CH630832A5

CH630832A5 - Numerisch steuerbare schleifmaschine.

Info

Publication number: CH630832A5
Application number: CH704678A
Authority: CH
Inventors: Stanley E Huffman
Original assignee: Huffman S E Corp
Priority date: 1977-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1982-07-15
Also published as: DE2828168A1; US4115956A

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch steuerbare Schleifmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes, z.B. eines Werkzeuges, das in einer verstellbaren Werkstückhalterung gehaltert ist, mit einer Schleifscheibenhalterung, welche um zumindest eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse beliebig positionierbar ist.

Das Schleifen von Werkstücken bzw. Werzeugen nach genau vorgegeben geometrischen Konfigurationen und insbesondere nach definierten mathematischen Ortskurven ist prinzipiell bekannt, jedoch zeigt es sich, dass es bisher nicht möglich ist, sehr vielgestaltige und komplizierte Schleifvorgänge, wie sie insbesondere beim Herstellen bestimmter Werkzeuge auftreten, in einer einzigen Maschine in aufeinanderfolgenden Schritten durchzuführen, ohne dass das Werkstück umgespannt und wieder neu ausgerichtet werden muss. Dies ist insbesondere für Schneidwerkzeuge wie Zapfenfräser bzw. Rundkopf-Fingerfräser der Fall. Da ein solcher Rundkopf-Fingerfräser besonders schwierig herzustellen ist, wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren eines solchen Rundkopf-Finger-fräsers beschrieben.

Bekannte Verfahren zum Schleifen von Schneidwerkzeugen, insbesondere eines Rundkopf-Fingerfräsers, sehen vor, dass die Freiflächen von Hand geschliffen werden, wobei sich sehr häufig Freiflächen mit einem unerwünscht grossen negativen Anstellwinkel und Ungleichförmigkeiten von einer Spannut zur anderen ergeben. Dieselben Unregelmässigkeiten treten auch zwischen mehreren hintereinander hergestellten Werkzeugen auf. Die Durchmesserhinter-schneidung wird unter Verwendung eines Abtastfingers geschliffen, der der Spannut folgt und dabei Ungenauigkeiten der Spannut auf die Durchmesserhinterschneidung überträgt und dort ebenfalls zu Unregelmässigkeiten führt. Diese Schleiftechnik ist notwendigerweise eine trockene Schleiftechnik, d.h. ohne Verwendung eines Schmier- oder Kühlmittels. Ein wesentlicher Grund hierfür ist auch die Tatsache, dass für ein genaues Arbeiten sowohl Aug und Ohr benötigt werden, d.h. die Bedienungsperson muss das Anliegen der Schleifscheibe am Werkzeug beobachten und ebenso das Anliegen des Tastfingers und stellt mit Hilfe des Gehörs die richtige Anlage der Schleifscheibe an dem zu schleifenden Metallteil fest. Ausserdem verlangt diese Technik, dass die Schleifradkante gegen die zu schleifende Schneidkante bzw. Schneidfläche läuft, womit die Gefahr der Verbrennung der Schneidkante und auch die Entstehung von Wärmebrücken verbunden ist.

In der US-PS 3 680 263 wird eine manuelle Schleiftechnik beschrieben, bei der das Werkstück bzw. Werkzeug und die Schleifscheibe an voneinander unabhängig von Hand bedienbaren Halterungen befestigt sind. Die Schleifscheibenhalterung ermöglicht eine unabhängige Positionierung von Hand längs zwei Verschiebeachsen und einer Drehachse,

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wogegen die Werkstückhalterung eine Verschiebung von Hand längs zwei Verschiebeachsen ermöglicht zusätzlich zu einer Drehung des Werkstückes um seine Längsachse. Mit einem solchen System lassen sich jedoch nicht alle Bewegun-5 gen ausführen, die notwendig sind, um der kompletten Geometrie eines Schneidwerkzeuges, z. B. eines Zapfenfräsers, zu folgen. Insbesondere ist es nicht möglich, mehrere Bewegungen mit sicherer Führung von Hand bei visueller Beobachtung zu steuern. Aufgrund dieser Nachteile ist es auch nicht io möglich, mehrere Werkzeuge gleicher Art wegen der Unzulänglichkeit der Handsteuerung identisch gleich zu schleifen, so dass auch die Herstellung von mehreren Werkzeugen gleicher Qualität kaum möglich ist.

Es sind jedoch auch bereits automatische Schleifma-15 schinen für Schneidwerkzeuge bekannt (US-PS 3 860 262, 3 719 459, 3 813 823 und 3 816 995). Diese maschinengesteuerten Schleifverfahren ermöglichen bereits eine wesentlich grössere Gleichförmigkeit und Qualität beim Schleifen von Schneidwerkzeugen. Im Zusammenhang mit diesen ma-20 schinengesteuerten Schleifmaschinen ist es auch bekannt (US-PS 3 680 262 und 3 813 823), drei verschiedene Stationen vorzusehen, an welchen unterschiedliche Schleifvorgänge an ein und demselben Werkzeug mit Hilfe automatischer Steuerung durchgeführt werden, wobei gleichzeitig das 25 Werkzeug bzw. Werkstück gekühlt wird. In der ersten Station wird der Aussendurchmesserradius geschliffen, in der zweiten Station die Freiflächen und in der dritten Station die Hinterschneidungen. Eine gleichzeitige Bewegung längs zwei Bezugsachsen wird mit Hilfe einer Nockensteuerung erzielt. 30 Ein wesentlicher Nachteil dieses Systems ist jedoch die Tatsache, dass z.B. ein Zapfenfräser von Hand nacheinander in jede der drei Stationen eingespannt und wieder entnommen werden muss, bevor der Zapfenfräser fertiggeschliffen ist. Dieses Umspannen in drei verschiedene Stationen bringt es 35 zwangsläufig mit sich, dass die einzelnen fertiggeschliffenen Werkzeuge sehr grosse Toleranzen aufweisen. Ferner ist es notwendig, dass in allen drei Stationen für jede Werkzeug-grösse unterschiedliche Schleifscheiben eingesetzt werden müssen. Bei einer anderen Schleifmaschine (US-PS 40 3 719 459) ist lediglich vorgesehen, die Endflächen zu schleifen. Eine Verbesserung für diese Schleifmaschine (US-PS 3 816 995) ist auch noch nicht in der Lage, automatisch in einer Station alle notwendigen Schleifvorgänge durchzuführen, da nicht genügend Freiheitsgrade für die Schleifscheibe 45 bzw. das Werkzeug vorhanden sind. Für ein vollautomatisches Schleifen von komplizierten Schneidwerkzeugen sind jedoch Schleifmaschinen erforderlich, die eine verhältnismässig grosse Anzahl von Freiheitsgraden haben und bei denen die einzelnen Bewegungen um die zugehörige Bezugsso achse gleichzeitig und unabhängig voneinander ausgeführt werden können. Dabei ist es wünschenswert, dass die Bewegungen nach genauen mathematischen Gesetzmässigkeiten steuerbar sind.

Es ist auch bereits eine automatisch gesteuerte Schleifma-55 schine für Werkzeuge bekannt, die numerisch gesteuert werden kann (HS-1 Universalschleifmaschine der Firma S.E. Huffman Corporation, South Main Street, Clover, South Carolina). Diese Schleifmaschine sieht sieben Bezugsachsen vor für die Bewegung der Schleifscheibe und des zu bear-60 beitenden Werkzeuges. Jedoch hat sich gezeigt, dass selbst diese Maschine nicht in der Lage ist, komplizierte Werkzeuge mit der notwendigen Genauigkeit in einem Arbeitsgang verhältnismässig rasch zu bearbeiten. Es ist daher wünschenswert, für eine derartige numerisch gesteuerte Schleif-65 maschine Massnahmen zu finden, die alle Schleifvorgänge auch an komplizierten Maschinen, wie z.B. Spiralfräsern oder Fingerfräsern, in verhältnismässig kurzer Zeit und mit sehr hoher reproduzierbarer Genauigkeit möglich machen.

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Dabei soll es möglich sein, dem zu bearbeitenden Werkzeug ein Kühlmittel sowohl in zeitlicher als auch in mengenmäs-siger Zuordnung zu dem jeweiligen Schleifvorgang zuführen zu können. Im Interesse einer hohen reproduzierbaren Genauigkeit soll bei einer derartigen Schleifmaschine die Schleifscheibe entsprechend ihrer Abnutzung automatisch nachgestellt werden, wobei jedoch ein Ausmessen der Abnutzung nicht erforderlich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine zum Schleifen von komplizierten Werkstücken zu schaffen, bei der das Werkstück während des gesamten Schleifvorganges in ein und derselben Werkstückhalterung gehalten wird und alle Schleifvorgänge mit einer einzigen Schleifscheibe ausgeführt werden können. Die einzelnen Schleifvorgänge sollen von Werkstück zu Werkstück mit hoher Genauigkeit reproduzierbar sein, wobei die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit unabhängig von der Grösse und der Art des zu bearbeitenden Werkstückes sein sollen. Im Interesse der hohen Qualität soll während des Schleifvorganges von einem numerisch gesteuerten Kühlsystem ein Kühlmittel mit zeitlicher und mengenmässiger Steuerung so zugeführt werden, dass eine optimale Kühlung gewährleistet ist. Zur Erzielung der hohen reproduzierbaren Genauigkeit soll ferner eine automatische Nachstellung der Schleifscheibe entsprechend der Abnutzung erfolgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schleifscheibenhalterung umfasst:

a) eine auf einem Maschinentisch angeordnete und um die Z-Achse drehbare sowie parallel zur Z-Achse verschiebbare Ständersäule;

b) ein erstes numerisch steuerbares Servosystem für die vertikale Verstellung der Ständersäule längs der Z-Achse;

c) Positioniereinrichtungen und Verriegelungseinrichtungen zur Verschwenkung der Ständersäule um die Z-Achse und zur Arretierung derselben in einer ausgewählten Position;

d) einen auf der Ständersäule montierten und mit dieser verschiebbaren sowie verschwenkbaren Schlitten, welcher längs einer (A-l)-Achse horizontal verschiebbar ist;

e) ein zweites numerisch steuerbares Servosystem für die lineare Verschiebung des Schlittens längs der (Y-l)-Achse;

f) eine um eine zweite horizontale, parallel zur (Y -1)-Achse verlaufende B-Achse schwenkbare und drehbare Halterung am einen Ende des Schlittens sowie ein drittes numerisch steuerbares Servosystem für die Verschwenkung der Halterung um die B-Achse;

g) einen Schleifscheibenmotor, der mit der drehbaren Halterung fest verbunden ist und dessen eine Schleifscheibe tragende Welle um eine senkrecht zur B-Achse verlaufende G-Achse drehbar ist;

h) eine numerische Steuerung für die Geschwindigkeit des Schleifscheibenmotors;

dass die Werkstückhalterung umfasst:

i) einen auf dem Maschinentisch montierten Basisschlitten, der längs einer (X-l)-Achse mittels eines vierten numerisch steuerbaren Servosystems verschiebbar ist;

j) einen auf dem Basisschlitten angeordneten Drehtisch, welcher um eine senkrecht zur (X-l)-Achse verlaufende (Z-1)-Achse schwenkbar ist;

k) ein fünftes unnumerisch steuerbares Servosystem zum Verschwenken des Drehtisches um die (Z-l)-Achse;

1) einen horizontalen, längs einer U-Achse verschiebbaren und auf dem Drehtisch montierten Schlitten, welcher einen weiteren senkrecht zur U-Achse horizontal längs einer V-Achse verschiebbaren weiteren Schlitten trägt;

m) ein sechstes und siebtes numerisch steuerbares Servosystem für die lineare Verschiebung der Schlitten;

n) eine Schwenkhalterung für den Werkstückspanner, welcher in der Schwenkhalterung um eine horizontal liegende D-Achse mittels eines achten numerisch steuerbaren Servosystems schwenkbar ist;

o) ein neuntes numerisch steuerbares, dem Werkstückspanner zugeordnetes Servosystem, mit welchem das Werkstück um eine in Längsrichtung durch den Werkstückspanner verlaufende Achse drehbar ist;

und dass die numerische Steuerung der Servosysteme eine schrittweise sowie gleichzeitige und voneinander unabhängige Verschiebung längs den bzw. um die einzelnen Bezugsachsen zulässt, um das Werkstück mit der Schleifscheibe nach vorgegebenen geometrischen Konfiguration zu bearbeiten.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemässen numerisch steuerbaren Schleifmaschine sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 2 bis 8.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb der numerisch steuerbaren Schleifmaschine vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Werkstück schrittweise durch eine Anzal von Positionierungsschritten durch die numerische Steuerung in die Arbeitsposition gebracht wird und während des Schleifvorganges durch die numerische Steuerung nachfolgende Bewegungen ausführt:

a) eine Verdrehung bezüglich der durch das Werkstück verlaufenden A-Achse;

b) eine lineare Verschiebung bezüglich der V-Achse, welche immer unterhalb der Werkzeugachse liegt und senkrecht zu dieser verläuft;

c) eine lineare Verschiebung bezüglich der U-Achse, welche immer unterhalb der V-Achse in einer festen Winkelbeziehung zu dieser verläuft;

d) eine Verschwenkung um die (Z-l)-Achse, welche die U-Achse schneidet und senkrecht zur V-Achse verläuft;

e) eine lineare Verschiebung längs der (X-l)-Achse, welche die (Z-l)-Achse schneidet und senkrecht zu dieser verläuft;

dass die auf der Welle des Schleifscheibenmotors montierte Schleifscheibe durch Schwenken der Schleifscheibenhalterung um die Z-Achse in Schleifposition zum Werkstück gebracht wird, und dass schrittweise sowie unabhängig voneinander durch die numerische Steuerung zum Schleifen des Werkstückes nachfolgende Bewegungen durchgeführt werden:

f) eine lineare Verschiebung in vertikaler Richtung längs der Z-Achse;

g) eine lineare Verschiebung in horizontaler Richtung längs der (Y-l)-Achse, welche die Z-Achse schneidet;

h) eine hin und her gehende Schwenkbewegung um die B-Achse, welche parallel zur (Y-l)-Achse verläuft;

und dass die Bewegungen des Werkstückspanners mit den Bewegungen des Schleifscheibenmotors synchronisiert und ebenfalls numerisch gesteuert sind, um einen kompletten Schleifzyklus für das Werkstück durchzuführen.

Durch die Massnahmen der Erfindung ist es möglich, das Werkstück ohne Umspannen und ohne Wechseln der Schleifscheibe in allen Teilen vollständig zu schleifen. Dies gilt nicht nur für neu anzufertigende Werkstücke bzw. Werkzeuge, sondern auch für solche, die nachgeschliffen werden müssen, wobei infolge der Freiheitsgrade um zumindest acht, vorzugsweise zehn Bezugsachsen jede beliebige geometrische Form wegen der individuellen unabhängigen und gleichzeitigen Steuerung sowohl der Werkstückhalterung als auch der Schleifscheibenhalterung um die einzelnen Bezugsachsen schleifbar ist.

Die Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei5

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spiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Schleifmaschine gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Schleifmaschine gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Schleifmaschine gemäss den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Schleifmaschine gemäss Fig. 1, wobei der Werkstück- bzw. Werkzeughalter gegenüber der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Position winklig verdreht ist,

Fig. 5 ein Blockschaltbild mit den einzelnen Betriebsfunktionen aufgrund der numerischen Steuerung,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Tellerschleifscheibe, Fig. 7 eine prinzipielle Darstellung über die Zuführung der Kühlflüssigkeit beim Schleifen der Freiflächen bzw. Hauptschneiden eines Spiralbohrers bzw. Fingerfräsers,

Fig. 8 eine prinzipielle Darstellung der Zuführung der Kühlflüssigkeit beim Schleifen der Spannuten bzw. Führungsphasen eines Spiralbohrers bzw. Fingerfräsers,

Fig. 9 eine schematische Darstellung des numerisch gesteuerten Kühlsystems der Schleifmaschine,

Fig. 10 eine schematische Darstellung der geometrischen Zuordnung der Achsen und Freiheitsgrade für die Schleifscheibenhalterung,

Fig. 11 eine schematische Darstellung der geometrischen Zuordnung der Achsen- und Freiheitsgrade der Werkzeug-halterung,

Fig. 12 eine schematische Darstellung von drei verschiedenen Arten der Hinterschleifung, wie sie mit der Schleifmaschine und der Schleifmethode gemäss der Erfindung erzielbar sind,

Fig. 13 eine schematische Darstellung der Zuordnung der Schleifscheibe zum zu bearbeitenden Werkzeug unter Verwendung eines Positionierfingers nach einem bekannten Verfahren,

Fig. 14 und 15 schematische Darstellungen unterschiedlicher Schleifscheibenanordnungen, wie sie für die Schleifmaschine und das Schleifverfahren gemäss der Erfindung Verwendung finden können.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Schleifmaschine 10 gemäss der Erfindung in verschiedenen Ansichten gezeigt. Diese Schleifmaschine ist, wie später noch im Detail beschrieben wird, numerisch gesteuert. Aus der Darstellung der Fig. 1 bis 4 geht aus Gründen der Vereinfachung das Kühlsystem nicht hervor, welches im Prinzip in Fig. 9 erläutert ist.

Die Schleifmaschine 10 umfasst eine Schleifscheibe 12, ein Werkstück bzw. Werkzeug 13, welches in einem Werkstückspanner 15 gehalten ist. Die Schleifscheibe 12 ihrerseits ist an einer Schleifscheibenhalterung 20 montiert, wogegen der Werkstückspanner 15 an einer Werkstückhalterung 30 montiert ist. Die beiden Halterungen 20 und 30 sind ihrerseits auf einem Maschinentisch 16 angeordnet.

Die Schleifscheibenhalterung 20 umfasst eine vertikal verschiebbare Ständersäule 21, deren Position bezüglich der Z-Achse numerisch gesteuert eingestellt wird. Auf der Ständersäule 21 ist ein Schlitten 22 angeordnet, der in horizontaler Richtung, d.h. in Richtung der (Y-1)-Achse, ebenfalls numerisch gesteuert verschiebbar ist. Ein Schleifscheibenmotor 24 ist am Schlitten 22 befestigt und um eine Achse B mit Hilfe einer drehbaren Halterung 25 schwenkbar. Sowohl der Schlitten 22 als auch der Schleifscheibenmotor 24 und die drehbare Halterung 25 sind mit der Ständersäule 21 verbunden und mit dieser in vertikaler Richtung durch einen Positionierer 26 verschiebbar. Dabei können die Verschiebungen um die Achse B und längs der Richtung (Y-l) gleichzeitig, jedoch unabhängig voneinander erfolgen, so

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dass der Schleifscheibenmotor 24 sowohl linear längs der Achse (Y-l) verschiebbar und um die Achse B der drehbaren Halterung 25 geschwenkt werden kann. Zu diesem Zweck ist in dem Schlitten 22 ein numerisch gesteuerter Antriebsmotor 25' und ein zugeordnetes Steuergetriebe 25" angeordnet. Die Schleifscheibe 12 ihrerseits rotiert um die Achse G, wie aus Fig. 3 hervorgeht.

Zur Erläuterung der vielseitigen Verstellbarkeit sowohl der Schleifscheibe als auch des Werkstückspanners wird bemerkt, dass die Verschiebeachse (Y-l) eine horizontal hegende Achse ist, die parallel zu der X-Y-Ebene verläuft und längs welcher die Schleifscheibe näher zum Werkstück oder weiter von diesem weg verschoben werden kann. Die Achse B liegt ebenfalls parallel zur X-Y-Ebene und ermöglicht eine Verschwenkung der Schleifscheibe in jeder Position des Schlittens 22. Obwohl die Achse B in der Darstellung vertikal versetzt über der Verschiebeachse (Y-1) hegt, ist es ohne weiteres möglich, den Aufbau so zu gestalten, dass die beiden Achsen koinzident zueinander sind, so dass die Verschiebung und die Schwenkung um ein und dieselbe räumlich gelegene Achse erfolgt. Aus Fig. 4 geht ferner hervor,

dass die Ständersäule 21 in der X-Y-Ebene um die Achse Z drehbar ist, so dass, wie aus Fig. 10 hervorgeht, ein beliebiger Bezugspunkt auf der Schleifscheibe 12 numerisch gesteuert bezüglich der Achse B eine Schwenkbewegung ausführen kann, wie dies durch PI angedeutet ist, und ferner längs der Achse B verschiebbar ist, wie durch P2 angedeutet ist, wobei gleichzeitig eine vertikale Verschiebung der Achse B längs der Achse Z möglich ist, wie durch P3 angedeutet wird. Schliesslich ist eine Schwenkung um die Achse Z möglich.

Bezüglich der Schwenkung der Ständersäule 21 um die Achse Z sei bemerkt, dass dies sowohl von Hand als auch numerisch gesteuert erfolgen kann. Aufgrund der vielseitigen Verschwenkbarkeit der Schleifmaschine ist es möglich, Werkstücke oder Werkzeuge unterschiedlicher Art mit sehr hoher Genauigkeit zu schleifen, wenn die Verschwenkbarkeit um die vertikale Achse Z innerhalb eines Bereiches von ±45°, bezogen auf eine Mittelstellung, vorgesehen ist. Es sind ferner Massnahmen getroffen, dass die Ständersäule in der jeweiligen Drehposition verriegelt bzw. verspannt werden kann. Die numerisch gesteuerte Verschwenkung der Schleifscheibe um die Z-Achse ist besonders dann von Vorteil, wenn eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist und komplexe Werkstücke oder Werkzeuge geschliffen werden sollen. Mit der Ständersäule 21 ist ein Bund 27 verbunden, an welchem ein handbetätigbarer Verriegelungsbolzen 28 angebracht ist. Ein Antriebsmotor 29 greift mit einem Zahnrad in eine innerhalb des Bundes vorgesehene Zahnstange ein, so dass durch numerische Ansteuerung des Antriebsmotors 29 die Ständersäule entsprechend um die Z-Achse verdrehbar ist.

Der konstruktive Aufbau der Elemente für eine numerisch gesteuerte Verschiebung bzw. Verschwenkung der einzelnen Teile ist an sich bekannt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Antriebsmotoren bzw. Antriebssysteme mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulation und einer Impulsfrequenzmodulation gesteuert, da ein solches Antriebssystem nicht nur eine genaue Positionierung zulässt, sondern auch eine Steuerung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines grossen Bereiches und für lange Zeinintervalle. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur Stabmaterial, sondern auch Teile zu schleifen, die längs Schraubenlinien verlaufende Schneidkanten haben, wobei es auch möglich ist, durch schrittweises Schleifen komplexe Kanten und Oberflächen zu bearbeiten.

Die Verwendung von numerisch gesteuerten Systemen bietet den Vorteil, dass Bewegungen um acht und möglicher5

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weise zehn Bezugsachsen gleichzeitig erfolgen können, womit man durch die Massnahmen der Erfindung in der Lage ist, eine extrem hohe Genauigkeit auch bei sehr komplexen Werkstücken zu erreichen, was mit bisher bekannten Schleifmaschinen nur sehr schwierig zu erreichen ist.

Eine weitere, der Erhöhung der Präzision dienende Massnahme bei der Schleifmaschine gemäss der Erfindung ist die Verwendung von Kugelspindeln für alle linearen Verschiebungsvorgänge sowie die Verwendung von schräg verzahnten Getrieben zur Vermeidung von Gangspiel. Mit derartigen Massnahmen lassen sich sehr hohe Toleranzwerte von besser als 0,02 mm und eine Konzentrizität von besser als 0,1 mm erreichen.

Die Werkstückhalterung 30 umfasst fünf numerisch gesteuerte Antriebsmechanismen, wobei gegebenenfalls eine sechste vorgesehen sein kann. Auf dem Maschinentisch ist ein Basisschlitten 31 montiert, der numerisch gesteuert in horizontale Positionen längs einer Verschiebeachse (X-l) verschiebbar ist, welche parallel zur X-Achse der X-Y-Ebene verläuft. Der Basisschlitten 31 wird über eine Antriebswelle 31' und ein Steuergetriebe 31" von dem numerisch gesteuerten Motor 31"' aus angetrieben, welcher sich unterhalb des Basisschlittens befindet. Auf dem Basisschlitten 31 ist ein Drehtisch 32 montiert und um eine senkrecht verlaufende Achse ZI verschwenkbar. Auf dem Drehtisch 32 ist ein horizontal verschiebbarer Schlitten 33 montiert und mit diesem um die gleiche Achse schwenkbar. Dieser Schlitten 33 ist längs einer Verschiebeachse U linear verschiebbar, wobei diese Verschiebeachse parallel zur X-Y-Ebene verläuft. Schliesslich ist ein weiterer horizontal verschiebbarer Schlitten 34 auf dem Schlitten 33 montiert und mit diesem drehbar, wobei dieser Schlitten 34 längs einer Verschiebeachse V verschiebbar ist, welche normalerweise senkrecht zur Verschiebeachse U in einer parallelen Ebene zur X-Y-Ebene liegt. Der Werkstückspanner 15 ist mit Hilfe einer Schwenkhalterung 36 auf dem oberen horizontal verschiebbaren Schlitten 34 befestigt. Diese Schwenkhalterung 36 ermöglicht das Schwenken des Werkstückspanners 15 um eine horizontale Achse D, die senkrecht zur Achse des Werkstückes bzw. des Werkzeuges verläuft, das in den Werkstückspanner 15 eingespannt ist.

Der Werkstückspanner 15 ist um die Achse D in einem Winkelbereich von vorzugsweise ± 20° verschwenkbar und kann entweder mit Hilfe einer Spannschraube in den gewünschten Positionen festgehalten werden oder numerisch mit Hilfe eines Motors 38 in die gewünschten Positionen gesteuert werden. Wenn der Werkstückspanner 15 mit Hilfe der Spannschraube 37 manuell in eine Bearbeitungsposition gebracht wird, behält er normalerweise diese Bearbeitungsposition während des Schleifvorganges bei. Jedoch ist durch die numerische Steuerung die Möglichkeit geschaffen, den Werkstückspanner 15 um die Drehachse D in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm kontinuierlich oder schrittweise um gewünschte Winkel genau zu verstellen, so dass sich zusammen mit der Verstellbarkeit um die Z-Achse mit Hilfe des Motors 29 die Möglichkeit von numerisch gesteuerten Positionsänderungen um 10 Achsen ergibt. Diese Positionsänderungen können sowohl schrittweise als auch gleichzeitig und unabhängig voneinander erfolgen.

Mit dem Basisschlitten 31 ist der darauf montierte Drehtisch und die übrigen Teile der Werkstückhalterung 30 in horizontaler Richtung längs der Verschiebeachse (X-l) verschiebbar. Dabei kann der Drehtisch um seine Drehachse Z-1 gedreht werden, wobei unabhängig davon die auf dem Drehtisch angeordneten horizontal verschiebbaren Schlitten 33 und 34 ihren Verschiebeachsen U und V entsprechend verschiebbar sind. In Verbindung mit Fig. 11 kann man feststellen, dass ein beliebiger Punkt P' am zu bearbeitenden

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Werkstück oder Werkzeug mit Hilfe des Antriebsmotors 35 um die Achse A verschwenkbar ist, wobei bei gleichzeitiger Betätigung des Schlittens 33 bei der dargestellten Konfiguration gemäss Fig. 3 eine Verschiebung in Richtung der Achse s A möglich ist. Durch einen entsprechenden Antrieb des Drehtisches 32 ist die Anordnung um die Achse Z-l drehbar, wobei gleichzeitig auch durch Betätigung des Antriebsmotors 38 eine Verschwenkung des Werkstückspanners um die Achse D möglich ist. Diese Verschwenkung um die Ach-io se D kann auch von Hand unter Verwendung der Spannschraube 37 erfolgen. Es sei bemerkt, dass die numerisch gesteuerten Antriebsmotoren des Basisschlittens 31 sowie des Drehtisches 32 und der horizontal verschiebbaren Schlitten 33 und 34 gleichzeitig, jedoch völlig unabhängig voneinan-i5 der betrieben werden können und damit eine extrem hohe Präzision für eine Schleifmaschine gemäss der Erfindung mögüch macht. Da gleichzeitig auch die Schleifscheibe selbst eine vielseitige Positionierung durch eine entsprechende numerische Steuerung erfahren kann, ist es möglich, ein Schlei-2o fen von Werkstücken oder Werkzeugen mit einer bisher nicht bekannten Vielseitigkeit auszuführen.

Ein weiterer Vorteil der Schleifmaschine gemäss der Erfindung besteht darin, dass alle Schleifvorgänge unter Verwendung eines Kühlmittels durchgeführt werden können 25 und damit das Trockenschleifen wie bei bekannten Schleifmaschinen mit den damit verbundenen Nachteilen entfallen kann.

Für Schleifmaschinen ist es bekannt, ein Kühlmittelsystem vorzusehen, um eine Kühlung des Werkstückes und des 30 Werkzeuges während des Schleifens zu bewirken, wobei die numerisch gesteuerten Versorgungssysteme für das Kühlmittel eine bestimmte begrenzte Menge des Kühlmittels zuführen, wenn das System eingeschaltet ist. Die bekannten Kühlsysteme sind nicht in der Lage, die Menge des Kühlmittels 35 den Erfordernissen entsprechend mit Hilfe der numerischen Steuerung zu ändern. Es ist bekannt, dass für bestimmte Schleifvorgänge das Zuführen einer geringeren Menge des Kühlmittels von Vorteil ist. Ebenso ist es auch bekannt, dass sich der Schleifwinkel beim Ansetzen der Schleifscheibe we-40 sentlich für verschiedene Schleifvorgänge ändert und daher die tatsächliche Schleiffläche unterschiedlich gross ist. Schliesslich ist auch bekannt, dass der Winkel, unter welchem das Kühlmittel der Schleiffläche zugeführt wird, dem Schleifvorgang entsprechend optimiert werden kann. Dem-45 entsprechend sieht die Erfindimg vor, dass im Rahmen der numerischen Steuerung des Kühlsystems sowohl die Menge des Kühlmittels als auch die Richtung des Kühlmittelzuflusses im Sinne einer Optimierung während des Schleifvorganges und für bestimmte Schleifvorgänge geändert werden so kann. Zwei markante unterschiedliche Situationen sind in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

In Fig. 9 ist ein Kühlsystem in schematischer Darstellung gezeigt. Das benutzte Kühlmittel wird in einem Sammelbek-ken 42 gesammelt und über ein Absetzbecken sowie ein Fil-55 ter zu einer Pumpe 41 geleitet. Von dieser Pumpe aus wird das Kühlmittel durch eine Leitung 39 einem Druckkessel 40 zugeführt und dort auf einem bestimmten Druck gehalten. Vom Druckkessel 40 aus verlaufen Leitungen zu numerisch gesteuerten Ventilen 44 und 45, die an eine Kühlmittelbank 60 43 angeschlossen sind, welche aus einer oberen Kühlmittelkammer 46 und einer unteren Kühlmittelkammer 47 besteht. Die beiden Kammern können unabhängig voneinander mit dem Kühlmittel versorgt werden und ihrerseits das Kühlmittel über Zuführleitungen 48 bzw. 49 dem zu bearbeitenden 65 Werkstück oder Werkzeug zuführen. Dabei kann das Kühlmittel je nach der Art der Kühlung und dem Schleifvorgang in der gewünschten Menge und Richtung zur Optimierung des Schleifvorganges entweder durch beide Zuführleitungen

48 bzw. 49 oder auch nur durch eine derselben zugeführt werden. Die Zuführleitungen 48 und 49 können entweder als starre Rohrleitungen, z.B. aus Kupfer, mit einer Krümmung ausgeführt sein, die das Kühlmittel in einer bestimmten Richtung abgeben. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Zuführleitungen 48 in einer vorgegebenen Richtung und die Zuführleitungen 49 in einer davon verschiedenen Zuführrichtung ausgerichtet sind. Die Zuführleitungen 48 und 49 können ferner aus einem Material hergestellt sein, das es ermöglicht, sie in einer bestimmten Form zu krümmen, um das Kühlmittel, wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, in unterschiedlichen Richtungen und an unterschiedlichen Positionen dem zu bearbeitenden Werkstück bzw. Werkzeug zuführen zu können. Wenn derselbe Typ von Werkzeug wiederholt geschliffen wird, ist es von Vorteil, die Kühlmittelleitungen 48 und 49 in einer bestimmten feststehenden Ausrichtung vorzusehen, um für diesen Typ von Werkzeug immer optimale Bedingungen zu erhalten. Dabei kann die Menge des zugeführten Kühlmittels derart gesteuert werden, dass auch jeweils gleiche Mengen für den gleichen Werkzeugtyp zufliessen.

Das Programm zur numerischen Steuerung des Kühlmittelsystems ist Teil des Gesamtprogrammes, wie es in Fig. 5 angedeutet ist. Ein derartiges Programm kann leicht geändert werden, um die Zufuhr des Kühlmittels zu optimieren entsprechend dem jeweils zu bearbeitenden Werkzeug bzw. Werkstück. Diese individuelle Anpassbarkeit der Kühlmittelzufuhr an bestimmte Bearbeitungsvorgänge ist sehr erwünscht, da durch das Kühlmittel sowohl die Reibung und die Reibungswärme als auch die Abnutzung der Schleifscheibe verringert werden. Ausserdem ergeben sich bessere Oberflächen an dem bearbeiteten Werkstück. Mit Hilfe der erfindungsgemässen Schleifmaschine ist es möglich, den Trockenschliff zu vermeiden und durch einen Nassschliff zu ersetzen, wobei der Kühlmittelzufluss entsprechend dem numerisch gesteuerten Schleifvorgang ohne Eingriff einer Bedienungsperson optimiert werden kann.

Es wurde bereits erwähnt, dass mit Hilfe der verschiedenen automatischen und numerischen Steuerbewegungen der Schleifmaschine 10 die Möglichkeit gegeben ist, eine Schleifscheibe und ein Werkstück bzw. Werkzeug derart miteinander in Eingriff zu bringen, dass praktisch jede gewünschte Winkelstellung zueinander möglich ist, so dass alle für das Schleifen von Schneidwerkzeugen notwendigen Winkelstellungen einstellbar sind. In Fig. 5 ist in einem Blockdiagramm die Steuerung des Schleifvorganges für das Schleifen eines Rundkopf-Fingerfräsers dargestellt, wobei dieses Schleifprogramm das Schleifen sowohl der schraubenförmigen Spannuten als auch der Freiflächen und der ersten und zweiten Hinterschneidungswinkel an den Endzähnen sowie die Hin-terschneidungen an dem Aussendurchmesser umfasst. Bei einem solchen Schleifvorgang ist zu beachten, dass die Schleifscheibe eine gewisse Abnutzung während des Schleifvorganges erfahrt. Daher ist es notwendig, im Interesse der gewünschten gleichbleibenden Genauigkeit beim Übergang vom einen zum anderen zu bearbeitenden Werkzeug diese Abnutzung zu kompensieren. Bei bekannten Maschinen wird diese Abnutzung von Hand nachgestellt aufgrund der Erfahrung der Bedienungsperson. Eine solche Handnachstellung hängt von der Fähigkeit der Bedienungsperson ab, so dass sich von Person zu Person sich ändernde Toleranzen ergeben, d.h. eine gleichförmige Herstellung einer Vielzahl von Werkzeugen kaum möglich ist. Die bereits erwähnte Möglichkeit, die Schleifscheibe nach jedem Schleifvorgang automatisch auf die Abnutzung auszumessen und numerisch nachzustellen aufgrund von handeingegebenen Werten bringt bereits eine wesentliche Verbesserung, jedoch bleibt nach wie vor ein verhältnismässig grosser Bedienungsauf630 832

wand. Durch die Massnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise dadurch Abhilfe geschaffen, dass die Abnutzung sowohl numerisch überwacht als auch zur Kompensation die Schleifscheibe numerisch nachgestellt wird.

Man hat festgestellt, dass die Schleifscheibenabnutzung mit verhältnismässig grosser Genauigkeit voraussehbar ist und daher die Programmierung einer Kompensation zulässt, so dass die Zuordnung von Schleifscheibe und zu bearbeitendem Werkstück bzw. Werkzeug eine Nachstellung nicht nur beim Übergang von einem zum anderen neu zu schleifenden Werkzeug, sondern auch während des Schleifvorganges eines und desselben Werkzeuges möglich ist, wobei die Nachstellung mit sehr hoher Genauigkeit erfolgt und dadurch sehr enge Toleranzen eingehalten werden können. Diese Möglichkeit der Nachstellung basiert auf der Beobachtung, dass, wenn die Schleifscheibe selbst eine bestimmte Form aufweist und wiederholt in einem präzis numerisch gesteuerten Schleifvorgang unter optimalen Bedingungen benutzt wird, die Abnutzung ausreichend gleichförmig ist, um diese Abnutzung mit guter Genauigkeit durch ein entsprechendes Nachstellprogramm zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform basiert auf der Verwendung von derart geformten Schleifscheiben, dass sie für alle Schleifvorgänge verwendet werden können, wie sie bei typischen Fingerfräsern auftreten. Dabei wird erreicht, dass sie bei einer genauen numerischen Steuerung eine minimale gleichförmige Abnutzung haben, die durch eine entsprechende programmgesteuerte Nachstellung kompensiert wird, ohne dass irgendwelche Betätigungen von Hand sowie das Ausmessen der Schleifscheibe erforderlich werden.

Es wurde sogar festgestellt, dass der Umfang der erforderlichen Kompensation durch Experimente und Messungen mit ausreichender Genauigkeit für eine geschätzte Abnutzung bestimmt werden kann, wobei diese Informationen in Befehlsinformationen für das numerische Steuerprogramm umgewandelt werden können. Nach dem Schleifen eines jeden Werkstückes bzw. Werkzeuges betätigt das Kompensationsprogramm automatisch einen zugeordneten Servome-chanismus, der die einzelnen Elemente der Schleifscheibenhalterung und der Werkstückhalterung kontrolliert, um Verschiebungen bzw. Drehungen längs entsprechender Verschiebeachsen bzw. um entsprechende Drehachsen derart vorzunehmen, dass die Schleifscheibe und das Werkstück bzw. Werkzeug zur Kompensation der Schleifscheibenabnutzung geringfügig näher gegeneinander verschoben werden. Nachdem ein solches Kompensationsprogramm fertiggestellt ist, entfällt die Notwendigkeit für die Ausmessung der Schleifscheibe wie beim Stand der Technik. Beim Schleifen beispielsweise eines Rundkopf-Fingerfräsers mit einer vorzugsweise benutzten Tellerschleifscheibe ergibt sich als normaler Wert für die Abnutzung etwa 0,02 mm an der für das Schleifen des Werkzeuges benutzten Kante. Das Kompensationsprogramm für die Schleifscheibenabnutzung fordert nicht notgedrungenerweise eine Kompensation der Einstellung nach dem Schleifen jedes einzelnen Werkstückes bzw. Werkzeuges, wenn gewisse Toleranzen zulässig sind. So hat man z.B. festgestellt, dass im Bereich vorgegebener Toleranzen das Schleifen von fünf Werkzeugen möglich ist, ohne dass ein vorgegebener Toleranzwert überstiegen wird. Das Kompensationsprogramm für die Schleifscheibenabnutzung umfasst einen Nominalwert, der als mittlere Abnutzung pro zu schleifendem Werkzeug zu erwarten ist. Wenn die tatsächliche Abnutzung von diesem angenommenen Nominalwert abweicht, lässt sich das Programm leicht entsprechend anpassen. So wurde z.B. festgestellt, dass neue Schleifscheiben sich weniger abnutzen, als dem geschätzten Nominalwert entspricht, wogegen benutzte Schleifscheiben, wel7

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che noch nicht vollständig verbraucht sind, im Laufe der Benutzung eine höhere Abnutzung erfahren. Aus diesem Grund kann, wie in Fig. 5 angedeutet, eine Handnachstellung für das Kompensationsprogramm vorgesehen sein. Das heisst, wenn durch Augenschein oder auch durch Messung eine geringere Kompensation notwendig erscheint, kann diese Feineinstellung von der Bedienungsperson von Hand vorgenommen werden, indem aus einer Anzahl von hierfür vorgesehenen gespeicherten Werten bestimmte Werte eingestellt werden. Dadurch passt sich das Programm selbsttätig an. Es kann sich auch ergeben, dass aufgrund der Wärmebehandlung das Material des Werkstückes oder des Werkzeuges härter als vorgesehen ist, so dass sich eine höhere Abnützung ergibt. Entsprechend kann dann das Programm zur Kompensation der Abnutzung durch die Auswahl entsprechender Speicherwerte angepasst werden.

Für die Verwirklichung der Erfindung ist die Art und die Form der Schleifscheibe von Bedeutung, jedoch ist es möglich, nahezu jegliche Schleifscheibenform mit der Schleifmaschine zu benutzen entsprechend den Erfordernissen für das zu bearbeitende Werkstück bzw. Werkzeug. Aufgrund der vielen Freiheitsgrade der Schleifmaschine lässt sich die Steuerung der Bewegungsabläufe in Abhängigkeit von der Form der Schleifmaschine leicht an die Gegebenheiten anpassen. Bei der in Fig. 6 dargestellte Schleifscheibe 12 handelt es sich um eine Tellerscheibe, die einen Diamanteinsatz 50 hat, damit sie sich im Laufe der Lebensdauer gleichmäs-sig abnutzt. Für einen beispielsweisen Anwendungsfall wurde ein geschwefeltes Chlorid-Öl benutzt, wobei die Schleifscheibe mit einer Diamantkante versehen war und das Werkstück bzw. Werkzeug Wolfram-Carbidoberflächen hatte. Es können auch gesinterte Schleifscheiben mit wasserlöslichen Kühlmitteln Verwendung finden, da die Kompensation der Schleifscheibenabnutzung bei allen Bedingungen leicht nachstellbar ist. Die dargestellte Schleifscheibe wurde so geformt, dass sie sich um etwa 12 mm abnutzen kann, bevor der Zustand erreicht ist, bei dem ein Auswechseln notwendig wird. Eine gleichmässige Abnutzung der Schleifscheibe trägt nicht nur dazu bei, die Lebensdauer zu verlängern, sondern erfordert auch weniger Nachstimmvorgänge beim Einsatz des Kompensationsprogrammes. Die Art der Schleifscheibenform und die genaue Steuermöglichkeit ihrer Positionierung mit Hilfe der numerischen Steuerung führt zu dem Vorteil, dass der komplette Schleifvorgang bei der Herstellung eines Werkzeuges oder Werkstückes in ein und derselben Maschine möglich ist, wobei mit ein und derselben Schleifscheibe die unterschiedlichen Schleifprogramme durchgeführt werden können.

Obwohl die dargestellte Tellerscheibe in Verbindung mit dem Schleifen eines Rundkopf-Fingerfräsers von besonderem Vorteil ist, ist es selbstverständlich, dass mit der Schleifmaschine eine Vielzahl unterschiedlich geformter Schleifscheiben Verwendung finden kann, wobei die numerischen Programme sowohl die Schleifscheibengrösse als auch deren Abnutzung automatisch kompensieren. Auch ist es möglich, an der Schleifmaschine die Schleifscheibe selbst abzuziehen, um sie nach ungleicher Abnutzung wieder rund und formgetreu zu machen. Weitere in der Darstellung gemäss Fig. 5 enthaltene Angaben beziehen sich auf das Schleifprogramm. In diesem Zusammenhang ist es lang bekannt, dass das Schleifen bestimmter Kanten oder Flächen mit einer entsprechenden zugeordneten Schleifgeschwindigkeit am besten durchführbar ist. Deshalb ist zum Zwecke der Optimierung der Drehgeschwindigkeit der Schleifscheibe ein entsprechendes Programm vorgesehen, das den Schleifscheibenmotor 24 bezüglich seiner Geschwindigkeit, und zwar der optimalen Schleifgeschwindigkeit, steuert.

Ferner ist vorgesehen, dass vor einem neuen Ausrichten der Schleifscheibenhalterung und der Werkstückhalterung, und zwar nach dem Ende eines Schleifvorganges, die Schleifscheibe angehalten wird, um sie für den neuen Schleifvorgang erneut in Bewegung zu setzen. Zu diesem Zweck ist in s Fig. 5 ein Stop-Start-Programm vorgesehen. Selbstverständlich ist es nicht notwendig, dass die Schleifscheibe beim Übergang von einem zum anderen Schleifvorgang vollständig zum Stehen kommt. In einem solchen Fall ist das Stop/ Start-Programm nicht im Einsatz.

io Am Ende eines Schleifvorganges wird ein Lade/Entlade-Programm benötigt, damit die Schleifscheibenhalterung 20 und die Werkstückhalterung 30 in diejenigen Positionen verfahren werden, in welchen das fertiggestellte Werkstück bzw. Werkzeug aus der Schleifmaschine herausgenommen und ein 15 neues Werkstück bzw. Werkzeug eingespannt werden kann. Ferner sind Handsteuerungen vorgesehen, um in Gefahrensituationen bzw. anderen nicht erwarteten Umständen eine Übersteuerung der eingestellten Programme möglich zu machen.

20 Wie bereits erwähnt und aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Schleifmaschine 10 in der Lage, eine Drehpositionierung um die Achse D und ferner um die Achse Z vorzunehmen. Diese Drehpositionierung kann, wie bereits erwähnt, sowohl von Hand als auch numerisch gesteuert vorgenommen werden. 25 Beim Beginn eines Schleifvorganges wird sowohl der Werkstückspanner 15 um seine zugeordnete Drehachse D durch den Winkelbereich von + etwa 20° verschwenkt und anschliessend in der für den Schleifvorgang richtigen Stellung fixiert. Der gleiche Vorgang wird auch für die Schleif-30 scheibenhalterung durchgeführt, wobei diese um einen Toleranzbereich von ± 45° um die Achse Z aus der Mittellage verschwenkt wird, um anschliessend in die für den Schleifvorgang geeignete Position gebracht zu werden, in der die Halterung fixiert wird. Diese Massnahme erweist sich beim 35 Schleifen von Fingerfräsern und insbesondere Grundkopf-Fingerfräsern als zweckmässig, da nach einer richtigen Positionierung sowohl des Werkstückspanners 15 als auch der Schleifscheibenhalterung 20 der komplette SchleifVorgang durchgeführt werden kann, ohne dass eine weitere Ver-40 Schwenkung um diese beiden Achsen notwendig wird.

Mit Hilfe des Lade/Entlade-Programmes wird das Werkstück bzw. Werkzeug 13 in den Werkstückspanner 15 eingesetzt und die Werkstückhalterung 30 sowie die Schleifscheibenhalterung 20in die Startpositionen gebracht. Beim 45 Schleifen von z.B. einem Rundkopf-Fingerfräser wird vor dem Beginn des SchleifVorganges ein beliebig ausgewählter Punkt am vorderen Ende des Werkzeuges bzw. Werkstückes 13 in eine Position gebracht, die in einer genau definierten Lage bezüglich aller Achsen der Maschinen liegt. Die einzel-5o nen in Fig. 5 angedeuteten Schleifprogramme sind in der Lage, die Schleifmaschine während des gesamten Schleifvorganges zu steuern, um alle zu schleifenden Kanten und Flächen hierfür bezüglich der Schleifscheibe zu positionieren.

Beim Schleifen eines Fxngerfräsers kann der Programm-55 ablauf derart erfolgen, dass zunächst eine mathematisch genau definierte schraubenförmige Spannut unter Ausbildung korrekter Spanwinkel in das Werkstück geschliffen wird. Anschliessend wird die Schleifscheibenhalterung 20 und die Werkstückhalerung 30 erneut positioniert, um die nötigen 60 Hinterschneidungswinkel zu schleifen. Die Freiflächen sowie die ersten und zweiten Hinterschneidungswinkel an den Endzähnen werden nacheinander geschliffen, woran das Schleifen des Radius und der Phasen an den Kanten an-schliesst. Anschliessend werden die ersten und zweiten 65 Durchmesserhinterschneidungen geschliffen. Während all dieser Schleifvorgänge wird das Werkstück bzw. Werkzeug entsprechend dem numerisch gesteuerten Kühlprogramm mit dem Kühlmittel bei sich ändernden Kühlmittelmengen

umspült. Auch die unterschiedlichen Schleifgeschwindigkeiten werden mit Hilfe der numerischen Steuerung eingestellt. Nach der Fertigstellung des Schleifprogrammes ist das Werkzeug sofort wieder verwendbar. Mit Hilfe der Schleifmaschine gemäss der Erfindung können beliebige geometrische Formen durch entsprechende numerische Programmierung geschliffen werden, wobei auch die Art der Hinter-schneidung, wie durch Fig. 12 beispielsweise gezeigt, beliebig sein kann. In Fig. 12 ist eine exzentrische, eine flache und eine konkave Hinterschneidung dargestellt.

Bei dem vorausstehend beschriebenen Anwendungsbeispiel der Schleifmaschine zur Herstellung eines Rundkopf-Fingerfräsers ist es nicht nötig, den Schleifscheibenmotor um die Achse B zu schwenken. Aufgrund der Verschwenk-barkeit des Schleifscheibenmotors und damit der Schleifscheibe um die Achse B ergibt sich in Verbindung mit der Möglichkeit der gleichzeitigen, unabhängigen Verschiebung bzw. Verschwenkung der Schleifscheibenhalterung und der Werkstückhalterung durch die numerische Steuerung ein grosses Feld von Anwendungsmöglichkeiten, so dass praktisch jede beliebige Form von Werkzeugen oder Werkstük-ken sehr rasch mit sehr hoher Genauigkeit herstellbar ist, indem das Programm für die numerische Steuerung ertspre-chend angepasst wird.

Die Schleifmaschine bietet auch die Möglichkeit, die Schleifscheibe selber abzuziehen, indem sie als Werkstück in die Werkstückhalterung 30 eingespannt wird und ein entsprechendes Abziehwerkzeug Verwendung findet. Dabei werden für die numerische Steuerung zwei Drehachsen und zwei Verschiebeachsen benötigt.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, können an dem Schleifscheibenmotor mehr als eine Schleifscheibe angeordnet werden, so dass z.B. mit Hilfe einer groben Schleifscheibe 60 ein Vorarbeiten und mit Hilfe einer feinen Schleifscheibe 61 ein Nacharbeiten möglich ist. Die Spindel 70 kann länger als der Schleifscheibenmotor 24 ausgebildet sein und an beiden Stirnseiten aus dem Motor herausragen, so dass am anderen Ende des Motors eine dritte Schleifscheibe 62, z.B. mit grösserem Durchmesser, angebracht werden kann. Anstelle der in Fig. 14 dargestellten Schleifscheibenanordnung können gemäss Fig. 15 auch zwei unterschiedliche Schleifscheiben 65 und 66 auf den gegenüberliegenden Enden der Spindel 70 befestigt werden, wobei diese Schleifscheiben beispielsweise völlig verschiedene Formen haben können. Bei der Verwendung einer entsprechenden Schleifscheibe bzw. Schleifspitze kann die Schleifmaschine der Erfindung gemäss auch zum Gravieren von Teilen benutzt werden, indem ein entsprechendes Programm für die numerische Steuerung vorgesehen wird.

Die Schleifmaschine gemäss der Erfindung bietet gegenüber bekannten Schleifeinrichtungen wesentliche Vorteile und insbesondere den Vorteil, dass sich ein Werkzeug ohne Überhitzung mit besseren Schleifflächen und genaueren Schneidkanten bei einer sich sehr genau wiederholenden Schleifgeometrie herstellen lässt. Dabei ist es möglich, sowohl Hohlschliffe als auch Flachschliffe bzw. Radialschliffe auszuführen. Das Nachschärfen von stumpfen Werkzeugen ist besonders einfach durchzuführen, da das in die Schleifmaschine eingespannte Werkzeug präzis in diejenige Position gebracht werden kann, von der aus die mathematisch festgelegte Werkzeuggeometrie durch die numerische Steuerung exakt nachschleifbar ist. Wie bereits erwähnt, lassen sich Toleranzen erreichen, die kleiner als 0,02 mm sind, verglichen mit erzielbaren Toleranzen bei bekannten Maschinen, welche in der Grössenordnung von 0,1 mm liegen. Durch die ebenfalls numerisch gesteuerte Zuführung des Kühlmittels wird eine optimale Kühlung des Schleifgutes erzielt, so dass ein Ausglühen oder Hitzebeeinträchtigungen

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völlig entfallen. Aufgrund der numerischen Steuerung, die das Schleifen von mathematisch exakt festgelegten Formen beliebiger Geometrie zulässt, können nicht nur aufgrund von mathematischen Formeln sehr hoch präzise Werkzeuge 5 hergestellt werden, vielmehr ist es möglich, auch auf Abtasteinrichtungen z. B. mit Hilfe von Tastfühlern, wie sie in Fig. 13 dargestellt sind, zu verzichten.

Mit Hilfe der Schleifmaschine gemäss der Erfindung und der dabei benutzten numerischen Steuerung verkürzen sich

10 die Richtzeiten beim Einsetzen eines neuen Werkstückes bzw. Werkzeuges ganz erheblich. Beim Schleifen eines Rundkopf-Fingerfräsers ist ein dreimaliges Einrichten notwendig, und zwar vor dem Schleifen der Hauptflächen und Hauptschneiden, vor dem Schleifen der Spannuten und vor

15 dem Schleifen der Aussenradien. Die Richtzeiten hierfür betragen in der Regel mehrere Stunden. Durch die Massnahmen der Erfindung können die Richtzeiten auf wenige Minuten reduziert werden, die nach dem Einsetzen des zu schleifenden Werkstückes oder Werkzeuges notwendig sind. Auch 2o beim Einsetzen einer neuen Schleifscheibe sind nur wenige Minuten für das Einrichten erforderlich. Wenn entsprechende Programme vorhanden bzw. eingespeichert sind, variiert die erforderliche Richtzeit etwa zwischen 3 und 13 Minuten, verglichen mit herkömmlichen Maschinen, wo Richtzeiten in 25 der Grössenordnung von 2 bis 4 Stunden auftreten. Beim Schleifen von Werkzeugen, die zur Bearbeitung weicher Materialien, wie z.B. Holz, dienen, sind die hohen Genauigkeiten und die numerisch gesteuerte Kühlung nicht notwendig. Unabhängig von dem Material und der speziellen Form 30 des Werkzeuges sowie der speziellen Anwendungsweise lässt sich mit der Erfindung der Schleifvorgang sehr rationalisieren und optimieren, wobei aufgrund der numerischen Steuerung höchste Genauigkeiten erzielbar sind.

Nachfolgend wird der Ablauf eines Schleifvorganges für 35 einen Zapfenfräser beschrieben. Der Zapfenfräserrohling bzw. ein nachzuschleifender Zapfenfräser wird von der Bedienungsperson in eine Einsatzlehre eingespannt, wobei der Zapfenfräser bezüglich der korrekten Einspannlänge und der korrekten Winkelorientierung positioniert wird. Mit Hil-40 fe der Einsatzlehre wird der Zapfenfräser auf konzentrischen Lauf überprüft und gegebenenfalls nachgespannt, um einen konzentrischen Lauf innerhalb gegebener Toleranzen sicherzustellen. Anschliessend wird der Zapfenfräser mit der Einsatzlehre in die Werkstückhalterung der Schleifmaschine ein-45 gesetzt. Durch entsprechende Nutenführungen und Endanschläge ist dafür gesorgt, dass der Zapfenfräser in der Schleifmaschine eine genaue radiale und axiale Ausrichtung bezüglich der Startposition für das numerisch gesteuerte Schleifen hat.

so Nachdem der Zapfenfräser in die Schleifmaschine eingesetzt ist, werden alle positionierbaren Elemente der Schleifmaschine in eine bestimmte Startposition gebracht. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Winkelpositionierung um die D-Achse und die Z-Achse von Hand erfolgt. Die Positionie-55 rung der übrigen Elemente der Schleifmaschine und gegebenenfalls auch bezüglich der D- und Z-Achse wird mit Hilfe der numerischen Steuerung unter Verwendung eines Lade-Entladeprogrammes durchgeführt.

Mit Hilfe des Schleifprogrammes werden alle Schleif-60 funktionen automatisch durchgeführt, wobei parallel zu den einzelnen Schleifoperationen ein Kühlprogramm dafür sorgt, dass die Zuführung des Kühlmittels zeitlich und men-genmässig an den jeweiligen Schleifvorgang angepasst ist. Ferner wird die Antriebsgeschwindigkeit des Schleif-65 scheibenmotors gesteuert, um sicherzustellen, dass die einzelnen Schleifvorgänge mit optimaler Schleifgeschwindigkeit ablaufen.

Im ersten Schleifgang werden die Spannuten geschliffen

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und anschliessend die Freiflächen sowie die Hinter-schneidungen der stirnseitigen Hauptschneiden. Anschliessend erfolgt das Schleifen der ersten und zweiten radialen Hinterschneidungen. Am Ende des Schleifvorganges laufen alle Elemente numerisch gesteuert in die Startposition zurück und gleichzeitig wird die Zufuhr des Kühlmittels und der Antrieb des Schleifscheibenmotors abgeschaltet. Danach ist das Werkzeug zur Entnahme bereit.

Mit Hilfe eines weiteren Programmes wird die Abnutzung der Schleifscheibe kompensiert, wobei dieses Programm zweckmässigerweise nach dem Fertigstellen eines Werkstückes und vor dem Beginn des Schleifvorganges des nächstfolgenden Werkstückes zum Einsatz gebracht wird. Es sind ferner auch Programmschritte vorgesehen, um den Schleifvorgang an unterschiedliche Schleifscheibendurchmesser oder Schleifscheibentypen, z.B. für einen Rauhschliff und einen Feinschliff, anzupassen. In diesem Zusammen-5 hang ist es auch möglich, unterschiedliche Schleifscheiben auf der Welle des Schleifscheibenmotors anzubringen, wobei diese sowohl auf einer Seite oder auch auf der gegenüberliegenden Seite des Motors montiert sein können. Durch entsprechende Programmgestaltung kann dafür gesorgt wer-lo den, dass die unterschiedlichen Schleifscheiben, z.B. für einen Grobschliff bzw. einen Feinschliff, entsprechend eingesetzt werden.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims

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1) einen horizontalen, längs einer U-Achse verschiebbaren und auf dem Drehtisch (32) montierten Schlitten (33), welcher einen weiteren senkrecht zur U-Achse horizontal längs einer V-Achse verschiebbaren weiteren Schlitten (34) trägt;

m) ein sechstes und siebtes numerisch steuerbares Servosystem für die lineare Verschiebung der Schlitten (33 und 34);

n) eine Schwenkhalterung (36) für den Werkstückspanner (15), welcher in der Schwenkhalterung um eine horizontal liegende D-Achse mittels eines achten numerisch steuerbaren Servosystems (38) schwenkbar ist;

o) ein neuntes numerisch steuerbares, dem Werkstückspanner (15) zugeordnetes Servosystem (35), mit welchem das Werkstück um eine in Längsrichtung durch den Werkstückspanner (15) verlaufende A-Achse drehbar ist;

und dass die numerische Steuerung der Servosysteme eine schrittweise sowie gleichzeitige und voneinander unabhängige Verschiebung längs den bzw. um die einzelnen Bezugsachsen zulässt, um das Werkstück (13) mit der Schleifscheibe (12) nach vorgegebenen geometrischen Konfigurationen zu bearbeiten.

1. Numerisch steuerbare Schleifmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes, das in einer verstellbaren Werkstückhal-terung gehaltert ist, mit einer Schleifscheibenhalterung, welche um zumindest eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse beliebig positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibenhalterung (20) umfasst:

a) eine auf einem Maschinentisch (16) angeordnete und um die Z-Achse drehbare sowie parallel zur Z-Achse verschiebbare Ständersäule (21);

b) ein erstes numerisch steuerbares Servosystem (26) für die vertikale Verstellung der Ständersäule (21) längs der Z-Achse;

c) Positioniereinrichtungen und Verriegelungseinrichtungen (28,29) zur Verschwenkung der Ständersäule (21) um die Z-Achse und zur Arretierung derselben in einer ausgewählten Position;

d) einen auf der Ständersäule (21) montierten und mit dieser verschiebbaren sowie verschwenkbaren Schlitten (22), welcher längs einer (Y-1)-Achse horizontal verschiebbar ist;

e) ein zweites numerisch steuerbares Servosystem für die lineare Verschiebung des Schlittens (22) längs der (Y-1)-Achse;

f) eine um eine zweite horizontale, parallel zur (Y-1)-Achse verlaufende B-Achse schwenkbare und drehbare Halterung (25) am einen Ende des Schlittens sowie ein drittes numerisch steuerbares Servosystem (25', 25") für die Verschwenkung der Halterung (25) um die B-Achse;

g) einen Schleifscheibenmotor (24), der mit der drehbaren Halterung (25) fest verbunden ist und dessen eine Schleifscheibe tragende Welle um eine senkrecht zur B-Ach-se verlaufende G-Achse drehbar ist;

h) eine numerische Steuerung für die Geschwindigkeit des Schleifscheibenmotors (24);

dass die Werkstückhalterung umfasst:

i) einen auf dem Maschinentisch (16) montierten Basisschlitten (31), der längs einer (X-l)-Achse mittels eines vierten numerisch steuerbaren Servosystems verschiebbar ist;

j) einen auf dem Basisschlitten angeordneten Drehtisch (32), welcher um eine senkrecht zur (X-l)-Achse verlaufende (Z-l)-Achse schwenkbar ist;

k) ein fünftes numerisch steuerbares Servosystem (31', 31", 31"') zum Verschwenken des Drehtisches um die (Z-1)-Achse;

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein numerisch gesteuertes Kühlsystem vorhanden ist, mit welchem dem Werkstück ein Kühlmittel zeit- und mengengesteuert zuführbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schleifmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem eine Vielzahl von Zuführleitungen (48,49) umfasst, mit welchem das zeit- und mengengesteuerte Kühlmittel dem Bearbeitungsbereich aus unterschiedlichen Richtungen zuführbar ist.

4. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe in ihrer Formgebung und in ihrem Material derart gestaltet ist, dass sich eine gleichmässige und vorhersagbare Abnutzung ergibt, und dass die numerische Steuerung eine Kompensation der Abnutzung durch Nachstellen der Schleifscheibe in die richtige Arbeitsposition bewirkt.

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5. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Servosysteme Servomotoren umfassen, die mit Hilfe der numerischen Steuerung schrittweise und unabhängig voneinander in wechselnden Richtungen antreibbar sind.

6. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die (A-l)-Achse die Z-Achse schneidet, dass die B-Achse mit der (Y-1)-Achse zusammenfällt, dass die G-Achse die B-Achse schneidet, dass die (Z-1)-Achse die (X-l)-Achse schneidet und dass die U-Achse, die V-Achse und die D-Achse gegen die (Z-l)-Achse versetzt sind.

7. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (70) des Schleifscheibenmotors (24) zwei und mehr Schleifscheiben (65, 66; 61,60,62) montierbar sind.

8. Schleifmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben auf zwei einander gegenüberliegenden Enden der Welle montiert sind.

9. Verfahren zum Betrieb der Schleifmaschine nach Anspruch 1, insbesondere zum Schleifen eines Werkstückes, wobei das Werkstück in einen Werkstückspanner eingespannt und in Position zur Schleifscheibe gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück schrittweise durch eine Anzahl von Positionierungsschritten durch die numerische Steuerung in die Arbeitsposition gebracht wird und während des Schleifvorganges durch die numerische Steuerung nachfolgende Bewegungen ausführt:

a) eine Verdrehung bezüglich der durch das Werkstück verlaufenden A-Achse;

c) eine lineare Verschiebung bezüglich der U-Achse, welche immer imterhalb der V-Achse in einer festen Winkelbeziehung zu dieser verläuft;

dass die auf der Welle (70) des Schleifscheibenmotors (24) montierte Schleifscheibe (12) durch Schwenken der Schleifscheibenhalterung (20) um die Z-Achse in Schleifposition zum Werkstück gebracht wird, und dass schrittweise sowie unabhängig voneinander durch die numerische Steuerung zum Schleifen des Werkstückes nachfolgende Bewegungen durchgeführt werden:

f) eine lineare Verschiebung in vertikaler Richtung längs der Z-Achse;

g) eine lineare Verschiebung in horizontaler Richtung längs der (Y-1)-Achse, welche die Z-Achse schneidet;

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Werkstück ein Schneidwerkzeug, vorzugsweise ein Fingerfräser oder Bohrer, ist, dessen Zentrumsachse mit der A-Achse des Werkstückspanners zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schleifvorgänge zur Fertigstellung des Werkzeuges mit einer Einspannung erfolgen.