DE2930309C2

DE2930309C2 - Verfahren zum Erkennen der Sollkontur eines gratbehafteten Werkstücks während des Abarbeitens des Grates

Info

Publication number: DE2930309C2
Application number: DE2930309A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Bautz; Wolfgang Ing.(grad.) 6466 Gründau Feldt
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland AG
Priority date: 1979-07-26
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1982-10-14
Also published as: BR8004676A; DE2930309A1; EP0023547A1; ATE4298T1; US4428162A; JPS6350145B2; JPS5689465A; EP0023547B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen der Sollkontur eines gratbehafteten Werkstücks, beispielsweise eines rohen Gußwerkstücks, im Bereich des Grates während des Abarbeitens desselben mit einem rotierenden spangebenden Werkzeug, insbesondere einem Schleifwerkzeug, dessen maximale Eingriffslänge quer zur Längserstreckung des Grates wesentlich größer als dessen maximale Fußbreite ist, durch kontinuierliches Messen einer der beim Zerspanungsvorgang am Werkzeug auftretenden Kräfte und Vergleich mit einem vorgebbaren Grenzwert derselben.

Einer weitgehenden Automatisierung des Gußputzschleifens bereitet vor allem folgender Umstand erhebliche Schwierigkeiten: Formgleiche GuBteile einer Serie unterscheiden sich — bedingt durch z. B. unterschiedliche Schwindmaße beim Abkühlprozeß oder durch Kernversatz — in ihren Istabmessungen mitunter erheblich von den Sollmaßen. Hierdurch ist es z. B. nur mit Einschränkungen möglich, eine Sollmaßkontur des Werkstücks entlang dem zu entfernenden Gußgrat einmalig, z. B. in einer numerisch gesteuerten Gußputzschleifmaschine mit reiner Konturfixierung, festzulegen oder zu programmieren. Ein Gußstück, das größere Abmessungen als das in der Steuerung festgelegte Konturprogramm hätte, würde dann nämlich nicht nur vom Gußgrat befreit werden, sondern die Maschine würde darüber hinaus auch noch in die normale Oberfläche bzw. Kontur des Werkstücks hineinschleifen und das Werkstück damit beschädigen.

Ist das Werkstück bzw. seine Ist-Kontur gegenüber der festgelegten Sollkontur dagegen zu klein, würde nur eine ungenügende Abnahme des Gußgrates erfolgen. Auch ein direktes Messen der Werkstückfertigkontur, ζ. B. mittels eines Tasters oder eines berührungslosen Sensors, ist deshalb zumindest nicht allgemein praktikabel, weil dies normalerweise erst nach erfolgtem Abschliff des Grats möglich ist so daß die für die Steuerung des Werkzeugs erforderlichen Meßwerte

ίο sozusagen nicht rechtzeitig zur Verfugung stehen.

Besser kann dem vorstehend beschriebenen Umstand indes dadurch Rechnung getragen werden, daß man zum Erkennen der Sollkontur eines Werkstücks im Bereich seines Gußgrates den außer in bestimmten Sonderfällen immer beobachtbaren Effekt meßtechnisch ausnutzt, daß im Augenblick des Übergangs des Werkzeugs vom Grat in die eigentliche Oberfläche des Werkstücks die Schnittkraft sprungartig ansteigt Auf diese Weise kann das Abschleifen des Gußgrates unabhängig von seiner jeweiligen Größe und der Istwertabweichung des Werkstücks von seiner in der Zeichnung festgelegten Kontur durchgeführt werden. Bei einem Verfahren der im Oberbegriff beschriebenen Art (DE-AS 24 43 829) wird Hazu die Schleifscheibe mit konstanter Kraft an den abzuarbeitenden Grat des Werkstücks angepreßt Die Anpressung erfolgt durch Federkraft Anstieg oder Abfall der Kraft verursacht einen Federweg, der abgegriffen und zur Regelung des Vorschubs verwendet wird. Dieser Anstieg bzw. Abfall wird also dazu benutzt, die vorgewählte Anpreßkraft konstant zu halten.

Die federnde Anordnung der Schleifscheibe führt aber, insbesondere wenn sie nicht ganz einwandfrei ausgewuchtet ist, zu Schwingungen, die eine stabile Regelung des Vorschubs und damit der Bearbeitung sehr erschweren. Die für eine wirtschaftliche Fertigung notwendige Arbeitsgeschwindigkeit ist deshalb mit einer nach dem bekannten Verfahren arbeitenden Maschine nicht zu erreichen.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen der So'lkontur eines gratbehafteten Werkstücks aufzuzeigen, mittels dem ein wirtschaftlicheres Entgraten von Werkstücken dadurch ermöglicht ist, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Maschine weniger schwingungsanfällig ist

Die Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst
Der wesentliche Vorteil dieser Lösung ergibt sich

so daraus, daß es das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Schleifscheibe im Maschinengestell ohne Zwischenschaltung besonderer Federelemente wieder in konventioneller Weise zu führen und zu lagern, wodurch das Schwingungsverhalten der verwendeten Maschine entscheidend verbessert wird bzw. wirtschaftliche Bearbeitungszeiten erzielt werden können. Nachdem für die Regelung keine radial zur Schleifscheibe wirkenden Kräfte verwendet werden, können außerdem Unwuchten der Scheibe oder durch die Vorschubbewegungen bedingte Massenkräfte sich nicht nachteilig auf den Regelvorgang auswirken.

In einer, im Anspruch 2 angegebenen besonders vorteilhaften und wirtschaftlich günstigen Lösung der angegebenen Aufgabe wird die bei konstanter Zustellgeschwindigkeit Vi und vorgegebener Zustellzeit Ax auftretende Veränderung der Schleifscheibenumfangskraft APu bzw. des Drehmoments AM oder der benötigten Leistung AN durch entsprechende Meßein-

richtungen erfaßt und daraus mittels einer üblichen Rechenschaltung der entsprechende Differenzenquotient

*APu*	AM
At '	At
AN
Ai

errechnet

Bei Konstanthaltung der Zustellgeschwindigkeit V| ist es jeweils nur noch notwendig, die Änderung pro Zeiteinheit der Umfangskraft bzw. des Drehmoments oder der aufgebrachten Leistung zu ermitteln. Damit vereinfacht sich der MeB- und Regelaufwj.nd erheblich. Aus folgenden Gründen ist die Verwendung der Änderung der erfaßten Meßwerte besonders vorteilhaft. Beim Abarbeiten eines Gußgrates ändert sich der Absolutwert des Drehmoments in Abhängigkeit von der Größe und Geometrie des abzuarbeitenden Grates normalerweise nur unwesentlich bzw. relativ langsam. Beim Eintritt der Schleifscheibe in die Werkstückkontur tritt hingegen plötzlich eine sehr große Änderung des aufzubringenden Drehmoments auf, die mit weiter in das Werkstück eindringender Schleifscheibe dann wieder abflacht. Der beim Eintritt in das Werkstück auftretende Knick in der Kennlinie ist aber ein eindeutiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Gußgratpartie und Werkstückfertigkontur, welches es ermöglicht, das Eindringen der Schleifscheibe in die Werkstückfertigkontur wesentlich frühzeitiger zu erkennen und regelungstechnisch auszuwerten als dies der Fall ist, wenn man die Schleifscheibe so weit in die Werkstückfertigkontur eindringen läßt, bis die gemessene Umfangskraft bzw. das gemessene Drehmoment absolut einen regelungstechnisch verwertbaren Schwellwert erreicht hat.

Die geometrischen Bedingungen für die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen im übrigen darin, daß die Eingriffslänge S der Schleifscheibe beim Abschleifen des Grates im Grenzgebiet zur Fertigkontur des Werkstücks überproportional ansteigt und damit auch die Änderung der Scheibeneingriffslänge S in bezug auf den Zustellweg χ zumindest angenähert proportional der Änderung der Scheibenumfangskraft Pu bzw. ihrer proportionalen Größen Moder N in bezug auf die Zustellgeschwindigkeit vi des Schleifschlittens ist.

Damit gilt bei dem Verfahren nach. Anspruch 1 näherungsweise die Beziehung:

Pu-S

bzw. S- —

Wählt man den für die Praxis interessanten Sonderfall vi ««konstant, so ist:

Pu-S

Die Schleifscheibe arbeitet so lange den Grat mit konstanter Zustellgeschwindigkeit V| ab, bis die Eingriffslänge 5 bzw. die Umfangskraft Pu die Größe eines vorgegebenen Schwellwerter Smax. für die Schleifscheibeneingriffslänge bzw. Pu max. für die Umfangskraft der

Schleifscheibe erreicht, aufgrund dessen dann die Zustellbewegung der Schleifscheibe gestoppt oder sogar umgekehrt wird. Der Schweüwert wird dabei so hoch gelegt, daß eine volle Berührung der WerkstücK-fertigkontur durch die Schleifscheibe auch bei Zugrundelegung unterschiedlicher Gratdicken gegeben ist.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 kommt es dagegen auf den Gradienten der Änderung der Länge

AS über den Zustellweg Ax, also —— bei konstanter Zustellgeschwindigkeit V₁ an.
Es gilt:

15	AS	ist.	1	*APu*
	Ax	Ax	Jv₁
	wobei
20	*Jx =*	= Jv,-	At

25	Ist V₁ «= Konstant, *AS-APu*	so ist:

und

Ax-At

und somit:

Al-Ax

APu UPu

At

dt

AS

Öl

An Stelle des Differenzenquotienten —— kann man also die hierzu proportionale zeitliche Ableitung durch Messen der veränderung der Scheibenum-

fangskraft APu (bzw. AM oder AN) während der Abtastintervalle At meßtechnisch wesentlich leichter ermitteln. Berührt die Schleifscheibe nach dem Abschleifen des Grates die Werkstückfertigkontur, so

steigt der Differenzenquotient -^- sprunghaft an und

Ai

APu

überschreitet einen festgelegten Schwellwert max.

Δ t Dies führt zum Abschalten der konstanten Zustellbewegung mit anschließendem Rückhub des Schleifschlittens. Wird nun ein zweiter minimaler Schwellwert APu
——min. unterschritten, so erhält der Schleifschlitten

Δ t

den Befehl zur Bewegungsumkehr und zum erneuten Schleifen mit konstanter Zustellgeschwindigkeit v_t in Richtung auf die Werkstückistkontur. Das Signal zur Rückhubbeendigung kann jedoch auch zeitabhängig ausgelöst werden.

Die beschriebene Zweipunktregelung zwischen

A Pu max.

und

At

A Pu min.
At

erfolgt bei gleichzeitig eingeschaltetem Vorschub V2 entlang der Graterstreckung so lange, bis dieser rund um das Werkstück abgeschliffen ist

Unabhängig von der unterschiedlichen Dicke und Form des jeweiligen Grates reagiert hier die Schleifscheibe noch sensibler als im Verfahren nach Anspruch 1 auf das Berühren der Werkstückfertigkontur. Einmal eingestellte Maximal- und Minimalwerte besitzen für nahezu alle Arten von Graten Gültigkeit. Die entsprechenden Schwellwerte in den beiden angegebenen Verfahren brauchen auch bei sich änderndem Schleifscheibendurchmesser nicht verändert werden, da die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe konstant gehalten wird.

Anhand nachfolgender, schematischer Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einer nach diesem Verfahren arbeitenden Schleifmaschine noch eingehender beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Schleifmaschine in Ansicht, teilweise geschnitten und

Fig.2a, b, c, d die zeichnerische Darstellung der beiden angegebenen Verfahren zum Erkennen der Werkstückkontur. .

Eine Schleifscheibe 1 ist auf einem Schleifbockschlitten 2 angeordnet und wird durch den Motor Aft angetrieben. Die Zustellung der Schleifscheibe 1 in Ar-Richtung erfolgt durch den Motor Mx, der den Schlitten 2 über einen Zahnriementrieb 3 und eine von diesem gedrehte, axial unbewegliche Mutter 4 mittels einer am Schleifbockschlitten 2 befestigten Gewindespindel 5 axial verschiebt Dazu ist der Schleifbockschlitten 2 in am Schleifmaschinenständcr 6 befestigten Lagerböcken 7, 8 geführt Die an der Schleifscheibe 1 aufzubringende Umfangskraft Pu bzw. das Drehmoment Λ/oder die Leistung N wird durch Meßeinrichtungen 9 gemessen. Hier werden beispielsweise die vom Motor Ms aufgenommene elektrische Spannung sowie der elektrische Strom gemessen. Die Zustellgeschwindigkeit vj in x-Richtung wird anhand eines am Motor Mx vorgesehenen Tachogenerators 10 ermittelt und in Verbindung mit einem Regler 10a auf konstante Größe gebracht Dem Regler 10a ist ein Sollwertgeber tOb für Vi = konst vorgeschaltet Durch die gestrichelt gezeigte Verbindung ist angezeigt, daß alternativ die Meßwerte Vi einer elektronischen Rechenschaltung 11 zuführbar sind. In der Rechenschaltung II werden aus diesen Meßwerten die für die Regelung benutzten Quotienten A Pu —— usf. gebildet und in einen Vergleicher 12 gegeben, in

dem diese in bekannter Weise mit einem vorgegebenen Schwellwert 13 verglichen werden. Bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes 13 wird der Motor Mx ab- oder umgeschaltet, so daß die Zustellbewegung in ^--Richtung angehalten oder umgekehrt wird.

Das Werkstück 14 mit dem abzuschleifenden Gußgrat 15 ist zwischen einem Dorn 16 und einem hydraulischen Spannelement 17 eingespannt Ein Motor Mw erteilt dem Werkstück 14 über ein Riemengetriebe 18 den Rundvorschub v* Das Werkstück 14 ist in einem Rahmen 19 gehalten, der um einen Bolzen 20 in z-Richtung verschwenkbar ist Diese Verschwenkung erfolgt durch einen weiteren Motor Mz über einen Zahnriementrieb 21 und eine Gewindespindel 22. Der Rahmen 19 ist weiterhin in .y-Richtung verdrehbar durch einen Motor My. Dieser ist im Innern eines hohlwellenartigen Körpers 23 angeflanscht, der in Wälzlagern 24 gelagert ist Die Abtriebswelle 25 des Motors My ist dabei mit dem den Körper 23 aufnehmenden ortsfesten Gehäuse 26 fest verbunden. Der Bolzen 20 ist in einem Arm 27 geführt, der mit dem hohlwellenartigen Körper 23 fest verbunden ist und von diesem koaxial nach oben wegragt

In Fig.2a bis 2d ist der Zusammenhang der Schleifscheibenzustellbewegung mit den jeweils erfaßbaren Meßwerten aufgezeigt Bei erstem Berühren des Gußgrates 15 schaltet der allgemein übliche Eilgang £1 ab und die konstante Zustellgeschwindigkeit v_x an. Gemäß Fig.2b erreicht die Schleifscheibenumfangskraft Pu ein Maximum Pu max, bevor die Zustellbewegung umgeschaltet wird. In Fig.2c dagegen wird die Änderung der Umfangskraft Pu mit der Eindringtiefe χ — d. h. bei konstanter Zustellgeschwindigkeit vi im Zeitintervall At- ermittelt weswegen schon vor Erreichen der maximalen Umfangskraft Pu max. die Zustellbewegung der Schleifscheibe 1 gestoppt werden kann. In F i g. 2d ist zur Verdeutlichung des Sachverhalts die Größe der Änderung aufgetragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erkennen der Sollkontur eines gratbehafteten Werkstücks, beispielsweise eines rohen Gußwerkstücks, im Bereich des Grates während des Abarbeitens desselben mit einem rotierenden spangebenden Werkzeug, insbesondere einem Schleifwerkzeug, dessen maximale Eingriffslänge quer zur Längserstreckung des Grates wesentlich größer als dessen maximale Fußbreite ist, durch kontinuierliches Messen einer der beim Zerspanungsvorgang am Werkzeug auftretenden Kräfte und Vergleich mit einem vorgebbaren Grenzwert derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Kraft die am Werkzeug (1) auftretende Umfangskraft (Pu) ist, wobei das Messen der Umfangskraft (Pu) indirekt über deren proportionale Größen, wie z. B. das zugehörige Drehmoment (MJoderdie Leistungsaufnahme (N) des zugehörigen Antriebsmotors (Ms) erfolgt

2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet daß die gemessene Kraft die am Werkzeug (1) auftretende Umfangskraft (Pu) ist wobei das Messen der Umfangskraft (Pu) indirekt über deren proportionale Größen, wie z. B. das zugehörige Drehmoment (M) oder die Leistungsaufnahme (N) des zugehörigen Antriebsmotors (Ms) erfolgt, und daß für den Grenzwertvergleich die erste Ableitung der gemessenen Umfangskraft (Pu) nach dem Zustellweg (x) senkrecht zur Werkstückoberfläche oder nach der Zustellzeit (t) bei konstanter Zustellgeschwindigkeit (V_x) verwendet ist