DE1052263B

DE1052263B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung sehr kleiner Zustellwege des Werkzeugs

Info

Publication number: DE1052263B
Application number: DEF24437A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rolf Voeller
Original assignee: Fortuna Werke Spezialmaschinenfabrik AG
Current assignee: Fortuna Werke Spezialmaschinenfabrik AG
Priority date: 1957-11-20
Filing date: 1957-11-20
Publication date: 1959-03-05
Also published as: FR1228828A; GB852147A; US2900767A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung feinster Zustellbewegungen von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, vorzugsweise von Scheiben an Schleifmaschinen.

Bei den heutigen Anforderungen an die Genauigkeit der Bearbeitung der Werkstücke und bei den so geringen Maßtoleranzen ist es mit den bisher üblichen Mitteln des Werkzeugmaschinenbaues kaum noch möglich, den geforderten Arbeitsbedingungen nachzukommen. Es werden dabei oft Spanabnahmen gefordert, die im Höchstfall Zehntel, oft aber nur Tausendstel eines Millimeters betragen.

Der Vorschub der Schleifscheibe je Werkstückumdrehung darf daher manchmal nur Bruchteile von μ betragen. Eine wesentliche Forderung im modernen Schleifmaschinenbau zur Erzielung einwandfreier Schleifarbeit ist außerdem eine weitgehende Unempfindlichkeit der Konstruktion gegen Maschinenschwingungen, die das Schliffbild in unangenehmer Weise beeinflussen. Werkzeug und Werkstück müssen gegeneinander so starr wie möglich auf dem Maschinenbett gelagert sein. Diese Forderungen werden von den bisher vorhandenen Konstruktionen nicht ausreichend erfüllt.

Mechanische Zustellgetriebe auf der Grundlage von Klinkensteuerungen, Zahnrad- oder Schneckentrieben, ja selbst bei Verwendung von feingängigen Schraubspindeln, arbeiten zu ungenau bzw. zu ungleichmäßig; hydraulische Getriebe mit Drosselung des Druckmittels sind bezüglich der Genauigkeit auch bei Anwendung von aus Stufenkolben bestehenden Untersetzungsgetrieben in hohem Maße von der temperaturabhängigen Viskosität des Druckmittels abhängig.

Es wurde auch vorgeschlagen, eine geringe Zustellgröße ohne Verstellen eines Supportes lediglich durch Erhöhung der Umlaufzahl der Schleifspindel zu erzielen, wobei die infolge von Unwucht bei steigender Drehzahl sich vergrößernden Schwingungsamplituden der Schleifspindelwelle als Beistellwert ausgenützt werden sollten. Ein solches Verfahren ist aber bei Überschreiten der zulässigen Schleifgeschwindigkeiten äußerst gefährlich und bringt wegen der absichtlich herbeigeführten Schwingungen Unruhe in die Maschine und läßt kein sauberes Schliffbild zu; außerdem sind die auf modernen Schleifmaschinen verwendeten Schleifscheiben so weitgehend ausgewuchtet, daß der Erfolg nicht eintritt.

Kleinste Vorschubbewegungen werden auch als Differenz zweier entgegengesetzt gerichteter Bewegungen erzeugt, wobei die eigentliche Hauptvorschubbewegung eines ersten Schlittens um ein nur geringes Maß größer ist als die rückläufige Gegenbewegung des zugehörigen zweiten Schlittens. Die für Verfahren und Vorrichtung

zur Erzeugung sehr kleiner Zustellwege

des Werkzeugs

Anmelder:
Fortuna -Werke Spezialmaschinenf abrik

Aktienges ells chaf t,
Stuttgart-Bad Cannstatt, Pragstr. 138-146

Dipl.-Ing. Rolf Völler, Dagersheim (Kr. Böblingen),
ist als Erfinder genannt worden

die doppelte Bewegung erforderlichen Antriebsteile begünstigen aber das Auftreten von Schwingungen in der Maschine, die die Genauigkeit und Sauberkeit der Schleifarbeit beeinträchtigen.

Bekanntlich tritt nach Stillsetzen der Vorschubbewegung des Schleifsupports vor dessen Zurückfahren im Eilgang infolge allmählichen Ausgleichs des Schleifdrucks immer noch eine geringe Relativbewegung zwischen Werkstück und Schleifscheibe auf, die als sehr geringe Zustellung während des Ausfeuerns angesehen werden kann. Es wurde daher vorgeschlagen, den Druck zwischen Werkzeug und Schleifscheibe zur Steuerung der Ausfeuerzeit zu messen. Es sollte dann bei Erreichen eines bestimmten Enddruckes die Maschine von Hand oder automatisch abgeschaltet werden. Der Schleif druck ist jedoch eine Funktion der Schleifscheibe in bezug auf Schärfe, Drehzahl usw., so daß ein Erfolg nicht ständig mit Sicherheit erwartet werden kann. Außerdem behandelt dieses Verfahren kein echtes Zustellproblem.

Es ist ferner bekannt eine Feinzustellung mit Zugstabvorschub, deren Zustellungscharakteristik aber für den Arbeitsablauf auf Schleifmaschinen nicht geeignet ist, da bei ihr die Zustellgröße ansteigt statt abzuklingen. Eine Feinzustellung mit abklingender Zustellcharakteristik kann durch Schwenken des Schleifscheibenträgers um eine zur Schleifspindel parallele Achse erreicht werden. Eine Abwandlung des Zugstabvorschubs, jedoch mit der gewünschten abklingenden Zustellcharakteristik, verwendet eine Bauart, bei der ein flacher Bogen durch, eine Querkraft so durchgedrückt wird, daß durch. eine Kniehebelbewegung im Bereich der Feinzustellung sehr kleine Zustellbeträge bei sehr großen Zustellkräften erzeugt werden können. Eine gleichmäßige Zustellsog 768/68

charakteristik ist auf diese Weise kaum zu erzielen. Zum Durchdrücken des in Längsrichtung federnden Bogens zur Erzeugung der verlangten Zustellkräfte sind entsprechende Querkräfte erforderlich. Bei großem Querschnitt des Bogens zur Erzielung großer Knicksteifigkeit mit Rücksicht auf das Unterdrücken von etwa vorhandenen Maschinenschwingungen sind diese Querkräfte sehr groß; sie müssen irgendwie vom zugehörigen Maschinenteil wie Gehäuse usw. aufgenommen und natürlich auch irgendwie erzeugt werden.

Bei kleinen Querkräften muß jedoch der Bogenquerschnitt so schwach gearbeitet werden, daß keine genügende Stabilität gegen Schwingungen mehr vorhanden ist.

Schließlich wird noch eine sogenannte Kurvenzustellung erwähnt, die bezüglich ihrer Feinfühligkeit alle Forderungen erfüllt und auch genügend große Zustellkräfte erzeugt. Infolge der meist langen Übertragungswege und zahlreichen Übertragungsglieder ist auch diese Zustellart nicht genügend starr, um das Weiterleiten von Schwingungen zu verhindern.

Bei Anwendung von Gleitführungen lassen sich mit vorgenannten Anordnungen .Zustellgenauigkeiten von 5 bis 10 μ, auf den Durchmesser bezogen, erreichen. Diese Genauigkeit genügt aber in vielen Fällen heute nicht mehr. Bei Anwendung von Rollführungen lassen sich Genauigkeiten von 1 bis 3 μ erzielen. Infolge der geringen Reibungswerte in -den Führungsbahnen sind diese Maschinen wesentlich empfindlicher gegen Schwingungen in der Maschine als solche mit Gleitbahnen. Das Übertragungssystem der Feinzustellung der \'orgenannten Bauarten ist in sich nicht genügend starr ausgebildet, um die vorkommenden Maschinenschwingungen zu dämpfen. Infolge dieser Schwingungsempfmdlichkeit bilden sich gerade bei feinsten Zustellbeträgen zur Erzeugung feinster Oberflächen die Schwingungen der in einer Rollführung kaum gedämpften Bewegungen auf der Werkstückoberfläche in Form von Mustern ab. Versucht man mit an sich bekannten Mitteln diese Schwingungen zu dämpfen und die Rollführung weniger empfindlich zu machen, so läßt mit wachsender Dämpfung die Arbeitsgenauigkeit der Maschine nach, so daß der Vorteil der Rollführung gegenüber der Gleitführung wieder verlorengeht. Die gestellten Genauigkeitsforderungen können nicht mehr erfüllt werden.

Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Werkzeugträger und dem diesen tragenden Unterschlitten, die mittels Rollführung aufeinander geführt sind, eine schwingungsdämpfende, in sich längsstarre, aber trotzdem längenveränderliche Verbindung angeordnet ist, die alle aufzubringenden Verstellkräfte in ihrer Längsachse überträgt und deren Längenveränderung durch Temperaturänderung eben dieses Verbindungsgliedes bewirkt wird. Eine solche thermische Zustellung benutzt die mit steigender Temperatur zunehmende Schwingungsamplitude der Moleküle und entzieht ihr Kraft und Betrag für die Zustellung. Die Dehnung bleibt dabei nach den physikalischen Grundgesetzen im verwendeten Bereich an sich linear zur Temperaturänderung. Sie kann jedoch durch zusätzlich angewendete Hilfsmittel bezüglich der in der Zeiteinheit zugeführten Wärmemenge jede für einen Arbeitsablauf gewünschte Charakteristik der Zustellung annehmen.

Das Verfahren der thermischen Zustellung besteht darin, daß nach Beendigung des üblichen Eilvorganges bzw. Grobzustellens ein zwischen dem Werkzeugträger und seinem Unterschiitteti eingespanntes Verbindungsglied, z. B. ein Dehnstab, erwärmt wird, wobei er sich ausdehnt und die Zustellung dadurch bewirkt, daß der Werkzeugträger gegenüber dem festen Unterschlitten um das Maß der langsam erfolgenden Ausdehnung des Dehnstabes gegen das Werkstück zu verschoben wird. Wenn die gewünschte Gesamtgröße der Zustellung erreicht ist und das Werkstück sein Sollmaß hat, wird die Wärmezufuhr abgestellt und _cj_er Dehnstab abgekühlt, wobei dann gleichzeitig der Eilrückgang des Schleifsupports in üblicher Weise eingeschaltet wird. Durch Regelung der zugeführten Wärmemenge je Zeiteinheit kann jede gewünschte Zustellgröße und Zustellcharakteristik eingestellt werden. Als Wärme- bzw. Kälteträger ist an sich jedes Fluid geeignet; es hat aber bezüglich der gewünschten Zustellcharakteristik sowie der zum Anwärmen bzw. Abkühlen benötigten Zeit gewisse Vorteile, zum Anwärmen elektrischen Strom, zum Abkühlen das an Schleifmaschinen sowieso schon vorhandene Kühlmittel (Wasser, Emulsion od. dgl.) zu verwenden.

Demnach besteht die Zustellvorrichtung z. B. aus einem Dehnstab, der in seinem Inneren einen keramischen Heizkörper oder einen Keramikträger mit einer elektrischen Heizwicklung besitzt. Der Heizraum ist völlig abgeschlossen, und nur die beiden An-Schluß drähte verlassen den Dehnstab. Der Dehnstab wiederum ist von einem Kühlmantel umgeben, der an die Kühlmittelleitung der Schleifmaschine angeschlossen ist. Der Zufluß des Kühlmittels wird durch an sich bekannte Ventile, z. B. durch Magnetventile, gesteuert. Der Dehnstab ist mit dem Oberschlitten der Rollführung und dem Unterschlitten spielfrei verbunden; wenn zur Befestigung des Dehnstabes am Oberund Unterschlitten jeweils stabile Gabellager mit einer ständig mit dem Kühlwasser gekoppelten Kühlzone verwendet werden, braucht man die Höhe der Führung und der Stützlager vorn und hinten nur grob aufeinander abzustimmen.

Bei den üblichen Feiuzustellungen von 2,5 μ/sec reicht eine Heizleistung von 0,75 kW aus; für extreme fast bis an Grobzustellung heranreichende Zu-Stellbeträge von 10 μ/sec wären etwa 2 bis 3 kW er-

^ forderlich. Die Zustellgeschwindigkeit wird dabei elektrisch für die jeweils eingestellte Heizleistung geregelt, wobei ein eingebauter Wattmesser eine geeichte Einteilung in μ/sec für die Größe der Zustellung erhalten kann. Die gesamte Zustellung ergibt

^₀ sich aus der Dauer der Heizzeit, für die wiederum ein Zeitrelais vorgesehen werden kann. Wenn in an sich bekannter Weise mittels Kurven und Widerständen die Heizleistung gesteuert wird, kann man jede beliebige Zustellcharakteristik und/oder funktio-

^ nellen Zusammenhang zwischen Zustellung und Schleifzeit beeinflussen und regeln.

Das Ende eines Schleifarbeitsganges kann wie bisher durch Abtasten des Werkstückes mittels bei Erreichen des Fertigmaßes selbsttätig abschaltendem Meßgerät oder durch Schleifen gegen Anschlag gesteuert werden. Es kann aber auch durch Ablauf einer vorgegebenen Heizzeit mit oder ohne Verzögerung die Heizung abgeschaltet, die Kühlung eingeschaltet werden und im übrigen die automatische Steuerung der Maschine mit allen vorgesehenen Bewegungen gesteuert werden.

Bei normalen Feinzustellungen beträgt die erforderliche Temperaturerhöhung des Dehnstabes nur etwa 7 bis 14° C; an Wärme muß bei der Kühlung etwa 3 bis 8 kcal wieder abgeführt werden. Die Zu-

Claims

Stellung selbst erfolgt mit einer großen Kraftreserve, so daß die thermische Zustellung auch mit fast ungeminderter Genauigkeit bei Gleitführungen eingesetzt werden kann. Bei einem Dehnstab von etwa 50 mm Φ würde je verhindertem μ Zustellung eine Verstellkraft von rund 140 kg entstehen. Dieser Betrag liegt über den Werten der Vorspannungen im Zustellmechanismus mittlerer Schleifmaschinen. Versuche haben ergeben, daß die Schwingungsstabilität einer Rollführung mit thermischer Zustellung doppelt so groß ist wie bei einer Gleitführung mit normaler Zustellung, also günstiger ist, was als besonderer Vorteil der thermischen Zustellung angesehen werden muß. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Ein Oberschlitten 1 einer Schleifmaschine ist mittels Rollführung 2 auf dem Unterschlitten 3 leicht verschiebbar gelagert. Am Oberschlitten 1 ist eine Konsole 4 mit Bolzen 5, am Unterschlitten 3 eine entsprechende Konsole 6 mit Bolzen 7 befestigt. Ein hohler Dehnstab 8 trägt am einen Ende ein Gabellager 9, am anderen Ende ein Gabellager 10. Die Gabellager sind mit dem Dehnstab mittels Gewinde 11 oder auf andere an sich bekannte Weise und mittels der Bolzen 5, 7 spielfrei über die Konsolen 4, 6 mit dem Oberschlitten bzw. dem Unterschlitten verbunden. Der Hohlraum 12 des Dehnstabes 8 ist an seinen Enden mittels dichtschließender Stopfen 15 verschlossen. Im hohlen Innern des Dehnstabes 8 ist ein keramischer Heizstab 13 mittels Isolierringen 14 gelagert. Die Stromzufuhr zu dem Heizstab erfolgt mittels Leitungen 16, 17, die durch die Gabellager und die Stopfen hindurchgeführt und mittels Kappen 18 am Heizstab 13 angeschlossen sind. Der Dehnstab ist von einem Kühlmantel 19 umgeben ; das Kühlmittel wird durch Leitung 20 dem Kühlmantelhohlraum 29 zugeführt und durch Leitung 22 wieder abgeführt. Mittels Hydraulik- oder Magnetventils 24 wird der Zeitpunkt für das Durchströmen des Kühlmittels durch die Vorrichtung geregelt, wie auch mittels (nicht dargestellter) an sich bekannter, hydraulisch oder elektrisch im Anschluß an die automatische Steuerung der Maschine betätigter einstellbarer Schalter Beginn, Ende, Menge und gegebenenfalls Mengenänderungen des elektrischen Stromes für die Heizvorrichtung geregelt werden. Durch Leitungen 25, 27 sind in den Sockeln 21, 23 der Konsolen 4, 6 angeordnete Kuhlkanäle 26, 28 ständig an den Kühlwasserkreislauf der Maschine angeschlossen. Das Kühlen der Konsolensockel verhindert eine unerwünschte Ableitung von Wärme in den Ober- bzw. Unterschlitten. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung sehr kleiner Zustellwege des Werkzeugs, vorzugsweise der Scheibe

von Schleifmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Werkzeugträger (1) und dessen Führungsbahn (3) spielfrei eingeschaltetes Zustellorgan. (8) erwärmt und nach beendeter Zustellung wieder abgekühlt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustellorgan (8) aus einem mit einer Heiz-(13 bis 18) und einer Kühleinrichtung (19, 20, 22, 24,29) versehenen Dehnstab (8) besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab (8) mittels Gabellagern (4, 5, 6, 7,10, 21, 23) spielfrei am Werkzeugträger (1) bzw. an dessen Führungsbahn (3) befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsolen (21, 23) der Gabellager und/oder die Befestigungszonen der Konsolen (21, 23) am Werkzeugträger (1) bzw. an dessen Führungsbahn (3) von einem Teil des Kühlmittelstroms durchflossen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab (8) hohl und in seinem Innern die Heizeinrichtung (13 bis 18) untergebracht ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (13 bis 18) aus einem keramischen Heizkörper (13) oder einem keramischen Träger für eine elektrische Heizleitung (16,17) besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die automatische Steuerung der Maschine einstellbare Schalter vorgesehen sind, mittels derer die Zufuhr des Heizstroms, beispielsweise hinsichtlich Dauer und Stärke, d. h. die gewünschte Vorschubcharakteristik, einstellbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab von einem dicht abschließenden Kühlmantel (19) umgeben und der Zwischenraum (29) zwischen dem Dehnstab (8) und dem Kühlmantel (19) an den Kühlmittelkreislauf (20, 22) der Maschine angeschlossen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlmittelleitungen (20,22) zum bzw. vom Kühlmantel (19) an sich bekannte einstellbare sowie an· die automatische Steuerung· der Maschine angeschlossene Regelventile (24) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 853 568, 577 846,
181;

deutsche Patentanmeldung W11308Ib/67a (bekanntgemacht am 16. Juni 1955);
britische Patentschrift Nr. 730 172.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen