DE4023587A1 - Verfahren zum umfangsschleifen von radial unrunden werkstuecken - Google Patents
Verfahren zum umfangsschleifen von radial unrunden werkstueckenInfo
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umfangsschleifen von
radial unrunden Werkstücken, bei dem das Werkstück um eine
erste Achse gedreht wird und eine Schleifscheibe entlang einer
zweiten Achse, die mit der ersten Achse einen Winkel von
vorzugsweise 90° einschließt, zugestellt wird, wobei das
Werkstück an seiner Oberfläche, ausgehend von einer Rohkontur,
entlang von spiralartigen Bahnen eines Eingriffspunktes in
einer Mehrzahl von jeweils einer Umdrehung des Werkstücks
entsprechenden Schritten zu Zwischenkonturen und schließlich
zu einer Fertigkontur abgetragen wird, indem das Werkstück
und die Schleifscheibe in Abhängigkeit von Datensätzen in
vorbestimmter Weise gedreht bzw. zugestellt werden, wobei
jeweils nach Erreichen einer Zwischenkontur ein neuer Datensatz
für die folgende Umdrehung des Werkstücks aufgerufen wird und
bei dem eine vorbestimmte absolute Abmessung des Werkstücks
kontinuierlich gemessen und eine Abweichung von einem Soll-
Wert ermittelt wird.
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der
DE-PS 37 02 594 bekannt.
Beim Umfangsschleifen von radial unrunden Werkstücken, bei
spielsweise beim Umfangsschleifen von Nocken einer Nockenwelle
oder von Polygon-Profilen, werden heute numerisch gesteuerte
(CNC) Schleifmaschinen eingesetzt. Beim Bearbeiten der Werk
stücke werden die Werkstücke eingespannt und um ihre Längsachse
(sogenannte C-Achse) mittels einer steuerbaren Werkstückdreh
einrichtung gedreht. Die Schleifscheibe ist demgegenüber auf
einem Schleifschlitten angeordnet, der auf die Drehachse des
Werkstücks zu entlang einer weiteren Achse (sogenannte X-Achse)
zustellbar ist. Die C-Achse und die X-Achse stehen üblicherweise
aufeinander senkrecht.
Das gewünschte Umfangsprofil des Werkstücks, also z. B. die
Nockenform oder die Polygon-Form, werden nun dadurch erzeugt,
daß in Abhängigkeit voneinander das Werkstück um die C-Achse
in vorbestimmten Winkelschritten gedreht und zugleich die
Schleifscheibe entlang der X-Achse linear zugestellt wird.
Diese beiden aufeinander abgestimmten Bewegungen beschreiben
im sogenannten "Bahnbetrieb" das jeweils gewünschte Profil
des Werkstücks, während im sogenannten "Zustellbetrieb" eine
weitere Zustellbewegung überlagert wird, die der gewünschten
Materialabtragung entspricht.
Um die C-Achse und die X-Achse in der beschriebenen Weise in
Abhängigkeit vom jeweils gewünschten Umfangsprofil des Werk
stücks zu bewegen, sind in der Steuerung der Schleifmaschine
Datensätze abgelegt. Diese Datensätze ordnen jeder Winkelstel
lung der C-Achse eine bestimmte lineare Einstellung der X-
Achse zu, wobei die Werte der Datensätze so aufeinander abge
stimmt sind, daß gerade das gewünschte Umfangsprofil entsteht,
und zwar unter Berücksichtigung sowohl des "Bahnbetriebes"
wie auch des "Zustellbetriebes".
Werkstücke der hier interessierenden Art werden zur Durchführung
derartiger Verfahren als Rohlinge angeliefert, d. h. als Werk
stücke, die gegenüber dem gewünschten Fertigmaß noch ein
beträchtliches Aufmaß aufweisen, das es mit dem jeweiligen
Verfahren abzutragen gilt. Da jedoch das Gesamtaufmaß, d. h.
der geometrische Abstand der Rohkontur von der gewünschten
Sollkontur, im allgemeinen größer ist als es der in einem
Bearbeitungsschritt abtragbaren Menge an Werkstoff entspricht,
werden die bekannten Verfahren üblicherweise in mehreren
Schritten nacheinander durchgeführt. So werden üblicherweise
zunächst einige Schrupp-Schritte mit relativ großer Zustellung
und nachfolgend einige Schlicht-Schritte mit entsprechend
kleinerer Zustellung ausgeführt, bis das fertig geschliffene
Werkstück schließlich ausgefahren, d. h. aus der Werkstückauf
nahme ausgespannt wird.
Infolge dieser schrittweisen Bearbeitung des Werkstücks von
der Rohkontur zur Sollkontur wird der Eingriffspunkt der
Schleifscheibe am Werkstück entlang einer spiralartigen Bahn
geführt, die an einem ersten Eingriffspunkt der Schleifscheibe
an der Rohkontur des noch unbearbeiteten Werkstücks beginnt
und schließlich auf einem Endpunkt der Fertigkontur des fertig
bearbeiteten Werkstückes endet.
Es ist bei derartigen mehrschrittigen Bearbeitungsverfahren
bekannt, für jeden Schritt, d. h. für jede Umdrehung des Werk
stücks, einen bestimmten Datensatz vorzusehen, der jeweils
von einer zuvor erreichten Zwischenkontur zur jeweils nächsten
Zwischenkontur reicht. Üblicherweise wird hierzu für jeden
derartigen Schritt ein Datensatz in der numerischen Steuerung
der Werkzeugmaschine abgelegt, damit diese Datensätze beim
Bearbeiten der Werkstücke zeitsparend nacheinander abgerufen
werden können. Es wäre zwar auch möglich, für jeden neuen
Bearbeitungsschritt die erforderlichen Datensätze während des
Verfahrens zu berechnen, mit den heute verfügbaren Mitteln
wäre dies jedoch zu zeitaufwendig, weswegen man üblicherweise
sämtliche Datensätze zuvor festlegt und als feste Daten in
der Steuerung abspeichert.
Bei der realen Bearbeitung unrunder Werkstücke können nun
zahlreiche Störeinflüsse auftreten, die zu Bearbeitungsfehlern
führen. Ein erster Störeinfluß kann dadurch entstehen, daß
ein an den Enden eingespanntes Werkstück, beispielsweise eine
lange dünne Welle, gegenüber der sich anlegenden Schleifscheibe
radial ausweicht. Ein weiterer Störeinfluß besteht in thermi
schen Längenveränderungen bei Bauteilen der Werkzeugmaschine
und auch beim Werkstück selbst. Ein weiterer Störeinfluß ergibt
sich aus dynamischen Schleppfehlern, wenn nämlich die Schleif
maschine zum Ausführen eines Unrund-Schleifverfahrens relativ
große Massen (Schleifschlitten) relativ schnell verfahren
muß. Schließlich entstehen auch Störeinflüsse durch die Ab
nutzung der Schleifscheibe, durch Lageveränderung beim Ein
und Ausspannen und dergleichen mehr.
Die sich aus diesen Störeinflüssen ergebenden Fehler unterteilt
man in die sogenannten Formfehler und die sogenannten Maßfehler.
Bei den Formfehlern wird lediglich die Abweichung von der
ideal vorgegebenen Form berücksichtigt, ohne daß dabei absolute
Abmessungen eine Rolle spielen. Bei den Maßfehlern werden
hingegen nur die absoluten Abmessungen bestimmter charakteristi
scher Punkte des erzeugten Profils überprüft, während die
Formtreue im übrigen unberücksichtigt bleibt.
Bei den früher üblichen Verfahren, wie sie beispielsweise in
der DE-Z "Werkstatt und Betrieb", 118 (1985), Seiten 443
bis 448), beschrieben sind, wurde zum Schleifen von Nocken
einer Nockenwelle zunächst eine Nockenwelle mit vorgegebenen
Datensätzen geschliffen. Die Nockenwelle wurde alsdann aus
der Schleifmaschine ausgespannt, an einem anderen Ort vermessen,
und es wurden die Formfehler bestimmt. Aus den ermittelten
Formfehlern der real geschliffenen Nockenwelle wurden dann
Korrekturwerte für die Datensätze abgeleitet, um weitere
Nockenwellen dann mit korrigierten Datensätzen schleifen zu
können.
Diese herkömmliche Vorgehensweise ist jedoch mit mehreren
Nachteilen behaftet. Zum einen bleiben die erwähnten Maßfehler
unberücksichtigt, und zum anderen bringt das erwähnte Umspannen
der Werkstücke einen erheblichen Zeitaufwand mit sich sowie
das Risiko weiterer Fehler.
Aus der eingangs genannten DE-PS 37 02 594 ist nun ein weiteres
Schleifverfahren bekannt, bei dem ein unrundes Werkstück
(Nockenwelle) während der Einspannung in der Schleifscheibe
mittels Meßtastern vermessen wird, um Maßfehler zu ermitteln.
Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst der erste Nocken
der Nockenwelle mit vorgegebenen Daten geschliffen, alsdann
werden mittels der genannten Meßtaster die Maßfehler ermittelt,
und es werden die Datensätze der Steuerung der Schleifmaschine
sofort korrigiert, damit dann alle weiteren Nocken der Nocken
welle mit den korrigierten Werten geschliffen werden können.
Dieses Verfahren hat damit den wesentlichen Vorteil, daß in
ein- und derselben Aufspannung eine Korrektur der Maßfehler
zumindest für die weiteren Nocken der Nockenwelle vorgenommen
werden kann. Allerdings verbleibt bei dem genannten Verfahren
ein gewisser Nachteil dadurch, daß der erste Nocken noch mit
den unkorrigierten Datensätzen geschliffen wurde. Außerdem
ist dieses bekannte Verfahren nicht bei solchen unrunden
Werkstücken anwendbar, bei denen am Werkstück nur ein einziges
Unrundprofil vorgesehen ist. Dies ist z. B. bei Polygon-Wellen
oder Polygon-Verbindungen mit Außen- oder Innen-Polygon der
Fall.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß
Bearbeitungsfehler vom ersten Eingriff der Schleifscheibe am
Werkstück an erkannt, überwacht und für die Steuerung der
Werkzeugmaschine ausgewertet werden, so daß die geschliffenen
Werkstücke in vollem Umfange maßtreu sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Abweichung mit Schwellwerten verglichen wird und daß bei
Unterschreiten der Schwellwerte eine vorbestimmte Anzahl von
Schritten übersprungen wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird nämlich im Gegensatz
zum Stand der Technik ein geregeltes Verfahren eingesetzt,
bei dem die Abmessungen des Werkstücks durch kontinuierliches
Messen überwacht werden, indem ein Vergleich mit einem Sollwert
stattfindet. Wenn der für die jeweilige Bearbeitung oder
Bearbeitungsphase vorgesehene Soll-Wert erreicht wurde, wird
die Bearbeitung abgebrochen, mit der Folge, daß stets ein
Werkstück erzeugt wird, das genau die gewünschten Abmessungen
aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher erstmals,
unrunde Werkstücke bereits bei der allerersten Bearbeitung
maßgenau zu schleifen. Aber auch bei Werkstücken, z. B. Nocken
wellen, bei denen an mehreren Stellen des Werkstücks gleiche
Unrundprofile geschliffen werden sollen, ist es mit dem erfin
dungsgemäßen Verfahren möglich, bereits an der ersten Bear
beitungsstelle, z. B. am ersten Nocken, ein maßgetreues Profil
zu erzeugen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind eine erste Mehrzahl von Schrupp-Schritten und
eine nachfolgende zweite Mehrzahl von Schlicht-Schritten
vorgesehen, und es werden bei Unterschreiten des Schwellwertes
während eines Schrupp-Schrittes alle weiteren Schrupp-Schritte
übersprungen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei einem Bearbeiten in
mehreren Phasen (Schruppen/Schlichten) im Verlaufe einer der
mehreren Bearbeitungsphasen das Erreichen eines Zwischen-Soll-
Wertes überwacht wird, um sogleich das Ende dieser Bear
beitungsphase einzustellen.
In entsprechender Weise können bei einer Mehrzahl von Schlicht-
Schritten und einem nachfolgenden Ausfahrschritt bei Unter
schreiten des Schwellwertes während eines Schlicht-Schrittes
alle weiteren Schlicht-Schritte übersprungen werden.
Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei nachfolgenden
Bearbeitungsphasen einsetzbar oder aber beim Bearbeiten von
Werkstücken, die nur mit einer einzigen Bearbeitungsart bear
beitet werden.
Es ist ferner im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt,
wenn während einiger der Mehrzahl von Schritten ein endlicher
Betrag einer Zustellung vorgegeben und der Betrag für zeitlich
aufeinanderfolgende Schritte unterschiedlich bemessen wird.
Insbesondere kann dabei der Betrag der Zustellung für zeitlich
aufeinanderfolgende Schritte abnehmen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß je nach vorliegendem
Umfangsprofil, Werkstoff oder Schleifscheibenart das abzutra
gende Aufmaß für zeitlich aufeinanderfolgende Bearbeitungs
schritte individuell festgelegt werden kann.
Um im Rahmen der vorliegenden Erfindung die oben erwähnte
vorbestimmte Anzahl von Schritten überspringen zu können,
bieten sich beispielsweise zwei Möglichkeiten an:
Bei einer ersten Variante eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung wird eine Mehrzahl von Schritten vorgesehen, die
größer ist als die im ungünstigsten Fall für das jeweilige
Werkstück erforderliche Anzahl, und es werden bei Unterschreiten
des Schwellwertes die noch nicht abgearbeiteten Schritte
übersprungen.
Alternativ dazu kann aber auch mit einer Schleife gearbeitet
werden, indem eine Mehrzahl von Schritten vorgesehen wird,
bei der die letzten Schritte durch eine Wiederholung eines
bestimmten Schrittes gebildet werden und bei Unterschreiten
des Schwellwertes diese Wiederholung abgebrochen wird.
Während sich im erstgenannten Fall der Vorteil ergibt, daß
jeder neue abzuarbeitende Bearbeitungsschritt individuell
eingestellt werden kann, ergibt sich im zweiten Falle unter
Umständen eine Vereinfachung der Steuerung.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendet werden können, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein äußerst schematisiertes Schaubild einer Schleif
maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer im Rahmen des
vorliegenden Verfahrens eingesetzten Regelung;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Nockens einer Nockenwelle
zur Veranschaulichung eines Werkstücks, wie es
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft
bearbeitet werden kann;
Fig. 4 eine Darstellung, ähnlich Fig. 3, jedoch für den
Fall eines Polygon-Profils;
Fig. 5 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Modifikation
von Datensätzen;
Fig 7 ein Flußdiagramm zur weiteren Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus dem Flußdiagramm der Fig. 7
zur Erläuterung weiterer Einzelheiten des erfin
dungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine äußerst schematisch
dargestellte Schleifmaschine. Die Schleifmaschine 10 umfaßt
eine Schleifscheibe 11, die sich in einer mit 12 angedeuteten
Richtung um eine in Fig. 1 nicht dargestellte Achse dreht.
Die Schleifscheibe 11 ist entlang einer linearen ersten Achse
13, der sogenannten X-Achse, verstellbar. Hierzu ist die
Schleifscheibe 11 auf einem in Fig. 1 nicht dargestellten
Schleifschlitten angeordnet, der in herkömmlicher Weise in
Richtung der ersten Achse 13 verschiebbar ist, wie ebenfalls
der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht gezeigt.
Als Beispiel für ein radial unrundes Werkstück, wie es mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden kann, ist
in Fig. 1 ein Nocken 15 dargestellt. Der Nocken 15 hat in
bekannter Weise einen Grundkreisabschnitt 16, d. h. einen Bereich
mit konstantem Radius, und darüber hinaus auch einen Erhebungs
abschnitt 17, einen Bereich also, in dem der Nocken 15 radial
unrund ist.
Der Nocken 15 ist Teil einer Nockenwelle, die um ihre Längsachse
in einer zweiten Achse 18 der Schleifmaschine 10 eingespannt
ist. Die zweite Achse 18 ist eine Drehachse, wie in Fig. 1
mit einem Pfeil angedeutet. Sie wird in der Praxis als C-Achse
bezeichnet.
Wenn die Schleifscheibe 11 den Nocken 15 bearbeitet, so greift
sie an einem Eingriffspunkt 20 am Umfange des Nockens 15 an.
Unter "Eingriffspunkt" ist dabei natürlich eine linienförmige
Anlage der Schleifscheibe 11 am Nocken 15 senkrecht zur Zeichen
ebene der Fig. 1 zu verstehen.
Die zweite Achse 18 steht üblicherweise auf der ersten Achse
13 senkrecht, die beiden Achsen können jedoch auch einen
endlichen Winkel einer anderen Größe miteinander einschließen.
Um das gewünschte Umfangsprofil, z. B. des Nockens 15, zu
erzeugen, wird der Nocken 15 um die zweite Achse 18 in vorbe
stimmten Winkelschritten gedreht, und die Schleifscheibe 11
wird zugleich entlang der ersten Achse 13 in vorbestimmter
Weise hin- und herbewegt. Auf diese Weise wird bei wanderndem
Eingriffspunkt 20 das gewünschte Profil beschrieben und zugleich
die erforderliche Zustellung eingestellt.
Insoweit entspricht die Schleifmaschine 10 der Fig. 1 dem
Stande der Technik, wie er eingangs gewürdigt wurde.
Die Schleifmaschine 10 weist ferner ein Längenmeßgerät 25
auf, das in der Nähe des Nockens 15 raumfest angeordnet ist
und während des Bearbeitungsvorganges arbeitet. Das Längenmeß
gerät 25 verfügt über zwei Meßschnäbel 26, 27, die in der
Darstellung der Fig. 1 von oben und von unten am Nocken 15
anliegen. Die Meßschnäbel 26, 27 vermögen dabei der Nockenform
zu folgen, wie mit Doppelpfeilen in Fig. 1 angedeutet. Sie
messen dabei jeweils den aktuellen Radius R. Bei der in Fig. 1
dargestellten Stellung des Nockens 15 mißt z. B. der obere
Meßschnabel 26 einen Wert R1, der fast dem maximalen Erhebungs
wert des Nockens 15 entspricht, während der untere Meßschnabel
27 einen Wert R2 mißt, der dem Grundkreisradius RG des Nockens
15 im Grundkreisabschnitt 16 gleichkommt.
Die von den Meßschnäbeln 26, 27 ermittelten Meßwerte werden
von Ausgängen des Längenmeßgerätes 25 an eine Minimalauswahl
30 weitergeleitet. Die Minimalauswahl 30 leitet jeweils nur
den kleineren der beiden Meßwerte R1 oder R2 weiter. Da der
Grundkreisabschnitt 16 einen Umfangswinkel von mehr als 180°
überstreicht, liegt jeweils mindestens einer der Meßschnäbel
26 oder 27 am Grundkreisabschnitt 16 an, der zugleich den
Bereich des minimalen Radius darstellt.
Demzufolge liegt am Ausgang der Minimalauswahl 30 immer ein
Wert RGist an, der dem jeweiligen Ist-Wert des Grundkreisradius
RG entspricht.
In einem der Minimalauswahl 30 nachgeschalteten Komparator 35
wird nun dieser Wert RGist mit einem Soll-Wert RGsoll vergli
chen, der dem Komparator 35 über eine Klemme 36 von einer
Steuerung zugeführt wird. Der Komparator 35 ermittelt damit
die Abweichung des Ist-Wertes RGist vom Soll-Wert RGsoll,
und die sich ergebende Abweichung ist in Fig. 1 mit Δ RG
bezeichnet. Die Abweichung Δ RG wird nun einer dem Komparator
35 nachgeschalteten Schwellwertstufe 40 zugeführt.
Zur Erläuterung der Schwellwertstufe 40 darf hier auf Fig. 2
verwiesen werden.
In Fig. 2 ist die Abweichung Δ RG über der Zeit t während
eines Bearbeitungsprozesses dargestellt.
Wie leicht einsehbar ist, nimmt die Abweichung Δ RG des Ist-
Wertes RGist vom Soll-Wert RGsoll der gewünschten Fertigkontur
mit fortschreitender Bearbeitung, d. h. fortschreitender Zeit t,
ab, wie mit einem Verlauf 50 in Fig. 2 dargestellt. Der Verlauf
50 erreicht im Verlaufe der Bearbeitung zunächst einen Punkt
51 und dann einen Punkt 52. Der Punkt 51 liegt dabei auf einer
Trennlinie 53, die einen Schrupp-Bereich 54 von einem Schlicht-
Bereich 55 trennt, wobei die Bearbeitungsschritte des Schruppens
in Fig. 2 und in folgenden Figuren mit SR und des Schlichtens
mit SL charakterisiert sind.
Um die Bereiche 54, 55 voneinander zu trennen, ist im Komparator
40 ein Schwellwert Δ RGSR abgelegt, während das Ende des
Schlicht-Bereiches 55 durch einen Schwellwert Δ RGSL charak
terisiert ist, der vorzugsweise gleich null ist.
Wenn nun der Verlauf 50 der Abweichung Δ RG den ersten Punkt
51 erreicht, also das Ende des Schrupp-Bereiches 54 erreicht
wurde, erzeugt die Schwellwertstufe 40 ein erstes Signal S1,
während bei Erreichen des Punktes 52 am Ende des Schlicht-
Bereiches 55 ein entsprechendes Signal S2 erzeugt wird.
Die Signale S1 und S2 werden vom Ausgang der Schwellwertstufe
40 auf einen Eingang einer speicherprogrammierbaren Steuerung
41 geleitet, die ihrerseits ein numerisches Steuergerät 42
der Schleifmaschine 10 steuert. Das numerische Steuergerät 42
ist mit Datenausgängen 43 und 44 für die Bewegungseinheiten
der X-Achse, d. h. der ersten Achse 13, sowie der C-Achse, d. h.
der zweiten Achse 18 verbunden.
Die Wirkungsweise der Signale S1 und S2 auf das Steuergerät
42 wird weiter unten anhand der Fig. 5 bis 9 noch näher be
schrieben werden.
Fig. 3 zeigt nochmals in vergrößerter Darstellung den Nocken
15 in Seitenansicht. Der Nocken 15 ist dabei im unbearbeiteten
Zustand dargestellt, so daß am Umfang mit 60 eine Rohkontur
vorhanden ist. Mit 61 ist eine Zwischenkontur bezeichnet, die
im Verlaufe des Schleifprozesses als Zwischenergebnis erzeugt
wird. 62 bezeichnet schließlich eine Fertigkontur, d. h. die
Kontur des fertig bearbeiteten Nockens mit den gewünschten
Abmessungen.
Es versteht sich, daß die Darstellung der Fig. 3 und ebenso
die der nachfolgenden Fig. 4 nur äußerst schematisch zu ver
stehen ist und daß die angegebenen Abmessungen zur Veranschau
lichung übertrieben dargestellt sind. Es versteht sich ferner,
daß zwischen Rohkontur 60 und Fertigkontur 62 eine Vielzahl
von Zwischenkonturen 61 vorhanden sind, von denen der Über
sichtlichkeit halber jedoch nur eine dargestellt ist.
Mit 63 ist in Fig. 3 ein Anfangspunkt bezeichnet, an dem die
Schleifscheibe erstmalig am dargestellten Rohling angreift,
wie mit einem Pfeil 64 symbolisiert. Ausgehend vom Anfangspunkt
63 folgt der aktuelle Eingriffspunkt, der in Fig. 1 mit 20
bezeichnet wurde, einer spiralartigen Bahn 65, die sich mit
zunehmender Zustellung von der Rohkontur 60 entfernt und sich
an die erste Zwischenkontur 61 annähert, um dort einen Zwischen
punkt 66 zu erreichen. Der Zwischenpunkt 66 hat vom Anfangspunkt
63 einen radialen Abstand, der dem Aufmaß zwischen der Rohkontur
60 und der ersten Zwischenkontur 65 entspricht.
Nach mehrmaligem Wiederholen derartiger spiralartiger Bahnen
65 wird schließlich die Fertigkontur 62 erreicht.
Üblicherweise werden zum Bearbeiten eines Nockens 15 zunächst
mehrere derartige Schritte (spiralartige Bahnen 65) im Schrupp-
Betrieb mit verhältnismäßig großer Zustellung und alsdann
weitere mehrere Schritte im Schlicht-Betrieb mit entsprechend
kleinerer Zustellung ausgeführt.
Fig. 4 zeigt entsprechende Verhältnisse für den Fall eines
Polygon-Profils 70, wie es z. B. für Drehmoment-Verbindungen
zwischen Wellen und Naben oder Spindeln und Werkzeugen verwendet
wird.
In Fig. 4 bezeichnet 71 eine Rohkontur, 72 eine Zwischenkontur
und 73 eine Fertigkontur. Die Schleifscheibe beginnt ihre
Bearbeitung an einem Anfangspunkt 74, wie mit einem Pfeil 75
symbolisiert und folgt dann wiederum einer spiralartigen Bahn
76 zu einem Zwischenpunkt 77 auf der Zwischenkontur 72.
Abgesehen von der unterschiedlichen Form des Werkstücks ent
sprechen die Verhältnisse dabei denjenigen der Fig. 3.
In Fig. 5 ist ein Diagramm aufgetragen, das die Abhängigkeit
der für aufeinanderfolgende Schritte eingestellten Zustellung
Δ X von der Zeit t während eines Bearbeitungsvorganges dar
stellt.
Man erkennt in Fig. 5 deutlich eine Treppenkurve 80, wodurch
ausgesagt ist, daß die Zustellung von Bearbeitungsschritt zu
Bearbeitungsschritt, d. h. jeweils von Umdrehung zu Umdrehung
des Werkstücks, stufenweise verändert wird. Dabei ist "stufen
weise" indes so zu verstehen, daß die Zustellung während eines
Bearbeitungsschrittes, d. h. während einer Umdrehung des Werk
stücks, nur insoweit verstellt werden kann, als der für den
Bearbeitungsschritt gewünschte Betrag der Zustellung während
einer relativ kurzen Zeitspanne, d. h. über einen nur sehr
kleinen Winkelbereich der Drehung des Werkstücks eingestellt
wird. So ist es z. B. beim Nockenschleifen bekannt, die gesamte
Zustellung durch Verfahren der Schleifscheibe 11 einzustellen,
wenn sich die Schleifscheibe im Eingriff am Grundkreisabschnitt
16 des Nockens 15 befindet.
Andererseits kann man aber auch, wie in Fig. 5 gestrichelt
dargestellt, die Zustellung kontinuierlich oder quasi-kon
tinuierlich einstellen, in welchem Falle dann über den gesamten
Umfang des Werkstücks eine kontinuierliche Verrechnung der
jeweiligen Zustellungsinkremente mit den Koordinaten des zu
erzeugenden Profils vorgenommen werden muß.
Man erkennt in Fig. 5 wiederum Bereiche 54′ und 55′ für das
Schruppen SR bzw. das Schlichten SL. Man erkennt ferner, daß
die jeweils eingestellte Zustellung Δ X für einen Bearbeitungs
schritt dem Betrage nach nicht konstant ist. Vorzugsweise
wird die für aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte gewünschte
Zustellung immer kleiner eingestellt und während des Schruppens
naturgemäß erheblich größer als während des Schlichtens. Fig. 5
zeigt hierzu als Beispiel einen Zustellungsbetrag Δ1X für
den ersten Bearbeitungsschritt, d. h. die erste Umdrehung des
Werkstücks, einen kleineren Zustellungsbetrag Δ4X für den
vierten Bearbeitungsschritt, immer noch während des
Schruppens SR, und schließlich einen wesentlich kleineren
Zustellungsbetrag Δ10X, der bereits einen Bearbeitungsschritt
während des Schlichtens SL betrifft.
In Fig. 6 ist in schematisierter Form dargestellt, wie Daten
sätze für aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte erzeugt
werden.
In Fig. 6 bezeichnet 85 einen Profilspeicher, der ein sogenann
tes Grundprofil enthält. Dieses Grundprofil kann in kartesischen
Koordinaten, in Polarkoordinaten oder in den Koordinaten der
beiden Achsen 13, 18 abgelegt sein. Zwischen diesen diversen
Koordinaten kann bei Bedarf eine Koordinatentransformation
durch an sich bekannte Methoden durchgeführt werden.
Betrachten wir nun in Fig. 6 den Fall, daß im Profilspeicher
85 das Grundprofil in den Koordinaten C und X der beiden Achsen
13, 18 der Schleifmaschine 10 abgelegt ist, so kann in einem
Zustellungsspeicher 86 eine Zustellung Δ X für aufeinander
folgende Bearbeitungsschritte abgespeichert sein.
Mittels einer logischen Verknüpfung 87 kann nun das im Profil
speicher 85 abgelegte Grundprofil für jeden der aufeinander
folgenden Bearbeitungsschritte umgerechnet werden, so daß ein
zweiter Profilspeicher 88 entsteht, in dem modifizierte Profile
C*, X* abgelegt sind. Im einfachsten Falle geschieht dies
dadurch, daß die C-Koordinaten unverändert aus dem ersten
Profilspeicher 85 übernommen werden, während die X-Koordinaten
lediglich um den gewünschten Zustellbetrag Δ X für den jewei
ligen Bearbeitungsschritt additiv verändert werden.
Am Ende des in Fig. 6 symbolisierten Vorganges befinden sich
im weiteren Profilspeicher 88 so viele Datensätze, wie dies
den gewünschten Schritten für das vorliegende Schleifverfahren
entspricht.
Fig. 7 zeigt nun ein Flußdiagramm 90 zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 90 sind mit 91/1 . . ., 91/4, 91/5 . . ., 91/n Blöcke bezeich
net, die den einzelnen Bearbeitungsschritten bzw. Datensätzen
C, X im Schrupp-Bereich 54′′ entsprechen. 91/n+1 . . ., 91/n+3,
91/n+4 . . ., 91/n+m bezeichnen demgegenüber Blöcke bzw. Datensätze
für die Bearbeitungsschritte im Schlicht-Bereich 55′′.
Am Ende des Schlicht-Bereiches 95′′ schließt sich ein mit 92
bezeichneter Block an, der das Ausfahren des Werkstücks aus
der Schleifmaschine 10 symbolisiert.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind die Anzahlen n bzw. m für die Schrupp- bzw.
Schlicht-Schritte so groß bemessen, daß sie größer sind als
die im ungünstigsten Falle für das jeweilige Werkstück erfor
derliche Anzahl von Bearbeitungsschritten. Dies bedeutet mit
anderen Worten, daß dann, wenn man sämtliche n Schrupp-Schritte,
sämtliche m Schlicht-Schritte abarbeiten würde, auch unter
ungünstigsten Bedingungen immer ein Werkstück erzeugen würde,
dessen Endmaße kleiner sind als die gewünschten.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun jedoch
die absoluten Abmessungen des Werkstücks kontinuierlich gemessen
und nach jedem Bearbeitungsschritt in der in Fig. 1 darge
stellten Weise überwacht.
Wenn sich nun herausstellt, daß nach einer bestimmten Anzahl
von Schrupp-Schritten oder von Schlicht-Schritten das im
jeweiligen Bereich 53′′ oder 55′′ vorgegebene Endmaß erreicht
wurde, werden die Signale S1 bzw. S2 erzeugt.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Beispielsfall mag nach dem
vierten Schrupp-Schritt 91/4 in der Schwellwertstufe 40 erkannt
worden sein, daß die Abweichung Δ RG vom Endmaß der Fertig
kontur einen vorgegebenen Schwellwert Δ RGSR gerade erreicht
bzw. unterschritten hat, wie in Fig. 2 durch den Punkt 51
angedeutet worden war. Demzufolge wird von der Schwellwertstufe
40 das Signal S1 erzeugt.
Das Signal S1 hat in der speicherprogrammierbaren Steuerung
41 und dem nachfolgenden CNC-Steuergerät 42 die Folge, daß im
Flußdiagramm 90 der Fig. 7 ein Sprung 93 stattfindet, der den
Verfahrensablauf nach Abarbeiten des vierten Schrupp-Schrittes
91/4 sogleich ans Ende des Schrupp-Bereiches 51′′ weiterführt,
also die an sich vorgesehenen weiteren Schrupp-Schritte 91/5...,
91/n überspringt. Es wird alsdann sofort mit den Schlicht-
Schritten 91/n+1... weitergefahren.
Wird nun z. B. nach dem dritten Schlicht-Schritt 91/n+3 erkannt,
daß die Abweichung Δ RG des Grundkreisradius vom Soll-Maß
RGsoll der Fertigkontur nur noch um den Schwellwert Δ RGSL
abweicht, der vorzugsweise 0 ist, so wird in der Schwellwert
stufe 40 das zweite Signal S2 erzeugt, mit der Folge, daß der
in Fig. 7 dargestellte zweite Sprung 94 ans Ende des Schlicht
Bereiches 55′′ ausgeführt wird. Die weiteren vorgesehenen
Schlicht-Schritte 91/n+4 . . ., 91/n+m entfallen somit, und das
fertig bearbeitete Werkstück wird sogleich ausgefahren.
Diese Einleitung der Sprünge 93 bzw. 94 ist in Fig. 8 nochmals
anhand einer Ausschnittsvergrößerung des Flußdiagramms 90 im
Schrupp-Bereich 54′′ dargestellt.
Man erkennt, daß nach Abarbeiten eines Schrupp-Schrittes 91/i
mit dem Datensatz C1, X1 in einem Block 97 die aktuelle Ab
weichung Δ1RG vom Soll-Wert des Grundkreisradius RGsoll
abgerufen wird, die am Ausgang des Komparators 35 ansteht.
In einem Entscheidungsblock 98 wird nun verglichen, ob diese
Abweichung Δ1RG noch größer ist als der Soll-Wert Δ RGSR.
Wenn dies der Fall ist, wird mit dem nachfolgenden Schrupp-
Schritt 91/i+1 fortgefahren. Ist dies nicht der Fall, wurde
also der Schwellwert Δ RGSR bereits erreicht, so wird der
Sprung 93 zum ersten Schlicht-Schritt 91/n eingeleitet.
Es versteht sich, daß das in den Fig. 7 und 8 dargestellte
Flußdiagramm 90 nur ein Beispiel von mehreren Möglichkeiten
ist. So kann man beispielsweise statt einer sehr großen Anzahl
von Blöcken 91, die größer ist als die maximal erforderliche
Anzahl, auch eine kleinere, begrenzte Anzahl von Blöcken
vorsehen, die am Ende nach Art einer Schleife mit beliebig
vielen Wiederholungen des jeweils letzten Schrittes gestaltet
ist. Dieser jeweils letzte Schritt wäre mit einem relativ
kleinen Zustellbetrag auszustatten und so oft abzuarbeiten,
bis im Komparator 35 mit nachfolgender Schwellwertstufe 40
das Erreichen eines Grenzwertes erkannt wurde, um dann weitere
Wiederholungen zu unterdrücken.
Claims (7)
1. Verfahren zum Umfangsschleifen von radial unrunden
Werkstücken (15; 70), bei dem das Werkstück (15; 70)
um eine erste Achse (18) gedreht wird und eine Schleif
scheibe (11) entlang einer zweiten Achse (13), die mit
der ersten Achse (18) einen Winkel von vorzugsweise
90° einschließt, zugestellt wird, wobei das Werkstück
(15; 70) an seiner Oberfläche, ausgehend von einer
Rohkontur (60; 71) entlang von spiralartigen Bahnen
(65; 76) eines Eingriffspunktes (20) in einer Mehrzahl
von jeweils einer Umdrehung des Werkstücks (15; 70)
entsprechenden Schritten zu Zwischenkonturen (61; 72)
und schließlich zu einer Fertigkontur (62; 73) abgetragen
wird, indem das Werkstück (15; 70) und die Schleifscheibe
(11) in Abhängigkeit von Datensätzen in vorbestimmter
Weise gedreht bzw. zugestellt werden, wobei jeweils
nach Erreichen einer Zwischenkontur (61; 72) ein neuer
Datensatz für die folgende Umdrehung des Werkstücks
aufgerufen wird, und bei dem eine vorbestimmte absolute
Abmessung (RGist) des Werkstücks (15; 70) kontinuierlich
gemessen und eine Abweichung (Δ RG) von einem Soll-
Wert (RGsoll) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abweichung (Δ RG) mit Schwellwerten (Δ RGSR,
Δ RGSL) verglichen wird und daß bei Unterschreiten
der Schwellwerte (Δ RGSR, Δ RGSL) eine vorbestimmte
Anzahl von Schritten übersprungen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste Mehrzahl von Schrupp-Schritten (91/1-91/n)
und eine nachfolgende zweite Mehrzahl von Schlicht-
Schritten (91/n+1-91/n+m) vorgesehen sind, und daß bei
Unterschreiten eines Schwellwertes (Δ RGSR) während
eines Schrupp-Schrittes (91/4) alle weiteren Schrupp-
Schritte (91/5-91/n) übersprungen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von Schlicht-Schritten (91/n+1-91/n+m)
und ein nachfolgender Ausfahrschritt (92) vorgesehen
sind, und daß bei Unterschreiten des Schwellwertes
(Δ RGSL) während eines Schlicht-Schrittes (91/n+3)
alle weiteren Schlicht-Schritte (91/n+4-91/n+m) über
sprungen werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während einiger der
Mehrzahl von Schritten ein endlicher Betrag einer
Zustellung (Δ X) vorgegeben wird, und daß der Betrag
für zeitlich aufeinanderfolgende Schritte unterschiedlich
bemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Betrag der Zustellung (Δ X) für zeitlich aufein
anderfolgende Schritte abnimmt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von
Schritten vorgesehen wird, die größer ist als die im
ungünstigsten Fall für das jeweilige Werkstück (15;
70) erforderliche Anzahl, und daß bei Unterschreiten
der Schwellwerte (Δ RGSR, Δ RGSL) die noch nicht
abgearbeiteten Schritte übersprungen werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von
Schritten vorgesehen wird, bei der die letzten Schritte
durch eine Wiederholung eines bestimmten Schrittes
gebildet werden, und daß bei Unterschreiten der Schwell
werte (Δ RGSR, Δ RGSL) eine Wiederholung abgebrochen
wird.
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