DE69732808T2

DE69732808T2 - Schleifvorrichtung

Info

Publication number: DE69732808T2
Application number: DE69732808T
Authority: DE
Inventors: Stephen Roger Coverdale; Michael Laycock
Original assignee: Unova UK Ltd
Current assignee: Cinetic Landis Ltd
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: DE69728772D1; DE69728772T2; US6306018B1; EP1180414B1; ES2238356T3; GB9715565D0; EP0918595B1; US6319097B1; WO1998003303A1; ES2219772T3; BR9710398A; GB9615511D0; EP0918595A1; GB2317842B; EP1180414A1; DE69732808D1; GB2317842A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Schleifmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein Beispiel für eine solche Maschine ist in der JP-54 114 891 A offenbart.
Hintergrund der Erfindung
Das Entfernen von Metall von einem Werkstück zur Bildung eines geschliffenen Bereichs einer gegebenen axialen Länge und eines gegebenen Durchmessers kann durch Einstechschleifen unter Verwendung einer Scheibe, deren Breite gleich der axialen Länge des zu schleifenden Bereichs ist, oder durch Verwendung einer schmaleren Scheibe und fortschreitendes Entfernen des Materials von dem Werkstück durch axiales Querbewegen des Werkstücks bezüglich der Scheibe (oder umgekehrt) oder durch Verwendung der schmalen Scheibe und Durchführen einer Reihe von nebeneinander liegenden, leicht überlappenden Einstechschliffen erreicht werden.
Wenn alle anderen Bedingungen gleich sind, und vorausgesetzt, dass unbegrenzte Leistung zur Verfügung steht, ist die Gesamtzykluszeit (d.h. die Zeit von dem anfänglichen Eingreifen der Scheibe und des Werkstücks bis zum endgültigen Lösen, nachdem der Bereich auf die richtige Größe geschliffen wurde) am geringsten, wenn eine einzige Scheibe verwendet und ein einziges Einstechen durchgeführt wird, obgleich die Notwendigkeit regelmäßigen Abziehens der Scheibe die Gesamtbearbeitungszeit für eine Charge Werkstücke etwas über die theoretische Gesamtzeit hinaus verlängert.
In der internationalen Veröffentlichung WO 96/05940 ist eine Zweischeiben-Schleifmaschine offenbart, bei der jede Schleifscheibe durch eine Abziehscheibe abgerichtet werden kann, die an dem Schleifspindelstock der anderen Schleifscheibe ange bracht ist. Die beiden Schleifscheiben arbeiten simultan, um zu ermöglichen, dass zwei Bereiche eines Werkstücks, wie z.B. einer Nockenwelle, gleichzeitig geschliffen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schleifscheibe zur Verfügung gestellt, die zwei Schleifscheiben, die auf getrennten Wellen für eine unabhängige Bewegung hin zu und weg von einem drehbaren Werkstück angebracht sind, und Mittel zum Bewirken einer relativen axialen Einstellung zwischen jeder Scheibe und dem Werkstück aufweist und die sich dadurch auszeichnet, dass jede Scheibe eine geringe Breite hat, so dass sie ein Einstechschleifen in einem zylindrischen Abschnitt des Werkstücks ausführen kann, einschließlich Mitteln zum abwechselnden Betätigen der beiden Scheiben zum Einstechschleifen zweier entsprechender sich überlappender oder aneinander angrenzender zylindrischer Abschnitte, und die sich weiterhin dadurch auszeichnet, dass jede Schleifscheibe ein Profil aufweist und eine zylindrische Fläche sowie einen ringförmigen Bereich von größerem Durchmesser aufweist, der dafür vorgesehen ist, an dem Werkstück anzugreifen und einen Unterschnitt darin zu bilden, wodurch die Maschine einen Bereich von axialen Längen bis zu einer Länge, die die Summe der beiden Scheibenbreiten nicht übersteigt, schleifen kann.
Jede Schleifscheibe und jede zugeordnete Welle der Maschine ist vorzugsweise an einem Schleifspindelstock für eine unabhängige Bewegung entlang einer linearen Spur angebracht. Eine solche unabhängige Bewegung ermöglicht es der Maschine, Nuten und ähnliche Merkmale von veränderlicher Breite zu schleifen.
In der Maschine ist das Werkstück bevorzugt zwischen Zentren an einem Reitstock und einem Spindelstock, in dem auch ein Motor zum Drehen des Werkstücks untergebracht ist, befestigt.
Die Maschine umfasst weiterhin bevorzugt einen programmierbaren Rechner zum Steuern der Bewegungen der Schleifspindelstöcke hin zu und weg von dem Werkstück. Die programmierbare Rechnersteuerung ermöglicht es, dass die Maschine leichter darauf eingestellt werden kann, eine Vielzahl von zueinander verschiedenen Schleifvorgängen durchzuführen.
Bei der Maschine ist das Werkstück bevorzugt eine Kurbelwelle, und die Scheiben schleifen vorteilhafterweise einen Kurbelzapfen dieser Kurbelwelle.
Die Maschine umfasst weiterhin bevorzugt ein Messgerät zum Messen des Durchmessers des Kurbelzapfens während der Fertigung, wenn dieser geschliffen wird. Das Vorsehen des Messgeräts ist vorteilhaft, weil es ermöglicht, dass eine Biegebewegung des Kurbelzapfens ausgeglichen oder berücksichtigt wird, wenn ein Schleifvorgang durchgeführt wird.
Die Maschine umfasst vorteilhafterweise weiterhin ein Messgerät zum Messen jedes Schleifscheibendurchmessers und Mittel zum Einspeisen von Signalen von dem Messgerät in den Rechner. Das Messen jedes Schleifscheibendurchmessers ermöglicht es der Maschine, Schleifscheiben- und Schleiffehler zu korrigieren oder auszugleichen, die potenziell dadurch auftreten.
Die Maschine umfasst vorzugsweise weiterhin einen Arbeitsstabilisator, der einen bewegbaren Arm aufweist, um an einem Zapfenbereich der Kurbelwelle anzugreifen, um zu verhindern, dass diese sich unter dem Einfluss von Schleifkräften biegt.
Bei der Schleifmaschine erfolgt die Einstellung der Mittel zum Einstellen jeder Scheibe vorzugsweise während des Einrichtens, so dass unterschiedliche axial beabstandete Bereiche eines Werkstücks bearbeitet werden können.
Vorzugsweise wird das Werkstück oder der entsprechende Schleifspindelstock weitergerückt, so dass er erst mit einer und dann der anderen der beiden Profil-Schleifscheiben schleift.
Bei der Maschine ist die Beabstandung zwischen den beiden Unterschnitten vorteilhafterweise einstellbar, wobei beide Scheiben die gleiche Breite haben, so dass die minimale Beabstandung zwischen den beiden Profilen gleich der Breite einer Scheibe und die maximale Beabstandung gleich der Summe der Breiten der beiden Scheiben ist, d.h. in einem Bereich von 2:1 liegt.
Vorteilhafterweise umfasst bei der Maschine jede Schleifscheibe auch Mittel zum Scheibenabziehen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun nur beispielartig unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Einstechschliffs unter Verwendung einer breiten Schleifscheibe ist;
2 ein Diagramm einer Abfolge von Einstechschliffen unter Verwendung einer schmalen Scheibe zum Entfernen von Material über der gleichen axialen Erstreckung wie mit der breiten Scheibe und um unter bestimmten Umständen eine schnellere Schleifzeit zu erzielen, ist;
3 ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Zwillingsprofil-Schleifscheibe zum Schleifen eines Werkstücks in einem Einstechmodus, wie gezeigt, ist;
4 eine Darstellung ist, wie zwei schmalere Profil-Schleifscheiben erfindungsgemäß verwendet werden können, um den gleichen Bereich wie die Zwillingsprofilscheibe von 3 zu schleifen und um unter bestimmten Umständen eine höhere Schleifgeschwindigkeit zu erreichen;
5A, B und C Darstellungen sind, wie drei unterschiedliche Schleifscheiben, von denen jede dafür ausgewählt ist, bei einer festgelegten Leistungsfähigkeit der Maschine eine optimale Materialentfernung pro Einstich zu ermöglichen, dafür verwendet werden können, einen ähnlichen Bereich wie den in 4 gezeigten zu schleifen, der aber eine größere axiale Erstreckung hat, als es bei Verwendung von zwei Profil-Schleifscheiben wie in 4 möglich ist;
6 eine perspektivische Ansicht einer rechnergesteuerten Schleifmaschine ist, die mit zwei unabhängig steuerbaren schmalen Mess-Schleifscheiben ausgerüstet ist.
7 eine Auflistung der Funktionen eines Steuerungssystems ist, das die Dateneingaben und Programmentscheidungen zeigt, die erforderlich sind, um eine optimale Materialentfernung pro Einstechschliff zu erreichen.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine herkömmliche Einstechschleiftechnik gezeigt, bei der eine Schleifscheibe 10 mit einem Bereich 12 eines Werkstücks 14 fluchtend gezeigt ist, das geschliffen wurde, indem die Scheibe 10 in das Werkstück 14 in der Richtung eines Pfeils 16 um einen Abstand, der gleich der Veränderung des Radius zwischen einem größeren Durchmesser des Werkstücks 14 und einem kleineren Durchmesser des Bereichs 12 ist, eingestochen wurde.
Wenn der axiale Abstand zwischen den Schultern an gegenüberliegenden Enden des Bereichs 12 mit reduziertem Durchmesser L ist, wurde bisher allgemein angenommen, dass die minimale Zeit für das Schleifen erzielt wird, indem eine einzelne Schleifscheibe von der Breite L ausgewählt wird und ein einzelner Einstechschliff durchgeführt wird.
Wenn unbegrenzte Leistung sowie eine unbegrenzte Steifigkeit des Werkstücks und der Maschinenstützvorrichtungen angenommen werden können, dann würde ein solcher herkömmlicher Ansatz zu einer minimalen Schleifzeit führen. Es wurde jedoch festgestellt, dass ein Erhöhen der Scheibenbreite unverhältnismäßig größere Erhöhungen der Leistung erfordern, um den Materialentfernungsfähigkeiten von schmaleren Scheiben zu entsprechen, wenn das gleiche Schleifmaterial verwendet wird, und wenn keine unbegrenzte Leistung zur Verfügung steht, und insbesondere wenn der quadratische Mittelwert der erforderlichen Leistung deutlich begrenzt ist, wird die erreichbare Vorschubrate, insbesondere die Rate, mit der die Scheibe 10 in der Richtung des Pfeils 16 vorgeschoben wird, deutlich reduziert, wenn die Scheibenbreite ansteigt. Während eine größere axiale Länge des Werkstücks von einer breiteren Scheibe bearbeitet wird, kann das Volumen des pro Sekunde entfernten Materials tatsächlich geringer sein, als wenn die gleiche Leistung zur Verfügung steht, um eine schmalere Scheibe anzutreiben.
2 stellt das Prinzip der Erfindung dar; bei dem die Schleifscheibe 10 durch eine schmalere Schleifscheibe 18 ersetzt wird, deren Dicke ungefähr ein Drittel von derjenigen der Scheibe 10 beträgt.
Der Betrieb der Scheibe 18 und der dazugehörigen Maschine wird im Folgenden beschrieben. Die Scheibe 18 wird betätigt, um einen Einstechschliff durchzuführen, um einen Abschnitt 20 mit reduziertem Durchmesser herzustellen, der, wenn der Vorschub in der Richtung eines Pfeils 22 in 2 gleich dem Abstand ist, über den die Scheibe 10 bewegt wird, bewirkt, dass der für den Bereich 20 erreichte Enddurchmesser gleich dem Durchmesser des Bereichs 12 ist.
Die Scheibe 18 wird als Nächstes in der dem Pfeil 22 entgegengesetzten Richtung zurückgezogen, und entweder die Scheibe 18 oder das Werkstück (oder beide) werden weitergerückt, so dass ein anderer Bereich des Werkstücks 14 zum Schleifen zur Verfügung gestellt wird, woraufhin ein zweiter Einstechschliff durchgeführt wird, um einen oder den anderen der Bereiche zu entfernen, die mit den Bezugszeichen 24 und 26 und gestrichelter Linie bezeichnet sind.
Nachfolgendes Weiterrücken ermöglicht es, dass der übrige Bereich durch einen dritten Einstechschliff entfernt wird.
Um eine gleichmäßigere Scheibenabnutzung zu erzielen, werden Bereiche wie 26 vorzugsweise vor Bereichen wie 24 einstechgeschliffen, so dass jede der flachen Oberflächen der Scheibe 18 der gleichen Zahl an Interaktionen mit ungeschliffenem Material unterzogen wird wie die andere.
Um eine vollständige Entfernung des Materials zu gewährleisten, sollte die tatsächliche Dicke der Scheibe 18 nur etwas größer als ein Drittel des Abstands L sein.
Indem ein linker Rand der Scheibe 18 mit einer linken Endposition des zu schleifenden Bereichs 20 in eine Flucht gebracht wird, entfernt der erste Einstechschliff nur knapp mehr als ein Drittel des Abstands L. Indem anschließend der rechte Rand der Scheibe 18 mit einem Abstand L von der Schulter, die durch den ersten Einstechschliff gebildet wird, in eine Flucht gebracht wird, entfernt ein zweiter Einstechschliff Material von dem gegenüberliegenden Ende des Bereichs 20 über einen Abstand, der gleich etwas mehr als einem Drittel der Länge L ist, gemessen von der rechten Schulter. Dies hinterlässt einen ringförmigen Überstand in der Mitte, dessen axiale Erstreckung etwas kleiner als ein Drittel L ist und der von jeder der beiden Schultern an gegenüberliegenden Enden des Bereichs 20 gleich beabstandet ist. Dieser Ring von unerwünschtem Material kann dann durch einen einzelnen Einstechschliff entfernt werden, indem dieser und die Scheibe 18 zentriert werden und der dritte Einstechschliff durchgeführt wird.
Wenn eines der Enden des Bereichs 20 mit einem ringförmigen Profil wie einem Unterschnitt ausgebildet werden soll, dann kann eine zweite Scheibe (nicht gezeigt) verwendet werden, um den Einstechschliff in dem Bereich durchzuführen, in dem der Unterschnitt erforderlich ist, aber der andere Bereich oder die anderen Bereiche; in denen kein Unterschnitt erforderlich ist, kann/können entfernt werden, wobei eine einfache Schleifscheibe verwendet wird, wie die in 2 mit 18 bezeichnete.
Wo zwei Unterschnitte erforderlich sind, z.B. an gegenüberliegenden Enden eines Kurbelzapfens, wie in 3 gezeigt, wird herkömmlicherweise eine Zwillingsprofil-Schleifscheibe benutzt, wie die in 3 mit 28 bezeichnete. Eine Vorrichtung zum Scheibenabziehen (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um das Außenumfangsprofil der Scheibe 28 herzustellen und regelmäßig zu überprüfen/wiederherzustellen, und ein einzelner Einstechschliff erzeugt einen geschliffenen Bereich in dem Werkstück 14, der aus einer zylindrischen Zapfenoberfläche 30 besteht, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der angrenzenden Bereiche des Werkstücks 14, mit zwei Unterschnitten 32 und 34, jeweils einem an jedem Ende zwischen dem Zapfen 30 mit reduziertem Durchmesser und den Schultern 36 und 38. Im Gebrauch nutzen sich die Profile 40 und 42 an der Schleifscheibe 28 ab, die die Unterschnitte 32 und 34 erzeugen, und es ist in der Praxis und es ist in der Praxis notwendig, die Scheibe 28 regelmäßig neu zu formen, um zu gewährleisten, dass die richtige Tiefe des Unterschnitts erreicht wird.
4 zeigt, wie der Bereich 30 von 3 erfindungsgemäß geschliffen werden kann, wobei zwei schmalere Schleifscheiben 44 und 46 verwendet werden, von denen jede ein Randprofil 48 bzw. 50 aufweist, um einen Unterschnitt zu schleifen. Das Verfahren umfasst ein Einstechschleifen unter Verwendung der ersten Schleifscheibe 44, um die erste Hälfte eines Abschnitts 54 mit reduziertem Durchmesser des Werkstücks 52 mit einem Unterschnitt 56 zu schleifen. Die Scheibe 44 wird dann zurückgezogen, und durch geeignete relative Bewegung wird die zweite Scheibe 46 mit dem anderen Teil des zu schleifenden Bereichs in eine Flucht gebracht. Unter Verwendung eines zweiten Einstechschliffs wird der mit der gestrichelten Umrisslinie gezeigte Bereich nun geschliffen, um das Schleifen des Bereichs 54 zu vollenden, mit einem zweiten Unterschnitt, der mit 58 bezeichnet ist. Die Breite jeder der beiden Schleifscheiben 44 und 46 (einschließlich der Profilbereiche 48 und 50 in jedem Fall) übersteigt knapp 50% des axialen Abstands zwischen den beiden Schultern oder Wangen, die nach dem Schleifen zurückbleiben, nämlich 60 und 62. Indem gewährleistet wird, dass die Summe der beiden Scheibenbreiten knapp größer als diese Abmessung ist, besteht nur wenig Gefahr, dass ungeschliffenes Material nach dem zweiten Einstechschliff durch die Scheibe 46 zurückbleibt.
Tatsächlich können die beiden Scheiben 44 und 46 verwendet werden, um einen beliebigen Bereich ähnlich wie 54 zu schleifen, bei dem der Abstand zwischen den beiden Schultern 60 und 62 einen beliebigen Wert zwischen der Breite der breiteren der beiden Scheiben 44 und 46 bis zu der Summe der Breiten der beiden Schleifscheiben haben kann. In diesem Zusammenhang wird gezeigt werden, dass ein Überlappen der beiden einfachen Abschnitte der Schleifscheiben kein unerwünschtes zusätzliches Schleifen verursacht, vorausgesetzt, dass die beiden Schleifscheiben in jedem Fall um den geeigneten Betrag vorgerückt werden.
Wenn eine Vielzweckmaschine zur Verfügung gestellt werden soll, sollten die beiden Schleifscheiben 44 und 46 die gleiche Breite haben, da dies den größten Bereich von Abmessungen zwischen den Schultern 60 und 62 ergibt.
Die Verwendung zweier solcher Scheiben wie in 4 ermöglicht eventuell keine ultimative Optimierung des Schleifvorgangs, aber wenn das gleiche Schleifmaterial bei den beiden Scheiben verwendet wird, das auch bei der einzelnen Scheibe von 3 verwendet wird, das Werkstück aus ähnlichem Material ist, die gleiche Reduzierung des Durchmessers und die gleiche axiale Erstreckung des Werkstücks zu schleifen ist, wird durch die Verwendung von zwei Scheiben zum Schleifen, wie in 4, an Stelle einer einzelnen Scheibe 28, wie in 3, eine wesentliche Einsparung bei der Zykluszeit erzielt, wenn die gleiche Schleifmaschine verwendet und diese während jedes Schleifvorgangs mit ihrer maximalen Spitzen- und mittleren quadratischen Leistungsfähigkeit betrieben wird.
Es wurde festgestellt, dass die Rate, mit der die Scheibe während des Einstechschleifmodus vorgeschoben werden kann, desto höher ist, je schmaler die Scheibe wie 44 und 46 ist. Wenn die axiale Länge des zu schleifenden Bereichs so ist, dass die halbe axiale Länge eine relativ dicke Schleifscheibe erzeugt, kann ein Vorteil gewonnen werden, indem ein Verfahren und eine Technik wie in 5 gezeigt angewandt werden. Dies ermöglicht die Verwendung der schmalstmöglichen Scheiben unter Berücksichtigung der Steifigkeit und der Scheibenstärke sowie der Leistungsfähigkeit. Der Einfachheit halber werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die Schleifscheiben zu bezeichnen, die bezüglich 4 beschrieben wurden, und das Werkstück wird ebenfalls mit dem Bezugszeichen 52 bezeichnet.
Bei der Anordnung von 5 bildet ein Einstechschliff unter Verwendung der Scheibe 44 die Schulter 60 und den ersten Bereich 54 mit einem Unterschnitt 56. Zurückziehen und Weiterrücken (s. 5B) ermöglicht es der zweiten Schleifscheibe 46, die zweite Schulter 62 und einen zweiten Teil des Bereichs 54 mit reduziertem Durchmesser, der in 5B mit 55 bezeichnet ist, einstechzuschleifen. Das Randprofil an der Scheibe 46 erzeugt den zweiten Unterschnitt 58. Der Unterschied zwischen den Anordnungen von 4 und 5 besteht darin, dass nach dem zweiten Einstechschliff ein ringförmiger Bereich 64 zwischen den beiden Bereichen 54 und 55 vorhanden ist, dessen Außendurchmesser dem des Werkstücks 52 entspricht.
Wenn keine weiteren Unterschnitte erforderlich sind, können weder die Scheibe 44 noch die Scheibe 46 zum Entfernen dieses Bereichs verwendet werden.
Zu diesem Zweck ist eine dritte Schleifscheibe 66 vorgesehen, und nach geeignetem Weiterrücken (s. 5c), um den Werkstücksbereich 64 in Deckung mit der dritten Scheibe 66 zu bringen (entweder durch Bewegen des Werkstücks bezüglich der Scheibe oder der Scheibe bezüglich des Werkstücks oder beides), kann der unerwünschte Bereich 64 durch Einstechschleifen unter Verwendung der dritten Scheibe 66 entfernt werden. Wenn deren Breite groß genug ist, entfernt ein einzelner Einstechschliff, der bezüglich des Werkstücks in geeigneter Weise platziert ist, den Ring von unerwünschtem Material 64. Wenn, wie gezeigt, der Bereich 64 eine größere axiale Erstreckung hat als die Dicke der Scheibe 66, sind zwei oder mehr Einstechschliffe erforderlich. Um eine Abnutzung an der Scheibe 66 auszugleichen, wird diese vorzugsweise in vorgegebener Abfolge eingeführt, die eventuell von einem Werkstück zum nächsten geändert werden muss. So kann beispielsweise die Scheibe 66 zuerst am linken Ende und anschließend am rechten Ende des Bereichs 64 eingeführt werden, und dann, falls noch Material zu entfernen ist, kann sie mittig eingeführt werden.
Wenn die axiale Länge des Bereichs 64 zu groß ist, so dass vier oder fünf oder sogar noch mehr Einstechschliffe erforderlich sind, werden diese bevorzugt so platziert, dass die eine Seite und die andere Seite der Scheibe 66 mit jeweils einer gleichen Anzahl beteiligt sind, um ein gleichmäßiges Abnutzungsmuster zu erzeugen.
Die Erfindung wird insbesondere beim Schleifen von galvanisch beschichteten CBN-Scheiben angewandt. Die Schleifkapazität solcher Scheiben wurde bisher nicht vollständig ausgenutzt. Die Scheibenhersteller nennen eine maximale Materialentfernungsrate, und es wurde festgestellt, dass diese Rate während des Schleifens nur selten erreicht wird. Speziell die Motorleistung, insbesondere die mittlere quadratische Leistung des Motors, der die Schleifscheibe antreibt, begrenzt die Rate, mit der die Scheibe vorgerückt und Material entfernt werden kann. Die mittlere quadratische Leistungsfähigkeit eines Motors ist ein Maß für die fortlaufenden Leistungsanforderungen für den gesamten Zyklus, und wenn die mittlere quadratische Motor-Leistungsspezifizierung überschritten wird, überhitzt sich der Motor.
Für galvanisch beschichtete Scheiben ist die Scheibenspezifizierung als spezifische Metallentfernungsrate (SMER) angegeben, und diese ist definiert als das Volu men an Metall, das pro Sekunde pro Millimeter Scheibenbreite entfernt wird, und bildet die Grundlage für Schleifleistungsberechnungen. Scheibenhersteller geben an, dass die maximale SMER für galvanisch beschichtete CBN-Scheiben 360 mm³/mm·s beträgt, wenn Gusseisen geschliffen und unverdünntes Öl als Kühlmittel verwendet wird. Es ist jedoch oft der Fall, dass Motorleistungsbeschränkungen zu begrenzten Scheibenvorschubraten führen, so dass tatsächlich das Schleifen im Bereich von 30 bis 66 mm³/mm·s erfolgt. Durch Einbeziehen der erfindungsgemäßen Techniken können viel höhere Schleifraten als die oben genannte 30–60-Rate erreicht werden, was es ermöglicht, Vorschubzeiten stark zu reduzieren. Durch Reduzieren der Breite der Scheibe sind mehr Einstiche erforderlich, aber die zusätzliche Zeit, die für das Weiterrücken erforderlich ist, um die Scheibe verschiedenen Bereichen des Werkstücks oder verschiedene Scheiben dem Werkstück auszusetzen, kann durch die viel kürzeren Schleifzeiten, die für jeden Einstechschleifschritt erforderlich sind, mehr als ausgeglichen werden.
Als Beispiel kann eine Vierzylinder-Kurbelwelle betrachtet werden, bei der die Zapfen von 50 mm auf 40 mm geschliffen werden müssen und die Zapfen jeweils 23 mm breit sind. Eine Arbeitsgeschwindigkeit von 30 U/min. wird angenommen. Die Motorleistungs-Spezifizierung soll 50 Kilowatt als maximale Spitzenleistung und 30 Kilowatt als maximale mittlere quadratische Leistung sein.
Bei Verwendung einer 23 mm breiten Scheibe und einem Einzeleinstich-Verfahren kann die spezifische Metallentfernungsrate 36,9 mm³/mm·s betragen (aus einem Graph der SMER bezogen auf die spezifische Leistung). Die Schleifzeit für die vier Zapfen beträgt deshalb 4 × 14, was gleich 56 Sekunden ist. Die Zeit, in der die Spindel läuft/das Kühlmittel zugeschaltet ist, beträgt 5,1 Sekunden.
Um jedoch innerhalb der mittleren quadratischen Leistungsanforderungen des Motors zu bleiben, wurde die Vorschubrate drastisch reduziert, und die Zykluszeit muss mindestens 131,2 Sekunden betragen.
Bei Verwendung von zwei 12 mm breiten Scheiben und zwei getrennten Einstechschliffen ist die spezifische Metallentfernungsrate für jede Scheibe von 110,7 mm³/mm·s zulässig (aus demselben Graph der SMER bezogen auf die spezifische Leistung). Die Gesamtschleifzeit ist nun 4 × 2 × 6, was gleich 48 Sekunden ist, und die Zeit, in der die Spindel läuft und das Kühlmittel zugeschaltet ist, beträgt 10,1 Sekunden.
Im Hinblick auf die niedrigeren mittleren quadratischen Leistungsanforderungen kann jedoch die Vorschubrate erhöht werden, und die Zykluszeit wird nun auf 63,3 Sekunden für die gleiche maximale mittlere quadratische Leistungsanforderung reduziert.
Es ist daher ersichtlich, dass die Zykluszeit ungefähr halbiert worden ist, wenn ein Zwei-Einstich-Verfahren angewandt wird, und der Großteil der Zeitersparnis kann der Reduzierung der mittleren quadratischen Leistungsanforderung zugerechnet werden, da die höhere Vorschubrate während jedes Einstichs die Notwendigkeit, zwei Einstiche durchzuführen, unverhältnismäßig stark ausgleicht, und trotz der niedrigeren mittleren quadratischen Leistungsfähigkeit kein Anstieg der Zykluszeit stattfindet.
6 zeigt eine Schleifmaschine 68 mit zwei Schleifscheiben 70, 72, die von Motoren 74, 76 angetrieben werden und für eine Bewegung hin zu und weg von einem Werkstück 82 entlang linearer Spuren 84, 86, gesteuert von den Scheibenvorschub-Antriebsmotoren 88, 90, auf Schleifspindelstöcken 78, 80 montiert sind. Das Werkstück ist zwischen Mittelpunkten in einem Reitstock 92 und einem Spindelstock 94 montiert, wobei in Letzterem auch ein Motor (nicht gezeigt) zum Drehen des Werkstücks 82 über ein Futter 96 untergebracht ist. Das gezeigte Werkstück ist eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und umfasst Kurbelzapfen mit Vorsprung wie 98, die auf die richtige Größe geschliffen werden sollen, wobei jeder ein zylindrisches Werkstück zum Schleifen darstellt.
Ein Rechner 100, auf dem ein noch zu beschreibendes Programm läuft, steuert den Betrieb der Maschine und bewegt unter anderem die Schleifspindelstöcke 78, 80 hin zu und weg von dem Werkstück 82, wenn das Werkstück dreht, um den Kontakt zwischen der Scheibe und dem Kurbelzapfen, der geschliffen wird, aufrechtzuerhalten, während sich dieser kreisförmig um die Achse der Werkstückmittelpunkte dreht.
Ein Messgerät, nicht gezeigt, kann von der Schleifspindelstockanordnung getragen werden, um während des Vorgangs den Durchmesser des Kurbelzapfens zu messen, während dieser geschliffen wird.
Bei 102 ist ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Arbeitsstabilisator angebracht, der eine Basis 104 und einen beweglichen Auslegerarm 106 aufweist, der am rechten Ende angepasst ist wie gezeigt, um an einem zylindrischen Zapfenlagerbereich des Kurbelwellenwerkstücks 82 anzugreifen. Steuerungssignale zum Vorrücken und Zurückziehen von 106 werden von dem Rechner 100 erzeugt.
Bei 108 und 110 sind zwei Scheibendurchmessererfassungs-Messeinrichtungen angebracht, deren Signale wieder dem Rechner 100 zugeführt werden.
In 7 ist das Werkstück diagrammartig mit 110 dargestellt und ist zwischen einem Reitstock 112 und einem Spindelstock 114 befestigt, der von dem Arbeitsantriebsmotor 116 angetrieben wird. An dem Werkstück greift eine Schleifscheibe 118 an, die von einem Schleifspindelstock 120 getragen wird, der durch den Vorschubmotor 122 hin zu und weg von dem Werkstück 110 bewegt wird. Die Schleifscheibe wird von einem Spindelantriebsmotor 124 gedreht.
Eingabedaten, die von einer Bedienungsperson eingegeben werden, sind auf der linken Seite des Diagramms angegeben.
Die Schleifscheiben-Schneidegeschwindigkeit in U/sek. wird bei 126 eingegeben und gespeichert.
Die Schleifscheiben-Spindelantriebsmotormechanismus-Leistungsfähigkeit wird bei 128 (als konstanter Parameter) eingegeben und gespeichert.
Die maximale mittlere quadratische Schleifscheiben-Spindelantriebsmotor-Leistungsgrenze wird bei 130 eingegeben und gespeichert. Dies ist ebenfalls häufig ein konstanter Parameter für die Maschine.
Der maximale Scheibenvorschub, der pro Werkstückumdrehung während des Schleifens zu versuchen ist, ausgedrückt als % des theoretischen Maximums, wird bei 132 eingegeben und gespeichert.
Einzelheiten der Kühlmittelzusammensetzung werden bei 134 eingegeben und gespeichert.
Einzelheiten des Materials, aus dem die Schleifscheibe aufgebaut ist, werden bei 136 eingegeben und gespeichert.
Einzelheiten des Werkstückmaterials werden bei 138 eingegeben und gespeichert.
Die Werkstück-Schneidegeschwindigkeit in mm/sek. wird bei 140 eingegeben und gespeichert.
Aus 134, 136 und 138 wird die spezifische Materialrate während des Schleifens in Kubikmillimeter pro m-s durch den Programmschritt 142 berechnet, und die Entfernungsrate wird dem Programmschritt 144 zugeleitet, um den theoretischen Schleifscheibenvorschub in mm pro Werkstückumdrehung zu berechnen.
Schritt 146 stellt dies auf einen geringeren Wert ein, abhängig von der Prozentzahl aus 132, und unter Verwendung der Drehzahl des Werkstücks (in U/sek.) aus dem Programmschritt 148 wird die Schleifscheiben-Vorschubrate in Schritt 150 berechnet.
Eine Steuerungseinheit 152 dient dazu, ein Steuerungssignal für den Motor 122 aus der Vorschubrate von 150 zu erzeugen.
Die berechnete Drehzahl aus 148 wird der Steuerungseinheit 154 zugeleitet, um ein Steuerungssignal für den Motor 146 zu erzeugen.
Das Schleifscheiben-Schneidegeschwindigkeitssignal in U/sek. aus 126 wird von der Steuerungseinheit 156 in ein Steuerungssignal zum Steuern des Spindelantriebsmotors 124 umgewandelt, und ein Drehmomentsensor (nicht gezeigt) löst ein Rückmeldungssignal aus, das zusammen mit der gewünschten Schneidegeschwindigkeit in U/sek. aus 126 zugeleitet wird, wenn der Programmschritt 158, der die zum Erreichen der Schneidegeschwindigkeit erforderliche Leistung und die mittlere quadratische Leistung berechnet, vollendet ist. Der momentane und der mittlere quadratische Leistungswert werden durch Programmschritte 160, 162 mit den gespeicherten Werten in 128 und 130 verglichen, und wenn einer davon überschritten wird, wird eine weitere Reduzierung der Vorschubrate pro Umdrehung durch den Programmschritt 146 durchgeführt. Dies reduziert wiederum die Scheibenvorschubratenanforderung von 150, was die Anforderung an den Motor 122 verringert, wodurch die Schleifspindelstock-Vorschubrate reduziert wird.
Das Steuerungssignal für den Motor 154 wird aus den Daten in 140 und dem durch Messen erhaltenen Werkstückradius gewonnen. Wenn diese Radiusinformation durch Messen während der Fertigung erlangt wird, wird sie entlang dem Pfad 164 zusammen mit der Werkstück-Schneidegeschwindigkeitsinformation aus 140 dem Programmschritt 148 zugeleitet, um das von Schritt 48 zu berechnende Drehzahlsteuerungssignal zu modifizieren. Auf diese Art wird die Werkstückdrehzahl so eingestellt, dass sie dem sich verändernden Durchmesser des Werkstücks Rechnung trägt und dieses geschliffen wird.

Claims

Schleifmaschine, umfassend zwei Schleifscheiben (44, 46), die auf getrennten Wellen für eine unabhängige Bewegung hin zu und weg von einem drehbaren Werkstück (52) angebracht sind, und Mittel zum Bewirken einer relativen axialen Einstellung zwischen jeder Scheibe und dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass jede Scheibe eine geringe Breite hat, so dass sie ein Einstechschleifen in einem zylindrischen Abschnitt (54) des Werkstücks ausführen kann, einschließlich Mitteln zum abwechselnden Betätigen der beiden Scheiben zum Einstechschleifen zweier entsprechender sich überlappender oder aneinander angrenzender zylindrischer Abschnitte, und dadurch gekennzeichnet, dass jede Schleifscheibe (44, 46) ein Profil aufweist und eine zylindrische Fläche sowie einen ringförmigen Bereich (48, 50) von größerem Durchmesser aufweist, der dafür vorgesehen ist, an dem Werkstück anzugreifen und einen Unterschnitt (56, 58) darin zu bilden, wodurch die Maschine einen Bereich von axialen Längen bis zu einer Länge, die die Summe der beiden Scheibenbreiten nicht übersteigt, schleifen kann.
Maschine nach Anspruch 1, bei der jede Schleifscheibe (70, 72) und jede Welle an einem Schleifspindelstock (78, 80) für eine unabhängige Bewegung entlang einer linearen Spur angebracht ist.
Maschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das Werkstück (82) zwischen Zentren in einem Reitstock (92) und einem Spindelstock (94), in dem auch ein Motor zum Drehen des Werkstücks untergebracht ist, befestigt ist.
Maschine nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, die weiterhin einen programmierbaren Rechner (100) zum Steuern der Bewegungen der Schleifspindelstöcke (78, 80) hin zu und weg von dem Werkstück aufweist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Werkstück (82) eine Kurbelwelle ist und die Scheiben einen Kurbelzapfen (98) von dieser schleifen.
Maschine nach Anspruch 5, die weiterhin eine Messgerät zum Messen des Durchmessers des Kurbelzapfens (98) während der Fertigung, wenn dieser geschliffen wird, aufweist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin ein Messgerät zum Messen jedes Schleifscheibendurchmessers und Mittel zum Einspeisen von Signalen von dem Messgerät in den Rechner aufweist.
Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die weiterhin einen Arbeitsstabilisator (102) umfasst, der einen bewegbaren Arm (106) aufweist, um an einem Zapfenbereich der Kurbelwelle (82) anzugreifen, um zu verhindern, dass diese sich unter dem Einfluss von Schleifkräften biegt.
Schleifmaschine nach Anspruch 1, bei der die Einstellung der Mittel zum Bewirken einer relativen axialen Einstellung während des Einrichtens erfolgt, so dass unterschiedliche axial beabstandete Bereiche eines Werkstücks berücksichtigt werden können.
Maschine nach Anspruch 2, bei der das Werkstück (52) oder der entsprechende Schleifspindelstock gerastet ist, um zuerst mit einer und dann der anderen der beiden Profil-Schleifscheiben (44, 46) zu schleifen.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Beabstandung zwischen den beiden Unterschnitten (56, 58) einstellbar ist und bei der beide Scheiben (44, 46) die gleiche Breite haben, so dass die minimale Beabstandung zwischen den beiden Profilen gleich der Breite einer Scheibe und die maximale Beabstandung gleich der Summe der Breiten der beiden Scheiben ist, d.h. in einem Bereich von 2:1 liegt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der jede Schleifscheibe auch Mittel zum Scheibenabziehen umfasst.