DE69708858T2 - Verfahren und vorrichtung zum schleifen von zusammengesetzten werkstücken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schleifen von zusammengesetzten werkstücken

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Schleifen von Werkstücken für die Herstellung von Komponenten, die sowohl konzentrische als auch exzentrische zylindrische Bereiche aufweisen. Eine derartige Komponente ist eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die sowohl konzentrische Traglagerbereiche als auch exzentrische Kurbelzapfen umfasst. Die Erfindung ist auch auf solche Werkstücke anwendbar, die auf Maß und Finish geschliffen werden sollen, und solche Werkstücke werden nachstehend als zusammengesetzte Werkstücke bezeichnet.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Bisher wurden Werkstücke dieser Art auf zwei Schleifmaschinen geschliffen. Eine erste Schleifmaschine wurde verwendet, um die konzentrischen zylindrischen Abschnitte zu schleifen, und die zweite Schleifmaschine wurde zum Schleifen der exzentrischen zylindrischen Abschnitte verwendet.
  • Bei der ersten Schleifmaschine wird das Werkstück um seine Hauptachse in Drehung versetzt und jeder der konzentrischen Abschnitte wird geschliffen, indem ein Schleifrad in eine Schleifposition verschoben und Material von dem Werkstück abgenommen wird, um in herkömmlicher Weise einen konzentrischen zylindrischen Bereich darauf zu erstellen.
  • Bei der zweiten Schleifmaschine wurden zwei Lösungswege eingeschlagen. In einem ersten Lösungsweg wurde das Werkstück um die Achse eines jeden exzentrischen Bereiches der Reihe nach gedreht und ein herkömmliches zylindrisches Schleifen vorgenommen, um Material abzunehmen, damit eine zylindrische Lagerfläche an jedem exzentrischen Bereich entsteht, gerade so, als ob das Element ein konzentrischer zylindrischer Bereich eines gesamten Werkstückes wäre. Bei dem zweiten Lösungsweg wurde das Werkstück um seine Hauptachse gedreht, damit die exzentrischen Bereiche exzentrisch um die Haupt-Rotationsachse präzessieren, wie dies z. B. die Kurbelzapfen einer Kurbelwelle tun, wenn die Kurbelwelle in einem Motor befestigt und in Drehung versetzt wird. Bei diesem zweiten Lösungsweg ist die Schleifscheibe auf einen exzentrischen Bereich ausgerichtet und dann unter Steuerung eines Rechners synchron mit der Präzession des exzentrischen Bereiches vorgeschoben und zurückgezogen worden, derart, dass die Schleifscheibe dauernd in Kontakt damit bleibt. Der Bereich wird damit in allen Positionen dieser Präzession geschliffen. Da jeder exzentrische Bereich auf Maß geschliffen wird, wird die Schleifscheibe zurückgezogen und das Werkstück oder die Schleifscheibe in axialer Richtung neu positioniert, so dass ein anderer exzentrischer Bereich mit der Schleifscheibe ausgerichtet wird, der für einen ähnlichen Schleifvorgang an der neuen Stelle bereit ist.
  • Ein Verfahren, das zwei Schleifmaschinen benötigt, schließt erhebliche Totzeiten ein, da die Komponenten von der einen Maschine zur anderen verbracht werden müssen.
  • Während eines Schleifvorganges, aber insbesondere feststellbar, wenn Schleifbereiche eines länglichen Werkstückes (z. B. einer Kurbelweile), das zum Schleifen an seinen Enden abgestützt ist, können unerwünschte Exzentrizitäten in das Werkstück aufgrund von Kräften eingeführt werden, die auf das Werkstück während des Schleifvorganges einwirken. Diese Exzentrizität, die als Auslauf bezeichnet wird, hat die Tendenz, dass sie in konzentrisch geschliffenen zylindrischen Bereichen des Werkstückes stärker bemerkbar ist. Sie tritt häufig als Folge einer Entspannung des Werkstückes nach dem Schleifvorgang auf, und jede Exzentrizität, die in konzentrisch geschliffene Traglagerbereiche einer Kurbelwelle eingeführt wird, führt zu einer unerwünschten Abnutzung in der Komponente, wenn sie eingebaut und im Betrieb in Rotation versetzt wird.
  • Aus der FR-A-24 26 534 ist eine Rechner-Steuereinheit für eine Maschine zum Walzen/Schleifen einer Kurbelwelle beschrieben, bei der ein digitaler Wandler, der mit der Werkstückspindel gekoppelt ist, kontinuierlich Positionsdaten der Kurbelwelle auf den Rechner überträgt, um die Bearbeitung der Kurbelzapfen und Wangen der Kurbelwelle zu steuern.
  • In der GB-A-22 19 231 wird die Umfangsfläche eines kreisenden Werkstückes dadurch geschliffen, dass die Werkstückachse in einer Ebene bewegt wird, die zur Ebene geneigt ist, in der das Schleifrad sich nach rückwärts und vorwärts in kontinuierlichem Kontakt mit dem Werkstück bewegt.
  • Mit der DE-A-29 36 251 wird ein Steuersystem für die Bearbeitung von Kurbelwellen vorgeschlagen, bei dem der Antrieb zur Kurbelwelle unabhängig von dem Antrieb zum Werkzeugschlitten gesteuert wird, wodurch die Übertragung von bei der Bearbeitung entstehenden Vibrationen auf den Kurbelwellenantrieb vermieden wird.
  • Schließlich wird in der EP-A-0 576 043 eine NC-Werkzeugmaschine zum Schleifen eines nicht kreisförmigen Werkstückes beschrieben. Eine Werkstückspindel und ein Werkstückschlitten werden in Übereinstimmung mit in einem Rechnerspeicher gespeicherten kompensierten Profildaten verstellt, und Positionsdaten von der Spindel und dem Schlitten werden bei geringer Bearbeitungs-Belastung gemessen und mit den Profildaten verglichen, um festzustellen, ob die Kompensation in einem vorbestimmten Toleranzbereich liegt.
  • Keine der vorstehend genannten Druckschriften ist jedoch auf die Probleme gerichtet, die beim Schleifen von konzentrischen und exzentrischen Werkstückbereichen auftreten, ferner nicht auf das Reduzieren unerwünschter, durch den Prozess eingeführter Exzentrizitäten in solchen Bereichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist, die Bearbeitungsdauer zu reduzieren, die erforderlich ist, um zusammengesetzte Werkstücke zu bearbeiten, die sowohl konzentrische als auch exzentrische Bereiche aufweisen, z. B. Kurbelwellen, die konzentrische Traglagerbereiche und exzentrische Kurbelzapfen enthalten.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, unerwünschte Exzentrizitäten von konzentrisch geschliffenen zylindrischen Bereichen eines zusammengesetzten Werkstückes, z. B. konzentrische, zylindrische Lagerbereiche, zu reduzieren.
  • Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, die nicht nur die Bearbeitungsdauer von zusammengesetzten Werkstücken reduzieren, sondern die auch die Möglichkeit schaffen, Exzentrizitäts-Korrekturen sowohl in konzentrisch als auch exzentrisch geschliffene zylindrische Werkstückbereiche einzuführen, z. B. Traglagerbereiche und die Kurbelzapfen einer Motor-Kurbelwelle.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Schleifen eines zusammengesetzten Werkstückes mit konzentrischen und exzentrischen (versetzten) zylindrischen Bereichen mit Hilfe einer einzelnen, rechnergesteuerten Schleifmaschine ohne Lösen des Werkstückes von der Maschine vorgeschlagen, bei dem der Rechner mit Daten über das Werkstück geladen wird, wie unterschiedliche Bereiche zu schleifen sind, sowie mit Schleifscheibenvorschub-Instruktionen, und bei dem der Schleifvorgang für jeden Bereich, wie er durch das Werkstück vorgegeben ist, und Bereichsdaten, die im Rechner gespeichert sind, eingestellt wird, wodurch ein Werkstück an der gegebenen Stelle zwischen Zentrierstellen belassen werden kann, während unterschiedliche Bereiche geschliffen werden, um zylindrische Oberflächen auszubilden, von denen einige konzentrisch mit der primären Rotationsachse des Werkstückes und andere exzentrisch (versetzt) relativ dazu sind, und der Steuerrechner so programmiert ist, dass er in der Lage ist, zwischen konzentrischen und exzentrischen Bereichen eines Werkstückes aufgrund von Werkstückdaten, die darin gespeichert sind, zu unterscheiden, so dass der Schleifscheibenvorschub entsprechend gesteuert werden kann, damit er in der erforderlichen Weise eine zylindrische Oberfläche schleifen kann, die konzentrisch mit der primären Achse des Werkstückes angeordnet ist, oder eine zylindrische Oberfläche schleifen kann, die exzentrisch dazu ausgebildet ist, d. h. eine Oberfläche, deren Achse versetzt, aber parallel zu der primären Achse verläuft, und die ferner so programmiert ist, dass kleine Vorschub- und Rückzieh-Bewegungen in den Schleifscheibenvorschub eingeführt werden, während die Schleifscheibe beim Schleifen eines konzentrischen, zylindrischen Werkstückbereiches so in Eingriff steht, dass in den geschliffenen Bereich eine Exzentrizität irr der zylindrischen Oberfläche eingeführt wird, die gleich und entgegengesetzt einer unerwünschten, durch den Vorgang eingeführten Exzentrizität ist, die die durch den Schleifvorgang entstandenen Kräfte in den geschliffenen Bereich einführen, so dass die beiden Exzentrizitäten sich aufheben.
  • Mit der Erfindung ist es somit möglich, ein Werkstück sowohl mit konzentrischen als auch exzentrischen zylindrischen Bereichen auf einer einzigen Schleifmaschine zu schleifen, ohne das Werkstück von der Maschine zu lösen. Dies stellt sicher, dass ein Werkstück zwischen Zentrierstellen an Ort und Stelle belassen werden kann, während unterschiedliche Bereiche längs des Werkstückes zur Ausbildung von zylindrischen Oberflächen geschliffen werden, von denen einige konzentrisch zur Hauptdrehachse des Werkstückes, und andere exzentrisch relativ dazu sind.
  • Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für das Schleifen von Kurbelwellen, die Traglagerbereiche aufweisen, welche als zylindrische Oberflächen konzentrisch zur Haupt-Rotationsachse der Kurbelwelle geschliffen werden sollen, und die Kurbelzapfen aufweisen, die als zylindrische Oberflächen exzentrisch zu der Haupt-Drehachse geschliffen werden sollen.
  • Mit der Erfindung wird auch ein Rechenprogramm zur Verwendung bei dem vorbeschriebenen Verfahren vorgeschlagen, um die Schleifmaschine in die Lage zu versetzen, die grundlegenden Schleifscheiben-Vorschub-Befehle zu modifizieren, wenn exzentrische zylindrische Oberflächen geschliffen werden, damit eine zusätzliche Exzentrizität eingeführt wird, die gleich und entgegengesetzt zu durch Beanspruchung induzierten Exzentrizitäten ist, die in die exzentrische zylindrische Oberfläche durch den Schleifvorgang eingeführt werden.
  • Diese Technik der Kompensation der Exzentrizität kann so weit ausgedehnt werden, dass sie nicht nur das Schleifen von konzentrischen zylindrischen Werkstückoberflächen umfasst, sondern auch das Schleifen von exzentrischen zylindrischen Werkstückoberflächen.
  • Während die Erfindung insbesondere auf das Schleifen von Kurbelzapfen und Traglagerbereichen an länglichen Kurbelwellen anwendbar ist, ist die Erfindung in gleicher Weise auch auf das Schleifen von zusammengesetzten Werkstücken anwendbar, um Exzentrizitäten zu entfernen, die durch den Schleifvorgang in das Werkstück eingeführt werden können, und die sichtbar werden, wenn das Werkstück frei von Beanspruchungen wird.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine rechnergesteuerte Schleifmaschine zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, die aufweist eine Schleifscheibe, eine Antriebsvorrichtung zum Rotieren der Schleifscheibe, eine Schleifscheibenvorschub-Antriebsvorrichtung, um die Schleifscheibe in exakter Weise auf einen Werkstückbereich zu vorzuschieben und von ihm weg zurückzuziehen, einen Rechner zur Steuerung der Schleifscheibenvorschub-Antriebsvorrichtung und zum Unterscheiden zwischen konzentrischen und exzentrischen Bereichen, wobei der Rechner einen Speicher zur Speicherung programmierbarer Schleifscheibenvorschub-Instruktionen aufweist, durch die die Position der Schleifscheibe in jedem Augenblick während eines Schleifvorganges gesteuert werden kann, ein Programm, das in den Rechner geladen wird, um den Schleifscheibenvorschub-Antrieb und die Position der Schleifscheibe oder des Werkstückes zu steuern, um damit in ausgewählten Bereichen längs des Werkstückes das Zustellen und Zurückziehen der Schleifscheibe vor dem, während des und nach dem Schleifen eines jeden Bereiches zu steuern, wobei der Speicher ferner korrigierte Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder Signale zur Verwendung während des Schleifens eines konzentrischen zylindrischen Bereiches des Werkstückes speichert, um jede durch den Vorgang induzierte unerwünsche Exzentrizität in dem konzentrischen Bereich aufzuheben und damit ein exzentrisches und konzentrisches zylindrisches Schleifen von unterschiedlichen Werkstückbereichen ohne Lösen des Werkstückes von der Maschine vorzunehmen.
  • Die Erfindung betrifft ferner auch zusammengesetzte Werkstücke, die nach einem der vorbeschriebenen Verfahren oder unter Verwendung der vorbeschriebenen Schleifmaschine hergestellt worden sind.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine rechnergesteuerte Schleifmaschine, die mit einer Prozess-Messvorrichtung ausgerüstet ist,
  • Fig. 2 eine Seitenansicht der Messvorrichtung in vergrößertem Maßstab,
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung, wie eine Messvorrichtung gesteuert wird und ihrerseits den Schleifzyklus über den die Maschine steuernden Rechner steuert, und
  • Fig. 4 ein Beispiel der Schritte des Schleifvorganges eines Verfahrens nach der Erfindung.
    • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine Schleifmaschine 10 mit einer Schleifscheibe 12, die von einem Motor 14 angetrieben ist und die auf einem Schleifkopf 16 zur Bewegung auf ein Werkstück 18 zu und von ihm weg längs einer linearen Bahn 20 unter Steuerung des Schleifscheiben-Vorschub-Antriebsmotors 22 bewegt wird. Das Werkstück 18 ist auf einem Schlitten 70 befestigt, der seinerseits auf einer Führungsbahn 72 gleitet und der längs dieser Führungsbahn angetrieben ist, um das Werkstück relativ zur Schleifscheibe mit Hilfe eines Antriebs 74 anzutreiben. Das Werkstück ist zwischen Zentrierstellen in einem Reitstock 24 und einem Spindelstock 26 befestigt (die ihrerseits auf dem Schlitten 70 befestigt sind). Der Spindelstock nimmt einen Motor (nicht dargestellt) auf, um das Werkstück 18 über ein Spannfutter 28 in Drehung zu versetzen. Das dargestellte Werkstück ist eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, weist versetzte Kurbelzapfen 30 auf (die exzentrisch zu der Haupt-Werkstückachse verlaufen) und besitzt ferner zylindrische Lagerbereiche 31, die auf Maß geschliffen werden sollen, wobei jeder Lagerbereich einen zylindrischen Werkstückbereich zum Schleifen darstellt, der konzentrisch zur Werkstückachse sein soll.
  • Ein Rechner 32, der mit Werkstückdaten und Betriebsprogrammen (wie sie beschrieben werden) geladen wird, steuert die Arbeitsweise der Maschine und verschiebt u. a. den Schleifkopf 16 auf das Werkstück 18 zu und von ihm weg, wenn das Werkstück rotiert, so dass ein Kontakt zwischen der Schleifscheibe und dem zu schleifenden Traglagerbereich aufrecht erhalten wird. Ein Teil der Daten kann über die Tastatur 33 eingegeben werden. Daten-/Resultate-/Prozess-Schritte können auf dem Schirm 35 sichtbar dargestellt werden.
  • Eine Messvorrichtung bzw. Messlehre 34 wird von der Schleifkopfanordnung aufgenommen, um den Durchmesser der zu schleifenden Bereiche zu messen. Dies kann geschehen, während das Werkstück langsam rotiert, und vorzugsweise, ohne dass die Schleifscheibe nach dem Schleifen in Kontakt mit dem Werkstück steht. Die Messvorrichtung ist in Fig. 1 in ihrer geparkten, nicht arbeitenden Position dargestellt. Während des Messens wird die Messvorrichtung so vorgeschoben, dass die Finger der Lehre (die im einzelnen in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird) zuerst auf der entgegengesetzten Seite des Werkstückes in bezug auf die Schleifscheibe 12 positioniert wird, so dass sie abgesenkt und nach rückwärts gegen die Schleifscheibe bewegt werden kann, um sie oberhalb und unterhalb des Werkstückes zu positionieren, und dann gegen das Werkstück bewegt wird, bis beide sich an diametral gegenüberliegenden Bereichen zum Durchführem der Messung berühren.
  • Die Messvorrichtung ermöglicht das Messen von Kurbelzapfen, z. B. 30 während des Schleifvorganges; Fig. 2 zeigt, wie die Finger 36 und 38 in Eingriff mit einem zylindrischen Lagerbereich 31 kommen können. Pneumatik-Antriebe 44, 46 und 48 ergeben eine Relativbewegung zwischen der Messanordnung und dem Schleifkopf 16, zwischen der Messanordnung und dem Werkstück, und zwischen den beiden Fingern 36 und 38.
  • Ein Sensor 50 bestimmt den Abstand zwischen den Fingern 36, 38 und erzeugt ein Maßsignal für den Rechner 32, aus dem der Durchmesser des Werkstückbereiches zwischen den Fingern berechnet werden kann. Der Sensor kann ferner ein Signal erzeugen, das die lineare oszillierende Bewegung der Messfinger anzeigt, die durch eine Exzentrizität in dem geschliffenen Bereich verursacht wird, indem die beiden Finger 36, 38 miteinander verriegelt, jedoch so im Abstand gehalten werden, dass sie gerade leicht das Werkstück dazwischen festklemmen und letzteres langsam drehen sowie jede Bewegung von 38 relativ zum Sensor 50 beobachten.
  • Fig. 3 zeigt schematisch die Schleifscheibe 12, den Schleifkopf 16, den Schlitten 20 und eine unterschiedliche Art von Messvorrichtung im Vergleich zu der nach den Fig. 1 und 2 gezeigten. Diese Messvorrichtung greift mit Hilfe zweier starrer konvergierender Finger 52, 54 in einen zylindrischen Werkstückbereich 31 ein, wobei ein Sensor 55 ein Signal erzeugt, aus dem der Abstand zwischen den konvergierenden Fingern bestimmt werden kann, bei dem die Finger Kontakt mit dem Werkstück geben. Der Rechner 32 nimmt das Signal auf einer Leitung 56 auf und kann daraus den Durchmesser des Werkstückbereiches berechnen. Positions- und Schleifkopf- Antriebssignale aus dem Rechner 32 gehen über die Leitung 59. Nicht gezeigt sind die Signalpfade aus dem Rechner 32 zu den anderen Antrieben, um die Messvorrichtung in und außer Eingriff zu bringen und die Rotationsgeschwindigkeit der Schleifscheibe und der Kurbelwelle zu steuern. Obgleich diese Messvorrichtung zum Messen der Kurbelzapfen während des Schleifvorganges entwickelt worden ist, kann sie auch zur Bestimmung einer Exzentrizität in dem rotierenden Werkstückbereich verwendet werden, indem die Finger 52, 54 der Messlehre, wie gezeigt, in Kontakt gedrückt werden und jede in-line-Bewegung der Messanordnung 60 aufgrund einer Exzentrizität bei rotierendem Werkstück in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird, wozu z. B. ein Wandler 57 verwendet wird.
  • Die Schleifscheiben-Positionssignale aus einem Wandler/Codierer 41 werden in den Rechner 32 über die Leitung 43 eingeführt.
  • Ein Codierer 37 oder ein anderer Wandler wandelt die Rotationsbewegung des Werkstückes 31 in eine Winkelinformation um. Signale auf der Leitung 39 ermöglichen die Bestimmung der Phase einer beliebigen Exzentrizität von 31 mit Hilfe des Rechners 32.
  • In der parallelen UK-Anmeldung 97 02 550.6 wird ein Verfahren zum Schleifen von Kurbelzapfen auf Maß unter Verwendung einer Prozess-Messung beschrieben. Ferner wird eine Technik zur Erzielung eines Oberflächen-Finish hoher Qualität und Durchmessern hoher Genauigkeit bei geschliffenen Komponenten erzielt. Diese Technik kann auch verwendet werden, wenn Traglagerbereiche geschliffen werden. Während des Schleifvorganges kann somit ein anfänglicher schneller Schleifscheibenvorschub verwendet werden, um einen Traglagerbereich 31 auszurunden, und der Schleifvorschub hoher Geschwindigkeit wird nach einem fest vorgegebenen Vorschubwert unabhängig von der Messvorrichtung angehalten. Am Ende des Schnellvorschubs wird die Messvorrichtung 34 durch den Steuerrechner der Maschine verwendet, um für das Maß des Bereiches 31 Probe zu nehmen und jede Exzentrizität in Hinblick auf Größe wie auch Winkelposition zu prüfen, wie dies durch die gedrehte Position des Werkstückes bestimmt wird, an dem die Exzentrizität festgestellt worden ist. Eine Voraussetzung, damit der Schleifzyklus über diesen Punkt hinaus fortgesetzt wird, besteht darin, dass die Maßprobe eindeutig bestätigt, dass die Messvorrichtung an dem Bereich wirksam ist und einwandfrei funktioniert.
  • Nach der Berechnung des Steuersignals, das notwendig ist, um eine gemessene Exzentrizität zu kompensieren, wird der Schleifvorschub neu gestartet. Es kann eine niedrigere Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden.
  • Im normalen Betrieb wird der Vorschub in Abhängigkeit von Signalen gestoppt, die aus der Schleifscheibenposition und/oder der während des Prozesses arbeitenden Messvorrichtung 34 in einen Durchmesser-Messvorgang abgeleitet und durch den Steuerrechner 32 der Maschine geprüft wird.
  • Bei einem Verfahren, bei dem die Messung während des Prozesses vorgenommen wird, wenn der Schleifvorschub sich auf ein Zielmaß in der Nähe des Endmaßes zu bewegt, kann das Augenblicksmaß des Bereiches 31, der geschliffen wird, kontinuierlich durch den Steuerrechner der Maschine probegeprüft werden.
  • Wenn ein oder zwei oder auch mehr aufeinanderfolgende Proben mit dem Maß des Bereiches 31 als auf oder unterhalb des Zielmaßes festgestellt werden, hält der Steuercomputer sofort den Schleifvorschub an und leitet eine Vorschub-Verweildauer ein. Diese Verweildauer, die mit N Werkstück-Umdrehungen gemessen wird, ermöglicht, dass der zu schleifende Bereich gute geometrische Rundheit und ein stabiles Maß erreicht. Dieser Vorgang ergibt ein optimales Ansprechen auf schnelle Schleifvorschübe, die mit schnellen Herstellzeiten übereinstimmen. Während dieser Vorschub-Verweildauer, in der Regel zwei Werkstück-Umdrehungen, speichert der Steuerrechner eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Proben des Maßes, das bei unterschiedlichen Winkelpositionen relativ zu den Messfingern gemessen wird, so dass er einen Mittelwert des Durchmessers des Werkstück-Bereiches berechnen kann.
  • Nach Verstreichen dieser Verweildauer kann der mittlere Durchmesserwert berechnet werden und dieser Wert kann verwendet werden, um den Vorschubabstand zu berechnen, damit das gewünschte Endmaß des Bereiches erreicht wird. Der Steuerrechner beginnt dann einen schrittweisen Vorschub auf das Endmaß auszuführen. Zu Beginn dieses schrittweisen Vorschubs kann die Messvorrichtung, nachdem sie ihre Arbeit verrichtet hat, zurückgezogen werden, mit dem Ziel, die Herstellzeit zu minimieren. Weil der Vorschub auf Endmaß nicht durch die Messvorrichtung gesteuert wird, braucht sie nicht langsam abzulaufen, sondern kann optimiert werden, um die Ausbildung von durch Bearbeitung bedingten Vibrationen zu eliminieren und/oder die Bearbeitungsdauer zu minimieren.
  • Nach einer endgültigen "Ausfunk-Vorschub-Verveildauer", die mit n Werkstück- Umdrehungen gemessen wird, kann die Schleifscheibe zurückgezogen werden, zuerst mit einer niedrigen Geschwindigkeit, so dass keine Schleifscheiben-Abbrechmarkierungen hinterlassen werden, und dann mit einer höheren Geschwindigkeit, um die Herstelldauer zu minimieren.
  • Alternativ kann eine Bearbeitung ohne eine solche Messung während des Prozesses einfach durch Steuerung des Schleifscheiben-Vorschubs und durch Messen der Komponenten außerhalb des Prozesses, und durch Korrigieren einer durch den Prozess bedingten Exzentrizität gemäß der Erfindung sowie einer Schleifscheiben-Abnutzung durch entsprechende Einstellung erreicht werden, wenn das Schleifen einer Charge von Werkstücken fortschreitet.
  • Fig. 4 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Schleifen einer länglichen Komponente mit einer Anzahl von unterschiedlichen Bereichen in der Längsrichtung, die zylindrisch, entweder konzentrisch oder exzentrisch in bezug auf die Hauptachse der Komponente geschliffen werden sollen, wobei aufgrund des Prozesses eingeführte Exzentrizitäten für alle solchen Bereiche korrigiert werden, gleichgültig ob sie konzentrisch oder exzentrisch zur Hauptachse geschliffen werden.
  • Detaillierte Programmschritte, die erforderlich sind, um eine Schleifmaschine auf unterschiedliche Weise nach den verschiedenen Aspekten der Erfindung einzustellen und zu betreiben, damit sogenannte zusammengesetzte Werkstücke auf ein und derselben rechnergesteuerten Schleifmaschine geschliffen werden können, und zwar mit oder ohne Korrektur der aufgrund des Prozesses hervorgerufenen Exzentrizitäten werden nachstehend beschrieben.
  • Die Listen der gesteuerten Vorgänge, die folgen, zeigen die Schritte, die der Steuerungscomputer der Maschine einleiten muss, die Eingänge, auf die er ansprechen muss, und die Entscheidungen, die er treffen muss, und zwar unter Steuerung der Programme, die in den Speicher geladen werden, um die Schleifscheiben-Vorschub- Programminstruktionen oder Steuersignale und andere Maschinenparameter sowie Teile einzurichten, damit die Maschine aufgerüstet wird und im Anschluss daran ein zusammengesetztes Werkstück, z. B. eine Kurbelwelle, nach unterschiedlichen Verfahren gemäß der Erfindung geschliffen werden kann.
  • Eine kurze Erläuterung des Prozesses, auf den sich die Schritte beziehen, ist zu Beginn des nachstehend beschriebenen Programmiablaufes angegeben.
  • I. Instruktionen zum Einstellen und Betreiben einer computergesteuerten Schleifmaschine für das Schleifen ähnlicher zusammengesetzter Werkstücke ohne Korrektur der Exzentrizität von zylindrisch geschliffenen Bereichen des Werkstückes.
  • 1. Laden von Daten betreffend die zusammengesetzten Werkstücke in den Maschinenrechner
  • 2. Laden von Schleifscheiben-Vorschub-Routinen in den Maschinenrechner
  • 3. Identifizieren von axialen Positionen von zu schleifenden Werkstückbereichen
  • 4. Befestigen des Werkstückes
  • 5. Drehen des Werkstückes zum Schleifen
  • 6. Ausrichten der Schleifscheibe auf den zu schleifenden Bereich
  • 7. Bestimmen aus den Werkstückdaten, wie der Bereich zu schleifen ist
  • 8. Wenn konzentrisches Schleifen, Fortfahren mit 9; wenn exzentrisches Schleifen, Springen auf 28
  • 9. Auswählen einer konzentrischen Schleifscheiben-Vorschub-Routine
  • 10. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Werkstückbereich
  • 11. Berechnen der Schleifscheiben-Position zum Erreichen eines Zieldurchmessers
  • 12. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung aus dem Eingriff
  • 13. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs an der Zieldurchmesser-Position
  • 14. Lösen der Schleifscheibe
  • 15. Anlegen der Messvorrichtung und Messen des geschliffenen Durchmessers
  • 16. Einstellen der Schleifscheiben-Vorschubinstruktionen, um einen End- Durchmesser zu erreichen
  • 17. Berechnen der Schleifscheiben-Position um einen End-Durchmesser zu erreichen
  • 18. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Werkstück
  • 19. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung aus dem Eingriff
  • 20. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs, wenn die berechnete Position erreicht ist
  • 21. Zurückziehen der Schleifscheibe
  • 22. Weitere Bareiche zu schleifen? Ja oder Nein
  • 23. Wenn Ja, Zurückgehen auf 6; wenn Nein, Fortfahren mit 24
  • 24. Abnehmen des Werkstückes
  • 25. Weitere Werkstücke? Ja oder Nein
  • 26. Wenn Ja, Zurückgehen auf 4; wenn Nein, Fortfahren mit 27
  • 27. Einleiten des Bereitschaftsbetriebes
  • 28. Auswählen einer exzentrischen Schleifscheiben-Vorschub-Schleifroutine
  • 29. Zurückgehen auf 10
  • II. Instruktionen zum Einrichten und Schleifen einer rechnergesteuerten Schleifmaschine, um ähnliche zusammengesetzte Werkstücke mit Exzentrizitäts- Korrektur von zylindrisch geschliffenen konzentrischen Bereichen zu schleifen.
  • 1. Laden von Daten betreffend die zusammengesetzten Werkstücke in den Maschinenrechner
  • 2. Laden von Schleifscheiben-Vorschub-Routinen in den Maschinenrechner
  • 3. Identifizieren von axialen Positionen von zu schleifenden Werkstückbereichen, 4. Befestigendes Werkstückes
  • 5. Drehen des Werkstückes zum Schleifen
  • 6. Ausrichten der Schleifscheibe auf den zu schleifenden Bereich
  • 7. Bestimmen aus den Werkstückdaten, wie der Bereich zu schleifen ist
  • 8. Wenn konzentrisches Schleifen, mit 9 Fortfahren; wenn exzentrisches Schleifen, Springen auf 28
  • 9. Auswählen einer konzentrischen Schleifscheiben-Vorschub-Routine
  • 10. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Werkstückbereich
  • 11. Berechnen der Schleifscheiben-Position zum Erreichen eines Zieldurchmessers
  • 12. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung aus dem Eingriff
  • 13. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs an der Zieldurchmesser-Position
  • 14. Lösen der Schleifscheiben
  • 15. Langsames Drehen des Werkstückes
  • 16. Messen des geschliffenen Bereiches und Speichern des Durchmessers
  • 17. Identifizieren einer Exzentrizität und deren Rotations-Position
  • 18. Einstellen einer ausgewählten Schleifscheiben-Vorschub-Routine für die Exzentrizität
  • 19. Berechnen der Schleifscheiben-Position, um einen End-Durchmesser zu erzielen
  • 20. Drehen des Werkstückes zum Schleifen
  • 21. Zustellen der Schleifscheibe und Eingreifen in den Werkstückbereich
  • 22. Erneutes Schleifen unter Verwendung einer eingestellten Routine und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
  • 23. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs, wenn die berechnete Position erreicht ist
  • 24. Zurückziehen der Schleifscheibe
  • 25. Weitere Bereiche zu schleifen? Ja oder Nein
  • 26. Wenn Ja, Zurückgehen auf 6; wenn Nein, Fortfahren mit 27
  • 27. Lösen des Werkstückes
  • 28. Weitere Werkstücke? Ja oder Nein
  • 29. Wenn Ja, Zurückgehen auf 4; wenn Nein, Fortfahren mit 30
  • 30. Einleiten des Bereitschaftsbetriebes
  • 31. Auswählen einer exzentrischen Schleifscheiben-Vorschub-Routine
  • 32. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in den Werkstückbereich
  • 33. Berechnen der Schleifscheiben-Position zur Erzielung eines Zieldurchmessers
  • 34. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung und des Eingriffs
  • 35. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs bei der berechneten Position
  • 36. Lösen der Schleifscheibe von dem exzentrischen Werkstückbereich
  • 37. Anlegen der Messvorrichtung und Messen des Durchmessers des exzentrischen Bereiches
  • 38. Einstellen des Schleifscheiben-Vorschubs zur Erzielung eines End-Durchmessers
  • 39. Berechnen der Schleifscheiben-Position zur Erzielung des End-Durchmessers
  • 40. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in einen exzentrischen Werkstückbereich
  • 41. Schleifen und Messen des Schleifscheiben-Vorschubs aus dem Eingriff
  • 42. Anhalten des Schleifscheiben-Vorschubs, wenn berechnete Position erreicht ist
  • 43. Zurückziehen der Schleifscheibe und Zurückgehen auf 25
  • 44. Weitere Werkstücke zu schleifen? Ja oder Nein
  • 45. Wenn Ja, Zurückgehen auf 6; wenn Nein, Zurückgehen auf 30.

Claims (45)

1. Verfahren zum Schleifen eines zusammengesetzten Werkstückes mit konzentrischen und exzentrischen (versetzten) zylindrischen Bereichen (31, 30) mit Hilfe einer einzelnen, rechnergesteuerten Schleifmaschine ohne Lösen des Werkstückes von der Maschine, bei dem der Rechner (32) mit Daten über das Werkstück geladen wird, wie unterschiedliche Bereiche zu schleifen sind, sowie mit Schleifscheibenvorschub-Instruktionen, und bei dem der Schleifvorgang für jeden Bereich, wie er durch das Werkstück vorgegeben ist, und Bereichsdaten, die im Rechner gespeichert sind, eingestellt wird, wodurch ein Werkstück an der gegebenen Stelle zwischen Zentrierstellen belassen werden kann, während unterschiedliche Bereiche geschliffen werden, um zylindrische Oberflächen auszubilden, von denen einige konzentrisch (31) mit der primären Rotationsachse des Werkstückes und andere exzentrisch (versetzt, 30) relativ dazu sind, und der Steuerrechner so programmiert ist, dass er in der Lage ist, zwischen konzentrischen und exzentrischen Bereichen eines Werkstückes aufgrund von Werkstückdaten, die darin gespeichert sind, zu unterscheiden, so dass der Schleifscheibenvorschub entsprechend gesteuert werden kann, damit er in der erforderlichen Weise eine zylindrische Oberfläche schleifen kann, die konzentrisch (31) mit der primären Achse des Werkstückes angeordnet ist, oder eine zylindrische Oberfläche schleifen kann, die exzentrisch (30) dazu ausgebildet ist, d. h. eine Oberfläche, deren Achse versetzt, aber parallel zu der primären Achse verläuft, und die ferner so programmiert ist, dass kleine Vorschub- und Rückzieh-Bewegungen in den Schleifscheibenvorschub eingeführt werden, während die Schleifscheibe beim Schleifen eines konzentrischen, zylindrischen Werkstückbereiches (31) so in Eingriff steht, dass in den geschliffenen Bereich eine Exzentrizität in der zylindrischen Oberfläche eingeführt wird, die gleich und entgegengesetzt einer unerwünschten, durch den Vorgang eingeführten Exzentrizität ist, die die durch den Schleifvorgang entstandenen Kräfte in den geschliffenen Bereich einführen, so dass die beiden Exzentrizitäten sich aufheben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verwendung beim Schleifen einer Kurbelwelle mit Achslagerbereichen (31), die als zylindrische Oberflächen konzentrisch mit der primären Kurbelwellenachse geschliffen werden sollen, und mit Kurbelwellenzapfen (30), die als zylindrische Oberflächen geschliffen werden sollen, welche versetzt von (d. h. exzentrisch mit) des primären Kurbelwellenachse angeordnet sind.
3. Rechnerprogramm für eine rechnergesteuerte Schleifmaschine, die es der Maschine ermöglicht, das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 durchzuführen, und die in der Lage ist, grundlegende Schleifscheibenvorschub-Befehle zu modifizieren, die unmodifiziert den Schleifscheibenvorschub steuern, um eine exzentrische (versetzte) zylindrische Oberfläche (30) zu schleifen, damit eine zusätzliche Exzentrizität eingeführt wird, die gleich und entgegengesetzt zu einer durch den Schleifvorgang eingeführten Exzentrizität ist, welche in die exzentrische (versetzte) zylindrische Oberfläche durch den Schleifvorgang eingeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem jede unerwünschte Exzentrizität in einem Werkstückbereich gemessen wird, nachdem sie belastungsfrei ist.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Bereichen in beabstandeten Positionen in axialer Richtung entlang eines langgestreckten, zusammengesetzten Werkstückes geschliffen werden, das an entgegengesetzten Enden zum Schleifen abgestützt ist, und ein Einrichtprozess für einen konzentrischen zylindrischen Bereich etwa in der Mitte entlang der axialen Länge des Werkstückes durchgeführt wird, und proportional reduzierte Korrekturen an einer unerwünschten Exzentrizität den. Schleifscheibenvorschub- Programminstruktionen oder Steuersignalen für ähnliche zylindrische Bereiche aufgegeben werden, die geschliffen werden sollen und die von der Mittenposition gegen die abgestützten Enden des Werkstückes verschoben sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem eine Vielzahl von konzentrischen Bereichen auf der Schleifmaschine geschliffen werden sollen, während eine Änderung einer unerwünschten Exzentrizität berücksichtigt wird, die durch aufgrund des Schleifvorganges auftretende Kräfte entlang der axialen Länge eines langgestreckten, zusammengesetzten Werkstückes eingeführt wird, das an den entgegengesetzten Enden zum Schleifen abgestützt ist, derart, dass Bereiche zur Mitte des Werkstückes hin dahin tendieren, dass ein höherer Grad an Kompensation der Exzentrizität erforderlich ist als bei den Bereichen in der Nähe der abgestützten Enden, wobei das Verfahren ferner die Schritte des zylindrischen Schleifens der gesamten konzentrischen zylindrischen Oberflächen eines Werkstückes ohne Einführen einer Kompensation für unerwünschte, durch den Prozess hervorgerufene Exzentrizität einschließt, im Anschluss daran Messungen an dem Werkstück vorgenommen werden, um das Ausmaß und die Winkelposition einer jeden unerwünschten Exzentrizität für jeden der geschliffenen Bereiche zu bestimmen, und ein getrenntes Einstellen der Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder Steuersignale vorgenommen wird, die zur Steuerung des Schleifscheibenvorschubes während des nachfolgenden Schleifens eines jeden dieser Bereiche der gleichen oder ähnlichen Werkstücke verwendet werden, um individuell für jeden derartigen Bereich eine durch den Vorgang hervorgerufene Exzentrizität zu kompensieren.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das ursprüngliche Werkstück erneut unter Verwendung der korrigierten Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder Steuersignale geschliffen wird, und weitere Messungen auf dem erneut geschliffenen Werkstück sowie Korrekturen zweiter Ordnung an den Programminstruktionen oder Steuersignalen vorgenommen werden, bevor das ursprüngliche Werkstück erneut geschliffen wird oder weitere ähnliche Werkstücke geschliffen werden.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem in jeder Stufe eine Anzahl von Werkstücken geschliffen werden, die miteinander eine Probe ergeben, und Exzentrizitätsmessungen in jeder Probe an den Werkstücken durchgeführt werden, wodurch das Ausmaß einer unerwünschten Exzentrizität sowohl in bezug auf die Winkelposition als die radiale Erstreckung für jeden Bereich eines jeden Werkstückes in jeder Probe bestimmt wird, und die mittlere unerwünschte Exzentrizität und die mittlere Winkelposition einer solchen Exzentrizität für jede Probe bestimmt werden, wobei jede Probe als Basis für die Korrektur an den Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder Steuersignalen für einen nachfolgenden Schleifvorgang verwendet wird.
9. Rechnergesteuerte Schleifmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Schleifscheibe (12), einer Antriebsvorrichtung (14) zum Rotieren der Schleifscheibe, einer Schleifscheibenvorschub-Antriebsvorrichtung (22), um die Schleifscheibe in exakter Weise auf einen Werkstückbereich zu vorzuschieben und von ihm weg zurückzuziehen, einem Rechner (32) zur Steuerung der Schleifscheibenvorschub-Antriebsvorrichtung und zum Unterscheiden zwischen konzentrischen und exzentrischen Bereichen, wobei der Rechner einen Speicher zur Speicherung programmierbarer Schleifscheibenvorschub-Instruktionen aufweist, durch die die Position der Schleifscheibe in jedem Augenblick während eines Schleifvorganges gesteuert werden kann, einem Programm, das in den Rechner geladen wird, um den Schleifscheibenvorschub-Antrieb und die Position der Schleifscheibe oder dies Werkstückes zu steuern, um damit in ausgewählten Bereichen längs des Werkstückes das Zustellen und Zurückziehen der Schleifscheibe vor dem, während des und nach dem Schleifen eines jeden Bereiches zu steuern, wobei der Speicher ferner korrigierte Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder Signale zur Verwendung während des Schleifens eines konzentrischen zylindrischen Bereiches (31) des Werkstückes speichert, um jede durch den Vorgang induzierte unerwünsche Exzentrizität in dem konzentrischen Bereich aufzuheben und damit ein exzentrisches und konzentrisches zylindrisches Schleifen von unterschiedlichen Werkstückbereichen ohne Läsen des Werkstückes von der Maschine vorzunehmen.
10. Zusammengesetzte Werkstücke, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, oder unter Verwendung der Maschine nach Anspruch 9.
11. Rechnerprogramm für das Einstellen und Betreiben einer rechnergesteuerten Schleifmaschine zum Schleifen ähnlicher zusammengesetzter Werkstücke mit Exzentrizitäts-Korrektur von konzentrisch geschliffenen Bereichen, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
1. Laden von Daten betreffend die zusammengesetzte Werkstücke in den Maschinenrechner
2. Laden von Schleifscheibenvorschub-Routinen in den Maschinenrechner
3. Identifizieren von Axialpositionen von zu schleifenden Werkstückbereichen
4. Befestigen des Werkstückes
5. Rotieren des Werkstückes zum Schleifen
6. Ausrichten der Schleifscheibe auf den zu schleifenden Bereich
7. Bestimmen aus den Werkstückdaten, wie der Bereich zu schleifen ist
8. Wenn das Schleifen konzentrisch erfolgt, fortfahren mit 9, bei exzentrischem Schleifen übergehen auf 31
9. Auswählen der Schleifscheibenvorschub-Routine für konzentrisches Schleifen
10. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Werkstückbereich
11. Berechnen der Schleifscheibenposition zum Erreichen des Zieldurchmessers
12. Schleifen und Messen der Schleifscheibenzustellung aus dem Eingriff
13. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei gewünschter Zieldurchmesserposition
14. Lösen der Schleifscheibe
15. Langsames Rotieren des Werkstückes
16. Messen des geschliffenen Bereiches und Speichern des Durchmessers
17. Identifizieren einer Exzentrizität und seiner Rotationsposition
18. Einstellen der ausgewählten Schleifscheibenvorschub-Routine für die Exzentrizität
19. Berechnen der Schleifscheibenposition zum Erzielen eines End- Durchmessers
20. Rotieren des Werkstückes zum Schleifen
21. Zustellen der Schleifscheibe und Eingreifen in den Werkstückbereich
22. Erneutes Schleifen unter Verwendung der eingestellten Routine und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
23. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn die berechnete Position erreicht ist
24. Zurückziehen der Schleifscheibe
25. Weitere Bereiche zu schleifen? Ja oder Nein
26. Wenn ja, Zurückgehen auf 6; wenn Nein, Fortfahren mit 27
27. Lösen des Werkstückes
28. Weitere Werkstücke? Ja oder Nein
29. Wenn Ja, Zurückgehen auf 4; wenn Nein, Fortfahren mit 30
30. Einleiten des Bereitschaftsbetriebes
31. Auswählen einer Schleifscheibenvorschub-Routine zum exzentrischen Schleifen
32. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in den Werkstückbereich
33. Berechnen der Schleifscheibenposition, um Zieldurchmesser zu erreichen
34. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung und des Eingriffes
35. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei der berechneten Position
36. Lösen der Schleifscheibe von dem exzentrischen Werkstückbereich
37. Anlegen der Messlehre und Messen des Durchmessers des exzentrischen Bereiches
38. Einstellen des Schleifscheibenvorschubs, um Enddurchmesser zu erreichen
39. Berechnen der Schleifscheibenposition zur Erzielung des Enddurchmessers
40. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in den exzentrischen Werkstückbereich
41. Schleifen und Messen der Schleifscheiben-Zustellung aus dem Eingriff
42. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn berechnete Position erreicht ist
43. Zurückziehen der Schleifscheibe und Zurückgehen auf 25
44. Sind weitere Werkstücke zu schleifen? Ja oder Nein
45. Wenn Ja, Zurückgehen auf 6; wenn Nein, Zurückgehen auf 30.
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