-
Vorrichtung zum Schleifen von zylindrischen und konischen Sitzen
zusatz zu Patent...(Patentanmeldung P 20 11 090.1)) Das hauptpatent betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von zylindrischen und konischen Sitzen
an einem Werkstück in einer Aufspannung, und die Besonderheit des Verfahrens nach
dem Hauptpatent besteht darin, daß Jeweils eine Schleifscheibe zum Schleifen des
als nächstes vorgesehenen Sitzes in die erforderliche Lage relativ zum Werkstück
gebracht wird. Bei einer Ausbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent wird die
Schleifscheibe Je nach iErforderis für zylindrische oder konische Sitze eingestellt
und dann das Werk° stück zur Anlage an diese gebracht.
-
Eine Vorrichtung zur DurchfUhrg dieser Ausführungsform des Verfahrens
mit einen Naschinenbett, auf dem ein Werkstückschlitten und ein Schleifspindelstcok
angeordnet sind, ist so ausgefuhrt, daß die Spindelachse des Schleifspindelstocks
durch Verschwenken um eine zur Werkstilckachse senkrechte Schwenk achse in eine
beliebige Winkelstellung zur Werkstückachse
schwenkbar ist, wahrend
das Werkstück im Werkstückschlitten eingespannt ist. Die verschiedenen möglichen
Winkelstellungen des Schleitspindelstocks, die durch den Kegelwinkel des Konus definiert
aind, können dabei gemäß einer speziellen Ausführungs form durch Anschläge oder
dergleichen fixiert sein.
-
Aufgrung der Toleranzen für Konussteigungen und Werkstückdurchmesser,
sowie die Zylindrizitätbei zylindrischen Sitzen, er gibt sich für die höchstzulässige
Toleranr der Winkelstellung des Schleifspindelstocks ein Wert von 0,36w. Mit den
bisher bekannten Drehwinkelgebern kann eine solch enge Toleranz der Winkelstellung
nicht erreicht werden, das gilt sogar für die Hirth-Verzahnung,weil die zulässige
Toleranz bereits durch unterschiedliche Wärmedehnungen von verschiedenen Teilen
der Sohleifmeschine übersohritten werden kann, und eine Kompensation dieser unterschiedlichen
Wärmedehnungen bei der Hirth-Verzahnung nicht möglich ist.
-
Ausgehend von einer Vorrichtung zum Schleifen von zylindriaschen und
konischen Sitzen an einem Werkstück in einer Auf spannung mit einem um eine zur
Werkstückachse senkrechte Sebwenkachse verschwenkbaren Schleifspindelstock, dessen
Winkelstellungen durch Anschläge fixiert sind, nach des Hauptpatent, wird die der
findung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der mit den Anschlägen zusammenwirkende
Gegenanschlag mit einem elektrischen Längen-Meßfühler ausgestattet ist.
-
Elektrische Längen-Meßfühler sind bereits länger bekannt und werden
bei Schleifmaschinen etwa in der Art verwendet, wie bei geringeren Anfordermgen
an die Genauigkeit Endschalter oder sogenannte Nikroschalter benutzt werden. Es
ist Jedoch überraschend, daß durch einen solchen elektrischen Längenmeßfühler in
Verbindung mit einem mechanischen Anschlag die geforderte
präzise
Einnahme einer Winkelstellung erreicht werden kann. Wesentlich hierfür ist jedoch
daß selbst bei Verlagerung des mechanischen Anschlages durch unterschieda liche
Wärmsdehnungen der Maschine eine einfache Nachjustiermöglichkeit gegeben ist, da
die Lage eines Schaltpunktes bei einem elektrischen Meßfühler bekanntlich elektrisch
verstellt werden kann, so daß bei Überschreitung der Toleranzen für die Winkelstellung
eine Nechjustiorung in sehr einfacher Weise möglich ist, Um den empfindlichem elektrischen
Meßfühler selbst gegen Beschädigungen zu schlitzen, wird zweckmäßigerweise nicht
dieser direkt gegen den Anschlag zur Anlage gebracht, sondern es wird im Gegenanschlag
ein federnd gegen den Längenmeßfuhler gedrängtes Anschlagestück verwendet, das dann
gegen den Anschlag fährt, von diesem ausgelenkt wird und. dabei die Meßspitze des
Meßfühlers aus der eingedrückten Lage allmählich auf die Null zu wandern läßt.Darüber
hinaus ergibt sicb der Vorteil, daß durch die Federung praktisch dafür gesorgt wird,
daß der Gegenanschlag Jedesmal mit der gleichen Kraft gegen einen Anschlag anlbgt,
wenn die Null-Stellung des XeßfUhlers erreicht ist, so daß Lagetoleranzen durch
unterschiedliche Durchbiegung des Anschlages und/oder Gegenanschlages auf wirksame
Weise vermieden werden.
-
Bei Schwenktischen und Rundschalttischen ist es bereits bekannt, überfahrbare
Anschläge zu verwenden, das heißt Anschläge, die den sohwenkenden TeU in der betreffenden
Stellung nur dann anhalten, wenn die gewünschte Schwenkstellung erreicht ist, während
zwischen der Ausgangsstellung und der gewtlnsohten Stellung eventuell vorgesehene
Anschläge inaktiviert sind. Grundsätzlich gibt es dazu zwei Prinzipien: Entweder
durch Signale von außen in ihre Arbeitsstellung bzw. aus dieser heraus verbringbare
Anschläge, meistens in
der Form von Stiften, die mit Passbohrungen
im anderen Teil zusammenwirken, oder selbsttätig zurückgedrängte Anschläge, meist
ebenfalls in der Form von Stiften, die auf einer Seite eine Schrägfläche aufweisen,
durch die sie bein Vorbeiwandern des Gegenanschlages aus ihrer Arbeitsstellung gegen
die Kraft einer Federung in eine unwirksame Stellung zurückgedrängt werden. Die
ersterenXonstruktionen haben den Nachteil, daß eine aufwendige Steuerung dafür vorgesehen
werden muß, die Jeweils nicht benatigten Anschläge in ihre Ruhelage bzw. den benötigt
ten Anschlag in seine Arbeitslage zu bringen, und die zweite Konstruktion hat den
Nachteil, daß der Anschlag nur beim Drehen in einer Richtung überfahrbar ist, nicht
aber beim Verschwenken des Schirenkteils in der Gegenrichtung, Bei Schleifmaschinen
ist es Jedoch unbedingt notwendig, daß das Schwenkteil in beiden Richtungen geschwenkt
werden kann, weil in einer Reihe von Stellungen des Schleifspindelstocks dieser
an den Werkstuckschlitten oder das Werkstück selbst anschlagen würde.
-
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist deshalb Jeder Anschlag
gegen eine Federkraft, die ihn in eine definierte Lage drängt, ua eine zur Schwenkachse
parallele Achse verschwenkbar.
-
Um bei solchen Anschlägen zu vermeiden, daß das Ausschwenken des Anschlags
durch den Gegenanschlag erfolgen muß, wobei sich sehr bald unzulässig hohe Abnutzungserscheinungen
ergeben würden, ist gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung Jeder Anschlag
mit einem Vorsprung und der den Gegenanschlag tragende Teil mit einer damit zusammenwirkenden
Schieneausgestattet, die im Bereich des Gegenanschlages eine in Richtung auf die
Ansohlqflächen der Anschlage weisende Schrägfläche aufweist und sich in der Gegenrichtung
über wenigstens den maximalen Schwenkbereich erstreckt. Das Ausschwenken des Anschlages
aus
seiner Arbeitsstellung wird auf diese Weise von der Schiene
im Zusammenwirken mit dem Vorsprung durchgeführt, so daß die Anschläge und der Gegenanschlag
völlig geschont werden.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgesehenen elektrischen
MeBtUhlers besteht darin, daß dieser vor dem "Erreicht"-Signal, das das Erreichen
der definierten Winkelstellung angibt, noch weitere Signale liefern kann, und gemäß
einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird diese Eigenschaft des elektrischen
Neßftihlers dazu ausgenutzt, vom Eil- auf einen Fein-Schwenkantrieb umzuschalten,
der an einem Kleaschlitten angreift, der nur bei Erregung des Eil-Antriebes abgehoben
ist. Eine solche Konstruktion ist schon deshalb zweckmäßig, weil der mögliche Weg
des Taststiftes des Meßfühlers ziemlich begrenzt ist, so daß der Feinschwenkantrieb
so gestaltet sein muß, daß er auf Jeden Fall ein Nachstellen des Schwenkteils um
Distanzen in der Größenordnung von 1 mm feinfühlig ausführen kann. Mit üblichen
Feinantrieben ist es praktisch nicht möglich, solch kleine Wegstrecken ausreichend
feinfühlig einzustellen.
-
Für die geforderte Genauigkeit der Winkeleinstellung ist es darüberhinaus
erforderlich, daß der Feinantrieb in extrem kleinen Schritten arbeiten kann. Gemäß
einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird das dadurch ermöglicht, daß der Feinantrieb
aus einem Schrittmotor besteht, der über einen Schneckentrieb eine Exzenterwelle
verdreht, deren exzentrischer Teil im Klemmt schlitten drehbar gelagert ißt. Dadurch
ergibt sich eine extrem große Ubersetzung vo. Schrittmotor zum Verschwenkwinkel,
die zu den erwünscht kleinen Winkelschritten führt.
-
Bei den großen bewegten Massen müßte normalerweise der Eilantrieb
vergleichsweise geringe Winkelgeschwindigkeit ergeben, damit der Schleifspindelstock
beim Schwenken auf gr8ßenordnungamäßig 1 mm Schwenkstrecke auch tatsächlich abgebremst
werden
kann. solcher Eilantrieb würde jedoch für das Verschwenken um grdßere Winkel ungünstig
hohe Zeiten erfordern, deshalb weist der Seilantrieb gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung zwei Geschwindigkeitsstufen auf und ist der Klemmschlitten zusätzlich
als Bremse ausgebildet, die bei der kleineren der beiden Geschwindigkeiten bremst
Bei einer so ausgebildeten Vorrichtung kann eine verhältnismäßig hohe Schwenkgeschwindigkeit
des schnelleren Eilantriebs vor gesehen werden, dem beim Übergang zum Eilantrieb
geringerer Geschwindigkeit wird der Schleifspindelstock schon weltgahena abgebremst,
so daß beim Umschalten auf den Feinantrieb praktisch keine flremsung mehr erforderlich
ist.
-
Bei einer solchen Konstruktion kann der MeBfühler zwei Vorsignale
liefern, so daß der Eilantrieb bei Auftreten des ersten Vorsignals auf die kleinere
Geschwindigkeit untschaltet Die Verwendung eines Kleninischlittens erfordert normalerweise
einen zusätzlichen Aufwand in der Steuerung der Maschine, ge mäß einer speziellen
Ausbildung der Erfindung kann Jedoch ein solcher zusätzlicher Steuerungsaufwand
vermieden werden, wenn der Klemmschlitten federnd auf eine Klemmplatte zu gedrängt
ist und eine Abhebeeinrichtung aufweist, die dem Eilantrieb parallel geschaltet
ist. Beim Einschalten des Eilantriebes wird damit automatisch der Klemmschlitten
angehobene ohne daß ein zusätzlicher Steuerbefehl erforderlich ist, und beim Abschalten
des Eilantriebes, gegebenenfalls schon beim ZurtlckfUhren auf die kleinere Eilantriebsgeschwindigkeit,
sorgt die Federung selbsttätig dafür, daß der Klenunschlitten wieder klemmt, bzw,
zunächst bremst. Es ist dabei natürlich gleichgültig, ob der Eilantrieb
und
die Abhebereinrichtung elektromagnetisch betrieben werden, oder hydraulisch; ein
hydraulischer Antrieb ist allerdings für den Eilantrieb im allgemeinen vorzuziehen.
-
Die Erfindwg soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es
zeigen: Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine Schleifmaschine sit Merkmalen
der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie fl-II in Fig. 1; Fig.
3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt längs der
Linie IV-IV in Fig. 3; Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch den in Fig. 1 mit der
Linie V-V markierten Teil mit schematisch angedeuteter Hydraulikversorgung; und
Fig0 6 einen Schnitt in einer zur Schnittebene der Fig.5 par@llelen Ebene.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Schleifmaschine besteht im wesentlichen
aus eines Werkstückschlittenunterbau 11, auf dem ein Werkstückschlitten 12 sitzt,
und einem Schleifspindelstock 13.
-
der auf einIn Schwenktisch 14 sitzt, der seinerseits auf einem ünterbau
15 verdrehbar ist. Zusätzlich ist ein Meßkopf 16 zum meßgesteuerten Schleifen vorgesehen.
-
Die einzelnen Schwenkstellungen des Schwenktisches 14 sind durch Anschläge
fixiert, die in Fig. 2 bis 4 näher dargestellt sind, Jeder der Anschläge 17 besteht
aus eines Halter 18, der mit einer Schraube 19 im Unterbau 15 befestigt ist, und
eines
Anschlagarm 20, der mittels einer Federhülse 21 verschwenkbar
am Halter 18 montiert ist. In der Nähe des Anschlagendes 22 ist eine Justierschraube
23 angeordnet, die mit einem Ende an einer Verlängerung 24 des Halters 18 anliegt,
und durch die die exakte Lage des Anschlagarms 20 Justiert werden kann. Auf der
Unterseite des Anschlagarms 20 ist ein Vorsprung 25 vorgesehen, der ein Kugellager
26 trägt und dessen Funktion später näher erläutert wird.
-
Am Schwenktisch 14 ist ein elektrischer Neßfühier 27 befestigt, und
gegen dessen Meßstift 28 ist ein Gegenanschlag 29 mit zwei Federhülsen 30 gedrängt,
deren Enden in zwei Tragarmen 519 von denen nur einer dargestellt ist, auf der Ober-
und Unterseite eingespannt sinde Der Unterbau 15 weist fünf Schlitze zur Aufnahme
von Anschlägen 17 auf, so daß Anschläge in beliebigen Abständen angeordnet werden
kannen, und diesen Schlitzen gegenüber sind am Schwenktisch 14 fünf Schienen wie
32 angeordnet, die sich etwa vom Neßfühler 27 aus über wenigstens den maximalen
Schwenkbereich erstrecken. Etwa in H5he des Meßfühlers weist Jede Schiene 32 erne
Aussparung 33 für den Gegenanschlag 29 auf, und am inneren Teil eine Schrägfläche
34, an der der Vorsprung 25 bzw, das auf diesen montierte Kugellager 26, anliegen
kann0 Zum Einstellen eines Schwenkwinkels soll angenommen werden, daß der in Fig.
4 oben dargestellte Anschlag 17 die gewünschte Winkelstellung definiert, und daß
der Schwenktisch im Sinne des Pfeils 35 verschwenkt. Die Schrägfläche 34 koimnt
dabei zunächst am Kugellager 26 des in Fig. 4 unten dargestellten Anschlags 17 zur
Anlage und wenn der Tisch weiter schwenkt, rollt das Kugellager die Schrägfläche
34 radial einwärts herab, so daß der zugehörige Schwenkarm 20 gegen die Federkraft
der Federhülse 21
in die in Fig. 4 für den unteren Anschlag 17
dargestellte Lage kommt.
-
Beim Weiterlaufen schlägt der Gegenanschlag 29 gegen die Anschlagfläche
22 des Anschlagarms 20 des in Fig. 4 oben dargestellten Anschlages 17, und wird
gegen die Kraft der Federhülsen 30 durch die Anschlagfläche festgehalten, so daß
er sich. bei Weiterlaufen des Schwenktisches 14 vom kapazitiven Meßftlhler 27 entfernt
und der Stift 28 desselben weiter aus dem Fühler heraustritt. Sobald der Fühler
eine bestimmte Lage erreicht hat, liefert er ein Umschaltsignal, durch das der Schwenkantrieb
abgeschaltet bzw. von Seilantrieb auf Feinantrieb umgeschaltet wird. Wie später
noch erläutert wird, ist vorzugsweise ein zweistufiger Seilantrieb vorgesehen, und
dann wird beim ersten Signal vom Meßfühler 27 von der ersten Stufe des Eilantriebes
auf die zweite mit kleinerer Geschwindigkeit umgeschaltet und bei einem weiteren
Signal vom Meßfühler 27 von der zweiten Stufe des Eilantriebes auf den Feinantrieb.
Ist die, elektrisch von außen wShlbare,Stellung durch den Feinantrieb erreicht worden,
gibt der Xeßftlhler 27 ein weiterea Signal, und daraufhin wird der Feinantrieb abgeschaltet:
die gewünschte Winkelstellung des Schwenktisches 14 ist erreicht.
-
Beim überfahren des unteren Anschlages in Fig. 4 liefert der Meßfühler
27 die gleichen Signale, diese werden Jedoch durch die Steuerung unterdrückt, so
daß dieser Anschlag in der beschriebenen Weise itt Hilfe der Schienen 32 in der
ersten Stufe des Eilantriebes überfahren wird.
-
Soll nun als nächstes die Winkelstellung angefahren werden, die durch
den unteren Anschlag in Fig. 4 definiert ist, wird zunächst der giiarrtrieb so eingeschaltet,
daß der Schwenktisch sich entgegen den Sinne des Pfeils 35 dreht. der Gegenanschlag
29 und die Schiene 32 entfernen sich von dem oberen Anschlag 17
und
laufen zum unteren zurück, so daß der Anschlagarm 20 des unteren Anschlages 17 wieder
die Schrägfläche 34 der Schiene 32 herablaufen kann und den Gegenanschlag 29 voll
auslenkt.
-
Der Schwenktisch wird daraufhin angehalten und dieser im Sinne des
Pfeiles 35 verschwenkt, wobei sich die gleichen Vorgänge abspielen wie oben beschrieben.
-
Die erwähnten Eil- und Feinantriebe sind in dem in Fig. 1 mit der
Linie V-V umschlossenen Teil am Schwenktisch 14 angeordnet und in Fig. 5 und 6 näher
dargestellt. Als Eilantrieb ist ein hydraulischer Drehkolbenmotor 36 vorgesehen,
der am herausstehenden Wellenstumpf 37 ein Zahnrad 38 trägt, das mit einem Zahnkranz
38a am Unterbau 15 kämmt. Als Feinantrieb dient ein elektrischer Schrittmotor 39,
der über einen Schneckentrieb 40 (vergl, Fig. 6) eine Exzenterwelle 41 treibt. Der
Exzenter 42 der Exzenterwelle 41 greift in eine erweiterte Bohrung 43 in einem Druckstück
44 ein, das mit einem Pendelrollenlager 45 drehbar im Oberteil 46 eines Elemmschlittens
gelagert ist, Der Uhterteil 47 des Klemmschlittens ist mit zwei Schraubbolzen 48,
von denen nur einer dargestellt ist, am Schlittenoberteil 46 befestigt, Zwischen
das Kopf 49 des Schraubbolzens 48 und dem Schlittenoberteil 46 sind drei Tellerfedern
50 angeordnet9 die die bei den Schlittenteile 46 und 47 aufeinander zu drängen und
damit beidseits an eine fest mit dem Maschinenunterteil verbundene Kleinmplatte
51 pressen,das heißt nnklsen.
-
Im Schlittenunterteil 47 sind Hubzylinder 52 angeordnet, von denen
in Fig. 5 zwei dargestellt Bind, und die Jeweils zwei getrennte Kolben 53 und 54
enthalten.
-
Die Steuerung des Eilantriebs 36 und der Hubzylinder 52 ist schematisch
im rechten Teil der Fig. 5 angedeutet. Sie besteht aus zwei Ventilen 55 und 56 und
zwei Drosseln 57 und 58. Die Vorrichtung ist in der Ruhelage dargestellt; wenn auf
Eilantrieb, schrLefle Stufe, geschaltet wird, bewegen sich beide Ventile nach unten,
so daß Druckmittel von der Pumpe 59 Über das Ventil 56,unter überbrückung der Drossel
57, durch das Ventil 55 in die untere Leitung 60 der vom Ventil 55 wegführenden
Leitungen 60 und 61 eintreten kann. Die Leitung 60 führt einerseits zum Eilantrieb
36 und andererseits in den Raum zwischen den gelben 53 und 54, und vom Eilantrieb
36 führt eine Leitung Über die Leitung 61 zum Ventil 55 zurück, und parallel dazu
in den Raum unterhalb des unteren Kolbens 54.
-
Das Druckiittel in der Leitung 61 wird durch die Drossel 58 gestaut,
so daß sich in den Leitungen ein ziemlich hoher Druck ausbildet, durch den die Kolben
53 und 54 nach oben gedrängt werden um die Kraft der Federn 50 zu Überwinden und
damit die Klemmung zu lösen.
-
Wird, zum Erreichen des Eilgangs mit kleinerer Geschwindigkeit, daß
Ventil 56 in die in Fig. 5 dargestellte Lage zurückgebracht, uuß das Druckmittel
von Puppe 59 Über die Drossel 57 strömen. Der lstrom wird dadurch kleiner, so daß
der RÜckstau Über der Drossel 58 abgebaut wird, und damit auch der Druck in der
Leitung 60 nachläßt, so daß auch der Druck unterhalb des Kolbens 54 in jedem Hubzylinder
52 zurückgeht und der Kolben 54 sich vom Kolben 53 löst. Dadurch wird die Fragt,
mit der die beiden Klemmschlittenteilen 46 und 47 gegen die Kraft der Tellerfedern
50 auseinander gedrückt werden, herabgesetzt0 Bei entsprev chender Bemessung der
Drücke in den beiden Leitungen 60 und 61 und der Flächen der Kolben 53 und 54 unter
Berücksichtigung der Kraft, die von den Federn 50 erzeugt wird* wird erreicht, daß
die beiden Klemmschlittenteile 46 und 47 in diesem Zustand mit einer solchen Kraft
auf die Klemmplatte 51 gepreßt werden, daß sich nur eine Brems- aber noch keine
Klemmwirkung ergibt.
-
Es stellt sich dann ein Gleichgewicht zwischen der Bremskraft des
als Bremse wirkenden Klemmschlittens 46, 47 und dem Drehmoment des Eilantriebes
36 ein, und zwar bei einer relativ kleinen Geschwindigkeit, so daß praktisch sofort
nach Abschalten des Eilantriebs, des das Ventil 55 wieder in die in Fig. 5 dargestellte
Ruhelage gebracht wird, der Eilantrieb, und damit der Schwenktisch 14 zur Ruhe kommt
und mit dem Klemmschlitten 46, 47 festgeklemmt wird.
-
Anschließend wird der in Fig. 6 dargestellte Feinantrieb in Bewegung
gesetzt, das heißt der Elektromotor 39 verdreht das Schneckenrad 40 und damit die
Exzenterwelle 41, so daß der Schwenktisch 14 relativ zum festgeklemmten Schlitten
46, 47 um einen geringen Betrag verschoben wird. Der Exzenter 42 der Exzenterwelle
41 rollt sich dabei in der erweiterten Bohrung 43 des Druckstücks 44 ab, so daß
auch die Abnutzung gering ist, Durch Blattfedern 62 wird bei gelöstem Klemmschlitten
dafür gesorgt, daß dieser ständig in einer vorgegebenen Richtung am Exzenter 42
anliegt, Ferner ist der Schwenkwinkel der Exzenterwelle 41 in bekannter und deshalb
nicht näher dargestellter Weise auf f 150 von einer Nüll-Lage begrenzt, und durch
diese Begrenzungen kann beim nächsten Eingang der Exzenter 42 wieder in die Ruhelage
gebracht werden. Durch diese beiden Maßnahmen ist gewährleistet, daß bel Inbetriebnahme
des Feinantriebs gemäß Fig. 6 wieder der volle Feinantriebweg zur Verfügung steht.
-
Ein waagerechtes Spiel zwischen den beiden Klemmschlittenteilen 46
und 47 wird durch ein an beiden Teilen befestigtes Stahlband 64 beseitigt, das in
senkrechter Richtung eine gewiss. Bewegung zuläßt.