DE602004006296T2

DE602004006296T2 - Verbesserungen von schleifmaschinen und diese betreffend

Info

Publication number: DE602004006296T2
Application number: DE602004006296T
Authority: DE
Inventors: Granville Grayston
Original assignee: Cinetic Landis Grinding Ltd
Current assignee: Cinetic Landis Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: WO2005051596A1; EP1687118A1; GB2408224B; GB2408224A; EP1687118B1; DE602004006296D1; ATE361176T1; GB0327104D0

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Schleifmaschinen, und speziell eine Schleifmaschine, mit der flache oder profilierte Flächen oder Schlitze mit einer flachen oder profilierten Bodenfläche geschliffen werden können.
Hintergrund
Bekannt ist die Steuerung der verschiedenen Arbeitsachsen einer Schleifmaschine mittels eines rechnergestützten Steuersystems, das programmierbar ist, so dass der Schleifscheibenträger und das Werkstück gegeneinander bewegt werden, damit ein Werkstück in unterschiedlicher Weise geschliffen wird.
Schleifmaschinen dieser Art sind in EP-A-257194 und US-A-6419563 beschrieben.
Schaft-Encoder, Sensoren für Position und Bewegung sowie Messinstrumente können Feedback-Signale an den Rechner abgeben, damit das Schleifen gesteuert werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Schleifmaschine des oben beschriebenen Typs zu liefern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifmaschine, die folgendes umfasst:

1. eine Basis,
2. einen Schleifscheibenträger mit Schleifscheibe und Scheibenantrieb, die am Träger montiert sind,
3. eine Halterung für Werkstücke und eine Antriebsvorrichtung, um ein in der Halterung eingespanntes Werkstück um mindestens eine Achse zu drehen,
4. eine Antriebsvorrichtung für den Schleifscheibenträger, um den Schleifscheibenträger bezüglich der Maschinenbasis zu bewegen, und
5. ein programmierbares, rechnergestütztes Steuersystem, um die Antriebsvorrichtungen für die Ausführung eines Schleifvorgangs durch Zusammenführen der Schleifscheibe mit dem Werkstück unabhängig zu steuern, wobei
6. der Schleifscheibenträger entlang zweier orthogonaler linearer Achsen X und Z in einer ersten Ebene verschiebbar ist, in der die Bewegung entlang der Achse X die Schleifscheibe auf den Werkstückhalter hin oder von diesem weg bewegt, und
7. der Werkstückhalter um eine Achse C drehbar ist, die parallel zur Drehachse der Scheibe ist und sich in der gleichen Ebene wie diese befindet, wobei die gemeinsame Ebene mit der genannten ersten Ebene zusammenfällt oder zu dieser parallel verläuft.

Gemäß der Erfindung ist das Steuersystem so programmiert, dass es während des Kontakts zwischen Schleifscheibe und Werkstück die Drehbewegung des Werkstücks um die Achse C steuert, um eine oszillierende Pendelbewegung zu erzeugen, und dass es die Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achsen X und Z steuert, um so zu bestimmen, wie das Werkstück geschliffen werden soll.
Nach Vollendung des Schleifvorgangs kann das Steuersystem so programmiert sein, dass der Schleifscheibenträger entlang mindestens einer der Achsen X und Z bewegt wird, um die Schleifscheibe in Kontakt mit einem Abrichtwerkzeug zu bringen (wenn eine abrichtbare Schleifscheibe benutzt wird).
Wenn bei einem Werkstück ein Schlitz in eine Stirnfläche des Werkstücks geschliffen werden muss, ist die Steuereinrichtung programmiert, um

1) den Schleifscheibenträger so zu bewegen, dass die Schleifscheibe an der Stirnfläche des Werkstücks angreift, und die Schleifscheibe entlang der Achse X so vorwärts zu bewegen, dass Material aus der Stirnfläche über die Breite der Schleifscheibe entfernt wird, bis die Schleifscheibe bis zu einer gewünschten Tiefe in das Werkstück eingedrungen ist, und anschließend
2) den Werkstückhalter während des Schleifens so zu bewegen, dass er um die Achse C in oszillierender Weise gedreht wird, und zwar synchron mit einer oszillierenden linearen Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achse X, so dass die Bodenfläche des Schlitzes als ebene oder gebogene Fläche geschliffen wird.

Wenn das Werkstück einen Teil des Umfangs eines kreisförmigen Objekts umfasst, ist letzteres im Werkstückhalter so positioniert, dass es um seine Mittelachse drehbar ist, und die Steuervorrichtung ist programmiert, um:

1) den Schleifscheibenträger so zu bewegen, dass die Schleifscheibe an diesem Teil angreift, um letzteren zu schleifen, und anschließend
2) den Werkstückhalter und den Schleifscheibenträger während des Schleifvorgangs so zu bewegen, dass der Werkstückhalter um die Achse C gedreht wird und eine oszillierende lineare Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achse X bewirkt wird, um eine ebene oder gebogene Außenfläche an diesem Teil des Umfangs zu schleifen.

Der Teilbereich kann einer von einer Vielzahl ähnlicher, im Kreis im Abstand zueinander angeordneter Bereiche um die Peripherie eines kreisförmigen Objekts oder eines von einer Vielzahl von Gegenständen sein, die im Kreis um einen kreisförmigen Träger angeordnet sind, wie etwa einem drehbaren kreisförmigen Werkstückhalter, und jeder einzelne ragt vorzugsweise radial über dessen Peripherie hinaus.
Wenn ein oder mehrere Gegenstände um einen kreisförmigen Träger oder Werkstückhalter montiert werden sollen, umfasst letzterer üblicherweise eine Einspannvorrichtung, die Spannbacken zum Einspannen der Gegenstände an kreisförmig im Abstand zueinander angeordneten Punkten hat.
Wenn die Krümmung der Fläche auf eine Achse zentriert sein soll, die parallel zu oder übereinstimmend mit der zentralen Drehachse des kreisförmigen Objekts oder Trägers oder Werkstückhalters ist, braucht nur der Werkstückhalter um seine Mittelachse zu oszillieren.
Bei einer Ausführung der Erfindung, bei der der Schleifscheibenträger eine erste Seite umfasst, auf der die Schleifscheibe befestigt ist, und mindestens eine weitere Seite, aus der mindestens ein weiteres Werkzeug, wie etwa eine weitere Schleifscheibe oder ein Fräs- oder Bohrwerkzeug oder irgendeine Kombination hiervon herausragt, wobei die Schleifscheibe und das mindestens eine weitere Werkzeug zur Bearbeitung mit einem Werkstück in Kontakt gebracht wird, indem der Schleifscheibenträger entlang seiner Achse Z so bewegt wird, dass, wenn er entlang der Achse X auf das Werkstück hin vorgeschoben wird, die Schleifscheibe oder das weitere Werkzeug sich auf das Werkstück zu bewegt und an diesem angreift.
Ein Abrichtwerkzeug kann vorgesehen sein, um das weitere Werkzeug oder die weiteren Werkzeuge wie erforderlich abzurichten, und das Steuersystem ist so programmiert, dass der Schleifscheibenträger entlang der Achse X oder der Achse Z bewegt wird, um das oder jedes weitere Werkzeug mit dem Abrichtwerkzeug in Kontakt zu bringen.
Eine Vielzahl von Abrichtwerkzeugen kann vorgesehen sein, und zwar an verschiedenen Stellen bezogen auf den Schleifscheibenträger, um die Bewegung des Schleifscheibenträgers zu vereinfachen, wenn er die Schleifscheibe oder weitere(s) Werkzeug(e) mit den Abrichtwerkzeugen in Kontakt bringt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, und zwar:
Die 1A–1D zeigen eine Schleifmaschine, die konstruiert und ausgelegt ist, um in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ein einzelnes Werkstück zu schleifen,
die 2A–2D zeigen eine ähnliche Maschine, ausgelegt für das Schleifen einer Vielzahl von Werkstücken,
die 3A–3D zeigen eine Maschine ähnlich der in 1, aber mit einem zusätzlichen Bearbeitungswerkzeug, das am Schleifscheibenträger montiert ist, und
die 4A–4D zeigen eine Maschine ähnlich der in 2, aber mit zusätzlichen Bearbeitungswerkzeugen, die am Schleifscheibenträger montiert sind.
Die in den 1A–1D dargestellte Maschine umfasst einen Schleifscheibenträger 10, der eine Schleifscheibe 12 trägt, die um die Achse S (siehe 1B) von einem innerhalb oder am Schleifscheibenträger 10 angeordneten Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der letztere ist entlang einer linearen Bahn (üblicherweise als die Achse Z bezeichnet) verschiebbar, die parallel zur Drehachse 18 der Schleifscheibe 12 läuft und mit der gestrichelten Linie 19 angezeigt ist. Benachbart zum Schleifscheibenträger befindet sich ein allgemein mit 20 bezeichneter Arbeitskopf, der einen Antrieb zum Drehen eines Werkstücks 22 um eine parallele Achse 24 umfasst. Diese wird als Achse C bezeichnet.
Wenn das Werkstück ein längliches Objekt wie etwa 22 ist, wird der Werkstückhalter 23 auf dem Arbeitskopf 20 befestigt und der Werkstückhalter ist um die Achse C drehbar durch den Antrieb des Arbeitskopfes (nicht gezeigt).
Das in 1A gezeigte Werkstück 22 ist eine Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor und die Schleifscheibe 12 ist eingestellt, um einen Schlitz in das eine Ende der Welle zu schleifen. Zu diesem Zweck ist der Schleifscheibenträger entlang einer orthogonalen linearen Bahn verschiebbar, die mit der gestrichelten Linie 25 gezeigt ist und als die Achse X bezeichnet wird.
Die Achsen X, Z, C und S sind ebenfalls in den 1B und 1D gezeigt.
Abrichtwerkzeuge für die Schleifscheibe sind mit 26, 28 und 30 bezeichnet. Durch die Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achsen X und Z kann die Schleifscheibe zum Abrichten in Kontakt mit dem einen oder dem anderen der Abrichtwerkzeuge 28 und 30 für die Schleifscheibe gebracht werden. Die unabhängige Bewegung des anderen Werkzeugs 26 setzt dieses in die Lage, eine Abrichtfunktion bei der Schleifscheibe zu erfüllen.
1B ist eine Ansicht der Maschine von oben in der Richtung des Pfeils B der 1A.
1C ist eine Ansicht der Maschine in der Richtung des Pfeils C in 1A, wobei allerdings die Maschine um 180° um die Achse des Nockenwellen-Werkstücks gedreht ist.
1D ist eine Seitenansicht der Maschine der 1A, bei der das Abrichtwerkzeug 30 für die Schleifscheibe weggelassen wurde.
Der Schlitz (nicht gezeigt) wird gebildet durch Einstechschleifen in der Stirnseite der Nockenwelle 22. Die Breite des Schlitzes wird von der Breite der Schleifscheibe 12 bestimmt und hat parallele Seiten, da aber die Schleifscheibe kreisförmig ist, hat der Schlitzboden einen Krümmungsradius ähnlich dem Radius der Schleifscheibe. Schlitze größerer Breite können dadurch geschliffen werden, dass die Schleifscheibe entlang der Achse Z verschoben wird.
Da es wünschenswert ist, dass der Schlitz einen ebenen Boden hat, dreht entsprechend der Erfindung der Arbeitskopf 20 den Werkstückhalter 23 und die Nockenwelle 22 mit einer oszillierenden Pendelbewegung um die Achse C zur gleichen Zeit, wie der Schleifscheibenträger in einer ähnlichen oszillierenden Bewegung entlang der Achse X vor und zurück bewegt wird, so dass der geometrische Ort des Kontaktpunktes zwischen der Schleifscheibe 12 und dem Werkstück 22 eine gerade Linie bildet, die in 1D mit 32 bezeichnet ist.
Wie gezeigt, ist die Linie 32 orthogonal zu den Achsen X und Z, wenn aber der Boden des Schlitzes zur Achse des Werkstücks geneigt sein soll, so dass die Linie 32 nicht vertikal und auf der Linie 25 (der Achse X) in 1D senkrecht stehend wäre, sondern stattdessen in einem Winkel von weniger als 90° zur Achse X geneigt wäre, dann wird die Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achse X so eingestellt, dass der geometrische Ort des Kontaktpunktes zwischen Schleifscheibe und Werkstück eine gerade Linie beschreibt, so wie 34 in 1D.
Bei den Maschinen der 2–4 werden die gleichen Kennziffern verwendet, um Teile zu bezeichnen, die die gleichen sind wie diejenigen der in 1 gezeigten Maschine.
Bei den 2A–2D sind das Nockenwellen-Werkstück 22 und der Werkstückhalter 23 ersetzt durch einen Scheiben-Werkstückhalter 36, um dessen Peripherie eine Vielzahl von kleinen ähnlichen Werkstücken befestigt ist, von denen eines mit 38 bezeichnet ist. Die Schleifscheibe 12 ist nun durch die Schleifscheibe 40 ersetzt, die die Außenfläche 41 jedes Werkstücks wie etwa 38 schleifen soll. Wenn das eine ebene Fläche sein soll, werden der Schleifscheibenträger 10 und der Werkstückhalter 36 wie zuvor um die Achse X und die Achse C bewegt, so dass die Kontaktlinie zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück sich auf einer geraden Ebene bewegt ähnlich derjenigen, die durch die Linie 32 in 1D bezeichnet ist.
Wenn die geschliffene Fläche anders als tangential zum kreisförmigen Werkstückhalter 36 sein soll, dann werden die Bewegungen des Schleifscheibenträgers und des Werkstückhalters entsprechend gewählt, so dass sie eine Ebene unter einem Winkel beschreiben, wie die Linie 34 in 1D.
Die in den 3 und 4 gezeigten Maschinen sind denen in den 1 beziehungsweise 2 ähnlich, außer, dass zusätzliche Bearbeitungswerkzeuge, mit 42 und 43 bezeichnet, vorgesehen sind und von einem zusätzlichen Kopf 44 getragen werden, der am Schleifscheibenträger 10 montiert ist. Die Bewegung des letzteren entlang der Achse Z ermöglicht die Ausrichtung des Werkzeugs 42 oder 43 mit dem Werkstück, und die Bewegung entlang der Achse X ermöglicht den Bearbeitungs-Kontakt zwischen ihnen.
Bei jeder der gezeigten Maschinen erlaubt die synchrone Bewegung des Schleifscheibenträgers 10 und des Werkstückhalters 23 oder 36 das Schleifen einer ebenen Fläche durch die gebogene Außenfläche der Schleifscheibe 12, und wie bereits erwähnt, kann die geschliffene Fläche geneigt oder senkrecht zu einer Achse des Werkstücks sein.
Wenn am Werkstück eine konvex gekrümmte Fläche geschliffen werden soll, werden der Schleifscheibenträger und der Werkstückhalter relativ zueinander in unterschiedlicher Weise bewegt, so dass der geometrische Ort des Kontaktpunktes zwischen Schleifscheibe und Werkstück eine entsprechend gekrümmte Fläche beschreibt, die der endgültigen Form der geschliffenen Fläche des Werkstücks entspricht.
Wenn die Fläche mit einem Krümmungsradius R konkav gekrümmt sein soll, dann muss eine Schleifscheibe 12 gewählt werden, deren Radius nicht größer ist als R, sondern vorzugsweise etwas kleiner ist, und die gekrümmte Fläche wird wiederum hergestellt durch eine synchrone relative Bewegung zwischen Schleifscheibenträger und Werkstückhalter.
Die Steuerung der Maschine einschließlich der oszillierenden Bewegungen entlang der Achse X und um die Achse C wird vorzugsweise mit einem rechnergestützten programmierbaren Steuersystem durchgeführt, das in jeder der Figuren mit 46 bezeichnet ist.
Die Seitenflächen, wie etwa 45 (siehe die 2D und 4D) eines Werkstücks wie etwa 38 können durch Einsatz der Seitenflächen der Schleifscheibe 40 geschliffen werden.

Claims

Schleifmaschine, die folgendes umfasst: 1) eine Basis, 2) einen Schleifscheibenträger (10) mit Schleifscheibe (12) und Scheibenantrieb, die am Träger montiert sind, 3) eine Halterung für Werkstücke (23) und eine Antriebsvorrichtung, um ein im Halter eingespanntes Werkstück (22) um mindestens eine Achse zu drehen, 4) eine Antriebsvorrichtung für den Schleifscheibenträger, um den Schleifscheibenträger (10) bezüglich der Maschinenbasis zu bewegen, und 5) ein programmierbares, rechnergestütztes Steuersystem, um die Antriebsvorrichtungen unabhängig zu steuern für die Ausführung eines Schleifvorgangs durch Kontakt der Schleifscheibe (12) mit dem Werkstück (22), wobei 6) der Schleifscheibenträger (10) entlang zweier orthogonaler linearer Achsen X und Z in einer ersten Ebene verschiebbar ist, in der die Bewegung entlang der X-Achse die Schleifscheibe (12) auf den Werkstückhalter (23) hin oder von diesem weg bewegt, und 7) der Werkstückhalter (23) um eine Achse C drehbar ist, die parallel zur Drehachse (S) der Scheibe ist und sich in der gleichen Ebene wie diese befindet, wobei die gemeinsame Ebene mit der genannten ersten Ebene zusammenfällt oder zu dieser parallel läuft, dadurch gekennzeichnet, dass 8) das Steuersystem so programmiert ist, dass es während des Kontakts zwischen Schleifscheibe (12) und Werkstück (22) die Drehbewegung des Werkstücks (22) um die Achse C steuert, um eine oszillierende Pendelbewegung zu bewirken, und dass es die Bewegung des Schleifscheibenträgers (10) entlang der Achsen X und Z steuert, um so zu bestimmen, wie das Werkstück geschliffen werden soll.
Schleifmaschine nach Anspruch 1, bei der das Steuersystem so programmiert ist, dass nach Vollendung des Schleifvorgangs der Schleifscheibenträger (10) entlang mindestens einer der Achsen X und Z bewegt wird, um die Schleifscheibe (12) in Kontakt mit einem Abrichtwerkzeug (26, 28, 30) für die Schleifscheibe zu bringen.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die einsetzbar ist, um einen Schlitz in eine Stirnfläche des Werkstücks (22) zu schleifen, wobei das Steuersystem programmiert ist, um: 1) den Schleifscheibenträger (10) so zu bewegen, dass die Schleifscheibe (12) an der Stirnfläche des Werkstücks (22) angreift, und die Schleifscheibe entlang der Achse X so vorwärts zu bewegen, dass Material aus der Stirnfläche über die Breite der Schleifscheibe entfernt wird, bis die Schleifscheibe in das Werkstück bis zu einer gewünschten Tiefe eingedrungen ist, und anschließend 2) den Werkstückhalter (23) während des Schleifens so zu bewegen, dass er um die Achse C in oszillierender Weise gedreht wird, und zwar synchron mit einer oszillierenden linearen Bewegung des Schleifscheibenträgers (10) entlang der Achse X, so dass die Bodenfläche des Schlitzes als flache oder gebogene Fläche geschliffen wird.
Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das Werkstück einen Teil des Umfangs eines kreisförmigen Objekts umfasst, wobei letzteres im Werkstückhalter (23) so positioniert ist, dass es um seine Mittelachse drehbar ist, und das Steuersystem programmiert ist, um: 1) den Schleifscheibenträger (10) so zu bewegen, dass die Schleifscheibe (12) an diesem Objekt angreift, um letzteres zu schleifen, und anschließend 2) den Werkstückhalter (23) und den Schleifscheibenträger (10) während des Schleifvorgangs so zu bewegen, dass der Werkstückhalter um die Achse C gedreht wird und eine oszillierende lineare Bewegung des Schleifscheibenträgers entlang der Achse X bewirkt wird, um eine flache oder gebogene Außenfläche an diesem Objekt zu schleifen.
Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem einen kreisförmigen Werkstückhalter (36) umfasst, um den mindestens ein Gegenstand (38) befestigt ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 5, bei der der Werkstückhalter (36) eine Einspannvorrichtung umfasst, die an kreisförmig mit Abstand angeordneten Punkten Spannbacken zum Einspannen der Gegenstände hat.
Schleifmaschine nach Anspruch 6, bei der der Werkstückhalter (36) um seine Mittelachse schwingt.
Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schleifscheibenträger (10) eine erste Seite hat, an der die Schleifscheibe befestigt ist, und mindestens eine weitere Seite, an der mindestens ein weiteres Werkzeug (42, 43) hervorsteht.
Schleifmaschine nach Anspruch 8, bei der das weitere Werkzeug (42, 43) eine weitere Schleifscheibe, ein Fräswerkzeug, ein Bohrwerkzeug oder eine Kombination hiervon umfasst.
Schleifmaschine nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der die Schleifscheibe (12) oder mindestens ein weiteres Werkzeug (42, 43) zur Bearbeitung in Kontakt gebracht wird mit einem Werkstück (22), indem der Schleifscheibenträger entlang seiner Achse Z so bewegt wird, dass, wenn er entlang der Achse X auf das Werkstück zu vorgeschoben wird, die Schleifscheibe oder das weitere Werkzeug sich auf das Werkstück zu bewegt und an diesem angreift.
Schleifmaschine nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der ein Abrichtwerkzeug vorgesehen ist, um das weitere Werkzeug oder die weiteren Werkzeuge abzurichten, und das Steuersystem so programmiert ist, dass der Schleifscheibenträger (10) um die Achse X oder die Achse Y bewegt wird, um das oder jedes weitere Werkzeug mit dem Abrichtwerkzeug in Kontakt zu bringen.
Schleifmaschine nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der eine Vielzahl von Abrichtwerkzeugen vorgesehen ist, jedes an einer anderen Stelle bezogen auf den Schleifscheibenträger, um die Bewegung des Schleifscheibenträgers zu vereinfachen, wenn er die Schleifscheibe oder weitere(s) Werkzeug(e) mit den Abrichtwerkzeugen in Kontakt bringt.