DE2113153C3 - Schleifmaschine zum Umfangsschleifen, von Werkstücken mit rückläufiger Krümmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifmaschine zum Umfangsschleifen von Werkstücken, deren zu bearbeitende Flächen Bereiche rückläufiger Krümmung und — bezogen auf die Werkstückkontur — eine Haupt- und eine Nebenachse aufweisen, z. B. Trochoiden, mit einem Maschinenbett, einem darauf angeordneten Aufspannspindelstock, einer darin in einer quer zur Rotationsachse des Werkstücks verlaufenden Vertikalebene bewegbaren Aufspannspindelgehäuse, einer darin gelagerten, das Werkstück tragenden Aufspannspindel, einer parallel zur Aufspannspindel verlaufenden, kontinuierlich angetriebenen Kurvenscheibenwelle mit zwei die Bewegungen des Aufspannspindelgehäuses in der genannten Vertikalebene über Tastrollen steuern den Kurvenscheiben, von denen die erste dem Aufspannspindelgehäuse eine ungefähr translatorische Bewegung erteilt, sov ie einem auf dem Maschinenbeti angeordneten Schleifspindelstock mit einer darir parallel zur Aufspannspindel gelagerten, ein Schieif werkzeug tragenden Schleifspindel.

Eine solche Schleifmaschine ist aus der US-PS ο 25 92 875 bekannt. Bei dieser Schleifmaschine ist die Aufspannspindel in einem Schlitten gelagert, desser Horizontal- und Vertikalbewegungen von entsprechenc ausgebildeten und von je einer Tastrolle abgetasteter Kurvenscheiben gesteuert werden. Bei dieser Konstruk

_IS tion kann sich jedoch die Lage des Schleifscheibenan griffspunktes am Werkstück mit dem Durchmesser dei Schleifscheibe ändern i.nd es besteht praktisch keine Möglichkeit, den sich daraus ergebenden Fehler zl kompensieren, weil sich das Werkzeug nicht, wie dies ir

der Zeitschrift »C.l.R.P.-Annalen«. Bd. XJ, Heft 4, al« notwendig erkannt wurde, stets in Richtung der jeweiligen Kurvennormalen der Werkstückkontur zustellen läßt.
Bei der bekannten Schleifmaschine wird der Drehmittelpunkt des eine Drehbewegung durchführender Werkstückes jedoch lediglich translatorisch verschoben Eine zu'riedenstellende Bearbeitung von Werkstücken deren zu bearbeitenden Oberflächenkonturen Wende punkte und damit Bereiche rückläufiger Krümmung

aufweisen, ist mit dieser Maschine nicht möglich. Die« deshalb, weil sich gemäß F i g. 1, die die Innenkontur 36 eines zu bearbeitenden Werkstückes - hier beispieis weise eines Wankelmotorgehäuses — mit Bereicher rückläufiger Krümmung zeigt, bei konstanter Drehzah

des Werkstückes und lediglich nach karthesischer Koordinaten zugestelltem Schleifwerkzeug eine inkon stante Vorschubgeschwindigkeit des Schleifwerkzeug« entlang der zu schleifenden Werkstückoberfläche ergibt. Wird nämlich das Werkstück mit gleichmäßigei

Winkelgeschwindigkeit gedreht, es sei angenommen daß der Schleifvorgang am Punkt 3 mit einem neuer Schleifrad mit dem Radius R beginnt, und erfolgt durcr die Nockensteuerung in der X-Richtung, wird fortwäh rend eine auf die Drehbewegung des Werkstück; abgestimmte Korrektur des radialen Abstandes X zurr Werkstückmittelpunkt, so ergibt sich bei einem solcher Bearbeitungsvorgang, daß, um beispielsweise vorr Punkt 3 zum Punkt 4 zu gelangen, das Werkstück urr einen Winkel von 51° gedreht werden muß, um vorr Punkt 4 zum Punkt 5 zu gelangen, hingegen lediglich urr 39°, was die Einhaltung einer konstanten Vorschubge schwindigkeit des Schleifwerkzeugs entlang der zi bearbeitenden Werkstückoberfläche aber ausschließt Außerdem kann bei einem solchen Arbeitsablauf aucl die Abnützung des Schleifwerkzeugs nicht einwandfre kompensiert werden. Dies deshalb, weil, wie Fig. 1 zeigt, bei konstanter Kompensationskorrekturgröße X die Kurve 38 der örter des Schleifscheibenmittelpunk tes nicht mehr äquidistant zur zu bearbeitendet

6ο Werkstückoberfläche 36 verläuft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, di< vorbekannte Schleifmaschine so weiterzubilden, daß tlii reale Vorschubgeschwindigkeit zwischen Schleifwerk zeug und zu bearbeitender Werkstückfläche stet konstant ist und die Zustellung des Schleifwerkzeug immer in Richtung der jeweiligen Kurvennormalen de zu bearbeitenden Werkstückoberfläche erfolgt.

Diese Aufgabe ist etfindungsgemäß dadurch gelösi

Jaß das Aufspannspindeigehäuse gesteuert von der weiten Kurvenscheibe um eine Achse schwenkbar ist ind der Abstand der Achse von der Achse der \ufspannspindel nicht kleiner als die h"lbe Länge der Nebenachse und nicht größer als die halbe Länge der Hauptachse der zu bearbeitenden Werkstückkontur ist. Bei der vorliegenden Schleifmaschine wird somit nicht allein nach kartesischen Koordinaien ver^fahren. sondern die erforderliche Werkstückbewegung durch eine transjniorische Bewegung in horizontaler Richtung und eine in vertikaler Richtung sich auswirkende Schwenkbewegung erzeugt, wobei der Abstand der Schwenkachse von der Rotationsachse der Ausspannspindel für das Werkstück innerhalb bestimmter, durch die Abmessungen des Werkstückes gegebener Grenzen liegen muß.

Zwar ist aus der US-PS 25 80 989 bereits bekannt, das Werkstück eine translatorische Bewegung in horizontaler Richtung ausführen zu lassen, und die Vertikalbewegung durch eine entsprechende Schwenkbewegung der Aufspannspindel zu erzeugen, doch soll mit dieser Konstruktion anscheinend lediglich eine besonders günstige Möglichkeit der Lagesteuerung der Aufspannspindel aufgezeigt, nicht aber die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden. Hierzu ist diese Konstruktion nicht verwendbar, weil sich bei ihr die Lage der Schwenkachse nicht in der erforderlichen Weise der Größe der zu bearbeitenden Werkstücke anpassen läßt.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden an Hand der Figuren Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schleifmaschine im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

Fi g. 1 den Ablauf der Bearbeitung am Beispiel einer Trochoidenflache mit Hilfe einer zum Stand der Technik gehörenden Schleifmaschine,

F i g. 2 eine Gesamtansicht der Schleifmaschine nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kurven-Scheibensteuerung des Aufspannspindelgehäuses,

Fig.4 in schematischer Darstellung die Zusammenhänge bei der Bearbeitung einer Trochoide unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schleifmaschine.

In Fig. 2 ist eine automatische Schleifmaschine 10 dargestellt, mit einem Maschinenbett 11, auf dem ein Schleifspindelstock 12 mit einer Schleifschiebe 22 und einer Abziehvorrichtung 24 angebracht ist, der in Führungen längs- und querverschiebbar ist. Dem Schleifspindelstock 12 gegenüberliegend ist ein Aufspannspindelstock 16 angeordnet. Eine Sptitzschutzhaube 20 mit einem Glasfenster 18 deckt den Arbeitsraum der Maschine ab.

Entsprechend F i g. 3 ist im Aufspannsindelstock ein Aufspannspindeigehäuse 44 aufgehängt, in dem die Aufspannspindel 45 für die Werkstücke 34 gelagert ist. Das Aufspannspindeigehäuse 44 stützt sich an gegenüberliegenden hydrostatischen Lagern 46 ab und kann sich nach oben und unten sowie seitlich verschieben.

Auf Grund der schwimmenden Lagerung des (,₀ Aufspannspindelgehäuses 44 muß dieses zur präzisen Abstimmung auf die Winkelverdrehung, die das Werkstück 34 durchläuft, lagermäßig geführt und gehalten sein. Zu diesem Zweck sind ein Paar Kurvenscheiben 48, 50 vorgesehen, und zwar eine erste (,< Kurvenscheibe 48, die dem Aufspannspindeigehäuse eine ungefähr translatorische Bewegung in X-Richtung verleiht und die daher im folgenden als X-Kurvenscheibe bezeichnet ist. und eine zweite Kurvenscheibe 50. die dem Aufspannspindeigehäuse 44 eine Schwenkbewegung erteilt und im folgenden als Y- Kurvenscheibe bezeichnet ist Gehalten ist das Aufspannspindeigehäuse 44 an einem Winkelhebel 58, auf welchen weiter unten noch genauer eingegangen wird. Die ^-Kurvenscheibe und die V-Kurvenscheibe sind beide auf einer im Aufspannspindelstock 16 gelagerten und synchron oder bei symmetrisch ausgebildeter Werkstückoberfläche, wie sie hier beispielsweise mit der Trochoidenform eines Wankelmotorgehäuses gegeben ist, im Verhältnis 2 :1 mit der Aufspannspindel 45 umlaufenden Kurvenscheibenwelle 52 befestigt

An der oberen Kante des Aufspannspindelstocks 16 ist eine Achse 56 stationär befestigt, um die sich der Winkelhebel 58 drehen kann. Der Winkelhebel 58 ist etwa an seinem Mittelpunkt gelagert, das Aufspannspindeigehäuse 44 ist an dem Winkelhebel 58 an einer im unteren Teil desselben befestigten Achse 61 gelagert Die Achse 61 trägt gleichzeitig eine Tastrolle 60. so daß sich die Achse O der Aufspannspindel 45 seitlich translatorisch verschieben kann, wenn der Winkelhebel 58 um die Achse 56 schwenkt Diese Schwenkung wird durch die X-Kurvenscheibe gesteuert, die von der Tastrolle 60 abgetastet wird. Unter der Wirkung einer am anderen Ende des Winkelhebels 58 angreifenden Zylindereinheit 66 wird die Tastrolle 60 dabei in Richtung auf die X-Kurvenscheibe vorgespannt und an diese angepreßt

Darüber hinaus läßt sich das Aufspannspindeigehäuse 44 um die Achse 61 am Winkelhebel 58 verschwenken, und zwar unter der Wirkung einer weiteren Tastrolle 62, deren Achse 63 am Aufspannspindeigehäuse 44 befestigt ist. Unter der Wirkung der Vorspannung, die von einer weiteren Zylindereinheit 68 erzeugt wird, wird die Tastrolle 62 gegen die V-Kurvenscheibe gepreßt, so daß es bei sich änderndem Radius der V-Kurvenscheibe zu einem Verschwenken des gesamten Aufspannspindelgehäuses 44 um die Achse 61 kommt.

Dadurch, daß nun der Abstand 5 nicht kleiner als die halbe Länge der Nebenachse ANund nicht größer als die halbe Länge der Hauptachse Ah der zu bearbeitenden Werkstückkontur (ζ. B. Trochoide) ist, wird erreicht, daß das Werkstück 34 gesteuert von der V-Kurvenscheibe immer so verschwenkt werden kann, daß die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt der Schleifscheibe 22 und ihrem Angriffspunkt am Werkstück 34 zumindest annähernd immer mit der Kurvennormalen des jeweils bearbeiteten Werkstückoberflächenabschnitts zusammenfällt und dadurch auch das Schleifwerkzeug immer in Richtung der Kurvennormalen zugestellt wird.

Diese Wirkungsweise soll nun an Hand der schematischen Darstellung der Fig.4 im folgenden noch genauer erläutert werden. Das in F i g. 4 gezeigte Werkstück 34, dessen Innenkoniur 56 Bereiche rückläufiger Krümmung aufweist, hat eine Hauptachse An und eine Nebenachse An. Zunächst sei von einer noch nicht abgenutzten größeren Schleifscheibe mit dem Radius R ausgegangen, deren Mittelpunkt aufeinanderfolgend ar den örtern V2, V\ V4 usw. steht Die einzelnen λ'- unt V-Werte in der Darstellung der Fig.4 beziehen siel jeweils auf die Verschiebungen, die die X-Kurvenschei be und die V-Kurvenscheibe dem Werkstück 34 über di( Aufspannspindel 45 erteilen. Dabei ist die Verschiebun) in ,Y-Richtung jeweils so definiert, daß sie dii Korrekturgröße entlang der Vorschublinie bildet.

In F i g. 4 sind aufeinanderfolgende Schleifpunkt' jeweils mit ansteigenden Indexziffern bezeichnet, de

Ort der jeweiligen Schleifscheibenmittelpunkte einer großen, nicht abgenutzten Schleifscheibe mit dem Radius R ist die Kurve 41, der Ort einer schon abgenutzten Schleifscheibe mit dem Radius r isl definiert durch die Kurve 42. In diesem Fall kommt zur Kompensation der Abnutzung zu der Verschiebung in X-Richtung eine weitere Korrekturverschiebung in X-Richtung, die als Xc bezeichnet ist. Da auch diese Xc-Korrekturverschiebung in Richtung der Vorschublinie liegt, addiert sie sich direkt zu der normalen Verschiebung in X-Richtung und beeinflußt somit den Wert für Y nicht. Der Berührungspunkt der Schleifscheibe mit der Werkstückoberfläche wird dadurch unabhängig vom Durchmesser der Schleifscheibe und die Form der zu schleifenden Oberfläche hängt nicht mehr vom Schleifscheibendurchmesser ab.

Durch geeignete Auswahl der Form und der Anordnung der X- und y-Kurvenscheiben gelingt es ferner, eine konstante Vorschubgeschwindigkeit zwischen Werkstückkontur und Schleifscheibe aufrechtzuerhalten. Dabei spielt die Auswahl des in F i g. 3 eingezeichneten Abstands zwischen dem Mittelpunkt O der Aufspannspindel 45 und der Achse 61 (Punkt der Schwenklagerung des Aufspannspindelgehäuses 44) eine wesentliche Rolle. Zur Bestimmung des Abstandes S kann so vorgegangen werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe an verschiedenen Punkten entlang der Oberflächenkontur des Werkstükkes für jeden von mehreren Werten berechnet und das Werkstück mittels graphischer Verfahren inkrementell positioniert und die sich ergebenden Orte der anderen beweglichen Teile bestimmt werden. Indem man den Wert der Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe über den Polarwinkel um den Mittelpunkt O aufträgt, kann man die Kurve für den Abstand S, die die geringste Variation zeigt, leicht erscheinen lassen.

Der Abstand S läßt sich jedoch auch annähernd als Durchschnitt des größten und kleinsten Abstandes der zu bearbeitenden Fläche vom Werkstückmittelpunkt oder Aufspannspindelmittelpunkt O bestimmen, und zwar in der Weise, daß man dann beim Ausführungsbeispiel den vierten Teil der Summe der Längen der Hauptachse An und der Nebenachse An nimmt. Diese Bestimmung ist für die meisten Anwendungszwecke ausreichend.

Wie schon erwähnt, verleiht die X-Kurvenscheibe dem Aufspannspindelgehäuse 44 die wesentliche translatorische Bewegung in der X-Richtung, wie sie in F i g. 4 definiert ist, auf Grund der speziellen Lagerung des Aufspannspindelgehäuses 44 verschwenkt die V-Kurvenscheibe dann den Werkstückmittelpunkt O, der gleichzeitig Mittelpunkt der Aufspannspindel 45 ist, noch angenähert translatorisch in V-Richtung und verleiht dem Aufspannspindelgehäuse 44 noch eine sehr wichtige Dreh- oder Schwenkbewegung. Das Aufspannspindelgehäuse 44 verschwenkt daher bei kontinuierlicher Drehrng der V-Kurvenscheibe 50, wie sie in ihrer Kontur ir F i g. 3 dargestellt ist, abwechselnd in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung um den Schwenkpunkt, wie er durch die Achse 61 gegeben ist. Dabei ist auf Grund der Formgebung der V-K'urvenscheibe die in Uhrzeigerrichtung verlaufende maximale Schwenkgeschwindigkeit des Aufspannspindelgehäuses 44 größer als die konstante, in Gegenuhrzeigerrichtung verlaufende Drehgeschwindigkeit des Werkstückes bezüglich des Augspannspindelgehäuses 44. Daher ergeben sich an Stellen maximaler Ver-Schwenkgeschwindigkeit des Aufspannspindelgehäuses 44 Zeiten im Verlauf des Schleifvorganges, an denen sich das Werkstück 34 tatsächlich in Uhrzeigerrichtung bewegt, also bei im Grunde konstanten Antrieb über die Aufspannspindel 45 eine periodisch reversierende Bewegung durchmacht. Erst dadurch gelingt es auch in Bereichen rückläufiger Krümmung der Werkstückkontur die Vorschubgeschwindigkeit konstant zu halten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schleifmaschine zum Umfangsschleifen von Werkstücken, deren zu bearbeitende Flächen Bereiche rückläufiger Krümmung und — bezogen auf die Werkstückkontur — eine Haupt- und eine Nebenachse aufweisen, z. B. Trochoiden, mit einem Maschinenbett, einem darauf angeordneten Aufspannspindelstock, einem darin in einer quer zur Rotationsachse des Werkstücks verlaufenden Vertikalebene bewegbaren Aufspannspindelgehäuse, einer darin gelagerten, das Werkstück tragenden Aufspannspindel, einer parallel zur Aufspannspindel verlaufenden, kontinuierlich angetriebenen Kurvenscheibenwelle mit zwei die Bewegungen des Aufspannspindelgehäuses in der genannten Vertikalebette über Tastrollen steuernden Kurvenscheiben, von denen die erste dem Aufspannspindelgehäuse eine ungefähr translatorische Bewegung erteilt, sowie einem auf dem Maschinenbett angeordneten Schleifspindelstock mit einer darin parallel zur Aufspannspindel gelagerten, ein Schleifwerkzeug tragenden Schleifspindel, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspannspindelgehäuse (44) gesteuert von der zweiten Kurvenscheibe (50) um eine Achse (61) schwenkbar ist und der Abstand (S) der Achse (61) von der Achse (O) der Aufspannspindel (45) nicht kleiner als die halbe Länge der Nebemachse (An) und nicht größer als die halbe Länge der Hauptachse (Ah) der zu bearbeitenden Werkstückkontur ist.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S) gleich dem vierten Teil der Summe der Längen der Haupt- (Ah) und Nebenachse (An) ist.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (61) auf einem um eine am Aufspannspindelstock (16) befestigte Achse (56) schwenkbaren Winkelhebel (58) befestigt ist und daß die zur Abtastung der ersten Kurvenscheibe (48) benutzte Tastrolle (60) auf der Achse (61) gelagert ist.

4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Achse (61) entgegengesetzten Ende des Winkelhebels (58) eine als Feder wirkende und am Aufspannspindelstock (16) befestigte Zylindereinheit (66) angreift.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Abtastung der zweiten Kurvenscheibe (50) benutzte Tastrolle (62) unmittelbar am Aufspannspindelgehäuse (44) gelagert ist.