DE1910690A1

DE1910690A1 - Schleifmaschine

Info

Publication number: DE1910690A1
Application number: DE19691910690
Authority: DE
Inventors: Hahn Robert Simpson
Original assignee: Heald Machine Co
Current assignee: Heald Machine Co
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1969-03-03
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3555741A; GB1251089A

Description

PATENTINGENIEURE F. W. HEMMERICH · GERD MDLLER. D.GROSSE 21 524"

DOSS ELDO R F 10 · HOMBERGER S TRASS E 5 1910690 25 2 1969

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THE HEALD MACHINE CO.» Worcester, Mass. / USA Schleifmaschine

Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Schleifmaschine. Sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Vorrichtung, mittels der durch ein Schleifverfahren eine Drehfläche hervorgerufen wird.

Beim Betrieb einer Schleifmaschine lassen sich viele Vorteile dadurch erreichen, daß die zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück wirkende Kraft gesteuert und geregelt wird. Beim Innenschleifen (bei dem die Schleifscheibe auf einer auskragenden Schleifspindel sitzt), ist die Schleifspindel bei Belastung einer radialen Ablenkung und einer Winkelablenkung unterworfen. Eine Winkelablenkung, falls sie nicht kompensiert wird, führt zur Konizität, eine radiale Ablenkung hingegen zu Abweichungen in den Abmessungen der Bohrung. Das Vorhandensein von derartigen elastischen Einflüssen - dies gilt besonders für die mit "Zustellgeschwindigkeit arbeitenden Schleifmaschinen - kompliziert die Arbeitsweise und die Einrichtung der Schleifmaschine. Das aber bedeutet, daß sogar dann, wenn die Maschine bei einer vorgegebenen Kraft perfekt arbeitet, diese Ablenkungen die Betriebsverhältnisse bestimmen, so daß eine genaue Regulierung der Fertigabmessungen und der Konizität unmöglich wird. Weil sich die Vorteile des Schleifens mit geregelter Kraft am besten durch Umschaltung von einer Kraft zur anderen erreichen lassen, ist zu erkennen, daß die Abweichungen, radiale und Winkelabweichungen, die genaue Regulierung der Konizität und der Abmessungen beeinträchtigen. Diese und andere Nachteile der bisherigen 909840/1051

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DUSS ElDO R F 10 · HOMBERGER STRASSE 5 . 1910690 25,2.1969

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Ausführungen werden im Rahmender hier vorliegenden Erfindung in einer neuartigen Weise vermieden.

Die hier vorliegende Erfindung zielt deshalb in der Hauptsache darauf ab, eine Schleifmaschine zu schaffen, welche derart ausgelegt und konstruiert ist, daß Veränderungen in der für das Schleifen erforderlichen Kraft keine Abweichungen in den Materialfertigabmessungen oder in der Konizität hervorrufen.

Die hier vorliegende Erfindung zielt weiterhin darauf ab, eine Schleifmaschine zur Herbeiführung einer Schleiffläche zu schaffen, deren Bedienung in einem großen Ausmaße vereinfacht worden ist.

Ein anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schleifmaschine, für die ein ungelernter Arbeiter nichts über die Spindelablenkungen zu wissen braucht und auch Neueinstellungen hinsichtlich der Abmessung und der Konizität nach Umschaltung der Schleifkraft nicht vorzunehmen braucht.

Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schleifmaschine, bei welcher die zum Schleifen erforderliche Kraft dann geändert werden kann, wenn sich die Schleifscheibe auf eine kleinere Abmessung abnutzt, so daß durch diese Maßnahme der richtige spanabhebende Vorgang und die richtige Oberflächenbeschaffenheit sowohl bei neuen Schleifscheiben als auch bei gebrauchten Schleifscheiben mit kleinerem Durchmesser beibehalten wird.

Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schleifmaschine, bei welcher die für

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das Schleifen erforderliche Kraft zum Ausgleichen des Stumpfwerdens der Schleifscheibe bsw. zum Ausgleichen der Schleiffähigkeitsschwankungen im Werkstück ohne Gefährdung der anderen für das fertige Werkstück erforderlichen Faktoren verändert werden kann.

Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Innenschleifmaschine, bei welcher eine Reihe von unterschiedlichen Schleifkräften Verwendung findet und bei welcher die radiale Ablenkung und die Winkelablenkung während der Umschaltung der Kräfte kompensiert wird.

Werden solche und andere Ziele berücksichtigt, dann dürfte es Fachleuten klar sein, daß die hier vorliegende Erfindung aus einer Kombination der in der Spezifikation beschriebenen Teile besteht, für welche in den Patentansprüchen Patentschutz verlangt wird.

Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich im wesentlichen mit einer Schleifmaschine, welche besteht aus; einer Grundplatte, aus einem auf diese Grundplatte montierten und zum Halten des Werkstückes dienenden Werkstückhalter sowie aus einem Schleifkopf mit einer drehbar gelagerten Spindel, auf der eine Schleifscheibe sitzt, aus einem Dynamometer, welches auf dem Schleifkopf oder auf dem Werkstückhalter montiert ist und ein Signal erzeugt, das der Schleifkraft entspricht sowie aus einer Steuerungsvorrichtung oder Regelungsvorrichtung, auf welche das Signal dann geschaltet und zur Steuerung und Regelung der zwischen dem Werkstückhalter und dem Schleifkopf vorhandenen Relativbewegung verwendet wird.

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Die Ziele und Eigenschaften der Hier vorliegenden Erfindung lassen sich am besten verstehen, wenn dazu die nachstehend gegebene und sich auf eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beziehende Beschreibung und die dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden. Im einzelnen ist:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine in den

Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallende Schleifmaschine.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des zu dieser

Maschine gehörenden Schleifkopfes.

Fig. 3 ein längs der Linie III-III von Fig. 2 gelegter Horizontalschnitt durch die Maschine.

Fig, 4 eine schematische Datellung der zu dieser Maschine gehörenden Steuerungsvorrichtung oder Regelungs

vorrichtung.

Fig. 5 eine graphische Darstellung, mittels der die

Kennlinien für die sich mit der Kraft verändernden Spindelablenkungen oder Spxndeldurchbxegungen für den Fall zweier typischer Schleifspindeln

wiedergegeben wird.

Die in/flen Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden wesentlichen Eigenschaften und Merkmale sind aus Fig. 1 am besten zu erkennen. Die mit der allgemeinen Hinweiszahl 10 gekennzeichnete Schleifmaschine besteht aus einer Grundplatte oder Bettplatte 11, auf welche der Werkstückhalter 12 montiert ist. Dieser Werkstückhalter 12, welcher das Werkstück 13 zu halten hat, kann sich in bereits bekannter Weise in Längsrichtung zur Achse des Werkstückes

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Auf der Grundplatte oder der Bettplatte ist auch ein Querschlitten 14 derart angeordnet, daß er - angetrieben von einem mit Druckluft beaufschlagten Antriebszylinder oder Zustellzylinder 15 - zur Herbeiführung einer für das Schleifen erforderlichen vorbestimmten Kraft quer zur Achse des Werkstückes gleitend verfahren werden kann. Ein Stellungsmelder 16, dies ist ein Instrument der LVDT-Ausführung, erzeugt entsprechend der Stellung eines beweglichen Kernes ein elektrisches Signal.

Auf den Querschlitten ist ein Schleifkopf 18 derart aufgesetzt, daß er um eine Achse 17 geschwenkt werden kann. Der Schleifkopf ist mit einer auskragenden Spindel 19 versehen, auf deren äußeren Ende eine Schleifscheibe 21 aufgesetzt ist, die dann in dem Werkstück 13 eine Bohrung herbeizuführen hat.

Der QuerSchlitten If steht über einen Dämpfungszylinder 22, welcher eine falsche Bewegung des Querschlittens verhindern soll, mit der Grundplatte oder der Bettplatte in Verbindung. Am äußeren Ende des Schleifkopfes 18 und im rechten Winkel dazu ist ein Stellmotor 23 angeordnet, welcher über eine Schneckenwelle 21 auf den Schleifkopf einwirkt. In die zum Antriebszylinder 15 führende Hy- | draulikleitung ist ein elektrohydraulisches Ventil 25 geschaltet, welches in der Lage ist, den Druck im Antriebezylinder in Übereinstimmung mit einem auf das Ventil geschalteten Abweichungssignal zu verändern.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 ist zu erkennen, in welcher Weise ein Dynamometer 26 dem. Schleifkopf 18 und der Spindel - zugeordnet ist. Eine vom Schleifkopf auegehende Leitung ²7» die der Signalübertragung dient, ist auf einen nichtberührenden Stellungsmelder geschaltet, beispielsweise auf einen Bentley-Geber 28.. Dieses Gerät steht mit einem

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Schleuderring 29 in Verbindung, welcher die Spindel des Schleifkopfes da umgibt, wo diese aus dem Schleifkopf herausgeführt ist. Um den Schleuderring und mit diesem verbunden ist wiederum ein aus Bronze bestehender Ftihlring 31 angeordnet. Der Schleuderring 29 ist im Schleifkopf mit der Spindel verbunden. Der Ring 31 besitzt eine zylindrische Außenfläche 32, und der^Meßfühler des Bentley-Gebers 28 ist nahe dieser Fläche angeordnet. Von diesem Geber wird ein elektrisches Signal erzeugt, welches dem Abstand des vorerwähnten Meßfühlers von der vorer-™ wähnten Fläche proportional ist. Weil die Spindel 19 im

Schleifkopf in Lagernνläuft, ruft jede„Ablenkung oder Durchbiegung der Spindel - entweder radiale Ablenkung der Spindel oder eine Hinkelablenkung der Spindel - eine Veränderung des Abstandes zwischen der Fläche 32 und dem Meßfühler des Bentley-Gebers 28 hervor, was dann dazu führt, daß sich das elektrische Signal in der Leitung 27 verändert.

Aus Fig. U ist zu erkennen, daß das der tatsächlich vorhandenen Schleifkraft proportionale Signal mit einem Bezugssignal verglichen wird, und daß das Abweichungssignal dann auf das elektrohydraul is ehe Ventil 25 geschaltet wird. Von diesem Ventil wird dann wiederum der Antriebszylinder für den Ouerschlitten derart mit Druck beaufschlagt, daß sich der richtige Schleifdruck oder die richtige Schleifkraft an der Schleifscheibe ergibt. Fig. *l· zeigt dieses System als Blockschaltbild. Die Eingangsspannung wird auch auf den Stellmotor 23 geschaltet, welcher dann den Schleifkopf derart schwenkt, daß die Winkelablenkung der Schleifscheibe rückgängig

gemacht wird. Um die Werkstück-Fertigabmessungen von <ier Schleif kraft unabängig zu machen, wird das von dem Bent ley-Geber 28 (dem Dynamometer) ausgehende Rückkopplungssignal

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von dem Signal des LVDT-Gebers 16, das vom Querschlitten IU beeinflußt wird, abgezogen und einem Meßrelais 33 zugeführt. Dieses Meßrelais zieht bei einer gegebenen Spannung an, so daß dann, wenn größere Kräfte Verwendung finden, der Querschlitten weiterbewegt werden muß, um den gleichen Bohrungsdurchmesser"herbeiführen zu können. Die Verstärkungsanteile K und K werden derart eingestellt, daß sie den Ablenkungseigenschaften oder den Durchbiegungseigenschaften des Sehleifkopfes entsprechen. Bei Verwendung des vorerwähnten Systems werden sowohl | die Bohrungsabmessung als auch die Konizität von der Schleifkraft unabhängig; das aber heißt, daß die programmierten Änderungen der Schleifkraft die Bohrungsabmessüngen oder Geradlinigkeit der Bohrung nicht beeinflussen.

Fig. 5 ist deswegen interessant, weil sie für einen kleinen Schleifkopf samt Welle und auch für einen großen Schleifkopf samt Welle ein allgemeines Bild der radialen Ablenkung und der Winkelablenkung bietet. So kann beispielsweise herausgelesen werden, daß eine Kraftänderung von 10 lbs. zu einer Veränderung in der Ablenkung führt, die etwas mehr als 0,0001" beträgt; das aber bedeutet: die Abweichung im Durchmesser beträgt 0.0002" und führt I zu 0.0002"/Zoll-Konizität. Damit sind aber die durch die relativ geringe Kraftänderung eingeschleppten Ungenauigkeiten sehr ausgeprägt. Weiterhin ist erkennbar, daß bei Verwendung der hier beschriebenen Vorrichtung über Spindelablenkungen weiter keine Klagen mehr geführt zu werden brauchen. Es ist dann möglich, die Schleifkraft während des SchleifVorganges von einem Wert zum anderen zu verändern, ohne daß dabei die Abmessung und die Konizität beeinflußt werden. Dies kann dann dazu führen, daß dem Steuerungssystem oder Regelungssystem ein program-

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mierter Kraftverlauf als Eingang aufgeschaltet wird. Die Kraft kann sich, wie dies mit Fig. 4 wiedergegeben ist, längs einiger Kurven aufbauen und dann längs einer anderen Kurve wieder weggehen. Geht der Kraftaufbau zu schnell vor sich, dann kann es zu einem Bruch der Schleifscheibe während des Anrundens kommen. Geht der Kraftaufbau hingegen zu langsam vor sich, dann wird die für den Arbeitsablauf erforderliche Zeit größer. Deshalb ist es wünschenswert, diesen Kraftablauf oder diese Kraftänderungen während des Schleifvorganges vollkommen unter Kontrolle zu haben. In entsprechender Weise sollte die Kraft während des Weggehens längs einer Kurve weggehen und nicht im Ausfunken bei einer durch die Steifigkeit der Spindel bestimmten Geschwindigkeit, was übermäßig Zeit in Anspruch nehmen kann. Zur Zeit wird der SchleifVorgang durch ein Ausfunken beendet, welches zum Schleifen nur die zusammengesetzten Kräfte aus der .Spindelablenkung oder der Spindeldurchbiegung verwendet. Es wäre somit möglich, die kompletten Informationen über den besten Kraftablauf in IBM-Lochkarten zu stanzen und diese Karten dann zur Steuerung und Regelung des Kraftablaufes als Eingang auf die Schleifmaschine und deren Steuerung einzugeben.

Weiterhin ist dann zu erkennen, daß die hier vorliegende Vorrichtung Änderungen in der Schleifkraft zuläßt, ohne daß dabei Änderungen in der Werkstück-Fertigabmessung oder in der Geradlinigkeit des Werkstückes herbeigeführt werden. Damit ist es aber auch möglich, Innenschleif-* maschinen herzustellen, deren Bedienung sehr vereinfacht ist. Ein ungelernter Arbeiter braucht sich nicht-mit den Spindelablenkungen oder Spindeldurchbiegüngen zu befassen und braucht die Maschine nach Änderung der Schleifkraft auch nicht im Hinblick auf die Abmessungen und die

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Konizität neu einzustellen. Darüber hinaus kann die Schleifkraft dann verändert werden» wenn aus Verschleißgründen der Durchmesser der Schleifscheibe kleiner wirdι so daß der richtige spanabhebende Schneidvorgang und die richtige Oberflächenbeschaffenheit sowohl für neue Schleifscheiben mit dem ursprünglichen Durchmesser als auch für abgenutzte Schleifscheiben mit kleineren Durchmessern beibehalten werden kann. Die Schleifkraft kann zudem auch verändert werden, um das Stumpfwerden der Schleifscheibe zu kompensieren, desgleichen aber auch um Schwankungen in der Werkstück-Schleifbarkeit ä zu kompensieren. Es können beispielsweise in einem Bearbeitungssatz einige Werkstücke sich leichter schleifen lassen als andere.

Es sollte klar sein, daß ohne vom Geist der hier vorliegenden Erfindung abzuweichen, einige kleinere Änderungen an der Form und der Konstruktion der hier beschriebenen Erfindung durchgeführt oder vorgenommen werden können. Die hier vorliegende Erfindung sollte deshalb nicht auf die in dieser Patentanmeldung beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, sondern vielmehr alles das einschließen, was in den Patentansprüchen verlangt wird. '

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Claims

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THE HEALD MACHINE CO,, Worcester, Mass. / USA

Patentansprüche

Eine Schleifmaschine, bestehend aus einer Grundplatte oder Bettplatte, aus einer auf diese Grundplatte oder Bettplatte montierten Werkstückhalterung zum Halten des Werkstückes sowie aus einem ebenfalls auf diese Grundplatte oder Bettplatte montierten Schleifkopf, welcher mit einer rotierenden Spindel versehen ist, auf der die Schleifscheibe aufsitzt. Die Schleifmaschine d ad urch gekennzeichnet, daß ein Dynamometer montiert ist und ein der Schleifkraft entsprechendes Signal erzeugt; schließlich Steuerungsvorrichtung oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, welche das Signal empfängt und zur Regelung und Steuerung der relativen Bewegung zwischen Werkstückhalterung und Schleifkopf verwendet.

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PATENTINGENIEURE F. W. HEMMERICH · GERD MDHE R-D. G ROS SE 21

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2) Eine Schleifmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Dynamometer zusammensetzt aus einem auf die Spindel aufgesetzten Ring und einem auf den Schleifkopf aufgesetzten elektrischen Element, das als Näherungsschalter arbeitet; schließlich ein Fühlelement in der Nähe des Ringes und seiner zylindrischen Fläche angeordnet ist.

3) Eine Schleifmaschine gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein vom Dynamometer ausgehendes elektrisches Signal mit einem für die verlangte Kraft stehenden Bezugssignal verglichen wird; daß schließlich das aus diesem Vergleich abgeleitete Abweichungssignal . auf ein elektrohydraulisches Ventil geschaltet wird, welches zur Herbeiführung der gewünschten Schleifkraft die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zum hydraulischen Antriebszylinder steuert und regelt.

H) Eine Schleifmaschine gemäß Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das der gewünschten Kraft entsprechende Eingangssignal auch einem Stellmotor aufgesehaltet wird, der die Winkeleinstellung des Schleifkopfes im Hinblick auf die Achse des Werkstückes herbeizu

führen hat.

5) Eine Schleifmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Meßelement ein der relativen Position zwischen Werkstückhalterung und Schleifkopf entsprechendes Signal erzeugt und dieses in

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die Steuerungsvorrichtung oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der relativen Bewegung zwischen Werkstückhalterung und Schleifkopf weiterleitet.

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