Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Schleifen von zylindrischen Abschnitten von Werkstücken,
die bei ihrer Drehung konzentrisch sein sollen, z. B. Achslagerbereiche einer
Kurbelwelle.
Hintergrund der Erfindung
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Beim zylindrischen Schleifen wird ein Werkstück um seine Hauptachse in Drehung
versetzt und der oder jeder zylindrische Abschnitt der Kurbelwelle wird in
herkömmlicher Weise dadurch geschliffen, dass eine Schleifscheibe in eine
Schleifposition gebracht wird, derart, dass Material von dem Werkstück abgenommen
wird und darauf einen zylindrischen Bereich erstellt.
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Während des Schleifvorganges können unerwünschte Exzentrizitäten in einen
derartigen zylindrischen Bereich aufgrund einer Störung eingeführt werden, die
während des Schleifvorganges auftritt, ein sogenannter Rundlauffehler, ferner als Folge
einer Spannungsentlastung des Werkstückes. Alle Exzentrizitäten, die in solche
Achslagerbereiche einer Kurbelwelle eingeführt werden, führen zu einem
unerwünschten Verschleiß im Betrieb der Komponente, wenn diese Komponente z. B.
in einem Motor rotiert.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Einrichten einer Schleifmaschine sowie
Schleifverfahren und Maschinen zum Reduzieren unerwünschter Exzentrizitäten in
vermeintlich konzentrischen zylindrischen Bereichen von geschliffenen Werkstücken
vorzuschlagen.
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EP 0 276 802 beschreibt ein Verfahren zum Schleifen einer Mehrzahl von Nocken auf
einer Nockenwelle, bei dem Winkel und Länge der Bewegung der Schleifscheibe in
Abhängigkeit von den Polarkoordinaten der Nenn-Nockenkontur eingestellt werden,
jede Abweichung von dem Nenn-Prozesswert gemessen wird und die Länge der
Bewegung der Schleifscheibe durch einen Korrekturfaktor eingestellt wird. Dabei wird
jedoch das Problem der Spannungsentlastung nach dem Schleifen nicht berücksichtigt.
Beschreibung der Erfindung
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Nach einem Aspekt der Erfindung zeichnet sich ein Verfahren zum Betreiben einer
rechnergesteuerten Schleifmaschine für das Schleifen eines Bereiches eines
Werkstückes, bei dem das fertig bearbeitete Werkstück einen zylindrischen,
geschliffenen Oberflächenbereich haben soll, der relativ zu der Hauptachse des
Werkstückes konzentrisch verläuft, dadurch aus, dass dieser Bereich des Werkstückes
exzentrisch geschliffen wird, und dass der Grad der Exzentrizität, der aufgegeben wird,
so beschaffen ist, dass dann, wenn das geschliffene Werkstück nach dem Schleifen
spannungsentlastet ist, der geschliffene Oberflächenbereich in bezug auf die
Hauptachse konzentrisch ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Schleifen von
zylindrischen Oberflächen einer Kurbelwelle, bei dem die zylindrischen, geschliffenen
Oberflächen der fertig bearbeiteten Kurbelwelle konzentrisch relativ zu ihren Achsen
sein sollen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung verwendet wird, die einem
durch Software gesteuerten Kurbelzapfen folgt, und die in eine rechnergesteuerte
Schleifmaschine eingebaut ist, um zu erreichen, dass eine Schleifscheibe der relativ
weitgehenden exzentrischen Bewegung eines Kurbelzapfens während des Schleifens
bei rotierender Kurbelwelle folgt, und die zylindrischen Oberflächen der Kurbelwelle
exzentrisch geschliffen werden, wobei das Ausmaß der Exzentrizität, das aufgegeben
wird, so gewählt ist, dass dann, wenn die geschliffene Kurbelwelle nach dem Schleifen
spannungsentlastet wird, die geschliffenen zylindrischen Oberflächen relativ zu ihren
Achsen konzentrisch sind.
Anwendung auf längliche Werkstücke
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Wenn eine Vielzahl solcher Bereiche in im Abstand zueinander versetzten Positionen
axial längs eines länglichen Werkstückes geschliffen werden sollen, das
entgegengesetzten Enden abgestützt ist, können die Einricht-Prozess-Messungen auf
einem konzentrischen zylindrischen Bereich etwa in der Mitte der axialen Länge des
Werkstückes durchgeführt werden, und proportional reduzierte Korrekturen werden an
den Scheibenvorschub-Programminstruktionen oder -Steuersignalen für ähnliche zu
schleifende Bereiche vorgenommen, die von der Mittenposition gegen die
abgestützten Ende des Werkstückes versetzt sind.
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Alternativ und vorzugsweise wird ein Verfahren zum Einrichten einer
rechnergesteuerten Schleifmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken
vorgeschlagen, bei dem eine unerwünschte Exzentrizität, die durch die beim
Schleifvorgang auftretenden Kräfte entsteht, in ihrem Ausmaß in axialer Länge
(gemessen in bezug auf die abgestützten Enden) so variieren kann, dass Bereiche zur
Mitte des Werkstückes hin einen höheren Grad an Kompensation der Exzentrizität
während des Schleifens im Gegensatz zu den den Enden benachbarten Bereichen
erfordern, das folgende Schritte umfasst: Alle zylindrischen Oberflächen eines
Werkstückes, die mit der Haupt-Werkstückachse konzentrisch verlaufen sollen,
werden zylindrisch geschliffen, ohne dass eine Kompensation einer unerwünschten,
durch die beim Schleifvorgang auftretenden Kräfte eingeführten Exzentrizität
durchgeführt wird; anschließend daran werden Messungen an dem Werkstück
vorgenommen, um jede unerwünschte Exzentrizität sowie deren Winkelposition um
die Haupt-Werkstück-Rotationsachse für jeden der geschliffenen Bereiche festzustellen;
ferner werden alle Schleifscheiben-Vorschubprogramm-Instruktionen oder -
Steuersignale getrennt eingestellt, die zur Steuerung des Schleifscheibenvorschubs
während des anschließenden Schleifens des oder eines anderen solchen Werkstückes
an jeden der entsprechenden Bereiche verwendet werden, damit durch den
Bearbeitungsvorgang eingeführte Exzentrizitäten in jeden derartigen Bereich
individuell kompensiert werden.
Prüfung der Korrekturen
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Nachdem ein Einricht-Vorgang durchgeführt und das originale Werkstück unter
Verwendung der korrigierten Schleifscheiben-Vorschubprogramm-Instruktionen oder
Steuersignale nachgeschliffen worden ist, kann ein weiterer Messvorgang an dem
nachgeschliffenen Werkstück vorgenommen werden und es können Korrekturen
zweiter Ordnung an den Schleifscheiben-Vorschubprogramm-Instruktionen oder
Steuersignalen vorgenommen werden, bevor weitere Werkstücke geschliffen werden.
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Im Anschluss an jedes weitere Schleifen eines Werkstückes können Messungen
vorgenommen werden, um festzustellen, ob die Korrekturen, die aus früheren
Messungen stammen, in ausreichendem Maße unerwünschte, durch den
Schleifvorgang hervorgerufene Exzentrizitäten kompensieren und es können weitere
Korrekturen an den Schleifscheiben-Vorschubprogamm-Instruktionen oder
Steuersignalen in der erforderlichen Weise vorgenommen werden. Der Vorgang kann
wiederholt werden, bis die Messungen, die an einem Test-Werkstück durchgeführt
werden, ergeben, dass die unerwünschte Exzentrizität eines jeden geschliffenen
Bereiches innerhalb gewünschter Grenzen liegt. Im Anschluss daran kann der
Schleifscheibenvorschub der Schleifmaschine so gesteuert werden, dass weitere
Werkstücke entsprechend dem fertig modifizierten Satz von Schleifscheiben-
Vorschubprogramm-Instruktionen oder -Steuersignalen zu schleifen.
Mehrfach-Werkstückmessung für das Einrichten
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Anstatt nur ein Werkstück herzustellen, an dem Messungen während des Einrichtens
vorgenommen werden, werden vorzugsweise in jeder Stufe eine Anzahl von
Werkstücken geschliffen, die miteinander ein Muster bilden und es werden
Exzentrizitätsmessungen an allen Werkstücken in jedem Muster vorgenommen,
wodurch das Ausmaß unerwünschter Exzentrizität sowohl in bezug auf die
Winkelposition als auch die radiale Erstreckung für jeden Bereich eines jeden
Werkstückes in jedem Muster festgestellt wird und die mittlere unerwünschte
Exzentriztät sowie die mittlere Winkelposition einer solchen Exzentrizität für jedes
Muster zur Verwendung als Basis für die korrigierten Schleifscheiben-
Vorschubprogramm-Instruktionen oder Steuersignale bestimmt wird.
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Wenn Muster, die zwei oder mehr Werkstücke umfassen, verwendet werden, um die
Durchführung von Korrekturen zu bestimmen, kann der Prozess zur Bestimmung
dessen, was der endgültige Satz von Programm-Instruktionen oder Steuersignalen für
den Schleifscheibenvorschub sein soll, bestimmt werden, wenn entweder alle
Messungen der unerwünschten Exzentrizität in allen den Werkstücken in einem
Muster innerhalb gewünschter Grenzen liegen oder wenn der Mittelwert aller
Messungen einer unerwünschten Exzentrizität innerhalb gewünschter Grenzen liegt.
Das spezielle Kriterium, das verwendet wird, kann von der Spezifikation für die
betreffende Komponente abhängen.
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Es wird ein Verfahren zum Schleifen von konzentrischen zylindrischen Bereichen
ähnlicher Werkstücke beschrieben, das die Schritte des Einrichtens von modifizierten
Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen oder-Steuersignalen in einer der
vorerwähnten Arten und das anschließende Schleifen von zylindrischen Oberflächen
von Werkstücken ähnlich denen, die bei dem Einricht-Prozess verwendet werden,
umfasst, wobei die modifizierten Schleifscheibenvorschub-Programminstruktionen
oder Steuersignale verwendet werden, die aus dem Einrichtvorgang abgeleitet werden,
um den Schleifscheibenvorschub-Antrieb zu steuern.
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Durch Verwendung einer CBN-Schleifscheibe mit hoher Drehzahl ist es möglich, den
groben Bearbeitungsschritt, der typischerweise vor einem Feinschleifschritt zur
Erzielung einer Lagerfläche erforderlich ist, zu eliminieren, wodurch ein zweistufiger
Schleif- und Polier-Vorgang zur Herstellung eines fertig bearbeiteten Produktes,
anstelle eines dreistufigen Vorganges, erreicht werden kann.
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Mit vorliegender Erfindung ist es somit möglich, dass der durch eine bekannte Software
gesteuerte Kurbelzapfen aufgrund einer Einrichtung, die in rechnergesteuerte
Schleifmaschinen eingebaut ist, ein Schleifrad in die Lage zu versetzen, der relativ
hohen exzentrischen Bewegung eines Kurbelzapfens während des Schleifvorganges bei
rotierender Kurbelwelle folgt und mit einem kleineren Maßstab arbeitet, um
unerwünschte Exzentrizitäten zu kompensieren, die in zylindrisch geschliffene
Oberflächen eines Werkstückes eingeführt werden, die infolge von während des
Schleifvorganges auftretenden Kräften beim Schleifen der Oberflächen auftreten,
konzentrisch sein sollen; eine solche unerwünschte Exzentrizität tendiert dahin, dass
sie auftritt, nachdem das Werkstück spannungsentlastet ist.
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Die Erfindung liefert im Effekt exzentrisch geschliffene Bereiche von Werkstücken, die
konzentrische zylindrische Oberflächen relativ zu der Werkstück-Hauptachse haben
sollen, anstatt dass solche Bereiche konzentrisch geschliffen werden. Der Grad der
Exzentrizität ist dabei so, dass dann, wenn ein geschliffenes Werkstück nach dem
Schleifvorgang spannungsentlastet ist, die Bereiche in bezug auf die Hauptachse des
Werkstückes tatsächlich konzentrisch sind.
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Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf das Schleifen von Achslagerbereichen
auf Kurbelwellen, sie ist jedoch in gleicher Weise anwendbar auf das Schleifen eines
beliebigen zylindrischen konstanten Werkstück-Abschnittes, um eine Exzentrizität zu
beheben, die der Schleifvorgang in das Werkstück einführen kann und die
offensichtlich wird, wenn das Werkstück spannungsentlastet wird.
Einrichtung nach der Erfindung
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Eine rechnergesteuerte Schleifmaschine, die in der Lage ist, Verfahren nach Anspruch 1
oder 2 durchzuführen, ist gekennzeichnet durch eine Schleifscheibe, eine Antriebsvorrichtung
zum Drehen der Schleifscheibe, eine Antriebsvorrichtung für den
Schleif-schebenvorschub zum exakten Vorschieben und Zurückziehen der Schleifscheibe in
bezug auf einen Bereich eines Werkstückes, eine Rechnervorrichtung zur Steuerung
der Antriebsvorrichtung des Scheibenvorschubs, wobei die Rechnervorrichtung eine
erste Speichervorrichtung zur Speicherung von programmierbaren Scheibenvorschub-
Instruktionen, durch die die Position der Scheibe in jedem Augenblick während des
Schleifvorgangs gesteuert werden kann, eine Programmvorrichtung, die in den Rechner
geladen wird, um das Vorschieben und Zurückziehen sowie das Positionieren der
Schleifscheibe zu steuern, und eine zweite Speichervorrichtung zum Speichern von
Korrektursignalen für die Einstellung der originalen Scheibenvorschub-Instruktionen
oder von Steuersignalen, die daraus während des Schleifens der Bereiche abgeleitet
werden, oder zum Speichern der korrigierten Scheibenvorschub-
Programminstruktionen oder Steuersignale, aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Maschine der vorbeschriebenen Art, mit der, wenn
sie zur Durchführung eines Schleifvorganges programmiert ist, eine unerwünschte
Exzentrizität reduziert wird, die durch die beim Schleifvorgang auftretenden Kräfte in
einen vermeintlich konzentrischen zylindrischen Werkstückbereich eingeführt wird,
indem jeder solche Bereich so geschliffen wird, dass er komplementär exzentrisch in
bezug auf jede Exzentrizität ist, die durch die beim Schleifvorgang auftretenden Kräfte
eingeführt würde.
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Vorzugsweise weist eine derartige Maschine, bei der die Schleifscheibe in axialer
Richtung relativ zum Werkstück oder das Werkstück in axialer Richtung relativ zur
Schleifscheibe bewegt wird, um unterschiedliche Bereiche schleifen zu können, die
Rechnervorrichtung zusätzliche Programminstruktionen auf, um die Verschiebung der
Schleifscheibe oder des Werkstückes zur Erzielung der relativen Positionierung zu
steuern.
Produkt by Prozess
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Die Erfindung betrifft ferner Werkstücke, die nach einem der vorbeschriebenen
Verfahren hergestellt werden oder bei deren Herstellung die vorbeschriebene
Schleifmaschine Anwendung findet.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines
Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine rechnergesteuerte Schleifmaschine, die mit einer während des Prozesses
arbeitenden Messvorrichtung ausgerüstet ist,
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Fig. 2 eine Seitenansicht der Messvorrichtung in vergrößertem Maßstab,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung, wie eine Messvorrichtung gesteuert wird und
ihrerseits den Schleifzyklus über den die Maschine steuernden Rechner
steuert, und
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Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Schleifprozess-Schritte eines Verfahrens nach der
Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Schleifmaschine 10 mit einer Schleifscheibe 12, die von einem Motor
14 angetrieben und auf einem Schleifspindelkopf 16 auf das Werkstück 18 zu und von
ihm weg längs einer linearen Bahn 20 unter Steuerung des Schleifspindelkopf-
Antriebsmotors 22 verschiebbar ist. Das Werkstück 18 ist auf einem Schlitten 70
befestigt, der selbst auf einer Führungsbahn 32 gleitend angeordnet und angetrieben
ist, um das Werkstück relativ zu der Schleifscheibe über einen Antrieb 74 anzutreiben.
Das Werkstück ist zwischen Zentrierstellen in einem Reitstock 24 und einem
Spindelstock 26 befestigt (die ihrerseits an dem Schlitten 70 befestigt sind). Der
Spindelstock nimmt einen Motor (nicht dargestellt) auf, der das Werkstück 18 über
eine Spannbacke 28 in Drehung versetzt. Das dargestellte Werkstück ist eine
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und weist versetzte Kurbelzapfen 30 auf (die in
bezug auf die Kurbelwellen-Hauptachse exzentrisch angeordnet sind), ferner
zylindrische Lagerbereiche 31, die auf Maß geschliffen werden sollen, wobei jeder
Lagerbereich einen zylindrischen Werkstückbereich zum Schleifen darstellt, der
konzentrisch in bezug auf die Werkstückachse sein soll.
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Ein Rechner 32, der Werkstück-Daten und Betriebsprogramme (wie sie noch
beschrieben werden) enthält, steuert den Betrieb der Maschine und verschiebt u. a. den
Schleifspindelkopf 16 auf das Werkstück 18 zu und von ihm weg, während das
Werkstück rotiert, so dass der Kontakt zwischen der Schleifscheibe und dem
Traglagerbereich, der geschliffen werden soll, aufrecht erhalten bleibt. Daten können
über die Tastatur 33 eingeführt werden. Daten-/Resultat-/Prozess-Schritte können auf
dem Schirm 35 dargestellt werden.
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Eine Messlehre, die allgemein mit 34 bezeichnet ist, wird von der
Schleifspindelkopfanordnung zum Messen des Durchmessers der zu schleifenden
Bereiche aufgenommen. Dies kann geschehen, während das Werkstück langsam in
Drehung versetzt wird, und vorzugsweise wenn die Schleifscheibe nach dem
Schleifvorgang nicht in Eingriff steht. Die Messlehre ist in ihrer geparkten, nicht den
Betriebszustand einnehmenden Position in Fig. 1 dargestellt. Während des
Messvorganges wird sie so zugestellt, dass die Finger der Messlehre (im einzelnen in
Verbindung mit Fig. 2 beschrieben) zuerst auf der entgegengesetzten Seite des
Werkstückes in bezug auf die Schleifscheibe 12 angeordnet werden, so dass sie
abgesenkt und rückwärts gegen die Schleifscheibe bewegt werden können, damit sie
oberhalb und unterhalb des Werkstückes angeordnet sind, und dann auf das Werkstück
zu bewegt werden, bis sie mit ihm an diametral gegenüberliegenden Bereichen zur
Durchführung des Messvorganges in Berührung stehen.
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Die Messlehre ist so ausgelegt, dass sie das Messen von Kurbelzapfen ermöglicht,
wenn sie geschliffen werden, und Fig. 2 zeigt, wie die Finger 36 und 38 mit einem
Traglagerbereich 31 in Eingriff kommen. Die gestrichelten Umrisse 40, 42 zeigen die
extremen Positionen des Zapfens relativ zur Schleifscheibe 12, wenn der Zapfen um
die Achse der Kurbelwelle gedreht wird und eine vertikale Bahn beschreibt (von der
Scheibe 12 aus gesehen). Pneumatische Antriebe 44, 46 und 48 erzeugen eine
Relativbewegung zwischen der Messlehrenanordnung und dem Schleifspindelkopf 16,
zwischen der Messlehrenanordnung und dem Werkstück, und zwischen den beiden
Fingern 36 und 38.
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Ein Sensor 50 bestimmt den Abstand zwischen den Fingern 36, 38 und liefert ein
Abstandssignal 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 des Messlehrenfingers 38 angibt,
die durch eine Exzentrizität in dem geschliffenen Bereich verursacht wird, indem die
beiden Finger 36, 38 so verriegelt werden, dass sie gerade das Werkstück dazwischen
leicht festklemmen und das Werkstück langsam drehen sowie jede Bewegung des
Fingers 38 relativ zum Sensor 50 beobachten.
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Fig. 3 zeigt schematisch die Schleifscheibe 12, den Schleifspindelkopf 16, den
Schieber 20 und eine unterschiedliche Art von Messlehre im Vergleich zu der nach
den Fig. 1 und 2. Diese steht in Eingriff mit einem Traglager-Werkstückbereich 31
mittels zweier feststehender konvergierender Finger 52, 54, wobei ein Sensor 55 zur
Bestimmung des Abstandes zwischen den konvergierenden Fingern vorgesehen ist, bei
dem die Finger Kontakt mit dem Werkstück geben. Der Rechner 32 nimmt die
Messsignale über die Leitung 56 auf und kann daraus den Durchmesser des
Werkstückbereiches berechnen; der Rechner liefert ferner u. a. ein Positionssignal an
den Schleifspindelkopf-Antrieb über Leitungen 58 und 59. Nicht gezeigt sind die
Signalpfade von dem Rechner 32 zu den anderen Antrieben, um die Messlehre in und
außer Eingriff zu bewegen und die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu steuern.
Obgleich diese Art von Messlehre zum Messen von Kurbelzapfen-Durchmessern
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 in der gezeigten Weise in Kontakt gebracht werden und
jede In-line-Bewegung der Messlehrenanordnung 60 aufgurnd der Exzentrizität in ein
entsprechendes elektrisches Signal unter Verwendung eines Wandlers, z. B. 57
umgewandelt wird.
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Schleifscheiben-Positionssignale aus dem Wandler-Codierer 41 werden über die
Leitung 43 dem Rechner 32 zugeführt.
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Wie in der parallelen UK-Anmeldung 9702550.6 ausgeführt, wird ein Verfahren zum
Schleifen von Kurbelzapfen auf Maß beschrieben, das zur Messung während des
Prozessablaufes verwendet wird, und es wird ferner eine Technik beschrieben, mit der
ein Oberflächen-Finish hoher Qualität und außerordentlich exakte Durchmesser bei
geschliffenen Komponenten erreicht werden können. Eine derartige Technik kann auch
angewendet werden, wenn Traglagerbereiche geschliffen werden. Dabei wird während
des Schleifvorganges ein anfangs schneller Schleifscheibenvorschub angewendet, um
den Traglagerbereich 31 auszurunden und den Schnellschleifvorschub nach einer fest
vorgegebenen Vorschubgröße unabhängig von der Messlehre anzuhalten. Am Ende
des Schnellvorschubs wird die Messlehre 34 von dem Maschinensteuerungsrechner
verwendet, um das Maß für den Bereich 31 zu ermitteln und Exzentrizitäten in bezug
auf Größe und Winkelposition nachzuprüfen, wie dies durch die Drehposition des
Werkstückes, an der die Exzentrizität festgestellt wird, gegeben ist. Eine
Voraussetzung, damit der Schleifzyklus über diesen Punkt hinaus fortschreitet, besteht
darin, dass dieses Prüfen des Maßes auf vernünftige Weise bestätigt, dass die
Messlehre an den Bereich angelegt ist und einwandfrei arbeitet.
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Nach dem Berechnen des erforderlichen Steuersignals zur Kompensierung einer
gemessenen Exzentrizität wird der Schleifvorschub neu gestartet. Es kann eine
geringere Vorschubgeschwindigkeit angewendet werden.
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Im Normalbetrieb wird der Vorschub in Abhängigkeit von Signalen angehalten, die aus
der Schleifscheibenposition und/oder der während des Betriebes arbeitenden
Messlehre 34 in einem Durchmesser-Messbetrieb abgeleitet und durch den
Maschinensteuerungsrechner 32 ermittelt werden.
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Bei einem Verfahren, bei dem der Messvorgang während des Prozesses vorgenommen
wird, kann, wenn der Schleifvorschub sich einer Zielvorgabe nähert, in der Nähe des
Endmaßes das augenblickliche Maß des Bereiches 31, der geschliffen wird,
kontinuierlich durch den Maschinen-Steuerrechner geprüft werden.
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Wenn von einer, von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Proben der Größe des
Bereiches 31 festgestellt wird, dass sie die Zielgröße erreicht haben oder unterhalb der
Zielgröße liegen, hält der Steuerrechner sofort den Schleifvorschub an und leitet eine
Vorschub-Verweildauer ein. Diese Verweildauer, die in N Werkstückdrehungen
gemessen wird, ermöglicht, dass der zu schleifende Bereich eine gute geometrische
Rundheit und ein stabiles Maß erreicht hat. Dieser Vorgang ergibt ein optimales
Ansprechen auf schnelle Schleifvorschübe zusammen mit schnellen Herstellzeiten.
Während einer derartigen Vorschub-Verweildauer, die typischerweise zwei
Werkstückumdrehungen umfasst, speichert der Steuerrechner eine Anzahl von
aufeinander folgenden Proben der Maßgröße, die bei unterschiedlichen
Winkelpositionen in bezug auf die Messlehren-Finger gemessen wird, so dass ein
mittlerer Wert des Durchmessers des Werkstückbereiches berechnet werden kann.
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Nach Beendigung dieser Verweildauer kann der Wert des mittleren Durchmessers
berechnet werden und dieser Wert kann zur Berechnung des Vorschubabstandes
verwendet werden, um das gewünschte End-Maß des Bereiches zu erzielen. Der
Steuerrechner leitet dann einen Bruchteil-Vorschub für das endgültige Maß ein. Zu
Beginn dieses Bruchteil-Vorschubes kann die Messlehre, die ihre Arbeit abgeschlossen
hat, zurückgezogen werden, mit dem Ziel, die Herstelldauer zu minimieren. Da der
Vorschub auf das endgültige Maß nicht durch die Messlehre gesteuert wird, braucht er
nicht langsam zu verlaufen, sondern kann optimiert werden, um den Aufbau von durch
Bearbeitung entstehenden Vibrationen zu eliminieren und/oder die Bearbeitungszeit zu
minimieren.
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Nach einer abschließenden "Ausfunk-Vorschub-Verweildauer", die in n Werkstück-
Drehungen gemessen wird, kann die Schleifscheibe zurückgezogen werden, zu Anfang
mit einer geringen Geschwindigkeit, damit keine Schleifscheiben-Abbruchmarkierung
verbleibt, und dann mit einer höheren Geschwindigkeit, um die Herstelldauer so
gering wie möglich zu halten.
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Alternativ kann die Bearbeitung ohne eine derartige Prozess-Messung durchgeführt
werden, einfach durch Steuerung des Schleifscheibenvorschubes und Messen von
Komponenten off-line, sowie durch Korrigieren der im Prozess eingeführten
Exzentrizität nach vorliegender Erfindung und der Schleifscheibenabnutzung durch
entsprechende Verstellung, wenn der Schleifvorgang einer Charge von Werkstücken
fortschreitet.
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Fig. 4 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Schleifen einer Komponente mit einer
Anzahl von zylindrischen Oberflächen, die konzentrisch zu der Primärachse der
Komponente geschliffen werden sollen. Nach dem gleichen Vorgang wird für jede zu
schleifende Komponente vorgegangen.
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Detaillierte Programm-Schritte, die erforderlich sind, um eine Schleifmaschine auf
unterschiedliche Weise nach dem entsprechenden Aspekten der Erfindung
einzurichten und zu betreiben, werden nachstehend erläutert.
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Die Liste von rechnergesteuerten Arbeitsvorgängen, die nachstehend beschrieben
werden, zeigen die Schritte, die der die Maschine steuernde Rechner zunächst
vornehmen muss, die Eingaben, auf die er ansprechen muss, und die Entscheidungen,
die er ausführen muss, jeweils unter Steuerung von Programmen, die in seinen
Speicher geladen werden, damit die Schleifscheibenvorschub-Steuersignale und andere
Maschinenparameter und Teile so eingestellt werden, dass die Maschine eingerichtet
wird, um anschließend einen Traglagerbereich einer Kurbelwelle nach den
unterschiedlichen Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zu schleifen.
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Eine kurze Erläuterung des Vorganges, auf den sich die Schritte beziehen, ist am
Anfang einer jeden Auflistung angegeben.
Einrichtroutine/Programme
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1. Routine zum Einrichten einer rechnergesteuerten Schleifmaschine zum Schleifen
eines Werkstückes, das einen konzentrisch zu schleifenden Bereich hat, und zum
nachfolgenden Schleifen ähnlicher Werkstücke
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
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2. Laden des Scheibenvorschub-Programms für den Werkstückbereich
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3. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für den Bereich
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4. Befestigen des Werkstückes
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5. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
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6. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
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7. Einleiten des Schleifscheibenvorschubs und Zustellen der Schleifscheibe für den
Eingriff in den Bereich
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8. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifkopf-Zustellung
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9. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn die gewünschte
Schleifscheibenzustellung erreicht ist
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10. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe und des Werkstückes
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11. Anlegen der Messlehre an den geschliffenen Bereich
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12. Langsames Rotieren des Werkstückes
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13. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
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14. Identifizieren irgendwelcher Exzentrizitäten und ihrer Drehpositionen
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15. Einstellen des Schleifscheibenvorschub-Programms für die Exzentrizität
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16. Beginnen einer neuen Ziel-Schleifscheiben-Zustellung
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17. Schleifen des Werkstückes unter Verwendung des eingestellten
Schleifscheibenvorschub-Programms
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18. Messen der Schleifspindelkopf-Zustellung
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19. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn die gewünschte Zustellung
erreicht ist
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20. Zurückziehen der Schleifscheibe
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21. Anhalten der Werkstück-Drehung
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22. Abnehmen des Werkstückes
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23. Weitere ähnliche Werkstücke? - Ja oder Nein
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24. Wenn Ja, Fortfahren mit 25; wenn Nein, auf 27 gehen
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25. Festlegen eines neuen Werkstückes
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26. Fortfahren mit 16
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27. ENDE
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2. Ähnliche Routine, bei der das Werkstück für die Messung entfernt werden muss
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
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2. Laden des Schleifscheibenvorschub-Programms für den Werkstückbereich
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3. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für den Bereich
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4. Befestigen des Werkstückes
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5. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
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6. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
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7. Einleiten des Schleifscheibenvorschubs und Zustellen der Schleifscheibe für den
Eingriff in den Bereich
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8. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifkopf-Zustellung
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9. Anhalten des Schleifeibenvorschubs, wenn die gewünschte
Schleifscheibenzustellung erreicht ist
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10. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe und des Werkstückes
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11. Anhalten der Werkstückdrehung
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12. Abnehmen des Werkstückes und Entspannung an der Maschine
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13. Messen des Werkstückdurchmessers und Feststellen einer Exzentrizität
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14. Markieren der Winkelposition der festgestellten Exzentrizität
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15. Erneutes Festlegen des Werkstückes mit Markierung an einer bestimmten Position
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16. Einführen von Details über die Exzentrizität in den Maschinenrechner
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17. Einstellen des Schleifscheibenvorschub-Programms für die Exzentrizität
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18. Drehen des Werkstückes um die Primärachse
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19. Schleifen des Werkstückes unter Verwendung des eingestellten
Schleifscheibenvorschub-Programms
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20. Messen der Schleifspindelkopf-Zustellung
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21. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn End-Zustellung erreicht ist
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22. Zurückziehen der Schleifscheibe
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23. Anhalten der Werkstück-Drehung
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24. Abnehmen des Werkstückes
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25. Weitere ähnliche Werkstücke? - Ja oder Nein
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26. Wenn Ja, Fortfahren mit 27; wenn Nein, auf 29 gehen
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27. Festlegen eines neuen Werkstückes
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28. Auf 17 gehen
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29. ENDE
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3. Einrichtroutine für eine rechnergesteuerte Schleifmaschine zum Schleifen eines
Werkstückes mit zwei oder mehr Bereichen, die konzentrisch geschliffen werden
sollen, und anschließendes Schleifen von ähnlichen Werkstücken
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
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2. Laden des Scheibenvorschub-Programms für den Werkstückbereich
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3. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für den Bereich
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4. Festlegen des Werkstückes
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5. Auswählen eines Bereiches in der Nähe der Mitte des zu schleifenden
Werkstückes
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6. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
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7. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
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8. Einleiten des Schleifscheibenvorschubs und Zustellen der Schleifscheibe für den
Eingriff in den Bereich
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9. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifkopf-Zustellung
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10. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei der gewünschten Schleifscheiben-
Zustellung
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11. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe und des Werkstückes
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12 In Eingriff bringen der Durchmesser-Messlehre an dem geschliffenen Bereich
-
13. Langsames Rotieren des Werkstückes
-
14. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
-
15. Identifizieren jeder Exzentrizität und ihrer Drehposition
-
16. Einstellen des Schleifscheibenvorschub-Programms der Bereiche für die
Exzentrizität
-
17. Identifizieren der Positionen anderer zu schleifender Bereiche
-
18. Berechnen des eingestellten Schleifscheibenvorschub-Programms für jeden
anderen Bereich
-
19. Drehen des Werkstückes zum Schleifen
-
20. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Werkstückbereich
-
21. Beginnen der Ziel-Schleifscheibenzustellung für den Bereich
-
22. Schleifen unter Verwendung des eingestellten Schleifscheibenvorschub-
Programms für den Bereich
-
23. Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
24. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei gewünschter Schleifscheiben-
Zustellung
-
25 Zurückziehen des Werkstückes.
-
26. Weitere ähnliche Bereiche? - Ja oder Nein
-
27. Wenn Ja, Fortfahren mit 28; wenn Nein, auf 30 gehen
-
28. Auswählen des nächsten Bereiches
-
29. Übergehen auf 19
-
30. Anhalten der Werkstückdrehung
-
31. Abnehmen des Werkstückes
-
32. Weitere Werkstücke? - Ja oder Nein
-
33. Wenn Ja, Übergehen auf 34. Wenn Nein, Übergehen auf 36
-
34. Befestigen des nächsten Werkstückes
-
35. Fortfahren mit 19
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36. ENDE
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4. Alternative Einrichtroutine für eine rechnergesteuerte Schleifmaschine zum
Schleifen eines Werkstückes mit zwei oder mehr Bereichen, die konzentrisch
geschliffen werden sollen, und anschließendem Schleifen von ähnlichen Werkstücken
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
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2. Laden des Schleifscheibenvorschub-Programms für den Werkstückbereich
-
3. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für den Bereich
-
4. Befestigen des Werkstückes
-
5. Auswählen eines zu schleifenden Bereiches
-
6. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
-
7. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
-
8. Einleiten eines Programms zur Abgabe von Schleifscheibenvorschub-
Steuersignalen
-
9. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Bereich
-
10. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
11. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei gewünschter Schleifscheiben-
Zustellung
-
12. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe und des Werkstückes
-
13. In Eingriff bringen der Durchmesser-Messlehre an dem geschliffenen Bereich
-
14. Langsames Drehen des Werkstückes
-
15. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
-
16. Identifizieren einer Exzentrizität und ihrer Drehposition
-
17. Einstellen des Schleifscheibenvorschub-Programms auf die Exzentrizität
-
18. Sind weitere Bereiche zu schleifen - Ja oder Nein
-
19. Wenn Ja, Übergehen auf 5; wenn Nein, Fortfahren mit 20
-
20. Auswählen des Bereiches, der neu geschliffen werden soll
-
21. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für das Schleifen
-
22. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für den Bereich
-
23. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
-
24. Einleiten eines eingestellten Schleifscheibenvorschub-Programms für den Bereich
-
25. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Bereich
-
26. Schleifen des Bereiches und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
27. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei der gewünschten Schleifscheiben-
Zustellung und Zurückziehen
-
28. Sind weitere Bereiche neu zu schleifen? - Ja oder Nein
-
29. Wenn Ja, Übergehen auf 20; wenn Nein, Fortfahren mit 30
-
30. Anhalten der Werkstück-Drehung
-
31. Abnehmen des Werkstückes
-
32. Weitere Werkstücke? - Ja oder Nein
-
33. Wenn Ja, Fortfahren mit 34. Wenn Nein, Übergehen auf 36
-
34. Befestigen des nächsten Werkstückes
-
35. Übergehen auf 20
-
36. ENDE
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5. Einrichtroutine für eine rechnergesteuerte Schleifmaschine zum Schleifen von
Werkstücken mit zwei oder mehr Bereichen, die konzentrisch geschliffen werden
sollen, wobei die Maschinenparameter durch wiederholtes Schleifen eines ersten
Werkstückes oder einer Reihe von Werkstücken eingerichtet werden, bis die
gemessenen Resultate von jedem Schleifvorgang innerhalb voreingestellter Grenzen
liegen, und zum nachfolgenden Schleifen von ähnlichen Werkstücken, die die
Maschine in eingerichtetem Zustand verwenden
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
-
2. Laden des Schleifscheibenvorschub-Programms für die Werkstückbereiche
-
3. Beginnen der Ziel-Schleifscheiben-Zustellung für die Bereiche
-
4. Befestigen des Werkstückes
-
5. Auswählen eines zu schleifenden Bereiches
-
6. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
-
7. Ausrichten der Schleifscheibe auf den zu schleifenden Bereich
-
8. Einleiten eines Programms zum Erzielen des Schleifscheibenvorschubs für den
Bereich
-
9. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Bereich
-
10. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifrad-Zustellung
-
11. Anhalten des Schleifradvorschubs bei gewünschter Schleifrad-Zustellung
-
12. Außer Eingriff bringen des Schleifrades und Werkstückes
-
13. In Eingriff bringen der Durchmesser-Messlehre an dem geschliffenen Bereich
-
13. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
-
14. Langsames Drehen des Werkstückes
-
15. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
-
16. Identifizieren und Speichern von Größe und Position der Exzentrizität
-
17. Einstellen des Schleifradvorschub-Programms des Bereiches für die Exzentrizität
-
18. Sind weitere Bereiche zu schleifen - Ja oder Nein
-
19. Wenn Ja, Übergehen auf 4; wenn Nein, Fortfahren mit 20
-
20. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in den Werkstück-Bereich
-
21. Schleifen des Werkstückes unter Verwendung eines eingestellten
Schleifscheibenvorschubs für den beaufschlagten Bereich
-
22. Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
23. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs, wenn die gewünschte Zustellung
erreicht ist
-
24. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe
-
25. Langsames Drehen des Werkstückes
-
26. Messen des Durchmessers und Speichern des Wertes für den Durchmesser des
Bereiches
-
27. Identifizieren jeder Exzentrizität und ihrer Drehposition
-
28. Speichern der Größe und der Position der Exzentrizität des Bereiches
-
29. Vergleichen mit vorher gespeicherten Werten für den Bereich
-
30. Berechnen der Unterschiede zwischen zwei Sätzen von Werten
-
31. Vergleichen der Größe von Unterschieden mit vorbestimmten Grenzwerten
-
32. Speichern von Vergleichsresultaten für den Bereich
-
33. Sind weitere Bereiche zu schleifen? - Ja oder Nein
-
34. Wenn Ja, Übergehen auf 35, wenn Nein, Übergehen auf 37
-
35. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
-
36. Übergehen auf 20
-
37. Lesen von gespeicherten Vergleichsresultaten
-
38. Wenn alle Resultate günstig sind, auf 39 übergehen, wenn nicht, auf 30
übergehen
-
39. Aufbewahren von endgültigen eingestellten Schleifscheibenvorschub-
Programmwerten
-
40. Abnehmen des Werkstückes
-
41. Ende des Einrichtens. Beginn des Schleifens? - Ja oder Nein
-
42. Wenn Ja, Fortfahren mit 43, wenn Nein, Abschließen mit 53
-
43 Befestigen des Werkstückes
-
44. Ausrichten der Schleifscheibe auf den Bereich, der geschliffen werden soll
-
45. Zustellen und Schleifen unter Verwendung der endgültigen, eingestellten
Schleifscheibenvorschub-Programmwerte
-
46. Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
47. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei gewünschter Zustellung
-
48. Zurückziehen der Schleifscheibe
-
49. Anhalten der Werkstückdrehung
-
50. Abnehmen des Werkstückes
-
51. Weitere Werkstücke? - Ja oder Nein
-
52. Wenn Ja, Übergehen auf 43, wenn Nein, Fortfahren mit 53
-
53. Übergehen auf Bereitschaftsbetrieb
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6. Einrichtroutine für eine rechnergesteuerte Schleifmaschine zum Schleifen von
Werkstücken mit zwei oder mehr Bereichen, die konzentrisch geschliffen werden,
wobei der Schleifscheibenvorschub und andere Parameter, die zum Schleifen
erforderlich sind, als Mittelwert einer Vielzahl von Werten berechnet werden, die
durch eine Folge von Messungen an einer Vielzahl von Test-Werkstücken gewonnen
werden, und anschließendes Schleifen von ähnlichen Werkstücken unter Verwendung
der Maschine, wie eingerichtet
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1. Laden von Werkstückdaten in den Maschinenrechner
-
2. Laden des Schleifscheibenvorschub-Programms für die Werkstückbereiche
-
3. Beginnen der Ziel-Schleifscheibenzustellung für die Bereiche
-
4. Befestigen des Werkstückes und Rücksetzen des Werkstückes auf Null
-
5. Auswählen des zu schleifenden Bereiches
-
6. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für den Schleifvorgang
-
7. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
-
8. Einleiten eines Programms zum Erzeugen von Schleifscheibenvorschub-
Steuersignalen für den Bereich
-
9. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff mit dem Bereich
-
10. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
11. Anhalten des Schleifscheibenvorschubs bei gewünschter Schleifscheiben-
Zustellung
-
12. Außer Eingriff bringen der Schleifscheibe und des Werkstückes
-
13. In Eingriff bringen der Durchmesser-Messlehre an dem geschliffenen Bereich
-
14. Langsames Drehen des Werkstückes
-
15. Messen des geschliffenen Durchmessers und Speichern der Durchmesser-
Messungen
-
16. Identifizieren und Speichern von Größe und Position der Exzentrizität
-
17. Sind weitere Bereiche zu schleifen - Ja oder Nein
-
18. Wenn Ja, Übergehen auf 5; wenn Nein, Fortfahren mit 19
-
19. Weiterschalten des Werkstückzählers um Eins
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20. Abnehmen des Werkstückes
-
21. Sollen weitere Werkstücke geprüft werden? Ja oder Nein
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22. Wenn Ja, Übergehen auf 4, wenn Nein, Fortfahren mit 23
-
23. Berechnen des arithmetischen Mittelwertes von eingestellten
Schleifscheibenvorschub-Steuersignalen für jeden Bereich unter Verwendung des
Zählerwertes
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24. Speichern der mittleren Schleifscheibenvorschub-Signale für jeden Bereich
anstelle des ursprünglich geladenen Schleifscheibenvorschub-Programms
-
25. Speichern der End-Schleifscheiben-Zustellungen für die Bereiche anstelle von
Daten, die in Schritt 3 eingeführt werden
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26. Ende des Einrichtens. Beginn des Schleifvorganges? - Ja oder Nein
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27. Wenn Ja, Fortfahren mit 28, wenn Nein, Übergehen auf 43
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28. Befestigen des Werkstückes
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29. Auswählen des zu schleifenden Bereiches
-
30. Drehen des Werkstückes um die Primärachse für das Schleifen
-
31. Ausrichten der Schleifscheibe nach dem zu schleifenden Bereich
-
32. Zustellen der Schleifscheibe für den Eingriff in den Bereich
-
33. Steuern des Schleifscheibenvorschubes unter Verwendung der mittleren
Schleifscheibenvorschub-Signale für den Bereich
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34. Schleifen des Werkstückes und Messen der Schleifscheiben-Zustellung
-
35. Anhalten des Schleifscheibenvorschubes bei der gewünschten Schleifscheiben-
Zustellung
-
36. Abnehmen der Schleifscheibe und des Werkstückes
-
37. Sind weitere Bereiche zu schleifen? - Ja oder Nein
-
38. Wenn Ja, Übergehen auf 29; wenn Nein, Fortfahren mit 39
-
39. Abnehmen des Werkstückes
-
40. Weitere Werkstücke? - Ja oder Nein
-
41. Wenn Ja, Übergehen auf 28; wenn Nein, Abschließen mit 42
-
42. ENDE
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43. Eintreten in den Bereitschaftsbetrieb