EP1720683A1 - Vorrichtung zum herstellen einer fertigkontur eines werkstü cks durch schleifen und verfahren dazu - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen einer fertigkontur eines werkstü cks durch schleifen und verfahren dazu

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Publication number
EP1720683A1
EP1720683A1 EP05707304A EP05707304A EP1720683A1 EP 1720683 A1 EP1720683 A1 EP 1720683A1 EP 05707304 A EP05707304 A EP 05707304A EP 05707304 A EP05707304 A EP 05707304A EP 1720683 A1 EP1720683 A1 EP 1720683A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
contour
workpiece
measured values
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05707304A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Meusburger
Manfred Muster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Automotive AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Automotive AG filed Critical ThyssenKrupp Automotive AG
Publication of EP1720683A1 publication Critical patent/EP1720683A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/08—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section
    • B24B19/12—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts
    • B24B19/125—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts electrically controlled, e.g. numerically controlled
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49293—Camshaft making

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 8.
  • the raw parts When machining workpieces using grinding, the raw parts must have a contour that has an oversize within a tolerance band compared to the dimension of the finished parts. Since the raw parts meet the tolerance band differently, the grinding program is usually designed in such a way that a tactile approach to the material is achieved, which leads to unnecessary air overflows (air grinding), with no material being removed. These air overflows take up unnecessary manufacturing time.
  • cams and other functional components of camshafts are manufactured as raw parts according to tolerance specifications and mounted on the camshaft. This creates a tolerance band in which the outer contour of the uncut, assembled cams / functional components moves. This contour is called the blank contour. This blank contour must have a grinding allowance.
  • the cams, bearings and any other functional surfaces are ground.
  • the grinding allowance is removed.
  • the measurement is necessary to obtain a really ground surface at the end of the machining and to ensure that the target contour (finished contour) is not undershot.
  • grinding is carried out in several work steps in such a way that the grinding wheel is program-controlled very quickly moved to the outer circumference of the raw part contour, which is extremely possible considering the permissible tolerance, and then the actual grinding process begins.
  • the grinding wheel is moved in a program-controlled manner at the specified feed rate and speed at the target dimension of the finished contour to be ground. This feed movement is relatively slow so that the workpiece to be ground does not overheat and the grinding wheel is not damaged.
  • the infeed speed is set faster at the beginning (roughing) and later slower (finishing, fine finishing). No further infeed occurs when the target contour is reached.
  • the workpiece is sparked free. After a certain duration of free sparking, the workpiece has the desired dimension, ie the finished contour, and the process is ended by quickly moving back the grinding wheel.
  • the delivery movements that follow one another several times are referred to as several work steps.
  • the programs required to control the grinding wheels include values for axial and radial feeds (workpiece speeds) as well as radial infeeds with which the grinding wheels are approached to the workpiece. There are grinding machines with one and grinding machines with several spindles.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with which the time required for the production of a finished contour of a workpiece having a blank contour by grinding in several operations is reduced as much as possible and yet a tool breakage or inadmissible heating of components is prevented.
  • this object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 1.
  • Advantageous training and further developments are described in claims 2 to 7.
  • the object is achieved by a method having the features of the patent claim
  • the solution described above advantageously ensures that unnecessary air grinding, which extends the processing time, is avoided.
  • the measure that the measurement is functionally separated from the grinding machine further advantageously reduces the working time on the grinding machine, which is expensive compared to a testing device.
  • the invention relates to a device for grinding a finished contour of cams of a camshaft with a grinding machine and a control device controlling it, whereby grinding programs can be specified by the control device, which default values with regard to the grinding parameters speed of the abrasive and / or the workpiece, feed, Infeed and axial position of the workpiece include.
  • the device preferably has the following components: • a measuring device for measuring the rough contour of the workpiece to be ground;
  • the data connection is represented by means of a fixed connection, for example via cable, radio, etc., or by means of a non-fixed connection, for example via a diskette or markings on the workpiece - the respective camshaft - etc.
  • both data connections are designed as fixed connections in the form of cables.
  • the data is transmitted via the usual protocols or bus systems used in industrial control technology, such as Profibus or Interbus.
  • the process computer can be an industrial-grade personal computer, a microcomputer or another data processing device.
  • the invention further relates to a method for producing a finished contour of a workpiece having a blank contour by grinding in a plurality of work steps, preferably on cams of a camshaft, in which the blank contour of the workpiece is ground down by a predeterminable amount in each work step, so that after the last step the finished contour of the workpiece.
  • the following method steps are carried out in this method: a) the raw part contour of the workpiece is measured before the grinding process begins; b) the measured values determined are transmitted directly or indirectly to a control unit; c) depending on these measured values, either a grinding program adapted to the actual raw part contour is calculated, in which the control of the delivery of the abrasive of the grinding machine takes into account the actual raw part contour, or a predetermined and stored grinding program is selected in which the control of the delivery of the Abrasive of the grinding machine is best adapted to the actual raw part contour in comparison to the other selectable grinding programs.
  • the grinding programs are determined in the following way: From the measurement of the blank contour, the extent to which the grinding wheel can be moved to the workpiece to be ground with maximum infeed speed is determined directly. Ideally, the grinding wheel is moved up to the blank contour at maximum feed speed. For safety's sake, however, the grinding wheel cannot be moved fully to the measured blank contour, but air grinding can be preset over a distance of 0.02 mm to 0.1 mm. The size is determined from the measuring accuracy of the measuring system for measuring the contours. At the same time, the grinding allowance, i.e. the thickness of the material to be ground, is determined from the measured blank contour. From this, the various areas for roughing, finishing and fine finishing grinding and thus the associated infeed speeds are determined.
  • the material including the hardness and the geometric design of the workpiece to be ground, are important. Thin components cannot dissipate as much heat as thick solid components. Depending on the material properties, different amounts of heat are released at the same infeed speed. In the same way, depending on the possibility of the machine, the speeds of the workpiece and Tool set. The person skilled in the art is familiar with criteria and specifications for designing such programs.
  • the grinding allowance is known in accordance with the measuring accuracy of the measuring system.
  • the grinding program with the optimal delivery program is determined in accordance with the usual methods in grinding technology. This means that the fastest possible infeed is set, precisely adjusted, in which the workpiece has not yet overheated and the finished contour has been reached precisely.
  • the energy and power input resulting from the grinding process is essential so that grinding errors such as grinding burn and soft skin formation can be prevented.
  • the permissible feed rate also depends on the material.
  • the roughing and finishing and fine finishing processes are precisely coordinated in the invention.
  • the grinding program which is adapted to the grinding allowance to be sanded, often leads to optimized and shortened grinding times, e.g. the infeed path for roughing can be increased compared to finishing, while the air grinding phase is reduced to a minimum or even eliminated.
  • a large number of precalculated programs with their respective assignment to a specific blank contour are stored in the process computer.
  • the program assigned to the measured blank contour is selected by the process computer.
  • the energy and / or power balance can be used here as a calculation criterion.
  • the maximum permissible delivery paths per revolution of the workpiece and mathematically determines the grinding program with the delivery program, which minimizes the machining time.
  • the method according to the invention can be used for camshafts with any number of cams as well as other functional components to be ground.
  • a separate grinding program can be selected for each component or, in simpler cases, the same grinding program can also be selected for groups of functional components.
  • the data for controlling the grinding machine is transmitted either in the block of all grinding programs required for the corresponding parts or piece by piece, depending on requirements, immediately before the grinding wheel is delivered to the appropriate position.
  • the components are provided with markings, such as serial numbers, barcodes or the like, which are linked in the process computer to the measurement data of the blank contours. This data can then also be transmitted off-line to the control of the grinding machine. When the shafts enter the grinding machine, these codes are read and the associated programs are loaded from them. In a further development, the marking is directly the marking of the grinding programs to be used.
  • markings such as serial numbers, barcodes or the like
  • Figure 1 shows the schematic structure of the inventive device for grinding camshafts.
  • FIG. 2 shows the cam and the position of the finished part contour as well as the lower and upper tolerance limit of the raw part contour.
  • FIG. 1 shows schematically how the camshaft 1 with the functional component 2 to be ground, for example the cam, is in the measuring station for measuring the blank contour at the end of the assembly line (not shown here).
  • the profile data of the cam 2 are recorded using a sensor system 13 used for measuring, in this example a probe or a laser triangulation device.
  • the measured values are fed to a process computer 5 via the signal line 9.
  • the process computer 5 has a data memory 7 for storing a plurality of grinding programs, which in particular contain delivery programs.
  • the process computer 5 has an arithmetic unit 6, a second data memory 8 and corresponding internal data lines 10, which are usually implemented by a data bus.
  • a corresponding grinding program is selected from the data memory 7 and stored in the data memory 8.
  • the corresponding grinding program which in particular contains the corresponding delivery program, is transmitted to the controller 4 of the grinding machine 3 via the data line 11.
  • the camshaft 1 is introduced into the grinding machine 3 for processing with a corresponding transfer handling 14, for example a robot.
  • the data required for controlling the grinding machine are transmitted via the control signal lines 12a and 12b and the camshaft 1 is ground in accordance with the selected control program.
  • the camshaft is clearly marked after measuring the blank contour (e.g. barcode) and a control signal 12a is also transmitted to the control 4 via the control line 12a for recognizing which camshaft is currently inserted in the grinding machine.
  • the marking carries the information about the measured blank contour or the grinding program to be selected.
  • the controller 4 selects the corresponding grinding program from an assignment of detection signals to grinding programs.
  • the controller 4 requests the grinding program from the process computer 5 based on the detection signal.
  • the process computer 5 and the controller 4 can be integrated in a computing unit 15. The exact design of the computing unit can, however, be very different.
  • the data lines 9, 10, 11, 12a, 12b can also be integrated in a bus system, as is customary in mechanical engineering.
  • a camshaft 1 with cams 2 is selected as an example, in which the oversize of the raw parts to be ground lies within the envelopes 17 to 18.
  • the oversizes at all points of the outer circumferential contour of the cam must lie within the range between the envelope curve 17 and the envelope curve 18. In the selected example, the actual oversize at any point on the contour is 0.35 mm.
  • the grinding wheel must be fed in such a way that the grinding wheel never dips into the workpiece surface at the highest speed as is used for moving the wheel towards the workpiece.
  • the grinding wheel is therefore moved up to the envelope curve 18 for the greatest possible oversize. Subsequently, certain infeed paths are traveled per revolution of the workpiece until in the last step, here the 7th revolution, the free sparking with infeed 0 mm takes place and the workpiece has been ground to the finished part contour 16.
  • the total process time is then approximately 7 seconds, for example.
  • the infeed was carried out for a path of 0.15 mm at a speed adapted to the grinding, although no grinding of material has taken place.
  • This process is also referred to in technology as air loops.
  • the infeeds for the first 2 revolutions are larger than in the prior art when using the method according to the invention.
  • An advantageous development of the method is shown here, in which the infeed speed is adjusted as a function of the thickness of the oversize.
  • grinding is usually carried out at a high feed rate (rough grinding).
  • the infeed speed (finishing, fine finishing or sparking) is only reduced if the oversize is small.
  • the high infeed speed during rough grinding must be such that not too much power is brought into the workpiece and accordingly the workpiece does not overheat.
  • the maximum value for an oversize of 0.500 mm is an infeed of 0.400 mm every 4 revolutions up to an oversize of 0.100 mm and a corresponding performance.
  • this infeed can even be increased up to an oversize of 0.100 mm, whereby the total infeed must not exceed the value of the original performance.
  • the chip removal rate can be used as a measure of this.
  • the method according to the invention offers further important advantages.
  • the measurement before grinding enables a sorting out of shafts where the raw part contour of the functional components is already too small, i.e. is no longer within the tolerance band. In this case, the shaft can no longer become a good part even after further processing, so that grinding is no longer necessary. As a result, rejects are no longer processed and the processing times and costs required for this are saved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Fertigkontur eines eine Rohteilkontur aufweisenden Werkstückes durch Schleifen in mehreren Arbeitsgängen, vorzugsweise an Nocken (2) einer Nockenwelle (1), umfassend eine Schleifmaschine (3), und eine Steuereinrichtung (4) zum Ansteuern der Schleifmaschine (3), wobei eine Messeinrichtung (13) zum Messen vor Beginn des Schleifprozesses der tatsächlichen Rohteilkontur des Werkstückes vorgesehen ist, welche mittels einer Datenübertragungseinrichtung (9,10,11,12a,12b) mit der Steuerein­richtung (4) direkt oder indirekt gekoppelt ist, sodass die von der Messeinrichtung (13) ermittelten Messwerte der Steuereinrichtung (4) zuführbar und aus diesen Messwerten von der Steuereinrichtung (4) Vorgabewerte für die Steuerung bestimmbar sind. Von diesen Messwerten wird entweder ein auf die tatsächliche Rohteilkontur angepasstes Schleifprogramm errechnet, bei dem die Steuerung der Schleifmaschine (3) unter Berücksichtigung der tatsächlichen Rohteilkontur erfolgt, oder ein vorgegebenes und abgespeichertes Schleifprogramm ausgewählt, bei dem die Steuerung der Schleifmaschine (3) an die tatsächliche Rohteilkontur im Vergleich zu den übrigen aus- wählbaren Schleif­programmen am besten angepasst ist.

Description

Vorrichtung zum Herstellen einer Fertigkontur eines Werkstücks durch Schleifen und Verfahren dazu
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Schleifen müssen die Rohteile eine Kontur aufweisen, die innerhalb eines Toleranzbandes ein Übermaß im Vergleich zum Maß der Fertigbauteile aufweist. Da die Rohteile das Toleranzband unterschiedlich erfüllen, ist das Schleifprogramm üblicherweise so ausgelegt, dass tastend eine Annäherung an das Material erzielt wird, was zu unnötigen Luftüberläufen (Luftschleifen) führt, wobei kein Material abgetragen wird. Diese Luftüberläufe beanspruchen unnötige Fertigungszeit.
Speziell zur Herstellung von gebauten Nockenwellen werden die Nocken und andere Funktionsbauteile von Nockenwellen nach Toleranzvorgaben als Rohteile gefertigt und auf die Nockenwelle montiert. Dabei entsteht ein Toleranzband, in dem sich die Außenkontur der ungeschliffenen montierten Nocken/Funktionsbauteile bewegt. Diese Kontur wird als Rohteilkontur bezeichnet. Diese Rohteilkontur muss ein Schleifaufmaß besitzen.
Im Anschluss an die Montage werden die Nocken, Lagerstellen und ggf. weitere Funktionsflächen geschliffen. Dabei wird das Schleifaufmaß abgetragen. Das Aufmaß ist erforderlich, um am Ende der Bearbeitung eine wirklich geschliffene Fläche zu erhalten und sicher die Sollkontur (Fertigkontur) nicht zu unterschreiten. Das Schleifen erfolgt nach dem Stand der Technik in mehreren Arbeitsgängen in der Weise, dass die Schleifscheibe programmgesteuert sehr schnell an den unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranz äußerst möglichen Außenumfang der Rohteilkontur herangefahren wird und anschließend der eigentliche Schleifprozess beginnt. Beim eigentlichen Schleifprozess wird die Schleifscheibe mit vorgegebenem Vorschub bei vorgegebener Drehzahl auf Sollmaß der zu schleifenden Fertigkontur programmgesteuert gefahren. Diese Zustellbewegung erfolgt relativ langsam, damit das zu schleifende Werkstück nicht überhitzt und die Schleifscheibe nicht beschädigt wird. Je nach Dicke der zu schleifenden Schicht wird die Zustellgeschwindigkeit zu Beginn schneller (Schruppen) und später langsamer (Schlichten, Feinschlichten) eingestellt. Bei Erreichen der Sollkontur erfolgt keine weitere Zustellung. Das Werkstück wird freigefunkt. Nach einer bestimmten Dauer des Freifunkens weist das Werkstück das Sollmaß, d.h. die Fertigkontur auf und der Prozess wird durch schnelles Zurückfahren der Schleifscheibe beendet. Dabei werden die mehrfach nacheinander folgenden Zustellbewegungen als mehrere Arbeitsgänge bezeichnet.
Die für die Ansteuerung der Schleifscheiben erforderlichen Programme beinhalten Werte für axiale und radiale Vorschübe (Werkstückdrehgeschwindigkeiten) sowie radiale Zustellungen, mit denen die Schleifscheiben an das Werkstück herangefahren werden. Dabei gibt es Schleifmaschinen mit einer und Schleifmaschinen mit mehreren Spindeln.
Nachteilig bei den bisher bekannten Steuerprogrammen für Schleifmaschinen wird je nach Größe der Rohteilkontur, das heißt je nach tatsächlichem Schleifaufmaß des ungeschliffenen Funktionsbauteils, die Schleifscheibe über teilweise mehrere 1/10 mm, trotz fehlendem Kontakt mit dem Werkstück, sehr langsam an die Rohteilkontur des Funktionsbauteils herangefahren. Dieser Vorgang wird in der Fachwelt oft auch mit Luftschleifen bezeichnet. Dabei ist die Dauer des Luftschleifens je nach Lage der Rohteilkontur im Toleranzfeld unterschiedlich. Hierdurch wird in vielen Fällen unnötig viel Zeit für das Schleifen benötigt. Zusätzlich führt die hohe Qualitätsanforderung nach sichereren Fertigungsprozessen dazu, dass der zulässige Toleranzbereich nicht voll ausgeschöpft wird. Dadurch erfolgt in der Mehrheit der Fälle ein unnötig langes Luftschleifen. Allerdings kann auf das Luftschleifen nicht verzichtet werden, da immer wieder einzelne Rohwerkstücke die größte zulässige Rohteilkontur aufweisen oder aufweisen könnten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der bzw. mit dem die für die für die Herstellung einer Fertigkontur eines eine Rohteilkontur aufweisenden Werkstückes durch Schleifen in mehreren Arbeitsgängen benötigte Zeit soweit wie möglich verkürzt und dennoch ein Werkzeugbruch oder eine unzulässige Bauteilerwärmung verhindert wird.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben. Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen
9 und 10 angegeben.
Durch die vorbeschriebene Lösung wird vorteilhaft erreicht, dass ein unnötiges, die Bearbeitungszeit verlängerndes Luftschleifen vermieden wird. Durch die Maßnahme, dass das Messen funktioneil von der Schleifmaschine getrennt ist, wird weiterhin vorteilhaft eine weitere Reduzierung der Arbeitszeit auf der im Verhältnis zu einer Prüfeinrichtung teuren Schleifmaschine erreicht.
Die Erfindung betrifft in einer konkreten Ausführungsform eine Vorrichtung zum Schleifen einer Fertigkontur von Nocken einer Nockenwelle mit einer Schleifmaschine und einer diese steuernden Steuereinrichtung, wobei durch die Steuereinrichtung Schleifprogramme vorgebbar sind, welche Vorgabewerte hinsichtlich der Schleifparameter Drehzahl des Schleifmittels und/oder des Werkstücks, Vorschub, Zustellung und Axialposition des Werkstückes beinhalten.
Entsprechend der Erfindung weist die Vorrichtung vorzugsweise folgende Komponenten auf: • eine Messeinrichtung zum Messen der zu schleifenden Rohteilkontur des Werkstückes;
• einen Prozessrechner zur Bestimmung und/oder Auswahl eines oder mehrerer Schleifprogramme;
• eine erste Datenübertragungseinrichtung zwischen der Messeinrichtung und dem Prozessrechner sowie eine zweite Datenübertragungseinrichtung zwischen dem Prozessrechner und der Steuereinrichtung, wobei die von der Messeinrichtung gemessenen Messwerte der Rohteilkontur über die erste Datenübertragungseinrichtung dem Prozessrechner zuführbar sind, in Abhängigkeit von diesen Messwerten im Prozessrechner mindestens ein Schleifprogramm bestimmt und/oder ausgewählt wird und über die zweite Datenübertragungseinrichtung der Steuereinrichtung zuführbar ist und die Schleifmaschine von der Steuereinrichtung entsprechend dem bestimmten und/oder ausgewählten Schleifprogramm steuerbar ist.
Dabei ist es zunächst unerheblich, ob die Datenverbindung mittels einer fixen Verbindung, beispielsweise über Kabel, Funk usw., oder mittels einer nicht fixen Verbindung, beispielsweise über eine Diskette oder Markierungen auf dem Werkstück - der jeweiligen Nockenwelle - usw., dargestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Datenverbindungen als fixe Verbindungen in Form von Kabeln ausgebildet. Die Datenübertragung erfolgt über die üblichen in der Industrie-Steuerungstechnik verwendeten Protokolle bzw. Bussysteme, wie beispielsweise Profibus oder Interbus. Der Prozessrechner kann ein industrietauglicher Personalcomputer, ein Mikrorechner oder eine andere Datenverarbeitungseinrichtung sein.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Fertigkontur eines eine Rohteilkontur aufweisenden Werkstückes durch Schleifen in mehreren Arbeitsgängen, vorzugsweise an Nocken einer Nockenwelle, bei welchem die Rohteilkontur des Werkstückes in jedem Arbeitsgang um ein vorgebbares Maß abgeschliffen wird, sodass nach dem letzten Arbeitsgang die Fertigkontur des Werkstückes vorliegt. Entsprechend der Erfindung werden bei diesem Verfahren folgende Verfahrensschritte ausgeführt: a) vor Beginn des Schleifprozesses wird die Rohteilkontur des Werkstückes gemessen; b) die ermittelten Messwerte werden direkt oder indirekt an eine Steuereinheit übermittelt; c) in Abhängigkeit von diesen Messwerten wird entweder ein auf die tatsächliche Rohteilkontur angepasstes Schleifprogramm errechnet, bei dem die Steuerung der Zustellung des Schleifmittels der Schleifmaschine unter Berücksichtigung der tatsächlichen Rohteilkontur erfolgt, oder ein vorgegebenes und abgespeichertes Schleifprogramm ausgewählt, bei dem die Steuerung der Zustellung des Schleifmittels der Schleifmaschine an die tatsächliche Rohteilkontur im Vergleich zu den übrigen auswählbaren Schleifprogrammen am besten angepasst ist.
Dabei werden die Schleifprogramme auf folgende Art und Weise bestimmt: Aus der Messung der Rohteilkontur bestimmt sich direkt, bis zu welchem Maß die Schleifscheibe mit maximaler Zustellgeschwindigkeit an das zu schleifende Werkstück herangefahren werden kann. Im Idealfall wird dabei die Schleifscheibe mit maximaler Zustellgeschwindigkeit bis unmittelbar an die Rohteilkontur herangefahren. Es kann aber auch sicherheitshalber die Schleifscheibe nicht vollständig an die gemessene Rohteilkontur herangefahren werden, sondern ein Luftschleifen über eine Strecke von 0,02 mm bis 0,1 mm voreingestellt werden. Die Größe bestimmt sich aus der Messgenauigkeit des Messsystems zur Vermessung der Konturen. Aus der gemessenen Rohteilkontur wird gleichzeitig das Schleifaufmaß, das heißt die Dicke des abzuschleifenden Materials, bestimmt. Daraus werden die verschiedenen Bereiche für das Schrupp-, Schlicht- und Feinschlichtschleifen und damit die zugehörigen Zustellgeschwindigkeiten festgelegt. Dabei ist der Werkstoff einschließlich der Härte und die geometrische Gestaltung des zu schleifenden Werkstückes von Bedeutung. Dünne Bauteile können nicht soviel Wärme abführen wie dicke Massivbauteile. Je nach Werkstoffbeschaffenheit werden unterschiedliche Wärmemengen bei gleicher Zustellgeschwindigkeit freigesetzt. In gleicher Weise werden, je nach Möglichkeit der Maschine, die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug festgelegt. Zur Auslegung derartiger Programme sind dem Fachmann Kriterien und Vorgaben bekannt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, entgegen dem Stand der Technik, das Schleifaufmaß, entsprechend der Messgenauigkeit des Messsystems bekannt. Damit wird nach den in der Schleiftechnik üblichen Verfahren das Schleifprogramm mit dem jeweils optimalen Zustellprogramm bestimmt. Das heißt: Es wird jeweils, genau angepasst, die schnellstmögliche Zustellung festgelegt, bei der noch keine Überhitzung des Werkstückes erfolgt und die Fertigkontur genau erreicht wird. Für die Bestimmung der Zustellprogramme, bei denen der Vorschub je Umdrehung des Werkstückes festgelegt wird, ist die mit dem Schleifprozess erfolgende Energie- und Leistungseinbringung von wesentlicher Bedeutung, damit Schleiffehler, wie Schleifbrand und Weichhautbildung, verhindert werden können. Der dabei zulässige Vorschub ist zudem werkstoffabhängig.
Aufgrund der genauen Kenntnis der abzuschleifenden Schichtdicke wird bei der Erfindung eine genaue Abstimmung der Schrupp- und Schlicht- und Feinschlicht- schleifvorgänge ermöglicht. Das jeweils an das abzuschleifende Schleifaufmaß angepasste Schleifprogramm führt dabei oft zu optimierten und verkürzten Schleifzeiten, da z.B. der Zustellweg für das Schruppen im Vergleich zum Schlichten erhöht werden kann, während die Luftschleifphase auf ein Minimum reduziert oder gar eliminiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden eine Vielzahl vorberechneter Programme mit ihrer jeweiligen Zuordnung zu einer bestimmten Rohteilkontur im Prozessrechner eingespeichert. Während des Fertigungsprozesses wird das jeweils der gemessenen Rohteilkontur zugeordnete Programm vom Prozessrechner ausgewählt.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist es sogar möglich, die Schleifprogramme in-line zu berechen. Als Rechenkriterium kann hier die Energie und/oder Leistungsbilanz verwendet werden. Dabei werden in Abhängigkeit von Schichtdicke und anderen üblichen Parametern die maximal zulässigen Zustell- wege pro Umdrehung des Werkstücks zugrunde gelegt und mathematisch daraus das Schleifprogramm mit dem Zustellprogramm bestimmt, welches die Bearbeitungszeit minimiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Nockenwellen mit jeder beliebigen Anzahl von Nocken als auch andere zu schleifende Funktionsbauteile anwendbar. Dabei kann für jedes Bauteil ein separates Schleifprogramm oder in einfacheren Fällen auch für Gruppen von Funktionsbauteilen dasselbe Schleifprogramm ausgewählt werden. Die Übertragung der Daten zur Steuerung der Schleifmaschine erfolgt dabei entweder im Block aller für die entsprechenden Teile benötigten Schleifprogramme oder Stück für Stück je nach Bedarf unmittelbar vor Zustellung der Schleifscheibe an die entsprechende Position.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Bauteile mit Markierungen, wie Seriennummern, Barcodes oder ähnlichem versehen, die im Prozessrechner mit den Messdaten der Rohteilkonturen verknüpft werden. Diese Daten können dann auch off-line an die Steuerung der Schleifmaschine übermittelt werden. Beim Einlaufen der Wellen in die Schleifmaschine werden diese Codes gelesen und daraus die zugehörigen Programme geladen. Dabei ist in einer Weiterbildung die Markierung direkt die Kennzeichnung der zu verwendenden Schleifprogramme.
Anhand der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Schleifen von Nockenwellen.
In Figur 2 ist der Nocken und die Lage der Fertigteilkontur sowie der unteren und oberen Toleranzgrenze der Rohteilkontur dargestellt.
In der Figur 1 ist schematisch dargestellt, wie die Nockenwelle 1 mit dem zu schleifenden Funktionsbauteil 2, beispielweise dem Nocken, sich in der Messstation zum Messen der Rohteilkontur am Ende der Montagelinie (hier nicht dargestellt) befindet. Mit einer zum Messen verwendeten Sensorik 13, hier im Beispiel ein Messtaster oder eine Lasertriangulationseinrichtung, werden die Profildaten des Nockens 2 erfasst. Die Messwerte werden über die Signalleitung 9 einem Prozessrechner 5 zugeführt. Der Prozessrechner 5 verfügt über einen Datenspeicher 7 zur Abspeicherung mehrerer Schleifprogramme, welche insbesondere Zustellprogramme beinhalten. Weiterhin verfügt der Prozessrechner 5 über ein Rechenwerk 6, einen zweiten Datenspeicher 8 und entsprechende interne Datenleitungen 10, die üblicherweise durch einen Datenbus realisiert werden. Im Rechenwerk 6 des Prozessrechners 5 wird aufgrund des Einganges an der Signalleitung 9, dem Messwert, ein entsprechendes Schleifprogramm aus dem Datenspeicher 7 ausgewählt und in den Datenspeicher 8 abgelegt. Über die Datenleitung 11 wird das entsprechende Schleifprogramm, welches insbesondere das entsprechende Zustellprogramm beinhaltet, an die Steuerung 4 der Schleifmaschine 3 übertragen.
Parallel hierzu wird die Nockenwelle 1 mit einem entsprechenden Übergabehand- ling 14, beispielsweise einem Roboter, in die Schleifmaschine 3 zur Bearbeitung eingebracht. Über die Steuersignalleitungen 12a und 12b werden die zur Steuerung der Schleifmaschine erforderlichen Daten übertragen und die Nockenwelle 1 entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm geschliffen.
In einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird die Nockenwelle nach der Messung der Rohteilkontur eindeutig markiert (z.B. Barcode) und über die Steuerleitung 12a auch ein Erkennungssignal zur Erkennung, welche Nockenwelle gerade in der Schleifmaschine eingelegt ist, an die Steuerung 4 übertragen. Die Markierung trägt dabei die Information über die gemessene Rohteilkontur oder das auszuwählende Schleifprogramm. Die Steuerung 4 wählt daran anschliessend aus einer Zuordnung von Erkennungssignalen zu Schleifprogrammen das entsprechende Schleifprogramm aus.
In einer alternativen Ausführungsform fordert die Steuerung 4, ausgehend vom Erkennungssignal, das Schleifprogramm vom Prozessrechner 5 an. Erfindungsgemäß können der Prozessrechner 5 und die Steuerung 4 in eine Recheneinheit 15 integriert sein. Die genaue Ausgestaltung der Recheneinheit kann jedoch sehr unterschiedlich sein. Auch können die Datenleitungen 9, 10, 11 , 12a, 12b in ein Bussystem, wie es im Maschinenbau üblich ist, integriert sein.
Anhand der Tabelle 1 und der Figur 2 erfolgt eine Gegenüberstellung des Standes der Technik zum erfindungsgemäßen Verfahren. Als Beispiel ist eine Nockenwelle 1 mit Nocken 2 ausgewählt, bei denen das abzuschleifende Übermaß der Rohteile innerhalb der Hüllkurven 17 bis 18 liegt. Dieses Übermaß der Rohteile nach der Montage, bezogen auf die Fertigteilkontur 16, auch Aufmaß genannt, schwankt fertigungsbedingt im Beispiel in einem Intervall von Fertigteil kontur plus 0,1 mm (Hüllkurve 17) bis Fertigmaß plus 0,5 mm (Hüllkurve 18). Dabei müssen die Übermaße an allen Punkten der äußeren Umfangskontur des Nockens innerhalb des Bereiches zwischen der Hüllkurve 17 und der Hüllkurve 18 liegen. Im ausgewählten Beispiel beträgt das tatsächliche Übermaß an irgendeinem Punkt der Kontur 0,35 mm.
Die Zustellung der Schleifscheibe muss so erfolgen, dass in keinem Fall die Schleifscheibe mit höchster Geschwindigkeit, wie sie für das Heranfahren der Scheibe an das Werkstück verwendet wird, in die Werkstückoberfläche eintaucht.
Nach dem Stand der Technik, wie er in der linken Hälfte der Tabelle 1 gezeigt ist, wird die Schleifscheibe deshalb bis an die Hüllkurve 18 für das größtmögliche Übermaß herangefahren. Daran anschließend werden je Umdrehung des Werkstückes bestimmte Zustellwege gefahren, bis im letzten Schritt, hier die 7. Umdrehung, das Freifunken mit Zustellung 0 mm erfolgt und das Werkstück auf die Fertigteilkontur 16 geschliffen wurde.
Nach dem Stand der Technik bedeutet das 7 Zustellungen mit einem Gesamtzustellweg von 0,5 mm. Die gesamte Prozesszeit beträgt dann beispielsweise ca. 7 Sekunden.
Wie der Tabelle zu entnehmen ist, wurde die Zustellung jedoch für einen Weg von 0,15 mm mit für das Schleifen angepasster Geschwindigkeit durchgeführt, obwohl gar kein Abschleifen von Werkstoff erfolgt ist. Dieser Vorgang wird in der Technik auch mit Luftschleifen bezeichnet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es in der rechten Hälfte der Tabelle 1 dargestellt ist, wird dieses Luftschleifen vollständig beseitigt. Die Zustellung erfolgt direkt an die Hüllkurve des gemessenen Übermaßes, hier +0,35 mm. In 5 weiteren Umdrehungen des Werkstückes ist die Schleifoperation beendet. Die Einsparung an Prozesszeit beträgt im genannten Beispiel etwa 2 Sekunden je Nocken.
Wie in der Tabelle 1 weiterhin dargestellt ist, sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zustellungen für die ersten 2 Umdrehungen größer als beim Stand der Technik. Hier ist eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens gezeigt, bei dem die Zustellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Dicke des Übermaßes angepasst wird. Für Übermaße, die relativ groß sind, wird in der Regel mit hoher Zustellgeschwindigkeit geschliffen (Schruppschleifen). Erst bei geringen Übermaßen erfolgt eine Absenkung der Zustellgeschwindigkeit (Schlicht-, Feinschlichtschleifen oder Ausfunken). Die hohe Zustellgeschwindigkeit beim Schruppschleifen muss so bemessen sein, dass nicht zu viel Leistung in das Werkstück eingebracht wird und entsprechend keine Überhitzung des Werkstückes erfolgt. So ist im Beispiel als Maximalwert, beim Übermaß von 0,500 mm, eine Zustellung von 0,400 mm je 4 Umdrehungen bis zu einem Aufmaß von 0,100 mm und eine entsprechende Leistungseinbringung vorgesehen. Beträgt das Übermaß jedoch nur 0,350 mm, kann diese Zustellung bis zum Aufmaß von 0,100 mm sogar noch erhöht werden, wobei die gesamte Zustellung den Wert der ursprünglichen Leistungseinbringung nicht überschreiten darf. Als Maß hierfür kann das Zeitspanvolumen herangezogen werden.
Tabelle 1
Über die beschriebenen Vorteile hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren noch weitere wichtige Vorteile. So ermöglicht die Messung vor dem Schleifen eine Aussortierung von Wellen, bei denen die Rohteilkontur der Funktionsbauteile bereits zu klein ist, d.h. nicht mehr im Toleranzband liegt. In diesem Fall kann die Welle auch durch eine Weiterbearbeitung nicht mehr zu einem Gutteil werden, sodass ein Schleifen nicht mehr notwendig ist. Dadurch werden Ausschussteile nicht mehr weiterverarbeitet und die dafür nötigen Bearbeitungszeiten und -kosten eingespart.
Der noch größere Vorteil ist zudem auch darin zu sehen, dass Werkstücke mit einem Übermaß, das über die größtzulässige Hüllkurve 18 hinausgeht, ohne Folgeschaden bearbeitet werden können. Dadurch wird es möglich, die Toleranzanforderungen teilweise oder für die Zeit bestimmter Produktionsprobleme abzusenken. Weiterhin kann die Qualität der Rohteile mit statistischer Breite bestimmt werden, sodass eine Früherkennung von sich anbahnenden Problemen bei vorgelagerten Fertigungsprozessen möglich wird.
Es ist offensichtlich, dass das hier beschriebene Verfahren und die hier beschriebene Vorrichtung auch für andere Bauteile als gebaute Nockenwellen angewendet werden kann. Die Anwendung kann beispielsweise auch für gegossene oder geschmiedete Nockenwellen, Kurbelwellen, Steuerwellen sowie das Schleifen von Lagerstellen von Getriebewellen erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Nockenwelle
2 Funktionsbauteil, Nocken
3 Schleifmaschine Steuerung
5 Prozessrechner
6 Rechenwerk
7 Datenspeicher
8 Datenspeicher Signalleitung
10 interne Datenleitung
11 Datenleitung
12a Steuersignalleitung
12b Steuersignalleitung
13 Sensorik, Messtaster
14 Zuführung Nockenwelle in Schleifmaschine, Übergabehandling
15 Recheneinheit
16 Fertigteilkontur
17 Hüllkurve, untere Toleranzgrenze der Rohteilkontur
18 Hüllkurve, obere Toleranzgrenze der Rohteilkontur

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Herstellen einer Fertigkontur eines eine Rohteilkontur aufweisenden Werkstückes durch Schleifen in mehreren Arbeitsgängen, vorzugsweise an Nocken (2) einer Nockenwelle (1 ), umfassend eine Schleifmaschine (3), die ein Schleifmittel zum Abschleifen eines der Differenz zwischen Rohteilkontur und Fertigkontur entsprechenden Übermaßes aufweist, und eine Steuereinrichtung (4) zum Ansteuern der Schleifmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (13) zum Messen der tatsächlichen Rohteilkontur des Werkstückes vorgesehen ist, welche mittels mindestens einer Datenübertragungseinrichtung (9,10,11,12a, 12b) mit der Steuereinrichtung (4) direkt oder indirekt gekoppelt ist, sodass die von der Messeinrichtung (13) ermittelten Messwerte der Steuereinrichtung (4) zuführbar und aus diesen Messwerten von der Steuereinrichtung (4) mindestens Vorgabewerte für die Steuerung der Zustellung des Schleifmittels bestimmbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (13) separat von der Schleifmaschine (3) angeordnet und zwischen der Messeinrichtung (13) und der Schleifmaschine (3) eine Transporteinrichtung für den Werkstücktransport vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Messeinrichtung (13) und die Steuereinrichtung (4) ein Prozessrechner (5) geschaltet ist, dem die Messwerte der Messeinrichtung (13) über eine erste Datenübertragungseinrichtung (9) zuführbar sind, sodass durch den Prozessrechner (5) in Abhängigkeit von den Messwerten ein für die vorliegende Schleifaufgabe geeignetes Schleifprogramm auswählbar ist, welches über eine zweite Datenübertragungseinrichtung (11 ) an die Steuereinrichtung (4) übertragbar ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die durch die Messeinrichtung (13) ermittelten Messwerte und/oder das ausgewählte Schleifprogramm direkt oder indirekt dem einzelnen Werkstück zugeordnet werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel dem Werkstück eine die Messwerte beinhaltende Codierung zuordnen und dass weitere Mittel vorgesehen sind, die die Codierung beim Einlegen des Werkstücks in die Schleifmaschine (3) lesen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen Werkstücke nach dem Messen der Rohteilkontur in der Messeinrichtung (13) dann nicht einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden, wenn die gemessene Rohteilkontur die Fertigkontur über ein zulässiges Toleranzfeld hinaus unterschreitet.
7. Vorrichtung zum Schleifen einer Fertigkontur von Nocken (2) einer Nockenwelle (1) mit einer Schleifmaschine (3) und einer diese steuernden Steuereinrichtung (4), wobei durch die Steuereinrichtung (4) Schleifprogramme vorgebbar sind, welche Vorgabewerte hinsichtlich der Schleifparameter Drehzahl des Schleifmittels und /oder des Werkstücks, Vorschub, Zustellung und Axialposition des Werkstückes beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens folgende Komponenten vorgesehen sind:
• eine Messeinrichtung (13) zum Messen der zu schleifenden Rohteilkontur des Werkstückes; • ein Prozessrechner (5) zur Bestimmung und/oder Auswahl eines oder mehrerer Schleifprogramme; • eine erste Datenübertragungseinrichtung (9) zwischen der Messeinrichtung (13) und dem Prozessrechner (5) sowie eine zweite Datenübertragungseinrichtung (11 ) zwischen dem Prozessrechner (5) und der Steuereinrichtung (4), wobei die von der Messeinrichtung (13) gemessenen Messwerte der Rohteilkontur über die erste Datenübertragungseinrichtung (9) dem Prozessrechner (5) zuführbar sind, in Abhängigkeit von diesen Messwerten im Prozessrechner (5) mindestens ein Schleifprogramm bestimmt und/oder ausgewählt wird und über die zweite Datenübertragungseinrichtung (11 ) der Steuereinrichtung (4) zuführbar ist und die Schleifmaschine (3) von der Steuereinrichtung (4) entsprechend dem bestimmten und/oder ausgewählten Schleifprogramm steuerbar ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Fertigkontur eines eine Rohteilkontur aufweisenden Werkstückes durch Schleifen in mehreren Arbeitsgängen, vorzugsweise an Nocken (2) einer Nockenwelle (1 ), bei welchem die Rohteilkontur des Werkstückes in jedem Arbeitsgang um ein vorgebbares Maß abgeschliffen wird, sodass nach dem letzten Arbeitsgang die Fertigkontur des Werkstückes vorliegt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) vor Beginn des Schleifprozesses wird die Rohteilkontur des Werkstückes gemessen; b) die ermittelten Messwerte werden direkt oder indirekt an eine Steuereinheit (4) übermittelt; c) in Abhängigkeit von diesen Messwerten wird entweder ein auf die tatsächliche Rohteilkontur angepasstes Schleifprogramm errechnet, bei dem die Steuerung der Zustellung des Schleifmittels der Schleifmaschine (3) unter Berücksichtigung der tatsächlichen Rohteilkontur erfolgt, oder ein vorgegebenes und abgespeichertes Schleifprogramm ausgewählt, bei dem die Steuerung der Zustellung des Schleifmittels der Schleifmaschine (3) an die tatsächliche Rohteilkontur im Vergleich zu den übrigen auswählbaren Schleifprogrammen am besten angepasst ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem nicht veränderbaren Schleifprogramm mit mehreren Schleifarbeitsgängen, abhängig von den ermittelten Messwerten der Rohteilkontur, ein erster Schleif- arbeitsgang übersprungen wird.
0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem ersten Schleifarbeitsgang weitere, sich an den ersten anschließende Schleifarbeitsgänge übersprungen werden.
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