit den Wellen 40, 42 zusammen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Wellen 40, 42 jeweils einen kegelförmigen Endabschnitt 52, 54, der mit seiner Spitze in eine benachbarte Stirnfläche eines Werkstückes 56 hineingedrückt ist. Das Werkstück 56 soll bis an seine Stirnflächen hin überschliffen werden, so daß die Schleifscheibe 18 die Stirnfläche überfahren können muß, wie in Fig. 1 dargestellt.

Zumindest eine der Spindeleinheiten (in Fig. 1 die Spindeleinheit 36) ist durch einen in der Zeichnung nur durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antrieb 51 in x- Richtung verfahrbar, um das Werkstück 56 zwischen den spitzen Endabschnitten 52, 54 der Wellen 40, 42 spannen zu können.

Zur Steuerung der Servomotoren 28, 32, des Schleifschei­ benmotors 22 und der Spindelmotoren 44, 46 ist eine insge­ samt mit 58 bezeichnete Steuereinheit vorgesehen, welche mit einem Bildschirm 60, einer Tastatur 62 sowie Massen­ speichern 64, 66 zusammenarbeitet. Zu Erläuterungszwecken ist eine Synchronisierschaltung 68, die in der Praxis in die Steuereinheit 58 integriert ist, als externe Schal­ tung wiedergegeben.

Die Steuereinheit 58 steuert über Leitungen 70, 72 die Servomotoren 28, 32, über eine Leitung 74 den Schleif­ scheibenmotor 22 und über eine Leitung 78 die Spindelmoto­ ren 44, 46. Über eine Leitung 76 erhält die Steuereinheit 58 das Ausgangssignal des Drehmelders 24.

Die Synchronisierschaltung 68 erhält neben dem auf der Leitung 78 stehenden Soll-Drehzahlsignal für das Werkstück über Leitungen 80, 82 die Ausgangssignale der Drehmelder 48, 50. Leitungen 84, 86 dienen der Energieversorgung der Spindelmotoren 44, 46.

Die oben beschriebene Rundschleifmaschine arbeitet grob gesprochen folgendermaßen:
Der Bediener fordert über das Tastenfeld 62 ein in einem der Massenspeicher 64, 66 abgelegtes Verarbeitungsprogramm für das jeweils zu bearbeitende Werkstück 56 an. Ggf. werden noch einige variable Größen für das Bearbeitungs­ programm eingegeben, z. B. eine vom Sollwert abweichende Härte des Materials des Werkstückes, Kenndaten für eine Nicht-Standard-Schleifscheibe usw. Die Steuereinheit 58 gibt dann für die verschiedenen Phasen des Bearbeitungs­ vorganges die Solldrehzahl für die Schleifscheibe 20 und die Solldrehzahl für das Werkstück 56 vor. In der Praxis liegen die Schleifscheiben-Drehzahlen für eine Volumen­ zerspanung von Werkstücken bei 4000 bis 10 000 U/min, die Drehzahlen für das Werkstück im Bereich von 2000 bis 3000 U/min.

Die Synchronisierscheibe 68 sorgt nun dafür, daß die Wellen 40, 42 der mechanisch nicht gekoppelten Spindeleinheiten 36, 38 streng synchron umlaufen, so daß zwischen diesen Wellen und damit auch zwischen den Wellenenden und den Stirnflächen des Werkstückes 56 kein Schlupf auftritt. Zudem tragen auf diese Weise beide Spindeleinheiten 36, 38 in gleichem Maße zum Indrehungversetzen des Werkstückes bei.

Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Synchronisierschaltung wird das auf der Leitung 78 stehende Werkstück-Drehzahl- Steuersignal auf die Steuerklemme eines spannungsgesteuer­ ten Rechteck-Taktgenerators 90 gegeben. Dessen Ausgangs­ klemme ist mit den einen Eingangsklemmen zweier Phasen­ vergleicher 92, 94 verbunden. Deren zweite Eingangsklemmen erhalten jeweils das Ausgangssignal eines der Drehmelder 48, 50, welches durch einen dem betrachteten Drehmelder nachgeschalteten Signalformkreis 96 bzw. 98 so aufbereitet wurde, daß man immer dann, wenn das Eingangsteil des Dreh­ melders um ein vorgegebenes Winkelinkrement gedreht wurde, einen scharfen Impuls erhält. Die Signalformkreise 96, 98 können bei Stroboskopscheiben und Lichtschranken ent­ haltenden Drehmeldern z. B. einfache Differenzierkreise sein.

An den Ausgängen der Phasenvergleicher 92, 94 werden Fehlersignale erhalten, die Betrag und Vorzeichen der Phasenlage der Ausgangssignale der Drehmelder 48, 50 bezüglich des Ausgangssignales des Taktgenerators 90 wiedergeben. Mit diesen Fehlersignalen sind die Steuer­ klemmen von steuerbaren Speisekreisen 100, 102 beaufschlagt, welche die Energieversorgung der beiden Spindelmotoren 44, 46 bewerkstelligen.

Weitere in Fig. 2 gezeigte Schaltungsteile dienen dazu, die beiden Wellen 40, 42 bzw. die mit ihnen gekoppelten Drehmelder 48, 50 auf exakt gleiche Ausgangs-Phasenlage einzustellen.

Hierzu wird auf die Eingänge der Speisekreise 100, 102 von Schleichgangkreisen 104, 106 ein Fehlersignal zuge­ führt, welches einer kleinen Phasenablage entspricht. Steuerklemmen der Schleichgangkreise 104, 106 sind jeweils mit dem "1"-Ausgang einer bistabilen Kippschaltung 108 bzw. 110 verbunden. Deren Setzeingänge "S" sind mit einer Justierbefehlssignalquelle verbunden, die zu Zwecken der Erläuterung als Schalter 112 wiedergegeben ist. Die Rückstellklemmen "R" der Kippschaltungen 108, 110 sind mit dem Ausgang des dem Antrieb zugeordneten Signalform­ kreises 96 bzw. 98 verbunden. Nach einem Schließen des Schalters 112 werden somit die Spindelmotoren 44, 46 mit kleiner Geschwindigkeit in Drehung versetzt, und diese Drehung wird dann beendet, sowie der zugeordnete Drehmelder seinen ersten Ausgangsimpuls bereitstellt.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind Schaltungsteile der Synchronisierschaltung, die unter Bezugnahme auf Fig. 2 schon erläuterten Schaltungsteilen logisch entsprechen, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Ausgänge der beiden Signalformkreise 96, 98 sind mit den beiden Eingängen eines Phasenvergleichers 114 verbunden. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang eines Speicherkreises 116 und mit dem einen Eingang eines Subtrahierkreises 118 verbunden. Der zweite Eingang des Subtrahierkreises 118 erhält das Ausgangssignal des Speicherkreises 116. Der Speicherkreis 116 und der Subtrahierkreis 118 haben jeweils eine Aktivierungsklemme "E" und werden dann akti­ viert, wenn an diesen Klemmen ein hochpegeliges Signal ansteht. Die beiden Aktivierungssignale werden von einer einzigen Signalquelle abgeleitet, die zu Erläuterungs­ zwecken als Schalter 120 dargestellt ist. Ist der Schalter 120 geschlossen, so befindet sich die Rundschleifmaschine in einer Lernphase, und in den Speicherkreis 116 wird der dann vorliegende Phasenunterschied zwischen den Ausgangs­ signalen der beiden Drehmelder 48, 50 eingelesen, wozu die beiden Spindelmotoren von der Steuereinheit 58 zu langsamer Drehung angesteuert werden können, falls die Drehmelder inkremental arbeitende Drehmelder sind. Da die Aktivierungsklemme "E" des Subtrahierkreises 118 über einen Inverter 122 mit dem Ausgang des Schalters 120 ver­ bunden ist, arbeitet der Subtrahierkreis 118 in der Lern­ phase nicht, wird erst bei geöffnetem Schalter aktiviert, also dann, wenn die Bearbeitung des Werkstückes beginnt.

Durch das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 118, welches wiedergibt, wie sich die Phasenlage der Wellen 40, 42 gegenüber dem Ausgangszustand geändert hat, wird ein steuerbarer Verstärker 124 gesteuert, der in die zu einem der Speisekreise 100, 102 führenden Leitungen eingefügt ist. Die Zusammenschaltung ist dabei insgesamt so gewählt, daß das am Ausgang des Subtrahierkreises 118 erhaltene Fehlersignal auf Null eingeregelt wird.

Bei der oben beschriebenen Rundschleifmaschine hat man somit eine Drehmomentübertragung zwischen den Enden beider Wellen 40, 42 über deren mit den Stirnflächen des Werk­ stückes 56 zusammenarbeitende Endabschnitte 52, 54. Letz­ tere können jeweils, wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt, ausgebildet sein.

Der in Fig. 4 wiedergegebene Wellenendabschnitt 126 hat eine pyramidenförmige Spitze, die mit einer komplementären Eindrückung in der Stirnfläche des Werkstückes eine Form­ schlußverbindung bilden kann.

Der in Fig. 5 wiedergegebene Wellenendabschnitt 128 hat ein kegelförmiges Ende, welches mit Diamantsplittern 130 besetzt ist, die sich jeweils in das Material des Werk­ stückes hineinarbeiten können und so die Drehmomentüber­ tragung verbessern.

In Fig. 6 ist ein Wellenendabschnitt 132 wiedergegeben, der flach ist und auf seiner Stirnfläche wieder mit Diamant­ splittern 130 besetzt ist.

Claims (5)

1. Rundschleifmaschine mit einem in mindestens einer Koordinatenrichtung verfahrbaren Schleifkopf (18), der mindestens eine durch einen Schleifscheibenmotor (22) angetriebene Schleifscheibe (20) aufweist, und mit zwei Spindeleinheiten (36, 38) zum Lagern zweier axialer End­ abschnitte eines Werkstückes (56), welche jeweils eine drehbar gelagerte und drehschlüssig mit dem Werkstück (56) zusammenarbeitende Welle (40, 42) aufweisen, und mit einem Spindelmotor (44), der auf eine der Wellen (40, 42) arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Welle (42) der anderen Spindeleinheit (38) ein zweiter Spindel­ motor (46) arbeitet; daß die beiden Wellen (40, 42) je­ weils mit einem Stellungsgeber (48, 50) zusammenarbeiten; und daß die Ausgangssignale der beiden Stellungsgeber (48, 50) auf Eingänge einer Synchronisierschaltung (68) gegeben werden, welche die Spindelmotoren (44, 46) in Abhängigkeit von diesen Signalen so erregt, daß ein gleich­ bleibender Unterschied zwischen den Phasenlagen der Aus­ gangssignale der beiden Stellungsgeber (48, 50) erhalten wird.

2. Rundschleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Synchronisierschaltung (68) einen vorzugsweise steuerbaren (78) Taktgeber (90) und zwei Phasenvergleicher (92, 94) aufweist, deren eine Eingänge jeweils das Ausgangssignal des Taktgenerators (90) erhalten und deren andere Eingänge das Ausgangssignal jeweils eines der Stellungsgeber (48, 50) erhalten; und daß die Aus­ gangssignale der Phasenvergleicher (92, 94) auf Steuer­ klemmen von steuerbaren Speisekreisen (100, 102) für die beiden Spindelmotoren (44, 46) gegeben werden.

3. Rundschleifmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisekreise (100, 102) zusätzlich mit einem Schleichgangsignal (104, 106) beaufschlagbar sind, welches jeweils beendet (108, 110) wird, wenn der dem betrachteten Spindelmotor (44, 46) zugeordnete Stel­ lungsgeber (48, 50) eine vorgegebene Winkelstellung exakt erreicht hat.

4. Rundschleifmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Stellungsgebern (48, 50) jeweils ein Signalformkreis (96, 98), z. B. ein Differenzierkreis nachgeschaltet ist.

5. Rundschleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Synchronisierschaltung (68) aufweist:
einen Phasenvergleicher (114), der mit den Ausgangssignalen der beiden Stellungsgeber (50, 52) beaufschlagt ist, einen Speicherkreis (116), in welchen in einer Lernphase (120) der Synchronisierschaltung (68) das dann vorliegende Aus­ gangssignal des Phasenvergleichers (114) eingelesen wird;
einen Subtrahierkreis (118), der mit dem Inhalt des Speicherkreises (116) und dem Ausgangssignal des Phasen­ vergleichers (114) beaufschlagt ist und während einer Lernphase der Synchronisierschaltung (68) totgeschaltet wird (122); einen steuerbaren Verstärker (124), der durch das Ausgangssignal des Subtrahierkreises (118) gesteuert wird; und zwei steuerbare Speisekreise (100, 102), von denen der eine direkt, der andere über den steuerbaren Verstärker (124) mit einem Drehzahl-Steuersignal beauf­ schlagt ist.