BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Herstellung eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekanntlich umfasst der Formenbau die Herstellung von Formen für den Druckguss, Spritzguss, das Stanzen, Warmpressen, Kaltpressen und Schmieden von Materialien aus Stahl, Metallen, Kunststoff, Gummi sowie deren Legierungen bzw. Mischungen. Diese Formen sind häufig kompliziert und weisen eine dreidimensionale Konstruktion auf. Besonders in der Flugzeug- und Automobilindustrie werden solch schwierig herstellbare Formen unter Einhaltung kleinster Toleranzen verlangt. Auf dieselbe Art und Weise werden Werkstücke oder Konstruktionsteile (z. B. im Triebwerkbau) aus schwer zerspanbaren Materialien (z. B. hoch warmfeste Legierungen) hergestellt. Bekanntlich werden solche Formen oder Triebwerkteile durch funkenerosive bzw. elektrochemisehe Maschinen hergestellt. Die hierfür benützten Elektroden haben die gleiche komplizierte Oberfläche wie die herzustellenden Formen bzw. Teile.
Im Laufe der jüngsten Entwicklung werden solche Elektroden auf besonderen Maschinen hergestellt. Die Herstellung erfolgt in der Weise, dass die Elektrode aus dem vollen Material durch einen Schleifvorgang oder Feilvorgang herausgearbeitet wird. Das Material kann z. B. Graphit sein. Das hierfür erforderliche Werkzeug hat bereits die Form der Elektrode mit einem Untermass.
Durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeuge und der aus dem vollen Stück herauszuarbeitenden Elektrode erfolgt der Schleifvorgang oder Feilvorgang. Zur Unterstützung des Schleif- oder Feilvorgangs wird ein Schleifmittel in die Oberfläche des Werkzeugs eingebracht. Ferner wird eine Flüssigkeit in den Spalt 46 zwischen Werkzeug und Werkstück getan. Die Relativbewegung setzt sich aus zwei Bewegungstypen zusammen. Der eine Typ ist die Vorschubbewegung des Schleif- oder Feilwerkzeugs zum oder vom Elektrodenwerkstück (senkrecht). Diese Vorschubbewegung kann auch kreisförmig (senkrecht) sein. Der andere Typ ist eine kreisende Bewegung des Elektrodenwerkstücks in der horizontalen Ebene. Die kreisende Bewegung wird auch als orbitale oder planetäre Bewegung bezeichnet. Sie kann auch kugelförmig sein.
Der Radius bzw. die Exzentrizität der kreisenden Bewegung kann verstellt werden. Der Schleifvorgang wird solange durchgeführt bis das Elektrodenwerkstück die Raumform des Werkzeuges angenommen hat. Dann wird die relative Bewegung beendet. Dies erfolgt durch ein an der Maschine eingestelltes Mass, das auch Tiefenendmass genannt wird.
Die Raumform des Elektrodenwerkstückes kann gegenüber der Raumform des Werkzeugs verkleinert oder vergrössert werden. Dies wird durch Einstellen der gewünschten Exzentrizität der kreisenden Bewegung bewerkstelligt.
Wenn auch die DE-OS 2 603 614 eine Funkenerosionsmaschine; d.h. eine andere Gattung als die Formenschleifmaschine der Erfindung betrifft, wird in der Vorveröffentlichung eine kreisende Bewegung zwischen der aus Kupfer oder Messing bestehenden Elektrode und dem von der Elektrode elektroerosiv zu bearbeitenden Werkstück aus gehärtetem Stahl erzeugt. Zwischen Elektrode und Werkstück muss immer ein Arbeitsspalt mit einer dielektrischen Flüssigkeit eingehalten werden, in welchem die elektrischen Bearbeitungsfunken sich entladen können. Die kreisende Bewegung setzt sich aus zwei Hin- und Her-Bewegungen zusammen, die um 900 zueinander versetzt sind. Für jede Hin- und Her Bewegung ist eine durch einen Motor angetriebene Kurvenscheibe vorgesehen, deren Umfang von einem Abtaster mechanisch abgetastet wird.
Eine Änderung der Bewegungsamplitude ist nur dann möglich, wenn die Kurvenscheibe eine besondere Form seiner Umfangsfläche hat. Die Bewegungsamplitude kann nur während des Betriebes geändert werden.
Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Bewegungserzeugung liegt in der ungewollten Änderung der Amplituden der Bewegungen, die im Laufe einer längeren Betriebszeit durch Veränderung des Abtastdruckes und durch Verschleiss bzw.
Verformung der Abtastflächen entstehen. Diese Anderungen können bei jeder Kurvenscheibe unterschiedlich sein, sodass jede Hin- und Her-Bewegung eine andere Amplitude hat, wodurch die aus zwei Hin- und Her-Bewegungen zusammengesetzte Umlaufbewegung nicht mehr kreisförmig ist.
Hierdurch berühren sich Elektrode und Werkstück, erzeugen einen Kurzschluss und beenden die funkenerosive Bearbeitung. Elektrode und Werkstück können an den Berührungsstellen deformiert oder sogar gänzlich unbrauchbar werden. Ein weiterer Nachteil liegt in der komplizierten mechanischen Übertragung zwischen Einstellung und Ausführung der Amplitudenänderung, welche Ungenauigkeiten erzeugt.
Im US-Patent 4 277 915 ist eine Formenschleifmaschine mit mindestens zwei Exzenterantrieben für die kreisende Bewegung des Werkstückes relativ zum Werkzeug beschrieben.
Der gewünschte Betrag der Exzentrizität für jeden Exzenterantrieb kann nur bei stillstehender Maschine, nach Lösen mehrerer Verbindungsschrauben und nach Anbringung einer Exzentrizität-Einstelleinrichtung geändert werden.
Nachteilig ist hierbei, dass der eingestellte Betrag der Exzentrizität bei jedem Exzenterantrieb sich ungewollt verändern kann, wenn an jedem Exzenterantrieb die Verbindungsschrauben wieder angezogen werden. Exzenterantriebe mit ungleichen Beträgen der Exzentrizität üben deformierende oder zerstörende Kräfte auf Maschinentisch, Werkstück und auf sich selber aus, wenn sie in Drehbewegungen versetzt werden.
Die bekannte Herstellungsweise durch Formenschleif Maschinen hat also folgende Nachteile: - Die Exzentrizität der relativen Bewegung kann nicht während des Schleifvorgangs geändert werden. Zu diesem Zweck muss die Maschine stillgesetzt werden.
- Der Anpressdruck, mit dem das Werkzeug während des Schleifens an das Elektrodenwerkstück angepresst wird, muss den sich ändernden Schleifzuständen angepasst werden. Die Schleifzustände ändern sich je nach der Grösse, der in Eingriff stehenden Schleiffläche des Werkzeugs und des Werkstücks. Besonders bei komplizierten dreidimensionalen Raumformen ändert sich die Grösse der in Eingriff stehenden Schleifflächen oder deren Winkel innerhalb kurzer Zeit.
Eine solche Anpassung des Anpressdrucks an die Schleifverhältnisse und an die Bruchfestigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks ist bei der bekannten Herstellungweise nicht möglich. Daher besteht die Gefahr, dass der Anpressdruck zu gewissen Zeiten entweder zu hoch oder zu niedrig ist. Dies bedeutet entweder mangelhafte Flächenteile oder Beschädigungen am Werkstück bzw. Werkzeug oder eine zu lange Schleifzeit. In beiden Fällen werden die Herstellungskosten unnötig erhöht.
- Zur besseren Spülung des Schleifspaltes wird das Werkzeug in Intervallen vom Werkstück zurückgezogen und nach einer kurzen Zeit wieder zum Werkstück vorgeschoben.
Die Spülflüssigkeit transportiert das abgetragene Material aus dem Spalt. Die Geschwindigkeit für das kurzzeitige Zurückziehen und Vorfahren ist grösser als die Vorschubgeschwindigkeit während des Schleifens bzw. Feilens. Wenn das Werkzeug immer tiefer in das Werkstück eindringt, wird die Fläche, die am Schleifen bzw. Feilen beteiligt ist, grösser.
Die Flächenform wird komplizierter. In diesen Fällen ist die Geschwindigkeit für das schnelle Zurückziehen und Vorfahren nicht mehr auf den Zustand im Spalt angepasst. Dies kann dann zu Beschädigungen der Fläche des Werkzeuges und Werkstückes führen.
- Das Zurückziehen und Vorfahren des Werkzeuges erfolgt mit teilweise zu grosser Kraft, weil die Kraft nicht auf das Gewicht des Werkzeugs abgestimmt werden kann. Bekanntlich wechselt das Gewicht von Werkzeug zu Werkzeug.
Bei jedem Wechsel der Bewegungsrichtung und bei jedem Beschleunigen und Abbremsen der Bewegung ergeben sich Stösse auf das Werkzeug, welche seine präzise Einstellung zum Werkstück in nicht gewünschter Weise verändern. Das bedeutet eine schlechte Raumform des Werkstücks.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Maschinen zur Herstellung von Elektroden zu beseitigen. Durch eine besondere Vorrichtung kann die Exzentrizität während des Bearbeitens verstellt werden. Die Raumform des fertig bearbeiteten Elektrodenwerkstückes ist in jeder Weise komplementär zur Raumform des Werkzeugs.
Mit einem einzigen Werkzeug können mehrere Werkstücke mit komplizierter Raumform hergestellt werden.
Eine Baugruppe bewerkstelligt in jedem Zeitpunkt des Schleifens folgende Funktionen: - Anpassung der Anpresskraft zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück an die Zustände im Arbeitsspalt. Hierdurch werden Beschädigungen an Werkzeug und Werkstück sowie mangelhalfte Herstellung von Flächen am Werkstück vermieden. Ausserdem wird die Schleifzeit verkürzt. Die Herstellungskosten werden für das Werkstück gesenkt.
- Anpassung der intervallmässigen Abhebe- und Zustellgeschwindigkeit an die Zustände im Spalt und auch an die Menge der zugeführten Spülflüssigkeit. Hierdurch werden die Spülverhältnisse im Spalt verbessert. Das abgeschliffene Material wird sogar bei komplizierten Flächen vollständig aus dem Spalt entfernt.
- Die Übergänge von der normalen Vorschubgeschwindigkeit zur wesentlich grösseren intervallmässigen Abhebeund Zustellgeschwindigkeit und umgekehrt werden sanft gestaltet. Mit anderen Worten ausgedrückt werden der Beschleunigungs- und der Bremsvorgang dynamisch gesteuert.
Hierdurch werden die sogenannten Schaltstösse oder Schläge und die damit verbundenen Geräusche vermieden. Die Maschine wird dadurch geschont, was ihre Lebensdauer ohne Einbusse an Präzision stark verlängert.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung vorgeschlagen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine Maschine gemäss der Erfindung;
Figur 2: die Vorrichtung für die planetäre Bewegung;
Figur 3: ein Teil der Vorrichtung der Figur 2;
Figur 4: die hydraulische Anlage für die Vorschub-, Rückzug- und Intervall-Bewegung;
Figur 5: ein Diagramm der Vorschub- und Intervall Bewegung;
Figuren 6-8: die elektronische Steuerung für die in den Figuren 1, 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungen der Erfindung;
Figur 9: ein Detail der Maschine.
Die Figur 1 zeigt den Hydraulikzylinder 1, in dem der Stössel bzw. die Pinole 3 bewegbar angeordnet ist. Am Stössel 3 ist die Stösselplatte 4 befestigt, die mittels der vier Säulen 8 und den Führungen 6 geführt wird. Von den Säulen sind nur zwei dargestellt. An der Stösselplatte 4 befindet sich eine Konstruktion, an der die Messeinheit 2 befestigt ist.
Diese Messeinheit kann zum Beispiel der Tiefenendschalter sein, der den Arbeitsprozess nach Erreichen der eingestellten Tiefe abstellt. An der unteren Seite der Stösselplatte 4 ist das dreidimensionale Formschleifwerkzeug 5 befestigt. Das Formschleifwerkzeug hat die Raumform, die das Werkstück 9 nach der Bearbeitung haben soll. Das Werkstück oder die Werkstück-Elektrode 9 besteht im vorliegenden Beispiel aus dem Material Graphit und ist in Blockform auf dem Arbeitstisch 10 befestigt. Die Werkstück-Elektrode 9 kann auch aus einem anderen Material, wie z. B. Metalle oder deren Legierungen oder aus isolierendem Material wie z. B. Holz bestehen. Das isolierende Material muss mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen werden.
Wesentlich ist die elektrische Leitfähigkeit des Materials, wenn die fertige Elektrode 9 für die elektroerosive bzw. elektrochemische Bearbeitung verwendet werden soll. Der Arbeitstisch 10 ist mit zwei Exzenterantrieben 11 verbunden, die den Arbeitstisch und das Werkstück 9 in die planetäre bzw. orbitale oder kreisende Bewegung bringen. Die Bewegung findet in den X- und Y Koordinaten statt. Der Exzenterantrieb wird später im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher beschrieben.
Das Bedienpult 7 enthält eine grössere Anzahl von Bedienungsorganen. Die Bedienungsperson kann mit diesen Organen die elektronische NC-Steuerung 12, die Hydraulikanlage 13, das Spül- und Filter-Aggregat 14 und die Antriebsmotoren, die im Masehinenuntergestell 15 angeordnet sind, betätigen oder ausschalten. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bedienungsperson nur in ganz seltenen Fällen in den Ablauf des Arbeitsprozesses eingreift. Normalerweise erfolgt die Bearbeitung vollautomatisch, was später noch näher beschrieben wird. Der Arbeitsprozess beginnt damit, dass die elektronische NC-Steuerung 12 über die Hydraulikanlage 13 die Stösselplatte 4 mit dem Formschleifwerkzeug 5 in Richtung Werkstück 9 absenkt. Gleichzeitig werden die beiden Exzenter-Antriebe 11 von der NC-Steuerung 12 in Betrieb gesetzt.
Sie treiben den Arbeitstisch 10 und das Werkstück 9 in eine kreisende Bewegung. Der Betrag der Exzentrizität wird von der NC-Steuerung bestimmt. Dies wird später näher erläutert. Das Werkstück erhält durch diese Bewegung zum Formschleifwerkzeug 5 die gewünschte Raumform. Im Laufe der Bearbeitung bewegt sich das Werkzeug 5 mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit immer mehr in das Werkstück 9 hinein. Ein Schleifmittel sorgt für den richtigen Schleifvorgang. Das Schleifmittel kann in der Fläche des Werkzeugs 5 eingearbeitet sein oder im Spalt 46 zwischen Werkstück und Werkzeug angeordnet sein. Das Schleifmittel kann in der Fläche des Werkzeugs 5 eingearbeitet sein oder im Spalt zwischen Werkstück und Werkzeug angeordnet sein. Das Schleifmittel kann auch mit der Spülflüssigkeit in den Spalt transportiert werden.
Die Spülflüssigkeit wird während des gesamten Arbeitsprozesses im Aggregat 14 aufbereitet und über Schläuche an den Arbeitstisch 10 transportiert. Das Werkstück 9, das vor dem Schleifprozess mit mindestens einem, aber vorzugsweise mit einer Vielzahl von Spülkanälen versehen wurde, ist so am Arbeitstisch 10 befestigt, dass die vom Filter- und Spül-Aggregat 14 gelieferte Spülflüssigkeit in den Spalt gelangt. Wahlweise können Werkzeug 5 undloder Werkstück 9 mit Spülkanälen versehen werden.
In der Figur 1 ist die Raumform des Werkzeugs 5 sehr einfach dargestellt. Dies soll nur zur allgemeinen Illustration dienen. In Wirklichkeit sind die Flächen bzw. ist die Raumform wesentlich komplizierter.
Während des Schleifvorganges besteht die Notwendigkeit, dass das Material, das abgeschliffen worden ist, entfernt werden muss, da es den Schleifvorgang nur behindert.
Zur Entfernung dieses Materials wird in bestimmten zeitlichen Abschnitten bzw. Intervallen die Stösselplatte 4 mit dem Werkzeug 5 abgehoben. Die Spülflüssigkeit entfernt nun das abgeschliffene Material. Nach kurzer Zeit bewegt sich die Stösselplatte 4 mit dem Werkzeug 5 in Richtung Werkstück 9 und bearbeitet es mit der normalen Vorschubgeschwindigkeit weiter. Da die Abhebe- und Zustell-Bewegung eine viel grössere Geschwindigkeit hat als die normale Vorschub-Bewegung, werden besondere Vorkehrungen getroffen, das der Beschleunigungsvorgang und der Abbremsvorgang nicht abrupt stattfinden sondern dynamisch gesteuert werden. Dies wird später im Zusammenhang mit der Figur 5 näher erklärt. Ferner muss dafür Sorge getragen werden, dass die Geschwindigkeit der Abhebe- und Zustell Bewegung des Werkzeugs 5 so gewählt wird, dass das abgeschliffene Material vorzugsweise vollkommen entfernt wird.
Dabei darf aber keine Beschädigung am Werkstück 9 entstehen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem Material Graphit besteht. Im Folgenden sei diese Problematik an zwei Biespielen kurz erläutert. Zuerst sei angenommen, dass das Formschleifwerkzeug 5 noch nicht tief in das Werkstück eingedrungen sei. Die Abhebe-Bewegung bewirkt, dass das abgeschliffene Material zusammen mit der Spülflüssig keit aufgewirbelt und entfernt wird. Das Werkzeug 5 wird anschliessend mit der hohen Zustell-Geschwindigkeit zum Werkstück 9 bewegt. Wenn die Fläche vom Werkzeug und Werkstück sehr nahe sind, baut sich plötzlich ein hoher Druck der Spülflüssigkeit auf, der irgendwelche Reste von abgeschliffenem Material entfernt. Als zweites Beispiel sei angenommen, dass das Werkzeug 5 schon sehr tief in das Werkstück 9 eingedrungen sei.
Bei der Intervall-Abhebe Bewegung muss nun Sorge getragen werden, dass die Geschwindigkeit so ist, damit die komplizierten Flächen nicht beschädigt werden und dennoch das abgeschliffene Material entfernt wird. In der Praxis ist dies mit der Abhebebewegung allein nicht möglich. Daher wird die anschliessende Zustellbewegung des Werkzeugs 5 in Richtung Werkstück 9 dazu benutzt, den restlichen Teil des abgeschliffenen Materials vollkommen zu entfernen. Dies kann z. B. dadurch bewerkstelligt werden, dass mit einer erhöhten Geschwindigkeit zugestellt wird. Der Druck baut sich sehr schnell in der Spülflüssigkeit auf. Im Gegensatz hierzu kann auch mit einer geringeren Geschwindigkeit zugestellt werden. Dann baut sich der Druck nicht so schnell in der Spülflüssigkeit auf.
Die Wahl der Geschwindigkeit der Zustell-Bewegung des Werkzeugs 5 ist abhängig von der Kompliziertheit und Verletzlichkeit der dreidimensionalen Flächen. Dies wird durch die NC-Steuerung 12 bewerkstelligt.
Während des gesamten Schleifvorganges kann die Notwendigkeit eintreten, dass die Exzentrizität der planetären Bewegung des Werkstücks 9 in den X- und Y-Koordinaten geändert werden muss. Dies erfolgt durch die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele.
Wenn gemäss Figur 1 das Formschleifwerkzeug 5 genügend tief in das Graphit-Werkstück 9 eingedrungen ist, so stellt das Tiefenendmass 2, das mit einem Gegenkontakt in Berührung kommt, den gesamten Arbeitsprozess ab.
Abschliessend sei noch erwähnt, dass die Kraft, mit der das Werkzeug 5 gegen das Werkstück 9 gedrückt wird, den Verhältnissen im Schleifspalt 46 angepasst wird.
Bekanntlich ändern sich mit Fortschreiten des Schleifens die Verhältnisse im Spalt. Dies hängt damit zusammen, dass die Grösse der in Eingriff stehenden Flächen sich ändert. Damit der gesamte Schleifprozess innerhalb einer vernünftigen Zeit durchgeführt werden kann, muss die Anpresskraft angepasst werden. Dies geschieht auf zweier lei Weisen. Die NC-Steuerung 12 wird nach dem Tiefenmass (Z-Achse) oder nach der Zeit bzw. Geschwindigkeit programmiert. In der Nähe des Arbeitstisches 10 ist ein Sensor installiert, der z.B. auf die Durchflussmenge der Spülflüssigkeit zwischen dem Spül- und Filter-Aggregat 14 und dem Arbeitstisch 10 anspricht. Dieser Sensor beeinflusst entsprechend den Änderungen der Durchflussmenge die NC-Steuerung 12. Der Sensor muss nicht immer vorhanden sein.
Im Folgenden sei angenommen, dass nur das Programm auf Tiefenmass oder Arbeitszeit die Anpassung der Anpresskraft zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 vornimmt. Die herstellende Raumform ist bekannt. Daher weiss man auch die ungefähre Grösse der in Eingriff stehenden Flächen in Abhängigkeit der Tiefe (Z-Achse) oder der Bearbeitungszeit bei einer bestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeit. Entsprechend der voraus berechneten Änderung der in Eingriff stehenden Flächengrösse kann die Anpresskraft geändert werden. Wenn der Sensor noch zusätzlich oder allein benutzt wird, kann der NC-Steuerung 12 mitgeteilt werden, dass die vorgeschriebene Tiefe in der gewünschten Zeit oder die gewünschte Tiefe in der vorgegebenen Zeit nicht erreicht wurde. Die NC-Steuerung 12 kann in diesem Fall die Anpresskraft erhöhen und den Schleifprozess beschleunigen.
Hierbei muss aber die Kompliziertheit und Verletzlichkeit der Flä ehe berücksichtigt werden. Daher empfiehlt es sich, einen oberen Grenzwert der Anpresskraft festzulegen. Dies kann z. B. in der NC-Steuerung 12 für jede Grösse der in Eingriff stehenden Flächen programmiert werden.
Die Figur 2 zeigt im Schnitt einen der beiden Exzenterantriebe 11. Es handelt sich hier um den linken Antrieb der Figur 1. Da beide Antriebe identisch sind wird im Folgenden nur dieser linke Antrieb erklärt. Der Antrieb besteht aus dem Gehäuse 16, in welchem über die Lager 17 eine Hülse 18 drehbar um ihre Achse 19 gelagert ist. Das Gehäuse 16 des Exzenterantriebs ist am Träger 49 befestigt. Am gleichen Träger ist auch der rechte Exzenterantrieb angebracht. Jeder Exzenterantrieb hat die gleiche Länge, die z. B. 30 cm beträgt. Die Hülse 18 wird durch einen nicht gezeichneten Elektromotor, der sich im Maschinenuntergestell 15 befindet, in Drehbewegung versetzt. Dies erfolgt über den An triebsriemen 20 und Treibrad 21. Der Antriebsriemen 20 kann vorzugsweise ein Gummiriemen mit Innenzähnen oder eine Kette sein.
Das Antriebsrad 21 hat entsprechende Vertiefungen oder Zähne. Die Geschwindigkeit des Antriebsmotors kann je nach den gewünschten Verhältnissen geändert werden. Dies stellt entweder die Bedienungsperson am Bedienpult 7 oder die NC-Steuerung 12 ein. In der Hülse 18 ist die Welle 22 drehbar gelagert. Die Figur 2 zeigt die Anordnung der Welle 22 ausserhalb der Drehachse 19 der Hülse 18. Die Drehachse 23 der Welle 22 ist einige Millimeter nach links von der Drehachse 19 der Hülse 18 versetzt. Die Welle 22 ist an ihrem oberen Ende zu einem Flansch 24 ausgebildet. Der Flansch 24 steht mit der Hülse 18 über eine Verzahnung 25 in Verbindung. Diese Verzahnung ist in der Figur 3 detailliert dargestellt. Sie besteht aus dem oberen Zahnkranz 26, der am Flansch 24 befestigt ist, und aus dem unteren Zahnkranz 27, der an der Hülse 18 befestigt ist.
Beide Zahnkränze greifen ineinander und können voneinander getrennt werden. Der Flansch 24 hat auf der dem Arbeitstisch 10 zugewandten Seite einen Kurbeltrieb 29. Wie Figur 2 zeigt ist der Kurbeltrieb nicht mittig in der Achse 23 seiner Welle 22 angeordnet. Der Kurbeltrieb 29 ist durch entsprechende relative Drehung der Welle 22 zur Hülse 18 so gezeichnet, dass die Exzentrizität gleich Null ist. Im Folgenden wird dies noch näher erklärt werden. Wenn nun der Haupt-Antriebsmotor den Antrieb 20, 21 in Drehbewegung versetzt, dreht sich die Hülse 18, die über die Verzahnung 25 die Welle 22 mitnimmt. Da der Kurbeltrieb 29 keine Exzentrizität hat, bewegt der Arbeitstisch 10 sich nicht in eine kreisende oder orbitale bzw. planetäre Bewegung.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der rechte Exzenterantrieb 11, identisch ist, vom gleichen Haupt-Antriebsmotor angetrieben wird und die gleiche Exzentrizität gleich Null hat.
Der Antrieb erfolgt vorzugsweise über den gleichen Antriebsriemen 20.
Im Folgenden wird die Einstellung einer gewünschten Exzentrizität beschrieben. Dies wird mit dem unteren Teil der Figur 2 bewerkstelligt. Die Kupplung 31 muss zu diesem Zweck in den Mitnehmer 32 eingekuppelt werden. Dieses Einkuppeln erfolgt in der Weise, dass der Hubzylinder 34, der in der Trägerkonstruktion 35 befestigt ist, seine Pinole 3 gegen den Anschlag des Verstellantriebsrad 37 drückt. Die Welle 38, die in Hülse 39 drehbar und verschiebbar angeordnet ist und das Rad 37 des Verstellantriebs mit der Kupplung 31 verbindet, wird durch die Pinole 36 nach oben verschoben, sodass das Rad 37 mit dem Mitnehmer 32 eingekuppelt ist. Die Hülse 39 ist in einem Träger 33 befestigt.
Der Träger 33 und die Trägerkonstruktion 35 sind genau wie der Träger 49 feste Bestandteile des Masehinenuntergestells 15. Der obere Teil des Mitnehmers 32 enthält eine Ausnehmung mit einem Innen-Zahnkranz 40. Der untere Teil der Welle 22 ist zu einem Flansch ausgebildet. Dieser Flansch trägt auf seiner Seitenwand einen Aussen-Zahnkranz 41, der mit dem Innen-Zahnkranz 40 in Eingriff steht. Die Pinole 36 bewegt den fest eingekuppelten Mitnehmer 32 bis zum Anschlag 42 nach oben. Die Welle 22 wird gegen die Kraft der Feder 43 nach oben verschoben. Durch dieses Verschieben werden die Zahnkränze 26, 27 der Verzahnung 25 voneinander getrennt, sodass zwischen der Hülse 18 und der Welle 22 keine starre Verbindung mehr besteht. Nun kann die gewünschte Exzentrizität eingestellt werden. Ein nicht gezeichneter Elektromotor z. B.
Schrittmotor, der auch im Maschinenuntergestell 15 vorgesehen ist, treibt über den Riemen 45, der mit beiden Exzenterantrieben 11 verbunden ist, die An triebsräder 37 an. Die Welle 22 dreht sich relativ zur Hülse 18, über die Zahnkränze 40, 41, Mitnehmer 32, Kupplung 31, Welle 38 und Antriebsrad 37. Der Verstellantrieb 37 und 45 ist nur solange im Betrieb bis die gewünschte Exzentrizität durch Drehung des Kurbelzapfens 29 am Arbeitstisch 10 eingestellt ist. Hierzu wird eine Zeit benötigt, die zwischen 1-5 Sekunden liegt. Anschliessend fährt die Pinole 3 in ihre Ausgangsposition zurück. Der Verstellantrieb 37, 45 und die Kupplung 31 folgen dieser Bewegung. Die Welle 22 bewegt sich unter der Kraft der Feder 43 in ihre Anfangsposition und rastet über die Verzahnung 25 mit der Hülse 18 ein.
Der beschriebene Vorgang der Verstellung der Exzentrizität der beiden Exzenterantriebe 11 wird entweder vom Bedienpult 7 durch die Bedienungsperson oder von der NC-Steuerung 12 durch ein Programm gesteuert. Der Betrag der eingestellten Exzentrizität wird durch einen Sensor 50 erfasst, der am oberen Zahnkranz 26 der Verzahnung 25 angeordnet ist (Figur 3). An Stelle des Sensors 50 kann auch ein Schrittmotor verwendet werden, der als Antriebsmotor zum Einstellen der Exzentrizität benutzt wird. Dieser Betrag wird auf ein Anzeigegerät im Bedienpult 7 oder in die NC-Steuerung 12 gegeben. Der Hauptantrieb 20, 21 wird wieder gestartet. Der Arbeitstisch 10 führt nun die planetäre Bewegung mit der eingestellten Exzentrizität aus.
Wenn die herzustellende Raumform am Werkstück 9 weitere Verstellungen der Exzentrizität verlangt, kann dies ohne weiteres so durchgeführt werden wie es beschrieben wurde.
Da bei der planetären Bewegung des Arbeitstisches 10 oft grosse Massen (Gewichte) bewegt werden, besteht die Forderung zu einem Massenausgleich. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass unter dem Arbeitstisch 10 mindestens ein dritter Exzenterantrieb angeordnet ist, dessen Kurbeltrieb 29 Gegengewichte in planetäre Bewegungen versetzt. Der dritte Exzenterantrieb ist mit den beiden beschriebenen Antrieben 11 identisch. Der Hauptantrieb 20, 21, der für die Drehbewegung der Hülse 18 verantwortlich ist, und der Verstellantrieb 37, 45, der für Einstellung der Exzentrizität verantwortlich ist, sind identisch. Der dritte Exzenterantrieb wird auch von den gleichen Motoren angetrieben. Der einzige Unterschied des dritten Exzenterantriebes besteht darin, dass der Hauptantrieb 20, 21 und der Verstellantrieb 37, 45 in umgekehrter Richtung bewegt werden.
Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die Treibräder 21 und 37 in umgekehrter Weise an die Riemen bzw. Ketten 20, 45 angelegt werden. Wesentlich ist, dass der dritte Exzenterantrieb die Gegengewichte in umgekehrter Richtung zur planetären Bewegung des Arbeitstisches 10 bewegt. In einigen Fällen können die Gewichte bzw. Massen des Arbeitstisches 10 wesentlich grösser sein als die Gegengewichte. Dann wird mit dem dritten Exzenterantrieb eine grössere Exzentrizität für die kleineren Gegengewichte eingestellt als für den Arbeitstisch 10 mit den beiden Exzenterantrieben 11. Zum Beispiel stellt man mit dem dritten Exzenterantrieb ein um den Faktor 10 grösseren Radius ein. Der dritte Exzenterantrieb wird selbstverständlich auch vom Bedienpult 7 oder von der NC-Steuerung 12 gesteuert.
Die Figur 3 zeigt die Verzahnung 25. Der obere Zahnkranz 26, der an der unteren Seite des Flansches 24 angebracht ist, und der untere Zahnkranz 27, der auf der Hülse 18 angebracht ist, sind normalerweise miteinander im Eingriff. Nur während der Verstellung der Exzentrizktät sind die beiden Zahnkränze getrennt. Im vorliegenden Beispiel hat jeder Zahnkranz 180 Zähne. Dies bedeutet eine Winkelverdrehung von 20 pro Zahn. Dies entspricht einer durchschnittlichen Exzentrizitätsverstellung von 0,1 mm. Selbstverständlich können diese Werte durch entsprechende konstruktive Massnahmen verkleinert oder vergrössert werden.
Der obere Zahnkranz 26 trägt eine Scheibe 28 mit Strichmarken 29. Die Scheibe 28 kann auch am Aussenrand des Flansches 24 befestigt sein. Bei der Verstellung der Exzentrizität macht diese Scheibe die Drehung des Flansches 24 mit.
Ein Sensor 50 tastet die an ihm vorbeilaufenden Strichmarken 29 ab und gibt die entsprechenden elektrischen Signale über die Leitungen 51 auf das Anzeigegerät im Bedienpult 7 oder in die NC-Steuerung 12. Die Strichmarken 29 können optisch abgetastet werden. Dann besteht die Scheibe aus Glasmaterial mit schwarzen Strichen 29. Der Sensor 50 hat zwei Lichtschranken, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Hierdurch werden sowohl die Richtung als auch der Betrag der Exzenter-Verstellung detektiert. Die entsprechenden elektrischen Signale sind auf den Leitungen 51 entweder in analoger oder digitaler Form vorhanden. Bei magnetischer Abtastung der Marke 29 besteht die Scheibe 28 aus magnetisch nicht leitendem Material.
Der Sensor 50 hat zwei magnetische Abtastvorrichtungen, die die Richtung und den Betrag der Exzenter-Verstellung als Signale auf den Leitungen 51 bekannt geben. Mit einem anderen Sensor kann die Abtastung auch mechanisch oder elektrisch erfolgen. Solche Sensoren sind bekannt, sodass nicht näher darauf eingegangen wird.
Abschliessend wird erwähnt, dass die planetäre Bewegung nicht nur mit dem Beispiel der Figur 2 sondern auch mit einem Kreuztisch erzeugt werden kann. Bekanntlich muss der eine Tisch Sinus-Bewegungen und der andere Tisch Cosinus-Bewegungen ausführen. Die Überlagerung beider Bewegungen ergibt die planetäre Bewegung.
Die Figur 4 zeigt die hydraulische Anlage 13, mit der die Vorschub-Bewegung des Schleifwerkzeugs 5 und seine in bestimmten Zeiten stattfindende Abhebe- und Zustell-Bewegung bewerkstelligt werden. Das 4/3-Wegeventil 55 ist über Leitung 52 mit der Pumpe 56 verbunden, die das für die Hydraulikanlage benötigte Druckmedium, z. B. Ö1, liefert und gemäss den Vorschubverhältnissen unterschiedliche Fördermengen liefern kann. Vorschubgeschwindigkeit und Fördermenge der Pumpe stehen je nach Vorwahl von 55 in einem festen Verhältnis. Die Rückflussleitung 53 des Ventils 55 ist mit dem Reservoir 57 verbunden, aus dem die Pumpe 56 ihr Öl bezieht. Das Ventil 55 enthält die beiden Elektromagnete 58, 59, die von der NC-Steuerung 12 über Leitungen 121, 125 betätigt werden. An beiden Enden des Ventils 55 ist ein Symbol für die Ventilfedern (Rückstellfedern) gezeichnet.
Hinter dem 3/WegevenÜ.l 55 liegt ein Proportionalventil 60, das nahe beim Arbeitszylinder 1 der Formschleifmaschine angeordnet ist. Auf kurze Verbindungsleitungen 63, 64 zum Arbeitszylinder 1 ist grosser Wert gelegt.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Figur 4 sei nun angenommen, dass das Werkzeug 5, das bekanntlich an der Stösselplatte 4 der Pinole 3 befestigt ist, in Richtung Werkstück 9 und Arbeitstisch 10 bewegt werden soll. Es handelt sich um die Vorschubbewegung und die schnelle Zustellbewegung. Für den Vorschub abwärts wird Magnet 58 am Ventil 55 angewählt; die Schnellzustellung wird ohne Vorwahl an Ventil 55 nur mit Signal 123 gesteuert und Freigabe 124 abgesichert. Die anderen Bewegungen werden später diskutiert. Für die Vorschubbewegung betätigt die NC-Steuerung 12 den Elektromagneten 58, so dass das Ventil 55 die Leitung 52 von der Pumpe 56 mit der Leitung 61 zum Proportionalventil 60 und die Rückleitung 62 vom Proportionalventil mit der Druckleitung 61 verbindet.
Die NC-Steuerung 12 beeinflusst über Leitung 123, Komparator 76, Verstärker 77, Schalter 78 des Proportionalreglers 75 den Elektromagneten 65 des Proportionalventils 60 so, dass die Druckleitungen 61, 64 miteinander verbunden sind. Das Druckmedium, z. B. Öl, gelangt nun von der Förderpumpe 56 über die Druckleitungen 52, 61, 64 in den oberen Raum des Arbeitszylinders 1, so dass sich der Kolben 111 der Pinole 3 nach unten bewegt. Hierdurch fliesst das Öl aus dem unteren Raum des Arbeitszylinders 1 über die Rückflussleitungen 63, 62. Die Kolbenfläche des unteren Raums ist wesentlich kleiner als die des oberen Raums. Im Ventil 55 wird das rückfliessende Öl wieder in die Druckleitung 61 eingeführt.
Dies geschieht aus dem Grund, damit die Förderpumpe 56 eine geringere Ölmenge fördern muss. In der Rückflussleitung 63 befindet sich ein Sperrventil 67, das den Ölfluss aus dem unteren Raum des Arbeitszylinders 1 sperrt. Im vorliegenden Fall kann das Öl nur über die Drossel 66 fliessen, die einen so hohen Druck aufbaut, dass der Stössel 3 und der Kolben 111 mit einer sehr kleinen Geschwindigkeit das Werkzeug 5 zum Werkstück 9 bewegt. Soll diese Geschwindigkeit vergrössert werden, so geschieht dies über Ventil 68, welches nach Überschreiten eines bestimmten Druckes öffnet und dadurch einen Bypass zur Drossel 66 bildet. Die Figur 4 zeigt in der Nähe des Werkzeugs 5 und Arbeitstisch 10 mit Werkstück 9 zwei Boxen 70, 71. Sie sollen symbolisch Messgeräte darstellen.
Das Messgerät 70 soll ein Kraftmesser sein, der die Anpresskraft F zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 9 misst und ein Spannungssignal U (analog oder digital) über Leitung 73 in die NC-Steuerung 12 gibt. Das Messgerät 71 soll ein Wegmesser sein, der den Weg S misst, den das Werkzeug 5 in der Z-Koordinate zurücklegt. Der Wegmesser 71 erzeugt elektrische Impulse, die über Leitung 72 in die NC-Steuerung 12 gegeben werden.
Diese Impulse enthalten die Information über die Richtung der Bewegungen und die momentane Stellung des Werkzeugs. Der Weg S kann z. B. durch das Messgerät 2 der Figur 1 detektiert werden. Die beiden Messgeräte 70, 71 haben ihre Sensoren an den für sie günstigsten Orten angeordnet.
Der in der Figur 4 dargestellte Proportionalregler 75 enthält einen Komparator 76, der die SOLLwert-Signale für Vorschubgeschwindigkeit (NC-Steuerung 12, Leitung 123) mit den IST-wert-Signalen des Messorgans 69 vergleicht.
Das Messorgan 69 detektiert die wirkliche Stellung des Steu erschiebers im Proportionalventil 60. Bei einer Differenz zwischen den beiden elektrischen Signalen erzeugt der Komparator 76 ein elektrisches Differenzsignal, das über den Verstärker 77 mit einstellbarem Verstärkungsgrad, Schalter 78 zum Elektromagneten 65 gegeben wird und den Steuerschieber im Proportionalventil 60 solange bewegt bis die gewünschte Ventilstellung, die in der NC-Steuerung 12 programmiert ist, eingestellt ist. Der Proportionalregler 75 macht den Steuerschieber des Ventils 40 unempfindlich gegen statische und dynamische Störkräfte, so dass die Anpressung zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 sehr genau nach den in der NC-Steuerung 12 programmierten Werten gesteuert wird. Die NC-Steuerung 12 verarbeitet auch die ISTwert-Signale der Messgeräte 70, 71.
Die Anpassung erfolgt in jedem Augenblick der Vorschubbewegung, der intervallmässigen Zustell-Rückzugbewegung und während der dynamisch gesteuerten Übergänge zwischen den einzelnen Bewegungstypen. Ferner erfolgt die Anpassung, wenn während des Schleifvorganges die in Eingriff stehenden Flächen zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 grösser werden. Die Anpassungsvorgänge werden später im Zusammenhang mit den Figuren 6. 7 8 näher beschrieben. Der Proportionalreg ler 75 ist nur dann in Betrieb, wenn ein sogenanntes Freigabe (enable) Signal zusätzlich auf der Leitung 124 vorhanden ist. Durch diese Massnahme wird sichergestellt, dass der Kolben 111 keine ungewollten Bewegungen im Arbeitszylinder 1 macht. Wenn kein Freigabesignal vorhanden ist, befindet sich der Schalter 78 in der gezeichneten Ruhestellung.
Der Proportionalregler 75 ist nun nicht in Betrieb. Der Steuerschieber des Proportionalventils 60 wird durch die Rück stelifeder. deren Symbol oberhalb des Ventils in der Figur 4 gezeichnet ist, zurückgestellt, sodass der Kolben 111 keine Bewegungen ausführen kann.
Die Figur 4 zeigt zwischen der Druckleitung 52 der Pumpe 56 und der Rückflussleitung 53 zum Reservoir 57 ein zweites Proportionalventil 54, das über Leitung 122 von der NC-Steuerung 12 elektrisch angesteuert wird. Mit diesem Proportionalventil kann der Maximaldruck für die gesamte Hydraulikanlage geändert werden. Druckerniedrigung erfolgt durch Vermindern der Federvorspannung 54, so dass ein Teil des Öls aus der Druckleitung 52 in die Rückflussleitung 53 fliesst. Ein höherer Druck der Pumpe 56 wird erreicht durch Erhöhen der Federvorspannung über den Magnet am Ventil 54. Die NC-Steuerung 12 bestimmt über Leitung 122 den Betrag der Druckänderung. Die NC-Steuerung 12 wird über den Datenbus 120 mit dem Programm über die Schleifarbeit einschliesslich den verschiedenen Bewegungstypen zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 versorgt. Wenn z.
B. innerhalb einer vorgegebenen Zeit t2 der vorgegebene Schleifweg Z2 (Fig. 5) nicht erreicht wurde, wird der Druck in bestimmter Weise erhöht, sodass der Schleifprozess beschleunigt wird. Die Beschleunigung wird jedoch unter Berücksichtigung der Verletzlichkeit der Materialien von Werkzeug 5 und Werkstück 9 eingestellt. Der Druck wird durch das Proportionalventil 54 erniedrigt, wenn das Werkzeug 5 den vorgegebenen Schleifweg Z2 schneller als in der vorbestimmten Zeit t2 zurückgelegt hat.
Wenn nun im Programm, das der NC-Steuerung 12 über den Datenbus 120 eingegeben worden ist, eine Entfernung des Werkzeugs 5 vom Werkstück 9 vorgesehen ist, so wird das 4/3-Wegeventil 55 über Leitung 125 angesteuert. Der Elektromagnet 59 bewegt den Steuerschieber im Ventil 55 so, dass die Druckleitung 52 der Förderpumpe 56 mit der Leitung 62 verbunden wird. Die Leitung 61 wird mit der Rückleitung 53 verbunden, die zum Reservoir 57 führt. Ferner werden über Leitung 123 der Proportionalregler 75 und das Proportionalventil 60 angesteuert. Der Elektromagnet 65 bewegt den Steuerschieber im Ventil 60 so, dass die Förderpumpe 56 über Druckleitungen 52, 62, 63, Ventil 67, das in der Durchflussrichtung kein Sperrventil ist, Öl in den unteren Raum des Zylinders 1 pumpt. Aus dem oberen Raum des Zylinders 1 gelangt das Ol über Leitungen 64, 61, 53 in das Reservoir 57.
Das Werkzeug 5 bewegt sich nun mit kleiner Geschwindigkeit vom Werkstück 9 fort.
Anhand der Figur 4 wurden bisher die Bewegungen des Werkzeugs 5 besprochen, die mit geringer Geschwindigkeit vom oder zum Werkstück 9 durchgeführt werden.
Nun müssen auch intervallmässige Bewegungen mit sehr viel höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden, die in bestimmten Zeiten, z. B. zwischen 1 Sekunde und 120 Sekunden liegen können. Diese intervallmässigen Bewegungen bestehen aus einem schnellen Abheben des Werkzeugs 5 vom Werkstück 9 und einem schnellen Zustellen des Werkzeugs 5 zum Werkstück 9. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die schnelle Abhebe- und Zustell-Bewegung nicht plötzlich auftreten darf, da sonst Flächenteile des Werkstücks 9 beschädigt werden können. Dieser Nachteil der bekannten Anlagen ist dadurch zu erklären, dass z. B. bei einer schnellen Abhebebewegung des Werkzeugs 5 vom Werkstück 9 ein Vakuum im Spalt gebildet wird, da die Spülflüssigkeit aus dem Spülaggregat 14 nicht schnell genug nachfliessen kann.
Ein solches Vakuum führt dazu, dass der Kolben 111 und Stössel 3 im Arbeitszylinder 1 mit grosser Kraft nach oben bewegt werden müssen, was Beschädigungen an den Flächen hervorruft. Ausserdem erzeugen solche plötzlichen Änderungen der Bewegungsabläufe dynamische Störungen wie z. B. starke Schläge und Stösse im gesamten System. Dies kann die hohe Präzision der einjustierten Konstruktionsteile verschlechtern. Das Gleiche gilt auch, wenn das Werkzeug 5 mit grosser Geschwindigkeit zum Werkstück 9 bewegt wird und plötzlich stehen bleibt. Hier baut sich plötzlich ein hoher Druck auf, da die Spülflüssigkeit in dem sich verengenden Spalt sehr schnell komprimiert wird und das Spülaggregat 14 nicht in der Lage ist, Gegenmassnahmen einzuleiten wie z. B. schnelleres Absaugen und Verringerung der Menge der Spülflüssigkeit. Auch in diesem Fall ergeben sich starke Schläge und Stösse im System.
Da die intervallmässigen Bewegungen zum Entfernen des abgeschliffenen Materials aus dem Schleifspalt 46 unumgänglich notwendig sind, vermeidet die Erfindung die genannten Nachteile der unerwünschten Schläge und Stösse.
Schläge und Stösse werden durch das Ausführungsbeispiel der Figur 4 vermieden. Die nachteiligen, plötzlichen Druck änderungen der Spülflüssigkeit werden durch ein Ausgleichgefäss 170 eleminiert, das gemäss Figur 9 in der Flüssigkeitsleitung 171 zwischen dem Spülaggregat 14 und dem Werkzeug 5 bzw. Werkstück 9 angeordnet ist. Die Spülflüssigkeit steht in der Leitung 170 unter Druck, der durch die Förderpumpe im Spülaggregat 14 erzeugt wird. Das Ausgleichgefäss 170 ist in der Mitte durch eine elastische Membrane 172 in die beiden Räume 173, 174 unterteilt. Der obere Raum 173 enthält Luft und ist abgedichtet. In den unteren Raum 174 gelangt die Spülflüssigkeit. Bei plötzlicher Druckerhöhung im Schleifspalt 46, die durch schnelles Bewegen des Werkzeuges 5 zum Werkstück 9 entsteht, weicht die Spülflüssigkeit in den unteren Raum 174 des Ausgleichgefässes 170 aus.
Hierdurch wird die plötzliche Druckerhöhung im Schleifspalt 46 vermieden. Bildet sich im Schleifspalt 46 eine Druckverminderung aus (Werkzeug 5 bewegt sich vom Werkstück 9 fort), so fliesst genügend Spüllflüssigkeit aus dem unter Druck stehenden Raum 174 in den Schleifspalt 46 und zwar zusätzlich zu der von der Pumpe im Aggregat 14 geförderten Spülflüssigkeit. Der Luftdruck im oberen Raum
173 unterstützt diesen Vorgang. Hierdurch wird in diesem Fall eine schädliche Druckverminderung im Schleifspalt 46 vermieden, und die Spülung läuft in kürzerer Zeit und mit grösserer Menge an Spülflüssigkeit ab, sodass die Pumpe und die Leitungen im gesamten Spülkreis kleiner dimensioniert werden können. Das Ausgleichgefäss 170 der Figur 9 funktioniert auch ohne die Membrane 172.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 der Erfindung startet die NC-Steuerung 12 diese schnellen Intervall-Bewegungen über die Leitungen 121, 122, 123, 125. Die Ventile 54, 55, 60 steuern diese schnellen Bewegungen. Das Proportionalventil 60 ist so konstruiert, dass in Zusammenarbeit mit NC-Steuerung 12 die Übergänge zwischen den intervallmässigen Bewegungen (grosse Geschwindigkeit) und den Vorschub- und Rückzugsbewegungen (kleine Geschwindigkeit) sanft gestaltet werden. Die Hydraulikanlage ist also in der Lage, die sehr grossen Unterschiede der Geschwindigkeitsänderungen auf ein vernünftiges Mass zu reduzieren.
Hierdurch wird die Arbeitsgenauigkeit der Maschine erhöht.
Anhand der Figur 5 soll nun der Bewegungsablauf des Werkzeuges 5 unter Berücksichtigung der erfindungsgemässen hydraulischen Anlage der Figur 4 näher erklärt werden.
Auf der Abszisse der Figur 5 sind die zeit t und auf der Ordi nate der Weg Z aufgetragen. Es sei nun angenommen, dass das Werkzeug 5 mit grosser Geschwindigkeit V1 in Richtung Werkstück 9 bewegt wird. Der Weg, den das Werkzeug 5 bis zum Werkstück 9 zurücklegt, ist mit Zl bezeichnet. Der erste Teil Via der Geschwindigkeit ist der gesteuerte Übergang (Beschleunigen) von der Geschwindigkeit Null zur grossen Zustellgeschwindigkeit V1. Wenn das Werkzeug 5 kurz vor dem Werkstück 9 sich befindet, erfolgt der gesteuerte Übergang (Bremsen) von der grossen Zustellgeschwindigkeit V, zur Geschwindigkeit Null . Dieser Teil ist mit Vlb bezeichnet.
Nach einer kurzen Zeit tl von ca. 0,1 Sekunde (Geschwindigkeit = 0) fährt das Werkzeug 5 mit der kleinen Vorschubgeschwindigkeit V2. In dieser Zeit t2 von ca. 1-30 Sekunden wird das Werkstück 9 geschliffen. Das Werkstück 9 führt die planetäre Bewegung aus. Die planetären Antriebe 11 der Figuren 1 und 2 setzen den Arbeitstisch 10 in Bewegung. Das Werkzeug 5 dringt hierbei um den Weg Z2 in das Werkstück 9 ein. Auch bei der kleinen Vorschubgeschwindigkeit V2 sind die gesteuerten Übergänge V2a (Beschleunigen) und V2b (Bremsen) vorgesehen. Nach einer kurzen Zeit t3 von ca. 0,4 Sekunden wird das Werkzeug 5 mit der grossen Geschwindigkeit V3 vom Werkstück 9 abgehoben. Der hierbei zurückgelegte Weg Z3 ist gleich lang wie der Zustellweg Zl, aber um den Schleifweg Z2 nach unten verschoben.
Die Übergänge V3a (Beschleunigen) und V3b (Bremsen) sind auch hier vorhanden. Das Werkzeug 5 bleibt für eine kurze Zeit t4 von ca. 0,5 Sekunden in der vom Werkstück 9 entferntesten Position (Geschwindigkeit = 0). Dann beginnt der nächste Zyklus. Der in der Figur 5 gezeigte Zyklus dauert eine Zeit, die zwischen 1 bis 60 Sekunden liegt. Die Anlage der Figur 4 sorgt dafür, dass die Geschwindigkeiten Vl, V2, V3 und ihre Übergänge Via, Vib, V2a, V2b, V3a, V3b den augenblicklichen Zuständen im Schleifspalt angepasst werden. Dies gilt besonders für den Fall, wenn das Werzeug 5 sich immer tiefer in das Werkstück 9 einarbeitet, und die in Eingriff stehenden Flächen grösser werden. Die Geschwindigkeiten und ihre Übergänge werden geändert. Die Zeiten tl, t2, t3, t4 können z.
B. so geändert werden, dass die Ruhezeiten entfallen und die Schleifzeit t2 verlängert wird. Die Sehleifzeit t2 kann auch verkürzt werden. Die Dauer eines Zyklusses kann auch länger als 60 Sekunden gemacht werden. So folgt ein Zyklus dem anderen solange, bis die Schleifarbeit beendet ist. Wie später im Zusammenhang mit den Figuren 6, 7, 8 noch näher erläutert wird, können die bei Erreichen der vorgeschriebenen Bearbeitungstiefe im Werkstück 9 (d. h. zum Zeitpunkt der Beendigung der Schleifarbeit) ein oder mehrere Zyklen V3, V1 ohne Vorschubbewegung V2 wiederholt werden. Die Anzahl dieser sogenannten Nachschleif -Zyklen kann entweder fest programmiert oder abhängig von einem minimalen Wert des Anpressdruckes im Schleifspalt gemacht werden. Dies wird durch die NC-Steuerung 12 bewerkstelligt.
Der Vorteil dieser Zyklen liegt darin, dass die Genauigkeit der geschliffenen räumlichen Abmessungen des Werkstücks 9 nach allen Seiten erhöht wird.
Die Figur 6 zeigt die einzelnen Bauteile der NC-Steuerung 12, die in Input-, Zentral-, Output- und Peripherieeinheiten eingeteilt sind. Die Bauteile als solche sind bekannt, so dass deren Funktionsweise nur soweit beschrieben wird, wie es für das Verständnis der Erfindung notwendig ist. Die Input-Einheit 80 enthält den Operation-Interface 83 und den Maschinen-Interface 84. Die Programmeingabe mit Speicher 85 und das Bedienpult 7 sind über den Datenbus 120 mit dem Operation-Interface 83 verbunden. Der Datenfluss im Datenbus 120 geht in beide Richtungen, was durch die Pfeile angedeutet ist. Wie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 4 gesagt, ist das vollständige Programm für den gesamten Schleifprozess des Werkstücks 9 in der Programmeingabe 85 eingespeichert (z.
B. auf Magnetspeicher), und/ oder das Programm kann wahlweise im Bedienpult 7 durch die Bedienungsperson eingegeben oder geändert werden. Die Bedienungsperson speichert die eingegebenen oder geänderten Daten in einem der Speicher der Programmeingabe 85.
Der Arbeitszylinder list mit dem Maschinen-Interface 84 über die Leitungen 72, 73 verbunden (Figuren 4, 6, 7). Die zum Programm gehörenden Daten gehen aus den Figuren 7, 8 hervor. Die beiden Interfaces 83, 84 geben die Daten in die zentrale Recheneinheit 90, in der sie unter Berücksichtigung der vorgegebenen Technologieregeln verarbeitet werden und als Ergebnisse in die Output-Einheit 82 gegeben werden. Die Pfeile der Verbindungsleitungen deuten den Datenfluss an, und in der Output-Einheit 82 sind soviele Interfaces 86, 87, 88 vorgesehen, wie periphere Stelleinheiten 13, 11, 14, 56 notwendig sind zur Steuerung des gesamten Schleifprozesses des Werkstückes 9. Die Hydraulikanlage 13 steht über die Leitungen 121, 122, 123, 124, 125 mit dem Interface 86 für die Steuerung der Ventile 54, 55, 60 und des Reglers 75 (Figur 4) in Verbindung.
Das Hydraulik- und Spül-Interface 87 ist über Leitungen 126, 127 mit der Förderpumpe 56 der Hydraulikanlage 13 und mit der Förderpumpe des Spül- und Filteraggregates 14 verbunden. Der Antriebsmotor, der über die Antriebe 20, 21 die Exzenterantriebe 11 in die planetäre Bewegung (Figuren 1, 2) antreibt, wird vom Maschinen Interface 88 über die Leitung 128 angesteuert. Die Verstellmotor, der über die Verstellantriebe 37, 45, die Exzentrizität der Exzenterantriebe 11 (Figuren 1, 2) verstellt, wird vom Maschinen-Interface 88 über die Leitung 129 angesteuert.
Das gleiche Maschinen-Interface 88 der Figur 6 steuert über die Leitung 130 den Elektromagneten des Hubzylinders 34 an, der kurze Zeit vor der Verstellung der Exzentrizität die Kupplung 31 in den Mitnehmer 32 einkoppelt und nach eingestellter Exzentrizität wieder entkoppelt (Figur 2).
Die Figur 7 zeigt die Eingangsdaten, die für die Durchführung des gesamten Schleifprozesses am Werkstück 9 notwendig sind und in der Programmeingabe 85 entweder eingespeichert sind oder über das Bedienpult 7 durch die Bedienungsperson eingegeben werden. Die Grenzen der gesamten Bewegung des Werkzeugs 5 in der Z-Koordinate werden festgelegt. Die Werte Zu für die obere Grenze und Zu für die untere Grenze (Tiefen-Endmass 2) werden eingegeben. Mit dem Wert Z2 wird der Weg im mm angegeben, den das Werkzeug 5 während des Schleifens innerhalb eines Zyklusses in der Z-Koordinate zurücklegen soll. Der Wert t2 gibt die Zeit in Sekunden an, die für das Schleifen mit der vorgegebenen Geschwindigkeit V2 nicht überschritten werden darf (siehe auch Figur 5). Der Betrag Pmin ist der untere Grenzwert in Kp/mm2, den der Anpressdruck zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 nicht unterschreiten sollte.
Ferner ist dieser Betrag Pmin als untere Grenze für die planetären Leerlaufbewegungen des Werkstücks 9 gedacht, welche am Ende des gesamten Schleifprozesses ohne Vorschub in Z-Koordinate zur Erhöhung der Genauigkeit des Abbildes des Werkstück 9 solange vorgenommen werden bis der Wert Pmin erreicht ist. Der Betrag Prnax ist der obere Grenzwert den der Druck zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 nicht überschreiten darf, da sonst ihre Flächen verletzt werden können.
Mit dem Betrag R wird die Anzahl der Zyklen bzw. der Intervall-Bewegungen (Figur 5; Abheben Vs. Zustellen V1) für den gesamten Schleifprozess eingegeben. Mit E = f(Z wird die Exzentrizität als Funktion der Eindringtiefe des Werkzeugs 5 und des Werkstücks 9 (Z-Koordinate) eingegeben.
Da man bei jeder Eindringtiefe Z weiss. wie viele Flächen des Werkzeugs 5 und des Werkstücks 9 nziteinander in Eingriff stehen, lässt sich der Betrag der Exzentrizität E feststellen.
mit dem die planetäre Bewegung des Werkstücks 9 in den X- und Y-Koordinaten durchgeführt werden soll. Zu jedem Betrag der Eindringtiefe Z gehört ein bestimmter Wert der Ex zentrizität E. Diese Abhängigkeit zwischen Z und E kann in einem Graph als beliebige Kurve dargestellt werden. Vorzugsweise ist diese Abhängigkeit als eine Gerade oder als ein Kreisbogen darstellbar. Die bisher genannten technologischen Werte werden über den Datenbus 120 in die zentrale Recheneinheit 90 transportiert und dort verarbeitet. Das Messgerät 70, das seinen Sensor am oder im Schleifspalt 46 oder in der Zuleitung 171 der Spülflüssigkeit vom Spülaggregat 14 zu den Spülkanälen im Werkstück 9 hat, gibt in jedem Augenblick die elektrischen Signale, die den IST-Druck P zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 angeben, über die Leitung 73 zur zentralen Recheneinheit 90.
Das Messgerät 71, dessen Sensor z. B. am Tiefenmass 2 (Figur 1) vorgesehen ist, gibt seine Information über die IST-Position des Werkzeugs 5 in der Z-Koordinate als elektrische Impulse mittels Leitung 72 in die zentrale Recheneinheit 90.
In dieser Recheneinheit der Figur 6 werden sämtliche Eingangsdaten nach vorgegebenen Regeln verarbeitet. Dies wird im folgenden anhand der Figuren 1, 2, 5, 6, 7 erläutert.
Der Antriebsmotor, der Verstellmotor und der Hubzylinder 34 der Exzenterantriebe 11 werden über die Leitungen 128, 129, 130 angesteuert. Die Förderpumpe 56 wird über Leitung 126 angesteuert und erzeugt in der Hydraulikanlage 13 (Figur 4) den Druck in der Weise, dass die Anpresskraft stets an die Verhältnisse im Schleifspalt 46 zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 angepasst ist. Diese Anpassung erfolgt während des Schleifprozesses (Vorschubbewegung des Werkzeugs 5 in Z2-Koordinate und planetäre Bewegung des Werkstücks 9 in X-, Y-Koordinaten). Die Förderpumpe im Spül- und Filteraggregat 14 kann ebenfalls über Leitung 127 angesteuert werden, so dass der Druck des Spülmediums in gewissen Grenzen den Verhältnissen im Schleifspalt 46 zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 angepasst wird.
Dies gilt für den eigentlichen Schleifprozess in der Z2-Koordinate und besonders für die Intervall-Abhebe- und Zustellbewegung (V3. Val).
Die zentrale Recheneinheit 90 gibt über den Datenbus 131 die Geschwindigkeiten Vl, V2, V3, die an die Verhältnisse im Schleifspalt 46 angepasst sind, und die dynamisch gesteuerten Übergänge Via. . .V3b in den Advance Selektor 89. Von dort gelangen die einzelnen Informationen in einer bestimmten Sequenz über die Leitungen 121, 122, 123, 124, 125 auf die Ventile 54, 55, 60 und auf den Regler 75 der Hydraulikanlage 13.
Die Figur 8 zeigt die Steuerung der Hydraulikanlage 13 für jeden Zyklus. Die beiden Komparatoren 140, 143 und der Prozessor 142 sind Bestandteile der zentralen Recheneinheit 90 der Figuren 6 und 7. Die Programmeingabe 85 oder 7 wird ungefähr mit den gleichen Werten wie in Figur 7 durchgeführt. Z2 und t2 sind der Schleifweg und die Schleifzeit, welche das Werkzeug 5 in jedem Zyklus benötigen darf. Diese Werte werden in den Komparator 140 gegeben, der mit einer Uhr 141 als Standardmass zusammenarbeitet. Der Schleifweg Z für alle Zyklen dient als Vergleichsbasis und wird in den Komparator 140 und in den Prozessor 142 gegeben. Der Prozessor steht in Verbindung mit dem Komparator und überwacht, dass in jedem Zyklus der Schleifvorgang beendet wird, wenn der Schleifweg Z2 vor der Schleifzeit t2 oder umgekehrt erreicht wurde.
In diesem Fall wird ein Beendigungssignal erzeugt, das über die Leitung 144 auf den Advance Selektor 89 gelangt. Die Werte von Z2 und t2 können für jeden Zyklus unterschiedlich sein. Dies richtet sich nach der Art der herzustellenden Raumform und nach dem Material des Werkstücks 9. Das Werkstück kann z.B. aus mehreren, unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein. Zu diesem Zweck wird dem Prozessor 142 die Anzahl R der vorgesehenen Zyklen eingegeben. Ferner erhält der Prozessor die Eingabe der Exzentrizität E als Funktion des gesamten Schleifwegs Z. Dies ist bei der Figur 7 bereits beschrieben worden. Die Sperrung der Exzenterantriebe 11 erfolgt in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 7. In jedem Zyklus kann die Exzentrizität E der planetären Bewegung des Werkstücks 9 anders sein.
Der Betrag Pmjn ist die untere Druckgrenze im Schleifspalt 46, die nicht unterschritten werden darf. Das Messgerät 70 liefert über Leitung 72 den IST-Wert des Druckes zwischen Werkzeug 5 und Werkstück 9 an den Komparator 143, der ihn mit Pmin vergleicht. Der Prozessor 142 steht mit dem Komparator in dauernder Verbindung und sorgt durch Veränderung der Stellsignale auf dem Datenbus 145, das die untere Druckgrenze Pmin nicht erreicht wird. Sollte dies dennoch geschehen, wird ein Signal Kein Vorschub über Leitung 146 in den Advance Selektor 89 gegeben. Das Programm des augenblicklichen Zyklusses wird noch einmal durchgefahren.
In den meisten Fällen haben sich die Verhältnisse im Schleifspalt gebessert, so dass die Bearbeitung des Werkstücks 9 fortgesetzt werden kann. Wenn jedoch am Ende des gesamten Schleifprozesses die sogenannten Leerlauf Planetärbewegungen programmiert sind, dann reagiert die zentrale Recheneinheit 90 der Figuren 6 und 7 in der Weise, dass diese Bewegungen ohne Vorschub bis zur unteren Druckgrenze Pmin fortgesetzt und dann abgeschaltet werden.
Der Prozessor 142 der Figur 8 gibt die Stellgrössen für die Geschwindigkeiten Vl, V2, V3, die Übergänge VIa...V3b und für die Zeiten tn (tl, t2, t3 ...) über Datenbus 145 auf den Advance Selektor 89, der in bestimmter Sequenz die Ventile 54, 55, 60 und den Regler 75 in der Hydraulikanlage 13 über die Leitungen 121, 122, 123, 124, 125 steuert. Hierbei werden genau wie bei der Figur 7 die Anpresskraft zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 9 und die Geschwindigkeiten der verschiedenen Bewegungen an die Verhältnisse im Schleifspalt 46 angepasst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1-9 beschrieben worden. Diese Ausführungsbeispiele können in einzelnen Teilen abgewandelt werden, wobei der eigentliche Erfindungsgedanke nicht geändert wird. So kann z.B. die hydraulische Anlage 13 der Figuren 1 und 4, welche die Vorschubbewegung mit kleiner Geschwindigkeit während des Schleifens, die intervallmässigen Zustell- und Abhebebewegung mit hoher Geschwindigkeit und die Übergänge zwischen den Bewegungen durchführt, ersetzt werden durch eine elektrische Schaltung.
Ferner zeigt die Figur 1 nur ein Paar Werkzeug 5 und Werkstück 9. Selbstverständlich können mehrere solcher Paare vorgesehen werden, die alle in einem Arbeitsgang bearbeitet werden. Hierbei ist zu beachten, dass jedes Paar (Werkzeug 5 und Werkstück 9) zum anderen Paar versetzt an der Platte 4 und Tisch 10 aufgespannt wird. Durch diese Massnahmen werden Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung vermieden, die durch die Elastizität der von den dynamischen Bearbeitungskräften beeinflussten Maschinenteile 1, 3, 4, 8, 10 entstehen. Dies Problem tritt nicht nur dann auf, wenn eine Seite des Werkstückes 9 stärker geschliffen wird als die andere Seite, sondern auch bei einem allseits gleichen Bearbeiten.