EP0023547A1 - Schleifmaschine zum Abschleifen des Grates von Rohlingen - Google Patents

Schleifmaschine zum Abschleifen des Grates von Rohlingen Download PDF

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EP0023547A1
EP0023547A1 EP80103260A EP80103260A EP0023547A1 EP 0023547 A1 EP0023547 A1 EP 0023547A1 EP 80103260 A EP80103260 A EP 80103260A EP 80103260 A EP80103260 A EP 80103260A EP 0023547 A1 EP0023547 A1 EP 0023547A1
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EP
European Patent Office
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feed
grinding
workpiece
burr
grinding wheel
Prior art date
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EP80103260A
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English (en)
French (fr)
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EP0023547B1 (de
Inventor
Wolfgang Ing. Grad. Feldt
Walter Dipl.-Ing. Bautz
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Eduard Bautz GmbH
Manroland AG
Original Assignee
Eduard Bautz GmbH
MAN Roland Druckmaschinen AG
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Publication date
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Priority to AT80103260T priority Critical patent/ATE4298T1/de
Publication of EP0023547A1 publication Critical patent/EP0023547A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0023547B1 publication Critical patent/EP0023547B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

Definitions

  • the invention relates to a grinding machine for grinding the burr of blanks, in which the grinding wheel and the workpiece can be moved relative to one another with a controllable feed.
  • a grinding machine of this type is already known from DE-AS 2 443 829. With this machine, the grinding wheel is pressed against the burr of the workpiece with constant force. The pressure is applied by spring force. The increase or decrease in force causes a spring travel that is tapped and used to regulate the feed. This increase or decrease is used to keep the preselected pressure constant. There is no indication of the actual contour of the workpiece.
  • a disadvantage of such a controlled grinding machine is that there is no possibility of recognizing the actual contour of the workpiece. As a result, it is also not possible to completely remove the burr on the one hand without grinding into the workpiece itself on the other hand.
  • cast parts of the same shape differ in their length dimensions in not inconsiderable deviations from the nominal dimensions, for example due to different shrinkage dimensions during the cooling process or due to core misalignment.
  • This is it is only possible with restrictions to define or program a target dimension contour of the workpiece along the cast burr to be removed, for example in a numerically controlled casting plaster grinding machine with pure contour fixing.
  • a casting that would have larger dimensions than the contour program defined in the control would not only be freed from the casting burr, but would also be damaged by too much removal of the material.
  • a workpiece that is too small in its actual contour compared to the specified target contour only receives an insufficient removal of the cast burr.
  • the invention is therefore based on the object of providing a grinding machine in which it is possible to machine the cast burr down to the contour of the respective workpiece.
  • the grinding machine to be created should also provide high stock removal rates and be of stable, vibration-free, robust construction. It should also be profitable for smaller series.
  • the invention is based on the fact that the peripheral force occurring on the grinding wheel is approximately proportional to the wheel engagement length and the feed speed, or the wheel engagement length is proportional to the differential quotient of the peripheral force according to the feed speed,
  • the feed rate v 1 is constant and the sampling time is ⁇ t. occurring change in the grinding wheel circumferential force ⁇ Pu, or the occurring torque ⁇ M, or the required power iN is detected by appropriate devices and the differential quotients are determined by appropriate circuits derived.
  • the speed of the feed v 1 is kept constant, it is only necessary in each case to determine the circumferential force or the torque or the applied power or the respective change in these values in a period of time. This considerably simplifies the measurement and control effort.
  • the use of the change in the measured values recorded is particularly advantageous for the following reasons.
  • the absolute value of the torque for example, becomes change to a certain extent, i.e. it will generally increase gradually. However, this depends on the size and geometry of the burr to be processed.
  • the grinding contour disc enters the workpiece contour, however, a very large change in the torque to be applied occurs; with the grinding disc penetrating further into the workpiece, the change or the increase in the torque remains constant regardless of the geometry of the cast burr.
  • the kink in the characteristic curve that occurs when entering the workpiece is a clear differentiator between the cast burr section and the finished workpiece contour. This kink occurs early on with cast burrs of smaller size - in the borderline case where there is no burr there is the significant increase in the measured circumferential force or the torque at the moment of contact between the wheel and the workpiece - it is therefore not necessary to penetrate the grinding wheel as far leave until the measured circumferential force or the measured torque reaches a certain threshold in absolute terms.
  • the speed of the feed v 2 in the direction of the burr extension corresponding to the workpiece contour at the location of the grinding wheel intervention can be regulated with the aid of a computer-controlled control device such that this feed v 2 together with the integral of the oscillating individual feed v formed over a certain period of time 1 provides an optimal tangential speed.
  • the size of the feed v 2 obviously determines the stock removal rate of the machine. This is at a maximum, for example, with a circular contour of the workpiece when the integral of the individual feeds v 1 is approximately zero and thus the tangential or path speed instead of the grinding wheel engagement is approximately the speed of the feed v 2 .
  • the bench grinder carriage can accommodate one or more driven grinding wheels, so that the type of grinding wheel can be adapted to the shape and size of the burr and the contour of the workpiece.
  • a particularly sensitive control of the grinding work is possible if one of the grinding wheels can be uncoupled from the drive and thus the inert mass that is a burden on the control process can be reduced even further.
  • the first feed v 1 is assigned to the bench grinder slide, all other feed and adjustment devices are assigned to the workpiece clamping unit.
  • the feed and adjustment movements of the workpiece can be programmed depending on the workpiece. This makes it possible to dimension the mounting and clamping of the workpieces with sufficient robustness.
  • the bench grinder on the other hand, can be easily built, so that the grinding wheel can work sensitively by switching off inert masses that adversely affect the control.
  • a reliable arrangement is achieved in that the feed movements of the workpiece are designed as rotary or swivel movements.
  • the tracks that are sensitive to dirt and are necessary for straight guides are thus avoided.
  • the engagement length S of the grinding wheel which increases disproportionately after grinding the burr in the border area to the finished contour, should serve as a parameter for distinguishing burr and actual workpiece contour.
  • the methods listed here indirectly determine one of the wheel engagement length S or its gradient of increase by measuring the wheel circumferential force Pu (or the quantities M and N of the grinding wheel proportional to it) and the feed speed v 1 of the grinding carriage proportional size.
  • Procedure 1 The relationship is approximate: If you choose the special case that is interesting in practice
  • the grinding wheel works the burr at a constant feed speed v l until the engagement length S or the circumferential force Pu the size of a predetermined threshold value S max. or Pu max. reached, which issues the feed switching command.
  • This threshold value is set so high that there is full contact of the finished workpiece contour by the grinding wheel even when the burr thicknesses are different.
  • method 1 corresponds to method 2 described below.
  • Method 2 An improvement of the method described above can be achieved by replacing the disc engagement length S with the gradient of the change in length ⁇ S over the infeed path Ax, ie determined at constant feed speed v 1 .
  • ⁇ x ⁇ v 1 . 4t is. so is: and ⁇ x ⁇ ⁇ t and thus:
  • the differential quotient instead of the differential quotient you can use the proportional time derivative by measuring the change in the disk peripheral force ⁇ Pu (or ⁇ M or ⁇ N) during the sampling intervals d t much easier to determine. If the grinding wheel touches the finished workpiece contour after grinding the burr, the differential quotient increases abruptly and exceeds a defined threshold Max. This leads to the shutdown of the constant feed v l and initiates the subsequent return stroke of the grinding slide.
  • the grinding slide receives the command to reverse the movement and to grind again with constant feed v 1 in the direction of an actual workpiece contour.
  • the return stroke termination signal can also be triggered depending on the time.
  • the described two-point control between takes place with the cross feed v 2 switched on at the same time along the ridge extension until it is ground down around the workpiece.
  • the grinding wheel reacts even more sensitively than in method 1 when touching the finished workpiece contour.
  • maximum and minimum values are valid for almost all types of burrs.
  • the corresponding threshold values in methods 1 and 2 do not need to be changed even when the grinding wheel diameter changes, since the peripheral speed of the grinding wheel is kept constant.
  • the grinding wheel 1 is arranged on a grinding block carriage 2 and is driven by the motor M s .
  • the feed v 1 in the x direction is carried out by the motor M x .
  • the transmission takes place through a toothed belt drive 3, by means of which an axially immovable nut 4 is rotated and thus the spindle 5 fastened to the grinding block carriage 2 is axially displaced.
  • the grinding block carriage 2 is mounted in bearing blocks 7, 8 which are fastened to the grinding machine stand 6.
  • the peripheral force Pu to be applied to the grinding wheel 1, or the torque M, or the power N is measured by measuring devices 9.
  • the electrical voltage absorbed by the electric motor M s and the electrical current are measured.
  • the speed of the feed v l in the x direction is determined using a tachometer generator 10 provided on the motor M x and is brought to a constant size in conjunction with a controller 10 a.
  • the connection shown in dashed lines indicates that, alternatively, the measured values of v 1 can be supplied to the circuit 11.
  • the quotients used for the control are made from these measured values etc. formed and placed in a comparator circuit 12, in which these are compared in a known manner with a predetermined threshold value 13.
  • the motor M x is switched off or over, so that the feed v 1 is interrupted in the x direction.
  • the description of the two-point control process is explained in more detail below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the workpiece 14 with the cast burr 15 to be ground is clamped between a mandrel 16 and a hydraulic clamping element 17 and rotated by a motor M w via a belt transmission 18.
  • the workpiece 14 is held in a frame 19 which can be pivoted about a bolt 20 in the z direction. This pivoting is carried out by a further motor M via a toothed belt drive 21 and a spindle 22.
  • the frame 19 can also be rotated in the y direction by a motor M. This is flanged to a rotating body 23, which is mounted in rolling bearings 24.
  • the gear output shaft 25 is firmly connected to the housing of the workpiece clamping unit 26.
  • the bolt 20 is arranged on a holder 27 which is fixedly connected to the rotary body 23.
  • the cutout in FIG. 2 shows schematically the possibility of decoupling the grinding wheel 1 from the drive 1a by the motor M.
  • the shafts 1b and the sleeve 1c - to which the drive is fed - can be separated from one another by actuating a disk clutch 1d and only the smaller grinding wheel le is driven.
  • FIGS. 3a to 3d The relationship between the grinding wheel movement and the respectively detectable measured values is shown in FIGS. 3a to 3d.
  • the rapid traverse E 1 switches off and the constant feed speed v 1 switches on. Lt. 3b the grinding wheel circumferential force reaches a Pu max. before the feed is switched.
  • FIG. 3c on the other hand, the change in the peripheral force is determined with the penetration depth ⁇ x - ie at constant feed speed v 1 in the time interval at -, which is why even before Pu max. the grinding wheel 1 can be stopped.
  • the magnitude of the change is plotted in FIG. 3d to clarify the facts.
  • the peripheral force P u is determined indirectly via a very sensitive registration measurement of the power N s consumed by the main motor M s .
  • This power is proportional to the difference angle f between the desired phase and the lagging actual phase of the rotor axis on the AC main motor M s .
  • the difference angle is determined from the vector product of the input AC voltage U Ms of the frequency converter upstream of the motor Ms with the motor input AC current i Ms.
  • the subsequent differential quotient formation respectively. is either via an electrical RC differentiator or the difference between the power values at the beginning and end of a sampling time reached.
  • Subordinate to the contour control loop is the speed control loop of the sliding carriage feed drive, which on the one hand consists of a very low-inertia direct current permanent magnet cage armature motor with attached tachometer generator and on the other hand of an upstream four-quadrant transistor controller.
  • the respective size of the feed movement Vz which takes place during the operating mode contour control, is the difference between one of the constant size V 1 analog voltage and that of the size analog tachogenerator voltage of the slide feed drive and their multiplication by an adjustable constant factor C is reached.
  • the V 4 proportional voltage is polarized positive or negative (Signum function).
  • the feed rate V 2 is also controlled in terms of its feed rate via a subordinate control loop.
  • the length of the burr to be ground along the workpiece contour can be determined by means of, for example, a numerical positioning control, and after completion of the work, an acknowledgment signal can trigger the switchover from control mode to control mode and thus to the rapid traverse return of the bench grinder slide.
  • an acknowledgment signal can trigger the switchover from control mode to control mode and thus to the rapid traverse return of the bench grinder slide.
  • a higher-level control unit initiates and controls the sequence of the individual sections of the overall process. This sequence and logic are again laid down in a flow diagram shown in FIG.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Bei einer Schleifmaschine zum automatischen Abschleifen des Grates (15) von Rohlingen (14) ist ein Arbeitsvorschub senkrecht und ein Vorschub in Richtung der Graterstreckung vorgesehen. Der Vorschub senkrecht zur Graterstreckung ist von konstanter Geschwindigkeit und wird ohne Vorgabe einer Sollkontur umgeschaltet, sobald der Schleifscheibenantrieb (Ms) einen Leistungsanstieg aufgrund des Eindringens der Schleifscheibe (1) in die Werkstückkontur aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifmaschine zum Abschleifen des Grates von Rohlingen, bei der die Schleifscheibe und das Werkstück mit regelbarem Vorschub zueinander bewegbar sind.
  • Eine Schleifmaschine dieser Gattung ist bereits durch die DE-AS 2 443 829 bekannt. Bei dieser Maschine wird die Schleifscheibe mit konstanter Kraft an den abzuarbeitenden Grat des Werkstücks angepreßt. Die Anpressung erfolgt durch Federkraft. Anstieg oder Abfall der Kraft verursacht einen Federweg, der abgegriffen und zur Regelung des Vorschubs verwendet wird. Dieser Anstieg bzw. Abfall wird aber dazu benutzt, die vorgewählte Anpreßkraft konstant zu halten. Ein Hinweis auf die Istkontur des Werkstücks erfolgt nicht.
  • Nachteilig bei einer derartig geregelten Schleifmaschine ist, daß keine Möglichkeit besteht, die tatsächliche Kontur des Werkstücks zu erkennen. Demzufolge ist es auch nicht möglich, einerseits den Grat vollkommen zu-entfernen ohne andererseits in das Werkstück selbst einzuschleifen.
  • Wenn überhaupt, kann diese Regelung nur bei konstanten Gratstärken erfolgreich sein, nachdem die ungefähr notwendige Kraft zum jeweiligen Abschleifen des Grates jeweils vorher eingestellt worden ist. Der z.B. beim Gießen entstandene Gußgrat muß aber in jedem Falle so weit abgeschliffen werden, daß er zum einen den ästhetischen Anforderungen genügt und zum anderen ein möglichst geringes Aufmaß für die nachfolgenden Fertigungsoperationen aufweist.
  • Einer weitergehenden Automatisierung des Gußputzschleifens stand bisher eine erhebliche Schwierigkeit entgegen: Formgleiche Gußteile einer Serie unterscheiden sich - bedingt durch z.B. unterschiedliche Schwindmaße beim Abkühlprozeß oder durch Kernversatz - in ihren Längenabmessungen in nicht unerheblichen Abweichungen von den Sollmaßen. Hierdurch ist es nur mit Einschränkungen möglich, eine Sollmaßkontur des Werkstückes entlang dem zu entfernenden Gußgrat einmalig, z.B. in einer numerisch gesteuerten Gußputzschleifmaschine mit reiner Konturfixierung, festzulegen oder zu programmieren. Ein Gußstück, das größere Abmessungen als das in der Steuerung festgelegte Konturprogramm hätte, würde nicht nur vom Gußgrat befreit, sondern darüber hinaus durch zu.viel Wegnahme am Material beschädigt werden. Ein in seiner Istkontur gegenüber der festgelegten Sollkontur zu kleines Werkstück erhält nur eine ungenügende Abnahme des Gußgrates.
  • Ein direktes Messen der Werkstückfertigkontur, z.B. mittels eines Tasters oder eines berührungslosen Sensors mit anschließendem Abschleifen des aus dem Meßvorgang ermittelten Gußgrates, stößt auf erhebliche Schwierigkeiten in der Theorie und in der praktischen Ausführung.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine zu schaffen, bei der ein Abarbeiten des Gußgrates bis auf die Kontur des jeweiligen Werkstücks möglich ist. Die zu erstellende Schleifmaschine soll außerdem hohe Abtragsleistungen erbringen und von stabiler, schwingungsfreier, robuster Bauweise sein. Sie soll rentabel auch für kleinere Serien einsetzbar sein.
  • Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 oder 2 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß die an der Schleifscheibe auftretende Umfangskraft näherungsweise proportional der Scheibeneingriffslänge und der Vorschubgeschwindigkeit, bzw. die Scheibeneingriffslänge proportional dem Differentialquotienten der Umfangs kraft nach der Vorschubgeschwindigkeit ist,
  • Beim Eintritt der Schleifscheibe in die Werkstückkontur vergrößert bei entsprechend dimensionierter Scheibe die Scheibeneingriffslänge sich sprunghaft und damit der Differentialquotient
    Figure imgb0001
    . Durch entsprechende Messung und Aufbereitung der Meßwerte kann das Erreichen der Werkstückkontur eindeutig festgestellt werden. Damit- ist ein indirektes mit dem Schleifvorgang gekoppeltes Meßverfahren gegeben, das durch eindeutige Merkmale den Unterschied zwischen dem Gußgrat und der Fertigkontur des Werkstückes erkennt und als Folge hiervon die Schleifabnahme durch die Schleifscheibe entsprechend ausregelt. Dieser Schleifprozeß ist also unabhängig von der jeweiligen Größe des Gußgrates und der Soll-/Istwertabweichung des Werkstückes von seiner in der Zeichnung festgelegten Kontur durchzuführen. Nachdem für die Regelung keine radial zur Schleifscheibe wirkenden Kräfte verwendet werden, können sich Unwuchten der Scheibe an dem Regelvorgang nicht auswirken.
  • In einer besonders vorteilhaften und wirtschaftlich günstigen Ausgestaltung der Erfindung wird die mit konstant vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit v1 und bei vorgegebener Abtastzeit Δt . auftretende Veränderung der Schleifscheibenumfangskraft Δ Pu, bzw. des auftretenden Drehmoments ΔM, bzw. der benötigten Leistung iN durch entsprechende Einrichtungen erfaßt und werden durch entsprechende Schaltungen die Differentialquotienten
    Figure imgb0002
     abgeleitet.
  • Bei Konstanthaltung der Geschwindigkeit des Vorschubs v1 ist es jeweils nur noch notwendig, die Umfangskraft, bzw. das Drehmoment, bzw. die aufgebrachte Leistung bzw. die jeweilige Änderung dieser Werte in einer Zeitspanne zu ermitteln. Damit vereinfacht sich der Meß- und Regelaufwand erheblich. Aus folgenden Gründen ist die Verwendung der Änderung der erfaßten Meßwerte besonders vorteilhaft. Beim Abarbeiten eines Gußgrates wird beispielsweise der Absolutwert des Drehmoments sich in gewissem Umfang ändern, d.h. er wird.im allgemeinen allmählich ansteigen. Dies hängt aber von der Größe und Geometrie des abzuarbeitenden Grates ab. Beim Eintritt der Schleifkontur scheibe in die Werkstückkontur tritt aber eine sehr große Änderung des aufzubringenden Drehmoments auf, mit weiter in das Werkstück eindringender Schleifscheibe bleibt dann die Änderung bzw. der Anstieg des Drehmomentes unabhängig von der Geometrie des Gußgrates konstant. Der beim Eintritt in das Werkstück auftretende Knick in der Kennlinie ist ein eindeutiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Gußgratpartie und Werkstück- fertigkontur. Dieser Knick tritt bei Gußgraten geringerer Größe frühzeitig auf - im Grenzfall bei nicht vorhandenem Grat ist der kennzeichende hohe Anstieg der gemessenen Umfangskraft, bzw. des Drehmomentes im Moment des Kontaktes Scheibe/Werkstück vorhanden - es ist deshalb nicht erforderlich, die Schleifscheibe so weit eindringen zu lassen, bis die gemessene Umfangskraft, bzw. das gemessene Drehmoment absolut gesehen einen bestimmten Schwellwert erreicht.
  • In vorteilhafter Weise ist die Geschwindigkeit des Vorschubs v2 in Richtung der Graterstreckung entsprechend der Werkstückkontur an der Stelle des Schleifscheibeneingriffs mit Hilfe einer rechner-gesteuerten Regeleinrichtung derart regelbar, daß dieser Vorschub v2 gemeinsam mit dem über eine bestimmte Zeitspanne gebildeten Integral der oszillierenden Einzelvorschübe v1 eine optimale Tangentialgeschwindigkeit erbringt.
  • Zu unterscheiden ist hierbei zwischen dem momentanen Wert vl, nachfolgend auch v1 max. genannt, und dem sich tatsächlich über eine Zeitspanne gesehen ergebenden integralen Wert von v1, der kleiner deshalb ist, weil der Vorschub vi bei Erreichen des Schwellwertes zeitweise gestoppt und umgekehrt wird. Im Grenzfall wird dieser integrale Wert gleich Null.
  • Offensichtlich bestimmt die Größe des Vorschubs v2 die Abtragsleistung der Maschine. Diese ist maximal z.B. bei kreisförmiger Kontur des Werkstücks, wenn das Integral der Einzelvorschübe v1 annähernd Null und damit die Tangential- bzw. Bahngeschwindigkeit an Stelle des Schleifscheibeneingriffs annähernd der Geschwindigkeit des Vorschubs v2 ist. Ist aus der Geometrie des Werkstücks bedingt eine Herabsetzung von v2 erforderlich, damit z.B. bei Einbuchtungen im Werkstück die Schleifscheibe in Richtung vl der Werkstückkontur folgen kann, so ist doch zumindest der Betrieb mit maximal möglichem vi anzustreben; die Differenz zwischen der maximal möglichen konstanten Geschwindigkeit vi und der tatsächlichen, von der jeweiligen Werkstückkontur bedingten Geschwindigkeit v1 kann demzufolge benutzt werden, um die Geschwindigkeit v2 auf einen optimalen Wert zu regeln. Folgende Beziehung wird zweckmäßigerweise dem Regelvorgang zugrunde gelegt:
    Figure imgb0003
  • In Ausgestaltung der Erfindung kann der Schleifbockschlitten eine oder mehrere angetriebene Schleifscheiben aufnehmen, um so die Art der Schleifscheibe der Form und Größe des Grates und der Kontur der Werkstückes anpassen zu können. Eine besonders feinfühlige Regelung der Schleifarbeit ist möglich, wenn eine der Schleifscheiben vom Antrieb entkuppelbar ist und damit die den Regelvorgang belastende träge Masse noch weiter reduziert werden kann.
  • In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Vorschub v1 auf den Schleifbockschlitten, alle übrigen Vorschub- und Verstelleinrichtungen dem Werkstückspannaggregat zugeordnet. Die Vorschub- und Verstellbewegungen des Werkstückes sind je nach Werkstück programmierbar. Damit ist es möglich, die Halterung und Aufspannung der Werkstücke ausreichend robust zu dimensionieren. Der Schleifbockschlitten dagegen kann leicht gebaut werden, so daß unter Ausschaltung von die Regelung ungünstig beeinflussender träger Massen die Schleifscheibe feinfühlig arbeiten kann.
  • Eine betriebssichere Anordnung wird dadurch erreicht, daß die Vorschubbewegungen des Werkstücks als Dreh- oder Schwenkbewegungen ausgeführt sind. Die bei Geradführungen notwendigen, gegen Schmutz empfindlichen Bahnen sind damit vermieden.
  • Zur Herausarbeitung der Grundlagen der Erfindung sei noch folgendes zusammengefaßte
    • Die Schleifmaschine ist aufgrund der Lehre dieser Erfindung durch das mit dem Schleifvorgang gekoppelte Meß- und Berechnungsverfahren in der Lage, den Unterschied zwischen dem Gußgrat und der Werkstückfertigkontur zu erkennen und als Folge hiervon den Schleifprozeß nach dem Abschleifen des Grates und bei Berühren der Istkontur zu beenden.
  • Als Kenngröße zur Unterscheidung von Grat und Werkstückistkontur soll die Eingriffslänge S der Schleifscheibe dienen, die nach dem Abschleifen des Grates im Grenzgebiet zur Fertigkontur überproportional ansteigt. Die hier angeführten Verfahren ermitteln indirekt, durch Messen der Scheibenumfangskraft Pu (bzw. der hierzu proportionalen Größen M und N der Schleifscheibe) sowie der Vorschubgeschwindigkeit v1 des Schleifschlittens, eine der Scheibeneingriffslänge S bzw. deren Anstiegsgradienten
    Figure imgb0004
     proportionale Größe.
  • Verfahren 1: Es gilt näherungsweise die Beziehung:
    Figure imgb0005
    Wählt man den für die Praxis interessanten Sonderfall
    Figure imgb0006
  • Die Schleifscheibe arbeitet solange den Grat mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit vl ab, bis die Eingriffslänge S bzw. die Umfangskraft Pu die Größe eines vorgegebenen Schwellwertes S max. bzw. Pu max. erreicht, der den Vorschubschaltbefehl erteilt. Dieser Schwellwert wird so hoch gelegt, daß eine volle Berührung der Werkstückfertigkontur durch die Schleifscheibe auch bei zu Grundelegung unterschiedlicher Gratdicken gegeben ist.
  • Im übringen entspricht das Verfahren 1 analog nachfolgend beschriebeneru Verfahren 2.
  • Verfahren 2: Eine Verbesserung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann dadurch erreicht werden, daß man an Stelle der Scheibeneingriffslänge S den Gradienten der Änderung der Länge ΔS über den Zu- stellweg Ax, also
    Figure imgb0007
     bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit v1 ermittelt. Es gilt:
    Figure imgb0008
    wobei Δ x = Δ v1 . 4t ist.
    Figure imgb0009
    so ist: und Δ x ~ Δ t und somit:
    Figure imgb0010
  • An Stelle des Differentialquotienten
    Figure imgb0011
     kann man also die hierzu proportionale zeitliche Ableitung
    Figure imgb0012
     durch Messen der Veränderung der Scheibenumfangskraft ΔPu (bzw. ΔM bzw. ΔN) während der Abtastintervalle dt meßtechnisch wesentlich leichter ermitteln. Berührt die Schleifscheibe nach dem Abschleifen des Grates die Werkstückfertigkontur, so steigt der Differentialquotient
    Figure imgb0013
     sprunghaft an und überschreitet einen festgelegten Schwellwert
    Figure imgb0014
    max. Dies führt zum Abschalten des konstanten Vorschubes vl und leitet den anschließenden Rückhub des Schleifschlittens ein.
  • Wird nun ein zweiter minimaler Schwellwert
    Figure imgb0015
     min. unterschritten, so erhält der Schleifschlitten den Befehl zur Bewegungsumkehr und zum erneuten Schleifen mit konstantem Vorschub v1 in Richtung auf eine Werkstückistkontur. Das Signal zur Rückhubbeendigung kann auch zeitabhängig ausgelöst werden.
  • Die beschriebene Zweipunktregelung zwischen
    Figure imgb0016
    erfolgt bei gleichzeitig eingeschaltetem Quervorschub v2 entlang der Graterstreckung solange, bis dieser rund um das Werkstück abgeschliffen ist.
  • Unabhängig von der unterschiedlichen Dicke und Form des jeweiligen Grates reagiert hier die Schleifscheibe noch sensibler als im Verfahren 1 auf das Berühren der Werkstückfertigkontur. Einmal eingestellte Maximal- und Minimalwerte besitzen für nahezu alle Arten von Graten Gültigkeit. Die entsprechenden Schwellwerte in Verfahren 1 und 2 brauchen auch bei sich änderndem Schleifscheibendurchmesser nicht verändert werden, da die Umfanggeschwindigkeit der Schleifscheibe konstant gehalten wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand nachfolgender, schematischer Zeichnung noch eingehender beschrieben. Es zeigt:
    Figure imgb0017
  • Die Schleifscheibe 1 ist auf einem Schleifbockschlitten 2 angeordnet und wird durch den Motor Ms angetrieben. Der Vorschub v1 in x-Richtung erfolgt durch den Motor Mx. Die Übertragung erfolgt durch einen Zahnriementrieb 3, durch den eine axial unbewegliche Mutter 4 gedreht und damit die am Schleifbockschlitten 2 befestigte Spindel 5 axial verschoben wird. Dazu ist der Schleifbockschlitten 2 in an den Schleifmaschinenständer 6 befestigen Lagerböcken 7, 8 gelagert. Die an der Schleifscheibe 1 aufzubringende Umfangskraft Pu, bzw. das Drehmoment M, bzw. die Leistung N wird durch Meßeinrichtungen 9 gemessen. Hier werden beispielsweise die vom E-Motor Ms aufgenommene elektrische Spannung sowie der elektrische Strom gemessen. Die Geschwindigkeit des Vorschubs vl in x-Richtung wird anhand eines am Motor Mx vorgesehenen Tachogenerators 10 ermittelt und in Verbindung mit einem Regler 10a auf konstante Größe gebracht. Dem Regler 10a ist ein Sollwertgeber 10b für vl = Konst. vorgeschaltet. Durch die gestrichelt gezeigte Verbindung ist angezeigt, daß alternativ die Meßwerte von vl der Schaltung 11 zuführbar sind. In elektronischen Schaltungen 11 werden aus diesen Meßwerten die für die Regelung benutzten Quotienten
    Figure imgb0018
     usf. gebildet und in eine Vergleicherschaltung 12 gegeben, in der diese in bekannter Weise mit einem vorgegebenen Schwellwert 13 verglichen werden. Bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes 13 wird der Motor Mx ab- oder umgeschaltet, so daß der Vorschub v1 in x-Richtung unterbrochen ist. Die Beschreibung des 2-Punkte-Regelvorgangs wird nachfolgend noch genauer zu Fig. 4 und Fig. 5 erläutert.
  • Das Werkstück 14 mit dem abzuschleifenden Gußgrat 15 ist zwischen einem Dorn 16 und einem hydraulischen Spannelement 17 eingespannt und durch einen Motor Mw über ein Riemengetriebe 18 in Umdrehungen versetzt. Das Werkstück 14 ist in einem Rahmen 19 gehalten, der um einen Bolzen 20 in z-Richtung verschwenkbar ist. Diese Verschwenkung erfolgt durch einen weiteren Motor M über einen Zahnriementrieb 21 und eine Spindel 22. Der Rahmen 19 ist weiterhin in y-Richtung verdrehbar durch einen Motor M . Dieser ist an einem Rotationskörper 23 angeflanscht, der in Wälzlagern 24 gelagert ist. Die Getriebeabtriebswelle 25 ist dabei mit dem Gehäuse des Werkstückspannungsaggregats 26 fest verbunden. Der Bolzen 20 ist an einem Halter 27 angeordnet, der mit dem Rotationskörper 23 fest verbunden ist.
  • In dem Auschnitt in Fig. 2 ist schematisch die Möglichkeit der Entkupplung der Schleifscheibe 1 vom Antrieb 1a durch den Motor M aufgezeigt. Dazu sind die Wellen 1b und die Muffe 1c - dieser wird der Antrieb zugeleitet - durch Betätigung einer Scheibenkupplung 1d voneinander trennbar und nur noch die kleinere Schleifscheibe le wird angetrieben.
  • In Fig. 3a bis 3 d ist der Zusammenhang der Schleifscheibenbewegung mit den jeweils erfaßbaren Meßwerten aufgezeigt. Bei erstem Berühren des Gußgrates schaltet der Eilgang E1 ab und die konstante Vorschubgeschwindigkeit v1 an. Lt. Fig. 3b erreicht die Schleifscheibenumfangskraft ein Pu max. bevor der Vorschub umgeschaltet wird. in Fig. 3c dagegen wird die Änderung der Umfangskraft mit der Eindringtiefe Δx - d.h. bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit v1 im Zeitintervall at - ermittelt, weswegen schon vor Erreichen von Pu max. die Schleifscheibe 1 gestoppt werden kann. In Fig. 3d ist zur Verdeutlichung des Sachverhalts die Größe der Änderung aufgetragen.
  • In der Beschreibung ist bisher Bezug genommen auf die Regelung einer Schleifmaschine. Es versteht sich aber, daß ähnliche Probleme auch bei Anwendung anderer Bearbeitungsarten, wie Drehen oder Sägen, wie aufgezeigt gelöst werden können.
  • In dem in Figur 4 schematisch dargestellten Blockschaltbild der Schleifmaschinensteuerung - und -Regelung wird die Umfangskraft Pu indirekt über eine sehr empfindlich registrierende Messung der vom Hauptmotor Ms aufgenommenen Leistung N ermittelt. Diese Leistung ist jeweils proportional dem Differenzwinkel f zwischen der Sollphase und der nacheilenden Istphase der Rotorachse am Wechselstrom-Hauptmotor Ms .
  • Den Differenzwinkel
    Figure imgb0019
    ermittelt man aus dem Vektorprodukt der Eingangswechselspannung UMs des dem Motor Ms vorgeschalteten Frequenzwandlers mit dem Motoreingangswechselstrom iMs .
  • Die anschließende Differentialquotientenbildung
    Figure imgb0020
     bzw.
    Figure imgb0021
    wird entweder über ein elektrisches RC-Differenzierglied oder über die Differenzbildung der Leistungswerte zu Anfang und zu Ende einer Abtastzeit
    Figure imgb0022
     erreicht.
  • Durch eine ständige Messung dieser Differentialquotienten und dem Vergleich mit den jeweils gültigen Schwellwerten können die folgenden Übergänge von einer Betriebsart zur nächsten bestimmt werden:
    • 1. Durch das sensorische Erkennen der Berührung der Schleifscheibe mit dem Werkstückgrat durch die Ermittlung von
      Figure imgb0023
      wir der Eilgang-Vorlauf abgebremst und die Steuerung auf eine Zweipunkt-Konturregelung zwischen Schleifscheibe und Werkstück umgeschaltet.
    • 2. Beim Erreichen eines voreingestellten Maximalgradienten
      Figure imgb0024
      . wird die Grenze zwischen Werkstück-Fertigkontur und Grat erkannt und der Vorwärtsvorschub in einen Rückwärtsvorschub umgeschaltet.
    • 3. Beim anschließenden Unterschreiten eines Minimalschwellwertes
      Figure imgb0025
       wird der erneute Befehl zum Umschalten auf einen Vorwärts- konstantvorschub gegeben. (Dieser Schwellwert kann auch lediglich durch ein Zeitglied ausgelöst werden, das nach dem Erreichen des Maximalschwellwertes in Funktion gesetzt wird).
  • Dem Konturregelkreis unterlagert ist der Geschwindigkeitsregelkreis des Schleifschlittenvorschubantriebes, der zum einen aus einem sehr massenträgheitsarmen Gleichstrom-Permanentmagnet-Korbankermotor mit aufgesetztem Tachogenerator zum anderen aus einem vorgeschalteten Vier-Quadranten-Transistorregler besteht.
  • Die jeweilige Größe der Vorschubbewegung Vz , die während der Betriebsart-Konturregelung abläuft, wird aus der Differenzbildung einer der konstanten Größe V1 analogen Spannung und der der Größe
    Figure imgb0026
    analogen Tachogeneratorspannung des Schlittenvorschubantriebes und deren Multiplikation mit einem einstellbaren Konstantfaktor C erreicht. Je nach der Vorzeichnerichtung der Tachospannung ist die V4 proportionale Spannung positiv oder negativ gepolt (Signum-Funktion). Der Vorschub V2 wird eben-falls über einen unterlagerten Regelkreis in seiner Vorschubgeschwindigkeit kontrolliert.
  • Durch beispielsweise eine numerische Positioniersteuerung kann die Länge des abzuschleifenden Grates entlang der Werkstückkontur bestimmt werden und nach vollzogener Arbeit ein Quittierungssignal die Umschaltung vom Reglungsbetrieb auf den Steuerungsbetrieb und damit auf den Eilgang-Rücklauf des Schleifbockschlittens auslösen. Ist der Startnocken erreicht, so hält der Schlitten in seiner Ausgangslage an.
  • Ein übergeordnetes Steuerwerk initiert und kontrolliert die Folge der einzelnen Abschnitte des Gesamtablaufes. Dieser wird nochmals in seiner Folge und Logik in einem in Figur 5 dargestellten Fiuss-diagramm niedergelegt.

Claims (9)

1.) Schleifmaschine zum Abschleifen des Grates von Rohlingen, bei der die Schleifscheibe und das Werkstück mit regelbarem Vorschub zueinander bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Vorschub v1 zwischen Werkstück (14) und Schleifscheibe (1) senkrecht zur Graterstreckung und ein zweiter Vorschub v2 in Richtung der Graterstreckung vorgesehen ist, daß die beim Eindringen der Schleifscheibe (1) in den Grat (15) des Werkstücks (14) auftretende Schleifscheibenumfangskraft Pu, bzw. das auftretende Drehmoment M, bzw. die benötigte Leistung N und die Vorschubgeschwindigkeit v1 durch entsprechende Einrichtungen (9, 10) meßbar und durch entsprechende Schaltungen (11) die Quotienten
Figure imgb0027
ableitbar sind, daß diese Quotienten mittels einer Schaltung (12) mit einem vorgebbaren Schwellwert (13) vergleichbar und der Vorschub v1 bei Erreichen des Schwellwertes (13) umschaltbar ist.
2.) Schleifmaschine zum Abschleifen des Grates von Rohlingen, bei der die Schleifscheibe und das Werkstück mit regelbarem Vorschub zueinander bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Vorschub vi zwischen Werkstück (14) und Schleifscheibe (1) senkrecht zur Graterstreckung und ein zweiter Vorschub v2 in Richtung der Graterstreckung vorgesehen ist; daß die beim Eindringen der Schleifscheibe in den Grat (15) des Werkstücks (14) mit konstant vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit vi und bei vorgegebener Abtastzeit Δt auftretende Veränderung der Schleifscheibenumfangskraft ΔPu, bzw. des auftretenden Drehmoments ΔM, bzw. der benötigten Leistung dN durch entsprechende Einrichtungen (9) erfaßbar ist und durch entsprechende Schaltungen (11) die Differentialquotienten
Figure imgb0028
ableitbar sind, wobei diese Differentialquotienten mittels einer Schaltung (12) mit einem vorgebbaren Schwellwert (13) vergleichbar sind und der Vorschub v1 bei Erreichen des Schwellwertes (13) umschaltbar ist.
3.) Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorschubgeschwindigkeit v2 in Richtung der Graterstreckung entsprechend der Werkstückkontur an der Stelle des Schleifscheibeneingriffs mit Hilfe einer rechner-gesteuerten Regeleinrichtung (10c) derart regelbar ist, daß dieser Vorschub v2 gemeinsam mit dem über eine bestimmte Zeitspanne gebildeten Integral der oszillierenden Einzelvorschübe v1 eine optimale Tangentialgeschwindigkeit erbringt.
4.) Schleifmaschine nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleifscheibe (1) an den Grat (15) in Richtung x mit einem Eilgang E1 heranfahrbar ist, der bei Berührung der Schleifscheibe (1) mit dem Werkstück (14) durch Messen der, Scheibenumfangskraft Pu (bzw. des Momentes M bzw. der Leistung N) oder des Differential- quotienten
Figure imgb0029
 (bzw.
Figure imgb0030
 bzw.
Figure imgb0031
) und Vergleichen mit entsprechenden vorgegebenen Schwellwerten selbstätig auf die Vorschubgeschwindigkeit v1 umschaltbar ist.
5.) Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schleifbockschlitten (2) eine oder mehrere angetriebene Schleifscheiben (1, 1c) aufnehmen kann, die während der Bearbeitung des Grates (15) eines Werkstückes (14) hintereinander für unterschiedliche Schleifaufgaben eingesetzt werden können.
6.) Schleifmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kupplung (1d) vorgesehen ist, durch welche eine der Scheiben (1) vom gemeinsamen Antrieb (1a) entkuppelbar ist.
7.) Schleifmaschine nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Vorschub v1 auf den Schleifbockschlitten (2) der Schleifmaschine aufbringbar ist und die übrigen Vorschub- und Verstelleinrichtungen (Mw, Mz, My) dem Werkstückspannaggregat (26) zugeordnet sind.
8.) Schleifmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorschubbewegungen des Werkstücks (14) als Dreh- und/oder Schwenkbewegungen ausgeführt sind.
9.) Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung der gemessenen Leistung bzw. Änderung der gemessenen Leistung für die Regelung des Vorschubs v1 die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe (1) durch eine geeignete Einrichtung konstant gehalten ist.
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