DE3105578C2

DE3105578C2 - Vorrichtung zum Positionieren einer Schleifscheibe

Info

Publication number: DE3105578C2
Application number: DE19813105578
Authority: DE
Inventors: Meinrad Nuolen Donner
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1984-09-06
Also published as: CH651491A5; DE3105578A1

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung zum Positionieren einer Schleifscheibe (1) in bezug auf eine Maschinenebene, bei der als Taster ein berührungsloses Tastsystem (13) vorgesehen ist, welches, wenn in ihm eine bestimmte, voreingestellte Fluiddruckdifferenz erreicht wird, die einem bestimmten Abstand zwischen der Schleifscheibe und dem Tastsystem entspricht, das Ablesen eines Maßstabes in einem Wegmeßsystem (17) veranlaßt, um mit dem abgelesenen Signal den Positionierantrieb (6) der Schleifscheibe zum Nachstellen derselben in ihre Sollage bezüglich der Maschinenebene zu beaufschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der DE-OS 27 26 843 und aus dem Prospekt S 63-D der Firma Maag, 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 Abnützung nachgestellt werden, damit sich die Schleiffläche immer genau in derselben Lage zum Werkstück befindet. Zu diesem Zweck ist der Schleifscheibe ein Nachstellapparat zugeordnet, welcher kleinste Veränderungen der Lage der Schleiffläche feststellt und die entsprechende Nachstellung durchführt. Dafür ist im Nachstellapparat ein berührend arbeitender Taster in Gestalt eines schwenkbaren Hebels, der an einem Ende einen Tastdiamenten trägt, vorgesehen, welcher in kurzen, regelmäßigen Zeitabständen die Schleiffläche abtastet. Ist die Schleiffläche abgenützt oder wurde sie abgerichtet, so wird durch den Taster ein Stromkreis geschlossen. Ein Elektromagnet betätigt dadurch ein Klinkenrad, das die Schleifspindel so lange zustellt, bis die Schleiffläche wieder genau ihre ursprüngliche Lage einnimmt. Der kleinste Zustellschritt beträgt dabei 1 μπι. Sobald die Scheibe um einen bestimmten Betrag zugestellt ist, wird der Stromkreis und damit die Zustellung unterbrochen. Da der Taster mit der Scheibe in Berührung gebracht wird, nützt sich sein Tastdiamant ab und beeinträchtigt die Scheibe. 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

s 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 Zustel- lung über das Klinkenrad immer nur um denselben kleinen Schritt von 1 μπι erfolgen, so daß der Zustellvorgang bei starker Scheibenabnützung oder starker Abweichung der Scheibe von der Maschinenebene eine sehr lange Zeit beanspruchen kann.

Aus der SE-PS 1 19 068 ist eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bekannt, bei der von einem einstufigen Nachsteuerprinzip Gebrauch gemacht wird, d. h. bei der der Druck direkt auf eine Kolbenstange einwirkt, die dann über ein mechanisches System auf die Spindel der Schleifscheibe einwirkt. Vorteilhaft ist bei dieser bekannten Vorrichtung gegenüber den erstgenannten bekannten Vorrichtungen, daß mit einem berührungslosen Tastsystem gearbeitet wird, nachteilig ist aber, daß mit Hilfe des Druk- kes direkt die Position der Schleifspindel gesteuert wird. Es ist für diesen Steuervorgang nämlich eine Abstandsänderung bestimmter Mindestgröße erforderlich, um die relativ große Massenträgheit des Systems zu überwinden, damit die Positioniervorrichtung überhaupt an- sprechen kann. Wenn diese Massenträgheit infolge einer die erforderliche Mindestgröße aufweisenden Abstandsänderung überwunden worden ist, besteht die Gefahr, daß das System den Sollwert über- oder unterschwingt. Mit einer solchen Vorrichtung kann nicht im μ-Bereich gearbeitet werden, so daß sie nicht die Genauigkeitsanforderungen erfüllen würde, die heute an Schleifmaschinen und deren Schleifscheibenpositioniervorrichtungen gestellt werden. Schließlich ist nachteilig, daß diese bekannte Positioniervorrichtung aufgrund der Massenträgheit des mechanischen Systems relativ langsam anspricht, was heutigen Anforderungen ebenfalls nicht entspricht.

Die US-PS 30 79 740 und 31 51 422 beschreiben ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Positionieren von

Schleifscheiben, bei welchen die Änderungen in einem Drucksignal abgefühlt und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. In beiden Fällen dient also der Druck selbst, umgewandelt in ein elektrisches Signal, als Stellgröße zum direkten Nachstellen des Positionieran triebes. Damit geht also auch in diesen Fällen die Mas senträgheit des Systems in die Positioniergenauigkeit und -geschwindigkeit ein, was mit den vorstehend dargelegten Nachteilen verbunden ist. Schließlich ist aus der US-PS 35 55 742 eine Vorrich tung zum Positionieren einer Schleifscheibe bekannt, bei der der Luftdruck auf einen schwimmend gelagerten Kopf und einen mit diesem starr verbundenen Kolben einwirkt. Wenn der Schleifscheibendurchmesser kleiner wird, wird der Abstand gegenüber einer Düse, mittels

ω welcher Luft gegen die Schleifscheibe geblasen wird, größer, was einen Druckabfall zur Folge hat. Der Kopf wird sich deshalb entsprechend näher an die Schleifscheibe bewegen, wobei gleichzeitig über einen Zahnstangenantrieb ein Potentiometer verstellt wird, über

b5 das ein Motor dann einen Endanschlag entsprechend dem kleineren Schleifscheibendurchmesser verstellt. Auch hier wird also der Druck direkt in einen proportionalen Weg umgewandelt, um den Anschlag entspre-

chend zu verstellen. Da somit der Druck direkt zum Nachstellen verwendet wird, gehen wiederum alle Massenträgheiten des Systems in die Positioniergenauigkeit und -geschwindigkeit ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß sich die Schleifscheibe genauer und schneller positionieren läßt.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des ^Datentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird ein dem Druckwert entsprechendes Spannungssignal erzeugt, das, wenn es mit einem Sollwertsignal übereinstimmt, die Ablesung eines Maßstabes in einem Wegmeßsystem auslöst, wobei dann mit dem vom Wegmeßsystem gelieferten Signal der Positionierantrieb beaufschlagt wird. Der bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendete berührungslose Taster wird also sozusagen nur als Schalter benutzt, der das dem gewählten Abstand entsprechende Drucksignal bewirkt, aufgrund dessen dann das Wegmeßsystem den Maßstab abliest, was dann die Nachstellstrecke ergibt. Die Nachstellung erfolgt also nicht mit Hilfe des Drucksignals selbst, dieses löst vielmehr nur den Meßvorgang aus, in den aber die Größe des Drucksignals selbst nicht eingeht. Da bei der Vorrichtung nach der Erfindung der Soll-Istwertvergleich nur zur Erzeugung eines Signals zum Einschalten der Wegablesung am Maßstab dient und mit dem Drucksignal selbst keine Regelung der Schleifscheibennachstellung vorgenommen wird, ist der Einfluß der Massenträgheit eines mechanischen Systems auf die Positionierung völlig ausgeschaltet, so daß der Positioniervorgang wesentlich schneller und genauer ausgeführt werden kann. Insbesondere kann die Positionierung mit einer Genauigkeit im μ-Bereich erfolgen. Es wird von einem dem Tastsystem nachgeschalteten Regelkreis Gebrauch gemacht, der trägheitslos arbeitet und dessen Arbeiten durch das Drucksignal ausgelöst wird. Der in dem Wegmeßsystem bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendete Maßstab ist z. B. ein bekannter Glasmaßstab, der eine ausreichend hohe Genauigkeit gewährleistet. Weiter kann mittels der Vorrichtung nach der Erfindung der Betrag der Abnützung oder der Lageabweichung der Schleifscheibe festgestellt werden. Dadurch ist es möglich, die Schleifscheibe nach dem Abtasten gleich in einem Zustelihub so nachzustellen, daß ihre Schleiffläche wieder die Sollage zum Werkstück aufweist. Der Zustellvorgang wird auf diese Weise beträchtlich beschleunigt.

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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer und teilweise aufgeschnittener Darstellung die Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Düsenblock des Tastsystems der Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 4 eine Ansicht des Düsenblockes in Richtung des Pfeils IV in Fig.3, wobei die Schleifscheibe teilweise - weggebrochen dargestellt ist, und

F i g. 5 ein Erläuterungsdiagramm.
F i g. 1 zeigt schematisch eine Gesamtdarstellung einer Vorrichtung zum Positionieren einer tellerförmigen Schleifscheibe I, die eine Schleiffläche 2 aufweist, mit der 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 F i g. 1 so gelagert ist, daß er zusammen mit der Schleifscheibe 1 mit Hilfe eines Positionicrantriebs in Form eines Schrittmotors 6 in Richtung der Achse seiner Abtriebswelle hin- und herbewegt werden kann. Der Antriebsmotor 5 ist zusammen mit der Schleifscheibe 1 in einer durch den Schrittmotor 6 in einem stationären Teil 7 des Maschinengestells hin- und herbewegbaren Hülse 8 gelagert. Der Schrittmotor 6 kann aus einem elektrischen, hydraulischen. pneumatischen oder anderen geeigneten Antrieb bestehen.

Auf dem Maschinengestell ist ein stationäres Schlittenbett 9(das. wie weiter unten dargelegt, auch verstellbar sein kann) befestigt, welches einen in zur Schleif-Scheibenachse paralleler Richtung verfahrbaren Schlitten 10 trägt. Der Schlitten 10 ist durch einen Schlittenantrieb U hin- und herbewegbar. Der bewegliche Schlitten 10 trägt ein hochauflösendes Wegmeßsystem 17, das in F i g. 1 durch Maßstäbe dargestellt ist, die mit

jo dem Schlitten IC bzw. mit dem Schlittenbett 9 fest verbunden sind und deren gegenseitige Lage durch einen in Fig. 1 nicht dargestellten 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.

Der Schlitten 10 trägt ein Tastsystem 13, welches eines der wesentlichen Teile der hier beschriebenen Positioniervorrichtung bildet Das Tastsystem 13 weist einen Block 14 auf, der mittels des Schlittens 10 rechwinkelig zur Schleiffläche 2 bewegbar ist und eine Kanalbohrung 15 enthält, die an einem Ende an einer Anschlußstelle 16 mit einem Pumpenaggregat 26 verbunden ist und am anderen Ende in einer auf die Schleiffläche 2 gerichteten Schlitzdüse 18 endet. Zwischen üer Anschlußstelle 16 und der Schlitzdüse 18 ist eine Drossel 19 angeordnet, welche vereinfacht als ein Bolzen dargestellt ist, der mit einem abgerundeten Ende in die Kanalbohrung IS 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 Kanalbohrung 15 vor der Drossel ein Druck p» und hinter der Drossel ein Druck p\ ein, wobei der Wert des Druckes p_t von dem Abstand s /wischen der Schleiffläche 2 und der Mündung der Schlitzdüse 18 abhängig ist. Beim Heranführen des Blockes 14 an die Schleifscheibe 1 ergibt sich aufgrund des sich ändernden Staudruckes in der Schlitzdüse 18 eine Änderung des Druckes p\ und damit der an

W) der Drossel 19 festgestellten Druckdifferenz po — p\. Vervollständigt wird die Positioniervorrichtung durch elektronische Schaltungen 20—25, die zwischen den Ausgingen des Tastsystems 13 und des Wegmeßsystems 17 und dem Schrittmotor 6 sowie dem Schlittenantrieb 11 angeordnet sind und im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 2 näher beschrieben werden.

Das Tastsystem 13 gibt den Refcren/.druck pu und den von dem Abstand .v zwischen dem Block 14 und der

Schleiffläche 2 abhängigen Druck p\ an die beiden Eingänge eines Druck-Spannungswandlers 20 ab. Der Wandler 20, bei dem es sich um eine Meßdose, um einen Festkörperschaltkreis auf Siliciumbasis od. dgl. handeln kann, gibt ein Ausgangssignal U_M entsprechend der Druckdifferenz po — p\ an einen Eingang einer Spannungskomparator- und Wegableseschaltung 21 ab. Durch eine Verarbeitungsschaltung 22 wird an einen weiteren Eingang der Schaltung 21 ständig ein Signal L/,,,// angelegt, das einer bestimmten Druckdifferenz Δρ = po — Pi entspricht, die dann vorliegt, wenn der Abstand s zwischen der Schleiffläche 2 und dem Block 14 gleich s_w ist, wobei s_w ein wählbarer Wert ist. der in der Praxis beispielsweise Vt₀ mm beträgt, und der Wandler20durchschaltet und ein Signal Um - (Λ,,/jab· gibt. Der Zusammenhang zwischen den Werten Jp und s„, die den Arbeitspunkt des Tastsystems und der Positioniervorrichtung festlegen, ist in dem Diagramm in F i g. 5 gezeigt Der Wert s* wird nach einer Anfangseichung des Tast- und des Wegmeßsystems 13 bzw. 17 später immer wieder benutzt, um die Lage der Schleiffläche 2 bezüglich einer Maschinenebene zu messen, was im folgenden im Zusammenhang mit der Arbeitsweise der Positioniervorrichtung ausführlich erläutert ist.

Die Positioniervorrichtung arbeitet folgendermaßen: Zur Anfangseichung oder Nullpunkteinstellung der Vorrichtung wird das Tastsystem 13 mit Hilfe des Schlittens 10 von der Schleiffläche 2 wegbewegt und dann wieder dieser genähert. In dem Augenblick, in welchem der Wandler 20 das Signal U,_s, — U,„n abgibt, ist der gewählte Abstand 5» zwischen dem Block 14 und der Schleiffläche 2 erreicht, und die Spannungskomparator- und Wegableseschaltung 21 gibt das Signal Δρ an die Verarbeitungsschaltung 22 ab. Im gleichen Augenblick 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 F i g. 2 ist der Nullpunkt O für die Verfahrstrecke L des Schlittens 10 angegeben. Der Nullpunkt O legt eine bestimmte Lage der Schleiffläche 2 zu der Maschinenebene fest, die stets eingehalten 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 Bewegungsintervallcn des Schlittens 10 die Schleifscheibe 1 abgenützt und sich somit die Schleiffläche 2 in F i g. 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 U,_s, = U_wH abgibt, d. h. bis wieder der Abstand s_w zwischen dem Block 14 und der Schleiffläche 2 erreicht ist In diesem Augenblick gibt die Schaltung 21 das Signal Δρ an die Verarbeitungsschaltung 22 ab und das Wegmeßsystem 17 liest den Maßstab auf dem Schlitten 10 ab. Daraus resultiert ein Ausgangssignal L_w der Schaltung 21, das an die Verarbeitungsschaltung 22 abgegeben wird und ein Maß für die Scheibenabnützung oder allgemein für die Abweichung der Schleiffläche 2 von ihrer Sollage bezüglich der Maschinenebene darstellt, was in F i g. 2 durch den Abstand zwischen dem den Abtastkopf darstellenden Pfeil 12 und dem Nullpunkt gezeigt ist Die Verarbeitungsschaltung 22 stellt anhand der Größe des Signals L_n fest, wie weit die Scheibe abgenützt ist, und gibt ein Stellsignal LJ über einen Verstärker 24 an den Schrittmotor 6 ab, der die Schleifscheibe 1 in ihre ursprüngliche Lage zurückstellt. Die Verarbeitungsschaltung 22 steuert über einen Verstärker 25 die intervallweise Verstellung des Schlittens 10 über den Schlittenantrieb 11.

Vorstehende Darlegungen zeigen, daß die Feststellung der Druckdifferenz Δρ, d. h, des Abstands s_u zwischen dem Block 14 des Tastsystems 13 und der Schleiffläche 2 der Schleifscheibe 1 lediglich dazu dient, mit Hilfe des Wegmeßsystems 17 über die Wegableseschaltung 21 die dann vorhandene Strecke L_w zu messen, die der Schlitten 10 ab dem Nullpunkt O zurückgelegt hat. Da der Betrag der Strecke L_w bekannt ist, kann die Schleifscheibe in einem einzigen Zustellhub genau um die erforderliche Zustellstrecke in der entsprechenden Richtung nachgestellt werden. Das Vorzeichen der Nachstellrichtung ergibt sich aus der Relativlage der Strecke L_w in Fig.2 rechts oder links von dem NuII-punkt O, was wiederum genau der Abweichung der Schleiffläche 2 der Schleifscheibe 1 von ihrer Sollage bezüglich der Maschinenebene entspricht.

Das Tastsystem 13 wird vorzugsweise mit Luft oder einer Flüssigkeit (z. B. öl) betrieben, was den Vorteil bietet, daß die Schleifscheibe gleichzeitig gekühlt werden kann. Es ist aber weiter vorgesehen, anstelle des mit einem Fluid arbeitenden Tastsystems 13 ein kapazitiv, induktiv oder elektroakustisch arbeitendes Tastsystem (nicht dargestellt) zu verwenden, das dann nach Art ei-

JO nes bekannten Näherungsschalter aufgebaut ist und arbeitet.

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. Auf diese Weise ist es dann möglich, die oben beschriebene Positionierung an eine ganz andere Stelle zu verlegen, was beispielsweise beim Schruppen von Vorteil ist, wo die Schleifscheibe zur Materialabtragung zugestellt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Positionieren einer Schleifscheibe in bezug auf eine Maschinenebene, mit einem berührungslosen Tastsystem zur Steuerung eines Positionierantriebs, das ein Druckmittel ständig gegen die Schleiffläche (2) der Schleifscheibe (1) leitet und einen von einem Abstand von der Schleiffläche abhängigen Druckwert liefert, dadurch gekennzeichnet, daß an das Tastsystem (13) ein Druck-Spannungswandler (20) angeschlossen ist, der ein dem Druckwert entsprechendes Spbnnungssignal (U_isl) an eine ihm nachgeschaltete Spannungskomparator- und Wegableseschaltung (21) abgibt, die bei dessen Übereinstimmung mit einem Sollwertsignal (Usoi) eine Ablesung eines Maßstabes in einem Wegmeßsystem (17) veranlaßt, um mit dem abgelesenen Signal (L_w) den Positionierantrieb (6) zu beaufschlagen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab ein bezüglich der Maschinenebene verstellbares Bezugssystem (9) hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastsystem (13) einen Block (14) aufweist, der mittels eines Schlittens (10) rechtwinkelig zur Schleiffläche (2) bewegbar ist und eine Kanalbohrung (15) hat, die an einem Ende über eine Anschlußstelle (16) mit einem Pumpenaggregat (26) verbunden ist, am anderen Ende eine Düse (18) und zwischen ihren beiden Enden eine Drossel (19) hat, an welch letzterer der Druckwert als Druckdifferenz (po — Pi) auftritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (18) eine Schlitzdüse ist.