Schleifmsehine Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit kraftbetätigten
Schleifmaschinen und betrifft insbesondere eine verbesserte Schleifmaschine, mit
der man von einer unregelmäßigen Oberfläche eines Werkstükkes eine gleichmäßig dicke
Werkstoffschicht abheben kann. Die Erfindung wird insbesondere am Beispiel einer
Maschine zum Schleifen von Stahlbarren oder Stahlbrammen beschrieben, die dazu dient,
die Sinterschlacke oder die Gußhaut und andere Unvollkommenheiten von der Oberfläche
der Barren zu entfernen, damit beim anschließenden Erhitzen und Walzen der Barren
oder Brammen möglichst wenig Schäden entstehen. Es ist bekannt, bei Schleifmaschinen
dieser Art einen hin- und hergehenden Tisch zu verwenden, auf dem das zu schleifende
Werkstück, wie etwa ein Barren oder eine Bramme, festgespannt ist. Eine Schleifscheibe,
die auf einer waagerechten, mit ihrer Drehachse parallel zur Längsachse des Tisches
verlaufenden Welle montiert ist, wird dabei mit einem bestimmten Druck nach unten
gegen die zu schleiende Fläche gedrückt. Änderungen dieses Druckes infolge von Unregelmäßigkeiten
der Oberfläche des Werkstückes werden elektrisch abgetastet und die senkrechte Stellung
der Schleifscheibe wird dann entsprechend eingestellt, um die Schleifdruckzunahme
oder -abnahme auszugleichen und so einen gleichmäßigen Schleifdruck aufrecht zu
erhalten.
Es wird, daher, selbst wenn das zu schleifende Werkstück gekrümmt ist, eine gleichmäßig
dicke Werkstoffschicht beim Durchgang des Werkstückes unter der Schleifscheibe abgehoben.
Nach jedem Durchgang wird die Schleifscheibe seitlich um einen Schritt weiterbewegt,
so daß bei der nächsten Hin- bzw. Herbewegung des Tisches ein den vorherigen Schleifdurchgang
überlappender Schleifgang entsteht, und, dieser Vorgang wird bei jeder Hin- bzw.
Herbewegung des Tisches wiederholt, bis sämtliche Längsoberflächen des Wierkstückes
geschliffen sind. Bei dieser Art von Schleifmaschinen ist die Schleifbreite durch
den Schleifdruck und in einem gewissen Umfang durch den Durchmesser der Schleifscheibe
begrenzt. In der Regel sind mehrere Durchgänge des werkstückes unter der Schleifscheibe
erforderlich, um die Sinterschlacke von der werkstücksoberfläche zu entfernen. Da
die Schleifscheibe sich um eine waagerechte, parallel zur Werkstücksbewegung verlaufende
Achse dreht, erzeugt außerdem die krümmunG der Schleifscheibe im Querschnitt betrachtet
ein Wellenprofil auf der geschliffenen Oberfläche, so daß diese Oberfläche nach
einer Reihe von Schleifdurchgängen eine entsprechende Anzahl paralleler Schleiflurchen
aufweist, die bei edem Durchgang unter der Schleifscheibe entstehen. Demgemäß betrifft
die vorliegende efindung eine Schleifmaschine, in der eine Schleifscheibe auf einer
Achse montiert ist, welche gegenüber der Senhrechten geringfügig geneigt ist, so
daß die Schleifscheibe mit der bearbeiteten Werkstücksoberfläche einen Winkel bildet;
auf diese Weise wird dar Durchmesser der Schleifscheibe zu einem wesentlichen Faktor
für die Schleifbreite. Mit einer solchen Schleifmaschine kann ohne Erhöhung des
Schleifdruckes ein
breiterer und flcherer Schliff durchgeführt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine neue unca verbesserte
Hontageanordnung zur hin- und herbewegliciien Halterung der Schleifscheibenachse,
die eine federnde Bewegun, der Schleifscheibe in Richtung ihrer Drehachse ermöglicht;
dadurch kann die Schleifscheibe in Richtung auf das Werkstück und von diesen wegbewegt
werden, um Oberflächeuunebenheiten auszugleichen. Mit der Halterung für die Scrhleifscheibenachse
wirkt ein Servosteuermechanismus zusammen, der für eine automatische Eriregulierung
der Achsenstellung sorgt, um einen gleichmäßigen Schlleifdruck zwischen dem Werkstück
und der Schleifscheibe aufrecht zu erhalten. Die Erfindung befaßt sich ferner mit
einer anderen Form der Servosteuereinrichtung, die unabhängig von der elastischen
Schleifscheibenachsenlagerung arbeitet, um vor der Schleifscheibe Wellen in der
Oberfläche des Werkstückes festzustellen und eine entsprechende Ausgleichseinstellung
der senkrechten Stellung des Schleifers zu veranlassen, so daß ein gleichmäßiger
Schleifdruck erhalten b2eibt. Um diese Ziele der Erfindung zu verwirklichen, wird
eine Schleifmaschine geschaffen, die einen Schleifscheibentragkopf aufweist, welcher
derar-t angeordnet ist, d.aß er auf das Werkstück hin- und von diesem wegbewegt
werden kann; die Maschine weist ferner eine Schleifscheibenachse auf, die in der
Schleifrichtung gegenüber der Senkrechten geringfügig geneigt ist; ferner ist eine
eleastische Halterung für die Schleifscheibenachse auf dem Schleifscheibentrag-Kopf
vorgesehen, welche die Schleifscheibenachse in Richtung ihrer Längsachse federnd
nach unten führt; die Sciilei;'selieibenachse trägt
eine Schleifscheibe,
die-mit dem Werkstück unter einem Winkel in Eingriff steht, der dem Neigungswinkel
der Schleifscheibenachse entspricht; die Maschine weist ferner eine bewegliche Konstruktion
auf, um das Werkstück und den Schleifscheibentragkopf relativ zueinander zu bewegen:
schließlich weist die Maschine eine Servosteuerung auf, die dem Schleifer zugeordnet
ist und auf Bewegungen der Schleifschei benachse auf der elastischen Halterung relativ
zum Schleifscheibentragkopf anspricht, um Änderungen des Schleifdruckes festzustellen
und zu veranlassen, daß sich der Schleifscheibentragkopf relativ zur Schleifscheibenachse
bewegt und dadurch ein bestimmter Schleifdruck aufrecht. erhalten wird. Gemäß der
Erfindung ist die Schleifacheibenachse ferner schwenkbar gegenüber dem Werkstück
montiert und kann gegenüber der Senkrechten nach beiden Richtungen verkantet werden,
um so bei jeder Bewegung entlang dem Werkstück zu schleifen. Bei einer anderen Ausführungsform
der oben erwähnten, auf Auslenkungen der Schleifscheibenachse relativ zum Schleifscheibentragkopf
ansprechenden Servosteuerung ist gemäß der Erfindung ein Spurglied vorgesehen, das
den Wellungen des Werkstückes vor der Schleifscheibe folgt, wobei die Anordnung
derart ist, da# Auslenkungen des Spurelementes auf die Servosteuerung übertragen
werden und dadurch die elastische Achsenlagerung umgangen wird. In der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiele der Erfindung wird, auf die beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 3 ist eine Teildraufsicht der in den Figuren 1 und 2 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Teil des Schleifscheibentragkopfes
weggebrochen ist, um einen Teil der Halterungsanordnung für die Schleifscheibenachse
zu zeigen. Fig. 4 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Servosteuerung, die in
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Regulierung des Schleifdruckes
verwendet wird. Fig. 5 zeigt in größerem Maßstab einen Schnitt durch den Schleifscheibentragkopf,
in dem die elastischen Lagerungen für die Schleifscheibenachse zu sehen sind, und
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Servosteuerungsanordnung,
bei der ein Spurelement verwendet wird, das vor der Schleifscheibe den Oberflächenkonturen
des Werkstückes folgt. Die Zeichnungen zeigen selbstverständlich nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die den Erfindungsgedanken nicht abgrenzen sollen. Die Figuren 1
bis 3 zeigen eine kraftbetätigte Schleifmaschine 10, deren Schleifscheibe 12 mit
der Oberfläche eines Werkstückes 14 in Eingriff steht, wobei dieses Werkstück auf
irgendeine geeignete Weise auf einer allgemein mit 16 bezeichneten Befestigungsvorrichtung
festgespannt ist.
Im einzelnen wird. die Schleifmaschine 10 von
einem Rahmen 17 im Abstand. vom Boden gehalten, der Rahmenquerstücke 18 aufweist,
die von Seitenrahmengliedern 20 über dem Werkstück 14 gehaltert werden. Auf den
Seitenrahmengliedern 20 sind Doppelflanschräder 22 befestigt, die auf auf dem Boden
montierten und, parallel zum Werkstück 14 verlaufenden Schienen 24 laufen. Die Bewegung
der Schleifmaschine 10 entlang dem Werkstück 14 wird von zwei synchronisierten Antriebseinheiten
25 bewirkt, die auf den beiden Seitenrahmen 20 montiert sind. Jede Antriebseinheit
25 weist einen Antriebsmotor 26 auf, der an ein Untersetzungsgetriebe 27 angeschlossen
ist, um die Räder 22 entlang den Schienen 24 anzutreiben. Es können irgendwelche
geeigneten Mittel zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit vorgesehen sein. Selbstverständlich
könnte man - statt die Schleifmaschine 10 zu bewegen - auch das Werkstück 14 hin-
und herbeweglich lagern, wobei die Anordnung hierfür der in der USA-Patentschrift
3.118.254 beschriebenen Vorrichtung ähnlich sein kann. Schrittbewegung der Schleifmaschine
Auf
Schienen 32 und Laufrädern 34 ist ein Schrittbewegungslagerkopf 30 zwischen den
Querrahmenstücken 18 gelagert, der die Schrittbewegung quer zur Schleifrichtung
bewirkt. Die Schrittbewegung der Schleifmaschine erfolgt mittels paralleler Kugel-Gewindering-
und Schraubenmechanismen 35, die von einem umkehrbaren Antriebsmotor 36-über Antriebsketten
37 angetrieben werden. Die Schleifscheibe 12 hat daher.zwei Hauptbewegungsrichtungen
gegenüber dem Werkstück 14, und zwar eine Längsbewegung parallel zum Werkstück und
eine Schrittbewegung quer zum Werkstück.
Verkantung der Schleifmaschine
Im Inneren des Schrittlagerkopfes 30 ist auf Drehzapfen 42 ein Kipplagerkopf 40
montiert. Die Achse der Drehzapfen 42 schneidet die Schleifscheibenachse, so daß
die Schleifscheibe 12 durch Verschwenkung des Kipplagerkopfes 40 eine weitere Bewegungsmöglichkeit
erhält. Zwischen dem Schrittlagerkopf 30 und dem Kipplagerkopf 40 sind zwei Kippzylinder
44 befestigt, mit denen der Kippwinkel der Schleifscheibenachse eingestellt werden
kann, so daß diese Schleifscheibenachse eine geringe Neigung in Schleifrichtung
gegenüber der Senkrechten hat. Der Kippwinkel der Schleifscheibenachse kann sehr
verschieden groß sein, er liegt jedoch je nach der Oberflächenbeschaffenheit des
Werkstückes normalerweise zwischen maximal 7° und minimal 1° beiderseits der Vertikalen.
Selbstverständlich hängt die Kipprichtung gegenüber der Vertikalen von der Schleifrichtung
ab. Aus den Figuren 1 und 5 ist zu erkennen, daß die Schleifscheibe 12 gegenüber
der Waagerechten und damit gegenüber dem Werkstück 14 um einen Angriffswinkel 45
geneigt ist, der dem Kippwinkel gleich ist. Halterung der Schleifmaschine
Es
wird nun besonders auf Fig. 5 Bezug genommen, aus der zu ersehen ist, daß die Schleifscheibe
12 drehbar auf einer Schleifscheibendrehspindel 50 gelagert ist und über eine Kugel-Keilwelle
52 und einen Gewindering mit Kerbverzahnung 54 gedreht wird, welche entlang der
Achse 57 angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine neue teleskopartige Schleifscheibenhalterung
geschaffen, mit der die Schleifscheibe 12 in Richtung auf das Werkstück und vom
Werkstück weg eingestellt werden kann, um den Schleifdruck zu verändern, was im
folgenden noch beschrieben wird.
Steuerung der Schleifscheibenstellung
Wenn die Oberfläche des zu schleifenden Werkstückes 14 nicht eben ist, d. h, wenn
diese Oberfläche beispielsweise nach oben gekrümmt ist, nimmt der Druck zwischen
der Schleifscheibe und der Werkstücksoberfläche bei der Bewegung der Schleifmaschine
in Längsrichtung des Werkstückes 14 entsprechend der Oberflächenkrümmung zu. Um
einen bestimmten Schleifdruck aufrecht zu erhalten und dadurch sicherzustellen,
daß eine gleichmäßig dicke Werkstoffschicht abgehoben wird, ist ein Servostellungssteuermechanismus
vorgesehen, der in Fig. 4 allgemein mit dem Bezugszeichen 80 versehen ist und der
Stellungssteuerung gleicht, die in der USA-Patentschrift 3.100.954 beschrieben ist.
Selbstverständlich können auch andere Arten von Servosteuerungen verwendet werden,
beispielsweise die auf Belastung ansprechende Steuerung gemäß dem USA-Patent 3.118.254,
im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch eine
von der Position ausgehende Steuerungsvorrichtung bevorzugt. Wenn hier von einer
Positionssteuerung gesprochen wird, so bezieht sich das auf eine Servosteuerung
zur Einregulierung des Schleifdruckes zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück,
die auf Konturänderungen der Oberfläche des geschliffenen Werkstückes anspricht,
wobei diese Konturänderungen der Oberfläche des Werkstückes aus der senkrechten
Stellung der Schleifscheibe oder eines besonderen Tast-oder Spurelementes festgestellt
werden. Der Schleifdruck zwischen der Schleifscheibe 12 und dem Werkstück 14 wird.
durch die Servostellungssteuerung 80 verändert, die.einen umkehrbaren Motor 82 aufweist,
der in Verbindung mit der elastischen Lagerung 70@arbeitet._Aus Fig. 5 ist zu ersehen,
daß die unabhängige
Einstellung des Schleifscheibenlagerkopfes
58 durch Kugel-Gewindering-und Schraubenmechanismen 83 erfolgt, welche gleichförmig
von einem Motor 82 über Kegelradgetriebekästen 84 angetrieben werden. Wenn der Motor
82 derart betätigt wird, d.aß sich der Schleifscheibentragkopf 58 nach unten bewegt,
dann werden die genau bemessenen Schraubenfedern 72 zusammengedrückt und der Schleifdruck
erhöht sich um einen bekannten Betrag. Wird der Motor 82 umgekehrt betrieben, so
Verringert sich der Schleifdruck entsprechen. An der Unterseite der Spindellagerplatte
74 ist eine Spannungssteuervorrichtung 86, beispielsweise ein Selsyn, befestigt,
die über eine einstellbare Verbindung 87 mit der Oberseite der Schleifscheibenspindel
50 verbunden ist. Dadurch verursacht jede Auf- oder Abbewegung der Schleifscheibe
12 und der Schleifscheibenspindel 50 gegenüber dem Spindeltragkopf 58 eine Veränderung
des Ausgangssignals der Spannungssteuervorrichtung 86. Dieses Signal wird in einen
Magnetverstärker 90 der Servostellungssteuerung 80 (Fig. 4) eingespeist, der die
Drehrichtung des Motors 82 und folglich die Größe der senkrechten Einstellung des
Schleifscheibentragkopfes 58 feststellt, die erforderlich ist, um den bestimmten,
gleichförmigen Schleifdruck aufrecht zu erhalten. Automatische Stellungssteuerung
In Fig. 4 ist die Servostellungssteuerung 80 nur schematisch dargestellt, da die
Einzelheiten dieser Steuerung keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Einzelheiten
hierzu kann man der bereits erwähnten USA-Patentschrift 3.100.954 entnehmen. Die
Steuerung 80 weist einen Magnetverstärker auf, der einen vorgespannten Feldstromkreis
91 und einen Signalfeld.stromkreis 92 hat, die induktiv miteinem Bezugsfeldstromkreis
93 gekoppelt sind, was durch die gestrichelte
Linie 94 dargestellt
ist. Der Signalfeldstromkreis 92 ist an ' den Ausgang der Spannungssteuervorrichtung
(Selsyn) 86 angeschlossen. Der Bezugsfeldstromkreis 93 wird von einer regulierten
Gleichstromquelle 95, 96 gespeist. Der Motor 82 wird von einem als Amplidyne bekannten
Generator 97 angetrieben, wobei eine solche Amplidyne dadurch gekennzeichnet ist,
daß sie mit zwei Feldspulen 102, 102a ausgerüstet ist, die von einem Steuerstromkreis
gespeist werden, so daß diese Feldspulen abgeglichen werden; beide Feldspulen haben
die gleiche Anzahl von Amperewindungen, wenn der Druck zwischen der Schleifscheibe
12 und, dem Werkstück 14 sich auf dem vorbestimmten Wert befindet. Wenn diese Feldspulen
derart abgeglichen sind, ist der Ausgang der Amplidyne Null und der Motor 82 steht
still. Wenn eine Feldspule erregt wird, so daß sie mehr Amperewindungen als die
andere Feldspule enthält, ist der Ausgang des Generators derart gerichtet, daß der
Motor 82 den Schleifscheibentragkopf 58 anhebt und dadurch der Druck zwischen der
Schleifscheibe und. dem Werkstück verringert wird. Wenn die Amperewindungen der
Feldspulen umgekehrt unterschiedlich sind, kehrt sich die Richtung des Ausgangs
des Generators um, so daß der Motor 82 den Schleifscheibentragkopf 58 nach unten
bewegt und dabei die Federn 72 zusammendrückt und den Schleifdruck erhöht. Die Feldspule
102 ist an die regulierte Gleichstromquelle 95, 96 angeschlossen, während die zweite
Feldspule 102a vom Ausgang des vorgespannten Feldstromkreises 91 gespeist wird.
Arbeitsweise
Wenn beim automatischen Betrieb der vorbestimmte Schleifdruck
hinsichtlich der Amperewindungen des Bezugsfeldstromkreises 93 eingestellt worden
ist, wie-das-in der USA-Patentschrift 3.100.954 beschrieben
ist,
wird die Verbindung 87 des Selsyns 86 derart eingestellt, daß der Ausgang des Selsyns
den Signalfeldstromkreis 92 gegen den Bezugsfeldstromkreis 93 abgleicht, so daß
die gleiche Anzahl von Amperewindungen auch auf den Feldspulen 102, 102a vorhanden
ist; auf diese Weise ist der Ausgang der Amplidyne 97 Null und der Motor 82 steht
still. Die Anordnung ist derart, daß der vorgespannte Feldstromkreis 91 unbeeinflußt
bleibt, wenn die Amperewindungen des Signalfeldstromkreises 92 den Amperewindungen
des Bezugsfeldstromkreises 93 gleich sind. Eine Erhöhung der Amperewindungen des
Signalfeldstromkreises 92 gegenüber den Amperewindungen des Bezugsfeldstromkreises
93 wirkt jedoch auf den vorgespannten Feldstromkreis 91, so daß sich dessen Ausgang
zur Spule 102a erhöht, während eine Erhöhung der Amperewindungen des Bezugsfeldstromkreises
93 gegenüber den Amperewindungen des Signalfeldstromkreises 92 eine Verminderung
verursacht. Wenn der Druck zwischen der Schleifscheibe 12 und dem Werkstück 14 über
den vorbestimmten Wert ansteigt, erhöht sich der Ausgang des Selsyns 86 im wesentlichen
linear, d. h. die Spannung steigt proportional im Signalfeldstromkreis 92, so daß
die Amperewindungen in diesem zunehmen. Die sich ergebende Zunahme der Amperewindungen
der Spule 102a des Generators bewirkt, daß durch den Motor 82 der Schleifdruck herabgesetzt
wird. Wenn umgekehrt der Schleifdruck gegenüber dem vorbestimmten Wert abnimmt,
stellt sich eine lineare Zunahme im Ausgang des Selsyns 86 ein, woraus sich eine
den Ausgleich herbeiführende proportionale Erhöhung des Preßdruckes ergibt.