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Vorrichtung zum Positionieren einer Schleifscheibe
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art zum Positionieren einer Schleifscheibe.
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Aus der DE-OS 27 26 843 und aus dem Prospekt S 63-D der Firma Maay,
Zürich, veröffentlicht im April 1979, sind Verfahren und Vorrichtungen zum Abrichten
einer Schleifscheibe bzw. zur automatischen Kompensation der Scheibenabnützung bekannt.
Da bei allen Schleifoperationen Scheibenabnützung entsteht, muß die Scheibe fortlaufend
automatisch um den Betrag der Abntitzuny nacIgestellt werden, damit sich der aktive
Scheibenrand inuner yenau in derselben Lage zum Werkstück befindet. Zu diesem Zweck
ist der Schleifscheibe ein Nachstellapparat zugeordnet, welcher kleinste Veränderungen
der Lage des aktiven Scheibenrandes feststellt und die entsprechende Nachstellung
durchführt. Dafür ist im Nachstellapparat ein Taster in Gestalt eines schwenkbaren
llebels, der an einem Ende einen Tastdiamanten trägt, vorgesehen, welcher in kurzen
regelmäßigen
Zeltabständen den aktiven Scheibenrand abtasteht. Ist die Schiifscheibe abgenützt
oder wurde sie abgerichtet, so wird durch den Taster ein Stromkreis geschlossen.
Ein Elektromagnet betätigt dadurch ein Klinkenrad, das die Schleifspindel so lande
zustellt, bis der Scheibenrand wieder genau seine ursprüngliche Lage einnimmt. Der
kleinste Zustellschritt beträgt dabei 1 Sobald die Scheibe um einen bestinunten
Betrag zugestellt ist, wird der SLronikreis und damit die Zustellung unterbrochen.
Nachteilig ist dabei, daß der Taster mit der Scheibe in Berührung gebracht wird,
wodurch sich der Tastdiamant abnützt und die Scheibe beeinträdltigt. Weiter liefert
der Abtastvorgang nur eine qualitative, aber keine quantitative Information über
die Lage der Scheibe bezüglich der Maschinenebene. Es kann somit zwar festgestellt
werden, daß die Scheibe abgenützt ist oder bezüglich der Maschinenebene nicht die
richtige Lage hat, es läßt sich aber nicht feststellen, um welchen Betrag die Scheibe
abgenützt ist oder von der Maschinenebene abweicht. Weiter kann bei den bekannten
Vorrichtungen die Zustellung über das Klinkenrad immer nur um denselben kleinen
Schritt von beispielsweise 1 um erfolgen, so daß der Zustellvorgang bei starker
Scheibenabnützung oder starker Abweichung der Scheibe von der Maschinenebene eine
sehr lange Zeit beansprechen kann. Dieses Problem läßt sich bei den bekannten Vorrichtungen
nicht beseitigen, weil bei diesen durch den Abtastvorgang nicht festgestellt werden
kann, wie weit der aktive Scheibenrand von seiner Sollage zum Werkstück entfernt
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Positionieren einer
Schleifscheibe in bezug auf eine Maschinenebene zu schaffen, mittels welcher sich
die Schleif scheibe genauer und schneller positionieren läßt.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs
1
angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Abtastung
der Schleifscheibe berührungslos erfolgt und daß der Betrag der Abnützung oder der
Lageabweichung der Schleifscheibe festgestellt werden kann. Dadurell ist es möglich,
die Schleifscheibe nach dem Abtasten gleich in einem Zustellhub so nachzustellen,
daß ihr aktiver Scheibenrand wieder die Sollage zum Werkstück aufweist.
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Der Zustelivorgang wird auf diese Weise beträchtlich beschleunigt,
ohne daß das Tastsystem oder die Schleifscheibe aufgrund des Abtastvorganges einer
Abnützung ausgesetzt ist.
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Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 bietet den Vorteil,
daß die Positionierung der Schleifscheibe bezüglich der Maschinenebene an ganz anderer
Stelle erfolgen kann, was beispielsweise beim Schruppen von Vorteil ist, wo die
Schleifscheibe zur Materialabtragung zugestellt wird.
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Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 gewährleistet eine
hohe Genauigkeit und eine lange Lebensdauer des Tastsystems, weil dieses keinerlei
Teile enthält, die einem Verschleiß unterliegen.
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In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 arbeitet das Tastsystem
mit einem Fluid, bei dem es sich um Luft oder um eine Flüssigkeit handelt und das
direkt zum Kühlen und Reinigen der SchlciEscheilre dienen kann.
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In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist das Tastsystem
noch wesentlich einfacher aufgebaut, da sich eine Fluidquelle erübrigt. Das Tastsystem
arbeitet in diesem Fall nach Art eines Näherungssclwalters.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 in perspektivischer und teilweise aufgeschnittener
Darstellung die Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung
nach der Erfindung, Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Düsenblock des Tastsystems
der Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 4 eine Ansicht des Düsenblockes in Richtung
des Pfeils IV in Fig. 3, wobei die Schleifscheibe teilweise weggebrochen dargestellt
ist, und Fig. 5 ein Erläuterungsdiagramm.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung nach
der Erfindung in Verbindung mit einer tellerförmigen Schleifscheibe 1, die einen
aktiven Scheibenrand 2 (im folgenden auch als Schleifebene bezeichnet) aufweist,
mit dem eine Fläche 3 an einem als ein Zahnkamm dargestellten Werkstück 4 geschliffen
wird. Die Schleifscheibe 1 wird durch einen Antriebsmotor 5 in Drehung versetzt,
der gemäß der Darstellung in Fig. 1 so gelagert ist, daß er zusammen mit der Schleifscheibe
1 mit Hilfe eines Schrittmotors 6 in Richtung der Achse seiner Abtriebswelle zur
Positionierung der Schleifscheibe 1 hin-und herbewegt werden kann. Deri\ltr.ismotor
5 ist zur am men mit der Schleifscheibe 1 in einer durch den Schrittmotor 6 in einem
stationären Teil 7 des Maschinengestells
hin- und herbewegbaren
Ilülse 8 gelagert. Der Schrittmotor 6 kann aus einem elektrischen, hydraulischen,
pneumatischen oder anderen geeigneten Antrieb bestehen.
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Auf dem Maschinengestell ist ein stationäres Schlittens bett 9 (das,
wie weiter unten dargelegt, auch verstellbar sein kann) befestigt, welches einen
in zur Schleifscheibenachse paralleler Richtung verfahrbaren Schlitten 10 trägt.
Der Schlitten 10 ist durch einen Schlittenantrieb 11 hin- und herbewegbar. Der bewegliche
Schlitten 10 trägt ein hochauflösendes Wegmeßsystem 17, das in Fig. 1 durch Maßstäbe
dargestellt ist, die mit dem Schlitten 10 bzw. mit dem Schlittenbett 9 fest verbunden
siiid und dcren gegenseitige Lage durch einen in Fig. 1 nicht dar<jestellten
und in Fig. 2 lediglich durch einen Pfeil angedeuteten Abtastkopf 12 ermittelt wird.
Solche hochauflösenden Wegmeßsysteme sind Stand der Technik und brauchen deshalb
hier nicht näher erläutert zu werden.
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Der Schlitten 10 trägt ein Tastsystem 13, welches eines der wesentlichen
teine der hier besc1iebenen Positioniervorrichtung bildet. Das Tastsystem 13 weist
einen Block 14 auf, der mittels des Schlittens 10 rechtwinkelig zur Schleifebene
2 bewegbar ist und eine Kanalbohrung 15 enthält, die an einem Ende an einer Anschlußstelle
16 mit einem lvumpenaggregat 26 verbunden ist und am anderen Ende in einer auf die
Schleifebene 2 gerichteten Schlitzdüse 18 endet.
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Zwischen der Anschlußstelle 16 und der Schlitzdüse 18 ist eine Drossel
19 ancgeordnet, welche vereinfacht als ein Bolzen dargestellt ist, der mit einem
abgerundeten Ende in die Kanalbohrung 15 hineinragt. Das Pumpenaggregat 26 erzeugt
in der Kanalbohrung 15 eine Strömung eines Fluids, bei dem es sich beispielsweise
um Luft oder um eine Flüssigkeit handelt. Aufgrund der Drossel 19 stellt sich in
der Kanalbolirung 15 vor der Drossel ein Druck pO und hinter der Drossel ein Druck
p1 ein, wobei
der Wert des Druckes p1 von dem Abstand 0 Zwischen
der Schleifebene 2 und der Mündung der Schlitzdüse 18 abhängig ist. Beim Heranführen
des Blocks 14 an die Schleifscheibe 1 ergibt sich aufgrund des sich ändernden Staudruckes
in der Sehlitzdüse 18 eine Aenderung des Druckes p1 und damit der an der Drossel
19 festgestellten Druckdifferenz p0 - p1. Vervollständigt wird die Positioniervorrichtung
durch elektronische Schaltungen 20-25, die wischen den Ausgängen des Tastsystems
13 und des Wegmessystems 17 und dem Schrittrnotor G sowie dem Schlittenantrieb 11
angeordnet sind und im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben werden.
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Das Tastsystem 13 gibt den Referenzdruck pO und den von dem Abstand
5 zwischen dem Block 14 und der Schleifebene 2 abhäiigigen Druck Pl an die beiden
Eingänge eines Druckdifferenz-Spannungs-Wandlers 20 ab. Der Wandler 20, bei dem
es sich um eine Messdose, um einen Festkörperschaltkreis auf Siliciumbasis od. dgl.
handeln kann, gibt ein Ausgangssignal Uist entsprechend der Druckdifferenz p0 -
p1 an einen Eingang einer Spannungskomparator- und Wegableseschaltung 21 ab. Durch
eine Verarbeitungsschaltung 22 wird an einen weiteren Eingang der Schaltung 21 stämlig
ein Signal Usoll angelegt, das einer bestimmten Druckdifferenz #p = p0 - p1 entspricht,
die dann vorliegt, wein der Abstand s zwischen der Schleifebene 2 und den Block
14 gleich sW ist, wobei sW ein wählbarer Wert ist, der in der Praxis beispielsweise
1/10 mm beträgt, und der Wandler 20 durchsehaltet und ein Signal Uist = Usoll abgibt.
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Der Zusammenhang zwischen den Werten #p und sW, die den Arbeitspunkt
des Tastsystems und der Positioniervorrichtung festlegen, ist in dem Diagramm in
Fig. 5 gezeigt. Der Wert sW wird nach einer Anfangseichung des Tast- und des Wegmessystems
13 bzw. 17 später immer wieder
benutzt, um die Lage der Schleifebene
2 bezüglich einer Maschinenebene zu messen, was im folgenden im Zusammenhang mit
der Arbeitsweise der Positioniervorrichtung ausführlich erläutert ist.
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Die Positioniervorrichtung arbeitet: folgendermaßen: Zur Anfangseichung
oder Nullpunkteinstellung der Vorrichtung wird das Tastsystem 13 mit Hilfe des Schlittens
10 von der Schleifebene 2 wegbewegt und dann wieder dieser genähert. In dem Augenblick,
in welchem der Wandler 20 das Signal Uist = Usoll abgibt, ist der gewählte Abstand
SV zwischen dem Block 14 und der Schleifebene 2 erreicht, und die Spannungskomparat:or-und
Wegableseschaltung 21 gibt dds Signal a p an die Verarbeitungsschaltung ab. Im gleichen
Auyellblick liest das Wegmeßsystem 17 die Skala auf dem Schlitten 10 ab und legt
über einen Verstärker 23 ein Signal an noch einen weiteren Eingang der Spannungskomparator-
und Wegableseschaltung 21 an, in welcher auf diese Weise der Nullpunkt des Wegmeßsystems
festgelegt und gespeichert wird. In Fig. 2 ist der Nullpunkt 0 für die Verfahrstrecke
L des Schlittens 10 angegeben.
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Der Nullpunkt 0 legt eine best:bwt:e Lage der Schleifebene 2 zu der
Maschinenebene fest, die stets einyehalten werden muß. Nachdem die Anfangseinstellung
oder Nullpunkteichung vorgenommen worden ist, wird der Block 14 des Tastsystems
13 mit Hilfe des Schlittens 10 intervallweise von der Schleifebene 2 wegbewegt und
wieder zu dieser hinbewegt. Wenn nun angenommen wird, daß sich zwischen zwei Bewegungsintervallen
des Schlittens die Schleifscheibe 1 abgenützt und sich somit die Schleifebene 2
in Fig. 2 nach links bewegt hat, wird der Block 14 nach links einen Weg zurücklegen,
der um den Betrag der Scheibenabnützung größer ist, bis der
Wandler
20 wieder ein Signal Uist = Usoll abgibt, d.h.
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bis wieder der Abstand sW zwischen dem Block 14 urid der Schleifebene
2 erreicht ist. In diesem Augenblick gibt die Schaltung 21 das Signal aP an die
Verarbeitungsschalt:ung ab und das Wegmeßsystem 17 liest den Maßstab auf dein Schlitten
10 ab. Daraus resultiert ein Ausgangssignal l,} der Schaltung 21 , das an die Verarbeitungsseiialtung
22 abgegeben wird und ein Maß für die Scheibeabnützung oder allgemein für die Abweichung
der Schleifebene 2 von ihrer Sollage bezüglich der Maschinenebene darstellt, was
in Fig. 2 durch den Abstand zwischen dem den Abtastkopf darstellenden pfeil 12 und
dem Nullpunkt gezeigt ist. Die Verarbeitunegssciialtung 22 stellt anhand der Größe
des Signals LW fest, wie weit die Scheibe abgenützt ist, und gibt ein Stellsignal
LW' über einen geeigneten Verstärker 24 an den Schrittmotor 6 ab, der die Schleifscheibe
1 in itire ursprünngliche Lage zuruckstellt. Die Verarbeitungsschaltung 22 steuert
einen geeigneten Verstärker 25 die intervaliwetse Verstellung des Schlittens 10
über den Schlittenantrieb 11.
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Vorstehende Darlegungen zeigen, daß die Feststellung der Druckdifferenz
ap, d.h. des Abstands s, zwischen dem Block 14 des Tastsystems 13 und der Söhleifebene
2 der Schleifscheibe 1 lediglich dazu dient, mit Hilfe des Wegmeßsystems 17 über
die Wegableseschaltung 21 die dann vorhandene Strecke LW zu messen, die der Schlitten
10 ab dem Nullpunkt 0 zurückgelegt hat. Da der Betrag der Strecke bw bekannt ist,
kann die Sclileif-scìleilDe in einem einzigen Zustclljiub genau um die erforderliche
Zustellstrecke in der entsprechenden Richtung nachgestellt werden. Das Vorzeichen
der Nachstellrichtung ergibt sich aus der Relativlage der Strecke Lkw in I"iq. 2
rechts oder links von dem Nullpunkt
0, was wiederum genau der
Abweichung der Schleifebene 2 der Schleifscheibe 1 von ihrer Sollage bezüglich der
Maschinenebene entspricht.
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Das Tastsystem 13 wird vorzugsweise mit ruft: otter einer Flüssigkeit
(z.B.Öl) betrieben, was den Vorteil ietet, daß die Schleifseheibe gleichzeitig gekü)ilt:
werden kann. Es ist aber weiter vorgesehen, ansLelle des mit einem Fluid arbeitenden
Tastsystems 13 ein kapazitiv, induktiv oder elektroakustisch arbeitendes Tastsystem
(nicht dargestellt) zu verwenden, das dann nach Art eines bekannten Näherungsschalters
aufgebaut ist und arbeitet.
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Das Schlittenbett 9, das das Bezugssystem des Maßstabs bezüglich der
Maschinenebene darstellt, ist in vorstehender Beschreibung sowie in den Zeichnungen
zwar als stationär dargestellt worden, es kann jedoch, ebenso wie der Schlitten
10, verstellbar ausgebildet sein.
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Auf diese Weise ist es dann möglich, die oben beschriebene Positionierung
an eine ganz andere Stelle zu verlegen, was beispielsweise beim Schuppen von Vorteil
ist, wo die Schleifscheibe zur MaterialabtraeguneJ zugestellt wird.