DE2856339C2

DE2856339C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen, automatischen Zustellen von Setzstockbacken zur Halterung eines Werkstückes auf einer Rundschleifmaschine

Info

Publication number: DE2856339C2
Application number: DE2856339A
Authority: DE
Inventors: Heinz 7307 Aichwald Belthle
Original assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1985-12-05
Also published as: GB2041266B; JPS5590265A; SE7910364L; AU526912B2; SE438975B; AT378931B; GB2041266A; DE2856339A1; CS242852B2; US4324073A; ATA799579A; AU5391679A

Description

stand zur korrigierten, durchbiegungsfreien Werkstückachse erfassen und die Steuereinrichtung beide Abstände konstant hält

Vorzugsweise ist der Vorrichtung eine Überwachungsanordnung zugeordnet, die eina Anzeige für den Verschleiß der Setzstockbacken und des Meßfühlers vorgesehen hat

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungäbeispie! dargestellt ist, näher veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 den in einer andeutungsweise gezeichneten Schleifmaschine auf em Werkstück während der Bearbeitung einwirkenden Kräfteverlauf,

Fig.2 eine zwischen zwei Zentrierspitzen einer Schleifmaschine aufgehängte Welle,

F i g. 3 ein Teilstück eines Setzstocks mit Setzstockbacken und Meßfühler, mit Schnitt im vorderen Backenbzw. Anliegebereich,

Fig.4 die elektronischen, durch den Meßfühler im Setzstockbacken gesteuerten Schaltstationen sowie Antriebsmittel und

Fig.5 eine schematische DiagrammdarsteUung zur Reitstockkorrektur.

Im Prinzip ist ein Meßfühler 1 mit einem Impulsgeber 2 verbunden, über den ein erster Schrittmotor 3 in seinen einzelnen Schaltstufen zum Bewegen miteinander verbundener Setzstockbacken 4,5, und zwar einem oberen Setzstockbacken 4 und einem unteren Setzstockbacken 5 geschaltet wird. Sobald der den Meßfühler tragende obere Setzstockbacken 4 an ein Werkstück, z. B. eine Welle, 6 herangeführt ist und der Meßfühler damit in Wirkverbindung kommt, wird ein Impuls ausgelöst, durch den der Schrittmotor von hoher Zulaufgeschwindigkeit ν, der Setzstockbacken auf eine niedrige V2 umschaltet In weiterer Folge wird von einem Vorwahlzähler 7 durch einen darin bereits vorgewählten Impuls ein einer empirisch ermittelten Gegenkraft für die Durchbiegung D der zu bearbeitenden Welle 6 entsprechender Vorschub des Setzstockbackens gesteuert, so daß die Welle 6 vorerst statisch in Achse X-X gebracht wird. Nun wird ein Schleifschlitten 8 mit einer Schleifscheibe 9 durch einen zweiten Schrittmotor 10 an das Werkstück bzw. die Welle 6 herangebracht. Während des Schleifvorgangs werden die Setzstockbacken 4, 5 durch den ersten Schrittmotor 3 einerseits und die Schleifscheibe 9 durch den zweiten Schrittmotor 10 andererseits gegenseitig zueinander bewegt. Diese Bewegungen werden über die beiden Schrittmotore 3 und 10 selbsttätig über zwei Wegerfassungssysteme WESl und WES 2, wobei ein Wegerfassungssystem WESl den Setzstockbacken 4, 5 und das andere WES 2 dem Schleifschlitten 8 zugeordnet ist, im dauernden Vergleich eines einer elektronischen Einheit eingespeisten Ist-Durchmessers 6 mit dessen jeweiligem Soll-Durchmesser, gesteuert.

Die Stellung der Setzstockbacken einerseits und des Schleifschlittens andererseits ist demnach ein unmittelbarer Funktionswert der abgeschliffenen Stärke der Oberflächenschicht auf der zu bearbeitenden Welle 6.

In diesem Zusammenhang soll noch darauf hingewiesen werden, daß zum Ausgleich der Werkstückdurchbiegung nicht allein alle vorstehend aufgezählten, erfaßbaren Faktoren, die für eine Durchbiegung D ursächlich sind, in vorerwähnter Weise berücksichtigt werden können. Es sind nämlich darüber hinaus auch Temperatur- und Kühlmitteleinwirkungen und andere thermische Störquellen, soweit sie im Laufe der Zeit erfahrungsgemäß tabellarisch für einzelne Werkstückkategorien aufgezeichnet werden, als zusätzliche Durchbiegefaktoren in einem Vorwähler zur gegebenenfalls weiteren Korrektur durch Mehrzustellung der Setzstockbacken zum Werkstück hin vorprogrammierbar. Die Anordnung umfaßt demnach als wesentlichste Teile neben den beiden Setzstockbacken 4, 5, die als Mehrbereichs-Setzstockbacken ausgebildet sind — also solche, die auf verschiedene Durchmesser einer Welle eingestellt werden können —, einen Schrittmotorstelltrieb 11, ein digitales Wegerfasssungssystem sowie einen Meßfühler 1 für schnelles Anfahren der Setzstockpinole an das Werkstück mit konstanten oder abnehmenden Durchmessern und einen Abgleich 12 des Setzstockbacken-Wegerfassungssystems am Werkstückfertigdurchmesser (Ist-Durchmesser) beim Zurückfahren der Setzstockpinole und schließlich eine Anzeigevorrichtung 13 des Verschleißes der Setzstockbacken 4, 5 und gegebenenfalls eines Meßfühlers bzw. -Stiftes. Hierbei soll noch darauf hingewiesen werden, daß beide Setzstockbacken 4,5 miteinander verbunden nur einen Meßfühler aufweisen, der vorzugsweise auf dem oberen Setzstockbacken 4 angeordnet ist, der nur von dem einen Schrittmotor 3 gemeinsam auf das Werkstück zu- bzw. davon wieder wegbewegt wird. Es kann aber auch jedem Setzstockbacken 4 und 5 ein eigener Meßfühler und Schrittmotor zugeordnet sein, so daß beide für sich selbständig an das Werkstück herangeführt bzw. davon wieder abgezogen werden können. In diesem Fall sind jedem einzelnen Setzstockbacken ein Schrittmotor und auch die entsprechenden elektronischen Einheiten und ein Vorwähler usw. zuzuordnen.

Ausgelöst durch das Schaltkommando »Beginn« werden die Setzstockbacken 4, 5 mit einer Anfangsgeschwindigkeit V\ = etwa 2,5 mm/sec, entspricht etwa 10 000 Hz (fest programmiert), zur Welle 6 hinbewegt, bis der Meßfühler 1, der als eine Meßdose ein federnd im Setzstockbacken 4 einschiebbarer Meßtaster bzw. Meßstift oder aber auch ein am Setzstockbacken aufgesetzter Näherungssensor oder Näherungsinitiator ausgebildet sein kann, das Werkstück berührt Im ersteren Fall (Meßtaste bzw. Meßstift) ist zu diesem Zeitpunkt noch eine Wegstrecke von z. B. 1,3 mm vom Setzstockbacken 4 bis zur Werkstückoberfläche gegeben. Nach weiterem, etwa 0,2 mm, Vorschub der Backen, in die nun der Meßstift eingeschoben wird, erfolgt das erste Schaltkommando, durch das der Schrittmotor 3 von einer maximalen Geschwindigkeit Vi auf eine gedrosselte Geschwindigkeit V₂. die größer als die des Schleifschlittens 8 ist, heruntergeschaltet wird. Die Setzstockbacken 4, 5 setzen nun auf der Werkstückoberfläche auf und biegen das Werkstück um den vorgegebenen, empirisch ermittelt angenommenen Weg gegen die Schleifscheibe 9 hin. Die digitale oder auf eine andere Weise erfolgte Wegerfassung durch das Wegerfassungssystem WES1 des Setzstockbackens 4 bringt jeweils eine Messung über die augenblicklich von der Setzstockbacke 4 eingenommene Stellung relativ zur Werkstückachse, wobei das Gleiche auch beim Schleifschlitten 8 erfolgt. Die dabei zur Setzstockbacke hin z. B. mit Vorsprung gestartete Schleifscheibe wird von der Setzstockbacke eingeholt, wobei die beiden Wegstrecken durch ständigen Vergleich relativ zueinander durch die beiden Wegerfassungssysteme WESl und WES 2 gemessen werden. Sobald das Schleifwerkzeug bzw. die Schleifscheibe 9 und die Setzstockbacke 4 den gleichen bzw. die Setzstockbacke einen korrigierten Radius abgreifen, fahren der Schleifschlitten 8 und die Setzstockbacke 4 mit synchroner Geschwindigkeit gegen die Welle 6. Mit Vor-

Schubänderungen des Schleifschlittens 8 muß sich dabei synchron auch der Vorschub des Setzstocks 4 ändern. Eine erwünschte Gegendurchbiegung des Werkstücks, bewirkt durch die Setzstockbacken zur Schleifscheibe, wird dadurch erreicht, daß die Stellung des Setzstockbackens vom theoretischen Idealwert nach vorn korrigiert wurde.

In F i g. 1 sind die wichtigsten Komponenten der Kräfte, denen ein Werkstück bei der Bearbeitung unterworfen ist und die durch entsprechende Gegenkräfte auszugleichen sind, graphisch dargestellt. Aus diesem Kräftekomponenten-Verlauf ergibt sich die daraus auf die Welle 6 einwirkend resultierende Gesamtkraft R, die eine Durchbiegung D der Welle 6 verursacht, um welche diese außer ihrer Achse X-X gedrückt wird, F i g. 2. Zum Ausgleich dieser axialen Abweichung von der Normallage werden zur Beaufschlagung mit einer Gegenkraft die beiden Setzstockbacken 4 und 5 verwendet. Hierbei ist der obere Setzstockbacken 4 mit dem Meßfühler 1 versehen, der bei vorliegendem Ausführungs- beispiel ein Meßstift ist Dieser Meßstift ist in einer entsprechend dafür vorgesehenen, in der Backe 4 axial angeordneten Ausnehmung, z. B. einer Buchse 14, federnd verschiebbar gelagert und ragt mit seinem freien Ende 15 aus der Buchse des Setzstockbackens 4 heraus. Bei beschriebenem Ausführungsbeispiel werden für die Durchbiegungsgegenbeaufschlagung der Welle in üblicher Weise zwei Setzstockbacken 4,5 verwendet, wobei der obere 4 mit dem unteren 5 derart in Wirkverbindung steht daß beim Anfahren des Setzstocks der obere Setzstockbacken 4 und zugleich auch der untere Setzstockbacken 5 an die Welle 6 der Durchbiegungskraft entgegenwirkend angedrückt wird. Es sei noch erwähnt, daß die Setzstockbacken 4, 5 mittels Schrauben 16 an der Pinole bzw. dem Stockteil 17 lösbar davon aufgeschraubt sind. Außerdem kann der Setzstockbacken 5 relativ zum Backen 6 auch individuell für sich verstellt werden.

Es soll noch erläutert werden, daß F i g. 2 eine Schleifmaschine schematisch andeutet in der zwischen zwei Zentrierspitzen 18 die Welle 6 aufgehängt ist. Die auf diese wirkenden Kräfte sind das Eigengewicht das zum Durchbiegen D führt — Kraftkomponente E —, ferner die beim Schleifen normale Andrück- bzw. Radialkraft der Schleifscheibe — Komponente N — und die beim Schleifen auftretende Tangentialkraft hervorgerufen durch die sich drehende Schleifscheibe — Kraftkomponente T-.

Zu beachten ist noch, daß, sobald die Zentrierspitzen beim zum Schleifen eingespannten Werkstück ihre Lage so verändern, auch dessen axiale Lage X-X verändert wird. Dadurch ändern sich aber auch der vorgenommene Abgleich der Setzstockbacken und der Abgleich des Schleifkörpers, so daß im Extremfall das Werkstück beim Schleifen kegelig werden könnte. Um das zu vermeiden, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, am Reitstock eine Zylinderkompensationseinrichtung vorzusehen, die in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben durch ein Wegerfassungssystem mit Stelltrieb gesteuert wird. So erfolgt im Fall des Setzstockeinsatzes zusammen mit einem Reitstock mit automatischer Zylinderfehlerkorrektur die Setzstockkorrektur im Verhältnis zur Reitstockkorrektur entsprechend dem Strahlensatz

L₁ -S₂

F ig. 5.

Ein wesentliches Merkmal der Anordnung ist noch das Abgleichen des Setzstockwegerfassungssystems auf den Ist-Durchmesser, das am fertig geschliffenen Werkstück auf folgende Weise geschieht:

Sobald das Werkstück fertig geschliffen ist kommt das Abschaltkommando, und der Schleifschlitten 8 sowie die Setzstockbacke 4 fahren in ihre Ausgangslage zurück. Mit Beginn des Zurückfahrens der Setzstockbacke 4 in die Ausgangslage erfolgt die Wegerfassung, indem das zur Schleifscheibe 9 und nach obenhin durchgebogene Werkstück in seine entspannte Lage zurückfedert Bis zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die Welle 6 und die Setzstockbacke 4 gemeinsam noch synchron, d. h, die Welle 6 entsprannt sich und folgt noch an der Backe 4 anliegend, deren zurückweichender Bewegung, so daß der Meßfühler 1 noch unbeweglich in der Buchse 14 ruhen bleibt Die Steuerung überwacht aber bereits ab Rücklauf der Setzstockbacke 4 den Meßfühler, der, sobald das Werkstück seine entspannte Lage erreicht hat und sich von der zurückfahrenden Setzstockbacke absetzt, aus der Buchse herausfedert Der Beginn dieser Bewegung des Meßfühlers bewirkt unmittelbar eine Auslösung einer elektrischen Größe, so daß bereits schon nach einem Weg des Meßfühlers um etwa 1 Mikron das Kommando für den Abgleich des Setzstocks bzw. des Setzstockbackens auf das Werkstückfertigmaß erfolgt Da der Werkstückfertigdurchmesser nun im Computer gespeichert ist, kann er abgefragt werden. Durch diesen Abgleich des Setzstocks, der üblicherweise an einem als Eichmaß bereits fertig geschliffenen Werkstück in Dauerverwendung vorgenommen wird, werden folgende Fehlerquellen ausgeschaltet bzw. angestrebte Werte erreicht:

1. Durchbiegung des Werkstücks durch den Setzstock zur Schleifscheibe hin,

2. Durchbiegung des Werkstücks durch die Schleifscheibe zum Bediener hin,

3. Setzstockbackenabnützung des Setzstockbackens 4,

4. Ausschaltung der thermischen Einflüsse in der Stellung des Setzstockbackens 4 zur Spitzenachse,

5. Ausschaltung der von der letzten Zylinderfehlerkorrektur noch verbliebenen Werkstücklagefehler bezüglich Setzstockbacke 4 (Werkstücklagefehler muß kleiner als die Werkstückvorspannung sein),

6. Meßstift-Abnützung des Setzstockbackens 4,

7. eingestellte Vorspannung des Werkstücks wird beim nächsten Werkstück sicher erreicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Lr-L₂;

65

Claims

1 2 deutlich problematisch. Einerseits ist das schon durch Patentansprüche: das Eigengewicht des eingespannten Werkstücks für sich allein gegeben, wozu darüber hinaus die Radialkraft

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen, automati- des Schleifwerkzeugs und die bei der Bearbeitung durch sehen Zustellen von Setzstockbacken zur Halterung 5 das rotierende Schleifwerkzeug zusätzlich auftretende eines Werkstücks auf einer Rundschleifmaschine, Tangentialkraft kommen. Alle diese das zu bearbeitenmit einem einer Schleifscheibe diametral gegenüber- de Werkstück beeinflussenden Kraftkomponenten brinliegenden oberen Setzstockbacken, mit einem in gen es aus seiner achsgerechten Lage. Dies ist zwar Wirkverbindung mit diesem stehenden unteren optisch kaum oder auch gar nicht wahrnehmbar, meß-Setzstockbacken, einem ersten Schrittmotor, der io technisch jedoch einwandfrei als Durchbiegung und so den oberen Setzstockbacken in diametraler Achs- als außer der Achse des Werkstücks liegend nachweisrichtung zur Schleifscheibe zum Werkstück hin — bar. Dadurch wird der Schleifvorgang für ein Werk- und davon wieder weg — bewegt, einem zweiten stück, dessen Ist-Durchmesser oftmals bis zu einem Mi-Schrittmotor und einem mit diesem mechanisch ver- krön (Mikrometer) genau abgeschliffen werden muß, bundenen, ebenfalls in diametraler Achsrichtung 15 ganz wesentlich beeinflußt und das zu bearbeitende zum Werkstück verschiebbaren Schleifschlitten, auf Werkstück für die weitere Verwendung unbrauchbar dem die Schleifscheibe drehbar gelagert ist, einer gemacht

dem Schleifschlitten zugeordneten Wegmeßeinrich- Bei bekannter spanabhebender Bearbeitung eines tung, einer Meßeinrichtung zum Erfassen des Werk- Werkstücks, das von wenigstens einem Setzstock gehaistückdurchmessers, einer Vorwahleinrichtung, deren 20 ten wird, bewegt sich dieser mit einer gegebenen Ge-Speicherwert ein Maß für die Durchbiegung des schwindigkeit auf das Werkstück zu, die geringfügig Werkstücks darstellt, einer Steuereinrichtung, die größer als die Vorschubgeschwindigkeit des Werkden Setzstock auf den um die Durchbiegung korri- Stücks ist, wenn dieses in eine gegebene Stellung bewegt gierten Werkstückradius einstellt, und mit einem Im- wurde, so daß die Bearbeitung durch das Werkstück pulsgeber und einer Vergleichseinheit zur synchro- 25 fortgesetzt werden kann, während das Werkstück genen Beaufschlagung der Schrittmotoren, g e k e η η - gen die berührenden Teile gehalten wird. Hierbei wird zeichnetdurch einen im Setzstock (4) in diame- jedoch die Größe der Verschiebung verringert, wenn traler Achsrichtung (X-X) federvorgespannten ver- die berührenden Teile des Setzstocks abgeschliffen sind, schiebbaren Meßfühler (1) und eine weitere, dem wodurch eine unzulängliche Abstützung des Werk-Setzstock (4, 5) zugeordnete Wegmeßeinrichtung 30 Stücks gegeben ist, die eine unerwünschte Verschlechte-(WES1), wobei beide Wegmeßeinrichtungen stan- rung der Bearbeitungsgenauigkeit bewirkt Um dem abdig ihren jeweiligen Abstand zur korrigierten durch- zuhelfen, wurde bereits vorgeschlagen, ein Schleifwerkbiegungsfreien Werkstückachse erfassen und die zeug mittels eines Schlittens auf ein drehbar gehaltenes Steuereinrichtung beide Abstände konstant hält Werkstück vorzubewegen, um dieses spanabhebend zu

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 bearbeiten, wobei das Werkzeug in seiner Vorschubbezeichnet, daß die Vorrichtung eine Überwachungs- wegung unmittelbar angehalten und daraufhin der anordnung mit einer Anzeige für den Verschleiß der Durchmesser des Werkstücks durch eine Meßvorrich-Setzstockbacken und des Meßfühlers vorgesehen tung bestimmt und der gemessene Wert in einen Speihat eher eingegeben wird. Im Anschluß daran wird das

40 Werkstück durch den Setzstock zur fortlaufenden span-

abhebenden Bearbeitung zum Werkzeug hin verschoben. Dieses und der Setzstock unterliegen dabei einem synchronisierten Vorschub, sobald der Ausgangswert

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum der Meßvorrichtung um einen vorgewählten Wert grö-

kontinuierlichen, automatischen Zustellen von Setz- 45 ßer als der im Speicher enthaltene Wert ist (DE-OS

stockbacken zur Halterung eines Werkstücks auf einer 23 60 073).

Rundschleifmaschine, mit einem einer Schleifscheibe Nachteilig ist es hierbei, daß ein zu bearbeitendes diametral gegenüberliegenden oberen Setzstockbak- Werkstück nicht während seiner gesamten Schleifzeit in ken, mit einem in Wirkverbindung mit diesem stehenden seiner konstanten Achshalterung überprüfbar ist und unteren Setzstockbacken, einem ersten Schrittmotor, 50 ein von seinem vorgegebenen Wert dimensional abweider den oberen Setzstockbacken in diametraler Achs- chender Schleifvorgang nicht unmittelbar korrigierbar richtung zur Schleifscheibe zum Werkstück hin — und ist

davon wieder weg — bewegt, einem zweiten Schrittmo- Aufgabe der Erfindung ist es, zur Erzielung einer tor und einem mit diesem mechanisch verbundenen, noch größeren Schleifeenauigkeit und einer möglichen ebenfalls in diametraler Achsrichtung zum Werkstück 55 Soforterkennung von Unregelmäßigkeiten beim moverschiebbaren Schleifschlitten, auf dem die Schleif- mentanen Schleifvorgang eine Vorrichtung zu erstellen, scheibe drehbar gelagert ist, einer dem Schleifschlitten durch die es ständig möglich ist einerseits den jeweilizugeordneten Wegmeßeinrichtung, einer Meßeinrich- gen Abstand zur korrigierten, durchbiegungsfreien tung zum Erfassen des Werkstückdurchmessers, einer Werkstückachse sofort zu erfassen und andererseits Vorwahleinrichtung, deren Speicherwert ein Maß für 60 auftretende Achsabweichungen des Werkstücks, verurdie Durchbierung des Werkstücks darstellt, einer sacht durch sofortige Nachkorrekturmaßnahmen zu beSteuereinrichtung, die den Setzstock auf den um die gegnen.

Durchbiegung korrigierten Werkstückradius einstellt, Erfindungsgemäß ist das bei einer Vorrichtung ein-

und mit einem Impulsgeber und einer Vergleichseinheit gangs definierter Art durch einen im Setzstock in dia-

zur synchronen Beaufschlagung der Schrittmotoren. 65 metraler Achsrichtung federvorgespannten, verschieb-

Bekanntlich ist beim Schleifen von zylindrischen baren Meßfühler und eine weitere, dem Setzstock zuge-

Werkstücken das Durchbiegen, insbesonders instabiler ordnete Wegmeßeinrichtung möglich, wobei beide

Wellen oder Kurbelwellen und dergleichen, außeror- Wegmeßeinnchtungen ständig ihren jeweiligen Ab-