DE19754887A1 - Verfahren und Vorrichtung zum funkenerosiven Abrichten einer Schleifscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Beim Abrichten einer Schleifscheibe durch Funkenerosion wird das elektrisch leitende Bindemittel zwischen den Schleifkörnern abgetragen, die Schleifkörner bleiben jedoch erhalten und tre­ ten in den Vordergrund; die Schleifscheibe wird somit geschärft. Im Vergleich mit einer mechanisch abgerichteten Schleifscheibe hat eine funkenerosiv abgerichtete eine höhere Abtragsleistung beim Schleifen eines Werkstücks, und dessen Oberfläche ist von besserer Qualität.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gat­ tung sind aus der DE 38 26 277 A1 bekannt. Dabei ist die Elek­ trode eine profilierte Rolle, die auf einem Achszapfen drehbar gelagert ist und zum Abrichten der Schleifscheibe deren Mantel­ fläche gegenübergestellt wird, so daß diese ein zum Profil der Elektrode komplementäres Profil erhält. Die Schleifscheibe bleibt dabei an der Schleifspindel einer Schleifmaschine in gleicher Weise befestigt, wie dies zum Schleifen eines in einem Spannfutter der Schleifmaschine eingespannten Werkstücks der Fall ist; zum Abrichten ist jedoch anstelle eines Werkstücks der Achszapfen, auf dem die Elektrodenrolle gelagert ist, im Spannfutter eingespannt. In dieser Einspannung wird die Elek­ trodenrolle, ehe sie zum Abrichten eingesetzt wird, mit einem Drehstahl an ihrer Mantelfläche spangebend bearbeitet, so daß das gewünschte Elektrodenprofil entsteht oder wieder herge­ stellt wird. Infolgedessen ist der Durchmesser der Elektrode jeweils bekannt. Unbekannt ist jedoch der Durchmesser der Schleifscheibe, der sich durch Abnutzung allmählich vermindert. Es erfordert deshalb besondere Aufmerksamkeit des Benutzers der bekannten Schleifmaschine, den zum Abrichten der Schleif­ scheibe günstigsten Abstand zwischen dieser und der Elektro­ denrolle einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Vorgang zu vereinfachen, vorzugsweise derart, daß er mit den an einer numerisch gesteuerten Schleifmaschine ohnehin vorhandenen Mitteln automatisiert werden kann.

Die Aufgabe ist verfahrenstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben; darin ist

Fig. 1 eine Schrägansicht einer Schleifmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3 eine weiter vergrößerte Teilansicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 2 und

Fig. 4 der Schnitt IV-IV in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine auch als Erodiermaschine einsetzbare Schleifma­ schine 10 zur Bearbeitung von Werkstücken W, die aus polykristalli­ nem Diamant (PKD), CVD-Diamant (dotiert oder nicht dotiert) oder aus monokristallinem Diamant (synthetischer Diamant) oder Naturdiamant bestehen oder Schneiden aus einem dieser Werkstoffe aufweisen. Die Schleifmaschine 10 hat ein Maschinengestell 12 mit drei Schlitten, die in den drei Richtungen eines rechtwink­ ligen räumlichen Koordinatensystems numerisch gesteuert bewegbar sind, nämlich ein X-Schlitten 14, ein Y-Schlitten 16 und ein Z-Schlitten 18. Der X-Schlitten 14 ist waagerecht verschiebbar auf dem Y-Schlitten 16 geführt, der seinerseits ebenfalls waage­ recht, jedoch orthogonal zum X-Schlitten verschiebbar unmittel­ bar auf dem Maschinengestell 12 geführt ist. Der Z-Schlitten 18 ist am Maschinengestell 12 senkrecht verschiebbar geführt und trägt einen Werkstückhalter 20, der um eine normalerweise waage­ rechte, zur X-Achse parallele Drehachse A numerisch gesteuert drehbar sowie um eine zu dieser Drehachse orthogonale, zur Y-Achse parallele Kippachse B kippbar sowie um eine senkrechte Schwenkachse C schwenkeinstellbar ist. Der Werkstückhalter 20 ist beispielsweise ein Spannfutter oder eine Spannpatrone Üb­ licher Art.

Der X-Schlitten 14 trägt einen Schleifkopf 22, in dem gemäß Fig. 4 eine Schleifspindel 24 in üblicher Weise gelagert ist. An der Schleifspindel 24 ist eine Schleifscheibe 26 auswech­ selbar befestigt; dargestellt ist eine topfförmige Schleif­ scheibe 26 mit einer ebenen, ringförmigen aktiven Fläche 28, die von einem Schleifbelag üblicher Art mit in ein elektrisch leitendes Bindemittel eingebetteten Körnern aus elektrisch nichtleitendem hartem Werkstoff wie natürlichem oder künst­ lichem Diamant gebildet ist. Zum Antreiben der Schleifscheibe 26 ist ein Motor 30, bispielsweise ein elektrischer Servomotor, vorgesehen, der mit der Schleifspindel 24 durch einen nicht dargestellten Riementrieb üblicher Bauart verbunden ist. Der Riementrieb ist in einem hohlen Ausleger 32 angeordnet, der an seinem unteren Ende den Schleifkopf 22, und an seinem oberen Ende den Motor 30 trägt und normalerweise so eingestellt ist, daß die Schleifspindel 24, und somit die Drehachse D der Schleifscheibe 26, waagerecht angeordnet ist. Aus dieser Nor­ malstellung läßt sich der Ausleger 32, und somit auch die Schleifscheibe 26, um eine zur X-Achse parallele, die Dreh­ achse D senkrecht schneidende Neigeachse E neigen. Zu diesem Zweck ist der Ausleger 32 mit dem X-Schlitten 14 durch eine Gewindespindel 34 verbunden, die sich mit einer Handkurbel 36 drehen läßt. Die Neigung des Auslegers 32 ist an einer am Ma­ schinengestell 12 angeordneten Skala 38 ablesbar.

Zum funkenerosiven Abrichten der Schleifscheibe 26 ist eine Elektrode 40 in Form einer zylindrischen Blockelektrode vorge­ sehen, die beispielsweise aus Wolfram-Kupfer besteht und an einem Elektrodenhalter 42 auswechselbar befestigt ist. Der Elektrodenhalter 42 ist um die Neigeachse E einstellbar an einem Tragkörper 44 gelagert, der am Maschinengestell 12 starr befestigt ist. Die Elektrode 40 wird immer achsparallel zur Schleifscheibe 26 eingestellt; wenn der Ausleger 32 geneigt wird, wird also der Elektrodenhalter 42 entsprechend geneigt. Zu diesem Zweck ist der Elektrodenhalter 42 mit dem Tragkörper 44 durch eine Einstellschraube 46 verbunden. Die Neigung des Tragkörpers 44 läßt sich an einer Skala 48 ablesen.

Am Elektrodenhalter 42 ist achsparallel zur Elektrode 40 ein erster Taster 50 in Form eines Stifts aus Hartmetall oder sonstigem elektrisch leitendem harten Material einstellbar befestigt. Dieser Taster 50 wird stets so eingestellt, daß er gemäß Fig. 4 gegenüber der Elektrode 40 zurückgesetzt ist. Die Elektrode 40 und der erste Taster 50 sind mit dem Elektroden­ halter 42, also auch miteinander, elektrisch leitend verbunden. Der Elektrodenhalter 42 ist an einen Pol eines elektrischen Generators 52 angeschlossen, an dessen anderen Pol die Schleif­ scheibe 26 über die Schleifspindel 24 angeschlossen ist. Die Schleifspindel 24 ist durch eine Isolierhülse 56, und der Elek­ trodenhalter 42 ist durch eine Isolierplatte 58 gegen das Ma­ schinengestell 12 elektrisch isoliert. Der Generator 52 kann wahlweise so ausgelegt sein, daß er Wechselspannungen oder positiv oder negativ gepulste Gleichspannungen im Bereich von etwa 150 bis 500 Volt liefert und ist an eine Steuerung 54 an­ geschlossen, die auch zum numerischen Steuern der Bewegungen der drei Schlitten 14, 16 und 18, der Drehung des Werkstück­ halters 20 um die Drehachse A und der Schleifscheibe 26 um deren Drehachse D ausgebildet ist.

Am Schleifkopf 22 ist ein zweiter Taster 60 üblicher Bauart befestigt, der einen auslenkbaren Tastfinger 62 aufweist. Mit dem zweiten Taster 60 läßt sich wahlweise das Werkstück W oder die Elektrode 40 oder der erste Taster 50 abtasten.

In Fig. 2 sind schließlich zwei Leitungen 64 für eine Kühlflüs­ sigkeit dargestellt, die zugleich als Dielektrikum zum funken­ erosiven Abrichten der Schleifscheibe 26 mittels der Elektrode 40 verwendbar ist, vorzugsweise handelt es sich um ein Dielek­ trikum auf der Basis von Öl oder Wasser.

In Fig. 4 ist der zum funkenerosiven Abrichten der Schleifschei­ be 26 günstigste Abstand zwischen deren aktiver Fläche 28 und der ihr gegenüberliegenden Fläche der Elektrode 40 mit a be­ zeichnet. Dieser Abstand a wird aufgrund bekannter Erfahrungs­ werte entsprechend der Zusammensetzung des Bindemittels im Schleifbelag der Schleifscheibe 26 und entsprechend der gewähl­ ten Erodierspannung festgesetzt. Es sei angenommen, der Abnut­ zungszustand der Elektrode 40 sei bekannt, und zwischen deren Stirnfläche, die der aktiven Fläche 28 der Schleifscheibe 26 gegenübersteht, und der entsprechenden Stirnfläche des Tasters 50 bestehe ein ebenfalls bekannter Abstand b; dieser Abstand beträgt zweckmäßigerweise mehrere Millimeter und soll im Ver­ lauf der Abnutzung der Elektrode 40 nicht kleiner als 1 mm werden.

Um die Lage der - im dargestellten Beispiel ebenen - aktiven Fläche 28 der Schleifscheibe 26 zu ermitteln, wird diese ma­ nuell oder programmgesteuert so eingestellt, daß sie gegen die Elektrode 40 in Richtung der X-Achse versetzt ist, und dann wird die Schleifscheibe 26 in Richtung der Y-Achse zugestellt, bis sie den Taster 50 berührt. Dies geschieht in Abwesenheit der als Dielektrikum wirkenden Kühlflüssigkeit und bei still­ stehender Schleifscheibe 26. Wenn deren aktive Fläche 28 den Taster 50 berührt, fließt ein Strom vom Generator 52 über den Elektrodenhalter 42, den Taster 50, die Schleifscheibe 26 und die Schleifspindel 24, und dadurch wird ein Signal erzeugt, das die Steuerung 54 veranlaßt, die Y-Stellung der Schleifscheibe 26 zu speichern, und daraus sowie aus der bekannten Stellung der Stirnfläche des Tasters 50 den Abnutzungszustand der Schleif­ scheibe 26 zu ermitteln. Bei bekannter Lage der Stirnfläche der Elektrode 40 läßt sich nun der Abstand a automatisch einstel­ len, und das funkenerosive Abrichten der Schleifscheibe 26 kann unter optimalen Bedingungen beginnen.

Wenn jedoch der Abnutzungszustand der Elektrode 40 unbekannt ist, wird die Schleifscheibe 26 nach der im vorstehenden be­ schriebenen Ermittlung ihres eigenen Abnutzungszustandes, also mit nun bekannter Lage ihrer aktiven Fläche 28, noch in Abwe­ senheit des Dielektrikums in Anlage an der Elektrode 40 ge­ bracht, wodurch der beschriebene Stromkreis erneut geschlossen und ein Signal abgegeben wird, aus dem sich nun die Lage der aktiven Fläche der Elektrode 40 errechnen läßt. Anschließend wird die Schleifscheibe 26 in ihre zum Abrichten optimale Stel­ lung mit dem Abstand a zwischen den aktiven Flächen der Schleif­ scheibe 26 und der Elektrode 40 eingestellt, das Dielektrikum durch die Leitungen 64 zugeführt und der Generator 52 so ein­ gestellt, daß er die zum Abrichten gewählte Stromart und Span­ nung abgibt.

Sollte sich beim Abtasten der Elektrode 40 herausstellen, daß deren Abnutzung soweit fortgeschritten ist, daß der Abstand b zwischen der aktiven Elektrodenfläche und dem entsprechenden Ende des Tasters 50 den vorgegebenen Mindestbetrag von bei­ spielsweise 1 mm unterschritten hat, so wird die Schleifma­ schine automatisch stillgesetzt, damit die Elektrode 40 nach­ gestellt oder durch eine neue ersetzt werden kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Taster 50 weiter zurückzusetzen, damit der Abstand b wieder einen reichlichen Betrag von beispielsweise mehreren Millimetern aufweist.

Anstatt die Elektrode 40 in der beschriebenen Weise mit der Schleifscheibe 26 abzutasten, kann zu diesem Zweck auch der Taster 60 verwendet werden, mit dem normalerweise das Werk­ stück W abgetastet wird, um dessen Maße oder auch nur dessen Vorhandensein festzustellen.

Wenn mit der Möglichkeit gerechnet werden muß, daß der Schleif­ belag der Schleifscheibe 26 sich in verschiedenen Winkelberei­ chen unterschiedlich abgenutzt hat und somit einen Planschlag aufweist oder gar ausgebröckelt ist, wird die Schleifscheibe 26 mittels des Tasters 50 in der beschriebenen Weise mehrmals ab­ getastet, wobei sie vom Motor 30 zwischen jeder Abtastung und der nächsten um einen bestimmten Winkel gedreht wird. Je nach dem auf diese Weise festgestellten Maß, in dem sich der Ab­ nutzungszustand der Schleifscheibe in den verschiedenen Winkel­ bereichen unterscheidet, wird die Schleifscheibe anschließend in einer mehr oder weniger großen Anzahl Schritte funkenerosiv abgerichtet.

Wenn infolge Abnutzung der Elektrode 40 der Abstand b sich seinem vorgegebenen Mindestbetrag nähert, besteht auch die Mög­ lichkeit, den am Elektrodenhalter 42 befestigten Taster 50 mit der Schleifscheibe 26 soweit abzuschleifen, daß der Abstand b wieder eine angemessene Größe erhält. Anschließend wird dieser erste Taster 50 mit dem zweiten Taster 60 vermessen, der keinem Verschleiß von praktischer Bedeutung unterliegt.

Claims (10)

1. Verfahren zum funkenerosiven Abrichten einer Schleifscheibe (26), die in ein elektrisch leitendes Bindemittel eingebettete, elektrisch nichtleitende Schleifkörner aufweist, wobei

• - eine aktive Fläche (28) der Schleifscheibe (26) gegenüber einer Elektrode (40) in einem bestimmten Abstand (a) angeordnet wird,
• - dieser Abstand (a) mit einem flüssigen Dielektrikum überbrückt wird,
• - eine zwischen der Schleifscheibe (26) und der Elektrode (40) wirksame Spannung angelegt wird, und
• - die Schleifscheibe (26) relativ zur Elektrode (40) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet daß
• - die aktive Fläche (28) mechanisch abgetastet und dabei ein für den Abnutzungszustand der Schleifscheibe (26) representa­ tiver Meßwert gewonnen wird und
• - der Abstand (a) der aktiven Fläche (28) gegenüber der Elek­ trode (40) aufgrund des Meßwertes eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die aktive Fläche (28) im Verlauf mindestens einer vollen Umdrehung der Schleifscheibe (26) abgetastet wird, wobei
• - an einem vorspringenden Bereich der aktiven Fläche (28) falls ein solcher Bereich vorhanden ist, ein Meßwert gewonnen wird,
• - dieser Meßwert einem ersten Abrichtschritt zugrundegelegt wird und
• - mindestens ein weiterer Abrichtschritt durchgeführt wird, sofern der im vorstehenden Bereich gewonnene Meßwert sich von mindestens einem weiteren an der aktiven Fläche (28) der Schleifscheibe (26) gewonnenen Meßwert um mehr als einen vor­ gegebenen Betrag unterscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schleifscheibe (26) zum Gewinnen mehrerer Meßwerte schritt­ weise gedreht wird und
• - die aktive Fläche (28) jeweils bei stillstehender Schleif­ scheibe (26) abgetastet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwert jeweils dadurch gewon­ nen wird, daß bei Berührung der aktiven Fläche (28) ein elek­ trischer Stromkreis über die Schleifscheibe (26) geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die aktive Fläche (28) der Schleif­ scheibe (26) nach dem Abrichten mindestens ein weiteres Mal abgetastet und nötigenfalls erneut abgerichtet wird, ehe die Schleifscheibe zum Schleifen eingesetzt wird.

6. Vorrichtung zum funkenerosiven Abrichten einer Schleif­ scheibe (26), die in ein elektrisch leitendes Bindemittel ein­ gebettete, elektrisch nichtleitende Schleifkörner aufweist, an einer Schleifmaschine (10) mit einem Werkstückhalter (20) und einem Schleifkopf (22), die in bezug zueinander und in bezug auf ein sie tragendes Maschinengestell (12) numerisch gesteuert verstellbar sind, mit einer Elektrode (40), gegenüber der sich eine aktive Fläche (28) der Schleifscheibe (26) in einem be­ stimmten Abstand (a) anordnen läßt, und einem elektrischen Generator (52), an den die Schleifscheibe (26) und die Elek­ trode (40) mit entgegengesetzter Polarität anschließbar sind, so daß sich mit einem den Abstand (a) überbrückenden flüssigen Dielektrikum ein Stromkreis schließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (40) an einem Elek­ trodenhalter (42) angeordnet ist, der auch einen Taster (50) zum Abtasten der aktiven Fläche (28) der Schleifscheibe (26) trägt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (50) gegenüber der Elek­ trode (40) zurückgesetzt am Elektrodenhalter (42) angeordnet ist, so daß die Schleifscheibe (26) pendelnd über die Elektrode (40) hinwegbewegbar ist, ohne daß der Taster (50) wirksam ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (50) entsprechend dem Abnutzungszustand der Elektrode (40) weiter zurücksetzbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (50) mit der Elektrode (40) elektrisch leitend verbunden ist, so daß sich der Strom­ kreis in Abwesenheit des Dielektrikums durch unmittelbare Berührung zwischen dem Taster (50) und der aktiven Fläche (28) der Schleifscheibe (26) schließen läßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Schleifkopf (22) ein zusätzli­ cher Taster (60) angeordnet ist, mit dem wahlweise ein am Werk­ stückhalter (20) gehaltenes Werkstück (W) oder die Elektrode (40) oder der am Elektrodenhalter (42) angeordnete Taster (50) abtastbar ist.