DE3838751C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrichten einer Profilschleifscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und einen Apparat mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 2 zum Ausführen des Verfahrens.

Solche Profilschleifscheiben werden beim sogenannten Formschleifen oder Profilschleifen eingesetzt und weisen ein dem zu erzeugenden Profil komplimentäres Profil am Schleifscheibenumfang auf. Die Exaktheit des Profils an der Schleifscheibe bestimmt die Genauigkeit des damit am Werkstück erzeugten Profils.

Handelsübliche Schleifscheiben weisen von der Herstellung her jedoch einen zylindrischen Umfang auf. Vor dem ersten Einsatz für das Profilschleifen muß daher am zylindrischen Umfang der Schleifscheibe das gewünschte Profil durch Abrichten erzeugt werden. Ebenso muß das erzeugte Profil während des Einsatzes der Schleifscheibe immer wieder nachgerichtet werden, da es sich durch Abnutzung der Schleifscheibe verändert.

In beiden Fällen werden die Schleifscheibe und das Abrichtwerkzeug relativ zueinander entlang einer vorbestimmten Bahn geführt, die dem zu erzeugenden Profil entspricht. Diese Relativbewegung wird in aufeinanderfolgenden gleichbleibenden Bewegungszyklen immer wiederholt. Gleichzeitig erfolgt ein Zustellvorgang, bei dem die Schleifscheibe und das Abrichtwerkzeug relativ zueinander in einer Richtung quer zu dieser Bahn bewegt werden. Diese Zustellbewegung erfolgt in kleinen gleichbleibenden Schritten jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Bearbeitungszyklen. Aufgrund dieser Zustellschritte werden Schleifscheibe und Abrichtwerkzeug bei jedem Zyklus erneut in Kontakt gebracht. Die Relativbewegung entlang der vorbestimmten Bahn und die Zustellbewegung werden automatisch erzeugt. Es bedarf nun der Erfahrung einer Bedienungsperson der Schleifmaschine festzustellen, wann der Abrichtvorgang als beendet und das gewünschte Profil am Umfang der Schleifscheibe als erreicht angesehen werden kann. Wird der Abrichtvorgang zu früh abgebrochen, ist das Umfangsprofil der Schleifscheibe unvollständig oder fehlerhaft. Wird der Vorgang zu spät abgebrochen, so tritt einerseits ein unnötiger Verlust an Schleifscheibenmaterial auf, so daß ein häufigerer Wechsel der Schleifscheibe notwendig ist. Zum anderen verlängern sich die Bearbeitungsvorgänge aufgrund der unnötigen Verlängerung der dazugehörenden Abrichtvorgänge.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren so weiterzubilden, daß der Abrichtvorgang sofort, wenn das gewünschte Profil vollständig und exakt erreicht ist, automatish abgebrochen wird, so daß keine unnötige Verlängerung der Abrichtzeit oder eine unnötige Abarbeitung von Material der Schleifscheibe auftritt.

Diese Aufgabe ist bei dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Verfahren durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen zum Ausführen des Verfahrens geeigneten Apparat vorzuschlagen, der auf einfache und wirkungsvolle Weise die Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die Lehre des Patentanspruchs 2 gelöst.

Die Erfindung geht von der Erfahrung aus, daß aufgrund der beim Abrichten vorausgesetzten Bedingungen, nämlich gleichbleibende Bewegungsbahn und gleichbleibende Zustellschritte, eine nicht gleichförmige, aber stets zunehmende Berührungs- oder Kontaktdauer zwischen der Schleifscheibe und dem Abrichtwerkzeug während ein und desselben Abrichtvorganges auftritt. Dies ist für das erste Abrichten einer von der Herstellung her zylindrischen Schleifscheibe ohne weiteres einsichtig, da eine Berührung während des Abrichtens zunächst zwischen der Kante der Schleifscheibe und dem Abrichtwerkzeug stattfindet. Mit fortschreitendem Abrichten wird bei jedem folgenden Zyklus die Kontaktdauer gegenüber dem vorangegangenen Zyklus zunehmen. Ähnliches geschieht aber auch bei einer bereits benützten Profilschleifscheibe, da aufgrund der ungleichmäßigen Abnutzung des Profils zunächst nur vorstehende Bereiche der Schleifscheibe mit dem Abrichtwerkzeug in Kontakt treten. Auch hier nimmt somit die Kontaktzeit von Zyklus zu Zyklus ungleichförmig aber fortlaufend zu. Durch das Messen der Kontaktdauer kann daher das Fortschreiten des Abrichtvorganges überwacht werden.

Es ist ferner ersichtlich, daß dann, wenn das gewünschte Profil erreicht ist, die an der Schleifscheibe erzeugte Profillinie also mit der Bahn der relativen Bewegung zwischen Schleifscheibe und Werkzeug übereinstimmt, die Kontaktzeit den größten Wert erreicht hat und sich von Zyklus zu Zyklus nicht mehr ändert. Durch Vergleichen der bei jedem Zyklus gemessenen Kontaktzeiten kann also festgestellt werden, wann die Veränderung der Kontaktzeit gegen Null geht. Dieser Vorgang wird zum automatischen Abbrechen des Abrichtvorganges ausgenutzt.

Eine besonders einfache Realisierung ergibt sich, wenn man für den Antrieb des Abrichtwerkzeuges einen elektrischen Antriebsmotor verwendet und den von diesem Motor bei jedem Zyklus aufgenommenen Strom mißt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Stromaufnahme proportional mit der Zunahme der Kontaktzeit anwächst. Bei dieser praktischen Ausführung bleibt die Stromaufnahme zwischen zwei Zyklen nur in zwei Fällen unverändert, nämlich dann, wenn die Relativbewegung entlang der Bahn ohne Berührung stattfindet, also im Leerlauf, und dann wenn sich die Kontaktzeit nach Erreichen des gewünschten Profils nicht mehr verändert. Somit kann für jeden Zyklus die Berührungsdauer zwischen Abrichtwerkzeug und Schleifscheibe durch die Strom/Zeit-Kurve des Antriebes für das Abrichtwerkzeug repräsentiert werden. Durch Vergleichen z. B. der Flächen unter den Strom/Zeit- Kurven von aufeinanderfolgenden Zyklen kann man somit auf einfache Weise das Erreichen des gewünschten Profils feststellen und infolge davon den Abrichtvorgang gezielt und automatisch abbrechen.

Ein ähnliches Verfahren ist zwar bereits aus der US-PS 40 85 554 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch die Reaktionskraft zwischen der Schleifscheibe und einem Abrichtwerkzeug bei jedem Abrichtdurchgang gemessen. Ferner wird der Unterschied dieser Reaktionskräfte zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen gemessen. Lediglich der Abrichtvorgang wird auch dort schon dann automatisch abgebrochen, wenn der berechnete Unterschied unter einen vorbestimmten kleinen Wert absinkt.

Die weiteren Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Ausschnitt eine Schleifscheibe mit profiliertem Umfang in dem Zwi­ schenraum zwischen den Zähnen eines Zahnrades.

Fig. 2 im Ausschnitt die Schleifscheibe nach Fig. 1 in ihrem Bezug zu der Abrichtanordnung, wobei eine vorbestimmte Bahn des Abrichtwerkzeuges für das Profilieren des Umfanges der Schleifscheibe angedeutet ist.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Schleifmaschine und einer Anordnung zum Abrichten der Schleifscheibe.

Fig. 4 ist eine Ansicht einer Schleifscheibe und zeigt die Stufen bei der Abnahme der Schichten des Schleifscheibenmaterials während der Abrichtzyklen, und zwar beim anfänglichen oder ersten Abrichten einer neuen Schleifscheibe.

Fig. 5 zeigt eine durch Gebrauch abgenutzte Schleifscheibe mit dem durch erneutes Abrichten wieder herzustellenden Sollprofil und dem vorbe­ stimmten Weg des Abrichtwerkzeuges, wobei die Oberflächenungleich­ mäßigkeit der abgenutzten Schleifscheibe übertrieben dargestellt sind.

Fig. 6 veranschaulicht schematisch die Strom/Zeit-Kurve für jeden der aufein­ anderfolgenden Zyklen des Abrichtwerkzeuges.

Fig. 7 stellt schematisch ein Hardware-System dar, das für die Ausführung der Erfindung verwendet werden kann und

Fig. 8 zeigt das Software-Flußdiagramm für das System nach Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine kreisförmige Profilschleifscheibe 10 mit einem Umfangsprofil, das exakt die umgekehrte Form des Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Zähnen eines Werkstückes 12 aufweist, welches im vorliegenden Falle ein Zahnrad ist, das gerade mit der Schleifscheibe 10 geschliffen worden ist.

Das Abrichten der Schleifscheibe 10 wird im allgemeinen in der Weise ausgeführt, wie dies Fig. 3 zeigt. Die Schleifscheibe 10 wird unter Verwendung einer rasch rotierenden metallischen Abrichtrolle 14 genau profiliert, welche eingebettete Diamantkörner oder ein anderes hartes Material, z.B. kubisches Bornitrid enthält. Die Abrichtrolle 14 bewegt sich entlang einer vorbestimmten Bahn 16 in der in der Fig. 2 durch die Buchstaben V und W gekennzeichneten Ebene, um an der Schleifscheibe 10 das gewünschte Profil zu erzeugen. Dies wird erreicht mit Hilfe eines Elektromotors 22 und einer Spindel 20, welche die Abrichtrolle 14 trägt, die auf einer Führungseinrichtung 18 (Kreuzschlitten) angeordnet sind, die zwei lineare Bewegungsachsen (V- und W-Richtung) aufweist und von einer CNC-Steuerung gesteuert wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Elektromotor 22 auf einer Basis 24 abgestützt, welche in horizontaler Richtung in Führungen 26 eines Tragteils 28 hin und her bewegbar ist und zwar mit Hilfe einer aus einem Motor und einer Kugel-Gewindespindel bestehenden Zustelleinrichtung 30. Das Tragteil 28 wird auf Führungen 32 in senk­ rechter oder vertikaler Richtung mit Hilfe einer ebenfalls aus einem Motor und einer Kugel-Gewindespindel bestehenden Zustelleinrichtung 34 bewegt. Die die Schleifscheibe 10 tragende Spindel 36 wird durch einen Motor 40 angetrieben, der in senkrechter Richtung in Führungen 42 auf einer Säule 44 mit Hilfe eines Motors und einer Kugel-Gewindespindel 46 bewegbar ist.

Fig. 4 zeigt die Schleifscheibe 10 in ihrer ursprünglichen zylindrischen Form und auch eingezeichnet das gewünschte Profil bei 50. Die Fläche zwischen den Kanten und dem durch Abrichten erzeugten Profil ist das Material, das während des Abrichtens abgetragen werden muß. Wenn die Schleifscheibe 10 schrittweise in die Bahn der Abrichtrolle 14 bewegt wird, werden zuerst nur die Kanten abgetragen, die in Fig. 4 mit A bezeichnet sind. Nach und nach werden zunehmende Schichten von der Schleifscheibe in aufeinanderfolgenden Zyklen ab­ getragen, bis das Sollprofil, das bei 50 angedeutet ist, erreicht ist. Wenn der Abrichtvorgang zu früh abgebrochen wird, weist das Profil der Schleifscheibe 10 eine Zwischenform auf (in Fig. 4 mit B be­ zeichnet) was zu einem fehlerhaften Formschliff am Wachstuch führt. Wird dagegen der Abrichtvorgang zu spät abgebrochen, ergibt sich das Profil C. Dies ist zwar ein korrektes Profil. Es wurde jedoch mit einem unnöti­ gen Verlust an Schleifscheibenmaterial und einem unnötigen Aufwand an Be­ arbeitungszeit erreicht.

Wenn eine bereits benutzte Schleifscheibe 10 erneut abgerichtet werden muß, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Situation praktisch die gleiche. Hierbei werden zunächst die vorstehen­ den Stellen des Materials 52 abgearbeitet und kommen daher auch zuerst in Kontakt mit der Abrichtrolle 14. Darauf vergrößert sich allmählich die Berührung in den nachfolgenden Zyklen, bis das Sollprofil 50 er­ reicht und ein vollständiger Kontakt zwischen Schleifscheibe 10 und Abrichtrolle 14 vorliegt.

Der von dem Motor 22 benötigte Strom wird erfindungsgemäß in Bezug auf die Zeit als Diagrammbasis während der wiederholten Zyklen überwacht. Die Änderung des vom Motor 22 benötigten Stroms ist in Fig. 6 in einer Folge von Strom/Zeit-Diagrammen dargestellt. Wenn keine Berührung vorliegt (Zyklus 1), ist der Strom konstant und es wird nur so viel Strom vom Motor 22 verbraucht, wie es zum Leerlaufantrieb der Spindel 20 notwendig ist. Wenn eine Berührung zwischen der Abrichtrolle 14 und der Schleifscheibe 10 auftritt, wird die Dauer, während der der Motor 22 einen höheren Strom verbraucht, in aufein­ anderfolgenden Zyklen 1 bis 9 zunehmen, bis er sich z.B. in den Zyklen 10 und 11 stabilisiert. Dies ist der Zeitpunkt, in dem das volle vorbestimmte Profil (Sollprofil) an der Schleifscheibe 10 erreicht ist. Eine ähnliche Charakteristik kann man auch beobachten im Falle des Abrichtens einer benutzten Schleifscheibe 10 und in den dafür erforderlichen Abrichtzyklen mit der Ausnahme, daß der anfängliche Kontakt zwischen Schleifscheibe 10 und Abrichtrolle 14 nicht durch die Kanten einer Zylinderscheibe sondern durch die unregelmäßig vorstehenden Bereiche der Schleifscheibe 10 bestimmt wird.

Das Prinzip der Optimierungstechnik nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Strom/Zeit-Kurve des Motors 22 der Abrichtspindel 20 während der Ausführung jedes vollständigen Abrichtzyklus gemäß Fig. 6 zu integrieren. Die Integration wird mit Hilfe eines Computers ausgeführt und ergibt die Fläche unterhalb der Strom/Zeit-Kurve. Diese Fläche wird dann im Computer mit der entsprechenden Fläche des vorangegangenen Zyklus verglichen. Wenn eine Differenz zu dem Wert im gerade ablaufenden Zyklus besteht und diese Differenz merklich oder bedeutend größer als der Wert in dem vorvorhergehen­ den Zyklus ist, wird der Abrichtvorgang fortgesetzt. Wenn die Differenz jedoch gegen Null geht oder vernachlässigbar klein wird, kann der Abrichtvorgang abgebrochen werden und ist die Schleifscheibe 10 für den erneuten Einsatz bereit.

Die Fig. 7 zeigt die wesentliche Hardware, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden kann. Der Motor 22 zum Antreiben der Abrichtrolle 14 kann entweder ein Wechselstrom- oder ein Gleichstrommotor sein. Die Kraft zum Antreiben des Motors 22 wird von der Meßeinrichtung 60 gesteuert. Die Meßeinrichtung 60 liefert eine Spannung (V-Signal), die zu Überwachungszwecken proportional dem Strom ist, der von dem Motor verbraucht wird. Dieses Spannungssignal wird digitalisiert und im Computer der CNC-Steuerung verarbeitet.

Die Software für das System ist in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 8 gezeigt. Der vom Motor 22 verbrauchte Strom wird gemessen und integriert, um die Fläche unter der Strom/Zeit-Kurve für einen Abricht­ zyklus zu erhalten. Diese Fläche wird dann mit dem vorangegangenen Wert ver­ glichen, welcher die Fläche unter der Kurve des vorangegangenen Zyklus ist. Liegt eine Differenz vor, wird der gegenwärtige Wert wie der vorangegangene Wert in dem Computer gespeichert und der Abrichtzyklus fortgesetzt bis ein neuer gegenwärtiger Wert vorliegt. Liegt keine oder nur eine vernachlässigbare Differenz vor, wird der vorangegangene Wert auf Null gesetzt und der Abrichtvorgang beendet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abrichten einer Profilschleifscheibe, bei dem die Schleifscheibe und das Abrichtwerkzeug in sich wiederholenden Zyklen relativ zueinander entlang einer vorbestimmten und gleichbleibenden, dem zu erzeugenden Profil entsprechenden Bahn bewegt werden und jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Zyklen in Richtung quer zu dieser Bahn mit gleichbleibenden Schrittweiten aufeinander zu gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Kontaktes zwischen Schleifscheibe (10) und Abrichtwerkzeug (14) während eines jeden Zyklus gemessen wird, die Kontaktzeiten von jeweils aufeinanderfolgenden Zyklen verglichen werden und der Abrichtvorgang abgebrochen wird, wenn die Differenz der Kontaktzeiten von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen einen vorbestimmten kleinsten Wert unterschreitet.

2. Apparat zum Abrichten einer Profilschleifscheibe (10) mit einem vorbestimmten Umfangsprofil (50) nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einem Abrichtwerkzeug (14) und einer Führungseinrichtung (18) zum Führen des Werkzeuges (14) und der Schleifscheibe (10) relativ zueinander entlang einer Bahn (16), die dem zu erzeugenden Umfangsprofil entspricht, wobei die Führungseinrichtung (18) so ausgebildet ist, daß sich Abrichtwerkzeug (14) und Schleifscheibe (10) entlang dieser Bahn (16) in aufeinanderfolgenden gleichbleibenden Zyklen bewegen und mit einer Zustelleinrichtung (30) um das Abrichtwerkzeug (14) und die Schleifscheibe (10 in einer Richtung quer zu der Bahn (16) in gleichbleibenden Schritten und jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen aufeinander zuzubewegen, gekennzeichnet durch ein Steuersystem, das eine Meßeinrichtung (60) zum Bestimmen der Kontaktdauer während eines jeden Zyklus sowie eine Vergleichseinrichtung aufweist, um die Kontaktzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen zu vergleichen und den Abrichtvorgang zu beenden, wenn die Differenz der Kontaktzeiten den vorbestimmten kleinsten Wert unterschreitet.

3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (60) zum Bestimmen der Kontaktdauer die gemessenen Werte einem Computer zuleitet, der einen Speicher zum Speichern dieser Werte und einen Komparator zum Vergleichen dieser Werte aufweist.

4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrichtwerkzeug (14) eine drehangetriebene Abrichtrolle vorgesehen ist und die Meßeinrichtung (60) zum Bestimmen der Kontaktdauer einen Signalerzeuger aufweist, der ein die Kontaktzeit wiedergebendes Signal in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Motors (22) der Abrichtrolle während eines jeden Zyklus erzeugt, und daß der Komparator die Dauer der Leistungsaufnahmesignale von aufeinanderfolgenden Zyklen vergleicht.

5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (60) ein dem Strom, der von dem Motor (22) während eines Zyklus aufgenommen wird, proportionales Signal erzeugt.

6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Computer eine Integrierstufe aufweist, die für jeden Zyklus die Strom/Zeitkurve integriert, welche der Stromaufnahme des Motors (22) während der ganzen Dauer jedes Zyklus entspricht,
daß der Komparator die Integrationswerte von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen vergleicht und
daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die den Abrichtvorgang abbricht, wenn die Differenz der integrierten Werte einen vorbestimmten kleinsten Wert erreicht.