DE3335929A1

DE3335929A1 - Schleifmaschine

Info

Publication number: DE3335929A1
Application number: DE19833335929
Authority: DE
Inventors: Klaus 5204 Lohmar Allert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-04-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine für kurvenförmige Konturen, insbesondere für Nockenwellen, mit einem auf dem Maschinenbett längsverschieblichen Tisch, einer auf dem Tisch gelagerten, den Spindelstock mit der motorisch antreibbaren Spindel und den Reitstock tragenden Wippe mit in Tischlängsrichtung liegender Wippachse und einem quer zur Spindelachse motorisch verschieblichen Schlitten, der eine an einen Drehantrieb angeschlossene Schleifscheibe trägt.

Nockenkonturschleifmaschinen dieser Art werden bisher mit einer Kopiereinrichtung ausgestattet. Hierzu ist auf der Werkstückwippe eine Meisterwelle mit einer Mehrzahl von Meisternocken drehbar gelagert. Das zu schleifende Werkstück wird zwischen dem als Körnerspitze ausgebildeten einen Ende der Meisterwelle und dem ebenfalls auf der Werkstückwippe verschieblich gelagerten Reitstock aufgenommen. Durch hydraulischen Druck bzw. Federkraft wird die Wippe mit einem Nocken der Meisterwelle gegen eine drehbare Tastrolle gepresst, deren Achse parallel zur Meisterwelle angeordnet ist. Auf diese Weise wird bei Drehantrieb der Meisterwelle das aufgenommene Werkstück gedreht und zugleich durch das Abrollen des Meisternockens auf der Tastrolle eine synchrone Wippbewegung der Werkstückwippe erzeugt. Eine auf Festanschlag herangefahrene Schleifscheibe trägt daher von dem Werkstück das Material entsprechend dem Meisternockenprofil ab.

Diese Schleifmaschinen mit mechanischer Kopierung eines Meisternockens haben eine Reihe von Nachteilen. Die Anzahl der auf einer Meisterwelle vorhandenen Nockenformen ist begrenzt. Daher ist oftmals zum Schleifen einer geänderten Nockenkontur eine Umrüstung der Maschine, d.h. ein Wechsel der Meisterwelle erforderlich. Dies ist dann besonders

nachteilig, wenn die jeweiligen Stückzahlen begrenzt sind und die Meisterwelle deshalb des öfteren ausgetauscht werden muß. Herstellungsfehler ergeben sich dadurch, daß schon das Profil des Meisternockens selbst nur eine begrenzte Genauigkeit hat. Ferner ergeben sich bei der mechanischen Kopierung Folgefehler, die sich nur durch aufwendige Korrektur des Meisternockens minimieren lassen. Diese Korrekturen sind zeitaufwendig und erfordern erhebliche Erfahrung. Schließlich führt die Zwangskopplung der Dreh- und Wippbewegung des Werkstücks zu einer ungleichmäßigen Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeugs auf der Werkstückoberfläche, je nachdem, ob die zu bearbeitende Nockenfläche rechtwinklig oder geneigt zum Radius des Arbeitspunktes verläuft. Die ungleichförmige Oberflächengeschwindigkeit des Werkzeugs führt zu ungleichmäßigen Abtragungen, wobei auf Flächen mit hoher Oberflächengeschwindigkeit der Scheibe ein Übermaß verbleibt, das wiederum nur durch entsprechende Korrektur des Meisternockens eliminiert werden kann. Insgesamt verlangt daher die Herstellung von Kurvenprofilen hoher Präzision erhebliche Fähigkeiten und Kenntnisse des Fachpersonals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine für kurvenförmige Konturen, insbesondere Nockenwellen, mit ein.er Werkstückwippe zu schaffen, bei der die mit der Kopierung von einem Meisternocken verbundenen Mangel, die im wesentlichen oben dargelegt sind, vermieden werden. Insbesondere soll die Umstellung der Maschine auf unterschiedliche Kurvenkonturen bzw. Nockenformen schnell und mit geringem Arbeitsaufwand, insbesondere ohne Umrüstung der Maschine auf ein anderes Meisterwellenpaket, möglich sein. Darüber hinaus soll die Genauigkeit, mit aer eine Kurvenkontur bzw. Nockenform hergestellt werden kann, erheblich gesteigert werden. Schließlich soll das neue Konzept so beschaffen sein,

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daß die bekannten, mit Werkstückwippe ausgestatteten Nockenwellenschleifmaschinen in wirtschaftlicher Weise von der mechanischen Kopiereinrichtung auf die neue Technik umgerüstet werden können. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maschine ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Schleifmaschine dadurch gelöst, daß die Spindel mit einem ersten elektrischen Servomotor und die Wippe oder der auf ihr angeordnete Spindelstock oder Reitstock mit einem die Wippbewegung erzeugenden zweiten Servomotor antriebsmäßig verbunden ist und die beiden Servomotoren nach einem vorgebbaren Programm unter Berücksichtigung von die augenblickliche Drehwinkelposition des Werkstücks und Hubposition der Wippe darstellenden Signalen steuerbar sind. Die Spindel- und damit die Werkstückdrehung und die Bewegung der Werkstückwippe werden durch zwei getrennte Servomotoren erzeugt, so daß es anders als bei Kopiermaschinen mit Kopplung beider Bewegungen möglich ist, die Drehbewegung des Werkstücks und seine Wippbewegung relativ zur Schleifscheibe getrennt voneinander zu steuern. Die Steuerung erfolgt nach einem vorher in die 'Steuerung eingegebenen und in ihr gespeicherten Programm, das der zu schleifenden Nockenkontur entspricht. Auf Grund des vorliegenden Programms und der eingehenden, von 4er Winkelstellung des Werkstücks und der Hubstellung der Wippe gelieferten Signale gibt die Steuerung die Steuersignale für die beiden Servomotoren. Die Steuersignale sind so beschaffen, daß die Winkelposition des Werkstücks und die Hubposition der Wippe bzw. der Nockenhub so aufeinander abgestimmt sind, daß das gewählte Nockenprofil abgeschliffen wird. Dabei ist die Werkstückumfangsgeschwindigkeit so geregelt, daß sich eine im wesentlichen gleichmäßige Schleifgeschwindigkeit auf der Nockenoberfläche ergibt, so daß auch

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• die Materialabtragung in etwa gleichmäßig vor sich geht. Schleiftechnologisch ungünstige Geschwindigkeitsunterschiede beim Schleifen des Nockens, insbesondere erhöhte Geschwindigkeiten an den Nockenflanken, werden so vermieden.

Unter einem elektrischen Servomotor im.Sinne der vorliegenden Erfindung werden rein-elektrische Stellantriebe verstanden, die die erforderliche Leistung und Dynamik erbringen. Geeignet sind Gleichstrommotoren, speziell Gleichstromnebenschlußmotoren, die im Leistungsbereich von 0,2 bis 4 KW verfügbar sind bei maximalen Beschleunigungen in dem Bereich von

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10 bis 10 s . Demgegenüber sind elektrische Schrittmotoren für den erfindungsgemäßen Einsatz ungeeignet, weil ihr Leistungsbereich größenordnungsmäßig nur bis 0,1 KW reicht und ihre maximale Beschleunigung etwa um eine Zehnerpotenz kleiner als die der Gleichstrommotoren ist. Beide Servomotoren arbeiten bei der vorliegenden Erfindung mit Untersetzungsgetrieben. Das Untersetzungsverhältnis kann in dem Bereich von 20:1 bis 40:1 liegen und beträgt beispielsweise 30:1.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifmaschine ist die Wippe oder der darauf befindliche Spindelstock oder Reitstock über einen Exzenter und eine Welle von dem zweiten Servomotor antreibbar. Die Welle ist im allgemeinen die Ausgangswel.le des Untersetzungsgetriebes. Sie greift an einem Exzenter an, der einen an der Wippe bzw. ihren Aufbauten angelenkten Exzenterhebel betätigt und dadurch der Wippe die gewünschte Wippbewegung verleiht. Dabei ist die Wippe mit den Antriebselementen Exzenter und Welle nur bei der Schleifbearbeitung der Nockenfläche in Bewegung, während sie beim Abfahren des Nockengrundkreises

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in Ruhe ist. So machen Welle und Exzenter z.B. eine halbe Umdrehung in der einen Drehrichtung, entsprechend der Schleifbearbeitung der einen Nockenhälfte vom Grundkreis bis zum Scheitel, und dann eine halbe Umdrehung in der Gegendrehrichtung, entsprechend der Schleifbearbeitung der anderen Nockenhälfte vom Scheitel zum Grundkreis, worauf Welle und Exzenter für die Zeit in Ruhe bleiben, in welcher der Nocken längs seines Grundkreises geschliffen wird.

Vorzugsweise ist der erste Servomotor auf der Wippe angebracht. Die Kupplung zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und der Spindel ist problemlos möglich. Insbesondere werden flexible Kupplungselemente vermieden, die bei einer stationären Anbringung des Motors außerhalb der Wippe erforderlich wären und die Präzision der Werkstückdrehung beeinträchtigen könnten. Der zweite Servomotor für den Antrieb der Werkstückwippe ist zweckmäßigerweise auf dem Maschinentisch angeordnet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine, ist an der Wippe ein Hubgeber angeordnet, dessen Ausgangssignal in die Programmsteuerung einfließt. Der Hubgeber liefert ein Signal, das den jeweiligen aktuellen Nockenhub repräsentiert und in der Steuerung einem Komparator zugeführt wird, der zugleich ein Hubsignal aus dem gefahrenen Nockenprogramm entsprechend der aktuellen Winkellage des Werkstücks erhält. Der Komparator bildet ein Ausgangssignal, das über einen Verstärker den zweiten Servomotor steuert. Ferner ist an der Spindel des Spindelstocks ein Drehwinkelgeber angebracht, dessen Ausgangssignal ebenfalls in-die Programmsteuerung eingeht. Auf diese Weise werden Winkelabweichungen ermittelt, und das Stellsignal für den ersten Servomotor wird ent-

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' sprechend korrigiert. Die Informationen über die gewünschte Profilform des zu schleifenden Nockens können in die Steuerung auswechselbar eingesetzt werden, z.B. in Form von programmierten Mikroprozessoren. Es ist daher möglich, wahlweise jedes der gespeicherten Nockenprogramme abzufahren und die zugehörigen Nockenkonturen mit hoher Präzision zu schleifen,

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der das Funktionsschema einer Nockenwellenschleifmaschine vereinfacht dargestellt ist.

Auf dem andeutungsweise dargestellten Maschinenbett 1 ist der Maschinentisch 2 durch einen mit Untersetzungsgetriebe 23 (Untersetzungsverhältnis 10:1) ausgestatteten Servomotor 22 in Längsrichtung des Bettes verfahrbar. Die Steuerung des Motors 22 erfolgt von einer Tischsteuerungsanlage 28 über einen Verstärker 25, wobei die Position des Tisches 2 durch den Winkelgeber 24 der Steuerungsanlage 28 gemeldet wird.

Auf dem Tisch 2 sind drei Böcke 2^a montiert, auf denen die Werkstückwippe 3 um die Wippachse 3^a schwenkbar gelagert ist. Auf der Wippe 3 sind in bekannter Weise der Spindelstock 4 mit der Spindel 4^a und der verschiebliche Reitstock 5 in bekannter Weise angeordnet, so daß zwischen ihren Körnerspitzen ein Werkstück 29 aufgenommen werden kann. Auf der Wippe 3 ist ferner der erste Servomotor 6 mit einem Untersetzungsgetriebe 7 (Untersetzungsverhältnis 30:1) gelagert, dessen Ausgangswelle mit der Spindel 4^a gekuppelt ist. Die Spindel 4^a ist mit einem Winkelgeber 10 ausgestattet, der Signale an die Programmsteuerungsanlage 26 liefert, welche die aktuelle Drehwinkellage des Werkstücks 29 repräsentieren. COPY

Ein zweiter Servomotor 8 mit Untersetzungsgetriebe 9 (Untersetzungsverhältnis 30:1) ist auf dem Maschinentisch 2 gelagert (nicht dargestellt). Die Ausgangswelle 12 des Getriebes 9 ist mit einem Exzenter 13 eines an dem Spindelstock 4 angelenkten Exzenterhebels 14 gekuppelt, wie aus der Querschnittsdarstellung der Zeichnung ersichtlich ist. Die aktuelle Position der Wippe 3 bzw. der Nockenhub wird durch den Hubgeber 11 gefühlt und als Signal ebenfalls an die Programmsteuerungsanlage 26 gemeldet.

In der Programmsteuerungsanlage 26 ist eine Vielzahl von Programmen für unterschiedliche Nockenformen gespeichert. Die Anlage 26 ermittelt aus dem gewählten Nockenprogramm und den von dem Winkelgeber 10 und dem Hubgeber 11 übermittelten Daten die Steuersignale, die nach Verstärkung in dem Verstärker 15 bzw. 16 die Servomotoren 6 bzw. 8 steuern. Hierdurch wird die Drehgeschwindigkeit des Nockens so gesteuert, daß sich eine gute Schleifwirkung auf der gesamten Schleiffläche ergibt, und die Wippbewegung des Werkstücks erfolgt so, daß sich die programmierte ideale Nockenform ergibt.

Die Schleifscheibe 18 ist mit ihrem Antrieb auf einem Schleifschlitten 17 gelagert, dessen Vorschub durch einen steuerbaren Schrittmotor 19 erfolgt. Der Schrittmotor 19 ist ebenfalls mit einem Winkelgeber 20 ausgestattet, der die Vorschubposition des Schlittens 17 an die Zustellsteuerung 27 meldet, die ihrerseits über den Verstärker 21 die digitalen Stell signale für den Schrittmotor 19 liefert.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Zustellsteuerung für das Schleifwerkzeug 18 und die Tischsteuerung 28 für das Einfahren der

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verschiedenen Nocken in die Schleifposition nicht in die Programmsteuerungsanlage 26 integriert. Diese Integrierung ist jedoch möglich, so daß dann eine vollautomatische Nockenwellenschleifmaschine vorliegt.

Mit der erfindungsgemäßen Maschine können Nockenwellen mit erhöhter Konturengenauigkeit geschliffen werden. Di© automatische Korrektur der Stellmotoren erlaubt bei der größeren Genauigkeit noch einen erhöhten Durchsatz, der gegenüber dem gleichen Maschinentyp mit Kopiereinrichtung bei 30 % liegt. Eine Umrüstung von kopierenden Maschinen auf die erfindungsgemäße Arbeitsweise ist in wirtschaftlicher Weise möglich. Die erfindungsgemäße Schleifmaschine eignet sich auch für das Schleifen von Werkstücken mit innenliegenden Nockenflächen, wie z.B. Drehkolbengehäusen.

Claims

Im y-<zainez

PATENTANWALT _{Im BröUal ?8}

5202 Hennef 1 Telefon (02242) 5478

Klaus Allert
5204 Lohmar

Schleifmaschine

Patentansprüche

(1./Schleifmaschine für kurvenförmige Konturen, insbesondere Nockenwellen, mit einem auf dem Maschinenbett längsverschieblichen Tisch, einer auf dem Tisch gelagerten, den Spindelstock mit der motorisch antreibbaren Spindel und den Reitstock tragenden' Wippe mit in Tischlängsrichtung liegender Wippachse, und einem quer zur Spindelachse motorisch verschieblichen Schlitten, der die an einen Drehantrieb angeschlossene Schleifscheibe trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (4 ) mit einem ersten elektrischen Servomotor (6) und die Wippe (3) oder der auf ihr angeordnete Spindelstock (4) oder Reitstock (5) mit einem die Wippbewegung erzeugenden zweiten elektrischen Servomotor (8) antriebsmäßig verbunden ist und die beiden Servomotoren (6,8) nach einem vorgebbaren Programm unter Berücksichtigung von die augenblickliche Drehwinkel position des Werkstücks (29) und Hubposition der Wippe (3) darstellenden Signalen steuerbar sind.
2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (3) oder der darauf befindliche Spindelstock (4) oder Reitstock (5) über einen Exzenter (13) und eine Welle (12) von dem zweiten Servo-

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motor antreibbar ist.
3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Servomotor (6) auf der Wippe (3) angebracht ist.
4. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wippe (3) ein Hubgeber (11) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal in die Programmsteuerung (26) eingeht.
5. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spindel (4^ des Spindelstocks (4) ein Drehwinkelgeber (10) angebracht ist, dessen Ausgangssignal in die Programmsteuerung (26) eingeht. ^;