DE3828594C2 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern des damit durchgeführten Schleifvorgangs - Google Patents
Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern des damit durchgeführten SchleifvorgangsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine,
außerdem ein Verfahren zum Steuern des Schleifbetriebs einer numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschine.
Es geht um das Schleifen eines Werkstücks zu einer Walze oder - all
gemein - zu einem Körper mit einer rotationssymmetrischen Schleifflä
che.
Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, insbesondere
Rundschleifmaschinen und Walzenschleifmaschinen, mit
denen Werkstücke zu Körpern mit rotationssymmetrischer
Schleiffläche bearbeitet werden, sind im allgemeinen
so ausgelegt, daß sie das sich mit vorbestimmter Dreh
zahl drehende Werkstück dadurch bearbeiten, daß ein
Werkzeug radial in Richtung auf das Werkstück und von
diesem weg sowohl axial bezüglich des Werkstück be
wegt wird. Da das Werkzeug bewegt wird, besitzt die
Werkzeugmaschine einen Speicher zum Speichern von
numerischen Steuerdaten, durch die Radialbewegungs
hübe des Werkzeugs sukzessive programmiert sind, ab
hängig von der axialen Stellung des Werkzeugs. Eine
Steuereinheit liefert Steuerimpulse an Antriebsein
heiten, um das Werkzeug auf der Grundlage der numeri
schen Steuerdaten zu bewegen. Ein typischer Vertreter
der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinenen ist eine
Rundschleifmaschine.
Körper mit rotationssymmetrischer Schleiffläche (im
folgenden allgemein als Walzen bezeichnet), die von
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gefer
tigt werden, können unterschiedlichste Formen anneh
men, von einfachen zylindrischen Walzen über konische
Walzen, bis zu Körpern mit sinusförmiger oder ge
krümmter Außenumfangssfläche für verschiedene An
wendungsfälle. Früher wurden derartige "Walzen" mit
speziellen Umfangsformen hauptsächlich mit Hilfe von
Steuerkurven geschliffen. Die Verwendung von Steuer
kurven hat jedoch den Nachteil, daß für unterschied
liche Umfangsformen, verschiedener Längen, verschie
dener Radien oder andere Formen verschiedene Steuer
kurven verwendet werden müssen. Dies ist nicht wirt
schaftlich.
Die Herstellung eines Werkstücks mit einer relativ ein
fachen Umfangsform, die sich durch eine einfache Formel
beschreiben läßt, beispielsweise durch eine Sinuskurve,
ist relativ einfach. Bei einem solchen Bearbeitungs
vorgang wird der zu bearbeitende Werkstückabschnitt in
kleine Segmente unterteilt, von denen jedes annähernd
einer geraden Linie oder einer Kurve entspricht, um auf
diese Weise numerische Steuerdaten (ein Bearbeitungs
programm) zu erzeugen. Die so erzeugten numerischen
Daten werden zur Steuerung der Werkzeugmaschine ver
wendet. Da solche Bearbeitungsprogramme jedoch um
fangreich und kompliziert sind, eignen sie sich kaum
für die Herstellung von Walzenkörpern mit komplizier
ter Kontur.
Um ein Werkstück mit hoher Präzision zu einem walzen
förmigen Körper, d. h. zu einem Körper mit rotations
symmetrischer Schleiffläche, zu verarbeiten, muß die
Einschnittiefe, um die das Werkstück radial von einem
Werkzeug geschliffen wird (d. h. von einer sich drehenden
Schleifscheibe), während des Schleifvorgangs sorg
fältig beachtet werden. Wenn keine anderen Faktoren
oder Elemente berücksichtigt werden müßten, wäre eine
Ziel-(Soll-)Schnittiefe die gleiche wie die Netto-
Schnittiefe, so daß es möglich wäre, das Werkstück
exakt zu schleifen.
Bei einer Rundschleifmaschine ist jedoch die sich
drehende Schleifscheibe bei fortschreitendem Schleif
prozeß mehr und mehr verschlissen, so daß die tat
sächliche Schnittiefe kleiner ist als die vorgegene
Ziel-Schnittiefe. Da ferner während des Schleifvor
gangs die Schleifscheibe mit einem gewissen Druck
gegen das Werkstück gepreßt wird, wird das Werkstück
oder die Walze geringfügig elastisch verformt. Das
Ausmaß, um das die Walze elastisch verformt wird,
ist ebenfalls maßgeblich für die Reduzierung der tat
sächlichen Schnittiefe, die unter der vorgegebenen
Ziel-Schnittiefe liegt.
Das hochgenaue Schleifen eines Werkstücks zu einem
walzenförmigen Körper erfordert daher ein Bearbeitungs
programm, welches den Verschleiß der Schleifscheibe
und die elastische Verformung des Werkstücks (der
Walze) in Rechnung stellt. Da die Beträge für eine
Korrektur, die durch das Bearbeitungsprogramm be
züglich Verschleiß und elastischer Verformung von
Schleifscheibe zu Schleifscheibe und von Walze zu
Walze variieren, müssen Vorhersagewerte für die Kor
rekturbeträge für jede Schleifscheibe und für jede
Walze bestimmt werden. Das Ausmaß des Verschleißes
des Schleifscheibe variiert mit dem zeitlichen Ab
lauf des Schleifvorgangs, und es ist äußerst schwie
rig, ein numerisches Steuerprogramm zu erstellen,
welches eine solche zeitabhängige Änderung des Ver
schleißes berücksichtigt. Eine praktische Verfahrensweise
beim Schleifen eines Werkstücks mit Hilfe eines
Bearbeitungsprogramms bestand darin, die Abmessungen
einer Walze zu messen, um deren Dimensionsgenauigkeit
zu ermitteln, während sich die Schleifscheibe einer
Ziel-Stelle näherte, um die Schneidtiefe zu korrigie
ren und den Schleifvorgang erneut zu starten. Diese
Vorgehensweise ist jedoch nicht sehr effizient.
Walzen, die für eine längere Dauer in Betrieb gewesen
sind, sind unterschiedlich abgenutzt, abhängig davon,
wie sie eingesetzt worden sind und wofür sie verwendet
worden sind. Selbst eine einzelne Walze besitzt einen
Abschnitt, der stärker abgenutzt ist als ein anderer
Abschnitt. Um eine solche Walze wirksam schleifen zu
können, wurde der weniger abgenutzte Abschnitt intensiv
zu einer gewünschten Walzenform geschliffen. Dies wird
auch als Abdrehen bezeichnet.
Beim Abdrehen wird die individuelle Walzenform gemes
sen, um den Verschleiß zu prüfen, und auf der Grundla
ge der Messung wird ein Bearbeitungsprogramm zum
Schleifen der Walze erstellt. Alternativ wird zum
Schleifen der Walze ein Bearbeitungsprogramm verwen
det, welches die Walze auf einen gleichmäßiges Durch
messer schleift, ungeachtet des Verschleißes der Walze.
Bei der erstgenannten Vorgehensweise werden Bearbei
tungsprogramme für zu schleifende Walzen abhängig vom
Verschleißzustand der Walzen erstellt. Bei der letzt
genannten Vorgehensweise des gleichmäßigen Schleifens
müssen die Bearbeitungsprogramme nicht für einzelne
Walzen erstellt werden, aber es ergeben sich lange
Bearbeitungszeiten, da die Walzen ungeachtet ihres Ver
schleißzustands gleichmäßig geschliffen werden müssen.
Aus der US 4 516 212 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine
zum Rundschleifen eines Werkstücks bekannt, bei der das rotierende
Schleifwerkzeug von zwei Antriebseinrichtungen axial und radial zum
Werkstück bewegt wird. Mit Hilfe eines Radiussensors wird der aktuelle
Radius an der jeweiligen Schleifstelle der Walze bestimmt und mit dem
Soll-Radiuswert verglichen, wobei das Vergleichsergebnis in die Steue
rung des Schleifvorgangs bzw. der Schnittiefe eingeht. Die gewünschte
Walzenform ist durch die gewünschten Radiuswerte entlang der Walzen
länge (z-Achse) bestimmt und wird lediglich mit Hilfe einer einzigen
rotationssymmetrischen Funktion beschrieben, die ihrerseits durch Ver
wendung eines Lichtgriffels in Form von Meßpunkten in einen Rechner
eingegeben wird. Durch diese relativ beschränkte Eingabemöglichkeit
sind die möglichen Varianten der Walzenform eingeschränkt, es sei denn,
es wird für die Eingabe ein erheblicher Aufwand getrieben.
Aus der GB 1 385 317 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum
Steuern der Schnittiefe bei einer Werkzeugmaschine bekannt. Als rele
vante Meßgröße zum Steuern der Schnittiefe wird dazu der Antriebs
strom des Antriebsmotors des Schleifwerkzeugs erfaßt. Hierbei wird von
der Tatsache Gebrauch gemacht, daß der Antriebsstrom des Schleifwerk
zeugmotors sich bei Belastung des Schleifwerkzeugs ändert, und daß
diese Belastung des Schleifwerkzeugs in Zusammenhang steht mit der
Verformung oder dem Verschleiß des Werkzeugs.
Aus der JP-OS 61-182769 ist es bekannt, zur Stabilisierung der Ein
schnittiefe eines drehenden Schneidwerkzeugs den Strom des Antriebs
motors des Schleifwerkzeugs im lastfreien Zustand und im Lastzustand
zu ermitteln. Der Strom im lastfreien Zustand wird von dem Strom im
belasteten Zustand des Werkzeugs subtrahiert. Der Differenzwert wird
mit einem einer bestimmten Einschnittiefe entsprechenden Referenzwert
verglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine numerisch gesteuerte Werkzeugma
schine zum Rundschleifen eines Werkstücks anzugeben, die dieses mit
hoher Genauigkeit zu einer gewünschten Form schleift, wobei ein Ver
schleiß des Schleifwerkzeugs ebenso berücksichtigt wird wie die
elastische Verformung und eine lokale Abnutzung des Werkstücks. Au
ßerdem soll ein Verfahren zum Steuern einer numerisch gesteuerten
Werkzeugmaschine angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 9 angegebene
Erfindung gelöst.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, teilweise in Blockform
dargestellte Ansicht einer numerisch ge
steuerten Werkzeugmaschine;
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Prozesses zum Her
stellen einer Walze einer gewünschten
Form mit Hilfe der numerisch gesteuerten
Werkzeugmaschine,
Fig. 3a-3e Teilansichten zum Veranschaulichen von For
men und Parametern von Walzen,
Fig. 4 ein Diagramm, welches Speicherbereiche zum
Speichern von Walzenformen, Parametern und
weiteren Daten darstelt,
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Schleifscheiben-Antriebsmo
tor zugeführten Strom und der Schnittiefe
der Schleifscheibe,
Fig. 6 und 7 Teilansichten von Wegen, entlang denen Wal
zen durch Schleifscheiben geschliffen wer
den,
Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Überspring-Steuer
sequenz bei einem Schleifverfahren gemäß
der Erfindung,
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Ausmaß einer elastischen Ver
formung einer Walze und dem zum Antreiben
einer Schleifscheibe benötigten Antriebs
strom,
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen der Verschleißgeschwindigkeit der
Schleifscheibe und dem dem Schleifscheiben
antriebsmotor zugeführten Strom,
Fig. 11 ein Diagramm eines Rundschleifprozesses,
Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum
Korrigieren des Betrags, um den die Walze
zu Schleifen ist, abhängig von der elasti
schen Verformung der Walze und dem Ver
schleiß der Schleifscheibe,
Fig. 13 ein Flußdiagramm eines Rundschleifvorgangs
mit einem voreingestellten Strom im Rahmen
eines erfindungsgemäßen Schleifsteuerver
fahrens, und
Fig. 14-16 Teilansichten einer Schleifscheibe bei An
wendung des erfindungsgemäßen Schleifsteuer
verfahrens.
Im folgenden wird - wie auch oben - der Begriff "Walze"
stellvertretend für Werkstücke mit rotationssymmetrischer
Schleiffläche verwendet. Demnach bedeutet das Schleifen
einer Walze ein Rundschleifen, insbesondere ein Außenrund
schleifen.
Fig. 1 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer Ausfüh
rungsform einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
gemäß der Erfindung. Ein spanabhebend, insbesondere durch
Schleifen von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
zu bearbeitendes Werkstück (Walze) 2 ist zwischen einem
Spindelstock 4 und einem Reitstock 6 ausgerichtet mit
einer sich in Z-Richtung erstreckenden Achse 8 einge
spannt. Der Spindelstock 4 enthält eine Spindel, die von
einem Spindelmotor 10 gedreht wird, so daß sich die Wal
ze 2 mit vorbestimmter Drehzahl um die Achse 8 dreht.
Auf einem von einer Führung 14 geführten Gleittisch 16
ist als Schleifwerkzeug eine sich drehende Schleif
scheibe 12 montiert, die sich um eine Achse 18 dreht.
Der Gleittisch 16 ist entlang der Führung 14 durch einen
Servomotor 20 in Z-Richtung verschieblich. Insbesondere
kann der Gleittisch 16 radial zu der Walze 2 entlang
einem weiteren (nicht dargestellten) Führungsmechanis
mus in X-Richtung verschoben werden, indem er von einem
Servomotor 22 angetrieben wird. Die Schleifscheibe 12
wird von einem Schleifscheibenmotor 24 mit vorbestimmter
Drehzahl um ihre eigene Achse gedreht. Ein in den Motor
14 eingespeister Antriebsstrom (Laststrom) wird von
einem Detektor 26 erfaßt, der zur Schleifsteuerung
zum Korrigieren der Schnittiefe und dergleichen verwendet
wird. Eine numerische Steuereinheit 30 verteilt
Befehlsimpulse an Treibereinheiten 32, 34 und 36, die
die Servomotoren 20 und 22, den Spindelmotor 10 und
den Schleifscheibenmotor 24 ansteuern, um die Walze
2 sowie die Schleifscheibe 12 zu drehen und die
Schleifscheibe 12 in Z- und X-Richtung zu bewegen, da
mit die Walze 2 nach Maßgabe von numerischen Steuer
daten zu einer bestimmten Form geschliffen wird.
Die numerische Steuereinheit 30 enthält einen Prozessor
38, bei dem es sich beispielsweise um einen Mikrocom
puter handelt, einen Speicher 40 zum
Speichern eines Steuerprogramms, welches den Prozessor
38 in die Lage versetzt, eine numerische Steuerung
durchzuführen, sowie zum Speichern von numerischen
Steuerdaten, und einen Impulsverteiler 42, der Befehls
impulse oder Steuerimpulse an die Treibereinheiten 32,
34 und 36 nach Maßgabe der von dem Prozessor 38 gege
benen Befehle verteilt. Das Steuerprogramm sowie nu
merische Steuerdaten können über eine Eingabeeinheit
46 in die numerische Steuereinheit 30 eingegeben
werden. Bei 48 ist eine Anzeigeeinheit dargestellt,
bei der sich zum Beispiel um den Schirm einen Kato
denstrahlröhre handelt. R bezeichnet
eine Ziel-Schnittiefe, C eine Netto-Schnittiefe und
S einen Radius der Walze 2, bevor diese geschliffen
wird.
Die oben beschriebene numerisch gesteuerte Werkzeug
maschine arbeitet wie folgt:
Durch Eingeben von Formparametern in die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine wird diese in die Lage versetzt, Walzen 2 verschiedener Umfangsformen für verschiedenste Anwendungszwecke herzustellen. Anhand des in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramms soll nun ein Schleifvorgang erläutert werden.
Durch Eingeben von Formparametern in die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine wird diese in die Lage versetzt, Walzen 2 verschiedener Umfangsformen für verschiedenste Anwendungszwecke herzustellen. Anhand des in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramms soll nun ein Schleifvorgang erläutert werden.
Im Schritt S1 wird die Spannungsversorgung für die
numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine (im folgenden
NC-Maschine) eingeschaltet, und anschließend wird im
Schritt S2 der Gleittisch 16, auf dem die Schleif
scheibe 2 drehbar montiert ist, in eine Ausgangs
stellung zurückgefahren, indem der Gleittisch in
radialer Richtung (X-Achse) der Walze 2 und in axialer
Richtung (Z-Achse) der Walze 2 bewegt wird. Dieser
Vorgang wird unter Verwendung der Eingabeeinheit 46
durchgeführt, während der Rücklauf auf der an die
numerische Steuereinheit 30 angeschlossenen Anzei
geeinheit 48 überwacht wird.
Dann werden im Schritt S3 Koordinaten der Walze 2
eingestellt, um den Bewegungsbereich des Gleittisches
16 zu bestimmen. Im anschließenden Schritt S4 werden
die Form der Walze 2, die Nummer der Walze 2 und
Parameter der Walze ausgewählt und eingegeben. Vor
zugsweise befindet sich die numerische Steuereinheit
30 zu diesem Zeitpunkt in einer Aufbereitungsbetriebs
art, und die benötigten Daten können nach mehreren
Menues problemlos eingegeben werden, wobei die Me
nues sukzessive auf der Anzeigeeinheit 48 dargestellt
werden.
Der Speicher 40 besitzt Speicherbereiche zum Speichern
von Formen und Parametern mehrerer (im vorliegenden
Beispiel 10) Walzen 2. Zuerst wird eine Walzennummer
ausgewählt, dann wird die Walzenform ausgewählt. Zur
Verfügung stehen fünf Walzenformen, darunter eine
Sinusform, eine Kombination aus Sinusform, konischer
Form und Bogenformen, eine Kombination aus Bogenform,
konischer Form und Sinusform, eine rechtskonische
Form und eine linkkonische Form. Eine dieser Walzenformen
läßt sich durch eine entsprechende Codezahl
bestimmten. Es ist außerdem möglich, daß die Bedie
nungsperson andere Walzenformen erstellt und eine
solche andere Walzenform bestimmt.
Nachdem die Walzenform festgelegt ist, werden Para
meter eingegeben, die für die betreffende Walzen
form vorgegeben werden. Fig. 3a-3e zeigen Walzen
formen und -Parameter unterschiedlicher Walzen 2.
Fig. 3a zeigt eine Walze, deren Außenumfang sinus
förmig geschliffen werden soll. Der Parameter L
kennzeichnet eine gewünschte Krümmungslänge, der Pa
rameter D kennzeichnet die Krümmungstiefe, und der
Parameter RL kennzeichnet eine Walzenlänge. Fig. 31b
zeigt eine Walze 2, deren Außenumfang zu einer Kom
bination aus Sinuskurve, konischem Abschnitt und
Bogenform geschliffen werden soll. Die Parameter
L, D, RL sind die gleichen wie in Fig. 3a. Der Pa
rameter L1 kennzeichnet die Länge der Sinuskurve,
der Parameter L2 die Länge eines konischen Ab
schnitts, der Parameter A die Konizität, und der
Parameter r den Krümmungsradius des Bogens. Fig. 3c
zeigt eine Walze 2, deren Außenumfang zu einer Kom
bination aus Bogen, konischem Teil und Sinuskurve
geschliffen werden soll. Die dargestellten Parame
ter sind die gleichen wie in Fig. 3b. Fig. 3d
zeigt eine Walze 2, die rechtskonisch geschliffen
werden soll. Der Parameter RL bedeutet eine Walzen
länge, der Parameter L eine vorgegebene Formlänge,
und der Parameter A die Konizität. Fig. 3e zeigt
eine Walze 2, deren Außenumfang linkskonisch ge
schliffen werden soll. Die Parameter sind die glei
chen wie in Fig. 3d.
Diese Parameter sowie Walzennummern und Walzenformen können über
eine Tastatur der Eingabeeinheit 46 eingegeben werden. Die eingegebe
nen Walzenzahlen, Walzenformen und -parameter werden in dem Spei
cher 40 in gegenseitiger Beziehung zueinander gespeichert.
Fig. 4 ist eine Speicherübersicht des Inhalts des
Speichers 40, in dem die Walzenformen und Parameter
gespeichert werden. P1 bezeichnet Koordinaten des
linken Walzenendes, P2 Koordinaten der Walzenmitte
und P3 Koordinaten des rechten Walzenendes. Der
Speicherbereich Nummer 1 speichert die Walzenform
und Parameter für die Walze Nummer 1. Die gespeicher
te Walzenform ist eine der Codezahlen, welche die
Walzenformen gemäß Fig. 3a-3e kennzeichnen, und
die gespeicherten Parameter entsprechen der ge
speicherten Walzenform. Die Speicherbereiche 2 bis 10
speichern Walzenformen und Parameter für die Walzen
Nummer 2 bis 10.
Nachdem die Walzenzahl oder -nummer, die Walzenform und die Para
meter im Schritt 4 eingegeben worden sind, werden
in einem Schritt S5 nach Maßgabe einer vorbestimm
ten Formel, die der festgelegten Walzenform ent
spricht, Punktmengendaten berechnet, die numerische
Steuerdaten (ein Bearbeitungsprogramm) darstellen.
Handelt es sich bei der Walzenform beispielsweise
um die in Fig. 3a dargestellte Sinusform, so beträgt
die Schnittiefe X, bis zu der die Walze 2 von der
Schleifscheibe 12 in radialer Richtung geschliffen
werden muß:
Wobei O ≦ Z ≦ L; Z die axiale Position der Walze 2
und θ ein Parameter ist, der kennzeichnend ist
für die Werkzeugmaschine und bestimmt wird durch die Krümmung der
Kurve, beispielsweise der Sinuskurve. Die Punktmengendaten, die nach
der obigen Formel berechnet werden, werden anschließend im Speicher
40 in Beziehung zu der Walzennummer und der Walzenform gespeichert.
Nachdem die die numerischen Steuerdaten bildenden
Punktmengendaten berechnet und in dem Speicher 40 in
einem vorbestimmten Bereich abgespeichert wurden,
werden die gespeicherten Punktmengendaten in einem
Schritt 6 sukzessive ausgelesen, und die Bewegung
der Schleifscheibe 12 in axialer Richtung (Z-Achse)
und radialer Richtung (X-Achse) wird auf der Grund
lage der Punktmengendaten zum Schleifen der Walze 2
zu einer gewünschten gewölbten Kurve gesteuert. Nach
dem die Walze 2 in einem Schritt S7 über ihre ge
samte Länge geschliffen ist, wird in einem anschließen
den Schritt S8 geprüft, ob ein Befehl zum Schleifen
einer weiteren Walze vorliegt. Falls ja, werden die
oben erläuterten Schritt S3 bis S7 wiederholt. Falls
kein derartiger Befehl vorliegt, wird die Spannungs
versorgung für die NC-Maschine abgeschaltet, und
der Schleifvorgang ist beendet.
Zum effizienten und sehr genauen Schleifen einer Walze 2 mit Hilfe
einer NC-Maschine wie beispielsweise einer NC-Rundschleifmaschine,
ist es nögit, beim Schleifen der Walze 2 den Verschleiß der Schleif
scheibe 12, lokalen Verschleiß der Walze 2 durch langen Gebrauch oder
eine elastische Verformung der Walze 2 zu berücksichtigen.
Im folgenden sollen verschiedene Bearbeitungsfunktionen
der NC-Maschine erläutert werden.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der in den zum
Drehen der Schleifscheibe 2 in den Schleifscheiben
motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I und dem Bewegungs
hub der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung der Walze
2, d. h. der Schnittiefe C. Der Antriebsstrom I und die
Schnittiefe C stehen miteinander durch die Funktion I =
h(c) in Beziehung, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Während sich der Schleifscheibenmotor 24 mit vorbe
stimmter Drehzahl dreht, ist das durch den Schleifschei
benmotor 24 erzeugte Drehmoment τ proportional
zu der zwischen Schleifscheibe 12 und der Walze 2 erzeug
ten Reibungskraft θ. In einem Bereich, in welchem
die Schnittiefe C nicht besonders groß ist, ist die Rei
bungskraft θ proportional zu der Schnittiefe C, und
zwar monoton steigend. Es gilt also
τ ∝ θ ∝ C,
oder τ ∝ θ = h(C)
wobei h(c) eine monoton steigende Funktion ist. Wenn
es sich bei dem Schleifscheibenmotor 24 um einen Gleich
strommotor handelt, ist das erzeugte Drehmoment τ
proportional zum Antriebsstrom I. Es gilt also
I ∝ t
Aus der oben angegebenen Beziehung gemäß den Formeln
(1) und (2) erhält man also eine einfache proportionale
Beziehung oder eine monoton steigende Beziehung in
folgender Form:
I = h(C)
zwischen der Schnittiefe C und dem Antriebsstrom I.
Die Schnittiefe C der Schleifscheibe 12 läßt sich also
aus der Stärke des Antriebsstroms I bestimmen. Selbst
wenn der Schleifscheibenmotor 24 ein Wechselstrommotor
ist, zum Beispiel ein Induktionsmotor, ist es möglich,
aus dem Antriebsstrom I das erzeugte Drehmoment τ
zu bestimmen und somit läßt sich im Grunde genommen
die Schnittiefe C aus dem Antriebsstrom I in der glei
chen Weise bestimmen wie bei einem Gleichstrommotor
eines Schleifscheibenmotors 24.
Der in den Schleifscheibenmotor 24 eingespeiste Antriebs
strom I wird von dem Detektor 26 erfaßt, und die Bewe
gung der Schleifscheibe 12 in radialer Richtung (X-
Achse) der Walze 2 wird von dem Prozessor 38 derart
gesteuert, daß die Walze 2 bis zu einer Schnittiefe
geschliffen werden kann, die einem voreingestellter
Strom entspricht, um die Walze 2 zu schleifen, während
sich die Schleifscheibe 12 in axialer Richtung der
Walze 2 bewegt. Fällt der Antriebsstrom I unter einen
voreingestellten Stromwert ab, wird die Schleifscheibe
12 in radialer Richtung (X-Achse) der Walze 2 bewegt,
um in die Walze 2 einzuschneiden, bis der voreinge
stellte Stromwert erreicht ist. Nach dem Erreichen
des voreingestellten Stroms wird die Bewegung der
Schleifscheibe 12 in axialer Richtung umgekehrt, und
die Walze 2 wird bis zu ihrem stirnseitigen Kragen
geschliffen. Durch einen solchen Schleifvorgang läßt
sich die durch längeren Gebrauch lokal abgenutzte
Walze 2 automatisch an einem weniger abgenutzten
Abschnitt schleifen, ohne daß numerische Steuerdaten
abhängig von Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Verschleißstellen
verschiedener Walzen 2 erstellt wer
den müssen. Die Walze 2 läßt sich also effizient
gleichförmig bis zu dem am meisten abgenutzten Bereich
der Walze abschleifen.
Fig. 6 und 7 zeigen Bewegungswege der Schleifscheibe
12 beim sogenannten Abdrehen von Walzen 2. Sowohl in
Fig. 6 als auch in Fig. 7 ist die zu schleifende Walze
2 fest zwischen Spindelstock 4 und Reitstock 6 einge
spannt und wird mit vorgegebener Drehzahl des Spindel
motors 10 gemäß Fig. 1 gedreht.
Fig. 6 zeigt eine Walze 2, die in einem mittleren Be
reich stärker abgenutzt ist als an den beiden Enden.
Die Schleifscheibe 12 beginnt mit dem Schleifen der
Walze 2 an Punkten P1 und P3 an den Enden oder Kragen
der Walze 2. Die Schnittiefe C der Schleifscheibe 12
in radialer Richtung der Walze 2 ist im Speicher 40
der numerischen Steuereinheit 30 als voreingestellter
Stromwert eingestellt, wobei es sich um einen Schwel
lenwert handelt, der verglichen wird mit dem in den
Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Antriebsstrom,
d. h. mit dem von dem Detektor 26 erfaßten Strom.
Fig. 7 zeigt einen Abdrehvorgang zum Bearbeiten
einer konvexen Kronwalze mit gekrümmter Außenform,
wobei die Walze zu einer konkaven Kronwalze ge
schliffen werden soll. Die Schleifscheibe 12 be
ginnt mit dem Schleifvorgang der Walze 12 an einem
mittleren Punkt P2, bei dem das Ausmaß des Ver
schleißes gering ist.
Bei dem Abdrehvorgang bewegt sich die Schleifschei
be 12 von dem Startpunkt P1 oder P3 (Fig. 6) oder
dem Startpunkt P2 (Fig. 7) aus in axialer Richtung
der Walze 2, während die Schleifscheibe radial in
die Walze 2 einschneidet. Vor dem Schleifvorgang
wird die Schleifscheibe 12 in radialer Richtung
(X-Achse) der Walze 2 bewegt, und wenn die Schleif
scheibe 12 mit der Walze 2 in Berührung gelangt,
ändert sich der in den Schleifscheibenmotor 24 ein
gespeiste Strom. Durch Erfassen des in den Motor
24 eingespeisten Stroms und durch Vergleichen des
erfaßten Stroms mit einem voreingestellten Schwellen
wert läßt sich also bestimmen, ob die Schleifscheibe
10 die Walze 2 berührt hat oder nicht. Nach der Be
rührung zwischen Schleifscheibe 12 und Walze 2
wird die Ausführung eines Bearbeitungsprogramms,
gemäß welchem die Schleifscheibe 12 in Richtung
auf die Walze 2 bewegt wird, unterbrochen, und es
wird ein anderes Bearbeitungsprogramm ausgeführt.
Das Ausmaß der Radialbewegung der Schleifscheibe
12, welches in einem Schritt des unterbrochenen
Programms festgelegt ist, wird gelöscht.
Anschließend wird auf der Grundlage des nächsten
Programms die Schleifscheibe 12 in axialer Richtung
(Z-Achse) der Walze 2 zum Schleifen der Walze be
wegt. Wenn die Schleifscheibe 12 einen weniger ab
genutzten Bereich der Walze 2 erreicht, verringert
sich der in den Schleifscheibenmotor 24 fließende
Strom. Daraufhin wird die Bewegungsrichtung der
Schleifscheibe 12 entlang der Achse der Walze 2
umgekehrt, um den Schleifvorgang in der entgegen
gesetzten Richtung fortzusetzen. Deshalb kann die
Walze 2 wirksam abgedreht oder geschliffen werden,
ohne daß die Form jeder abzudrehenden Walze gemes
sen und ein Bearbeitungsprogramm für eine solche
Walze erstellt werden muß.
Fig. 8 zeigt eine Sprung-Steuersequenz zum Umschalten
von radialer Bewegung der Schleifscheibe 12 auf
axiale Bewegung der Schleifscheibe während des Schleifvorgangs.
In einem Schritt S11 wird der Wert eines Ziel- oder
Sollstroms (voreingestellter Strom) für den Schleif
scheibenmotor 24 als Vorgabewert eingegeben, um einen
Abdrehvorgang oder einen Bearbeitungsbefehl (ein Be
arbeitungsprogramm), beispielsweise ein Schleifschei
ben-Berührbefehl, auszuführen. Der Detektor 26 über
wacht den Schritt S12 den in den Schleifscheibenmotor
24 eingespeisten Antriebsstrom, und der von dem De
tektor 26 ermittelte Antriebsstrom wird im Schritt
S13 von dem Prozessor 26 verglichen mit dem Soll
stromwert. Wenn der erfaßte Strom im Schritt S13 den
Wert des Sollstroms erreicht hat, wird das dann aus
geführte Bearbeitungsprogramm unterbrochen, und im
Schritt S14 wird ein Fertig-Status eingestellt, wo
raufhin der verbleibende Bewegungsweg für die Schleif
scheibe 12 gelöscht wird. Dann wird ein Folgeprogramm
ausgeführt, um die Schleifscheibe 12 beispielsweise
in axialer Richtung der Walze 2 zu bewegen.
Wenn der erfaßte Strom im Schritt S13 noch nicht den
Sollwert erreicht hat, wird in einem Schritt S15 ge
prüft, ob die Achsen-Sollverteilung bereits beendet
ist oder nicht. Falls ja, wird ein Fehlerzustand
deklariert, und im Schritt S16 wird ein Fehlerstatus
gesetzt. Falls die Achse-Sollverteilung noch nicht
fertig ist, wird im Schritt S17 ein Solldrehzahlwert
ausgegeben, und der Bearbeitungsvorgang wird vom
Schritt S12 an wiederholt.
Im folgenden soll eine Korrekturfunktion beschrieben
werden, die die NC-Maschine gemäß der Erfindung zum
Korrigieren des Schleifhubs aufweist.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausmaß der
elastischen Verformung E der zu schleifenden Walze
2 und dem Wert des in den Schleifscheibenantriebs
motor 24 eingespeisten Antriebsstroms I. Die Walze
2 wird beim Schleifvorgang elastisch verformt, und
zwar hauptsächlich durch die Kraft, mit der die
Schleifscheibe 12 gegen die Walze gedrückt wird.
Je stärker der in den Schleifscheibenmotor 24 ein
gespeiste Antriebsstrom I ist, desto größer ist das
vom Motor 24 erzeugte Drehmoment, und desto größer
ist die Kraft, mit der die Schleifscheibe 12 gegen
die Walze 2 drückt. Deshalb wird die Walze 2
elastisch proportional zu dem in den Motor 24 ein
gespeisten Antriebsstrom I verformt. Das Ausmaß
dieser elastischen Verformung E der Walze 2 ist
eine monoton ansteigende Funktion:
E = f(I)
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Verscheiß
geschwindigkeit der Schleifscheibe 12 und dem Wert
des in dem Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten An
triebsstroms I. Verschleiß der Schleifscheibe 12
ist bedingt durch die Reibung zwischen Schleifschei
be 12 und Walze 2. Wie oben erwähnt, ist die zwischen
der Schleifscheibe 12 und der Walze 2 erzeugte Rei
bungskraft θ proportional zu dem von dem Schleif
scheibenmotor 24 erzeugten Drehmoment τ, und dass
Drehmoment τ wiederum ist proportional zu dem
in den Motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I. Folg
lich ist das Ausmaß des Verschleißes W der Schleif
scheibe 12 auch eine Funktion des Antriebsstroms I
des Motors 24. Das Ausmaß des Verschleißes W der
Schleifscheibe 12 steht in Beziehung zu der Zeit, in
welcher die Schleifscheibe 12 und die Walze 2 gegen
einandergepreßt werden. Die Verschleißgeschwindigkeit
ΔW der Schleifscheibe 12 (d. h.: die Ge
schwindigkeit, mit der die Schleifscheibe 12 von
einem Zeitpunkt t bis zu einem Zeitpunkt t + Δτ
verschlissen wird, wird durch folgende Funktion aus
gedrückt:
ΔW = g(I)
Deshalb ist das Ausmaß des Verschleißes der Schleif
scheibe 12 das Integral der Verschleißgeschwindigkeit
ΔW über die Zeit:
Fig. 11 zeigt einen Rundschleifprozeß, der die oben
erläuterten Betrachtungen in Rechnung stellt. Wenn man
annimmt, daß die Walze 2 vor dem Schleifen einen Ra
dius S hat und ihre Ziel-Schnittiefe R beträgt, (siehe
Fig. 1), so ist die Netto-Schnittiefe C die gleiche
wie die Ziel-Schnittiefe R, falls es keine elastische
Verformung der Walze 2 gäbe und die Schleifscheibe 12
keinem Verschleiß unterläge. Damit würde gelten:
S - R = S - C
Da jedoch die Netto-Schnittiefe C tatsächlich verringert
wird durch das Ausmaß der elastischen Verformung E der
Walze 2 und das Ausmaß des Verschleißes W der Schleif
scheibe 12, erhält man:
S - R = S - C + E + W,
und es ist unmöglich, die Walze 2 zu der gewünschten
Form zu schleifen.
Das Ausmaß der elastischen Verformung E der Walze 2
ist proportional zu dem in den Schleifscheibenmotor
24 eingespeisten Antriebsstrom I (siehe Fig. 9), und
die Verschleißgeschwindigkeit ΔW der Schleifschei
be 12 ist eine Funktion des in den Motor 24 einge
speisten Stroms I (siehe Fig. 10). Das Ausmaß des Ver
schleißes W wird entsprechend der Gleichung (6) be
stimmt als ein zeitliches Integral der Verschleißge
schwindigkeit ΔW. Unter der Annahme, daß die Summe
des Ausmaßes der elastischen Verformung E der Walze 2
und des Ausmaßes des Verschleißes W der Schleifscheibe
12 einen Fehler D darstellt, läßt sich die Walze 2 zu
der gewünschten Form schleifen, indem man den Fehler
D = E + W berechnet, der beim Rundschleifprozeß 50
in Fig. 11 erzeugt wird, und um den die Netto-Schnitt
tiefe C kleiner ist als die Ziel-Schnittiefe R, und
indem man die Ziel-Schnittiefe R um den Fehler D
korrigiert.
Wie oben in Verbindung mit den Fig. 5, 9 und 10 er
läutert wurde, stehen die Schnittiefe C, das Ausmaß
der elastischen Verformung E und das Ausmaß des Ver
schleißes W in einer gewissen Beziehung zu dem in den
Motor 24 eingespeisten Antriebsstrom I. Im Hinblick
darauf wird die Stärke des Laststroms (der Wert des
Antriebsstroms) Im, der in den Schleifscheibenmotor
24 eingespeist wird, von dem in Fig. 1 gezeigten De
tektor 26 erfaßt, und das Ausmaß der elastischen Ver
formung E sowie das Ausmaß des Verschleißes W werden
von dem Prozessor 38 in der numerischen Steuereinheit
30 berechnet, und die Ziel-Schnittiefe R wird korri
giert durch das Ausmaß der elastischen Verformung
E und das Ausmaß des Verschleißes W, um die Abtrag
menge oder Schleifmenge der Walze 2 automatisch zu
korrigieren.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum
Korrigieren des Schleifhubs beim Schleifen der Walze
2. Beim Rundschleifprozeß zum Schleifen der Walze
reduziert sich die Schnittiefe C aufgrund des Ver
schleißes der Schleifscheibe 12 und der elastischen
Verformung der Walze 2. Die Einrichtung enthält eine
Korrektureinrichtung für elastische Verformung, 52,
eine Verschleißkorrektureinrichtung 54 und einen
Schleifregler 56 des Prozessors 38 in der numerischen
Steuereinheit 30.
Numerische Steuerdaten (die Bewegungshübe in axialer
und radialer Richtung der Walze 2 darstellen) für
die Schleifscheibe 12 werden als Befehle gegeben, und
auf der Grundlage der gegebenen Befehle wird ein Soll
stromwert Is für den Schleifscheibenmotor 24 einge
stellt. Der in den Motor 24 eingespeiste Ist-Strom
wird als Laststrom Im von dem Detektor 26 in Fig. 1
erfaßt.
Die Korrektureinrichtung für elastische Verformung,
52, berechnet das Ausmaß der elastischen Verformung E
aus dem Sollstrom Is und dem Ist-Laststrom Im wie
folgt:
E = f(Im) = k.ΔI
wobei k ein Verformungs-Korrekturkoeffizient für die
Werkzeugmaschine und ΔI die Differenz zwischen dem
Sollstrom Is und dem Iststrom Im ist. Unter Berück
sichtigung einer Totzone δ, bei der es sich um
einen Systemparameter der NC-Maschine handelt, be
stimmt sich ΔI wie folgt:
ΔI = Is - Im - δ
Im - Is < δ;
wobei
ΔI = 0
wobei -δ ≦ Im - Is ≦ δ;
ΔI = Is - Im + δ
wobei δ < Im - Is.
Das so berechnete Ausmaß der elastischen Verformung E
wird auf die Ziel-Schnittiefe R addiert. In ähnlicher
Weise berechnet die Verschleißkorrektureinrichtung 24
das Ausmaß des Verschleißes W aus dem Sollstrom Is und
dem Laststrom Im wie folgt:
ΔW = g(Im) = q.Is.Im
wobei q ein Verschleißkorrekturkoeffizient der Werk
zeugmaschine ist. Die Verschleißgeschwindigkeit ΔW
ist eine Schnittiefe pro Zeiteinheit und entspricht
der Geschwindigkeit V mit der die Schleifscheibe 12
in die Walze 2 radial einschneidet. Da die Walze 2 von
der Schleifscheibe 12 mit der Geschwindigkeit V ge
schliffen wird, ist der Bewegungshub der Schleifschei
be 12 in radialer Richtung ein Integral der Geschwin
digkeit, und das Ausmaß des Verschleißes W wird auf
die Ziel-Schnittiefe R addiert. Als Resultat wird die
Schnittiefe, korrigiert, um das Ausmaß der elastischen
Verformung E der Walze 2 und das Ausmaß des Verschleis
ses W der Schleifscheibe 12, als Sollwert an den Rund
schleifprozeß 50 gegeben, so daß die Walze 2 zu der
gewünschten Form geschliffen werden kann.
Der Sollstromwert Is, der Verformungskorrekturkoeffi
zient k und der Verschleißkorrekturkoeffizient q kön
nen gemeinsam in Form von Befehlescodes in dem nume
rischen Steuerprogramm eingestellt werden, oder die
Werte können als Parameter über die Eingabeeinheit
46 eingegeben werden, die an die numerische Steuerein
heit 20 angeschlossen ist, so daß die Werte in den
Speicher 40 angespeichert werden.
Der Verschleißkorrekturkoeffizient q ist möglicher
weise nicht konstant, da das Ausmaß des Verschleißes
W der Schleifscheibe 12 während des Schleifvorgangs
zeitlich schwankt. Das Ausmaß des Verschleißes W be
stimmt sich abhängig von der Drehzahl der Schleif
scheibe 12, der Schnittiefe, der Geschwindigkeit, mit
der die Schleifscheibe in axialer Richtung verschoben
wird, der Form und dem Material der Walze 2 und ande
ren Faktoren, und der Wert wird üblicherweise für die
betreffende Werkzeugmaschine empirisch ermittelt.
Wenn allerdings das Schleifvermögen der Schleifscheibe
12 durch starke Belastung oder durch Ablösen der
Oberflächenschicht der Schleifscheibe 12 verringert
ist, reicht der oben erläuterte Verschleißkorrektur
vorgang nicht aus, um die Schnittiefe genügend zu
korrigieren.
Um dieses Problem zu lösen, wird der Verschleißkorrekturkoeffzient q
ermittelt und korrigiert auf der Grundlage eines Zeitintervalls T, in
welchem eine Verschleißkorrektur erfolgt, sowie der Differenz ΔI zwi
schen dem Sollwert Is und dem in den Motor 24 eingespeisten Laststrom
Im.
In das Bearbeitungsprogramm wird ein "Verschleißkoeffi
zient-Lernbefehl" eingefügt, und der Koeffizient q
wird berechnet und korrigiert in einem vorbestimmten
Zeitintevall. Dies geschieht in der in Fig. 12 ge
zeigten Verschleißkorrektureinrichtung 54 auf der
Grundlage folgender Beziehung:
wobei α ein Lernkoeffizient ist, bei dem es sich um
einen der Werkzeugmaschine eigenen Parameter handelt,
und q (neu) und q (alt) ein momentaner bzw. ein voraus
gehender Verschleißkorrekturkoeffizient ist. Die Dif
ferenz ΔI zwischen den Strömen wird gemäß Gleichungen
(8) bis (10) berechnet, wobei die Totzone δ berück
sichtigt wird. Wenn der Sollstrom Is und der Last
strom Im innerhalb der Totzone δ liegen, bleibt der
Verschleißkorrekturkoeffizient q (neu) unverändert.
Wenn der Sollstrom Is und der Laststrom Im die Totzone
δ überschreiten, ändert sich der Verschleißkorrektur
koeffizient q (neu) proportional zu dem Betrag, um den
der Sollstrom Is und der Laststrom Im die Totzone δ
überschreiten. Zu der Zeit, in der die Schnittiefe
C entsprechend dem Iststrom Im stark schwankt wird
also der Verschleißkorrekturkoeffizient q automatisch
korrigiert, da das Ausmaß des Verschleißes oder das
Schleifvermögen der Schleifscheibe 12 sich ändert.
Demzufolge läßt sich die Walze 2 ungeachtet der Art
und Weise, wie der Zustand der Schleifscheibe 12
variiert, mit hoher Genauigkeit schleifen.
Die erfindungsgemäße NC-Werkzeugmaschine besitzt eine
Funktion, nach welcher die Schleifscheibe 12 in der
Lage ist, auf der Grundlage eines voreingestellten
Stroms bis zu einer gegebenen Schnittiefe in die Walze
2 einzuschneiden. Der Laststrom Im des Schleifschei
benmotors 24 wird von dem Detektor 26 erfaßt, der
erfaßte Laststrom Im wird im Prozessor 38 verglichen
mit einem voreingestellten Sollstrom Is, und die
Schleifscheibe 12 schneidet radial in die Walze 2
mit vorbestimmter Geschwindigkeit ein, bis der Last
strom Im des Motors 24 den Sollstrom Is erreicht,
um dadurch die Walze 2 bis zu einer vorbestimmten
Schnittiefe abzuschleifen. Der in Fig. 12 gezeigte
Schleifregler vergleicht den von dem Detektor 26
erfaßten Laststrom Im mit dem Sollstrom Is und
steuert den Servomotor 22 so, daß die Schleifscheibe
12 abhängig von der Differenz zwischen den Strömen
mit vorbestimmter Geschwindigkeit so radial in die
Walze 2 einschneidet, daß die gewünschte
Schnittiefe C erhalten wird. Der Schleifregler 56 ar
beitet, wenn ein Befehl zum Schleifen der Walze 2
auf der Grundlage des Sollstroms in dem Bearbeitungs
programm enthalten ist. Wenn die Befehle zu Korrek
tur der elastischen Verformung und des Verschleißes
im selben Programmblock enthalten sind wie der Be
fehl zum Schleifen der Walze 2 auf der Grundlage des
Sollstroms, werden diese Befehle für die Korrektur
der elastischen Verformung und des Verschleißes
nicht berücksichtigt.
Fig. 13 veranschaulicht die Funktion, gemäß der die
Schleifscheibe 12 in die Lage versetzt wird, auf
der Grundlage des voreingestellten Stroms in die
Walze 2 einzuschneiden. Zunächst werden als Befehle
zum Steuern der Schleifscheibe 12 numerische Steuer
daten gegeben (die Bewegungshübe der Schleifscheibe
12 in axialer und radialer Richtung der Walze 2,
der Sollstrom Is für den Schleifscheibenmotor 24,
etc.), und die Walze 2 wird auf der Grundlage dieser
Befehle im Schritt S21 geschliffen. Der Sollstrom
Is kann in dem Bearbeitungsprogramm vorgegeben sein
oder kann über die Parametereinstellfunktion der
Eingabeeinheit 46 eingegeben werden, beispielsweise
über eine Tastatur in Verbindung mit der Anzeigeeinheit
48 (diese ist zum Beispiel eine Kathodenstrahl
röhre), so daß die eingegebenen Werte im Speicher
40 gespeichert werden.
Wenn der Sollstrom Is eingestellt ist und auf der
Grundlage des Sollstroms Is ein Befehl zum Schleifen
der Walze 2 gegeben wird, wird der Schleifregler
56 betätigt, um den in den Motor 24 eingespeisten
Laststrom und den Sollstrom Is zu vergleichen (Schritt
22). Wenn der Laststrom Im kleiner ist als der Soll
strom Is, wird die Schleifscheibe 12 angetrieben, um
mit folgender Geschwindigkeit V in die Walze 2 ein
zuschneiden:
wobei a, b und c für die Werkzeugmaschine typische
Systemparameter sind. Dies geschieht in den Schritten
S23a, S24a, S25a und S26a. Ist der Laststrom Im
größer als der Sollstrom Is, wird die Schleifscheibe
12 mit folgender Geschwindigkeit V von der Walze 2
fortbewegt:
Dies geschieht in den Schritten S23b, S24b, S25b und
S26b. Wenn der Laststrom Im den Sollstrom Is erreicht,
wird der Befehl zum Schleifen der Walze 2 auf der
Grundlage des Sollstroms im Schritt 27 gelöscht, und
die Schleifscheibe 12 wird lediglich in axialer Rich
tung (Z-Achse) der Walze 2 bewegt (Schritt 28). Dann
erreicht die Schleifscheibe 12 eine gegebene Position
in Richtung der Z-Achse, woraufhin die Bewegung der
Schleifscheibe 12 entlang der Z-Achse beendet wird
(Schritt 29). Die Walze 2 ist somit bis auf
eine vorbestimmte Schnittiefe durch die Schleifscheibe
12 geschliffen.
Im folgenden werden Schleifbetriebsarten entsprechend
den dargestellten Ausführungsformen auf der Grundlage
der oben erläuterten verschiedenen Funktionen in Kom
bination miteinander erläutert. Die Schleifbetriebs
arten umfassen zum Beispiel ein Querschleifen zum
Schleifen einer Walze, während einer adaptive Steuerung
durch Korrigieren des Verschleißes der Schleifscheibe
und außerdem durch Korrigieren der elastischen Ver
formung der Walze erfolgt, ein Querschleifen, bei dem
eine Zwischen-Schneidgeschwindigkeit spezifiziert
wird, und ein Querschleifen, bei welchem in die Walze
an deren Enden eingeschnitten wird. Für diese drei
Querschleifbetriebsarten werden spezielle Befehlscodes
(besondere Befehle) festgelegt. Auf der Grundlage ver
schiedener Paramter, die zusammen mit einem ausgewählten
Befehlscode gegeben werden, werden Befehle zum Ausführen
der oben angegebenen verschiedenen Schleiffunktionen
freigegeben, um die entsprechende Querschleifbetriebs
art zu erhalten.
Fig. 14 zeigt einen Bewegungsweg der Schleifscheibe 12
in der Querschleifbetriebsart mit adaptiver Steuerung.
In dieser Querschleifbetriebsart wird ein Code gegeben,
welcher einen der Betriebsart entsprechenden speziellen
Befehl repräsentiert. Außerdem werden Paramter gegeben,
welche einen Sollstrom Is für den Schleifscheibenmotor
24, Schleifendpunkte P1 bis P3 (siehe Fig. 6), die An
zahl N von Querbewegungen, eine Verweilzeit t, während
der sich die Schleifscheibe an einem Ende der Walze 2
aufhält, und die Geschwindigkeit F, mit der die Schleif
scheibe 12 vorgeschoben wird, kennzeichnen. Ansprechend
auf den speziellen Befehlscode werden die Verschleiß
korrekturfunktion und die Verformungskorrekturfunktion
freigegeben, so daß die Walze in der gleichen Weise
geschliffen wird, als ob Befehlscodes für die indivi
duellen Korrekturfunktionen vorhanden wären.
Wie Fig. 14 zeigt, schleift die Schleifscheibe 12 die
Walze 2, während sie sich in axialer Richtung der
Walze 2 bewegt. In einer Zone (1) bewegt sich die
Schleifscheibe 12 entlang einer Bahn, die durch die
Anfangseinstellung der Walze 2 definiert wird. In
einer Zone (2) schneidet die Schleifscheibe 12, wäh
rend sie sich in axialer Richtung (Z-Achse) der Walze
2 bewegt, in die Walze 2 radial (X-Achse) ein, bis
der Laststrom Im, der in den Schleifscheibenmotor
24 eingespeist wird, den Sollstrom Is erreicht. Dann
schleift die Schleifscheibe 12 in einer Zone (3) die
Walze 2, indem sie in axialer Richtung traversiert,
wobei die Verschleißkorrektur und die Verformungs
korrektur erfolgen. In einer Zone (4) wird der Ver
schleißkorrekturkoeffizient q auf der Grundlage des
Zeitintervalls, in welchen die Verschleißkorrektur
soweit durchgeführt wurde, und der Differenz zwischen
dem Sollstrom Is und dem Laststrom Im des Schleif
scheibenmotors 24 variiert, um eine Anpassung an das
Ausmaß des Verschleißes der Schleifscheibe 12 zu
schaffen, welches mit dem zeitlich fortschreitenden
Schleifvorgang variiert. In einer Zone (5) wird unter
Verwendung des geänderten Verschleißkorrekturkoeffi
zienten q die Schleifscheibe 12 zu einem querliegenden
Endpunkt bewegt, während die Schleifkorrektur und die
Verformungskorrektur wie in der Zone (3) durchge
führt werden. In einer Zone (6) bewegt sich die
Schleifscheibe 12 entlang der Walzenform, die durch
die Anfangseinstellung definiert ist. Dann verweilt
die Schleifscheibe 12 für eine festgelegte Verweil
zeit t in einer Zone (7). Anschließend werden die
Bewegungen zur Durchführung des Querschleifens ent
sprechend den Zonen (1)' bis (6)' und (7)' für N Querbewegungen
wiederholt.
Fig. 15 zeigt den Bewegungsweg der Schleifscheibe 12
beim Querschleifbetrieb, wobei eine mittlere Schneid
geschwindigkeit festgelegt ist. In dieser Querschleif
betriebsart sind ebenfalls ein für einen speziellen
Befehl kennzeichnender Code sowie Parameter gegeben,
welche einen Sollstrom Is, Startpunkte P1 bis P3, die
Anzahl N von Querbewegungen, eine Verweilzeit t, eine
Vorschubgeschwindigkeit f und eine mittlere Schneid
geschwindigkeit V repräsentieren. Bei diesem Quer
schleifbetrieb schneidet die Schleifscheibe 12 mit
der festgelegten Schleifgeschwindigkeit V radial (X-
Achse) in die Walze ein, bis der Sollstrom Is erreicht
ist, bevor ein seitlicher Endpunkt erreicht wird. Die
Schleifscheibe 12 folgt dem in Fig. 15 durch Pfeile
angedeuteten Weg. Das Werkstück 2 wird in einer ro
tationssymmetrische Walzenform gebracht, indem es
entlang einer definierten Kontur bis hinab zu einem
am meisten verschlissenen Bereich geschliffen wird,
bevor der eigentliche Schleifvorgang beginnt. In der
Querschleifbetriebsart wird nur die Funktion des
Schleifens der Walze 2 auf der Grundlage des vorein
gestellten Stroms durchgeführt, während die adaptiven
Steuerfunktionen, wie beispielsweise die Verschleiß
korrektur und die Verformungskorrektur, nicht durchge
führt werden.
Fig. 16 zeigt den Bewegungsweg der Schleifscheibe 12
in einer Querschleifbetriebsart, in welcher die Schleif
scheibe 12 an den beiden Enden der Walze in diese ein
schneidet. Bei dieser Querschleifbetriebsart sind ein
Code, der den entsprechenden, speziellen Befehl kenn
zeichnet, sowie Parameter gegeben, die kennzeichnend
sind für die Startpunkte P1 bis P3, die Anzahl N von
Querbewegungen, eine Verweilzeit t, eine Vorschubgeschwindigkeit
F, ein Maß der elastischen Verformung
E an den Endpunkten und eine Schneidgeschwindigkeit
V an den Endpunkten. Bei dieser Querschleifbetriebsart
beginnt, wie durch Pfeile in Fig. 16 angedeutet, die
Schleifscheibe 12 von den jeweiligen Positionen aus
in entgegengesetzte Richtungen zu traversieren und
schneidet an den entgegengesetzten Enden in die Walze
2 ein. Dies geschieht mit N Querbewegungen bei der
Schneidgeschwindigkeit V mit dem Ausmaß der elasti
schen Verformung E. Wenn die laufenden Position der
Schleifscheibe 12 dem Punkt P1 oder P3 entspricht,
kann man auf die Festlegung des Querdurchlauf-Endpunkts
verzichten. Bei dieser Querlauf-Schleifbetriebsart
wird die Schleifsteuerung auf der Grundlage des in
den Schleifscheibenmotor 24 eingespeisten Laststroms
nicht durchgeführt.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird auf
der Grundlage der Tatsache, daß der in den Schleif
scheibenmotor eingespeiste Antriebsstrom und die
Schnittiefe der Schleifscheibe in einer gewissen Be
ziehung zueinander stehen, der Antriebsstrom von
einem Detektor erfaßt, und die Schnittiefe, um die
die Schleifscheibe in die Walze einschneidet, wird
so gesteuert, daß der Antriebsstrom einen voreinge
stellten Strom erreicht. Das Werkstück wird zu einer
gewünschten Form geschliffen, indem wiederholt die
Bewegung der Schleifscheibe in axialer Richtung des
Werkstücks umgekehrt wird. Es ist daher nicht nötig,
den Verschleißzustand des abzudrehenden Werkstücks
zu messen und numerische Steuerdaten zum Abdrehen
des Werkstücks zu programmieren. Das Werkstück wird
mit hoher Effizienz geschliffen. Durch einfaches
Einstellen einer Schnittiefe für die Schleifscheibe
als in den Schleifscheibenmotor einzuspeisenden
Antriebsstrom, durch Einstellen eines Startpunkts
und durch Geben eines Abdrehbefehls läßt sich die
jenige Zone des Werkstücks, die weniger abgenutzt
ist, automatisch bis auf eine gewünschte Schnitt
tiefe abschleifen. Dieser erfindungsgemäße Prozeß
ist wirtschaftlicher als das gleichförmige Abschlei
fen des Werkstücks.
Wenn der Antriebsstrom eine vorbestimmte Vergleichs
bedingung erfüllt, wird die Steuerung vom laufenden
Bearbeitungsprogramm transferiert zu einem Nachfol
ge-Bearbeitungsprogramm, so daß einfach und genau ohne
Messung der Werkstück-Form und ohne Erstellung eines
Bearbeitungsprogramms festgestellt werden kann, wie
die Schleifscheibe mit dem Werkstück in Berührung
gelangt. Deshalb läßt sich die Richtung, in der sich
die Schleifscheibe bezüglich des Werkstücks bewegt,
für ein effizienteres Schleifen des Werkstücks auto
matisch umkehren.
Claims (15)
1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zum Rundschleifen eines
Werkstücks (2) zu einer gewünschten Walzenform, wozu das Werkstück
(2) mit vorbestimmter Drehzahl um seine Drehachse gedreht und ein
Schleifwerkzeug (12) radial und axial zum Werkstück (2) bewegt wird,
mit folgenden Merkmalen:
- - eine erste Antriebseinrichtung (22), die das Schleifwerkzeug (12) radial zum Werkstück (2) bewegt;
- - eine zweite Antriebseinrichtung (20), die das Schleifwerkzeug (12) axial zum Werkstück (2) bewegt;
- - eine Eingabeeinheit (46) zur Eingabe von Walzenformdaten, welche (i) eine Walzennummer zur Identifizierung einer Walze, (ii) eine Walzen form, welche eine oder eine Mehrzahl von Kurvenformen aufweist, und (iii) Walzenparameter (L, D, RL, A) für die Kurvenformen enthalten;
- - eine Punktmengendaten-Recheneinrichtung zur Berechnung von Punkt mengendaten für die Kurvenformen anhand vorbestimmter Formeln und der Walzenformdaten;
- - eine Speichereinrichtung (40) zur Speicherung der Walzenformdaten für eine Mehrzahl von gewünschten Walzenformen und ihrer entsprechenden Punktmengendaten;
- - eine auf das Auswählen einer gewünschten Walzenform ansprechende Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Betriebs der ersten und zweiten Antriebseinrichtung (22, 20) nach Maßgabe der Punktmengendaten der ausgewählten gewünschten Walzenform, um das Werkstück (2) zur ge wünschten Walzenform zu schleifen.
2. Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schleifwerkzeug (12) eine drehbare Schleifscheibe ist.
3. Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Punktmengendaten-Recheneinrichtung und die Steuereinrich
tung (30) einen Prozessor (38) enthalten.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kurvenformen eine Sinusform, eine rechtskonische
Form, eine linkskonische Form, eine Bogenform oder eine Kombination
aus diesen Formen enthalten.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Walzenparameter eine Krümmungslänge L, eine
Krümmungstiefe D und eine Walzenlänge RL festlegen.
6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Punktmengendaten-Recheneinrichtung eine Ein
richtung zur Berechnung einer Schnittiefe (X) in radialer Richtung eines
Schnitts in eine Walze aufweist, wobei die Schnittiefe (X) wie folgt
definiert ist:
wobei Z die axiale Position der Walze (2) kennzeichnet, und θ einen Parameter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.
wobei Z die axiale Position der Walze (2) kennzeichnet, und θ einen Parameter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.
7. Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgen
den Merkmalen:
- - eine Detektoreinrichtung (26), die einen Antriebsstrom erfaßt, der einem das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebsmotor (24) zugeführt wird;
- - eine Verschleißkorrektureinrichtung, die das Ausmaß des Verschleisses des Schleifwerkzeugs (12) als Korrekturbetrag für die Bewegung des Schleifwerkzeugs (12) in radialer Richtung des Werkstücks (2) auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms berechnet; und
- - eine Einrichtung zum Addieren des Bewegungskorrekturbetrags des Schleifwerkzeugs (12) auf einen Ziel-Bewegungsbetrag des Schleifwerk zeugs (12), um eine durch Verschleiß des Schleifwerkzeugs bedingte Reduzierung des Schleifabriebs zu kompensieren.
8. Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgen
den Merkmalen:
- - eine Detektoreinrichtung (26), die einen Antriebsstrom erfaßt, der einem das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebsmotor (24) zugeführt wird;
- - eine zur Korrektur elastischer Verformungen vorgesehene Korrekturein richtung, die das Ausmaß der elastischen Verformung des Schleifwerk zeugs (12), hervorgerufen durch das Schleifen des Werkstücks (2) mit dem Schleifwerkzeug (12) in radialer Richtung zum Werkstück (2), als Bewegungskorrekturbetrag des Schleifwerkzeugs (12) auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms berechnet; und
- - eine Einrichtung zum Addieren des Bewegungskorrekturbetrags des Schleifwerkzeugs (12) auf einen Ziel-Bewegungsbetrag des Schleifwerk zeugs (12), um eine durch elastische Verformung des Schleifwerkzeugs (12) bedingte Reduzierung des Schleifabriebs zu kompensieren.
9. Verfahren zum Steuern des Schleifbetriebs einer numerisch gesteuer
ten Werkzeugmaschine, die zum Rundschleifen eines Werkstücks (2) in
eine Walzenform mit rotationssymmetrischer Schleiffläche dient, wozu das
Werkstück (2) mit vorbestimmter Drehzahl um eine Drehachse gedreht
und ein Schleifwerkzeug (12) radial und axial zum Werkstück bewegt
wird, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Auswählen eines Werkstücks (2);
- - Auswählen einer gewünschten Walzenform, welche eine oder eine Mehrzahl von Kurvenformen aufweist, außerdem Walzenparameter für die Kurvenformen;
- - Speichern von Walzenformdaten gemäß der Auswahl in einem Speicher (40);
- - Berechnen von Punktmengendaten für die Kurvenformen anhand der Walzenformdaten und vorbestimmter Formeln;
- - Speichern der Punktmengendaten im Speicher (40) innerhalb eines Speicherbereichs, der dem ausgewählten Werkstück (2) entspricht; und
- - Lesen der Punktmengendaten aus dem Speicher (40) und Steuern des Schleifwerkzeugs auf der Grundlage der Punktmengendaten, um das Werkstück (2) zur ausgewählten Walzenform zu schleifen.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schleifwerkzeug (12) eine drehbare Schleifscheibe ist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurvenformen eine Sinusform, eine rechtskonische Form, eine links
konische Form, eine Bogenform oder eine Kombination aus diesen For
men enthalten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Walzenparameter eine Krümmungslänge L, eine
Krümmungstiefe D und eine Rollenlänge RL festlegen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß der Schritt zur Berechnung von Punktmengendaten einen Schritt
zur Berechnung einer Schnittiefe (X) in radialer Richtung eines Schnitts
in eine Walze beinhaltet, wobei die Schnittiefe (X) wie folgt definiert ist:
wobei Z die axiale Position der Walze kennzeichnet und θ einen Para meter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.
wobei Z die axiale Position der Walze kennzeichnet und θ einen Para meter darstellt, der durch die Krümmung der Kurvenform bestimmt ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit folgenden Ver
fahrensschritten:
- - Erfassen eines Antriebsstroms, der einem Antriebsmotor (24) zum Drehen des Schleifwerkzeugs (12) zugeführt wird;
- - Veranlassen des Schleifwerkzeugs (12), radial in das Werkstück (2) einzuschneiden, bis der Wert des erfaßten Antriebsstroms einen vorein gestellten Stromwert erreicht;
- - anschließendes Bewegen der Schleifscheibe (12) in axialer Richtung zum Werkstück (2), um das Werkstück (2) zu schleifen;
- - wenn der Wert des erfaßten Antriebsstroms unter den voreingestellten Stromwert fällt, Veranlassen des Schleifwerkzeugs (12), radial in das Werkstück (2) einzuschneiden, bis der Wert des erfaßten Antriebsstroms den voreingestellten Stromwert erreicht; und
- - Umkehren der Bewegung des Schleifwerkzeugs (12) in axialer Richtung des Werkstücks (2), um dieses kontinuierlich zu schleifen.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, mit folgenden
Verfahrensschritten:
- - Erfassen eines in einen das Schleifwerkzeug (12) drehenden Antriebs motor (24) eingespeisten Antriebsstroms;
- - Berechnen eines Korrekturbewegungsbetrags des Schleifwerkzeugs (12) entsprechend dem Ausmaß des Verschleisses des Schleifwerkzeugs (12) für die Radialrichtung des Werkstücks auf der Grundlage des erfaßten Antriebsstroms;
- - anschließendes Korrigieren eines Verschleißkorrekturkoeffizienten in einem vorbestimmten Zeitintervall auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Wert eines Sollstroms, der dem Antriebsmotor zuzuführen ist, und dem erfaßten Wert des Antriebsstroms, sowie des vorbestimmten Zeitintervalls; und
- - Korrigieren des Korrekturbewegungsbetrags des Schleifwerkzeugs (12) sukzessive mit dem Verschleißkorrekturkoeffizienten, sowie Addieren des korrigierten Betrags auf einen Ziel-Bewegungsbetrag, um eine durch Verschleiß des Schleifwerkzeugs (12) bedingte Reduzierung des Schleif abriebs beim Schleifen des Werkstücks (2) zu kompensieren.
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