DE19620972A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bear­ beiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben am Umfang und/oder an der Stirnseite nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Plan- und Rundschleifen von CBN- und Diamantscheiben erfolgt üblicherweise mit SiC-Scheiben. Angestrebt wird, den Werkstückscheiben eine ausreichende Planheit an der Stirnfläche bzw. eine ausreichende Rundheit an der Um­ fangsfläche zu verleihen. Bei dieser Bearbeitung ist er­ wünscht, daß Rund- und Planlauf in der geforderten Tole­ ranz liegen. Der Belag der Werkstückscheibe soll nur so weit abgetragen werden, wie für die Erzielung einer quali­ tativ zufriedenstellenden Endfläche unbedingt erforderlich. Eine über diesen Punkt hinausgehende Bearbeitung verlän­ gert die Bearbeitungszeit und führt zu einem unerwünschten Abtrag an der Werkstück-, aber auch an der Werkzeugscheibe.

Bisher erfolgte der beschriebene Arbeitsvorgang von Hand. Der Bediener fährt die Werkzeugscheibe mehr oder weniger schnell gegen die rotierende Werkstückscheibe, wobei er Sorge dafür tragen muß, daß der Kontakt zwischen den Scheiben nicht stoßartig erfolgt, weil andernfalls eine zusätzliche Unrundheit oder Unebenheit erzeugt werden kann, die zu beseitigen die Bearbeitungszeit noch erhöht. Wäh­ rend des Bearbeitens wählt der Bediener die Zustellung nach "Gefühl" und beendet den Bearbeitungsvorgang, wenn er aufgrund seiner Erfahrung den Eindruck hat, daß ausrei­ chende Rundheit und Planheit erreicht worden sind. Dies wird durch anschließende Prüfung sichergestellt. Bei dem bisher ausgeübten Verfahren sind Fehler nicht auszuschlie­ ßen. Außerdem ist es verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- und Diamant­ belags von Schleifscheiben zu schaffen, das vollständig automatisch durchgeführt werden kann und einen geringeren Aufwand verursacht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Schall gemessen, der von der die Werkstückscheibe antreibenden Spindel erzeugt wird. Bei vollkommener Rundheit von Spindel und Werkstückscheibe und bei unwuchtfreier Lagerung dürften bei freidrehendem An­ trieb der Scheibe Schwingungen nicht auftreten. In der Praxis treten sie gleichwohl auf; sie können jedoch durch entsprechende Filterung oder dergleichen eliminiert werden. Merklich meßbare und für die Steuerung ausnutzbare Schwin­ gungen treten bei der Bearbeitung durch zwei Faktoren auf:
Die Berührung der Werkzeugscheibe mit dem Werkstück und Unrundheit bzw. Unebenheit des Belages der Werkstück­ scheibe. Die durch Unrundheit verursachten Kraftänderungen, die beim Kontakt von Werkzeugscheibe und Werkstückscheibe bei ihren Umdrehungen auftreten, bewirken entsprechende Schwingungen der Spindel. Wird die Werkzeugscheibe mit vorgegebener einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit gegen den Werkstückbelag gefahren, dann kann dieser Vorgang so­ fort beendet werden, sobald der Sensor den Kontakt der ab­ tragenden Scheibe mit der Werkstückscheibe feststellt. Das Signal der Sensoren wird analysiert, wobei relativ einfach zwischen dem berührungsfreien und dem Berührungszustand zwischen den Scheiben dadurch unterschieden werden kann, daß sich seine Amplitude signifikant ändert. Sobald eine Berührung festgestellt wird, wird ein entsprechendes Sig­ nal auf den zustellantrieb gegeben. Dieser steuert die Geschwindigkeit auf einen deutlich reduzierten Wert her­ unter, der einer vorgegebenen Zustellgeschwindigkeit für die Bearbeitung entspricht. Es ist auch denkbar, die Zu­ stellung stufenweise in vorgegebenen Zeiteinheiten vorzu­ nehmen.

Die Bearbeitung erfolgt nach einem vorgegebenen Programm, das sich nach den geometrischen und Materialverhältnissen richtet. Solange Planheit bzw. Rundheit noch nicht erzielt sind, werden, wie beschrieben, an der Spindel für die Werkstückscheibe spezifische Schwingungen erzeugt, die zur Anzeige dieses Vorgangs herangezogen werden können. In dem Augenblick, in dem Rundheit bzw. Planheit erzielt worden ist, gehen die Schwingungen gegen Null. Der Schleifvorgang kann beendet und die Werkzeugscheibe in die Ausgangsstel­ lung zurückgefahren werden.

Erfindungsgemäß können auch zwei Ultraschallsensoren ver­ wendet werden. Sie können so eingesetzt werden, daß ihre Signale fakultativ oder summierend verwendet werden. Im letzteren Fall müssen jeweils beide Sensoren den gewünsch­ ten Zustand indizieren, damit der Anfahr- bzw. der Bear­ beitungsvorgang beendet wird. Es ist auch denkbar, einen Ultraschallsensor für die Steuerung des Anfahrvorgangs und den anderen für die Beendigung des Bearbeitungsvorgangs zu verwenden.

Die Ausgangssignale der Sensoren sind naturgemäß ein Ge­ misch verschiedener Frequenzen. Um sie besser zu analysie­ ren, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, aus diesen den Mittelwert durch Glättung zu bilden. Steigt zum Beispiel der Mittelwert relativ abrupt an, ist dies das Anzeichen dafür, daß die Werkzeugscheibe die Werkstückscheibe be­ rührt hat. Liegt Planheit bzw. Rundheit vor, ergibt der Mittelwert eine Konstante. Wird über eine vorgegebene Zeit eine Konstante gemessen, kann der Bearbeitungsvorgang be­ endet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen na­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Bearbeitung einer Diamant­ scheibe mit einer Werkzeugscheibe und einer ent­ sprechenden Steuervorrichtung für die Werkzeug­ scheibe.

Fig. 2 zeigt das Ausgangssignal eines ersten Sensors bei einem Umfangsschleifen der Werkstückscheibe nach Fig. 1 im nicht geglätteten (a) und geglätteten Zu­ stand (b).

Fig. 3 zeigt das Ausgangssignal eines ersten Sensors für das Planschleifen der Werkstückscheibe nach Fig. 1 im nicht geglätteten und geglätteten Zustand.

Fig. 4 zeigt das Ausgangssignal eines zweiten Sensors im geglätteten und nicht geglätteten Zustand.

Eine Diamantschleifscheibe 10 in Fig. 1 (Werkstückscheibe) weist einen topfförmigen Trägerkörper 12 auf und einen kegelringförmigen Schleifbelag 14. Nach dem Pressen der Schleifscheibe 10 ist erforderlich, den Belag 14 zu bear­ beiten, um ihm die gewünschte Planheit an der Stirnfläche und die gewünschte Rundheit an der Umfangsfläche zu ver­ leihen. Entsprechendes gilt beim Abrichten der Schleif­ scheibe 10 nach einer gewissen Betriebszeit.

Das Schleifen des Belages 14 erfolgt mit Hilfe einer Si­ liziumkarbid-Schleifscheibe entweder in Position 16 oder 18, die von einem Motor 20 bzw. 22 drehend angetrieben sind. Die zugehörige Schleifmaschine ist nicht dargestellt. Sie enthält auch Motoren für das Zustellen der Scheibe 16 oder 18 (Werkzeugscheibe), die in Fig. 1 mit 24 bzw. 26 bezeichnet sind. Für den Quervorschub gemäß Pfeil 28 ist ein weiterer Motor erforderlich, der jedoch aus Verein­ fachungsgründen nicht gezeigt ist.

Die Werkstückschleifscheibe 10 wird mit Hilfe einer Spin­ del in der Schleifmaschine eingespannt. Die Spindel ist mit 30 angedeutet. Sie wird von einem Motor 32 angetrieben. Der Spindel 30 sind zwei Ultraschallsensoren 34, 36 zuge­ ordnet. Die Ausgangssignale der Sensoren 34, 36 gehen auf Frequenz-Analysierstufen 38 bzw. 40. Deren Ausgang ist mit einer Steuervorrichtung 42 für die einzelnen Motoren ver­ bunden. Dies ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Der Steuervorrichtung 42 ist auch eine Programmierstufe 44 zu­ geordnet. Die gezeigte Anordnung arbeitet wie folgt.

Zunächst wird die Werkstückschleifscheibe 10 in die Schleifmaschine eingespannt. Die Werkzeugschleifscheibe 16 oder 18 hat jeweils einen entsprechenden Abstand zum Schleifbelag 14. Dieser Abstand ist in Fig. 1 geringer eingezeichnet als er normalerweise besteht. Nach dem Star­ ten der Schleifmaschine, was durch einen Bediener initi­ iert werden oder auch automatisch erfolgen kann, werden mit Hilfe des Motors 24 bzw. 26 die Werkzeugschleifscheibe 16 oder 18 in Richtung der Pfeile auf den Belag 14 gefah­ ren. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse ist der Weg bekannt, so daß der größte Teil des Weges mit relativ hoher Geschwindigkeit zurückgelegt werden kann. Der letzte Wegabschnitt kann dann im sogenannten Schleichbetrieb zu­ rückgelegt werden. Unabhängig davon, ob ein Schleichbe­ trieb vorgesehen ist oder nicht, führt eine erste Berüh­ rung der beiden Werkzeugscheibe 16 oder 18 mit dem Belag 14 zu einer deutlich verstärkten Schwingungsamplitude der Spindel 30, was in Fig. 2a zu erkennen ist. In den Fig. 2 bis 4 sind die Signalkurven der Sensoren 34, 36 in Dezi­ bel (dB) über die Zeit aufgetragen. Bezüglich der Scheibe 16 oder 18 wird bei entsprechender Glättung der Kurve nach Fig. 2a bzw. nach Fig. 3a die Kurve in Fig. 2b bzw. 3b erhalten. Der erste größere Sprung in der Kurve nach Fig. 2b bzw. 3b zeigt an, daß ein Kontakt der Schleifscheibe 16 oder 18 mit dem Belag 14 erfolgt ist. Nunmehr beginnt der eigentliche Bearbeitungsvorgang, der durch die Program­ mierstufe 44 vorgegeben ist. Da zunächst weder Planheit noch Rundheit des Belages 14 vorliegt, äußert sich dies in entsprechenden Schwingungen der Spindel 30. Dies ist am linken Ende der Kurve nach Fig. 4a zu erkennen. Sobald jedoch Rundheit eintritt, ergibt sich zwar ein höherer Schallpegel, der jedoch nur minimale Schwankungen aufweist. Eine Glättung der Kurve nach Fig. 4a ergibt beim erwünsch­ ten Bearbeitungsergebnis eine Konstante gemäß Fig. 4b. Sie ist ein Indiz dafür, daß Planheit bzw. Rundheit nunmehr erreicht ist. Die Steuervorrichtung 42 steuert die An­ triebe entsprechend an, um den Bearbeitungsvorgang zu stoppen und die Schleifscheibe 16 oder 18 in ihre Aus­ gangsposition zurückzufahren für die Bearbeitung der näch­ sten Position bzw. der nächsten Werkstückscheibe.

Es sei noch angemerkt, daß die Sensoren gemäß Fig. 1 Pie­ zokristalle sein können, die den von der Spindel ausgehen­ den Schallpegeldruck messen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben am Umfang und/oder an der Stirnseite, mit Hilfe einer Werkzeugschleifscheibe, insbesondere mit einem Sic-Belag, bei dem die Werkzeug­ scheibe zunächst mit einer ersten vorgegebenen Ge­ schwindigkeit gegen die Werkstückscheibe gefahren wird bis zur Berührung mit dieser und die Werkzeugscheibe anschließend mit einer vorgegebenen reduzierten Ge­ schwindigkeit oder vorgegebenen Stufen pro Zeiteinheit zugestellt wird, bis Rundheit bzw. Planheit des Schleif­ belags der Werkstückscheibe erreicht worden ist, da­ durch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von einem oder meh­ reren Ultraschallsensoren der von der Spindel der Werk­ stückscheibe erzeugte Körperschall gemessen und analy­ siert wird, daß das Verfahren der Werkzeugscheibe gegen die Werkstückscheibe bis zum Kontakt mit dieser auto­ matisch mit einer vorgegebenen ersten Geschwindigkeit erfolgt und mit einer zweiten, viel geringeren Ge­ schwindigkeit fortgesetzt wird, wenn mindestens einer der beiden Ultraschallsensoren eine Berührung der Werk­ zeugscheibe mit der Werkstückscheibe feststellt und der Schleifvorgang beendet wird, wenn mindestens einer der Sensoren über mindestens eine Umdrehung der Werkstück­ scheibe Rundheit bzw. Planheit feststellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Ausgangssignalen der Sensoren eine Mittelwert­ kurve gebildet wird und die Zustellung der Werkzeug­ scheibe bzw. der Antrieb der Werkzeugscheibe bzw. der Werkstückscheibe gestoppt wird, wenn die Mittelwert­ kurve annähernd konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Zustel­ lung der Werkzeugscheibe während des Eingriffs mit der Werkstückscheibe in Abhängigkeit von der Höhe des Kör­ perschallsignalpegels geregelt bzw. gesteuert wird.

4. Schleifvorrichtung zum Bearbeiten eines ringförmigen CBN- oder Diamantbelags von Schleifscheiben am Umfang und/oder an der Stirnseite, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einer Werkzeugschleifscheibe, insbeson­ dere mit einem Belag aus SiC, die von einem ersten An­ triebsmotor drehend antreibbar ist und deren Halterung mit mindestens einem zweiten Antrieb auf die Werkstück­ scheibe zu oder von dieser fort verfahrbar ist, einer Aufnahme für die drehbare Lagerung der Werkstückscheibe, einem dritten Antrieb zur Drehung der Werkstückscheibe über eine Spindel, mindestens zwei der Spindel zugeord­ neten Ultraschallsensoren, einer Auswertevorrichtung für die Ausgangssignale der Ultraschallsensoren und einer Steuervorrichtung für die Antriebsmotoren zwecks Steuerung nach Maßgabe der Ausgangssignale der Ultra­ schallsensoren.