DE3504944A1 - Aussen-rundschleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Außen-Rundschleifmaschine und insbesondere auf einen Tastkopf oder Meßfühler zur Lagesteuerung (Positionierung) der Schleifscheibe mit Bezug zu einem Werkstück.

Bei numerisch gesteuerten oder rechnergestützt numerisch gesteuerten Schleifmaschinen ist es notwendig, die Schleifscheibe mit Bezug zum Werkstück ganz genau zu positionieren, bevor der programmierte SchleifVorgang begonnen wird. Die Schleifscheibe axial und radial in bezug zum Maschinenoder Aufspanntisch zu positionieren, stellt kein Problem dar. Jedoch wird die Tiefe der Zentrierbohrung am Werkstück üblicherweise nicht genau geregelt und kontrolliert, so daß es demzufolge möglich und wahrscheinlich ist, daß eine gewisse axiale Fehlausrichtung zwischen Schultern am Werkstück sowie der Schleifscheibe vorhanden ist. Folglich

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ist es notwendig, entweder die Fehlausrichtung der Schultern

am Werkstück zu vermessen, so daß die Lage des Werkstücks

mit Bezug zur Schleifscheibe vor dem Schleifen der Schultern

korrigiert werden kann, oder das Werkstück mit Bezug zum Aufspanntisch in seiner Lage neu anzuordnen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Außen-Rundschleifmaschine mit einem der Befestigung sowie der Drehung eines Werkstücks um eine Achse dienenden Aufspanntisch, mit einer Schleifscheibe, mit einer die Schleifscheibe in bezug zum Werkstück eigenständig in zwei Richtungen bewegenden Einrichtung, wobei die eine Richtung, paralIeI zur Drehachse des Werkstücks verläuft und die andere Richtung wenigstens eine rechtwinklig zur Drehachse des Werkstücks gerichtete Komponente enthält, und mit einer programmierbaren Einrichtung zur Steuerung der Relativbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks in jeder Richtung in bezug auf einen programmierten Ausgangspunkt versehen. Bei dieser Schleifmaschine ist ein Tastkopf für eine Bewegung mit der Schleifscheibe angeordnet und zwischen einer Arbeitsstellung, in der er einen radial sich erstreckenden Abschnitt des Werkstücks übergreift, sowie einer Ruhestellung, in der er während eines SchleifVorgangs radial vom Werkstück frei ist, verlagerbar, so daß der Tastkopf in seiner Arbeitsstellung in Berührung mit einem Bezugspunkt am Werkstück durch eine Relativbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks zu bringen ist, um den Ort des Bezugspunkts zu bestimmen und eine Korrektur in bezug auf jegliche axiale Richtungsabweichung des Werkstücks auszuführen.

Die Einrichtung zur Steuerung der Bewegung der Schleifscheibe mit Bezug zum Werkstück in zwei Richtungen können zweckmäßigerweise numerisch programmierte Antriebe sein, die die Geschwindigkeit und die Positionierung für jede Richtung regeln. Diese Einrichtungen können eine eigenständige, getrenn-

te Bewegung in jeder Richtung zum Zweck des Abtastens des Werkstücks und eine getrennte oder gleichzeitige Bewegung für den HauptschleifVorgang zulassen, so daß die Durchmesser und die Schultern des Werkstücks in einem einzigen Arbeitszyklus geschliffen werden können.

Die Korrektur für irgendeinen axialen Ausrichtfehler des Werkstücks kann durch ein erneutes Positionieren des Werkstücks mit Bezug zum programmierten Ausgangspunkt erreicht werden. Alternativ kann das Steuerprogramm auf den neue'sten Stand aktualisiert werden, um den Ausrichtungsfehler zu berücksichtigen.

Der Tastkopf, der gemäß der Erfindung zur Anwendnung kommt, kann zweckmäßigerweise ein auf Berührung ansprechender Tastkopf sein, der im Augenblick der Berührung des Werkstücks ein Signal erzeugt. Bei dieser Art eines Tastkopfs wird dieser anfangs von einem programmierten Ausgangspunkt aus radial mit Bezug zum Werkstück bewegt, bis er mit einem Bezugspunkt an einer radialen Fläche einer Werkstückschulter ausgerichtet ist. Asnchließend wird der Tastkopf dann axial mit Bezug zum Werkstück unter Steuerung durch das numerische Programm bewegt, bis er den Bezugspunkt berührt. Auf diese Weise kann der Ort des Bezugspunkts bestimmt und eine Korrektur hinsichtlich jeglichen Ausrichtungsfehlers des Werkstücks ausgeführt werden.

Alternativ kann auch ein Analogtastkopf verwendet werden, der ein dem Grad der Ablenkung des Tastkopfes proportionales Signal erzeugt. Bei dieser Art eines Tastkopfes wird die Schleifscheibe mit Bezug zum Werkstück zu einer vorprogrammierten Stelle bewegt, an der der Tastkopf mit einem Bezugspunkt an einer radialen Fläche des Werkstücks in Berührung ist. Das analoge Signal vom Tastkopf stellt dann ein Maß für jegliche axiale Fehlausrichtung des Werkstücks dar.

Die bei dem Gegenstand der Erfindung zur Anwendung gelangenden Tastköpfe sind in erster Linie zur Ausmessung einer axialen Fehlausrichtung des Werkstücks vorgesehen. Folglich müssen diese Tastköpfe so angeordnet werden, daß sie in Richtung der Drehachse des Werkstücks arbeiten. Da jedoch ein Einachsen-Tastkopf eine genaue Ausrichtung mit dem Werkstück erforderlich macht, ist es zweckmäßig, mehrachsige Tastköpfe zu verwenden.

Wenn der Tastkopf in der radialen wie auch axialen Richtung arbeitet, so kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich zum Ausmessen eines axialen Ausrichtungsfehlers des Werkstücks auch dazu herangezogen werden, radiale Abmessungen an Stellen längs des Werkstücks zu ermitteln. Durch Messen solcher Abmaße an verschiedenen Stellen und Vergleichen dieser Abmaße mit theoretischen Werten kann die Vorrichtung auch dazu benutzt werden sicherzustellen, daß das richtige Werkstück oder das Werkstück in der richtigen Lageausrichtung eingespannt worden ist. Als eine weitere Hilfe zum Erkennen des Werkstücks oder zur Festlegung weiterer Bezugspunkte kann der der Länge nach gerichtete Positioniervorgang auch an verschiedenen Stellen des Werkstücks, wenn dieses mehrere Schultern aufweist, ausgeführt werden.

Der Tastkopf wird bevorzugterweise an einem am Schleifkopf schwenkbar gelagerten Arm angebracht, der durch eine geeignete Einrichtung, z.B. einen hydraulischen Stößel oder Kolben, den Tastkopf aus seiner Ruhe- in seine Arbeitsstellung und umgekehrt verlagern kann. Diese der Bewegung des Tastkopfes zwischen der Arbeits- und Ruhestellung dienende Einrichtung kann in geeigneter Weise durch das numerische Programm gesteuert werden, womit der der Länge nach gerichtete Positioniervorgang (oder diese Vorgänge) und der Vorgang zur Erkennung des Werkstücks, wenn darauf zurückgegriffen wird, am Beginn eines jeden SchleifVorgangs mit einbezogen werden können.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einer als Beispiel dienenden bevorzugten Ausführungsform erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Tei1-Draufsieht auf eine Außen-Rundschleifmaschine, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht der in der Maschine von Fig. 1 zur Anwendung kommenden Tastkopfanordnung.

Die in den Zeichnungen dargestellte Außen-Rundschleifmaschine weist einen Aufspann- oder Maschinentisch 10 auf, an dem ein Spindelstock 11 und ein Reitstock 12 gelagert sind, die jeweils eine Zentrierspitze 13 tragen, zwischen denen ein Werkstück 14 gehalten ist. Der Spindelstock 11 ist mit einem Antriebsring 15 versehen, der einen mit einem am Werkstück 14 festgeklemmten Ring 17 in Eingriff befindlichen Zapfen 16 trägt, so daß dem Werkstück eine Drehung vermittelt wird.

Der Aufspanntisch 10 ist auf (nicht gezeigten) Schlitten, die längs (nicht gezeigter) parallel zur Längsachse des zwischen den Zentrierspitzen 13 eingespannten Werkstücks 14 verlaufender Gleitbahnen verfahrbar sind, fest angebracht. Auf einem längs einer quer zur Längsachse des zwischen den Zentrierspitzen 13 eingespannten Werkstücks 14 gerichteten Gleitbahn 20 bewegbaren Support 19 ist eine Schleifscheibe

18 gehalten. Diese Schleifscheibe 18 ist auf dem Support

19 so montiert, daß sie in einer zur Drehachse des Werkstücks 14 geneigten Ebene dreht. Die Kante der Schleifscheibe 18 ist derart bearbeitet, daß im rechten Winkel aneinandergrenzende Flächen 21 und 22 gebildet werden, von denen die eine Fläche 21 parallel zur Längsachse des Werkstücks 14, die andere Fläche 22 rechtwinklig zu dieser Längsachse verläuft.

Voneinander getrennte Antriebseinrichtungen, die nicht gezeigt

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sind, sind für die den Aufspanntisch 10 tragenden Schlitten und den Support 19 vorgesehen, so daß eine relative Quer- und Längsbewegung der Schleifscheibe 18 und des Werkstücks 14 eigenständig gesteuert werden können. Jede der Antriebseinrichtungen unterliegt in bekannter Weise einer numerischen Steuerung, so daß die den Aufspanntisch 10 tragenden Schlitten und der Support 19 entweder einzeln oder gleichzeitig bewegt werden können.

Ein auf Berührung ansprechender Tastkopf oder-Meßfühler 25 ist auf einem am Schleifkopf 27 schwenkbar gehaltenen Arm 26, der in einer vertikalen Ebene bewegbar ist, befestigt. Zwischen dem Schleifkopf 27 und dem Arm 26 ist ein doppeltwirkender Stößel 28 angeordnet, der den Arm 26 zwischen einer - in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten - Stellung, in der der Tastkopf 25 zurückgezogen ist, und einer - in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien angegebenen - Stellung, in der der Arm 26 gegen einen Anschlag 29 anstößt und der Tastkopf 25 in seiner Arbeitsstellung ist, verschwenkt. Die Betätigung des Stößels 28 zur Bewegung des Tastkopfes 25 von seiner zurückgezogenen in seine tätige Stellung und umgekehrt wird von dem gleichen System gesteuert, das die Bewegung der Schlitten des Aufspanntisches 10 und des Schleifscheibensupports 19 steuert.

Der Tastkopf 25 ist mit einem Fühler oder Taster 30 versehen, der derart angebracht ist, daß er frei in alle Richtungen abgelenkt werden kann und auch axial beweglich ist. In dem Tastkopf 25 sind Einrichtungen vorgesehen, die jegliche Bewegung des Tasters 30 erfassen und ein Signal in dem Augenblick liefern, da der Taster 30 eine Bewegung ausführt.

Bei einem typischen Schleifvorgang wird das Werkstück 14 zwischen die Zentrierspitzen 13 des Spindel- und des

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Reitstocks 11 bzw. 12 eingespannt. Unter Steuerung von einem numerischen Programm wird dann der Tastkopf 25 in seine in Fig. 1 und in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien gezeigte Arbeitsstellung bewegt, so daß sich der Taster 30 vor der Arbeitskante der Schleifscheibe 18 befindet. In dieser Lage werden die Koordinaten der Spitze des Tasters 30 entsprechend dem Programm festgehalten. Dann wird wieder unter Steuerung durch das Programm der Support 19 angetrieben, um den Schleifkopf 27 und den Taster 25 radial zum Werkstück 14 hin zu bewegen, bis der Taster sich innerhalb des-Radius des großkalibrigen Teils 31 des Werkstücks 14 befindet, vom benachbarten kleinkalibrigen Teil jedoch frei ist. Durch das Programm wird dann der Schlitten des Aufspanntisches 10 angetrieben, so daß das Werkstück 14 in axialer Richtung zu einer programmierten Stellung bewegt wird, an welchem Punkt die axiale Geschwindigkeit vermindert wird, bis die Schulter des großkalibrigen Teils 31 den Taster 30 berührt. Im Augenblick dieser Berührung zwischen Taster und Werkstückschulter wird ein Signal erzeugt, das dem Steuersystem die genaue Position des Werkstücks 14 angibt. Alternativ kann, um eine schnelle Positionierung des Tasters 30 zu erreichen, der Aufspanntisch 10 anfangs für einen schnellen Vorschub angetrieben werden, so daß, wenn der Taster 30 die Werkstückschulter berührt, ein gewisses überlaufen eintritt, bevor das Signal vom Tastkopf 25 eine Bewegung des Werkstücks 14 beenden kann. In diesem Fall wird das Werkstück 14 dann zurückgesetzt, bis es vom Taster 30 frei ist, worauf ein endgültiger langsamer Vorschub eingeleitet und ausgeführt werden kann, um den Taster 30 genau am Werkstück 14 in Anlage zu bringen.

Das Steuersystem kann auf diese Weise den Ort der Schulter am Werkstück mit Bezug zum programmierten Ausgangspunkt und die Lage des Werkstücks 14, die durch die Aktualisierung der programmierten Position des Aufspanntisches 10 um einen

geeigneten, irgendeine Fehlausrichtung oder Richtungsabweichung in Betracht ziehenden Betrag korrigiert ist, bestimmen. Schließlich wird der Tastkopf 25 in seine - in Fig. 2 gestrichelt angedeutete - zurückgezogene Lage bewegt, in der er aus dem Weg der Schleifflächen der Schleifscheibe 18 ist, worauf der SchleifVorgang beginnen kann.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann auch dazu benutzt werden, die radialen Abmessungen des Werkstücks 14 an verschiedenen Stellen über dessen Länge zu überprüfen. Das kann durch ein Bewegen des Werkstücks in axialer Richtung mit Bezug zum Tastkopf 25 mittels des den Aufspanntisch 10 tragenden Schlittens, bis der Tastkopf 25 auf eine gewünschte Position ausgerichtet ist, geschehen. Der Tastkopf 25 kann dann radial durch Bewegen des Schieifkopfes 27 am Support 19 zum Werkstück 14 hin verlagert werden, bis der Taster 30 die Zylinderfläche des Werkstücks 14 berührt. Damit kann die Lage der Fläche in bezug zum programmierten Ausgangspunkt des Tastkopfes 25 bestimmt und können die Abmessungen des Werkstücks 14 an dieser Stelle berechnet werden. Dieser Vorgang kann an verschiedenen Stellen über die Länge des Werkstücks 14 wiederholt werden. Die auf diese Weise gemessenen Werte können gegenüber theoretischen Werten verglichen werden, um zu gewährleisten, daß das richtige Werkstück eingespannt oder daß das Werkstück in öer richtigen Ausrichtung eingespannt ist. Dieser Vorgang der Wahrnehmung des Werkstücks kann wiederum unter Steuerung durch das numerische Programm ausgeführt|und in den Anfang des Schleifprogramms zusammen mit dem der Länge nach gerichteten Positioniervorgang einbezogen werden.

Es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Aufspanntisch 10, der zu seiner Bewegung in Achsrichtung des Werkstücks 14 auf Schlitten montiert ist, statt

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dessen ortsfest sein, während der Support 19 an einem Hilfsschlitten montiert sein kann, der eine Bewegung des Schleifkopfes 27 sowohl in axialer wie auch radialer Richtung mit Bezug zum Werkstück zuläßt. Ferner kann die Schleifscheibe 18, die bsi der beschriebenen Ausführungsform für eine Bewegung im rechten Winkel zur Drehachse des Werkstücks 14 angeordnet ist, auch für eine Bewegung in einer zu dieser Drehachse schiefen Richtung gelagert sein.

Des weiteren können die Zentrierspitzan 13 axial mit Bezug zum Spindel- und Reitstock 11 bzw. 12 beweglich sein, wobei eine Bewegung des Werkstücks 14 in axialer Richtung relativ zum Tastkopf 25, um diesen mit dem Bezugspunkt in Berührung zu bringen, durch eine Bewegung der Zentrierspitzen 13 erreicht werden kann. Eine solche Einrichtung kann auch dazu dienen, das Werkstück wieder mit Bezug zu seiner programmierten Ausgangslage zurückzubringen.

Anstatt den Tastkopf an einem Arm anzubringen, so daß er zwischen einer Arbeits- und Ruhestellung bewegbar ist, kann die Schleifscheibe so angeordnet sein, daß sie vom Werkstück weg bewegt werden kann, um den Tastkopf in seiner Arbeitsstellung zu lassen. Beispielsweise können der Tastkopf und die Schleifscheibe zusammen in fester Lagebeziehung montiert sein, und der Schleifkopf kann so angeordnet sein, daß die Schleifscheibe vom Werkstück weg und der Tastkopf zum Werkstück hin verschwenkt wird.

Erfindungsgemäß ist ein Positionier- oder Punktsteuerungstastkopf für eine Außen-Rundschleifmaschine relativ zur Schleifscheibe für eine Bewegung mit der Schleifscheibe in axialer und radialer Richtung mit Bezug zum Werkstück gelagert, wobei der Tastkopf zwischen einer Arbeitsstellung, in der er einen radial sich erstreckenden Abschnitt des Werk-

Stücks übergreift, und einer Ruhestellung, in der er während eines SchleifVorgangs in radialer Richtung vom Werkstück frei ist, verlagerbar ist. In der Arbeitsstellung kann der Tastkopf durch eine Relativbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks zur Berührung mit einem Bezugspunkt am Werkstück gebracht werden. Der Tastkopf kann auch zur Bestimmung von radialen Abmessungen des Werkstücks an ausgewählten Stellen über dessen Längserstreckung benutzt werden.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Außen-Rundschleifmaschine mit einem der Befestigung sowie der Drehung eines Werkstücks um eine Achse dienenden Aufspanntisch, mit einer Schleifscheibe, mit einer die Schleifscheibe in bezug zum Werkstück eigenständig in zwei Richtungen bewegenden Einrichtung, wobei die eine Richtung parallel zur Drehachse des Werkstücks verläuft und die andere Richtung wenigstens eine rechtwinklig zur Drehachse des Werkstücks gerichtete Komponente enthält, und mit einer programmierbaren Einrichtung zur Steuerung der Relativbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks in jeder Richtung in bezug auf einen programmierten Ausgangspunkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tastkopf (25) für eine Bewegung mit der Schleifscheibe angeordnet und zwischen einer Arbeitsstellung, in der er einen radial

sich erstreckenden Abschnitt (31) des Werkstücks (14) übergreift, sowie einer Ruhestellung, in der er während eines SchleifVorgangs radial vom Werkstück frei ist, verlagerbar ist, wobei der Tastkopf in seiner Arbeitsstellung in Berührung mit einem Bezugspunkt am Werkstück (14) durch eine Relativbewegung der Schleifscheibe (18) und des Werkstücks zu bringen ist, um den Ort des Bezugspunkts zu bestimmen und eine Korrektur in bezug auf jegliche axiale Richtungsabweichung des Werkstücks auszuführen.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) ein auf Berührung ansprechender Tastkopf ist, der bei Berührung des Werkstücks (14) ein Signal erzeugt.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) ein Analogtastkopf ist, der ein dem Grad seiner Ablenkung proportionales Signal erzeugt.

4. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) ein Signal im Ansprechen auf eine Ablenkung längs einer parallel zur Drehachse des Werkstücks (14) verlaufenden Achse erzeugt.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) mehrachsig ist.

6. Schleifmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) ein Signal im Ansprechen auf eine Bewegung in der zur Werkstückachse radialen Richtung erzeugt.

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7. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (25) für eine Bewegung mit der Schleifscheibe (18) an einem zum Werkstück hin oder von diesem weg schwenkbaren Arm (26) angebracht ist und daß eine den Arm (26) bewegende Einrichtung (28) vorgesehen ist, so daß der Tastkopf zwischen einer Arbeits- und einer Ruhestellung verlagerbar ist.

8. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche Y bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Einrichtung dazu ausgestaltet ist,

a) die Schleifscheibe (18) und den Tastkopf (25) zu einem vorbestimmten Ausgangspunkt in bezug auf den Aufspanntisch (10) zu bewegen,

b) die Schleifscheibe (18) und den Tastkopf (25) relativ vom Ausgangspunkt radial zum Werkstück (14) hin zu bewegen, so daß der Tastkopf in seiner Arbeitsstellung zum Werkstück beabstandet, jedoch axial mit einem Bezugspunkt an einer radialen Fläehe einer Schulter des Werkstücks ausgerichtet ist, und anschließend

c) die Schleifscheibe (18) mit Bezug zum Werkstück parallel zu dessen Drehachse zu verfahren, bis der Tastkopf mit der Schulter am Werkstück am Bezugspunkt in Berührung kommt,

so daß der Ort des Bezugspunkts bestimmt werden kann und jegliche Fehlausrichtung des Werkstücks zu korrigieren ist.

9. Schleifmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangspunkt mit Bezug zum Werkstück (14) vor Beginn eines SchleifVorgangs am Werkstück zur Berücksichtigung irgendeiner Fehlausrichtung justiert wird.

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10. Schleifmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerprogramm für das Schleifen zur Berücksichtigung irgendeiner Fehlausrichtung des Werkstücks auf den neuesten Stand aktualisiert wird.

11. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Einrichtung dazu ausgestaltet ist,

a) die Schleifscheibe (18) und den Tastkopf (25)

zu einer vorbestimmten Ausgangsstellung, zu bewegen,

b) die Schleifscheibe und den Tastkopf axial in bezug zum Werkstück (14) zu bewegen, bis der Tastkopf in radialer Richtung einem geforderten Ort gegenüberliegt, und anschließend

c) die Schleifscheibe sowie den Tastkopf radial mit Bezug zum Werkstück zu bewegen, bis der Tastkopf in seiner Arbeitsstellung an der Oberfläche des Werkstücks anliegt,

so daß die Abmessung des Werkstücks an diesem Ort zu bestimmen ist.

12. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Einrichtung die Bewegung des Tastkopfes (25) aus seiner Arbeits- in seine Ruhestellung und umgekehrt steuert.