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Verfahren zum Steuern der Abziehtiefe des Diamanten an Innenrundschleifmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Innenrundschleifmaschinen, auf denen die Werkstücke
in einer Rufspannung mit einem konstanten Zustellbetrag vorgeschliffen und anschließend
feingeschliffen werden, wobei die Schleifscheibe zwischen Vor- und Feinschleifen
mit einem Diamanten abgerichtet wird und die Feinschleifzustellung bis zum Sollmaß
ausschließlich durch radiale elastische Schleifspindelvorspannung erfolgt, und betrifft
ein Verfahren zum Steuern der Abziehtiefe des Diamanten bei einer derartigen Maschine
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Um das gewünschte Fertigmaß zu erzielen, kann bei einer Maschine dieser
Art so vorgegangen werden, daß der Diamant in einem bestimmten Radialabstand zum
Sollwert des Fertigmaßes angeordnet wird und die Schleifscheibe nach dem Abziehen
um diesen Radialabstand und gegebenenfalls noch einem Abnutzungszuschlag für das
Feinschleifen zugestellt wird. Mit dem Ausfeuern der Schleifscheibe ist dann das
Feinschleifen beendet. Unterschiedlicher Verschleiß der Schleifscheibe sowie Lageänderungen
der Diamantenspitze durch Temperatureinflüsse und Abnutzung können hierbei jedoch
zu unlässigen Abweichungen des Fertigmaßes vom Sollwert führen. Zur Ausschaltung
dieser Fehler ist es bekannt, das fertiggeschliffene Werkstück mechanisch, pneumatisch
oder optisch auf solche Abweichungen hin abzutasten und den Zustellbetrag für das
Feinschleifen des nächsten Werkstücks in einem der Abweichung entgegengesetzten
Sinne zu verstellen. Auch ist es bekannt, die Diamantenspitze mit Bezug auf das
Werkstück radial verstellbar anzuordnen und durch einen das fertiggeschliffene Werkstück
abtastenden Fühler od. dgl. mit Hilfe einer Steuervorrichtung vor dem nächsten Abziehvorgang
zu verstellen.
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Eine andere Methode zur Erzielung des gewünschten Fertigmaßes besteht
darin, daß eine Lehre oder eine andere auf das Sollmaß ansprechende Meßeinrichtung
das Werkstück während des Feinschleifens fortgesetzt abtastet und bei Feststellung
der gewünschten Soll-Abmessung das selbsttätige Abschalten der Maschine auslöst,
bevor der Zustand des Ausfeuerns erreicht ist. Von Vorteil ist hierbei, daß die
Maschine abgeschaltet wird, bevor die von der Biegung der Schleifspindel herrührende
Zustellkraft wie beim Ausfeuern asymptodisch den Wert Null erreicht hat, so daß
kürzere Feinschleifzeiten erhalten werden.
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Es sollte nun angenommen werden, daß bei einem solchen meßwertgesteuerten
Schleifen die Fertigmaße in sehr engen Toleranzgrenzen liegen. Tatsächlieh treten
die erwünschten engen Grenzen aber höchstens an den Stellen der Werkstücke auf,
an denen die Meßeinrichtung ansetzt, während unterschiedliche Biegungsverhältnisse
an der bis zur Abschaltung der Maschine vorgespannten Schleifspindel an Stellen,
die im axialen Abstand zur Meßeinrichtung liegen, zu beträchtlichen Abweichungen
vom Sollwert führen können. Auch kann der Zeitverzug zwischen Feststellung des Sollmaßes
und Abschaltung der Maschine bei unterschiedlichen Zustellkräften in diesem Zeitabschnitt
das tatsächliche Fertigmaß unterschiedlich beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern der Abziehtiefe
des Diamanten an Innenrundschleifmaschinen der eingangs genannten Art zu schaffen,
das diese Nachteile vermeidet und unter Ausnutzung der bekannten Maßnahmen, das
selbsttätige Abschalten der Maschine durch eine auf das Sollmaß ansprechende Meßeinrichtung
auszulösen und die Schleifscheibe zwischen Vor- und Feinschleifen mit einem vom
Endmaß des vorher geschliffenen Werkstücks abhängigen Zustellbetrag des Diamanten
abzurichten, mit einfachen Mitteln und ohne zusätzliche Bedienungsmaßnahmen ein
hohes Maß an Arbeitsgenauigkeit und Toleranzgüte gewährleistet. Die Erfindung macht
sich die Tatsache zunutze, daß die erforderliche Feinschleifzeit, je nach den Abweichungen
des Werkstückdurchmessers und des Schleifscheibenverschleißes am Ende des
Grobschleifens
von den für die Abziehtiefe des Diamanten zugrundegelegten Beträgen, größere oder
kleinere Werte gegenüber einem Sollwert bei Normalverhältnissen annimmt, und löst
die Erfindungsaufgabe dadurch, daß der Zustellbetrag des Diamanten in Abhängigkeit
von der Abweichung ( 1 t) der Feinschleifzeit (t) des vorher geschliffenen Werkstücks
gegenüber einem konstanten Sollwert (to) der Feinschleifzeit verändert wird, d.
h., daß bei zu kurzer Feinschleifzeit (t<to) tiefer abgezogen wird und bei zu
langer Feinschleifzeit (t>to) weniger tief abgezogen wird. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren kann auf hochempfindliche Meßeinrichtungen verzichtet werden, da die entsprechenden
Abweichungen der Feinschleifzeit in Größenverhältnissen liegen, die auch durch gröbere
Meßverfahren leicht zu erfassen und auszuwerten sind, so daß sich letzten Endes
größere Genauigkeitsgrade als bei unmittelbarer Messung der Fertigmaße des Werkstücks
erzielen lassen.
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen gekennzeichnet durch
eine druckmittelbetätigte Zeitmeßeinrichtung mit einem Steuerelement; das mit Beginn
des Feinschleifens um eine der Feinschleifzeit entsprechende Strecke aus einer Ausgangsstellung
heraus in eine Steuerstellung bewegbar ist, und durch zwei Steuereinrichtungen,
von denen die eine bei zu kurzer, die andere bei zu langer Feinschleifzeit durch
das Steuerelement beeinflußbar ist, und durch einen von den beiden Steuereinrichtungen
nach Beendigung des Feinschleifens in entgegengesetzten Richtungen betätigbaren
Verstelltrieb für die Abziehtiefe des Diamanten.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Weg-Zeit-Diagramm eines aus Grobschleifen, Abziehen der Schleifscheibe
und Feinschleifen zusammengesetzten Schleifvorganges an der Bohrung eines Werkstückes
unter Sollverhältnissen, F i g. 2 ein Diagramm ähnlich F i g. 1 mit zu kurzer Feinschleifzeit,
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F i g. 3 ein Diagramm ähnlich F i g. 1 mit zu langer Feinschleifzeit,
F i g. 4 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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In den Diagrammen nach F i g. 1 bis 3 sind in Richtung der senkrechten
Achse in vergrößertem Maßstab die durch den Schleifvorgang abzunehmende Materialstärke
an der Bohrung eines Werkstückes und in Richtung der waagerechten Achse die Zeit
aufgetragen. Die durch den Punkt O verlaufende waagerechte Achse stellt das Fertigmaß
dar, das durch den Schleifvorgang erzielt werden soll. Zu Beginn des Schleifvorganges
hat das Werkstück eine Abmessung, die dem Punkt A entspricht. A bis O ist die Dicke
der Werkstückschicht, die durch den gesamten Schleifvorgang abgenommen werden soll.
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Eine Schleifscheibe G ist im Zeitpunkt O bei Punkt A gegen das Werkstück
angestellt, wobei eine Schicht H den vorausberechneten Verlust an der i Schleifscheibe
beim Grobschleifen und Abziehen darstellt. Beim Grobschleifen wird das Werkstück
innerhalb einer bestimmten, stets gleichbleibenden Zeitspanne auf das Maß
B abgeschliffen. In Punkt B wird die Schleifscheibe G vom Werkstück zurückgezogen
und durch einen Diamanten K während eines Zeitraumes C bis D abgezogen. Hierauf
wird die Schleifscheibe G wieder an das Werkstück bei E entsprechend dem Maß B angestellt
und ihr dabei durch Biegung der die Schleifscheibe freifliegend tragenden Schleifspindel
(nicht dargestellt) eine bestimmte radiale Vorspannung gegen das Werkstück erteilt,
unter welcher das Feinschleifen bis zum Punkt F ohne weitere Zustellung der Werkstückspindel
erfolgt. Eine (ebenfalls nicht dargestellte) Lehre überwacht in bekannter Weise
das Erreichen des gewünschten Fertigmaßes (waagerechte Achse des Diagramms) durch
Anschnäbeln an dem von der Schleifspindel abgewandten Bohrungsende des Werkstücks
und bricht das Feinschleifen ab.
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Durch das Anstellen der Schleifscheibe G im Punkt E unter Vorspannung
durch Biegung der Schleifspindel ist die Achse der Schleifscheibe zunächst gegenüber
der Achse des Werkstückes geneigt. Der Anstellweg der Schleifspindel und damit die
Vorspannung der Schleifscheibe sind jedoch so gewählt, daß unter vorausberechneten
Verhältnissen die Schleifscheibenachse und die Werkstückachse bei Erreichen des
Fertigmaßes parallel zueinander stehen, so daß die feingeschliffene Bohrungsoberfläche
des Werkstücks in diesem Zeitpunkt genau zylindrisch ist und der von der Lehre durch
Anschnäbeln an das Bohrungsende überwachte Soll-Durchmesser in jedem beliebigen
axialen Abstand von diesem Bohrungsende der Gleiche ist. Der hierfür erforderliche
Sollwert der Feinschleifzeit ist in F i g. 1 mit to eingezeichnet, und der auf der
waagerechten Achse gelegene Punkt F gibt das Fertigmaß der Bohrungsoberfläche in
jedem beliebigen Axialabstand vom genannten Bohrungsende an.
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Wenn nun die Zustellung während des Grobschleifens nicht richtig gewählt
ist oder der Verschleiß der Scheibe während dieses Arbeitsganges nicht dem vorausberechneten
Maß entspricht, wird der gesamte Schleifverlauf ein anderer, und es werden das gewünschte
Fertigmaß und eine genaue zylindrische Endform der Bohrung nicht erreicht.
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So zeigt F i g. 2 einen Schleifverlauf, bei dem die Zustellung während
des Grobschleifens zu stark war und/oder der Verschleiß der Schleifscheibe während
dieses Arbeitsganges das vorausberechnete Maß unterschritten hat. Hierdurch wird
im Punkt B ein Zwischenmaß für die Werkstückoberfläche erreicht, das dem Fertigmaß
(waagerechte Achse) näher liegt als gemäß dem Grobschleifverlauf nach F i g. 1.
Von der Schicht H ist hingegen ein kleinerer Teil als vorausberechnet während des
Grobschleifens abgenutzt worden. Wenn nun die Scheibe G zwischen den Punkten C und
D durch den Diamanten K abgezogen wird, der in bekannter Weise den
Schleifscheibendurchmesser stets um einen gleichbleibenden Differenzbetrag unabhängig
vom absoluten Durchmesser vermindert, so bleibt, wie aus F i g: 2 ersichtlich, eine
(feinschraffiert dargestellte) Schicht auf der Schleifscheibe zurück, durch welche
der Durchmesser der Schleifscheibe zu Beginn des Feinschleifens in Punkt E größer
als ihr nach F i g. 1 zugedachten Sollwert ist. Da sich jedoch das Zustellmaß der
Schleifspindel zu Beginn des Feinschleifens zwecks Erzielung der Schleifscheibenvorspannung
nach dem vorausberechneten Soll-Durchmesser der
Schleifscheibe richtet,
wird die Schleifscheibenvorspannung zu groß, das Feinschleifen erfolgt mit zu starkem
Anpreßdruck, und es werden das Endmaß der Bohrung am Bohrungsende, an dem die Lehre
ansetzt, bereits nach einer Zeit t<t, erreicht und das Feinschleifen unterbrochen.
In diesem Zeitpunkt hat die Achse der Schleifscheibe jedoch noch nicht ihre Parallelstellung
zur Werkstückachse erreicht, und die Werkstückbohrung hat als Folge hiervon eine
leicht konische Form derart, daß der Bohrungsdurchmesser nur an dem Bohrungsende,
an dem die Lehre ansetzt, das gewünschte Endmaß aufweist, im axialen Abstand hierzu
aber das gewünschte Endmaß zunehmend überschritten ist, wie durch den in F i g.
2 unterhalb der waagerechten Achse liegenden Punkt F angedeutet ist.
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F i g. 3 zeigt das Gegenteil, d. h. einen Schleifvorgang, bei dem
die Zustellung während des Grobschleifens zu gering war und/oder der Verschleiß
der Scheibe während dieses Arbeitsganges das vorausberechnete Maß überschritten
hat. Hierdurch ist im Punkt B das Zwischenmaß für die Werkstückoberfläche zu groß,
und es ist von der Schicht H zu wenig verblieben. Der Diamant K verkleinert anschließend
während des Abziehvorganges zwischen den Punkten C und D die Schleifscheibe auf
einen Durchmesser, der unter dem Soll-Durchmesser für den Beginn des Feinschleifens
im Punkt E liegt. Als Folge hiervon hat .die Vorspannung der Schleifscheibe im Punkt
E einen zu geringen Wert, und der Feinschleifvorgang beansprucht eine längere Zeitdauer
als vorausberechnet (toto). Wenn schließlich die Lehre am Bohrungsende das gewünschte
Fertigmaß feststellt und das Feinschleifen unterbricht, hat die Schleifscheibenachse
auf Grund der bekannten Maßnahme, die Schleifspindelachse maschinenseitig im Winkel
zur Werkstückachse anzuordnen, ihre Parallelstellung zur Werkstückachse bereits
überschritten, und die Werkstückböhrung hat am Ende des Feinschleifens eine solche
konische Form, daß der gewünschte Enddurchmesser der Bohrung im Axialabstand zum
Bohrungsende, an dem die Lehre ansetzt, nirgends erreicht ist, wie durch die Lage
des Punktes F oberhalb der waagerechten Achse in F i g. 3 angedeutet ist.
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Die vom Sollwert abweichende Zustellung während des Grobschleifens
oder der vom vorausberechneten Maß abweichende Verschleiß der Schleifscheibe während
dieses Arbeitsganges wird bei mehreren aufeinanderfolgenden Schleifvorgängen zumeist
in derselben Richtung liegen und zu einem fortschreitenden Abweichen des Fertigmaßes
vom Sollwert führen. Um einem solchen Bestreben zu begegnen, wird gemäß der Erfindung
die vom Sollwert abweichende Feinschleifzeit t zur Steuerung der Abziehtiefe des
Diamanten K beim Schleifen des nächsten Werkstückes herangezogen. Eine hierzu geeignete
Vorrichtung setzt sich gemäß der Darstellung in F i g. 4 aus einem hydraulisch oder
pneumatisch betätigten Zeitmeßeinrichtung, zwei von dieser betätigbaren Steuereinrichtungen
und einer von den beiden Steuereinrichtungen nach Beendigung des Feinschleifens
in entgegengesetzten Richtungen betätigbaren Verstelleinrichtung für die Abziehtiefe
des Diamanten zusammen.
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Bei der im unteren Teil der F i g. 4 dargestellten Zeitmeßeinrichtung
bezeichnet 10 ein Ventil in einer Zufuhrleitung 11 für ein Druckmittel, wie
Luft oder Hydrauliköl, dem ein Riegelventil 110 zur Regelung der Durchflußmenge
des Druckmittels durch die Leitung 11 nachgeschaltet ist. Die Leitung 11 führt das
Druckmittel der Unterseite eines doppelt wirkenden Kolbens 12 zu, der in einem Zylinder
18 verschieblich gelagert ist. Eine am Kolben 12 ansetzende Kolbenstange 16 ragt
am oberen Ende aus dem Zylinder 18 heraus und trägt an ihrem freien Ende einen zylindrischen
Nocken 13 mit einer unteren konischen Anlauffläche 14 und einer oberen konischen
Ablauffläche 15, die in eine Stirnfläche 17 übergeht. Für die Rückführung des Kolbens
in seine Ausgangsstellung ist eine Leitung 19 vorgesehen, durch welche Druckmittel
der Oberseite des Kolbens 12 zugeführt werden kann.
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Die im oberen Teil der F i g. 4 dargestellte Einrichtung zur Verstellung
der Abziehtiefe des Diamanten weist eine Zahnscheibe 20 auf, die auf einer
Stehwelle 21 begrenzt drehbar gelagert ist. Durch Drehen der Stellwelle 21 ist in
bekannter Weise der Diamant zustellbar, also seine Abziehtiefe verstellbar. Im Nabenteil
der Scheibe 20 befindet sich eine Keilnut 22, die etwas breiter ist als ein in der
Welle eingesetzter Keil 23, so daß eine Relativdrehung zwischen Scheibe und
Welle in geringen Grenzen ermöglicht wird.
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Zum Verdrehen der Zahnscheibe 20 dienen zwei an gegenüberliegenden
Seiten tangential zur Scheibe angeordnete Druckstangen 24a und
24b, an deren oberen Enden Sperrklinken 25a und 25b befestigt sind,
die von Blattfedern 217 a bzw. 217 b gegen je einen an der Druckstange
angeordneten Anschlagstift 26 a bzw. 26 b gedrückt werden: Das untere Ende jeder
Druckstange tragt einen Kolben 27 a bzw: 27 b, der unter Einwirkung eines Druckmittels,
wie Luft oder Hydrauliköl, in einem Zylinder 28 a bzw. 28 b verschieblich ist und
dessen Verschiebeweg durch Anschlagschrauben 29a bzw. 29b begrenzt wird. Zur Rückführung
der Kolben 27a, 27b dienen in den Zylindern 28 a, 28 b oberhalb der Kolben
angeordnete Druckfedern 216 a, 216 b.
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Das Druckmittel wird den Unterseiten dieser Kolben durch Rohrleitungen
210 a bzw. 210 b zugeführt, die durch die Steuerungseinrichtungen
bildende Ventile211a bzw. 211b normalerweise geschlossen sind. Zum Öffnen der Ventile
211a, 211b dienen Betätigungsstangen 212a bzw. 212b
mit Druckrollen 213a bzw. 213b, zweckmäßig in Form von Kugellagern.
Gegen bundförmige Verdickungen an den Betätigungsstangen 212a, 212b wirkende
Druckfedern 214 a bzw. 214 b sind bestrebt, die
Ventile 211 a, 211 b in Schließstellung zu halten. Die Druckrollen
213 a und 213 b sind so angeordnet, daß sie in Schließstellung der
Ventile 211 a, 211 b in die Bewegungsbahn des Nockens 13 ragen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn das Feinschleifen beginnt,
wird das Ventil 10 auf irgendeine bekannte Weise, z. B. mittels einer nicht
dargestellten Steuerscheibe, geöffnet, und der Kolben 12 wird unter der Einwirkung
des Druckmittels mit konstanter Geschwindigkeit, nach oben bewegt, bis die Lehre
das Fertigmaß feststellt und das Feinschleifen beendet. In diesem Zeitpunkt wird
das Ventil 10 wieder geschlossen. Während seiner Aufwärtsbewegung gelangt
der Nocken 13 in den Bereich der Druckrolle 213 a und drückt diese nach rechts,
wodurch das Ventil 211 a geöffnet wird. Ein dem Ventil 211 a vorgeschaltetes
Ventil ist jedoch
noch geschlossen und verhindert die Zufuhr des
Druckmittels zum Kolben 27 a.
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Je nach der Feinschleifzeit kann der Nocken 13 in drei verschiedenen
Stellungen stehenbleiben, nämlich: a) entweder mittig vor der Druckrolle 213a, so
daß das Ventil 211a geöffnet bleibt, b) oder zwischen den Rollen 213 a
und 213 b,
wobei keines der Ventile 211a oder 211b geöffnet
ist, c) oder mittig vor der Rolle 213 b, so daß diese nach links gedrückt ist und
das Ventil 2116 geöffnet ist.
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In der Stellung a) ist die Feinschleifzeit zu gering gewesen, und
die Schleifscheibe muß tiefer abgezogen werden; in der Stellung b) war die Feinschleifzeit
richtig, und eine Veränderung der Abziehtiefe des Diamanten ist nicht erforderlich,
und in der Stellung c) ist die Schleifscheibe zu tief abgezogen worden und muß beim
nächsten Mal weniger tief abgezogen werden.
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Wenn das Feinschleifen beendet ist und der Nocken 13 seine Endstellung
oder Steuerstellung erreicht hat, wird, noch bevor er wieder zurückgeht, für einen
Augenblick Druckmittel in die Rohrleitungen 210 a und 210 b
eingelassen, wobei sich, wenn eines der Ventile 211a oder 211b geöffnet
ist, der zugehörige Kolben 27 a bzw. 27 b nach oben bewegt, und zwar so weit, wie
es die Anschlagschraube 29 a bzw. 29 b zuläßt. Hierbei kommt die entsprechende
Sperrklinke 25 a bzw. 25 b mit der Verzahnung der Scheibe 20 in Eingriff
und verdreht diese, wodurch die Abziehtiefe des Diamanten verstellt wird.
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Das Drehspiel zwischen den Endflächen der Keilnut 22 und dem Keil
23 ist so bemessen, daß nach einer Drehrichtungsumkehr der Zahnscheibe
20 drei Bewegungsimpulse durch die Druckstangen 24a, 24b in
derselben Richtung erforderlich sind, bevor die Stehwelle 21 über den Keil
23 mitgenommen wird. Wenn der Nocken 13 z. B. dreimal nacheinander
mittig vor der Druckrolle 213a stehengeblieben ist, wird die Stellwelle 21 um einen
Winkel entsprechend dem Hub der Druckstange 24a verstellt, wodurch der Diamant um
einige tausendstel Millimeter nach vorn geschoben wird. Falls der Nocken 13 noch
ein weiteres Mal dieselbe Stellung einnehmen sollte, wird der Diamant wiederum etwas
vorgeschoben, bis der Nocken 13 beim Feinschleifen des nächsten Werkstückes die
Neutralstellung zwischen den Druckrollen 213 a und
213 b einnimmt. Dieselbe Wirkungsweise ist gegeben, wenn der Nocken
13 vor der Druckrolle 213 b zu stehen kommt, nur daß dann die Zahnscheibe 20 entgegengesetzt
gedreht wird und damit der Diamant um einige tausendstel Millimeter zurückgeschoben
wird. Wenn der Abstand der Druckrolle 213 a, 213
b nur wenig größer als die Länge des Nockens 13 gewählt wird, lassen sich
die Werkstücke in sehr engen Toleranzgrenzen bearbeiten.