DE2802994C2 - Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegungen an einer Schleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegungen an einer Schleifmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch^s/f*.

Eine solche Steuerungsvorrichtung ist aus der DE-AS S) 1 14 239 bekannt. Dort wird der elektrische Strom eiy nes Werkzeugmotors dazu verwendet, eine Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück zu erkennen und daraufhin die Vorschubbewegung von einem »schnellen Arinäherungsgang« auf eine langsamer erfolgende Arbeitsstufe umzuschalten. Im einzelnen wird hierzu in einem Kondensator eine dem Strom bei Leerlauf der Werkzeugmaschine entsprechende Spannung gespeichert und mit dem sich bei Belastung änderndem Ist-Wert verglichen, wobei die Differenz als Steuerspan nung dient.

Aufgrund von Tot-Zeiten der Steuerungsvorrichtung und aufgrund von Masseträgheiten kann es jedoch vorkommen, daß nach einem Kontakt zwischen Werkzeug und V/erkstück die Umschaltung zwischen Eilvorschub und Arbeitsvorschub nicht sofort erfolgt. Hierbei kann es dann zu Beschädigungen von Werkzeug. Werkstück und auch vom Werkzeughalter kommen. Bei einer Schleifmaschine ist dann die Beschädigung des Schleifscheibenkopfcs besonders kritisch, da es sich hier um ein !eures Präzisionsieil handelt.

Um dieses Problem zu vermeiden, konnte man den lilvorschub relativ langsam auslegen. da;'iil der durch 1 ot-Zeiten bedingte Eilvorschub nach der ersten Beruhrung zwischen Werkzeug und Werkstück nur eine geringere Vorschubstrecke bedingt Hierdurch würde allerdings die Maschine recht langsam arbeiten, was zu erheblich verlängerten Durchlaufzeiten führen würde. Aus der Zeitschrift »Werkstattstechnik und Maschinenbau«, 1956, Heft 3, Seite 114 sowie der US-PS 28 02 312 ist es bekannt, mit drei unterschiedlichen Zustellgeschwindigkeiten zu arbeiten, nämlich einem Eilgang, einer Anstellgeschwindigkeit der Schleifscheibe

an das Werkstück zwecks Überbrückung des Sicherheitsabstandes und einer Zustellgeschwindigkeit während des Werkstückschleifens. Die Umschaltung zwischen Eilgang und Anstellgeschwindigkeit zur Überbrückung des Sicherheitsabstandes erfolgt in konstan- tem, einmal eingestelltem Abstand zwischen Schleifscheibenkopf und Werkstückhalter. Dies kann aber im Einzelfalle, beispielsweise bei verändertem Schleifscheiben- oder Werkstückdurchmesser, dazu führen, daß das Werkzeug mit der Geschwindigkeit des Eilganges mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Auch hier tritt dann auch das Problem der Beschädigung des Schleifscheibenkopfes auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Steuerungsvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine Beschädigung des Schleifscheibenkopfes verhindert wird, wenn aufgrund einer Störung die Schleifscheibe das Werkstück beim Schnellvorschub berührt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Kennzeichenteil des Patentanspruchs* angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung unterscheidet somit zwei Fälle:

Den Fall einer Berührung zwischen Werkzeug un> Werkstück beim Schnellvorschub. Hier wird dann nicht vom Schnellvorschub auf den langsameren Anstellvorschub umgeschaltet; vielmehr wird in diesem als Störung anzusehenden Falle eine Richtungsumkehr des Vorschubantriebes veranlaßt. Den Fall einer Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück bei der langsameren Anstellbewegung. Hier wird dann von der langsameren Anstellbewegung auf eine langsame Schleifvorschubbewegung umgeschaltet.

Im ersten Fall, dem Störungsfall, wird der Schwell-, wert für die Richtungsumkehr auf beispielsweise 5% der Nennlast eingestellt. Sobald während des Schnellvorschubes diese 5% der Nennlast überschritten wer- den, wird das Umschaltsignal für die Richtungsumkehr erzeugt. Bis dieses Signal zu einer mechanischen Umkehr des Antriebes führt, vergeht naturgemäß ebenfalls eine gewisse Zeit, während der weiterhin eine Bewegung im Eilgang in der »falschen« Richtung erfolgt.

Durch die Wahl des Schwellwertes wird jedoch sicher gestellt, daß während dieser Verzögerungszeit die Last nicht größer als ihr Nennwert werden kann, so daß eine Beschädigung von Schleifscheibenkopf oder Spindel mit Sicherheit vermieden wird.

so Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Zyklussteuerung in Zusammenwirken mit den beiden Torschaltung^;! fur weitere Funktionen ausgenutzt werden kann. So kann das Ausgangssignal der zweiten Torschaltung, das zu einer Umschaltung von der langsame-

»■> reu Anstellbewcgung auf Schleifvorschubbewegung dient, auch einen Teilezähler ansteuern, welcher die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke zählt. Auch kann das Ausgangssigna! des Vergleichers dazu verwendet wer-

den, eine Grob- oder eine Fertigausfeuer-Bearbeitung zu steuern und schließlich auch dazu, eine Spitzenlastbegrenzung für das Schleifen vorzusehen. Die Schwellwerte für die letzten drei genannten Funktionen können entsprechend der Größe der Schleifscheibe abgeändert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schrägansicht einer Schleifmaschine, bei der die Erfindung anwendbar ist,

Fig.2 eine schematische Seitenansicht der Schleifmaschine nach F i g. 1 und

F i g. 3 ein schematisches Blockschaltbild der Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung.

Die Schleifmaschine der F i g. 1 und 2 ist als Innenschleifmaschine 10 ausgebildet, die eine Schleifscheibe 11 besitzt. Die Maschine 10 weist ein Gestell 12 auf, auf dem ein Vorschubmechanismus 14 befestigt ist. Dieser enthält einen Block 16 mit einem Lager, das durch einen in Abhängigkeit von elektrischen Impulsen betriebenen elektrischen Schrittmotor 20, der als Vorschubantrieb dient, senkrecht bewegt wird. Der Vorschubantrieb 20 arbeitet über eine Kugelumlaufspindel 22 auf eine Mutter 24. Die Achse der Kugelumlaufspindel 22 ist durch die Linie C-C dargestellt. Diese Linie verläuft senkrecht zu einer waagerechten Ebene, die durch die Achse A-A einer Hauptstange 25 und die Achse B-B einer Nebenstange 26 verläuft. Der Block 16 ist mit seinem Lager 18, das ein hydrostatisches Lager sein kann, auf der Nebenstange 26 angeordnet. Der Vorschubantrieb 20 weist eine mit einer Welle verbundene Schnecke 27 auf, die ihrerseits ein Schneckenzahnrad 28 antreibt. Die Kugelumlaufspindel 22 greift in die Mutter 24 in bekannter Weise ein und bewegt den Block 16 senkrecht auf und ab und nirr mt die Nebenstange 26 mit. Der Block 16 ist durch eine biegsame Verbindung 29 an der Mutter 24 befestigt. Diese Verbindung weist an der Stelle zwischen der Mutter und dem Lager einen verhältnismäßig schmalen Querschnitt auf, der eine geringfügige Biegung ermöglicht zur Kompensierung einer Winkelfehlfluchtung des Blocks 16 gegenüber der Kugelumlaufspindel 22 und der Mutter 24. Dies ist deshalb erforderlich, weil die Nebenstange 26 mit genommen wird, während ein Schleifscheibentisch 31 um die Achse A-A der Hauptstange 25 schwenkt. Die Achse B-B der Nebenstange 26 bewegt sich in einem weiten Bogen. Dies bedeutet, daß die Stange 26 und der Block 16 sich auch geringfügig waagerecht gegenüber der Mittellinie oder Achse C-C der Kugelumlaufspindel 22 bewegen. Ein Schleifscheibenkopf 33 ist auf dem Schleifscheibentisch 31 befestigt und wird durch einen Motor 34 angetrieben. Der gesamte Mechanismus ist auf übliche Weise auf dem Gestell 12 befestigt. Der Schleifscheibei.tisch 31 kann zum Einführen der Schleifscheibe 11 in den Hohlraum eines Werkstücks 36 durch einen nicht dargestellten Stellantrieb in Richtung der Achse A-A gleitend längs der Hauptstange 25 verschoben werden. Auf dem Gestell 12 ist ebenfalls ein Spindelstock 35 befestigt, der das Werkstück 36 an einem magnetischen Spannfutter 37 hält zur Drehung um die Achse der fertig zu bearbeitenden Rotationsfläche. Eine Hauptzyklussteuerung 38 dient zur Erzeugung einer Reiationsbewegung zwischen dem Schleifscheibenkopf und dem Spindelstock und erzeugt auf übliche Weise einen Schleifzyklus.

Gemäß F i g. 3 wird die Belastung des die Schleifscheibe antreibenden Motors 34 über einen Umformer 40 ermittelt. Der Umformer 40 kann ein Stromumformer sein, dessen Ausgangsspannung dem an seinen Eingängen gemessenen Strom entspricht. Es können auch sonstige Umformer verwendet werden, z. B. ein Leistungsumformer. Der Ausgang des Umformers 40 wird über einen Verstärker 42 einem Filier 44 zugeführt, wo das verstärkte Umformerausgangssignal gepuffert wird. Das Ausgangssignal des Filters 44 wird einem Abtast- und Haltekreis 46 (der eine herkömmliche »Sample-and Hold-Schaltung« sein kann) zugeführt Dieser Abtast- und Haltekreis 46 tastet über ein Auslösesignal auf einer Leitung 45 das Ausgangssignal des Filters 44 ab und speichert es. Das Auslösesignal auf der Leitung-^5 erscheint nur dann, wenn die Schleifscheibe vor Beginn ihrer Bewegung in ganz zurückgezogener Stellung ist. Somit entspricht der in dem Abtast- und Haltekreis 46 gespeicherte Wert der Leerlaufbelastung der Maschine.

Die Zyklussteuerung 38 erzeugt verschiedene Ausgangssignale. Ein erstes Ausgangssignal auf einer Leitung 53 stellt ein Schnellvorschubsignal dar, das den Schnellvorschub einleitet. Dieses Signal wird einem ersten Eingang einer Torschaltung 56 zugeführt. Ein dem Abtast- und Haltekreis 46 nachgeschalteter Komparator 50 empfängt an seinem anderen Eingang über eine Leitung 49 das Ausgangssignal des Verstärkers 42. Somit vergleicht der Vergleicher 50 ständig das aktuelle Stromsignal des Motors 34 mit dem Leerlaufsignal des Abtast- und Haltekreises 46. Jedesmal, wenn die Schleifscheibe ein Werkstück antrifft, steigt der von dem Motor 34 entnommene Strom plötzlich an, so daß der Vergleicher 50 ein Schleifkraftsignal erzeugt. Dieses Schleifkraftsignal ist proportional der Differenz zwischen dem überwachten und gespeicherten Signal und stellt somit die beim Schleifen auftretenden Kräfte an der Schleifscheibe dar. Dieses Schleifkraftsignal wird einem Anzeigegerät 100 und einem Eingang eines Komparators 52 zugeführt. Dort wird es mit einem ersten Bezugssignal vorgegebener Größe aus einem Potentiometer 51 verglichen. Die Größe dieses ersten Bezugssignales wird so festgelegt, daß es geringfügig über erwarteten Schwankungen liegt, beispielsweise bei den vorstehend erwähnten 5% der Nennlast.

Das Ausgangssignal des Komparators 52 wird über einen Verstärker 54 dem anderen Eingang der als UND-Gatter ausgebildeten Torschaltung 56 zugeführt. Das gleichzeitige Auftreten von Signalen an beiden Eingängen der Torschaltung 56 zeigt an, daß beim Schnellvorschub eine Berührung zwischen Schleifscheibe und Werkstück stattgefunden hat, also eine Störung vorliegt. Ein diesen Zustand darstellendes Ausgangssignal der Torschaltung 56 wird einer Richtungsumsteuerung 60 zugeführt, welche daraufhin bewirkt, daß der Vorschubantrieb 20 seine Drehrichtung umkehrt. Im einzelnen ist zwischen der Richtungsumsteuerung 60 und dem Vorschubantrieb 20 noch eine Treiberstufe 62 zwischengeschaltet. Die Drehrichtungsumkehr des Vorschubantriebes 20 bewirkt, daß die Schleifscheibe in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Es sei angemerkt, daß auch ein hydraulisch angetriebener Tisch in gleicher Weise zurückgezogen werden kann, indem das Ausgangssignal der Torschaltung 56 ein Servoventil eines Hydraulikantriebes umsteuert.

Wenn die Schleifscheibe im Schnellvorschub eine vorgegebene Strecke durchlaufen hat. ohne daß der vorstehend beschriebene Störfall aufgetreten ist. erzeugt die Zyklussteucrung 38 auf einer Leitung 55 ein /weites Signal, durch welches der Vorschubantrieb von dem Schncllvorschub auf eine langsamere Anstellbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück umge-

steuert wird. Dieses zweite Signal kann in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen für den als Schrittmotor ausgebildeten Vorschubantrieb 20 erzeugt werden. Diese Impulse werden in einem AuI-wärts-Abwärtszühler 66 gezählt. Statt dessen kann auch ein Grenzlaster in der Vorschubbahn des Schleifscheibenkopfes angeordnet sein, der die genannte Umschaltung bewirkt. Eine als UND-Gatter ausgebildete zweite Torschaltung 68 spricht auf das zweite Signal aus der Zyklussteuerung 38 und das Steuersignal aus dem Verstärker 54 an. Treten beide Signale am Eingang der Torschaltung 68 gleichzeitig auf, so bedeutet dies, daß bei der langsameren Anstellbewegung ein Kontakt zwischen Schleifscheibe und Werkstück stattgefunden hat. Hierauf wird ein Umschaltsignal erzeugt, das letztlich dazu führt, daß der Vorschubantrieb 20 von der Anstellbewegung auf eine langsame Schleifvorschubbewegung umgeschaltet wird. Im einzelnen ist der Ausgang der Torschaltung 68 über einen Geschwindigkeitssteuerkreis 70 mit der Treiberstufe 62 des Vorschubantriebs 20 verbunden.

Ein Aufwärts-Abwärtszähler 66 mißt die Impulse, die der Treiberstufe 62 zugeführt werden und liefert somit eine Anzeige für die gegenseitige Stellung zwischen Schleifscheibenkopf 33 und Spindelstock 35.

Das Steuersignal des Verstärkers 54 wird auch zur Steuerung weiterer Funktionen verwendet. Jedesmal, wenn dieses Steuersignal bei der zweiten Stufe der Zyklussteuerung erzeugt wird, spricht ein Teilezähler 72 an und zählt im Ergebnis die Anzahl der Umschaltvorgänge von Anstellbewegung auf Schleifvorschubbewegung. Der Zählinhalt des Teilezählers 72 zeigt somit die Anzahl der geschliffenen Teile an. Zusätzlich erzeugt ein weiterer Zählkreis 76 ein Signal, das die Häufigkeit darstellt, mit der der Schleifzyklus bei Abwesenheit eines Werkstücks ausgeführt wird. Sein Zählinhalt entspricht somit der Anzahl der Leerzyklen. Der Zähler 76 spricht hierbei auf einen Zeitkreis 74 an. Ein Takteingang 74a des Zeitkreises 74 empfängt das zweite Zyklussteuersignal, das die langsamere Anstellbewegung einleitet. Der Zeitkreis 74 erzeugt ein Signal, sofern er nicht innerhalb einer vorgegebenen Periode durch das Auftreten des Schleifkraftsignals aus dem Verstärker 54 zurückgesetzt wird (Eingang 7Ab). Diese Periode wird geringfügig länger festgesetzt als die Zeit, die nach Einleiten der Anstellbewegung normalerweise bis zum Kontakt zwischen Schleifscheibe und Werkstück erwartet werden kann. Das Fehlen des Umschaltsignales zeigt damit an, daß sich im Spindelstock 35 kein Werkstück befindet. Das Ausgangssignal des Zählers 76 wird von einem Dekodierer 77 empfangen, der seinerseits der Zyklussteuerung 38 mitteilt, daß der Schleifzyklus zu beenden ist. Das Zyklusbeendigungssignal kann beim einzigen Auftreten eines Signales aus dem Zähler 76 erzeugt werden oder auch erst nach einer vorgegebenen Anzahl solcher Signale. Offensichtlich können der Zähler 76 und der Dekodierer 77 fortgelassen werden, wenn der Schleifzyklus stets mit dem Auftreten eines einzigen Signales, das das NichtVorhandensein eines Werkstückes anzeigt, beendet werden soll.

Das Schleifkraftsignal aus dem Vergleicher 50 kann auch zur Steuerung von Grob- und Fertigausfeuervorgängen verwendet werden. Die Durchführung solcher Ausfeuer-Vorgänge ist allgemein bekannt Das Ausfeuern wird dadurch eingeleitet, daß dem Vorschubantrieb 20 eine vorgegebene Anzahl von Impulsen aus dem Auf- und Abwärts-Zähler 66 zugeführt wird. Ein Grobausfeuerkomparator 80 empfängt ein Bezugssignal von einem Potentiometer 81, das auf die gewünschte Grobausfeuerkraft eingestellt ist. Der Grobausfeuerkomparator 80 vergleicht dann dieses Bezugssignal mit dem Schleifkraftsignal aus dem Vergleicher 50 und erzeugt jedesmal dann ein Ausgangssignal, wenn das Schleifkraftsignal gleich dem ßczugssignal oder kleiner als dieses ist. Das Ausgangssignal aus dem Komparator 80 wird von einem Verstärker 82 empfangen, der dann das Signal zu einem ODER-Gatter 84 überträgt. Ein Aus-

H) gang aus einem Zeitgeber 83 wird ebenfalls diesem ODER-Gatter 84 zugeführt, wobei der Zeitgeber 83 durch die Einleitung des Grobausfeuer-Vorganges aktiviert wird. Die Aufnahme des ersten dieser Signale durch das ODER-Gatter 84 aktiviert dieses, und es sendet ein Signal zur Zyklussteuerung 38, die das Grobausfeuern beendet. In ähnlicher Weise empfängt ein Fertig-Ausfeuerkomparator 85 ein Fertigausfeuer-Bezugssignal von einem Potentiometer 86, das mit dem Schleifkraftsignal verglichen wird. Ein Verstärker 87 verstärkt das Fertigausfeuer-Beendigungssignal jedesmal dann, wenn das Treiberkraftsignal gleich dem Bezugskraftsignal oder kleiner als dieses ist und legt es an ein ODER-Gatter 88 an. Ähnlich dem ODER-Gatter 84 spricht auch das ODER-Gatter 88 auf das erste der beiden Signale am Eingang an, wobei das zweite Signal von einem Zeitgeber 89 stammt, der mit dem Beginn des Fertigausfeuervorganges durch die Zyklussteuerung 38 in Betrieb gesetzt wird.
Schließlich enthält die Steuerungsvorrichtung gemäß F i g. 3 auch eine Spitzenbelastungssteuerung, die den Schleifscheibenvorschub unterbindet, wenn die Schleifkraft eine vorgegebene Spitzenbelastung übersteigt. Ein Spitzenbelastungskomparator 90 empfängt das Schleifkraftsignal aus dem Vergleicher 50 und vergleicht dieses mit einem Bezugswert von einem Potentiometer 91, das auf die zulässige Spitzenschleifbelastung eingestellt ist. Ist das Ausgangssignal des Verglcichers 50 größer als der Bezugswert aus dem Potentiometer 91, so erzeugt der Spitzenbelastungskomparator 90 ein Sperrsignal, das über einen Verstärker 92 der Geschwindigkeitssteuerung 70 des Vorschubmotors 20 zugeführt wird, um die Schleifvorschubgeschwindigkeit und damit die Schleifkraft zu reduzieren.

Die Bezugssignale zu den beiden Ausfeuerkomparatoren 80 und 85 und auch zu dem Spitzenbelastungskomparator 90 werden in Abhängigkeit von der Schleifscheibengröße und der Schleifverjüngung verändert. Ein Potentiometer 94 am Antrieb für ein Abrichtwerkzeug der Schleifscheibe führt ein Ausgangssignal, das

so sich entsprechend der Schleifscheibengröße verändert, einem Verstärker 95 zu. Dieses Signal wird dann über einen Zweistellungsschalter 97 zu parallelen Potentiometern 98 und 99 geleitet, die ihrerseits mit dem Spitzenbelastungskomparator 90 bzw. den Ausfeuerkomparatoren 80 und 85 verbunden sind. Die Signale zu jedem dieser Komparatoren 80, 85, 90 ändern die jeweiligen Bezugssignaleingänge in Abhängigkeit von der Schleif-' scheibengröße ab. Ein Inverter 96 ist mittels des Schalters 97 selektiv in den letztgenannten Schaltkreis einschaltbar zur Umkehrung der Polarität des Signals in Abhängigkeit von der Schleifverjüngung. Eine solche Einstellung ist bei Innenschleifmaschinen besonders erwünscht aufgrund der während des Schleifvorgangs auftretenden Verformung der die Schleifscheibe tragenden Hohlwelle.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. /J»

   Patentanspruch:

   Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegungen an einer Schleifmaschine mit einem eine Schleifscheibe antreibenden Motor und einem umschaltbaren Vorschubantrieb für die Relativbewegungen zwischen der Schleifscheibe und einem Werkstück, mit einem Meßfühler, der die Belastung des Motors ständig erfaßt und ein der Belastung proportionales Signal abgibt, mit einer Speichereinrichtung, die das Belastungssignal bei Leerlauf des Motors speichert, mit einem Vergleicher, der das Leerlauf-Belastungssignal mit dem momentanen Belastungssignal vergleicht und dann, wenn das momentane Belastungssignal das Leerlauf-Belastungssignal überschreitet, ein Umschaltsignal abgibt, das die Geschwindigkeit des Vorschubantriebes umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (50) ausgangsseitig mit einem Eingang eines Komparators (52) verbunden ist, dessen anderem Eingang ein einstellbarer Bezugswert zugeführt wird, daß eine Zyklussteuerung (38) vorgesehen ist, die ein Schnellvorschubsignal und abhängig vom Vorschubweg ein Vorschubsignal für eine langsamere Anstellbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück abgibt, da/eine erste Torschaltung (56) ein Ausgangssignal des Komparators (52) und das Schnellvorschubsignal empfängt und bei Vorliegen beider Signale an den Vorschubantrieb (20) ein Störsignal gibt, das eine Richtungsumkehr des Vorschubantriebs (20) veranlaßt, daß eine zweite Torschaltung (68) das Ausgangssignal des Komparators (52) und das Vorschubsignal für die Anstellbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück empfängt und bei Vorliegen dieser beiden Signale das Umschaltsignal abgibt, das den Vorschubantrieb (20) von der Anstellbewegung auf eine langsame Schleifvorschubbewegung umschaltet..