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BesctLreibtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen
Regelung der Backe eines Setzstockes einer Aussenrundschleifmaschine.
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Beim Aussenrundschleifen eines Werkstückes, welches ein- oder beidseitig
drehbar gelagert oder geführt und um seine Längsachse gedreht wird, übt die Schleifscheibe
eine nicht unbeträchtliche Kraft senkrecht auf dessen Längsachse aus. Da die hiedurch
hervorgerufene Deformation des Werkstückes zu unerwünschten Nebeneffekten, wie Durchmesserfehier;
Abweichungen von der Zylinderform usw., führen kann, sind verschiedenste Lösungen
vorgeschlagen worden, um diese Deformationen möglichst zu vermeiden.
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Die einfachste bekannte Lösung dieses Problems besteht darin, dass
ein starrer Setzstock vorgesehen wird, der vor Beginn des Sch#eifvorgangs mit dem
Werkstück auf seiner, der Schleifscheibe gegenüberliegenden
Seite
in Berührung gebracht wird. Dieser starre Setzstock kann auch mit einer gewissen
Vorspannung des werkstückes entgegen der Krafteinwirkung der Schleifscheibe aufgesetzt
sein. Falls ein solcher starrer Setzstock direkt der Schleifscheibe gegenüberliegend
angebracht ist, liegt er an einer Fläche des Werkstückes, die bearbeitet wird und
deren Durchmesser in Verlaufe des'Schleifvorgangs abnimmt. Dadurch wird der Auflagedruck
des Setzstockes verändert und es resultiert eine unerwünschte Verformung des Werkstückes.
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Wird aber dieser starre Setzstock nicht an einer zu schleifenden Stelle
aufgesetzt, d.h. an einer der Schleifscheibe gegenüberliegenden, zu dieser in Längsrichtung
des Werkstücks etwas verschobenen Stelle, so kann die Krafteinwirkung der Schleifscheibe
nicht direkt aufgefangen werden und das Werkstück wird'sich unter dem Einfluss dieses
Knickmomentes gleichulohl deformieren.
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Eine verbesserte Lösung besteht darin, dass ein Setzstock verwendet
wird, der nicht mehr starr ausgebildet ist, sondern mit einer bekannten Kraft auf
das Werkstück einwirkt. Insbesondere wurde schon vorgeschlagen, den Setzstock durch
einen hydraulisch betätigen Stössel mit konstanter Kraft anzusetzen. Auch federbelastete
Stössel wurden schon vorgeschlagen.
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Ein dergestalt nachgebender Setzstock vermag somit der Durchmesserabnahme
des Werkstückes während des Schleifens zu folgen und der Schleifscheibe mit ungefähr
konstanter Kraft entgegenzuwirken.
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Der Nachteil eines solchen Setzstockes liegt aber darin, dass die
von der Schleifscheibe auf das Werkstück wirkende Kraft nicht konstant ist. Vielmehr
kann sie in einem sehr weiten Bereiche, die zwei
Grössenordnungen
umfassen kann, variieren. Moderne Schlei fmaschinen können so gesteuert werden,
dass während des Schleifvorganges das Zeitspanungsvolumen stark verändert werden
kann. Daraus ergeben sich Verhältnisse, welche selbst mit diesem verbesserten Setzstock
nicht zu befriedigenden Resultaten führen.
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Deshalb wurde als weitere Verbesserung vorgeschlagen, die bei vielen
Aussenrundschleifmaschinen zur Steuerung des Schi ei fvorganges vorhandene Einrichtung,
welche den Istdurchmesser des Werkstückes an der Bearbeitungsstelle ständig misst,
dazu zu verwenden, die Lage des Setzstockes#zu steuern. Dies wurde dadurch erreicht,
dass im Setzstock ein Positionsmessgeber eingebaut wurde, der ein Signal liefert,
das für den Abstand zwischen der undeformierten Werkstücklängsachse (der Drehachse)
und der Backe des Setzstockes repräsentativ ist. Dieses Signal wird in einem Vergleichsorgan
mit dem halben Istdurchmessersignal des Messkopfes der Schleifscheibensteuerung
verglichen. Das Vergleichsresultat wird dazu verwendet, die radiale Lage des Setzstockes
dem jeweiligen Werkstückistdurchmesser ständig anzupassen. Solche Setzstocknachlaufsteuerungen
haben sich gut bewährt.
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Um jedoch eine genügend genaue Setzstocksteuerung zu erhalten, ist
es mit diesem System unumgänglich, einen sehr genauen, aufwendigen Positionsmessgeber
in den Setzstock einzubauen. Insbesondere bei Schleifmaschinen auf denen kleine
oder komplizierte Werkstücke bearbeitet werden sollen, verfügt man oft nicht über
den nötigen Bauraum, um
einen genauen Positionsmessgeber einbauen
zu können. Dies kann dazu führen, dass der Positionsmessgeber in einem Teil des
Setzstock eingebaut wird, der von der Setzstockbacke ziemlich entfernt ist.
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Durch die durch die Anpresskraft der Setzstockbacke bewirkte unvermeidliche
elastische Deformation des Setzstocks entsteht ein neuer Fehler, der nicht kompensiert
werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Setzstockregelung einer Aussenrundschleifmaschine anzugeben, die
einerseits eine optimale Kompensation eventuell auftretender Werkstückverformungen
erlaubt und andererseits keinen in den Setzstock oder dessen Backen einzubauenden
Positionsmessgeber benötigt.
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Diese Aufgabe wird bei einer, mit einem Messkopf zur Abtastung des
Istmasses des bearbeiteten Werkstückdurchmessers versehenen Aussenrundschleifmaschine
dadurch gelöst, dass vermittels eines zweiten, mit der Werkstückeinspannvorrichtung
der Maschine möglichst starr verbundenen Messkopfs die Lage der undeformierten Achse
eines eingespannten Musterwerkstücks ermittelt wird, dass während des Schleifvorgangs
die Lage der Achse des bearbeiteten Werkstücks mit der vorher bestimmten Lage der
undeformierten Achse des Musterwerkstücks verglichen wird und dass die Setzstockbacken
in Abhängigkeit des Resultats dieses Vergleichs nachgestellt werden.
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Insbesondere kann mit dem zweiten Messkopf die Etage der bearbeiteten
Werkstückoberfläche an einer der Schleifscheibe gegenüberliegenden Stelle abgetastet
werden und das Ausgangssignal dieses zweiten Messkopfes mit dem vom ersten Messkopf
gelieferten Signal verglichen werden und das Ergebnis dieses Vergleichs Antriebsmittel
steuern, die die Setzstockbacken nachstellen.
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Die erfindungsgemässe Anordnung zur Lösung der gestellten Aufgabe
ist gekennzeichnet durch einen zweiten mit der Werkstückeinspannvorrichtung der
Maschine möglichst starr verbundenen Messkopfß der die Lage der bearbeiteten Werkstückoberfläche
an einer der Schleifscheibe gegenüberliegenden Stelle bezüglich der von der Maschine
festgelegten Werkstückdrehachse abtastet, durch Vergleichsm½t£el,#die.das vom ersten
Messkopf gelieferte Istdurchmessersignal mit dem vom zweiten Messkopf gelieferten
Lagesignal vergleichen und durch Antriebsmittel, die die Setzstockbacken in Abhängigkeit
des von den Vergleichsmitteln abgegebenen Vergleichssignals nachstellen.
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Vorzugsweise sind gemäss der Erfindung die Vergleichsmittel als Differentialverstärker
ausgebildet, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Messkopfes verbunden
ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des zweiten Messkopfs verbunden ist
und dessen Ausgang mit den Antriebsmitteln verbunden ist; Die meist zur Messung
des Istdurchmessers verwendeten Messköpfe besitzen eine Einrichtung zum Verstellen
des Nullpunktes. Beim Einrichten
der Maschine wird dazu ein Musterwerkstück
eingespannt, dessen Durchmesser genau bekannt ist. Die Messarme des Messkopfes werden
dann an das Werkstück angelegt und der Nullpunkt so verstellt, dass das Ausgangssignal
des Messkopfes entweder dem absolut richtigen Durchmessermass direkt entspricht,
oder es der relativen Durchmesserabweichung vom Solldurchinesser entspricht Auch
Messköpfe mit einem einzigen Arm werden entsprechend eingerichtet, so dass ihr Ausgangssignal
entweder der Lage der Berührungsfläche bezüglich dem Mittelpunkt (also dem Radius
des unverformten Werkstücks) oder der Lage der Berührungsfläche bezüglich deren
Sollage entspricht.
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Erfindungsgemäss werden nun zwei Messköpfe verwendet, wobei der eine
mit zwei Messarmen ausgerüstet ist und den-Istdurchmesser des bearbeiteten Werkstückes
abtastet. Das von diesem Messkopf abgegebene Signal kann auch zur bekannten Steuerung
des Schleifvorgangs verwendet werden. Ueblicherweise ist dieser Messkopf so ausgestaltet,
dass er einen Durchmesser, der parallel zu einer Tangente an die Schleifscheibe
an ihrem Berührungspunkt mit dem Werkstück liegt, abtastet. Dadurch wird diese Messung
durch Verformungen, die durch den Druck der Schleifscheibe ausgelöst werden können,
nicht beeinflusst.
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Der zweite Messkopf weist vorzugsweise nur einen Messarm auf, der
an die Werkstückoberfläche, an einer, der Schleifscheibe gegenüberliegenden Stelle,
angelegt wird.
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Vorzugsweise werden beide Messköpfe gleich eingerichtet. Dann ergibt
ein Vergleich der beiden Ausgangssignale, nach eventueller Massstabsanpassung und
Verstärkung, nur dann ein Signal, das nicht einem
Nullwert entspricht,
wenn entweder das Werkstück nicht kreisrund ist (was im folgenden ausgeschlossen
wird) oder wenn die Lage der Werkstückachse-nicht mit der Lage der Achse des#Musterstücks
beim Einrichten Ubereinstimmt Dieser Vergleich erlaubt also, eine Verformung des
Werkstückes festzustellen und erfindungsgemäss wird anhand dieses Vergleichs die
Setzstockbacke nachgestellt.
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Die bekanntesten Messköpfe arbeiten nach dem Prinzip der relativen
Lagemessungder Messarme. Ihr Ausgangssignal ist somit repräsentativ für die Lage,
bezüglich eines, beim Einrichten festgelegten Nullpunkts, des oder der Berührungsfläche
der Messarme auf dem Werkstück. Der erwähnte Vergleich der Signale zweier Messköpfe
kann deshalb durch eine Substraktion des einen vom andern Signal geschehenß z.B.
1m Fall eines analogen Signals durch einen Differentiäfverstärker.
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Es gibt auch Messköpfe, die ein Ausgangssignal abgeben, bei jeder
Aenderung der Lage des oder der Berührungsfläche der Messarme auf dem Werkstück.
Solche inkrementalen Messköpfe liefern z.B. je einen Impuls für eine Lageverschiebung
um einen bestimmten Betrag. Um die Lage zu kennen, muss also das Ausgangssignal
integriert, resp. die Impulse gezählt werden.
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Setzstockantriebe werden heute oft mit elektrischen Schrittmotoren
ausgerüstet, aber auch andere Stellmotoren elektrischer oder hydraulischer Art finden
Verwendung.
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Die erfindungsgemässe Regelung stellt keine besonderen Ansprüche an
den zu verwendenden Stellmotor. Im einfachsten Fall wird der.
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Stellmotor direkt vom Vergleicher angesteuert, wobei die Drehrichtung
oder Verstellrichtung vom Vorzeichen des Vergleichsresultats abhängt.
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Anhand der beiliegenden Zeichnung, die schematisch eine Ausführungsform
der erfindungsgemässen Anordnung zeigt wird am Beispiel die Erfindung weiter erläutert.
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Schematisch sind einige Elemente einer Aussenrundschleifmaschine dargestellt.
Es bezeichnen l die Schleifscheibe, 2 die Einspannvorrichtung für das Werkstück
3, 4 den ersten Messkopf mit seinen Messarmen 5 und 6, -7 die Setzstockbacke des'Setzstocks
8 und der zugehörige Antrieb mit -Motor 9 und Spindel 10. Der zweite, auf dem Maschinentisch
aufgespannte Messkopf 11 besitzt einen Messarm 12. Sein Ausgangssignal wird über
Leitung 13 abgegriffen und durch einen Verstärker 14 verstärkt und umgeformt. Das
Signal des ersten Messkopfs wird über Leitung 15 einem Verstärker 16 zugeführt,
wo es verstärkt und umgeformt wird. Die Ausgangssignale aus den beiden Verstärkern
14 und 16 werden über die Verbindungsleitungen 17 und 18 einem Vergleichselement
19 zugeführt: Das vom ersten Messkopf herrührende, aufbereitete Istdurchmessersignal
wird auch der Schleifmaschinensteuerung 20 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vergleichselementes
wird über die Verbindung 21 einem weiteren Verstärker 22 zugeleitet, welcher ausgangsseitig
vermittels der
Verbindung 23 den Motor 9 ansteuert.
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Die Wirkungsweise der Anordnung der Zeichnung ist die folgende. Beim
.Einrichten der Maschine wird als Werkstück 3 ein Musterwerkstück mit Fertigmass
(Sollinass) in die Einspannvorrichtung 2 eingespannt. Am bearbeiteten Durchmesser
des Werkstücks werden die Messarme 5, 6 und 12 der Messköpfe 4 und 11 angelegt,
und die Nullpunktlage der Verstärker 14 und 16 so eingestellt, dass das Ausgangssignal
des Vergleichselementes 19 verschwindet. Beispielsweise werden die Ausgangssignale
der beiden Verstärker 14 und 16 durch eine Nullpunktsunterdrückung auf Null gestellt.
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Daraufhin-wird das Musterxerkstück aus der Einspannvorrichtung 2 entfernt.
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Wird nun ein zu bearbeitendes Werkstück eingespannt, dessen Durchmesser
grösser als derjenige des Musterwerkstücks ist, so werden die Messarme 5 und 6 stärker
auseinandergedrückt und das Ausgangssignal des Messkopfs 4 zeigt einen zu grossen
Durchmesser an. Auch der Messarm 12 wird eine Stellung einnehmen, die von der Lage
beim Einrichten verschieden ist und der Messkopf 11 wird deshalb auch ein von Null
verschiedenes Ausgangssignal am Ausgang des Verstärkers 14 erzeugen. Es sei hier
vermerkt, dass die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker 14 und 16 so gewählt
werden müssen, dass ihre Ausgangssignale verglichen werden können. Vorzugsweise
wird dabei die Aenderung des Ausgangssignals des Verstärkers 16 auf eine Aenderung
des Durchmessers des Werkstücks um einen bestimmten Betrag gleich sein der Aenderung
des Ausgangssignals des Verstärkers 14 auf eine Aenderung der Lage der Spitze des
Messarm 12 um die Hälfte dieses bestimmten Betrags.
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A A s
Wird nun die Schleifscheibe angesetzt, nachdem
die Schleifmaschine in Betrieb genommen wurde, so wird diese einen Schub auf das
Werkstück 3 ausüben, welcher dieses-zu verformen beginnt. Dadurch wird der Messarm
12 ausgelenkt und das Ausgangssignal des Messkopfes 11 wird sich ändern. Das Vergleichselement
19 erhält somit zwei Eingangssignale, die nicht mehr übereinstimmen und es gibt
ein von Null verschiedenes Ausgangssignal ab. Dieses bewirkt, dass der Motor 9 eingeschaltet
wird und zwar mit einer Drehrichtung die ein Heranfahren der Setzstockbacke 7 an
das Werkstück 3 bewirkt. Der Motor läuft so lange, bis die Backe 7 das Werkstück
3 berührt und mit einer derartigen Kraft belastet, dass dem Schub der Schleifscheibe
entgegengewirkt wird.
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Der Messarm 12 wird dadurch wieder gegen die Schleifscheibe zu bewegt,
indem die.Werkstückverformung durch die Kraftwirkung des Setzstockes kompensiert
wird und das Ausgangssignal des zweiten Messkopfes 12 nach Verstärkung durch 14
wird gegen den Wert des Signals am Ausgang des Verstärkers 16 vom ersten Messkopf
laufen. Sobald beide Signale übereinstimmen, wird der Motor gestoppt.
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Die Abnahme des Durchmessers des Werkstücks 3 während des Schleifens
führt nur dann zu einer Aenderung der Stellung des Setzstocks, wenn jene mit einer
Verformung der Werkstückachse verbunden ist. Nur dann weichen die beiden Messkopfsignale
an den beiden Eingängen des Vergleichselementen 19 voneinander ab und bewirken ein
Einschalten des Motors.
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Die Lage des Setzstocks ist also im Prinzip nicht bestimmt. Insbesondere
kann es vorkommen, dass beim Schleifen eines Werkstücks die Backe des
Setzstocks
nur vorübergehend mit dem Werkstück i'n Berührung steht, nämlich dann, wenn es unbedingt
nötig ist um eine Deformation zu beseitigen, zum Beispiel bei einem grossen Zeitspanungsvolumen.
In sich recht starre Werkstücke können wohl eines Setzstocks zur Verhütung von Deformationen
in den ersten Phasen des Schleifvorgangs bedürfen, zur Feinstbearbeitung aber genügend
steif sein um keiner messbaren Verformung zu unterliegen.
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Man ersieht daraus, dass es sich beim erfindungsgemässen Verfahren
um eine echte Regelung handelt, wobei die Regel grösse die Lage der Werkstückachse
ist.
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Selbstverständlich kann der Regelkreis kompjiiiertere Elemente als
im Beispiel gezeigt enthalten, insbesondere zur Verbesserung des dynamischen Regelverhaltens
und zur Minimisierung des Regel fehl ers.