DE10355493B4

DE10355493B4 - Schleifmaschine

Info

Publication number: DE10355493B4
Application number: DE2003155493
Authority: DE
Original assignee: BAHMUELLER MASCHB und PRAEZ SW; Bahmueller Maschinenbau und Prazisionswerkzeug GmbH
Current assignee: WILHELM B A H M UE L L E R MASCHINENBAU PRAEZI, DE
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: CH699910B1; DE10355493A1

Abstract

Schleifmaschine
mit einem Maschinenbett (17),
mit einem auf dem Maschinenbett (17) angeordneten Werkstückspindelstock (1), um ein zu schleifenden Werkstücks (7) bezüglich einer Rotationsachse (8) anzutreiben,
mit einer Gelenkanordnung, die mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist und die eine Scharnierachse (33) definiert,
mit einem Reitstock (2), der eine Reitstockspindel (9) aufweist und der über die Gelenkanordnung mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist, derart, dass der Reitstock quer zu der Rotationsachse des Werkstücks (7) bewegbar ist,
mit einem Aktuator (41), der an dem Reitstock (2) angreift, um den Reitstock (2) längs einer Verstellachse zu bewegen, die quer zu der Scharnierachse (33) ausgerichtet ist, und
mit einer Messeinrichtung (58, 59), um den Durchmesser des Werkstücks (7) an wenigstens zwei Stellen zu messen.

Description

Beispielsweise bei den Einspritzventilen von Dieselmotoren werden Ventilspindeln benötigt, die extrem präzise zylindrisch sind. Diese Ventilspindeln dürfen praktisch keinen Gestaltsfehler aufweisen in dem Sinne, dass sie von einem Ende zum anderen Ende keglig zulaufen. Der Sitz der Ventilspindel und damit die Dichtheit würden sonst beeinträchtigt sein.

Zum Schleifen solcher Ventilspindeln ist es bekannt, sie zwischen Spitzen in einer Schleifmaschine zu schleifen, wobei die Schleifscheibe tangential angreift. Während des Schleifvorgangs wird bei der bekannten Schleifmaschine mit zangenartigen Messmitteln der Durchmesser an den beiden Enden des Werkstücks ermittelt. Der Wert wird angezeigt und ermöglicht es dem Bediener, den Reitstock längs einer Verstellachse quer zu verstellen, bis der Gestaltfehler minimal wird. Zum Verstellen des Reitstocks ist eine handbe tätigte Stelleinrichtung vorgesehen.

Eine solche Nachstellung ist erforderlich, weil sich im Laufe des Betriebs durch Temperatureinfluss Fluchtungsfehler hinsichtlich der Werkstückspindel und des Reitstocks einstellen. Wenn diese beide Achsen in der Ebene gegeneinander verstellt sind, wird ein kegeliges Werkstück erzeugt.

Ähnliche Fehler verursachen kegelig abgerichtete Schleifscheiben.

Bei all diesen Fehlern ist der Versatz der Rotationsachse des Werkstücks in radialer Richtung bezüglich der Schleifscheibe relevant. Ein tangentialer Versatz spielt keine Rolle, weil die radiale Änderung bei Abweichung in tangentialer Richtung so gering ist, dass der durch die Kreisform der Schleifscheibe verursachte radiale Unterschied zu einem vernachlässigbaren Fehler führt.

Im Prozess geht man deswegen her und misst die nach dem Schleifen erhaltenen Werkstücke aus, um beispielsweise für das übernächste Werkstück an der Schleifmaschine eine Trendkorrektur vornehmen zu können.

Eine Korrektur am Werkstück selbst während des Schleifvorgangs wurde bislang nicht vorgenommen.

Die US 5,938,503 A beschreibt eine Schleifeinrichtung, bei der das Werkstück zwischen Körnerspitzen eingespannt ist. Jede der Körnerspitzen ist um eine Achse, die quer zur Längsachse des Werkstücks ausgerichtet ist, lateral beweglich. Hierzu sitzt die Körnerspitze auf einer Art Biegefeder. Auf beiden Seiten neben der Biegefeder sind zwei Sta pel von piezoelektrischen Elementen angeordnet. Indem die piezoelektrischen Elemente mit Spannung beaufschlagt werden, wird die Körnerspitze mehr oder weniger seitlich bewegt.

Außerdem sind die Körnerspitzen in Querrichtung durchgeschnitten, wobei in diesem Schnitt ein Scherkraftsensor liegt. Mit Hilfe der Scherkraftsensoren sollen Schwingungen des Werkstücks und die Anpresskraft der Schleifscheibe an das Werkstück erfasst werden. Das so erhaltene Signal wird in eine Steuerschaltung eingespeist, die entsprechend dynamisch die Lage der Körnerspitzen nachregelt. Eine Erfassung der Gestalt des Werkstücks und einer entsprechenden dynamische Kompensation ist auch hier nicht vorgesehen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Schleifmaschine zu schaffen, bei der die Verstellung des Reitstocks automatisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Schleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Bei der neuen Schleifmaschine sitzt auf dem Maschinenbett ein Werkstückspindelstock, mit dem das zu schleifende Werkstück bezüglich einer Rotationsachse angetrieben wird. Ferner ist mit dem Maschinenbett eine Gelenkanordnung verbunden, über die der Reitstock an den Maschinenbett befestigt ist. Der Reitstock ist mit Hilfe der Gelenkeinrichtung quer zu der Rotationsachse des Werkstück bewegbar.

Außerdem ist bei der Schleifmaschine ein Aktuator vorgesehen, der an dem Reitstock angreift, um den Reitstock längs der Verstellachse zu bewegen, die sich quer zu der Scharnierachse erstreckt.

Da zum Verstellen des Reitstocks ein Aktuator verwendet wird, anstelle der normalen handbetätigten Anordnung, besteht die Möglichkeit, die Schleifmaschine zu automatisieren in dem Sinne, dass der Zylinderfehler automatisch beim Schleifen des betreffenden Werkstücks kompensiert wird.

Die Bewegung des Reitstocks ist wegen seiner vergleichsweise kleinen Masse vorteilhaft. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, anstatt den Reitstock über eine Gelenkanordnung mit dem Maschinenbett zu verbinden, dies mit dem Werkstückspindelstock zu tun und diesen zum Zweck der Korrektur des Kegelfehlers quer zu der Rotationsachse des Werkstücks zu verstellen.

Die Gelenkanordnung ist im einfachsten Falle ein Scharnier mit einer Scharnierachse, die parallel zu der Rotationsachse des Werkstücks liegt. Gleichwohl sind andere Gelenkanordnungen auch denkbar, beispielsweise Kugelführungen, wobei dann die Bewegungsachse quer zu der Rotationsachse ausgerichtet ist. Insgesamt eignet sich hierfür jede Gelenkanordnung, die hinreichend spielfrei ist, die Genauigkeit des herzustellenden Werkstücks nicht zu beeinträchtigen.

Die Korrektur des Zylinderfehlers während des Arbeitsvorgangs ermöglicht außerdem einen schnelleren Schleifprozess. Die Zeitdauer für den Schleifprozess wird wesentlich durch die Anpresskraft bestimmt, mit der Werkstück und Schleifscheibe aneinander angepresst werden. Für den betrachteten Arbeitsvorgang muss die Schleifscheibe als elas tisch angenommen werden, wobei die Elastizität innerhalb der Schleifscheibe nicht homogen ist und bereits hierdurch Kegelfehler auftreten können. Da die Zylindrizität während des Schleifvorgangs gemessen wird, kann das Ausweichen der Schleifscheibe bei hohen Anpressdrücken kompensiert werden.

Um den Zylinderfehler während des Schleifens zu messen, ist zweckmäßigerweise eine Messeinrichtung vorgesehen, um den Durchmesser des Werkstücks an wenigstens zwei Stellen zu messen. Um die Messung möglichst wenig durch eine Verstellung des Reitstocks zu beeinflussen, wird mit Hilfe der Messeinrichtung ein Durchmesser gemessen, der in einer Ebene liegt, auf die die Verstellachse des Aktuators senkrecht steht.

Eine besonders fehlerfreie Verstellung, weil spielfrei, lässt sich erreichen, wenn die Scharnieranordnung, mit der der Reitstock an dem Maschinenbett befestigt ist, von einem Biegescharnier, beispielsweise in Gestalt einer Biegefeder, gebildet ist.

Die Reitstockspindel ist in einem Reitstockgehäuse gelagert, das über die Biegefeder und eine Art Support auf dem Schienenbett sitzt.

Eine besonders schnelle und hochgenaue Verstellung ist möglich, wenn der Aktuator ein piezoelektrischer Aktuator ist. Der mit einem solchen piezoelektrischen Aktuator erreichbare Verstellhub von insgesamt ca. 120 Mikrometer reicht in der Regel vollständig aus. Die Genauigkeit wird durch die geringe Hysterese des piezoelektrischen Aktuators begünstigt. Dabei wird die Anordnung so gestaltet, dass die Biegefeder bereits vorgespannt ist, wenn der Aktuator nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.

Die mit einem solchen Aktuator zu erzielenden Kräfte liegen bei ca. 240 N, was für den vorliegenden Anwendungsfall ausreicht.

Um zu verhindern, dass Quer- oder Biegekräfte auf den Aktuator übertragen werden, ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator über Biegefedern entkoppelt wird. Diese Biegefedern können an einem oder vorzugsweise an beiden Enden vorhanden sein. Im einfachsten Falle sind solche Biegefedern rotationssymetrisch, damit der Aktuator auf keinen Fall nennenswert verspannt wird.

Mit der neuen Schleifmaschine ist es auch möglich, während der Bearbeitung des Werkstücks ein Nachstellen vorzunehmen, um den Zylinderfehler praktisch auf Null zu korrigieren. Dazu enthält die neue Schleifmaschine einen Regelkreis, der die Messwerte von zwei Durchmessern-Messeinrichtungen zugeführt werden. Aus diesem Signal wird in dem Regelkreis das Steuersignal für den Aktuator erzeugt.

Im Falle eines Aktuators, der selbst keine Integralcharakteristik aufweist, ist es zweckmäßig, wenn der Regler ein Integralregler ist, bzw. einen Integralanteil enthält.

Mit einer mit einem Steuerkreis versehenen Schleifmaschine ist es auch möglich, gezielt unrunde Werkstücke zu erzeugen. So wird mit der Schleifspindel Drehgeber gekoppelt, so dass der Sollwert für den Aktuator entsprechend der Drehstellung des Werkstücks verstellt wird. Der Werkstückspindelstock sitzt auf einer Anordnung ähnlich der beschriebenen Anordnung für den Reitstock.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.

Im Übrigen erkennt der Leser beim Studium der Figurenbeschreibung, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau einer Außenrundschleifmaschine in einer Draufsicht unter Veranschaulichung des auftretenden Fehlers
2 den Reitstock, der erfindungsgemäßen Schleifmaschine in einer Stirnansicht auf die Spitze der Reitstockspindel.
3 das Blockschaltbild für einen Regelkreis zur automatischen Fehlerkorrektur,
4 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schleifmaschine in einer stark vereinfachten Draufsicht,
5 das Blockschaltbild für eine Steuereinrichtung zum Erzeugen unrunder Werkstücke und
6 das Blockschaltbild für einen Regelkreis zur automatischen Fehlerkorrektur unter Verwendung ei nes Messtasters zum Erfassen der Auslenkung, die durch den Aktuator verursacht wird.
1 zeigt in einer Ansicht von oben die zum Verständnis der Problematik wesentlichen Teile einer Außenrundschleifmaschine. Zu der Maschine gehören ein Werkstückspindelstock 1, ein Reitstockspindelstock 2 sowie eine Schleifeinheit 3, die auf einem nicht weiter dargestellten, in der Zeichenebene darunter befindlichen Schleifmaschinenbett, angeordnet sind. Der Werkstückspindelstock 1 enthält eine drehbar gelagerte Werkstockspindel 4, die über eine Motoreinheit 5 wahlweise in Umdrehung zu versetzen ist. Die Werkstückspindel 4 trägt eine Körnerspitze 6 zum Einstecken in eine Zentrierbohrung eines Werkstücks 7.
Die Werkstückspindel 4 definiert eine erste Rotationsachse 8.
Der Reitstock 2 weist eine Reitstockspindel 9 auf, die an ihrem freien Ende eine feststehende Körnerspitze 10 trägt. Mit ihrer Hilfe wird das Werkstück 7 an einer weiteren Zentrierbohrung in der Schleifmaschine 1 gehalten.
Durch den Reitstock 2 wird eine zweite Rotationsachse 11 für das Werkstück 7 definiert. Diese Rotationsachse fällt im Idealfall mit der ersten Rotationsachse 8 zusammen.
Seitlich neben der Anordnung aus Werkstückspindelstock 1 und Reitstock 2 befindet sich die Schleifeinheit 3. Die Schleifeinheit 3 setzt sich aus einem Antrieb 12 und wenigstens einer Schleifscheibe 13 zusammen, die um eine Achse 14 rotiert, die parallel zu den Rotationsachsen 8 und 11 ausgerichtet ist.
Um das Werkstück 7 bearbeiten zu können, ist die Schleifeinheit 3 in Richtung parallel zu einem Doppelpfeil 15 auf das Werkstück 7 zustellbar. Der Doppelpfeil 15 repräsentiert damit die Zustellachse der Schleifeinheit 3.
Um lange Werkstücke über die gesamte Länge bearbeiten zu können, ist die Schleifeinheit 3 außerdem in Richtung parallel zu der Rotationsachse 14 entsprechend einem Doppelpfeil 16 zu bewegen. Der Doppelpfeil 16 repräsentiert somit gleichzeitig die Vorschubachse.
Die Antriebe, um die Schleifeinheit 3 längs den Vorschub- und der Zustellachsen 15, 16 zu bewegen, sind in der schematischen Darstellung nicht gezeigt.
Wenn die Rotationsachse 8 mit der Rotationsachse 11 zusammenfällt, wird beim Schleifvorgang ein exakt zylindrisches Werkstück 7 erzeugt. Wenn hingegen die Rotationsachse 11 gegenüber der Rotationsachse 8, wie angedeutet, in der Zeichenebene, gegeneinander versetzt sind, wird ein Werkstück erzeugt, das sich in Richtung auf das Ende, das dem Reitstock 2 benachbart ist, konisch oder kegelig verjüngt.
Ein Versatz der beiden Rotationsachsen 8 und 11 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene dagegen, ist unschädlich. Bei einer Verlagerung von ca. maximal 50 μm in jeder Richtung, ist der hieraus resultierende radiale Unterschied des Abstandes zu der Rotationsachse 14 vernachlässigbar. Es spielt also nur der Versatz der Achsen in der Zeichenebene eine Rolle, da dieser Versatz unmittelbar zu einer Änderung der Abstandes zwischen der Rotationsachse 14 und der be treffenden Rotationsachse 8 oder 11 führt.
Ein Gestaltsfehler tritt auch auf, wenn die Schleifscheibe 13 nicht exakt zylindrisch abgerichtet ist. Kleine Teile werden mit einer Schleifscheibe bearbeitet, deren Breite der Länge der zu bearbeitenden Fläche an dem Werkstück entspricht. Hierbei bildet sich der Gestaltsfehler der Schleifscheibe unmittelbar auf dem Werkstück ab.
Diese Zusammenhänge sind dem Fachmann bekannt und brauchen deswegen an dieser Stelle nicht ausführlicher erläutert zu werden.
2 zeigt eine Reitstockeinheit 2, die dazu eingerichtet und geeignet ist, den Versatz der beiden Rotationsachsen 8 und 11 in Richtung parallel zu einer Ebene, die die Zustellachse 12 enthält, zu korrigieren.
Es ist ein Schnitt durch die Schleifmaschine 1 etwa auf der Höhe des rechten Endes des Werkstückes 7 nach 1 veranschaulicht, womit 2 eine Ansicht auf die Reitstockeinheit 2 aus der Sicht des Werkstücks wiedergibt.
Die Reitstockeinheit 2 weist einen auf einem Maschinenbett 17 angeordneten Sockel 18 auf. Das Maschinenbett 17 verfügt in der üblichen Weise über Führungsflächen 19, 20 und 21, von denen die Flächen 19 und 20 zueinander parallel sind, während die Fläche 21 rechtwinklig zu den Flächen 19 und 20 ausgerichtet ist. Der Sockel 18 trägt dazu komplementäre Anlageflächen 22, 23 und 24, die es ermöglichen den Sockel in exakter Weise auf dem Maschinenbett 17 zu positionieren.
In dem Maschinenbett 17 sind Senkbohrungen 25 enthalten, durch die Schrauben 26 hindurch führen, die in Gewindebohrungen des Sockels 18 eingeschraubt sind, um den Sockel 18 gegen die Führungsflächen 19, 20 und 21 des Maschinenbetts 17 anzupressen.
Der Sockel 18 ist an seinem linken oberen Ende mit einer Ausnehmung versehen, die von zwei zueinander rechtwinkligen Flächen 27 und 28 begrenzt ist. Diese Flächen 27 und 28 laufen durch den Sockel 18 durch und liegen parallel zu der Rotationsachse 11. Innerhalb dieser Ausnehmung 27 befindet sich ein Reitstockgehäuse 29, in dem die Reitstockspindel 9 verschiebbar gelagert ist. Die Spitze des Mitlaufkörners 10 ist bei 31 angedeutet.
Das Reitstockgehäuse 29 und der Sockel 18 sind über eine Biegefeder 32 miteinander verbunden. Die Biegefeder 32 bildet ein Scharnier oder Gelenk, mit dessen Hilfe das Gehäuse 19 gegenüber dem Sockel 18 bezüglich einer Achse schwenkbar ist, die zu der Achse 11 parallel liegt. Diese Scharnierachse ist bei 33 schematisch angedeutet. Sie befindet sich etwa auf der Mitte der Biegefeder 32, und ungefähr auf der Mitte der Höhe eines Spaltes 34, der das Gehäuse 29 von den beiden Flächen 27 und 28 trennt. Dieser Spalt ist, um eine Verschmutzung zu vermeiden, mit einer dauerelastischen Masse 35 gefüllt. Die Biegefeder 32 ist bandförmig und entspricht in ihrer Länge senkrecht zu der Zeichenebene der Länge des Reitstockgehäuses.
Die Biegefeder 32 enthält mehrere Stufenbohrungen 36, durch die Kopfschrauben 37 hindurchführen, die in Gewindebohrungen 38 sowohl des Gehäuses 29 als auch des Sockels 18 hinein geschraubt sind, um die Biegefeder 32 mit beiden starr und fest zu verbinden.
Um die Biegefeder 32 möglichst dicht mit ihrer Scharnierachse 33 an die Achse 31 heranzurücken, sind zur Aufnahme der Biegefeder, wie gezeigt, sowohl in dem Gehäuse 29 als auch in dem Sockel 18 Ausnehmungen 39 und 41 vorhanden.
Um das Reitstockgehäuse 29 bezüglich der Scharnierachse 33 zu bewegen, ist ein Aktuator 41 vorgesehen. Der Aktuator 41 stützt sich einends an einem Joch 42 ab, das über zwei Schenkel 43 mit dem Sockel 18 verbunden ist. Der Aktuator 41 liegt zwischen diesen beiden Schenkeln 43 und 44. In das rechte hintere Ende des Aktuators 41 ist in einem Fortsatz 45 ein Bolzen 46 eingeschraubt, der mit einem Gewindeschaft 47 durch das Joch 42 hindurchfährt und mittels einer gegengeschraubten Mutter 48 starr an dem Joch 42 festgelegt ist. Zwischen zwei Bundflächen 49 und 51, die im Spalt zwischen dem Aktuator 41 und dem Joch 42 liegen, erstreckt sich ein im Durchmesser verjüngter Bereich 52, der als rotationssymetrische Biegefeder wirkt.
Das bewegliche Ende des Aktuators 41 ist in einer ähnlichen Weise mit dem Reitstockgehäuse 29 verbunden. Das Reitstockgehäuse 29 verfügt hierzu über einen zylindrischen Fortsatz 53 mit darin befindlichen Gewinde, in den eine Verbindungsschraube 54 eingedreht ist. Die Verbindungsschraube 54 ist ebenfalls mit einem verjüngten Abschnitt 55 versehen, der rotationssymetrisch ist und ähnlich wie der Abschnitt 52 als Biegefeder wirkt.
Bei dem Aktuator 41 handelt es sich um einen piezoelektrischen Aktuator mit einem Maximalhub von ca. 120 Mikrometern. Mit dem Aktuator 41 können sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen werden. Die mit dem Aktuator 41 zu erzeugende Kraft beträgt ca. 120 N.
Solche Aktuatoren sind handelsüblich und brauchen deswegen an dieser Stelle nicht im Detail erläutert zu werden.
An dem hinteren Ende des Aktuators 41 befindet sich ein Zuleitungskabel 56, das durch eine Bohrung 57 in dem unteren Schenkel 44 hindurchfährt.
Schließlich weist die Schleifmaschine 1 noch zwei Durchmesser Messeinrichtungen auf, um an zwei voneinander getrennt liegenden Stellen den Durchmesser des Werkstücks 7 zu ermitteln. Die Messeinrichtungen, beispielsweise Zangenmesseinrichtungen, sind so angeordnet, dass sie einen Durchmesser messen, der in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Zustellachse 15 ist.
Von dieser Messeinrichtung sind lediglich zwei Messköpfe 58 und 59 schematisch veranschaulicht. Weitere Messköpfe die im Abstand hierzu nochmals den Durchmesser an einer anderen Stelle messen, sind aus der Zeichnung auf Rücksicht auf die Übersichtlichkeit weggelassen.
Die Reitstockanordnung 2 ist mit dem Aktuator 41 derart justiert, dass bei spannungslosem Aktuator das Gehäuse 29 in Richtung auf das Joch 42 verlagert ist, damit die Drehachse 11 um ca. 20 μm gegenüber der Rotationsachse 8 versetzt ist, und zwar in Richtung von der Schleifeinheit 3 weg. Wenn der Aktuator 21 mit Spannung beaufschlagt wird, kann er sich um bis zu 120 Mikrometern verlängern, und um diesen Betrag das Gehäuse 29 aus der Ruhelage von dem Sockel 18 nach links drücken, wobei das Gehäuse 29 eine Schwenkbewegung um die Scharnierachse 33 macht. In der anderen Endlage ist die Rotationsachse 11 gegenüber der Rotationsachse 8 um ca. 60 bis 70 μm verlagert, jetzt jedoch in Richtung auf die Schleifeinheit 3 zu.
Mit der erläuterten Anordnung für die Reitstockeinrichtung 2 ist es möglich, dynamisch im Betrieb eine Kompensation des Versatzes zwischen den beiden Rotationsachsen 8 und 11 zu erzeugen. Hierzu weist die Schleifmaschine zusätzlich einen Regler auf, dessen Prinzipschaltbild in 3 veranschaulicht ist. Der Regler enthält ein Summierglied 61 mit zwei Eingängen 62 und 63. Dem Eingang 62 wird ein elektrisches Signal zugeführt, dass dem Durchmesser D1 des Werkstückes 7, beispielsweise in der Nähe des Werkstückspindelstockes 1, entspricht. Dem Eingang 63 wird mit umgekehrtem Vorzeichen ein Signal zugeführt, das den Durchmesser D2 des Werkstückes 7 an dem anderen Ende, beispielsweise in der Nähe des Reitstockes 2, repräsentiert. Wenn die beiden Durchmesser exakt gleich sind, liefert das Summierglied 61 an seinem Ausgang 64 ein elektrisches Signal entsprechend einem Nullwert.
Allgemein ausgedrückt entspricht der Wert an dem Ausgang 64 der Differenz der beiden Durchmesser D1 und D2 unter Berücksichtigung des Vorzeichens.
Das Ausgangssignal des Summiergliedes 61 wird einem Eingang 65 eines Integrators 66 zugeführt, der an seinem Ausgang 67 das Steuersignal für den Aktuator 41 erzeugt.
Ein Integrator ist in dem Regler deswegen erforderlich, weil der Aktuator 41 als piezoelektrischer Wandler rein proportional arbeitet. Würde der Regler keine Integra tionscharkteristik haben, würde ein Restfehler verbleiben, der der Schleifenverstärkung des Reglers entspricht.
In Verbindung mit 2 ist ausführlich eine Schleifmaschine beschrieben, die dazu eingerichtet ist, gegebenenfalls automatisch, einen Zylinderfehler zu kompensieren, der durch einen Achsversatz oder eine konische Schleifscheibe 13 hervorgerufen wird. Dazu ist ausführlich dargetan, wie die Reitstockspindel 9 samt dem Gehäuse 29 um eine Achse 32 schwenkbar ist, die parallel zur Rotationsachse des Werkstücks 7 liegt.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass in ähnlicher Weise auch ein Gehäuse für die Werkstückspindel schwenkbar an dem Maschinenbett befestigt werden kann. Die Figur hierzu sähe spiegelbildlich aus, da die Scharnierachsen sowohl des Gehäuses für den Reitstock, als auch des Gehäuses für die Werkstückspindel zueinander koaxial sein müssen und demzufolge auf derselben Seite des Maschinenbetts liegen.
Der prinzipielle Aufbau ist in 4 in einer Draufsicht gezeigt. Der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 2 sind jeweils mit einem eigenen piezoelektrischen Aktuator 41a und 41b verbunden. Außerdem ist die der Werkstückspindel 4 zusätzlich ein Inkrementalgeber 70 versehen, um ein elektrisches Signal zu liefern, dessen Wert dem Azimutwinkel des Werkstücks 7 gegenüber der Schleifscheibe 13 entspricht. Das elektrische Signal wird in eine Steuerung 71 gemäß 5 eingespeist. Diese Steuerung 71 korreliert die gelieferten Winkelwerte mit Werten in einer Tabelle und liefert elektrische Signale an die piezoelektrischen Aktuatoren 41a und 41b des Werkstückspindelstocks 1 und des Reitstocks 2. Indem beide synchron und um gleiche Beträge phasenrichtig zu der Winkellage des Werkstücks 7 auf die Schleifscheibe 13 zu und von dieser weg bewegt werden, kann ein Werkstück 7 erzeugt werden, das in Umfangsrichtung gesehen, unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Durch geeignete Steuerung kann beispielsweise ein Werkstück erzeugt werden, das "viereckig" ist. Bei einem solchen Werkstück wären, längs des Umfangs gesehen, in einer exakt zylindrischen Bohrung vier bananenförmige Räume gebildet um hier beispielsweise Schmiermittel aufzunehmen.
Falls bei der neuen Schleifmaschine ein Aktuator 41 verwendet wird, der keine lineare Kennlinie hat, in dem Sinne, dass die Bewegung des Reitstockgehäuses 29 proportional der Spannung oder dem Strom ist, der dem Aktuator 41 zugeführt wird, kann es zweckmäßig sein, auf dem Schenkel 43 zusätzlich einen Messtaster 70 anzuordnen, der mit einem Anschlag 71 auf dem Reitstockgehäuse 29 zusammenwirkt. Die Regelanordnung aus 3 wird zur Einschleifung des Signals von dem Messtaster 70 kaskadiert, wie dies in 5 gezeigt ist. Das Signal aus dem Ausgang 67 des Reglers 66 gelangt in einen Regler 72 als Soll-Signal. Als Ist-Signal wird über eine Leitung 73 das Ausgangssignal des Messtasters 70 zugeführt. Der Regler 72 hat ebenfalls vorzugsweise wieder eine Integralcharakteristik oder wenigstens einen Integralanteil und liefert an seinem Ausgang 74 das Stell-Signal für den Aktuator 71.
Die gezeigte Regelanordnung für die neue Schleifmaschine wird bevorzugt in Verbindung mit einem piezoelektrischen Aktuator verwendet. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, an Stelle des Piezoaktuators jede andere Form von Aktuator zu verwenden, um in einer Regelschleife gemäß 3 oder gemäß 5 den Kegelfehler während des Schleifens zu korrigieren.
Bei einer Schleifmaschine ist der Reitstock bezüglich einer Achse schwenkbar gelagert, die parallel zur Drehachse des Werkstücks ausgerichtet ist. Mit Hilfe eines piezoelektrischen Aktuators kann der Reitstock um diese Achse geschwenkt werden, um die Drehachse an diesem Ende des Werkstücks mit der Drehachse am anderen Ende fluchtend auszurichten oder gegenüber dieser Achse gezielt zu verstellen.

Claims

Schleifmaschine mit einem Maschinenbett (17), mit einem auf dem Maschinenbett (17) angeordneten Werkstückspindelstock (1), um ein zu schleifenden Werkstücks (7) bezüglich einer Rotationsachse (8) anzutreiben, mit einer Gelenkanordnung, die mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist und die eine Scharnierachse (33) definiert, mit einem Reitstock (2), der eine Reitstockspindel (9) aufweist und der über die Gelenkanordnung mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist, derart, dass der Reitstock quer zu der Rotationsachse des Werkstücks (7) bewegbar ist, mit einem Aktuator (41), der an dem Reitstock (2) angreift, um den Reitstock (2) längs einer Verstellachse zu bewegen, die quer zu der Scharnierachse (33) ausgerichtet ist, und mit einer Messeinrichtung (58, 59), um den Durchmesser des Werkstücks (7) an wenigstens zwei Stellen zu messen.
Schleifmaschine mit einem Maschinenbett (17), mit einem Reitstock (2), der eine Reitstockspindel (9) aufweist, mit einem auf dem Maschinenbett (17) angeordneten Werkstückspindelstock (1), um ein zu schleifenden Werkstücks (7) bezüglich einer Rotationsachse (8) anzutreiben, mit einer Gelenkanordnung, die mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist und die eine Scharnierachse (33) definiert, wobei der Werkstückspindelstock (1) über die Gelenkanordnung mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist, derart, dass der Werkstückspindelstock (1) quer zu der Rotationsachse des Werkstücks (7) bewegbar ist, mit einem Aktuator (41), der an dem Werkstückspindelstock (1) angreift, um den Werkstückspindelstock (1) längs einer Verstellachse zu bewegen, die quer zu der Scharnierachse (33) ausgerichtet ist, und mit einer Messeinrichtung (58, 59), um den Durchmesser des Werkstücks (7) an wenigstens zwei Stellen zu messen.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung von einer Scharnieranordnung (32) gebildet ist, deren Scharnierachse (33) parallel zu der Rotationsachse des Werkstücks ausgerichtet ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (58, 59) derart angeord net ist, dass sie die Durchmesser des Werkstücks (7) an Durchmessern des Werkstücks (7) misst, die in einer Ebene liegen, auf der die Verstellachse senkrecht steht.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scharnieranordnung (32) von einem Biegescharnier gebildet ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reitstock (2) ein Reitstockspindelgehäuse (29) aufweist, in der die Reitstockspindel (9) verschieblich gelagert ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scharnieranordnung (32) mit dem Reitstockspindelgehäuse (29) verbunden ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) ein piezoelektrischer Aktuator ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) mit dem Reitstockspindelgehäuse (29) oder dem Werkstückspindelstock (1) über eine Biegefeder (55) verbunden ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) über eine Biegefeder (52) mit seinem Widerlager (42) verbunden ist, das mit dem Maschinenbett (17) verbunden ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (52, 55) rotationssymetrisch ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Regelkreis (61, 66) aufweist, der an seinen beiden Eingängen (62, 63) den Durchmessern entsprechende elektrische Werte (D1, D2) erhält und der an einem Ausgang (67) ein Ausgangssignal für den Aktuator (41) liefert.
Schleifmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (64, 66) einen P-, I- oder PID-Regler (66) enthält.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reitstockspindel (9) oder der Werkstückspindel (4) ein Drehgeber (70) zum Ermitteln der Rotationsstellung des Werkstücks (7) zugeordnet ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Regelkreis (71) aufweist, der an einem seiner Eingänge ein Signal erhält, das der Drehposition des Werkstücks (7) entspricht und dem an seinem anderen Eingang ein Sollsignal zugeführt bekommt.
Schleifmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollsignal ein periodisches Signal ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode des periodischen Signals einer Umdrehung des Werkstücks (7) entspricht.