DE4428696A1

DE4428696A1 - Verfahren und Einrichtung zum Schleifen

Info

Publication number: DE4428696A1
Application number: DE19944428696
Authority: DE
Inventors: Ian Michael Bufton; Alan Stewart Ashley
Original assignee: SOAG MACHINERY Ltd
Current assignee: SOAG MACHINERY Ltd
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1995-02-23
Also published as: GB2280866A; GB9316880D0; GB2280866B; GB9416354D0

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

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.