DE2742029A1

DE2742029A1 - Verfahren zum gleichzeitigen bearbeiten eines werkstueckes mit mehreren schleifspindelstoecken

Info

Publication number: DE2742029A1
Application number: DE19772742029
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Schaudt Maschinenbau GmbH
Current assignee: Schaudt Maschinenbau GmbH
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2742029C3; FR2403168A1; GB2004485A; IT1099463B; FR2403168B1; DE2742029B2; GB2004485B; IT7827499A0

Description

"ATENV NWV. ιΈ

DR. CLAUS REINLANDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstroße 12 ■ D-8000 München 60 ■ Telefon 832024/5 Telex 5212744 ■ Telegramme Interpatent

SIl P15 D

Schaudt Maschinenbau GmbH, Stuttgart-Hedelfingen, Hedelfingerstr. 137

Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten eines Werkstückes mit mehreren Schleifspindelstöcken

Es ist bekannt, Werkstücke gleichzeitig mit zwei Schleifspindelstöcken zu bearbeiten. Die für den eigentlichen Schleifvorgang benötigte Zeit wird dadurch halbiert.

In der Praxis hat sich diese gleichzeitige Bearbeitung eines Werkstückes mit zwei Schleifspindelstocken bisher nicht bewährt, es hat sich nämlich gezeigt, daß die Zylindrizitat der fertigen Sitze häufig zu wünschen übrig ließ, nach der Bearbeitung hatte das Werkstück beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte Form, wenn auf die in Fig. 2 schematisch dargestellte Weise mit zwei Schleifspindelstöcken (von denen in

.../2 9098 1 2/0500

2742Ü29 - r-

Fig. 2 nur die Schleifscheiben gezeigt sind) geschliffen wurde, d. h. die beiden Schleifspindelstöcke von einander gegenüberliegenden Seiten auf das Werkstück zugestellt wurden. Wurde in üblicher Weise nach Feststellung eines Schleifergebnisses gem. Fig. 1 die Maschine im Sinne einer Kompensation dieses Schleiffehlers verstellt, so hing es vom Zufall ab, ob das als nächstes bearbeitete Werkstück einwandfrei war oder den entgegengesetzten fehler zeigte.

Grundsätzlich die gleichen Probleme treten immer auf, wenn mit mehreren Schleifspindelstöcken gleichzeitig bearbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch beim gleichzeitigen Bearbeiten eines Werkstücks mit zwei oder mehr Schleifspindelstöcken zuverlässig gleichmäßige Arbeitsergebnisse zu erhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurden zunächst die Ursachen untersucht, die zu den unerwünschten Arbeitsergebnissen führen. Dazu mußte zunächst die bisherige Arbeitsweise analysiert werden. Wie sich aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ergibt, befindet sich etwa in der Mitte der Bearbeitungsstelle jeweils ein nur schematisch angedeuteter Durcnmessermeßkopf 11 bzw. 11 a, und an der dem jeweiligen Meßkopf zugehörigen Stelle (in Fig. 1 ebenfalls schematisch angedeutet) hat das Werkstück innerhalb der jeweiligen Toleranz Solldurchmesser. Es wurde nun der zeitliche Ablauf des SchleifVorgangs mit zwei Schleifspindelstöcken zunächst an dem einfachsten Fall untersucht, daß beide Bearbeitungsstellen oder Sitze gleiche Breite und gleiche Durchmesser haben. Zu Beginn des BearbeitungsVorgangs wird mit Grobzustellung gearbeitet, d. h. die Schleifscheibe 12 bzw. 12 a nimnt relativ viel Material vom Werkstück 13 ab und übt einen hohen Druck auf das Werkstück 13 aus. Nach einer gewissen Bearbeitungszeit, die von der Größe der Schleifzugabe abhängt, meldet der Meßkopf 11 bzw. 11 a Annäherung an Endmaß, und daraufhin schaltet die Schleif-

.../3 909812/0509

maschinensteuerung die Zustellung des zugehörigen Schleifspindelstocks 12 bzw. 12 a auf Feinzustellung. Bei betrieb mit Feinzustellung wird wesentlich weniger Material abgetragen als bei Grobzustellung und dementsprechend verringert sich der Lruck der Schleifscheibe auf das Werkstück. Im allgemeinen Fall ist die Schleifzugabe bei den verschiedenen Sitzen des gleichen Werkstückes und erst recht bei verschiedenen Werkstücken ungleich, so daß zunächst der eine Schleifspindelstock durch die Meßsteuerung von Grob- auf Feinzustellung umgeschaltet wird und eine mehr oder weniger lange Zeit später der andere Schleifspindelstock. In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, daß der Schleifspindelstock, zu dem die in der Zeichnung links dargestellte Schleifscheibe 12 gehört, bereits auf Feinzustellung umgeschaltet hat, während der Schleifspindelstock, zu dem die in Fig. 2 rechts dargestellte Schleifscheibe 12 a gehört, noch mit Grobzustellung arbeitet. Es ergeben sich dann unterschiedliche Drücke an den beiden Bearbeitungsstellen und damit eine Verbiegung der Werkstückachse, wie sie schematisch und der Deutlichkeit halber stark übertrieben bei 14 dargestellt ist.

Nach einer weiteren, in der Regel recht kurzen Zeitspanne, schaltet die Meßsteuerung durch den Meßkopf 11 a auch den Zustellantrieb des Schleifspindelstocks, zu dem die rechte Schleifscheibe 12 a gehört, auf Feinzustellung um, und dann ergibt sich die Situation, die analog zu Fig. 2 in Fig. 3 dargestellt ist. Es wird nun an beiden Bearbeitungsstellen mit einer Feinzustellung geschliffen, so daß sich eine geringere Auslenkung der Werkstückmittellinie ergibt, wie sie schematisch bei 14- dargestellt ist. Infolge der hohen Durchbiegung des Werkstückes in der vorhergehenden Bearbeitungsstufe (links Feinzustellung, rechts Grobzustellung) kann es aber in dieser Bearbeitungsphase so gewesen sein, daß jeweils der rechte Teil der Schleifscheibe 12 bzw. 12 a zuviel abgeschliffen hat, bis der Meßkopf 11 a die Um-

90981 2/0509

schaltung von Grob- auf Feinzustellung eingeleitet hat. Daraus ergibt sich das in Fig. 1 (der Deutlichkeit halber übertrieben) dargestellte Schleifergebnis. Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, daß es sich bei diesem Schleifergebnis selbstverständlich um ein Zufallsergebnis handeln muß, denn dieses Ergebnis hängt ja im wesentlichen davon ab, daß der linke Meßkopf 11 als erster das Umschaltsignal von Grob- auf Feinzustellung gegeben hat. Bei einem anderen Werkstück, bei dem die Schleifzugabe im rechten Teil zufällig kleiner als im linken ist, würde selbstverständlich der Meßkopf 11 a als erster das Umschaltsignal liefern, so daß das Schleifergebnis quasi umgekehrt wie in Fig. 1 aussehen würde.

Die gleichen Überlegungen gelten auch bei der Umschaltung von Feinauf Feinstzustellung, falls diese bei der Bearbeitung vorgesehen ist. Entsprechende Überlegungen gelten aber auch dann, wenn beide Schleifspindelstöcke auf der gleichen Seite des Werkstücks angeordnet sind und auch in dem Fall, daß mehr als zwei Schleifspindelstocke vorgesehen sind. Im letzteren Fall ist das Bild natürlich erheblich komplizierter.

In Fig. 4 ist der allgemeine Fall dargestellt, daß die Durchmesser der beiden zu schleifenden Bearbeitungsstellen unterschiedlich sind, also der in der Praxis regelmäßig auftretende Fall. Ersichtlich sind dann die möglichen Fehler noch größer.

Aus dieser Analyse ergibt sich, daß die in Fig. 1 dargestellte unerwünschte Form des fertigen Werkstückes sich dadurch ergibt, daß die Werkstückachse infolge der Bearbeitungskräfte die bei 14 bzw. 14' dargestellte Form annimmt. Wäre diese Form bei jedem Werkstück gleich, könnte durch bekannte Maßnahmen das unerwünschte Ergebnis vermieden werden - beispielsweise durch entsprechende Profilierung der Schleif-

.../5 909812/0509

scheiben 12 und 12 a. Es wurde aber bereits darauf hingewiesen, daß das Schleifergebnis nach Fig. 1 ein Zufallsergebnis ist, das in wesentlichen davon abhängt, bei welchem Sitz zufällig die höhere Schleifzugabe vorhanden ist.

Aus diesen Überlegungen heraus wird erfindungsgemäß nicht angestrebt, den Zylinderfehler ganz zu vermeiden, sondern nur ihn von der Bearbeitungszugabe unabhängig zu 'lachen, so daß der verbleibende Zylinderfehler durch andere Maßnahmen, etwa durch die bereits erwähnte entsprechende Profilierung der Schleifscheiben, kompensiert werden kann. Mit anderen Worten, es wird erfindungsgemäß lediglich angestrebt, von Werkstück zu Werkstück gleicher Form auch immer die gleiche tsiegelinie zu erhalten. Diese einheitliche Biegelinie wird immer dann erhalten, wenn bei allen Werkstücken gleiche Kräfteverhältnisse erzielt werden, und es genügt selbstverständlich, diese gleichen Kräfteverhältnisse im entscheidenden Zeitpunkt zu erhalten, nämlich während der Endphase der Bearbeitung von dem Zeitpunkt ab, zu dem nach den Erläuterungen in Verbindung mit Fig. 2 und 3 ein Teil einer oder beider Schleifscheiben zuviel wegnehmen könnte. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe also dadurch gelöst, daß wenigstens während der letzten Phase des Schleifvorgangs, d. h. spätestens nach Umschalten der Zustellung auf Fein- oder ggfs. Feinstvorschub, das Verhältnis bzw. die Verhältnisse der von den Schleifspindelstöcken auf das Werkstück ausgeübten Radialkräfte konstant gehalten wird bzw. werden.

Zur Konstanthaltung der Verhältnisse der Radialkräfte stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Wenn, wie in Figuren 1 bis 4 dargestellt, die Schleifspindelstöcke von jeweils der der Angriffseite des in Richtung der Werkstückachse benachbarten Schleifspindelstocks gegenüberliegenden Seite auf das Werkstück zugestellt werden, besteht eine Möglichkeit darin, daß die Durchbiegung des Werkstückes in der Mitte

909812/0509

zwischen zwei Schleifspindelstöcken genessen wird und die Zustellung jeweils eines der beiden der Meßstelle benachbarten Schleifspindelstocks derart geregelt wird, daß die Durchbiegung zu IJuI 1 wird. Eine nähere Betrachtung zeigt jedoch, daß diese Maßnahme nur in Sonderfällen zum erwünschten Erfolg führen kann. Wird nämlich, wie in Fig. 5 dargestellt, ein Werkstück mit sehr unterschiedlichen Durchmessern der Bearbeitungsstellen bearbeitet, so müßte die Radialkraft im rechten Teil dauernd höher sein als im linken Teil, damit die Mittenauslenkuno h = 0 bleibt. Dadurch würde aber auf der rechten

* m

Seite früher das Sollmaß erreicht, so daß links nicht mehr weiter geschliffen werden kann, ohne daß die Mittendurchbiegung ungleich Null wird. In Sonderfällen kann diese einfache Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfindung jedoch durchaus brauchbar sein.

In Figuren 2 und 4 ist erkennbar, daß durch den Bearbeitungsdruck nicht nur die Werkstückachse eine von der geraden abweichende Form annimmt, sondern daß auch die Zentrierspitzen 15 und 15 a durch den Bearbeitungsdruck aus ihrer Ruhelage heraus versetzt werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die in Richtung des Werkstückradius jeweils wirkende Kraft zu messen. Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung kann also das Verhältnis der ausgeübten Radialkräfte dadurch konstant gehalten werden, daß an beiden Zentrierspitzen, zwischen denen das Werkstück eingespannt ist, die in Richtung des Werkstückradius wirkende Kraft gemessen wird, die beiden Meßwerte verglichen werden und die Zustellung wenigstens eines der beiden Schleifspindelstöcke derart geregelt wird, daß das Vergleichsergebnis konstant ist. Diese Möglichkeit ist jedoch darauf beschränkt, daß zwei und nur zwei Schleifspindelstöcke verwendet werden. Darüber hinaus ist jedenfalls zum gegenwärtigen Zeitpunkt hierzu ein erheblicher Aufwand erforderlich, außerdem sind die derzeit verfügbaren Kraftaufnehner iioranfällig ,

90981 2/0509

2742023 ?--

so daß diese an sich verlockende und interessante Konstruktion erst wirtschaftlich wird, wenn einfache und robuste Möglichkeiten zur Messung der Radialkraft an den Zentrierspitzen verfügbar sind.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß üblicherweise Meßköpfe 11 bzv/. 11 a vorgesehen sind, mit denen der jeweils erzielte Werkstuckdurchmesser an der Bearbeitungsstelle gemessen wird. Daraus ergibt sich eine Möglichkeit, die von der jeweiligen Schleifscheibe ausgeübte Dearbeitungskraft indirekt zu messen. Bei gleicher Differenz zum zu erreichenden Endmaß (Aufmaß) ergibt sich nämlich die gleiche Zustellgeschwindigkeit, und da bei gleichen Werkstücken die Werkstoffeigenschaften gleich sind und auch im wesentlichen mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe geschliffen wird, ergeben sich dann auch gleiche Bearbeitungskräfte. Unter Ausnutzung dieser Überlegungen sieht also eine Konstruktion, die derzeit sofort in die "Praxis umgesetzt werden kann, so aus, daß an allen Bearbeitungsstellen der momentane Werkstückdurchmesser in bekannter Weise dauernd gemessen und die Differenzen der Meßergebnisse zur; jeweiligen Endnaß (Aufmaße) ermittelt werden, und daß die Aufmäße verglichen und die Zustellung wenigstens des zweiten sowie ggfs. weiterer Schleifspindelstöcke derart geregelt wird bzw. werden, daß die Aufmaße konstante Differenzen haben, insbesondere gleicn sind und die einzelnen Schleifspindelstöcke in einer vorbestimmten Reihenfolge, insbesondere zu gleichen Zeitpunkten, Endmaß erreichen. Im Fall gleicher Aufmaße und gleichzeitiger Erreichung der Endmaße ist nach obigem ohne weiteres ersichtlich, daß immer gleiche Kräfte herrschen, deren Verhältnisse also konstant gleich eins sind. Im Fall konstanter

.../8 90981 2/0509

und Erreichung der Endmaße in vorgegebener Reihenfolge sind die Verhältnisse der Kräfte in der letzten Phase des SchleifVorganges aber ebenfalls konstant, da es dann, anders als im Fall der Tig. 1-3, nicht menr vom Zufall abhängt, welches Schleifergebnis erreicht wird, so daß Kompensationsmaßnahmen sinnvoll angewandt werden können. Diese Möglichkeiten können natürlich mit den beiden anderen Möglichkeiten kombiniert werden.

Eine andere Möglichkeit, die für die Radialkräfte maßgebenden Zerspanungskräfte zu messen, besteht darin, die Leistun^saufnanme des Antriebs für die entsprechende Schleifscheibe, üblicherweise mit Antrieb des Schleifspindelstocks bezeichnet, zu messen. Daraus ergibt sich als spezielle Ausbildung der Erfindung eine Konstruktion, bei der die Leistungsaufnahmen der Antriebe aller Schleifspindelstöcke gemessen werden und die Zustellung wenigstens des zweiten sowie ggfs. weiterer Schleifspindelstöcke derart geregelt wird bzw. werden, daß das Verhältnis bzw. die Verhältnisse der Leistungsaufnahmen konstant bleiben.

909812/0509

Auch diese Möglichkeit kann natürlich mit den übrigen speziellen Lösungen kombiniert werden, wobei natürlich immer darauf zu achten ist, da3 zur Erzielung stabiler Verhältnisse die Vorrangigkeit von verschiedenen Regelungskreisen klar festgelegt ist.

Bei der Messung der momentanen Werkstückdurchmesser an allen bearbeitungsstellen und Gleichhaltung aller Aufmäße ergibt sich zwangsläufig, daß die Umschaltung der Zustellantriebe aller Schleifspindelstöcke von Grob- auf Feinzustellung und ggfs. von Fein- auf Feinstzustellung gleichzeitig erfolgt. Bei Schleifmaschinen ohne Meßsteuerung der Zustellung der Schleifspindelstöcke kann näherungsweise das durch die Erfindung angestrebte Ergebnis allein durch gleichzeitiges Durchführen dieser Umschaltvorgänge erreicht werden. Wie in Verbindung mit Figuren 1 bis 3 erläutert, tritt der gröbste Fehler dadurch auf, daß eine Schleifscheibe, im Fall der Fig. 2 die Schleifscheibe 12 a noch mit Grobzustellung läuft, während die andere Schleifscheibe, in Fig. 2 mit 12 bezeichnet, bereits mit Feinzustellung läuft. Wird durch gleichzeitige Durchführung der Umschaltung der Zustell antriebe aller Schleifspindelstöcke von Grobauf Feinzustellung dieser Fall vermieden, so können wenigstens grobe Zylinderfehler vermieden werden. Auch diese Maßnahme kann selbstverständlich mit den anderen Konstruktionen zur Durchführung der Erfindung kombiniert werden, so daß die vom jeweiligen Regelkreis auszuregelnden Abweichungen klein gehalten werden und dementsprechend die Anforderungen an den Regelkreis niedrig gehalten werden können. Diese gleichzeitige Durchfünrung der Umschaltung empfiehlt sich aber auf jeden Fall immer dann, wenn nicht das jeweilige Aufmaß ermittelt wird. Wie im Zusammenhang mit der Messung der Durchbiegung des Werkstückes in der Mitte zwischen zwei Schleifspindelstöcken erläutert, kann es bei einem Meßkriterium, das vom jeweils erreichten Aufmaß unabhängig ist, vorkommen, daß ein Sitz bereits fertig geschliffen ist und der andere noch nicht. Der gleiche Fall kann jedoch auch jeweils bei der

.../1C 909812/0509

Umschaltung eintreten - ein Schleifspindelstock erreicht den Umschaltpunkt früher als der andere. Solange das bei allen Werkstücken in gleicher Weise der Fall ist, stört das natürlich nicht - es kann ja kompensiert werden - da aber, wie oben bereits erwähnt, die Schleifzugaben infolge der Toleranzen der vorangehenden Bearbeitungsstufen ungleich sind, sind auch die Aufmaße unregelmäßig. Wird nun die Umschaltung der Zustellantriebe aller Schleifspindelstöcke von Grob- auf Feinzustellung gleichzeitig durchgeführt, mit anderen Worten bleibt notfalls ein weit vorlaufender Schleifspindelstock stehen, bis der andere Schleifspindelstock den Umschaltpunkt auf Feinzustellung erreicht hat, so wird praktisch gleiches Aufmaß auch in solchen Fällen erreicht, so daß bei der weiteren Bearbeitung auch ausreichend gleiche Bearbeitungskräfte entstehen.

Praktisch ergibt sich dann in diesem Falle die gleiche Arbeitsweise wie im Falle der Messung der momentanen Werkstückdurchmesser an allen Bearbeitungsstellen. Es werden zunächst die Sitze mit größten Schleifzugabe solange (mit Grobzustellung) geschliffen, bis das gleiche Aufnaß erreicht wird wie bei der Bearbeitungsstelle mit der kleinsten Schleifzugabe und dann wird an allen Bearbeitungsstellen im wesentlichen gleichmäßig abgetragen, so daß an allen gleichzeitig Endmaß erreicht wird.

überraschenderweise ergibt sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch ein weiterer Vorteil, der die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht und die Konpensationsmaßnahmen sehr erleichtert. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ergibt nämlich ein konstantes Verhältnis der Schleifkräfte oder Radialkräfte auf das Werkstück nicht nur die angestrebte reproduzierbare Biegelinie (Verbiegung der Werkstückachse unter den Schleifkräften), sondern auch über den ganzen Schleif vorgang hinweg die kleinstmögliche Biegebelastung des Werkstückes

.../11 909812/0509

und damit die kleinstmögl iche Werkstückverbiegung. Jede Schleifkraft für sich allein würde eine wesentlich höhere Verbiegung bewirken. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß, wie in den übrigen Figuren dargestellt, die Schleifspindelstöcke von einander gegenüberliegenden Seiten auf das Werkstück zugestellt werden.

9098 1 2/0509

Claims

27.2

SIl Pl5 D

Patentansprüche

Verfahren zum gleicnzeiti gen Bearbeiten eines Werkstückes mit zwei oder mehr Schleifspindelstöcken, dadurcn gekennzeicnnet, daß wenigstens während der letzten Phase des Schleifvorgangs, d. h. spätestens nach Umschalten der Zustellung auf Fein- oder ggfs. Feinstvorschub, das Verhältnis bzw. die Verhältnisse der von den Schleifspindelstöcken auf das Werkstück ausgeübten Radial· kräfte konstant gehalten wird bzw. werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schleifspindelstücke von jeweils der der Angriffseite des in Richtung der Werkstückachse benachbarten Schleifspindelstocks gegenüberliegenden Seite auf das Werkstück zugestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung des Werkstückes in der Mitte zwischen zwei Schleifspindelstöcken gemessen wird und die Zustellung jeweils eines der beiden der Meßstelle benachbarten Schleifspindelstocks derart geregelt wird, daß die Durchbiegung zu iJull wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 mit zwei Schleifspindelstöcken, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Zentrierspitzen, zwischen denen das Werkstück eingespannt ist, die in Richtung des Werkstückradius wirkende Kraft gemessen wird, die beiden Meßwerte verglichen werden und die Zustellung wenigstens eines der beiden Schleifspindelstöcke derart geregelt wird, daß das Vergleichsergebnis konstant ist.

...IZ

909812/0509 ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren nach Anspruch I₁ 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an allen Bearbeitunnsstellen der momentane Werkstückdurcnmesser in bekannter »Jeise dauernd gemessen und die Differenzen der MeDergebnisse zum jeweiligen Endmaß (Aufmabe) ermittelt werden, und daß die Aufmalte verglichen und die Zustellung wenigstens des zweiten sowie ggfs. v/eiterer Schleifspindelstocke derart geregelt wird bzw. werden, daß die Aufmäße konstante Differenzen haben» insbesondere gleich sind und die einzelnen Schleifspindelstöcke in einer vorbestimmten Reinenfolge, insbesondere zu gleichen Zeitpunkten, Endmaß erreichen.
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahmen der Antriebe aller Schleifspindelstöcke gemessen werden und die Zustellung wenigstens des zweiten sowie ggfs. weiterer Schleifspindelstöcke derart geregelt wird bzw. werden, daß das Verhältnis bzw. die Verhältnisse der Leistungsaufnahmen konstant bleiben.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Zustellantriebe aller Schleifspindelstöcke von Grob- auf Feinzustellung und ggfs. von Fein- auf Feinstzustellung gleichzeitig durchgeführt wird.

909812/Θ509