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.
DESCRIPTION
The invention relates to a machine for producing a workpiece according to the preamble of patent claim 1.
As is known, mold construction includes the production of molds for die casting, injection molding, stamping, hot pressing, cold pressing and forging materials made of steel, metals, plastic, rubber and their alloys or Mixtures. These shapes are often complex and have a three-dimensional construction. In the aircraft and automotive industries in particular, molds that are difficult to manufacture with the smallest tolerances are required. In the same way, workpieces or structural parts (e.g. B. in engine construction) made of difficult to machine materials (e.g. B. highly heat-resistant alloys). As is known, such shapes or engine parts are made by spark erosion or electrochemical machines manufactured. The electrodes used for this have the same complicated surface as the shapes to be produced or Parts.
In the course of recent development, such electrodes are manufactured on special machines. The production takes place in such a way that the electrode is worked out of the full material by a grinding or filing process. The material can e.g. B. Be graphite. The tool required for this already has the shape of the electrode with an undersize.
The grinding or filing process takes place through a relative movement between the tool and the electrode to be worked out from the full piece. To support the grinding or filing process, an abrasive is introduced into the surface of the tool. Furthermore, a liquid is placed in the gap 46 between the tool and the workpiece. The relative movement is composed of two types of movement. One type is the feed movement of the grinding or filing tool to or from the electrode workpiece (vertical). This feed movement can also be circular (vertical). The other type is a circular movement of the electrode workpiece in the horizontal plane. The circular motion is also referred to as orbital or planetary motion. It can also be spherical.
The radius or the eccentricity of the circular motion can be adjusted. The grinding process is carried out until the electrode workpiece has assumed the spatial shape of the tool. Then the relative movement is ended. This is done by means of a dimension set on the machine, which is also called the depth gauge.
The three-dimensional shape of the electrode workpiece can be reduced or enlarged compared to the three-dimensional shape of the tool. This is accomplished by setting the desired eccentricity of the circular motion.
Even if DE-OS 2 603 614 a spark erosion machine; d. H. relates to a genus other than the mold grinding machine of the invention, in the prior publication, a circular movement between the electrode made of copper or brass and the workpiece to be machined by the electrode made of hardened steel is generated. A working gap with a dielectric liquid must always be maintained between the electrode and the workpiece, in which the electrical machining sparks can discharge. The circular movement consists of two back and forth movements, which are offset by 900 to each other. For each back and forth movement, a cam driven by a motor is provided, the circumference of which is mechanically scanned by a scanner.
A change in the movement amplitude is only possible if the cam has a special shape of its circumferential surface. The movement amplitude can only be changed during operation.
A major disadvantage of such movement generation is the unwanted change in the amplitudes of the movements, which in the course of a longer operating time due to changes in the scanning pressure and through wear or
Deformation of the scanning surfaces arise. These changes can be different for each cam, so that each back and forth movement has a different amplitude, as a result of which the orbital movement composed of two back and forth movements is no longer circular.
As a result, the electrode and workpiece touch, create a short circuit and end the electrical discharge machining. The electrode and workpiece can be deformed at the contact points or even become completely unusable. Another disadvantage is the complicated mechanical transmission between setting and executing the amplitude change, which produces inaccuracies.
US Pat. No. 4,277,915 describes a form grinding machine with at least two eccentric drives for the circular movement of the workpiece relative to the tool.
The desired amount of eccentricity for each eccentric drive can only be changed when the machine is at a standstill, after loosening several connecting screws and after attaching an eccentricity adjustment device.
The disadvantage here is that the set amount of eccentricity can change unintentionally with each eccentric drive if the connecting screws are tightened again on each eccentric drive. Eccentric drives with unequal amounts of eccentricity exert deforming or destructive forces on the machine table, workpiece and on themselves when they are set into rotary movements.
The known method of production using shape grinding machines has the following disadvantages: - The eccentricity of the relative movement cannot be changed during the grinding process. The machine must be shut down for this purpose.
- The contact pressure with which the tool is pressed against the electrode workpiece during grinding must be adapted to the changing grinding conditions. The grinding conditions change depending on the size, the meshing grinding surface of the tool and the workpiece. Particularly in the case of complicated three-dimensional spatial shapes, the size of the meshing grinding surfaces or their angle changes within a short time.
Such adaptation of the contact pressure to the grinding conditions and to the breaking strength of the tool and the workpiece is not possible with the known production method. There is therefore a risk that the contact pressure is either too high or too low at certain times. This means either defective surface parts or damage to the workpiece or Tool or a grinding time that is too long. In both cases, the manufacturing costs are unnecessarily increased.
- For better flushing of the grinding gap, the tool is withdrawn from the workpiece at intervals and pushed back to the workpiece after a short time.
The rinsing liquid transports the removed material out of the gap. The speed for brief retraction and advancement is greater than the feed speed during grinding or Filing. If the tool penetrates deeper and deeper into the workpiece, the surface that is grinding or Filing is involved, bigger.
The surface shape becomes more complicated. In these cases, the speed for rapid retraction and advancing is no longer adapted to the condition in the gap. This can lead to damage to the surface of the tool and workpiece.
- The retraction and advancement of the tool takes place with excessive force, because the force cannot be matched to the weight of the tool. As is well known, the weight changes from tool to tool.
Every time the direction of movement changes and every time the movement is accelerated and braked, the tool is knocked, which changes its precise adjustment to the workpiece in an undesired manner. This means a poor spatial shape of the workpiece.
The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the known machines for producing electrodes. The eccentricity can be adjusted during machining by a special device. The spatial shape of the finished electrode workpiece is complementary to the spatial shape of the tool in every way.
With a single tool, several workpieces with a complicated spatial shape can be produced.
An assembly performs the following functions at every point in time of grinding: - Adaptation of the contact pressure between the tool and the workpiece to the conditions in the working gap. This prevents damage to the tool and workpiece and inadequate production of surfaces on the workpiece. The grinding time is also reduced. The manufacturing costs for the workpiece are reduced.
- Adjustment of the interval lifting and delivery speed to the conditions in the gap and also to the amount of flushing liquid supplied. This improves the rinsing conditions in the gap. The sanded material is completely removed from the gap, even on complicated surfaces.
- The transitions from the normal feed speed to the much greater interval-based lifting and feeding speed and vice versa are designed gently. In other words, the acceleration and braking processes are controlled dynamically.
This avoids the so-called switching impacts or shocks and the associated noise. This protects the machine, which greatly extends its service life without sacrificing precision.
To solve this problem, the invention defined in claim 1 is proposed.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Figure 1: a machine according to the invention;
Figure 2: the device for the planetary movement;
Figure 3: part of the device of Figure 2;
Figure 4: the hydraulic system for the feed, retraction and interval movement;
Figure 5: a diagram of the feed and interval movement;
Figures 6-8: the electronic control for the embodiments of the invention shown in Figures 1, 2, 3 and 4;
Figure 9: a detail of the machine.
FIG. 1 shows the hydraulic cylinder 1 in which the tappet or the sleeve 3 is movably arranged. On the plunger 3, the plunger plate 4 is fastened, which is guided by means of the four columns 8 and the guides 6. Only two of the columns are shown. There is a construction on the ram plate 4 to which the measuring unit 2 is attached.
This measuring unit can be the depth limit switch, for example, which switches off the working process after reaching the set depth. The three-dimensional shape grinding tool 5 is attached to the lower side of the ram plate 4. The form grinding tool has the three-dimensional shape that the workpiece 9 should have after machining. In the present example, the workpiece or the workpiece electrode 9 consists of the material graphite and is fastened in block form on the work table 10. The workpiece electrode 9 can also be made of another material, such as. B. Metals or their alloys or of insulating material such as. B. Wood. The insulating material must be provided with an electrically conductive layer.
The electrical conductivity of the material is essential if the finished electrode 9 for the electroerosive or electrochemical processing is to be used. The work table 10 is connected to two eccentric drives 11 which move the work table and the workpiece 9 into the planetary or bring orbital or circular motion. The movement takes place in the X and Y coordinates. The eccentric drive will be described later in connection with Figures 2 and 3.
The control panel 7 contains a large number of controls. The operator can use these organs to operate or switch off the electronic NC control 12, the hydraulic system 13, the flushing and filter unit 14 and the drive motors which are arranged in the machine base frame 15. It should be noted that the operator only intervenes in the work process in very rare cases. Processing is usually fully automatic, which will be described in more detail later. The work process begins with the electronic NC control 12 lowering the ram plate 4 with the form grinding tool 5 in the direction of the workpiece 9 via the hydraulic system 13. At the same time, the two eccentric drives 11 are put into operation by the NC controller 12.
They drive the work table 10 and the workpiece 9 in a circular motion. The amount of eccentricity is determined by the NC control. This will be explained in more detail later. This movement to the shape grinding tool 5 gives the workpiece the desired spatial shape. In the course of machining, the tool 5 moves more and more into the workpiece 9 at a certain feed rate. An abrasive ensures the correct grinding process. The abrasive can be incorporated into the surface of the tool 5 or be arranged in the gap 46 between the workpiece and the tool. The abrasive can be worked into the surface of the tool 5 or be arranged in the gap between the workpiece and the tool. The abrasive can also be transported into the gap with the rinsing liquid.
The rinsing liquid is prepared in the unit 14 during the entire working process and transported to the work table 10 via hoses. The workpiece 9, which was provided with at least one but preferably a plurality of rinsing channels before the grinding process, is fastened to the work table 10 in such a way that the rinsing liquid supplied by the filter and rinsing unit 14 gets into the gap. Tool 5 and / or workpiece 9 can optionally be provided with rinsing channels.
In Figure 1, the spatial shape of the tool 5 is shown very simply. This is for general illustration only. In reality, the areas or the spatial shape is much more complicated.
During the grinding process, there is a need to remove the material that has been ground down, as it only hinders the grinding process.
To remove this material, certain periods or Intervals lift the ram plate 4 with the tool 5. The rinsing liquid now removes the ground material. After a short time, the ram plate 4 moves with the tool 5 in the direction of the workpiece 9 and processes it further at the normal feed rate. Since the lifting and infeed movement has a much higher speed than the normal feed movement, special precautions are taken so that the acceleration process and the braking process do not take place abruptly but are controlled dynamically. This will be explained in more detail later in connection with FIG. 5. Furthermore, care must be taken that the speed of the lifting and infeed movement of the tool 5 is selected such that the ground material is preferably completely removed.
However, there must be no damage to the workpiece 9, which in the present exemplary embodiment consists of the material graphite. This problem is briefly explained in two examples below. First, it is assumed that the form grinding tool 5 has not yet penetrated deep into the workpiece. The lifting movement causes the ground material to be whirled up and removed together with the rinsing liquid. The tool 5 is then moved to the workpiece 9 at the high feed speed. When the surface of the tool and the workpiece are very close, a high pressure of the rinsing liquid suddenly builds up, which removes any residues of ground material. As a second example, assume that the tool 5 has already penetrated the workpiece 9 very deeply.
With the interval lifting motion, care must now be taken that the speed is so that the complicated surfaces are not damaged and the sanded material is nevertheless removed. In practice, this is not possible with the lifting motion alone. The subsequent feed movement of the tool 5 in the direction of the workpiece 9 is therefore used to completely remove the remaining part of the ground material. This can e.g. B. be accomplished by delivering at an increased speed. The pressure builds up very quickly in the rinsing liquid. In contrast, it can also be delivered at a lower speed. Then the pressure does not build up so quickly in the rinsing liquid.
The choice of the speed of the infeed movement of the tool 5 depends on the complexity and vulnerability of the three-dimensional surfaces. This is accomplished by the NC controller 12.
During the entire grinding process, there may be a need to change the eccentricity of the planetary movement of the workpiece 9 in the X and Y coordinates. This is done using the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3.
If, according to FIG. 1, the form grinding tool 5 has penetrated sufficiently deeply into the graphite workpiece 9, the final dimension 2, which comes into contact with a mating contact, shuts off the entire work process.
Finally, it should also be mentioned that the force with which the tool 5 is pressed against the workpiece 9 is adapted to the conditions in the grinding gap 46.
As is well known, as the grinding progresses, the conditions in the gap change. This is due to the fact that the size of the surfaces in engagement changes. The contact pressure must be adjusted so that the entire grinding process can be carried out within a reasonable time. This is done in two easy ways. The NC control 12 is based on the depth dimension (Z axis) or the time or Programmed speed. In the vicinity of the work table 10, a sensor is installed, the z. B. responsive to the flow rate of the rinsing liquid between the rinsing and filter unit 14 and the work table 10. This sensor influences the NC control 12 in accordance with the changes in the flow rate. The sensor does not always have to be present.
In the following it is assumed that only the program for depth measurement or working time adapts the contact pressure between tool 5 and workpiece 9. The shape of the room is known. Therefore, one knows the approximate size of the surfaces in engagement depending on the depth (Z-axis) or the machining time at a certain machining speed. The contact pressure can be changed in accordance with the previously calculated change in the meshing area. If the sensor is used additionally or alone, the NC controller 12 can be informed that the prescribed depth has not been reached in the desired time or the desired depth has not been reached in the specified time. In this case, the NC controller 12 can increase the contact pressure and accelerate the grinding process.
However, the complexity and vulnerability of the area must be taken into account. It is therefore advisable to set an upper limit for the contact pressure. This can e.g. B. can be programmed in the NC controller 12 for each size of the surfaces in engagement.
FIG. 2 shows one of the two eccentric drives 11 in section. This is the left drive of Figure 1. Since both drives are identical, only this left drive is explained below. The drive consists of the housing 16, in which a sleeve 18 is rotatably mounted about its axis 19 via the bearings 17. The housing 16 of the eccentric drive is attached to the carrier 49. The right eccentric drive is attached to the same bracket. Each eccentric drive has the same length, the z. B. Is 30 cm. The sleeve 18 is rotated by an electric motor, not shown, which is located in the machine base 15. This is done via the drive belt 20 and drive wheel 21st The drive belt 20 may preferably be a rubber belt with internal teeth or a chain.
The drive wheel 21 has corresponding recesses or teeth. The speed of the drive motor can be changed depending on the desired conditions. This either sets the operator on the control panel 7 or the NC controller 12. The shaft 22 is rotatably mounted in the sleeve 18. FIG. 2 shows the arrangement of the shaft 22 outside the axis of rotation 19 of the sleeve 18. The axis of rotation 23 of the shaft 22 is offset a few millimeters to the left of the axis of rotation 19 of the sleeve 18. The shaft 22 is formed into a flange 24 at its upper end. The flange 24 is connected to the sleeve 18 via a toothing 25. This toothing is shown in detail in FIG. 3. It consists of the upper ring gear 26, which is attached to the flange 24, and the lower ring gear 27, which is attached to the sleeve 18.
Both sprockets interlock and can be separated from one another. The flange 24 has a crank mechanism 29 on the side facing the work table 10. As FIG. 2 shows, the crank mechanism is not arranged centrally in the axis 23 of its shaft 22. The crank mechanism 29 is drawn by corresponding relative rotation of the shaft 22 to the sleeve 18 so that the eccentricity is zero. This will be explained in more detail below. If the main drive motor sets the drive 20, 21 in rotary motion, the sleeve 18 rotates, which drives the shaft 22 via the toothing 25. Since the crank mechanism 29 has no eccentricity, the work table 10 does not move in a circular or orbital or planetary movement.
In this context, it should be pointed out that the right eccentric drive 11 is identical, is driven by the same main drive motor and has the same eccentricity equal to zero.
The drive is preferably carried out via the same drive belt 20.
The setting of a desired eccentricity is described below. This is accomplished with the lower part of FIG. 2. For this purpose, the clutch 31 must be coupled into the driver 32. This engagement takes place in such a way that the lifting cylinder 34, which is fastened in the support structure 35, presses its quill 3 against the stop of the adjusting drive wheel 37. The shaft 38, which is rotatably and displaceably arranged in the sleeve 39 and connects the wheel 37 of the adjustment drive to the clutch 31, is displaced upwards by the sleeve 36, so that the wheel 37 is coupled to the driver 32. The sleeve 39 is fastened in a carrier 33.
The carrier 33 and the carrier structure 35 are, like the carrier 49, integral parts of the machine base frame 15. The upper part of the driver 32 contains a recess with an inner ring gear 40. The lower part of the shaft 22 is formed into a flange. This flange carries on its side wall an outer ring gear 41 which is in engagement with the inner ring gear 40. The sleeve 36 moves the firmly coupled driver 32 up to the stop 42. The shaft 22 is moved upward against the force of the spring 43. As a result of this displacement, the ring gears 26, 27 of the toothing 25 are separated from one another, so that there is no longer a rigid connection between the sleeve 18 and the shaft 22. The desired eccentricity can now be set. An electric motor, not shown, e.g. B.
Stepper motor, which is also provided in the machine base 15, drives on the belt 45, which is connected to both eccentric drives 11, the drive wheels 37 to. The shaft 22 rotates relative to the sleeve 18, via the ring gears 40, 41, driver 32, coupling 31, shaft 38 and drive wheel 37. The adjustment drive 37 and 45 is only in operation until the desired eccentricity is set by rotating the crank pin 29 on the work table 10. This takes a time between 1-5 seconds. The quill 3 then moves back to its starting position. The adjustment drive 37, 45 and the coupling 31 follow this movement. The shaft 22 moves under the force of the spring 43 into its initial position and engages with the sleeve 18 via the toothing 25.
The described process of adjusting the eccentricity of the two eccentric drives 11 is controlled either by the operator console 7 by the operator or by the NC controller 12 using a program. The amount of the set eccentricity is detected by a sensor 50 which is arranged on the upper ring gear 26 of the toothing 25 (FIG. 3). Instead of the sensor 50, a stepper motor can also be used, which is used as a drive motor for adjusting the eccentricity. This amount is given to a display device in the control panel 7 or in the NC control 12. The main drive 20, 21 is started again. The work table 10 now carries out the planetary movement with the set eccentricity.
If the spatial shape to be produced on the workpiece 9 requires further adjustments of the eccentricity, this can easily be carried out as described.
Since large masses (weights) are often moved during the planetary movement of the work table 10, there is a requirement for a mass balance. This can be achieved in that at least one third eccentric drive is arranged under the work table 10, the crank drive 29 of which counterweights causes planetary movements. The third eccentric drive is identical to the two drives 11 described. The main drive 20, 21, which is responsible for the rotational movement of the sleeve 18, and the adjusting drive 37, 45, which is responsible for adjusting the eccentricity, are identical. The third eccentric drive is also driven by the same motors. The only difference of the third eccentric drive is that the main drive 20, 21 and the adjustment drive 37, 45 are moved in the opposite direction.
This can be accomplished by reversing the drive wheels 21 and 37 to the belts or Chains 20, 45 are created. It is essential that the third eccentric drive moves the counterweights in the opposite direction to the planetary movement of the work table 10. In some cases, the weights or Masses of the work table 10 may be significantly larger than the counterweights. Then a greater eccentricity is set for the smaller counterweights with the third eccentric drive than for the work table 10 with the two eccentric drives 11. For example, the third eccentric drive is used to set a radius that is 10 times larger. The third eccentric drive is of course also controlled by the control panel 7 or by the NC control 12.
FIG. 3 shows the toothing 25. The upper ring gear 26, which is attached to the lower side of the flange 24, and the lower ring gear 27, which is mounted on the sleeve 18, are normally in engagement with one another. The two ring gears are separated only when the eccentricity is being adjusted. In this example, each ring gear has 180 teeth. This means an angular rotation of 20 per tooth. This corresponds to an average eccentricity adjustment of 0.1 mm. Of course, these values can be reduced or increased by appropriate design measures.
The upper ring gear 26 carries a disk 28 with line marks 29. The disk 28 can also be attached to the outer edge of the flange 24. During the adjustment of the eccentricity, this disk follows the rotation of the flange 24.
A sensor 50 scans the line marks 29 running past it and outputs the corresponding electrical signals via lines 51 to the display device in the control panel 7 or to the NC controller 12. The line marks 29 can be optically scanned. Then the pane is made of glass material with black lines 29. The sensor 50 has two light barriers which are arranged at a certain distance from one another. As a result, both the direction and the amount of the eccentric adjustment are detected. The corresponding electrical signals are present on lines 51 in either analog or digital form. When the mark 29 is scanned magnetically, the disk 28 is made of magnetically non-conductive material.
The sensor 50 has two magnetic scanning devices which announce the direction and the amount of the eccentric displacement as signals on the lines 51. The scanning can also be done mechanically or electrically with another sensor. Such sensors are known so that they are not dealt with in more detail.
Finally, it is mentioned that the planetary movement can be generated not only with the example in FIG. 2 but also with a cross table. As is well known, one table must perform sine movements and the other table must perform cosine movements. The superposition of both movements results in the planetary movement.
FIG. 4 shows the hydraulic system 13, with which the feed movement of the grinding tool 5 and its lifting and infeed movement taking place at certain times are accomplished. The 4/3-way valve 55 is connected via line 52 to the pump 56, which the pressure medium required for the hydraulic system, for. B. Ö1, delivers and can deliver different flow rates according to the feed conditions. Depending on the preselection of 55, the feed rate and the delivery rate of the pump are in a fixed ratio. The return line 53 of the valve 55 is connected to the reservoir 57, from which the pump 56 draws its oil. The valve 55 contains the two electromagnets 58, 59, which are actuated by the NC control 12 via lines 121, 125. A symbol for the valve springs (return springs) is drawn at both ends of the valve 55.
Behind the 3 / WegevenÜ. 55 is a proportional valve 60, which is arranged close to the working cylinder 1 of the form grinding machine. Great importance is attached to short connecting lines 63, 64 to working cylinder 1.
To explain the mode of operation of FIG. 4, it is now assumed that the tool 5, which is known to be attached to the ram plate 4 of the sleeve 3, should be moved in the direction of the workpiece 9 and the work table 10. It is the feed movement and the fast infeed movement. Magnet 58 is selected at valve 55 for the downward feed; The rapid delivery is controlled without preselection at valve 55 only with signal 123 and release 124 is secured. The other movements will be discussed later. For the feed movement, the NC control 12 actuates the electromagnet 58, so that the valve 55 connects the line 52 from the pump 56 to the line 61 to the proportional valve 60 and the return line 62 from the proportional valve to the pressure line 61.
The NC control 12 influences the electromagnet 65 of the proportional valve 60 via line 123, comparator 76, amplifier 77, switch 78 of the proportional controller 75 such that the pressure lines 61, 64 are connected to one another. The print medium, e.g. B. Oil now flows from the feed pump 56 via the pressure lines 52, 61, 64 into the upper space of the working cylinder 1, so that the piston 111 of the sleeve 3 moves downward. As a result, the oil flows from the lower space of the working cylinder 1 via the return lines 63, 62. The piston area of the lower room is significantly smaller than that of the upper room. In the valve 55, the oil flowing back is introduced again into the pressure line 61.
This is because the feed pump 56 has to deliver a smaller amount of oil. In the return line 63 there is a shut-off valve 67 which blocks the oil flow from the lower space of the working cylinder 1. In the present case, the oil can only flow via the throttle 66, which builds up such a high pressure that the plunger 3 and the piston 111 move the tool 5 to the workpiece 9 at a very low speed. If this speed is to be increased, this is done via valve 68, which opens after a certain pressure is exceeded and thereby forms a bypass to the throttle 66. FIG. 4 shows two boxes 70, 71 near the tool 5 and work table 10 with workpiece 9. They should symbolically represent measuring devices.
The measuring device 70 is intended to be a dynamometer which measures the contact pressure F between the tool 5 and the workpiece 9 and outputs a voltage signal U (analog or digital) via line 73 into the NC controller 12. The measuring device 71 is intended to be a distance meter that measures the distance S that the tool 5 travels in the Z coordinate. The odometer 71 generates electrical impulses which are given to the NC control 12 via line 72.
These impulses contain information about the direction of the movements and the current position of the tool. The path S can e.g. B. can be detected by the measuring device 2 of FIG. 1. The two measuring devices 70, 71 have their sensors arranged at the most convenient locations for them.
The proportional controller 75 shown in FIG. 4 contains a comparator 76 which compares the SET value signals for the feed rate (NC control 12, line 123) with the ACTUAL value signals of the measuring element 69.
The measuring element 69 detects the actual position of the control slide in the proportional valve 60. If there is a difference between the two electrical signals, the comparator 76 generates an electrical difference signal which is sent via the amplifier 77 with an adjustable gain, switch 78 to the electromagnet 65 and moves the control slide in the proportional valve 60 until the desired valve position, which is in the NC Controller 12 is programmed, is set. The proportional controller 75 makes the control slide of the valve 40 insensitive to static and dynamic interference forces, so that the contact pressure between tool 5 and workpiece 9 is controlled very precisely according to the values programmed in the NC control 12. The NC controller 12 also processes the ACTUAL value signals from the measuring devices 70, 71.
The adjustment takes place at every moment of the feed movement, the intermittent feed retraction movement and during the dynamically controlled transitions between the individual movement types. Furthermore, the adaptation takes place when the surfaces in engagement between tool 5 and workpiece 9 become larger during the grinding process. The adaptation processes are described later in connection with FIGS. 6. 7 8 described in more detail. The proportional controller 75 is only in operation when a so-called enable signal is additionally present on the line 124. This measure ensures that the piston 111 does not make any unwanted movements in the working cylinder 1. If there is no enable signal, the switch 78 is in the idle position shown.
The proportional controller 75 is now not in operation. The spool of the proportional valve 60 is stelifeder by the return. whose symbol is drawn above the valve in Figure 4, so that the piston 111 can not make any movements.
FIG. 4 shows a second proportional valve 54 between the pressure line 52 of the pump 56 and the return line 53 to the reservoir 57, which is electrically controlled by the NC controller 12 via line 122. With this proportional valve, the maximum pressure for the entire hydraulic system can be changed. The pressure is reduced by reducing the spring preload 54, so that part of the oil flows from the pressure line 52 into the return line 53. A higher pressure of the pump 56 is achieved by increasing the spring preload via the magnet on the valve 54. The NC controller 12 determines the amount of the pressure change via line 122. The NC controller 12 is supplied via the data bus 120 with the program for the grinding work, including the various types of movement between the tool 5 and the workpiece 9. If e.g.
B. within a predetermined time t2 the predetermined grinding path Z2 (Fig. 5) has not been reached, the pressure is increased in a certain way, so that the grinding process is accelerated. However, the acceleration is set taking into account the vulnerability of the materials of tool 5 and workpiece 9. The pressure is reduced by the proportional valve 54 when the tool 5 has covered the predetermined grinding path Z2 faster than in the predetermined time t2.
If a distance of the tool 5 from the workpiece 9 is now provided in the program that has been entered into the NC controller 12 via the data bus 120, the 4/3-way valve 55 is activated via line 125. The electromagnet 59 moves the control slide in the valve 55 such that the pressure line 52 of the feed pump 56 is connected to the line 62. The line 61 is connected to the return line 53, which leads to the reservoir 57. Furthermore, the proportional controller 75 and the proportional valve 60 are controlled via line 123. The electromagnet 65 moves the control slide in the valve 60 such that the feed pump 56 pumps oil into the lower space of the cylinder 1 via pressure lines 52, 62, 63, valve 67, which is not a shut-off valve in the direction of flow. The oil reaches the reservoir 57 from the upper space of the cylinder 1 via lines 64, 61, 53.
The tool 5 now moves away from the workpiece 9 at a low speed.
The movements of the tool 5, which are carried out at or at a low speed from or to the workpiece 9, have previously been discussed with reference to FIG.
Now interval-like movements must also be carried out at a much higher speed, which in certain times, e.g. B. can be between 1 second and 120 seconds. These interval movements consist of a rapid lifting of the tool 5 from the workpiece 9 and a rapid delivery of the tool 5 to the workpiece 9. At this point, it should be pointed out that the rapid lifting and infeed movement must not occur suddenly, since otherwise parts of the surface of the workpiece 9 can be damaged. This disadvantage of the known systems can be explained by the fact that, for. B. with a rapid lifting movement of the tool 5 from the workpiece 9, a vacuum is formed in the gap, since the washing liquid cannot flow in from the washing unit 14 quickly enough.
Such a vacuum means that the piston 111 and plunger 3 in the working cylinder 1 have to be moved upwards with great force, which causes damage to the surfaces. In addition, such sudden changes in the movements create dynamic disturbances such. B. strong impacts and bumps in the entire system. This can impair the high precision of the adjusted construction parts. The same also applies if the tool 5 is moved to the workpiece 9 at high speed and suddenly stops. Here suddenly a high pressure builds up because the flushing liquid is compressed very quickly in the narrowing gap and the flushing unit 14 is not able to take countermeasures such as e.g. B. faster suction and reduction of the amount of rinsing liquid. In this case, too, there are strong impacts and impacts in the system.
Since the interval movements are inevitably necessary to remove the ground material from the grinding gap 46, the invention avoids the disadvantages of the undesirable impacts and impacts mentioned.
Shocks and bumps are avoided by the embodiment of Figure 4. The disadvantageous, sudden pressure changes in the washing liquid are eliminated by a compensating vessel 170 which, according to FIG. 9, is in the liquid line 171 between the washing unit 14 and the tool 5 or Workpiece 9 is arranged. The flushing liquid is under pressure in line 170, which is generated by the feed pump in the flushing unit 14. The compensation vessel 170 is divided in the middle by an elastic membrane 172 into the two spaces 173, 174. The upper room 173 contains air and is sealed. The rinsing liquid enters the lower space 174. In the event of a sudden pressure increase in the grinding gap 46, which arises from the rapid movement of the tool 5 to the workpiece 9, the rinsing liquid escapes into the lower space 174 of the compensation vessel 170.
This avoids the sudden increase in pressure in the grinding gap 46. If a reduction in pressure is formed in the grinding gap 46 (tool 5 moves away from the workpiece 9), then sufficient washing liquid flows from the pressurized space 174 into the grinding gap 46, in addition to the washing liquid conveyed by the pump in the unit 14. The air pressure in the upper room
173 supports this process. In this case, a damaging reduction in pressure in the grinding gap 46 is avoided, and the flushing takes place in a shorter time and with a larger amount of flushing liquid, so that the pump and the lines can be dimensioned smaller in the entire flushing circuit. The compensation vessel 170 in FIG. 9 also works without the membrane 172.
In the exemplary embodiment in FIG. 4 of the invention, the NC controller 12 starts these rapid interval movements via the lines 121, 122, 123, 125. The valves 54, 55, 60 control these rapid movements. The proportional valve 60 is constructed in such a way that the transitions between the interval movements (high speed) and the feed and retraction movements (low speed) are smoothly designed in cooperation with the NC control 12. The hydraulic system is therefore able to reduce the very large differences in speed changes to a reasonable level.
This increases the working accuracy of the machine.
The movement sequence of the tool 5 will now be explained in more detail with reference to FIG. 5 taking into account the hydraulic system according to the invention from FIG.
The time t is plotted on the abscissa of FIG. 5 and the path Z is plotted on the ordinate. It is now assumed that the tool 5 is moved in the direction of the workpiece 9 at high speed V1. The path that the tool 5 travels to the workpiece 9 is designated Z1. The first part of the speed is the controlled transition (acceleration) from zero speed to the high infeed speed V1. When the tool 5 is located just in front of the workpiece 9, the controlled transition (braking) from the high infeed speed V to zero speed takes place. This part is called Vlb.
After a short time tl of approx. The tool 5 travels for 0.1 seconds (speed = 0) at the low feed speed V2. During this time t2 of approx. The workpiece 9 is ground for 1-30 seconds. The workpiece 9 carries out the planetary movement. The planetary drives 11 of Figures 1 and 2 set the work table 10 in motion. The tool 5 penetrates the workpiece 9 by the path Z2. The controlled transitions V2a (acceleration) and V2b (braking) are also provided at the low feed speed V2. After a short time t3 of approx. The tool 5 is lifted off the workpiece 9 at the high speed V3 for 0.4 seconds. The path Z3 covered here is the same length as the infeed path Z1, but is shifted downwards by the grinding path Z2.
The transitions V3a (accelerating) and V3b (braking) are also present here. The tool 5 remains for a short time t4 of approx. 0.5 seconds in the most distant position from workpiece 9 (speed = 0). Then the next cycle begins. The cycle shown in FIG. 5 lasts between 1 and 60 seconds. The system in FIG. 4 ensures that the speeds V1, V2, V3 and their transitions Via, Vib, V2a, V2b, V3a, V3b are adapted to the current conditions in the grinding gap. This applies in particular to the case when the tool 5 works itself deeper into the workpiece 9 and the surfaces in engagement become larger. The speeds and their transitions are changed. The times tl, t2, t3, t4 can e.g.
B. be changed so that the rest times are eliminated and the grinding time t2 is extended. The sifting time t2 can also be shortened. The duration of a cycle can also be made longer than 60 seconds. So one cycle follows the other until the grinding work is finished. As will be explained in more detail later in connection with FIGS. 6, 7, 8, when the prescribed machining depth in the workpiece 9 (i.e. H. one or more cycles V3, V1 are repeated without feed movement V2 at the time of the completion of the grinding work). The number of these so-called regrinding cycles can either be permanently programmed or made dependent on a minimum value of the contact pressure in the grinding gap. This is accomplished by the NC controller 12.
The advantage of these cycles is that the accuracy of the ground spatial dimensions of the workpiece 9 is increased on all sides.
FIG. 6 shows the individual components of the NC control 12, which are divided into input, central, output and peripheral units. The components as such are known, so that their mode of operation is only described to the extent necessary for understanding the invention. The input unit 80 contains the operation interface 83 and the machine interface 84. The program input with memory 85 and the control panel 7 are connected to the operation interface 83 via the data bus 120. The data flow in the data bus 120 goes in both directions, which is indicated by the arrows. As already said in connection with FIGS. 1 and 4, the complete program for the entire grinding process of the workpiece 9 is stored in the program input 85 (e.g.
B. on magnetic memory), and / or the program can be entered or changed optionally in the control panel 7 by the operator. The operator stores the entered or changed data in one of the memories of the program input 85.
The working cylinder is connected to the machine interface 84 via the lines 72, 73 (FIGS. 4, 6, 7). The data belonging to the program are shown in FIGS. 7, 8. The two interfaces 83, 84 transfer the data to the central processing unit 90, in which they are processed taking into account the specified technology rules and are given as results in the output unit 82. The arrows of the connecting lines indicate the data flow, and in the output unit 82 there are as many interfaces 86, 87, 88 as there are peripheral actuating units 13, 11, 14, 56 necessary to control the entire grinding process of the workpiece 9. The hydraulic system 13 is connected via the lines 121, 122, 123, 124, 125 to the interface 86 for controlling the valves 54, 55, 60 and the controller 75 (FIG. 4).
The hydraulic and flushing interface 87 is connected via lines 126, 127 to the feed pump 56 of the hydraulic system 13 and to the feed pump of the flushing and filter unit 14. The drive motor, which drives the eccentric drives 11 in the planetary movement (FIGS. 1, 2) via the drives 20, 21, is controlled by the machine interface 88 via the line 128. The adjusting motor, which adjusts the eccentricity of the eccentric drives 11 (FIGS. 1, 2) via the adjusting drives 37, 45, is controlled by the machine interface 88 via the line 129.
The same machine interface 88 of FIG. 6 controls via line 130 the electromagnet of the lifting cylinder 34, which couples the coupling 31 into the driver 32 a short time before the eccentricity is adjusted and decouples it again after the eccentricity has been set (FIG. 2).
FIG. 7 shows the input data which are necessary for carrying out the entire grinding process on the workpiece 9 and which are either stored in the program input 85 or are entered by the operator via the control panel 7. The limits of the entire movement of the tool 5 in the Z coordinate are determined. The values Closed for the upper limit and Closed for the lower limit (final dimension 2) are entered. The value Z2 indicates the path in mm that the tool 5 should cover in the Z coordinate during grinding within a cycle. The value t2 indicates the time in seconds that must not be exceeded for grinding at the specified speed V2 (see also FIG. 5). The amount Pmin is the lower limit in Kp / mm2, which the contact pressure between tool 5 and workpiece 9 should not fall below.
Furthermore, this amount Pmin is intended as a lower limit for the planetary idling movements of the workpiece 9, which are carried out at the end of the entire grinding process without feed in the Z coordinate to increase the accuracy of the image of the workpiece 9 until the value Pmin is reached. The amount Prnax is the upper limit that the pressure between tool 5 and workpiece 9 must not exceed, since otherwise their surfaces can be damaged.
With the amount R, the number of cycles or the interval movements (Figure 5; lift off vs. Deliver V1) entered for the entire grinding process. With E = f (Z, the eccentricity is entered as a function of the depth of penetration of the tool 5 and the workpiece 9 (Z coordinate).
Because you know Z at every penetration depth. The amount of the eccentricity E can be determined how many surfaces of the tool 5 and the workpiece 9 are not in engagement with one another.
with which the planetary movement of the workpiece 9 is to be carried out in the X and Y coordinates. Every amount of the penetration depth Z has a certain value of the eccentricity E. This dependence between Z and E can be represented in a graph as any curve. This dependency can preferably be represented as a straight line or as a circular arc. The technological values mentioned so far are transported via data bus 120 to central processing unit 90 and processed there. The measuring device 70, which has its sensor on or in the grinding gap 46 or in the feed line 171 of the rinsing liquid from the rinsing unit 14 to the rinsing channels in the workpiece 9, gives the electrical signals at any moment that indicate the actual pressure P between the tool 5 and the workpiece 9 specify, via line 73 to central processing unit 90.
The measuring device 71, the sensor z. B. is provided on the depth gauge 2 (FIG. 1), gives its information about the actual position of the tool 5 in the Z coordinate as electrical impulses by means of line 72 to the central processing unit 90.
In this arithmetic unit of Figure 6, all input data are processed according to predetermined rules. This is explained below with reference to FIGS. 1, 2, 5, 6, 7.
The drive motor, the adjustment motor and the lifting cylinder 34 of the eccentric drives 11 are controlled via the lines 128, 129, 130. The feed pump 56 is controlled via line 126 and generates the pressure in the hydraulic system 13 (FIG. 4) in such a way that the contact pressure is always adapted to the conditions in the grinding gap 46 between tool 5 and workpiece 9. This adjustment takes place during the grinding process (feed movement of the tool 5 in the Z2 coordinate and planetary movement of the workpiece 9 in the X, Y coordinates). The feed pump in the flushing and filter unit 14 can also be controlled via line 127, so that the pressure of the flushing medium is adjusted within certain limits to the conditions in the grinding gap 46 between tool 5 and workpiece 9.
This applies to the actual grinding process in the Z2 coordinate and especially to the interval lifting and infeed movement (V3. Val).
The central processing unit 90 outputs the speeds V1, V2, V3, which are adapted to the conditions in the grinding gap 46, and the dynamically controlled transitions Via via the data bus 131. . . V3b in the Advance Selector 89. From there, the individual information arrives in a certain sequence via lines 121, 122, 123, 124, 125 to valves 54, 55, 60 and to controller 75 of hydraulic system 13.
FIG. 8 shows the control of the hydraulic system 13 for each cycle. The two comparators 140, 143 and the processor 142 are components of the central processing unit 90 in FIGS. 6 and 7. The program input 85 or 7 is carried out approximately with the same values as in FIG. Z2 and t2 are the grinding path and the grinding time that the tool 5 may need in each cycle. These values are given in the comparator 140, which works with a clock 141 as a standard measure. The grinding path Z for all cycles serves as a basis for comparison and is fed into the comparator 140 and into the processor 142. The processor is connected to the comparator and monitors that the grinding process is ended in each cycle if the grinding path Z2 has been reached before the grinding time t2 or vice versa.
In this case, a termination signal is generated which reaches the advance selector 89 via the line 144. The values of Z2 and t2 can be different for each cycle. This depends on the type of spatial shape to be produced and on the material of the workpiece 9. The workpiece can e.g. B. be composed of several different materials. For this purpose, the processor 142 is entered the number R of the intended cycles. Furthermore, the processor receives the input of the eccentricity E as a function of the total grinding path Z. This has already been described in FIG. 7. The eccentric drives 11 are blocked in the same way as in the exemplary embodiment in FIG. 7. The eccentricity E of the planetary movement of the workpiece 9 can be different in each cycle.
The amount Pmjn is the lower pressure limit in the grinding gap 46, which must not be undercut. The measuring device 70 supplies the actual value of the pressure between the tool 5 and the workpiece 9 to the comparator 143 via line 72, which compares it with Pmin. The processor 142 is in constant communication with the comparator and, by changing the control signals on the data bus 145, ensures that the lower pressure limit Pmin is not reached. Should this nevertheless happen, a signal No feed is sent via line 146 into the Advance Selector 89. The program of the current cycle is run through again.
In most cases, the conditions in the grinding gap have improved so that the machining of the workpiece 9 can continue. However, if at the end of the entire grinding process the so-called idling planetary movements are programmed, the central processing unit 90 in FIGS. 6 and 7 reacts in such a way that these movements are continued without feed up to the lower pressure limit Pmin and then switched off.
The processor 142 of FIG. 8 gives the manipulated variables for the speeds V1, V2, V3, the transitions VIa. . . V3b and for times tn (tl, t2, t3. . . ) via data bus 145 to the advance selector 89, which controls the valves 54, 55, 60 and the controller 75 in the hydraulic system 13 in a specific sequence via the lines 121, 122, 123, 124, 125. As in FIG. 7, the contact pressure between the tool 5 and the workpiece 9 and the speeds of the various movements are adapted to the conditions in the grinding gap 46.
Preferred exemplary embodiments of the invention have been described in FIGS. 1-9. These exemplary embodiments can be modified in individual parts, the actual inventive idea not being changed. So z. B. the hydraulic system 13 of Figures 1 and 4, which performs the feed movement at low speed during grinding, the intermittent feed and lift movement at high speed and the transitions between the movements, are replaced by an electrical circuit.
1 shows only a pair of tools 5 and workpiece 9. Of course, several such pairs can be provided, all of which are processed in one operation. It should be noted here that each pair (tool 5 and workpiece 9) is clamped on the plate 4 and table 10 offset from the other pair. These measures prevent inaccuracies in the machining which arise from the elasticity of the machine parts 1, 3, 4, 8, 10 influenced by the dynamic machining forces. This problem arises not only when one side of the workpiece 9 is ground to a greater extent than the other side, but also when machining is the same on all sides.