EP0304907A2 - Verfahren zur Steuerung der Zustell- und der Antastbewegung einer Schleifscheibe - Google Patents
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- EP0304907A2 EP0304907A2 EP88113845A EP88113845A EP0304907A2 EP 0304907 A2 EP0304907 A2 EP 0304907A2 EP 88113845 A EP88113845 A EP 88113845A EP 88113845 A EP88113845 A EP 88113845A EP 0304907 A2 EP0304907 A2 EP 0304907A2
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- grinding wheel
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load
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- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
- B24B47/22—Equipment for exact control of the position of the grinding tool or work at the start of the grinding operation
Definitions
- the invention relates to a method for controlling the step-by-step feed movement of a grinding wheel which is movable relative to a workpiece surface to be machined parallel to this grinding wheel, and also for controlling the relative probing movement between a grinding wheel and a workpiece or a sensor.
- the step-by-step feed has always been carried out after a certain number of reciprocating movements of the grinding wheel or the workpiece.
- the removal on the part of the workpiece takes place at different speeds, depending on whether the exposed grains of the grinding wheel are still predominantly sharp-edged or already blunted or whether hard grains persist longer on individual parts of the surface to be ground before they are also removed.
- This variance in the processing time for a certain stock removal must be taken into account when setting the number of grinding processes, after which a step-by-step feed movement is to take place, and a sufficiently large number of back and forth movements must be preselected in any case. It follows, however, that in most cases a smaller number of grinding operations than the necessary setting would suffice until the next infeed step.
- the grinding wheel is blunted to an unforeseen extent, it can result in a regular rhythm of delivery, even though the intended removal has not yet been achieved. Then the grinding wheel presses against the workpiece to an unacceptable extent, deforms it or causes other damage.
- the invention is therefore based on the object of providing a control method of the type mentioned by which the machining time is shortened and the production errors mentioned are effectively avoided, and this object is achieved in that for each reciprocating movement of the grinding wheel a sequence of measured values of at least one type of operating data of the grinding wheel rotary drive is recorded, which change with the frictional moment acting on the grinding wheel, and an infeed occurs as soon as all measured values of a sequence remain on the side of a limit value on which a maximum assigned to it Frictional torque is not exceeded.
- the invention has the advantage that neither machine time is wasted for unnecessary back and forth movements of the grinding wheel, nor manufacturing errors can occur due to early delivery after insufficient removal, because the delivery now takes place at exactly the right time after reaching a predetermined removal.
- the same control method can also be used before the start of grinding work, in order to touch the grinding wheel and the workpiece by touching the touch position, i. that is, to bring the starting position, from which the infeed then takes place during the grinding process.
- a sequence of measured values of at least one type of operating data of the grinding wheel rotary drive is recorded, which change with the frictional torque acting on the grinding wheel, and the probing movement is terminated as soon as the measured values reach a limit value, which is a certain maximum frictional torque corresponds.
- the proposed controls of the infeed and the probing movements are identical in principle, both differ essentially in that in the first case a specific and in the second case an undefined sequence of measured values is recorded, and in that the limit value in one case is the frictional torque after one Abrasive abrasion, in the other case before the start of grinding, the latter case includes the two alternatives that when touching either a relative position of the grinding wheel is reached, from which it is still necessary to advance before grinding begins, or at the end of Probing movement already a relative position of the grinding wheel with respect to the workpiece as is achieved at the end of an infeed movement.
- the new control process for the probing movement works very sensitively and precisely. It is therefore now possible to provide a two-phase probing movement, the fine probing taking place in the second phase being controlled according to the method according to the invention, while the preceding rough probing in another way, e.g. B. can be controlled by optical and / or mechanical means.
- the combination of the fine control according to the invention in the final phase of the probing movement with a control method of the preceding first phase is particularly preferred, in which an electrical spark voltage is applied between the grinding tool and the workpiece or sensor and the touch position is determined by the spark current becomes.
- the current or power consumption of a pulse-controlled direct current drive motor of the grinding wheel is the result of measured values which form a measure of the frictional torque acting on the grinding wheel measured, this drive motor is preferably operated at constant speed during the recording of the sequence of measured values.
- This control method offers compared to others in which not the current or power consumption, but z. B. the speed change due to changes in the friction torque or other dependent operating data are measured, the advantage of greater accuracy.
- surfaces arranged with certain relative positions to each other e.g. B. cutting can be ground in a preferred practical embodiment of the invention before and / or after grinding one of the surfaces on this can be touched, and according to this touch position the other surfaces can then be ground or infeed movements made to compensate for grinding wheel wear.
- a model surface or a sensor can be touched with the grinding tool and used as a reference for all surfaces to be ground.
- the method according to the invention for controlling the probing movement offers a particularly great advantage if the feed movement is then also controlled according to the method proposed for this purpose, because the same control device can then be used to control both the probing and the feed movement.
- a workpiece is first machined by spark erosion or erosion using a first tool and then machined in the same setting with a grinding wheel brought into the approximate probing position by means of spark current.
- the probing done quickly and automatically, but the accuracy is also promoted in that the workpiece remains in the same clamping in two successively different machining operations and the relative positions to both tools are controlled in the same way.
- Fig. 1 shows schematically a workpiece 10, z. B. a saw blade, which is clamped on a cross slide 12 and can thus be moved in the direction of two mutually perpendicular coordinates x and y.
- a rotary drive 14, the angle of rotation of which can be controlled, is used to adjust the angle of rotation or to advance the saw blade from one cutting edge to the next.
- the tool 16 is a rotatably drivable disk, e.g. B. made of graphite, copper or another electrically conductive material, possibly also with enclosed abrasive grains made of electrically non-conductive material, for. B. diamond grain.
- the saw blade 10 or another workpiece, e.g. B. also on its cutting edges, the z. B. can consist of hard metal or polycrystalline diamond, machined milling cutter or another similar tool machined by spark erosion or EDM.
- the second tool 18 is an electrically conductive, i.e. e.g. metal-bonded grinding wheel with diamond grit, for example. Both tools 16 and 18 are seated on the same drive shaft 20 and can be moved by a tool slide 22 in the direction of a z coordinate perpendicular to the x and y coordinates. In addition, the angular velocity ⁇ of the shaft 20 driven by a drive motor 24 can be controlled.
- a spark generator 26 is connected via lines 28 and 30 to the workpiece 10 and the respective tool 16 and 18, respectively.
- a dielectric can be flushed in between the workpiece 10 and the respective tool 16 or 18, so that they are isolated from one another either by this or by air and can jump over sparks between them if the eroding tool 16 is at the distance between the the spark erosion necessary spark gap is in the working position or when the grinding tool 18 is touched on the workpiece 10.
- the infeeds, feed movements and setpoint settings provided in the individual case can be carried out.
- the specifications for the control circuit can be entered into the control circuit either manually using a keyboard (not shown) or through a program memory 34. This can then have the cross slide 12 execute a movement in the direction of the x coordinate via a line 36 and a signal converter 38, which, for example, influences the spark gap between workpiece 10 and tool 16.
- the changes in the electrical voltage Us at the spark gap can be tapped via a measuring device 40 and, alternatively or at the same time, a gap current change Is can be tapped via a measuring device 42 and fed to the control circuit 32 for evaluation.
- a stepwise setting is made parallel to the spark gap between the workpiece and the tool bare capacity 44 available, as is known from metalworking to make adjustments.
- the infeed of the tool can be regulated depending on the current Is measured at 42.
- the value proportional to a current to the size of the spark gap can be fed to a comparator, in which a comparison is made with an adjustable setpoint.
- the movement of the cross slide 12 in the direction of the y coordinate is controlled via a control line 46 and a signal converter 48. This can e.g. a reciprocating movement of the workpiece when machining straight cutting edges.
- the extent of the to-and-fro movement can be predetermined by the program memory 34 or by a simple reversal by means of limit switches.
- the tool slide 22 is controlled in the direction of the z coordinate via a line 50 and a signal converter 52 in order to e.g. make a height adjustment of the tool 16 or 18.
- the speed of the drive motor 24 is controlled by the control circuit 32 via a control line 54 and a signal converter 56.
- a corresponding signal is sent from the control circuit 32 via a control line 58 and a signal converter 60 to the rotary drive 14 of the workpiece 10 .
- the rotary drive 14 can also be a constantly rotating motor if a workpiece is to be machined as a rotating body while rotating about its axis during machining.
- the device shown in the drawing is fundamentally suitable for processing metallic workpieces, especially for the manufacture and regrinding of tools, in particular with very hard cutting edges, for example made of polycrystalline material.
- the cutting edges of the workpiece can first be machined using the tool 16 by spark erosion or by erosion grinding.
- the surfaces that are still relatively rough in this machining process can then be finished in the same clamping of the workpiece 10 and with the aid of the same control circuit by means of the grinding tool 18.
- the spark current Is unlike in the previous eroding process, is no longer used to remove material, but only to control the relative position between the workpiece 10 and the grinding tool 18.
- the workpiece 10 can thus be moved quickly and automatically very precisely up to a specific distance or until the abrasive grains come into contact with the grinding tool 18 - or conversely, the workpiece 10 - in order to touch it.
- the desired starting position for the grinding process can be set very precisely in the manner described, because each spark gap between the tool and the workpiece is a specific one even in the case of the electrically conductive grinding tool 18 Spark current Is is assigned, the value of which is passed to the control circuit 32 and is compared there with a specific target value for the starting position or contact position. Even during the mechanical During the grinding process by means of the grinding wheel 18, the spark voltage Us can be maintained in order to generate a spark current Is in the amount of a measuring or control current and in this way to control the mechanical grinding contact between the grinding wheel 18 and the workpiece 10. The eroding effect of the sparks is kept to a minimum in this processing step in order not to impair the smoothing effect of the mechanical grinding process.
- the control of the probing movement by means of the spark current in the device according to FIG. 1 can be influenced by dirt in the spark gap.
- the additional control circuit according to FIG. 2 can be used.
- the control device shown in FIG. 2 can also be used to control the infeed movement of a grinding wheel, specifically again regardless of whether it and / or the workpiece consist of electrically conductive material.
- the workpiece is also designated with 10, the workpiece carrier with 12, the grinding wheel with 18 and its electric rotary drive motor with 24.
- the tool carrier 12 executes a reciprocating movement in accordance with the double arrow 62 during grinding.
- the probing movement and later the infeed movement take place transversely to this in the direction of arrow 64.
- a stepper motor 66 serves as the drive for the probing and infeed movements.
- B. acts on the tool carrier 12 via an adjusting spindle 68.
- the operating current of the rotary drive motor 24 of the grinding wheel 18 is regulated by a control device 70 by means of the pulse width control in such a way that it operates at a constant speed during a specific machining operation circulates.
- a tachometer generator 72 is attached to the grinding wheel 18 or its drive motor 24, which measures the actual speed and reports it to the control device 70 so that the power supply of the drive motor 24 can be changed accordingly if deviations from the target speed occur. to counteract the occurring speed deviations.
- the setpoint for the speed of the drive motor 24 is set by a potentiometer 74 on the control device 70.
- the current values of the power supply of the drive motor 24 are tapped at 76 and fed to a comparator 78, where they are compared with a specific limit value which is entered via a potentiometer 80.
- a current value memory 82 which in turn is connected to a computer 84, in which, depending on the control program set, the current values or their difference to the set limit value for either a probing movement or infeed movements are counted and summarized in a specific manner until the computer 84 issues a control command to the motor controller 86 of the stepper motor 66 in accordance with the program entered.
- FIG. 3 graphically illustrates the control process between tapping the current values at 76 and issuing a control command to the stepper motor 66. Short, even time intervals are plotted on the abscissa during a back and forth movement S of the tool carrier 12 in the direction of arrow 62, while the current values I and the limit value G set for them are plotted on the ordinate. In the illustrated example of a control of the infeed movement, almost all of them lie during the back and forth considered Movement of the tool holder 12 relative to the grinding wheel 18 current values below the limit value G. This means that the workpiece 10 has already been ground down to the extent intended up to this point on the surface to be ground. As the current value curve in Fig. 3 shows, but has z. B.
- the computer 84 does not yet give the motor controller 86 of the stepping motor 66 a control impulse for a movement in the feed direction 64. Rather, there is a further reciprocating movement of the Tool holder 12 in the direction of movement 62, ie a further grinding process takes place during which a current value curve according to FIG. 3 is again recorded.
- a control pulse is sent from the computer 84 to the motor controller 86, whereupon the stepper motor 66 advances the tool holder 12 by a predetermined amount in direction 64.
- the current value curve according to FIG. 3, which is subsequently recorded next, will initially be far above the limit value G immediately after the infeed because of the strong friction between the workpiece 10 and the grinding wheel 18.
- the frictional torque exerted on the grinding wheel 18 and thus also the current consumption of the rotary drive motor 24 decrease until the current values drop below the limit value G again and the computer 84 triggers the next infeed step of the stepping motor 66 via the motor controller 86.
- the infeed control described above by way of example can be used regardless of whether the workpiece 10 and / or the grinding wheel 18 execute a reciprocating movement in the direction of arrow 62 transversely to the infeed direction 64 during the grinding operation, and whether the workpiece 10 and the grinding wheel 18 consist of electrically conductive materials.
- the described control method and the schematically illustrated control device according to FIG. 2 are also suitable for controlling a probing movement before the start of grinding, in order to bring the grinding wheel and the workpiece into the relative starting position.
- the current values I in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 are not determined during the back-and-forth movement in the direction of the arrow 62, but during the probing movement in the direction of the arrow 64 generated by the stepping motor 66.
- the sequence of the current values I initially remains below a certain limit value G as long as there is no contact at all between the grinding wheel 18 and the workpiece 10. The onset of contact is immediately noticeable as a sharp increase in the current values I due to the frictional moment exerted on the grinding wheel 18, the low limit G being exceeded and the probing movement then being ended immediately.
- an electrically conductive grinding wheel 18 should also be used when grinding electrically conductive workpieces, so that the one described in connection with FIGS. 2 and 3 Fine touching as a function of the frictional torque exerted on the grinding wheel 18 can be combined with the probing control as a function of the spark current, as explained above in connection with FIG. 1.
- the invention can even be used when electrically non-conductive workpieces are to be ground, if a probe made of electrically conductive material is attached to the workpiece and used as a reference for probing at the beginning and / or at the end of a grinding process the grinding wheel can be touched by measuring the spark current and the frictional moment.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der schrittweisen Zustellbewegung einer relativ zu einer zu bearbeiteten Werkstück-Oberfläche parallel zu dieser bewegbaren Schleifscheibe sowie auch zur Steuerung der relativen Antastbewegung zwischen einer Schleifscheibe und einem Werkstück oder einem Meßfühler.
- Die schrittweise Zustellung erfolgt bisher jeweils nach einer bestimmten Anzahl Hin- und Herbewegungen der Schleifscheibe bzw. des Werkstücks. Der Abtrag auf seiten des Werkstücks geht jedoch unterschiedlich schnell, je nachdem, ob die freiliegenden Körner der Schleifscheibe noch überwiegend scharfkantig oder schon abgestumpft sind oder ob sich an einzelnen Stellen der zu schleifenden Oberfläche harte Körner länger halten, bevor auch sie abgetragen sind. Auf diese Unterschiedlichkeit der Bearbeitungsdauer für einen bestimmten Abtrag muß bei der Einstellung der Zahl der Schleifvorgänge, nach denen jeweils eine schrittweise Zustellbewegung stattfinden soll, Rücksicht genommen und eine auf jeden Fall ausreichend große Zahl von Hin- und Herbewegungen vorgewählt werden. Daraus folgt aber, daß in den meisten Fällen eine geringere als die notwendigerweise einzustellende Zahl von Schleifvorgängen bis zum nächsten Zustellschritt genügen würde. Die Unwirtschaftlichkeit des bisher praktizierten Steuerungsverfahrens äußert sich besonders stark beim Schleifen sehr harter Werkstücke, z.B. Werkzeugen mit Einsätzen aus polykristallinem Diamant oder CBN, weil bei diesen die Zahl der Schleifvorgänge, nach denen jeweils erst der nächste Zustellschritt bestimmter Größe stattfindet, verhältnismäßig hoch ist.
- Andererseits kann es bei einem unvorhergesehenen Ausmaß der Abstumpfung der Schleifscheibe dazu kommen, daß in gleichmäßigem Rhythmus zugestellt wird, obgleich der vorgesehene Abtrag noch nicht erreicht ist. Dann drückt die Schleifscheibe unzulässig stark gegen das Werkstück, verformt es oder verursacht sonstige Schäden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches die Bearbeitungszeit verkürzt und die genannten Fertigungsfehler wirksam vermieden werden, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Hin- und/oder Herbewegung der Schleifscheibe jeweils eine Folge von Meßwerten wenigstens einer Art von Betriebsdaten des Schleifscheiben-Drehantriebs aufgenommen wird, welche sich mit dem auf die Schleifscheibe wirkenden Reibungsmoment ändern, und eine Zustellung erfolgt, sobald sämtliche Meßwerte einer Folge auf derjenigen Seite eines Grenzwerts bleiben, auf welcher ein diesem zugeordnetes maximales Reibungsmoment nicht überschritten wird.
- Die Erfindung bietet den Vorteil, daß weder Maschinenzeit für unnötige Hin- und Herbewegungen der Schleifscheibe vergeudet wird, noch Fertigungsfehler infolge zu früher Zustellung nach ungenügendem Abtrag auftreten können, denn die Zustellung erfolgt jetzt genau im richtigen Zeitpunkt nach Erreichen eines vorbestimmten Abtrags.
- Es hat sich überraschend gezeigt, daß im Prinzip dasselbe Steuerungverfahren auch vor Beginn einer Schleifbearbeitung angewendet werden kann, um die Schleifscheibe und das Werkstück durch Antasten in die Taststellung, d. h., die Ausgangsstellung zu bringen, von der aus danach während der schleifenden Bearbeitung die Zustellung erfolgt. Hierzu wird vorgeschlagen, daß während der Antastbewegung eine Folge von Meßwerten wenigstens einer Art von Betriebsdaten des Schleifscheiben-Drehantriebs aufgenommen wird, welche sich mit dem auf die Schleifscheibe wirkenden Reibungsmoment ändern, und die Antastbewegung beendet wird, sobald die Meßwerte einen Grenzwert erreichen, welchem ein bestimmtes maximales Reibungsmoment entspricht.
- Bei verfahrensmäßig prinzipieller Gleichheit der vorgeschlagenen Steuerungen der Zustell- und der Antastbewegungen unterscheiden sich beide im wesentlichen dadurch, daß im ersten Fall jeweils eine bestimmte und im zweiten Fall eine unbestimmte Folge von Meßwerten aufgenommen wird, und daß der Grenzwert im einen Fall das Reibungsmoment nach einem Schleifabtrag, im anderen Fall vor Beginn einer Schleifbearbeitung darstellt, wobei der zuletzt genannte Fall die beiden Alternativen einschließt, daß beim Antasten entweder eine Relativstellung der Schleifscheibe erreicht wird, von der aus zunächst noch zugestellt werden muß, bevor das Schleifen beginnt, oder am Ende der Antastbewegung bereits eine Relativstellung der Schleifscheibe mit Bezug auf das Werkstück wie am Ende einer Zustellbewegung erreicht wird.
- Das neue Steuerungsverfahren für die Antastbewegung funktioniert sehr feinfühlig und genau. Es bietet sich daher jetzt die Möglichkeit, eine zweiphasige Antastbewegung vorzusehen, wobei die in der zweiten Phase stattfindende Feinantastung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert wird, während die vorangehende Grobantastung in anderer Weise, z. B. durch optische und/oder mechanische Mittel gesteuert werden kann. Besonders bevorzugt wird bei Verwendung elektrisch leitfähiger Schleifscheiben und Werkstücke bzw. Meßfühler die Kombination der erfindungsgemäßen Feinsteuerung in der Endphase der Antastbewegung mit einem Steuerungsverfahren der vorangegangenen ersten Phase, bei welchem eine elektrische Funkenspannung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück oder Meßfühler angelegt und die Taststellung durch den Funkenstrom bestimmt wird. Durch die zweiphasige Antastung lassen sich Fehler vermeiden, die dadurch entstehen können, daß beim Antasten Verunreinigungen in den Funkenspalt gelangen, die bei einer Funkenspannung von z. B. etwa 200 bis 300 Volt Funken eher überspringen und einen bestimmten Funkenstrom entstehen lassen als ohne oder mit geringeren Verunreinigungen im Funkenspalt.
- In bevorzugter Ausgestaltung sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Zustellbewegung als auch des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Antastbewegung wird als Folge von Meßwerten, die ein Maß für das an der Schleifscheibe wirksame Reibungsmoment bilden, die Strom- oder Leistungsaufnahme eines impulsgeregelten Gleichstrom- Antriebsmotors der Schleifscheibe gemessen, wobei dieser Antriebsmotor vorzugsweise während der Aufnahme der Folge von Meßwerten mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Dieses Steuerungsverfahren bietet gegenüber anderen, bei denen nicht die Strom- oder Leistungsaufnahme, sondern z. B. die Drehzahlveränderung infolge Änderungen des Reibungsmoments oder andere davon abhängige Betriebsdaten gemessen werden, den Vorteil größerer Genauigkeit.
- Sollen mit bestimmten Relativstellungen zueinander angeordnete Flächen, z. B. Schneiden geschliffen werden, kann in einer bevorzugten praktischen Auführung der Erfindung vor und/oder nach dem Schleifen einer der Flächen an dieser angetastet werden, und es können entsprechend dieser Taststellung danach die anderen Flächen geschliffen oder Zustellbewegungen zur Kompensation der Schleifscheibenabnutzung vorgenommen werden. Anstatt eine bestimmte Fläche an einem Werkstück als Referenz für das automatische Schleifen anderer Flächen zu verwenden, kann auch eine Modellfläche oder ein Meßfühler mit dem Schleifwerkzeug angetastet und als Referenz für alle zu schleifenden Flächen benutzt werden.
- Einen besonders großen Vorteil bietet das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Antastbewegung, wenn danach auch die Steuerung der Zustellbewegung nach dem hierfür vorgeschlagenen Verfahren erfolgt, weil dann dieselbe Steuervorrichtung für die Steuerung sowohl der Antast- als auch der Zustellbewegung benutzt werden kann.
- Noch weitergehende Vorteile werden dann erzielt, wenn in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ein Werkstück zunächst mit einem ersten Werkzeug funkenerosiv oder erodierschleifend und dann in derselben Aufspannung mit einer mittels Funkenstrom in die angenäherte Antaststellung gebrachten Schleifscheibe mechanisch abtragend bearbeitet wird. Bei dieser Ausführungsvariante erfolgt nicht nur das Antasten schnell und automatisch, sondern es wird auch zusätzlich die Genauigkeit gefördert, indem bei beiden nacheinander ausgeführten unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen das Werkstück in derselben Aufspannung bleibt und die Relativstellungen zu beiden Werkzeugen in gleicher Weise gesteuert werden.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Steuerungsschaltplan einer Schleifmaschine, auf welcher auch eine funkenerosive oder erodierschleifende Bearbeitung ausgeführt wird;
- Fig. 2 einen Steuerungsschaltplan einer Schleifmaschine, bei welcher die Antast- und Zustellbewegung in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Schleifscheibenantriebs gesteuert wird;
- Fig. 3 ein Diagramm einer Folge von während eines Schleifvorgangs gemessenen Stromwerten der Stromversorgung der Schleifscheibe in der Schleifmaschine nach Fig. 2.
- Fig. 1 zeigt schematisch ein Werkstück 10, z. B. ein Sägeblatt, welches auf einem Kreuzschlitten 12 aufgespannt ist und dadurch in Richtung von zwei senkrecht aufeinanderstehenden Koordinaten x und y verfahren werden kann. Ein Drehantrieb 14, dessen Drehwinkel gesteuert werden kann, dient zur Drehwinkelverstellung bzw. zum Weiterschalten des Sägeblatts von einer zu bearbeitenden Schneide zur nächsten.
- Zur Bearbeitung des Werkstücks 10 sind zwei Werkzeuge 16 und 18 vorgesehen. Bei dem Werkzeug 16 handelt es sich um eine rotierend antreibbare Scheibe, z. B. aus Graphit, Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material, ggf. auch mit eingeschlossenen Schleifkörnern aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z. B. Diamantkorn. Mit diesem Werkzeug wird das Sägeblatt 10 oder ein anderes Werkstück, z. B. auch ein an seinen Schneiden, die z. B. aus Hartmetall oder polykristallinem Diamant bestehen können, zu bearbeitender Fräser oder ein anders ähnliches Werkzeug funkenerosiv oder erodierschleifend bearbeitet.
- Das zweite Werkzeug 18 ist eine elektrisch leitfähige, also z.B. metallgebundene Schleifscheibe mit beispielsweise Diamantkörnung. Beide Werkzeuge 16 und 18 sitzen auf derselben Antriebswelle 20 und können durch einen Werkzeugschlitten 22 in Richtung einer senkrecht auf den x- und y-Koordinaten stehenden z-Koordinate verfahren werden. Außerdem ist die Winkelgeschwindigkeit ω der durch einen Antriebsmotor 24 angetriebenen Welle 20 steuerbar.
- Ein Funkengenerator 26 ist über Leitungen 28 und 30 an das Werkstück 10 und das jeweils zum Ansatz gebrachte Werkzeug 16 bzw. 18 angeschlossen. In üblicher Weise kann zwischen das Werkstück 10 und das jeweilige Werkzeug 16 bzw. 18 ein Dielektrikum eingespült werden, so daß sie entweder durch dieses oder durch Luft untereinander isoliert sind und Funken zwischen ihnen überspringen können, wenn sich das Erodierwerkzeug 16 mit dem Zwischenabstand des für die Funkenerosion notwendigen Funkenspalts in Arbeitsstellung befindet bzw. wenn mit dem Schleifwerkzeug 18 am Werkstück 10 angetastet wird.
- Mit Hilfe einer Steuerschaltung 32 können die im Einzelfall vorgesehenen Zustellungen, Vorschubbewegungen und Sollwerteinstellungen vorgenommen werden. Die Vorgaben für die Steuerschaltung können entweder von Hand über eine nicht gezeigte Tastatur oder durch einen Programmspeicher 34 in die Steuerschaltung eingegeben werden. Diese kann dann über eine Leitung 36 und einen Signalumsetzer 38 den Kreuzschlitten 12 eine Bewegung in Richtung der x-Koordinate ausführen lassen, wodurch z.B. der Funkenspalt zwischen Werkstück 10 und Werkzeug 16 beeinflußt wird. Zum Ansteuern und Nachregeln eines bestimmten Funkenspalts können die Änderungen der elektrischen Spannung Us am Funkenspalt über eine Meßvorrichtung 40 und alternativ oder gleichzeitig eine Spaltstromänderung Is über eine Meßvorrichtung 42 abgegriffen und der Steuerschaltung 32 zur Auswertung zugeleitet werden. Parallel zur Funkenstrecke zwischen Werkstück und Werkzeug ist eine stufenweise einstell bare Kapazität 44 vorhanden, wie sie aus der Metallbearbeitung bekannt ist, um Anpassungen vorzunehmen.
- Das Zustellen des Werkzeuges kann in Abhängigkeit des bei 42 gemessenen Stroms Is geregelt werden. Der einem Strom zur Größe des Funkenspalts proportionale Wert kann einem Komparator zugeführt werden, in dem mit einem einstellbaren Sollwert verglichen wird.
- Über eine Steuerleitung 46 und einem Signalumsetzer 48 wird die Bewegung des Kreuzschlittens 12 in Richtung der y-Koordinate gesteuert. Dies kann z.B. eine hin- und hergehende Bewegung des Werkstücks beim Bearbeiten von geraden Schneiden sein. Das Ausmaß der hin- und hergehenden Bewegung kann durch den Programmspeicher 34 oder auch eine einfache Umsteuerung durch Endschalter vorgegeben werden.
- Über eine Leitung 50 und einen Signalumsetzer 52 wird der Werkzeugschlitten 22 in Richtung der z-Koordinate gesteuert, um z.B. eine Höhenverstellung des Werkzeugs 16 bzw. 18 vorzunehmen.
- Die Drehzahl des Antriebsmotors 24 wird durch die Steuerschaltung 32 über eine Steuerleitung 54 und einen Signalumsetzer 56 gesteuert. Um schließlich im Beispielsfall das Werkstück 10 nach jeder Bearbeitungsstufe mit einer Drehschaltbewegung zur Bearbeitung eines weiteren Zahns in eine andere Drehwinkelstellung zu bringen, wird von der Steuerschaltung 32 aus über eine Steuerleitung 58 und einen Signalumsetzer 60 ein entsprechendes Signal an den Drehantrieb 14 des Werkstücks 10 geleitet. Bei einer anderen Bearbeitungsaufgabe kann der Drehantrieb 14 aber auch ein ständig drehender Motor sein, wenn ein Werkstück als Rotationskörper bearbeitet werden soll, während er bei der Bearbeitung um seine Achse rotiert.
- Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung eignet sich grundsätzlich zur Bearbeitung metallischer Werkstücke, und zwar vor allem zur Herstellung und zum Nachschleifen von Werkzeugen, insbesondere mit sehr harten Schneiden, z.B. aus polykristallinem Material. Die Schneiden des Werkstücks können dabei zunächst mit Hilfe des Werkzeugs 16 durch Funkenerosion oder erodierschleifend bearbeitet werden. Die bei diesem Bearbeitungsverfahren entstehenden, noch verhältnismäßig rauhen Flächen können dann in derselben Aufspannung des Werkstücks 10 und unter Zuhilfenahme derselben Steuerschaltung mittels des Schleifwerkzeugs 18 fertig bearbeitet werden. Dabei besteht die Möglichkeit, entweder Zahn für Zahn bzw. Schneide für Schneide des Werkstücks 10 jeweils unmittelbar nacheinander erst mit dem Erodierwerkzeug 16 und dann mit dem Schleifwerkzeug 18 zur bearbeiten, oder zunächst alle Zähne bzw. Schneiden mit dem Erodierwerkzeug 16 und anschließend wiederum sämtliche Zähne bzw. Schneiden nacheinander mit dem Schleifwerkzeug 18 zu bearbeiten. In der zweiten Bearbeitungsstufe unter Einsatz des Schleifwerkzeugs 18 wird der Funkenstrom Is, anders als bei dem vorangegangenen Erodierverfahren, nicht mehr zum Materialabtrag, sondern nur noch zur Steuerung der Relativstellung zwischen dem Werkstück 10 und dem Schleifwerkzeug 18 gebraucht. Damit kann das Werkstück 10 schnell und automatisch sehr genau bis auf einen ganz bestimmten Abstand oder bis zur Berührung der Schleifkörner an das Schleifwerkzeug 18 - oder umgekehrt dieses an das Werkstück 10 - herangefahren werden, um anzutasten. Die gewünschte Ausgangsstellung für den Schleifvorgang, sei es in Berührung oder noch mit einem ganz bestimmten Zwischenabstand zwischen Werkstück und Werkzeug, läßt sich auf die beschrieben Weise sehr genau einstellen, weil jeder Funkenstrecke zwischen Werkzeug und Werkstück auch im Falle des elektrisch leitenden Schleifwerkzeugs 18 ein bestimmter Funkenstrom Is zugeordnet ist, dessen Wert an die Steuerschaltung 32 geleitet und dort mit einem bestimmten Sollwert für die Ausgangsstellung bzw. Antaststellung verglichen wird. Auch während des mechanischen Schleifvorgangs mittels der Schleifscheibe 18 kann die Funkenspannung Us aufrecht erhalten bleiben, um einen Funkenstrom Is im Ausmaß eines Meß- bzw. Steuerstroms zu erzeugen und auf diese Weise die mechanisch schleifende Berührung zwischen der Schleifscheibe 18 und dem Werkstück 10 zu kontrollieren. Die erodierende Wirkung der Funken wird in dieser Bearbeitungsstufe minimal gehalten, um den glättenden Effekt des mechanischen Schleifvorgangs nicht zu beeinträchtigen.
- Die Steuerung der Antastbewegung mittel des Funkenstroms bei der Vorrichtung nach Fig. 1 kann durch Schmutz im Funkenspalt beeinflußt werden. Um dadurch verursachte Fehler auszuschließen, kann die zusätzliche Steuerschaltung nach Fig. 2 benutzt werden. Unabhängig von der Steuerung der Antastbewegung kann die in Fig. 2 gezeigte Steuervorrichtung auch zur Steuerung der Zustellbewegung einer Schleifscheibe dienen, und zwar wiederum unabhängig davon, ob diese und/oder das Werkstück aus elektrisch leitfähigem Material bestehen.
- Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist ebenfalls das Werkstück mit 10, der Werkstückträger mit 12, die Schleifscheibe mit 18 und ihr elektrischer Drehantriebsmotor mit 24 bezeichnet. Im Beispielsfall sei davon ausgegangen, daß während der Schleifbearbeitung der Werkzeugträger 12 mit dem Werkzeug 10 eine hin- und hergehende Bewegung entsprechend dem Doppelpfeil 62 ausführt. Die Antastbewegung und später die Zustellbewegung finden quer dazu in Pfeilrichtung 64 statt. Als Antrieb für die Antast- und Zustellbewegungen dient ein Schrittmotor 66, der z. B. über eine Stellspindel 68 auf den Werkzeugträger 12 wirkt.
- Der Betriebsstrom des Drehantriebsmotors 24 der Schleifscheibe 18 wird durch eine Regeleinrichtung 70 im Wege der Inpulsbreitenregelung derart geregelt, daß er während eines bestimmten Bearbeitungsvorgangs mit einer konstanten Drehzahl umläuft. Zur Rückkoppelung ist an der Schleifscheibe 18 oder ihrem Antriebsmotor 24 ein Tachogenerator 72 angebracht, der die tatsächliche Drehzahl mißt und an die Regeleinrichtung 70 meldet, so daß dort beim Auftreten von Abweichungen von der Soll-Drehzahl die Stromversorgung des Antriebsmotors 24 entsprechend geändert werden kann, um den auftretenden Drehzahlabweichungen entgegenzuwirken. Der Sollwert für die Drehzahl des Antriebsmotors 24 wird durch ein Potentiometer 74 an der Regeleinrichtung 70 eingestellt.
- Die Stromwerte der Stromversorgung des Antriebsmotors 24 werden bei 76 abgegriffen und einem Vergleicher 78 zugeleitet, wo sie mit einem bestimmten Grenzwert verglichen werden, der über ein Potentiometer 80 eingegeben wird. Während des Betriebs wird die Folge der gemessenen Stromwerte und der eingestellte Grenzwert an einen Stromwertspeicher 82 weitergeleitet, der wiederum mit einem Rechner 84 verbunden ist, in welchem je nach dem eingestellten Steuerungsprogramm für entweder eine Antastbewegung oder Zustellbewegungen die Stromwerte bzw. deren Differenz zum eingestellten Grenzwert gezählt und in bestimmter Weise zusammengefaßt werden, bis der Rechner 84 entsprechend dem eingegebenen Programm einen Steuerbefehl an die Motorsteuerung 86 des Schrittmotors 66 gibt.
- Das Diagramm nach Fig. 3 veranschaulicht bildlich den zwischen dem Abgreifen der Stromwerte bei 76 und der Erteilung eines Steuerbefehls an den Schrittmotor 66 stattfindenden Steuerungsvorgang. Dabei sind auf der Abszisse kurze gleichmäßige Zeitintervalle während einer Hin- oder Herbewegung S des Werkzeugträgers 12 in Pfeilrichtung 62 aufgetragen, während auf der Ordinate die Stromwerte I und der für diese eingestellte Grenzwert G abgetragen sind. Im dargestellten Beispielsfall einer Steuerung der Zustellbewegung liegen schon fast alle während der betrachteten Hin- oder Herbe wegung des Werkzeugträgers 12 relativ zur Schleifscheibe 18 aufgenommenen Stromwerte unterhalb des Grenzwerts G. Dies bedeutet, daß das Werkstück 10 auf der zu schleifenden Fläche schon fast auf das bis hierher vorgesehene Maß abgeschliffen ist. Wie die Stromwertkurve in Fig. 3 zeigt, hat sich aber an einer Stelle z. B. ein etwas härterer Bereich länger gehalten, so daß an dieser Stelle ein oder mehrere gemessene Stromwerte I den Grenzwert G überschreiten. Bei einer solchen oder ähnlichen Stromwertkurve, die an einer oder mehreren Stellen den Grenzwert G übersteigt, gibt der Rechner 84 der Motorsteuerung 86 des Schrittmotors 66 noch keinen Steuerimpuls für eine Bewegung in Zustellrichtung 64. Es findet vielmehr eine weitere Hin- und/oder Herbewegung des Werkzeugträgers 12 in Bewegungsrichtung 62, d. h. ein weiterer Schleifvorgang statt, während dessen Dauer wiederum eine Stromwertkurve gemäß Fig. 3 aufgenommen wird. Sobald diese auf der ganzen Strecke S unterhalb des Grenzwerts G bleibt, geht vom Rechner 84 ein Steuerimpuls an die Motorsteuerung 86, woraufhin der Schrittmotor 66 den Werkzeugträger 12 um ein vorbestimmtes Maß weiter in Richtung 64 zustellt. Die anschließend als nächste aufgenommene Stromwertkurve gemäß Fig. 3 wird wegen der starken Reibung zwischen dem Werkstück 10 und der Schleifscheibe 18 unmittelbar nach der Zustellung zunächst weit oberhalb des Grenzwerts G liegen. Mit zunehmendem Materialabtrag sinkt das auf die Schleifscheibe 18 ausgeübte Reibungsmoment und damit auch die Stromaufnahme des Drehantriebsmotors 24, bis die Stromwerte wieder unter den Grenzwert G sinken und der Rechner 84 über die Motorsteuerung 86 den nächsten Zustellschritt des Schrittmotors 66 auslöst.
- Es besteht bei dieser Art der Zustellsteuerung sogar die Möglichkeit, je nach dem mittleren Abstand der Stromwertkurve gemäß Fig. 3 vom Grenzwert G, den Schrittmotor 66 unterschiedlich große Zustellschritte ausführen zu lassen.
- Es versteht sich, daß die vorstehend beispielhaft beschriebene Zustellsteuerung unabhängig davon anwendbar ist, ob das Werkstück 10 und/oder die Schleifscheibe 18 während der schleifenden Bearbeitung eine hin- und hergehende Bewegung in Pfeilrichtung 62 quer zur Zustellrichtung 64 ausführen, und ob das Werkstück 10 und die Schleifscheibe 18 aus elektrisch leitfähigen Materialien bestehen.
- Das beschriebene Steuerungsverfahren und die schematisch dargestellte Steuervorrichtung gemäß Fig. 2 eignen sich aber auch zur Steuerung einer Antastbewegung vor Beginn einer Schleifbearbeitung, um die Schleifscheibe und das Werkstück in die relative Ausgangsposition zu bringen. In diesem Fall werden die Stromwerte I im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 nicht während der Hin- und Herbewegung in Pfeilrichtung 62, sondern während der durch den Schrittmotor 66 erzeugten Antastbewegung in Pfeilrichtung 64 ermittelt. Die Folge der Stromwerte I bleibt dabei zunächst unterhalb eines bestimmten Grenzwerts G, solange überhaupt keine Berührung zwischen der Schleifscheibe 18 und dem Werkstück 10 stattfindet. Die einsetzende Berührung macht sich wegen des auf die Schleifscheibe 18 ausgeübten Reibungsmoments sofort als starker Anstieg der Stromwerte I bemerkbar, wobei der niedrig angesetzte Grenzwert G überschritten und daraufhin sofort die Antastbewegung beendet wird.
- Um das bisher festgestellte Optimum einer automatischen, sehr schnellen, sehr zuverlässigen und schließlich auch noch sehr genauen Antaststeuerung zu erhalten, sollte beim Schleifen elektrisch leitfähiger Werkstücke auch eine elektrisch leitfähige Schleifscheibe 18 benutzt werden, so daß die im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 beschriebene Feinantastung in Abhängigkeit von dem auf die Schleifscheibe 18 ausgeübten Reibungsmoment mit der Antaststeuerung in Abhängigkeit vom Funkenstrom, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, kombiniert werden kann. Die Erfindung kann sogar dann Anwendung finden, wenn elektrisch nicht leitende Werkstücke geschliffen werden sollen, wenn für das Antasten am Anfang und/oder am Ende einer Schleifbearbeitung ein in entsprechender Lage zum Werkstück angebrachter und als Referenz dienender Meßfühler aus elektrisch leitfähigem Material zur Verfügung steht, an den die Schleifscheibe mittels Messung des Funkenstroms und des Reibungsmoments angetastet werden kann.
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