DE4428696A1 - Verfahren und Einrichtung zum Schleifen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum SchleifenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum
Schleifen eines Werkstücks. Im besonderen befaßt sich die Er
findung mit der Frage des Abrichtens einer Schleifscheibe
während des Schleifbetriebes.
Für Schleifsysteme mit Kriechzustellung ist es bekannt, ein
Diamantrollen-Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Schleifschei
be zu verwenden und diese in einem effizienten Schleifzustand
zu halten. Um den richtigen Abrichteingriff zwischen dem Ab
richtwerkzeug und der Schleifscheibe zu erhalten, muß die
Schleifscheibe aber während des Abrichtens relativ zum Ab
richtwerkzeug bewegt werden. Es wurde festgestellt, daß die
gegenwärtig verwendeten Systeme zum Aufrechterhalten eines
solchen Abrichteingriffs aufwendig sind und deshalb verbes
sert werden sollten.
Ein Hauptnachteil der gegenwärtig verwendeten Systeme zum
Beibehalten des Abrichteingriffs zwischen dem Abrichtwerkzeug
und der Schleifscheibe besteht darin, daß die Bewegungsrate
des Abrichtwerkzeugs relativ zur Schleifscheibe nach innen
und damit die Rate des Gesamtabrichtens der Schleifscheibe
von dem Grad der Rollendrehung abhängig ist. Während dieses
bekannte System den Vorteil der extremen Einfachheit hat,
führt es aber zu übermäßigem Abrichten, wodurch Schleifmate
rial vergeudet wird.
Es wurde festgestellt, daß Verbesserungen des vorstehend be
schriebenen bekannten Systems möglich sind, und es ist Aufga
be der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zum
Schleifen eines Werkstücks anzugeben, wobei Verbesserungen
hinsichtlich des Verbrauchs an Schleifmaterialien und/oder
weitere Verbesserungen allgemeiner Art möglich sein sollen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren und eine
Einrichtung zum Schleifen eines Werkstücks gemäß den Patent
ansprüchen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fühler der
Spindel oder Achse einer Schleifscheibe zugeordnet und erfaßt
einen Parameter, der sich auf die mit der Schleifscheibe ver
brauchte Energie bezieht. Der Fühler ist mit einer Steuerung
oder einem Steuersystem verbunden, das ein Abrichtwerkzeug
relativ zur Schleifscheibe bewegt, um den Abrichteingriff
zwischen beiden beizubehalten. Durch eine Anordnung, bei der
die Bewegung des Abrichtwerkzeugs proportional der mit der
Schleifscheibe verbrauchten Energie ist, wird der Abrichtgrad
des Abrichtwerkzeugs in enger Beziehung zu den aktuellen Er
fordernissen der Schleifscheibe gehalten und nicht auf einen
beliebigen Wert eingestellt, der ausreicht, um die Abrichter
fordernisse unter den meisten schwierigen Bedingungen zu er
füllen.
Gleichfalls bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
eine Steuerung zum Bewegen des Abrichtwerkzeugs relativ zur
Schleifscheibe vorgesehen, die den Abrichteingriff zwischen
beiden aufrecht erhält und die Schleifscheibe mit einer Bewe
gungsamplitude bewegt, die die Durchmesserverringerung des
Abrichtwerkzeugs beim Abrichten berücksichtigt. Dadurch ist
die Amplitude der Bewegung der Schleifscheibe selbst auf den
mit dem Fühler erfaßten Parameter bezogen. Mit anderen Wor
ten, der Grad der Kompensationsbewegung der Schleifscheibe
zum Berücksichtigen des Abrichtens (und zum Beibehalten der
richtigen Beziehung zum Werkstück) ist auf den erfaßten Para
meter bezogen und damit auf den Grad der zu einem jeweiligen
Zeitpunkt tatsächlich erzeugten Schleifwirkung.
In Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der erfaßte Para
meter die von der Schleifscheibe selbst verbrauchte Energie
oder das an der Schleifscheibe über ihre Antriebsachse oder
-spindel angreifende Drehmoment und/oder die auf die Schleif
scheibe und/oder ihre Achse einwirkende Last zum Schleifein
griff mit dem Werkstück sein. Diese Parameter können mit be
kannten Überwachungseinrichtungen erfaßt werden, um ein Aus
gangssignal zu erzeugen, das zur Steuerung der Bewegung des
Abrichtwerkzeugs in oben beschriebener Weise dient.
In einem Ausführungsbeispiel wird die von der Schleifscheibe
verbrauchte Schleifleistung überwacht, und die Rate der Zu
stellung eines Diamant-Abrichtwerkzeugs wird entsprechend
proportional modifiziert. Die Zustellachse des Abrichtwerk
zeugs bewegt sich während des Schleifens nicht mit linearer
Geschwindigkeit. Daher wird der Kopfdurchmesser der Schleif
scheibe zu einem jeden gegebenen Zeitpunkt durch diese unre
gelmäßige Bewegungsgeschwindigkeit des Abrichtwerkzeugs ge
steuert. Dies gewährleistet, daß eine mehr lineare Geschwin
digkeit der Durchmesseränderung des Schleifscheibenkopfes
hinsichtlich der tatsächlichen Schleiflast und Schleifarbeit
erreicht wird. Dies ermöglicht eine nahezu lineare Kompensa
tion der Durchmesseränderung des Schleifscheibenkopfes.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine maximale gewünschte
Schleifscheiben-Achslast angenommen und manuell eingegeben
oder durch die CNC-Steuerung aus einem Menü variabler Parame
ter berechnet. Die maximale zulässige Zustellrate des Ab
richtwerkzeugs (normalerweise 1,4 Mikron pro Umdrehung) wird
nur erreicht, wenn man sich der gewählten maximalen Achslast
annähert. Wenn Teile geringer Länge, beispielsweise Turbinen
schaufeln, geschliffen werden, wird die maximale Achslast nur
momentan oder überhaupt nicht erreicht. Zu jedem Zeitpunkt,
wenn der Kontaktbogen der Schleifscheibe nicht bei maximalem
Eingriff ist, wird die Zustellrate des Abrichtwerkzeugs pro
portional verringert. In dem im folgenden beschriebenen Aus
führungsbeispiel ist der Sensor für die Last oder das Drehmo
ment oder die Energie der Schleifscheibe eine elektronische
Vorrichtung, die einen oder mehrere dieser Parameter über
wacht und an die CNC-Steuerung übertragene Signale modifi
ziert. Normalerweise werden die Parameter in dem die Spindel
oder Achse der Schleifscheibe antreibenden Elektromotor er
faßt. Die CNC-Steuerung steuert dann adaptiv die Zustellach
sen des Abrichtwerkzeugs und der Schleifscheibe entsprechend.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Vortei
le der Optimierung des Schleifprozesses, der Verringerung des
Schleifscheibenverbrauchs, der verbesserten Oberfläche ge
schliffener Teile, der erhöhten Genauigkeit geschliffener
Teile durch konstante Last während des Bearbeitens, der län
geren Lebensdauer des Abrichtwerkzeugs, des verringerten Ri
sikos des Werkstückbrandes und der geringeren nötigen Erfah
rung der Bedienungspersonen erreicht.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Bearbei
tungszentrum nicht nur ein CNC-Steuersystem, sondern auch ei
ne obengesteuerte oder hochliegende Diamant-Abrichtrolle und
eine unbegrenzt variable Abrichtrollen-Zustellachse sowie ei
nen hohen Genauigkeitsgrad der Schiebesteuerung der Ab
richtrolle und des Schleifenscheibenkopfes.
Im Betrieb ändert sich die Belastung einer Schleifspindel
während des Schleifens entsprechend der Rate der Materialent
fernung vom Werkstück und der Schärfe bzw. dem Zustand der
Schleifscheibe. Wenn die Schleifscheibe in einen Schleif
schnitt eintritt oder diesen verläßt, wird die Spindelbela
stung verringert. Bei kurzen Teilen kann die maximale Bela
stung tatsächlich nie erreicht werden, und die Erfindung er
möglicht dann eine entsprechende Verringerung der Zustellrate
des Abrichtwerkzeugs.
Ein weiterer Aspekt der Leistung der vor stehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele im Betrieb betrifft die Variation der
Belastung der Schleifscheibe während des Schleifvorgangs.
Durch die Anpassung der Bewegung des Abrichtwerkzeugs an die
Erfordernisse der Schleifscheibe und die damit verbundene
Verringerung der Tendenz der Schleifscheibe stumpf zu werden,
bleibt die Belastung der Schleifscheibe während eines gesam
ten Schleifschnitts weitgehend konstant.
Es ist möglich, die Einrichtung nach der Erfindung mit einer
logisch gesteuerten Vorrichtung zu steuern, die vorhersehbare
Änderungsraten der Schleifleistung realisiert. Das System
kann auf eine Situation eines zumindest leichten Über-Abrich
tens der Schleifscheibe anstelle einer Unter-Kompensation
voreingestellt werden, wodurch ein Werkstückbrand verhindert
wird.
Ein oberer Grenzwert der Schleifleistung kann aus einer Da
tenbank abhängig von dem Material und den Eigenschaften der
Schleifscheibe vorgewählt werden.
Die Zustellrate beim Schleifen kann dann automatisch abhängig
von einem vorhersehbaren Energiebedarf für die Schleifopera
tion abhängig vom Werkstück, der Schleifaufgabe und den Ei
genschaften der Schleifscheibe eingegeben werden. Die verfei
nerte Steuerung ermöglicht es der Bedienungsperson, nur die
Materialspezifikation des Werkstücks, diejenige der Schleif
scheibe und die Tiefe des Schleifschnitts einzugeben. Die
Einrichtung bestimmt dann optimale Zustellraten, Schleif
scheibengeschwindigkeiten und Abrichtraten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Teil der Schleifscheibe nach Fig. 1 mit ei
ner grafischen Darstellung der Belastung über der
Zeit,
Fig. 3 eine grafische Vergleichsdarstellung der Zustel
lung einer üblichen Abrichtrolle und der Zustel
lung einer Abrichtrolle gemäß einem Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 4A, 4B und 4C eine grafische Vergleichsdarstellung von Ausfüh
rungsbeispielen der Erfindung mit bisher üblichen
Zustellmethoden von Abrichtrollen bezüglich des
Verbrauchs einer während des Schleifens abgerich
teten Schleifscheibe (4A), der Zustellrate der
Abrichtrolle (4B) und der Schleifleistung (4C),
und
Fig. 5 eine Schleifeinrichtung mit Steuersystemen nach
der Erfindung.
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, enthält eine Einrichtung 10 zum
Schleifen eines Werkstücks 12 eine Schleifscheibe 14 und eine
Abrichtrolle oder -element 16.
Das Werkstück 12 wird im Betrieb in Richtung X zum Schleif
eingriff mit der Schleifscheibe 14 zugestellt.
Die Abrichtrolle 16 wird in Richtung V zugestellt, um ihren
Eingriff mit der Schleifscheibe 14 beizubehalten.
Die Schleifscheibe 14 wird ähnlich in Richtung Y parallel zur
Richtung V zum Werkstück 12 hin bewegt, um ihren Schleifum
fang in dem gewünschten Eingriff mit dem Werkstück 12 zu hal
ten, was durch die erforderliche Schleifoperation und die
progressive Verringerung des Schleifscheibendurchmessers,
durch Einwirken der Abrichtrolle 16 und den Schleifvorgang
selbst vorgegeben ist.
Fig. 2 zeigt eine typische Schleifoperation, bei der die Be
lastung der Schleifscheibe 14 über den Schleifvorgang einer
beachtlichen Variation unterliegt. Die grafische Darstellung
der Achslast der Schleifscheibe über der Zeit ist im unteren
Teil der Fig. 2 gezeigt, und bei 18 ist der Teil des Werk
stücks 12 gezeigt, an dem die maximale Abnutzungsrate der
Schleifscheibe 14 auftritt.
Es ist zu erkennen, daß sehr beachtliche Variationen der Last
an der Schleifscheibenachse und damit an der Schleifscheibe
selbst auftreten, und es wurde festgestellt, daß durch eine
Bewegungsrate der Abrichtrolle 16 proportional zur Last der
Schleifscheibenachse eine optimale Abrichtrate beibehalten
werden kann. Somit kann das Abrichten wesentlich in den Be
reichen der grafischen Darstellung nach Fig. 2 verringert
werden, wo die Belastung unter dem Maximum liegt. Dies führt
zu entsprechend großen Einsparungen am Abrichtwerkzeug und an
der Schleifscheibe.
Solche Einsparungen sind in Fig. 3 dargestellt, die grafisch
die Zustellrate der Abrichtrolle auf der vertikalen X-Achse
über der Schleiflänge auf der horizontalen Y-Achse zeigt. Mit
der Linie 20 ist die vorbekannte Anordnung einer konstanten
Zustellrate der Abrichtrolle gezeigt. Der Bereich innerhalb
der Zustellratenkurve 22 für das Ausführungsbeispiel der Er
findung repräsentiert ein Maß für den Verbrauch an Schleifma
terial bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und der
durch die horizontale Linie 20 und eine vertikale Linie 24
(Ende der Schleifoperation) begrenzte Bereich repräsentiert
den Verbrauch gemäß bekannter Technik. Die Einsparung an
Schleifmaterial entspricht also dem in Fig. 3 schraffiert
dargestellten Bereich 26.
Fig. 4A, 4B und 4C zeigen entsprechende Darstellungen zum
Vergleich von Ausführungsbeispielen der Erfindung auf der
linken Seite mit vorbekannten Anordnungen auf der rechten
Seite. In Fig. 4A ist das während eines Schleifvorgangs abge
richtete Schleifscheibenvolumen über der Zeit dargestellt.
Dies entspricht weitgehend der Darstellung gemäß Fig. 3. Ähn
lich zeigt Fig. 4B die Zustellrate der Abrichtrolle über der
Zeit mit einer ähnlichen Charakteristik wie Fig. 4A. Fig. 4C
zeigt die Schleifleistung über der Zeit. Nur in diesem letz
teren Fall ist eine Entsprechung des Verbrauchs bei der Er
findung und des Verbrauchs bei der vorbekannten Einrichtung
festzustellen.
Fig. 5 zeigt schematisch ein vollständiges System nach der
Erfindung mit Bezugszeichen, wie sie auch bei den vorherigen
Ausführungsbeispielen verwendet sind. Die Schleifeinrichtung
10 hat einen Maschinentisch 28, der eine Werkstückbewegung in
Richtung X relativ zur Schleifscheibe 14 ausführt. Eine Ab
richtrolle 16 ist relativ zur Schleifscheibe 14 wie oben be
schrieben angeordnet. Sie wird mit einem Servomotor 30 ange
trieben und wird zur Schleifscheibe 14 hin mit einem Servoan
trieb 32 positioniert, der durch eine CNC-Einheit 34 gesteu
ert wird. Diese erhält Signale von einer Steuerung 36, welche
mit einem Schleifscheibenlastmesser 38 verbunden ist, der die
Belastung am Achsantrieb der Schleifscheibe 14 mißt. Die
Steuerung 36 übernimmt ein Signal der Schleifscheibenachslast
von dem Lastmesser 38 und vergleicht es mit einem maximalen
Abricht-Schwellwert, der von der CNC-Einheit berechnet wird.
Der resultierende Zustell-Überlagerungswert wird dann zur
CNC-Einheit 34 und damit zum Servoantrieb 32 zurückgeführt.
Somit ergibt sich ein lastabhängiges Positionssteuersystem
für die Abrichtrolle 16.
Ähnlich wird das Ausgangssignal der CNC-Einheit 34 zur Bewe
gungssteuerung der Schleifscheibe 14 relativ zum Werkstück 12
verwendet, um den Außenumfang der Schleifscheibe 14 an seiner
Nullposition zu halten und den Materialverbrauch beim Abrich
ten zu berücksichtigen, unter Steuerung mit dem vorstehend
beschriebenen System. Diese Steuerung ist bei 40 dargestellt.
Claims (7)
1. Einrichtung zum Schleifen eines Werkstücks, mit
- a) einer Schleifscheibe (14),
- b) einem Abrichtrad oder -element (16) in Berührung mit der Schleifscheibe (14),
- c) einer ersten Steuerung (40) zum Bewegen der Schleif scheibe (14) in Schleifeingriff mit einem Werkstück (12),
- d) einer zweiten Steuerung (32) zum Bewegen des Abricht rades oder -elements (16) relativ zur Schleifscheibe (14) zum Beibehalten des Abrichteingriffs zwischen beiden,
gekennzeichnet durch
- e) Fühlmittel (38) in Zuordnung zu der Schleifscheibe (14) zum Erfassen eines die von der Schleifscheibe (14) verbrauchte Energie bezeichnenden Parameters, und
- f) die Verbindung der Fühlmittel (38) mit der zweiten Steuerung (32) derart, daß der erfaßte Parameter die zweite Steuerung (32) zum Bewegen des Abrichtrades oder -elements (16) zum Beibehalten des Abrichtein griffs entsprechend dem erfaßten Parameter veranlaßt.
2. Einrichtung zum Schleifen eines Werkstücks, gekennzeich
net durch Fühlmittel (38) in Zuordnung zu einer Schleif
scheibe (14) zum Erfassen eines die von der Schleifschei
be (14) verbrauchte Energie angebenden Parameters und zum
Ansteuern von Steuermitteln (32) zur Bewegung eines Ab
richtrades (16) unter Beibehaltung des Abrichteingriffs
mit der Schleifscheibe (14) entsprechend dem erfaßten Pa
rameter.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die erste Steuerung (40) die Schleifscheibe (14)
so bewegt, daß der Schleifeingriff mit dem Werkstück (12)
beibehalten wird, wobei sich die Schleifscheibe (14) re
lativ zum Werkstück (12) mit einer Amplitude bewegt, die
die Durchmesserverringerung der Schleifscheibe (14) durch
das Abrichtrad oder -element (16) berücksichtigt, so daß
die Amplitude der Bewegung der Schleifscheibe (14) selbst
auf den erfaßten Parameter bezogen ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Abrichtrad oder -element (16) auf
der Schleifscheibe (14) zur gemeinsamen Bewegung befe
stigt ist, wenn letztere unter Steuerung durch die erste
Steuerung (34) bewegt wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der erfaßte Parameter die der Schleif
scheibe (14) zugeführte Energie, das an ihr angreifende
Drehmoment oder die auf sie wirkende Last ist.
6. Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks, gekennzeichnet
durch das Erfassen eines die von der Schleifscheibe (14)
verbrauchte Energie bezeichnenden Parameters und durch
die Verwendung des erfaßten Parameters zum Veranlassen
der Bewegung eines Abrichtrades oder -elements (16) der
art, daß der Abrichteingriff mit der Schleifscheibe (14)
entsprechend dem erfaßten Parameter beibehalten wird.
Applications Claiming Priority (1)
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GB (2) | GB9316880D0 (de) |
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Legal Events
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