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VERFAHREN ZUR AUFFAHRS ICHERUN G BEI SCHLE IFMASCH IN EN
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UND VORRICHTUNG HIERZU Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung hierzu.
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Mit solchen Schleifmaschinen kann man metallische und nichtmetallische
Werkstoffe schleifen. Diese können kreiszylindrische Konturen haben. Ihre Kontur
kann aber auch nicht kreiszylindiisch sein, wie z. B. die zu schlelienden Flächen
von Nockenwellen und Kurbelwellen. Man arbeitet hier meist mit keramikgebundenen
Schleifscheiben. Man verwendet z. B. auch Diamantbelag-Stahlscheiben. Die Durchmesser
der Schleifscheiben liegen im Bereich von etwa 150 mm Durchmesser bis zu 1 m Durchmesser.
Es besteht hier die Gefahr, daß die Scheiben explodieren. Diese Gefahr tritt insbesondere
dann auf, wenn die Schleifscheibe mit zu hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück
trifft. Bei diesen Schleifmaschinen ist es ja ublich, daß die Schleifscheibe sich
dreht, jedoch keine x-y-Bewegung macht. Vielmehr wird der zu schleifende Gegenstand
mit NC-Technik bewegt.
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Um den Schaden herobzusetzen, der bei einer solchen Explosion auftreten
kann,
verwendet man Sicherheitsumkleidungen aus etwa 10 mm starkem
Stahlblech.
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Diese Ummantelung kann natürlich im Bereich des Schleifvorganges nicht
vorhanden sein. In der Praxis führt dies dazu, daß ein Segment von etwa 1200 in
der Richtung frei bleibt, die zur Bedienungsperson gerichtet ist. Bei solchen Maschinen
steht ja die Bedienungsperson nicht hinter dem Werkstueck, sondem hinter der Schleifscheibe.
Die Bedienungsperson bleibt also durch eine solche Ummantelung ungeschutzt.
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Aus dieser vielleicht auch unterbewußten Vorsicht heraus hat man bislang
die DreI-zahlen der Schleifscheiben niedriger gehalten, als es an sich im Hinblick
auf die zentrifugale Belastbarkeit der Scheiben hin notwendig gewesen wäre.
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Mit dem Verzicht auf höhere Drehzahlen hat man natürlich auch auf
eine höhere Produktivitut verzichtet., und außerdem hat man in manchen Fällen auch
auf bessere Schliffbilder verzichtet, die bei höheren Geschwindigkeiten besser sein
können.
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Wurden zufällig hintereinander einige Unfälle auf diesem Gebiet des
Schleifens eintreten, so wurden wahrscheinlich die Berufsgenossenschaften verlangen,
daß die Winkelgeschwindigkeiten der Schleifscheiben heruntergesetzt werden, und
dies wurde bedeuten, daß man die jetzige Schleiftechnik völlig aufgeben mußte.
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Die Leistungsfähigkeit der Maschinen nnd der Technologie wäre dann
verloren.
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Unfälle können nicht nur geschehen, weil das Werkstück zu schnell
auf die Schleifscheibe zu bewegt wird. Vielmehr können Unfolle auch dadurch geschehen,
daß
man das Werkzeug verwechselt und/oder das Werkstück verwechselt.
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Es kann auch vorkommen, daß man beim Aufspannen einer neuen Schleifscheibe
vergißt, den größeren Scheibendurchmesser zu berücksichtigen. Ferner kann es geschehen,
daß das eingespannte Werkstuck ein zu großes Ubermaß hat. Ferner kann auch die Steuerung,
wie z. B. die NC-Steuerung, Fehler machen, wenn z. B. in der Elektronik dieser NC-Steuerung
Störimpulse eingespeist werden. Auf der gleichen Ebene liegen auch Bedienungsfehler.
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Im Betrieb fährt man die Werkstücke mit größenordnungsmäßig 10 - 20
m/min auf die Schleifscheibe zu. Man braucht nun eine Bremsrampe, ehe das Werkstück
in Kontakt mit der Schleifscheibe kommt. Wegen der an der Zustellung beteiligten
trägen Massen und der Antriebsleitung usw. wäre es zu spät, wenn man erst dann bremsen
wurde, wenn das Werkstuck mit der Schleifscheibe Kontakt hat.
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Bei den in NC-Systemen ohnehin vorhandenen Rechnern werden zahlreiche
Parameter gespeichert, wie z. B. ßchleitscheibenidurchmesser sowie deren Breite
sowie-die Kontur des Werkstucks im rohen und im fertigen Zustand. Dies ist auch
deshalb notwendig, weil die Schleifscheibe beim rein axialen Verfahren gegen einen
Vorsprung des Werkstückes treffen wurde.
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Schleift man nicht nur mit dem Außenumfang der Schleifscheibe, sondern
auch mit den radial stehenden Randteilen, dann benötigt der Rechner eine Information,
wie das Eck der Schleifscheibe aussieht. Insofern betrifft der vorliegende Gegenstand
auch das Konturenschleifen.
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Will man mit der Schleifscheibe in das Material eindringen, dann darf
man aus technologischen Gründen gesperrte Geschwindigkeitsbereiche nicht Uberschreiten,
was vom Rechner uberwacht wird.
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Steuert man die Schleifscheiben numerisch, dann muß die Genauigkeit
dieser Mikrometers ~ . . . ~ . . . Steuerung im Bereich eines / sein. Dies ist eine
sehr hohe Cienouigkeit, wobei der Aufwand expotentiell mit der geforderten Genauigkeit
steht. Im übrigen kann auch die NC-lnformation - hochgenau - falsch sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Veffahren und eine Vorrichtung anzugeben,
durch die das Bersten der Schleifscheibe trotz obiger.Fehler verhindert wird, dabei
mit kleinen Genauigkeiten.zu arbeiten möglich Ist und wobei es auch möglich wird,
Zustellzeiten einzusparen und sogar zu höheren Drehzahlen fur die Schleifscheiben
zu kommen.
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Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch
den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und hinsichtlich der Vorrichtung durch
den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 gelöst.
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Es entfallen also die heute ublicherweise verwendeten Anschnitts-Hemmungs-Sensoren,
die den Nachteil haben, sehr kurze Verzögerungswege zu benötigen und die man nur
bei kleinen Eilgang-Geschwindigkeiten einsetzen kann.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild des Prinzips einer
Auffahrsicherung beim Außenrundschleifen, Fig. 2 eine Darstellung des Überwachungssystems,
der Steuerung, der Schleifmaschine, des Werkstückes und der Datenverbindungen fur
eine indirekte Auffahrsicherung, Fig. 3 eine ähnliche Darstellung fur eine direkte
Auffahrsicherung, Fig. 4 die Software-Struktur fur die Auffahrsicherung beim Außenindschleifen,
Fig. 5 die Hardware-Struktur fur eine solche Auffahrsicherung, Fig. 6 das Flußdiagramm
fur eine solche Auffohrsicherung.
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Fig. 7 ein Schaltbild einer Konkretisierung von.Lösungsvorschlögen
nach Fig. 1- 3.
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Gemaß Figur 1 werden zunächst Informationen erstellt, die z. B. die
Geometrie der Schleitscheibe und des Werkstucks betreffen. Die Informationserstellung
bezieht sich auch auf die Technologie.
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In einer Steuerung findet nun die Informationsverarbeitung statt.
Zum Beispiel wird je nach Eilgang-Geschwindigkeit,der Größe und Drehzahl der verwendeten
Schleifscheibe, ihrer Außenkontur, ihrer Gestalt des Werkstucks usw. die Bremsrampe
berechnet. Die sich aus der lnformationsverarbeitung ergebenden Informationen werden
einem Vergleicher 10 zugefuhrt. Der Vergleicher vergleicht die Soll-Werte X, Z,
F (S ) mit den aus der Überwachung gelieferten Informationen, die ihres seits aus
dem Schleifprozeß der Werkstückbearbeitung die Daten erhält.
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Stellt die Überwachung fest, daß z. B. aufgrund einer Fehlbedienung
oder einer
Fehlprogrammierung bei der Informationserstellung oder
durch eine fehlerhafte Informationsverarbe itung es zu einer Kollision von WerkstUck»Sch
lei tscheibe kommen wird, dann stoppt die Überwachung den Schleifprozeß.
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Figur 2 zeigt ein solches Wirkungsschema genauer fur die indirekte
Auffahrsicherung durch Sollwert-Vergleich und Sollwert-Freigabe.
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Dem Überwachungssystem wird die aktuelle Werkstuckgeometrie eingegeben.
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Das Überwachungssystem berechnet die Bremswege und Sicherheitsabstönde.
Es überwacht die Sollwerte und gibt ein Freigabesignal, sofern das Bersten der Schleifscheibe
nicht zu befurchten ist; Das Uberwachungssystem ermittelt aus der Messung der Schleifscheibe
und des Werkstucks die Sicherheitsabstande d , die Bremswege b 5 5 und erhält aus
der Steuerung die Soll-Pa3sition in der Z-Richtung z und die Geschwindigkeiten v
in diesen X- bzw. Z-Richtungen. Die Steuerung steuert die Zustellung des Werkstücks
zur Schleifscheibe der Schleifmaschine.
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Droht das Bersten der Schleifscheibe, dann wird ein Stopp-Signal abgegeben,
ws durch das Blitzsymbol dargestellt ist. Der kleine Kreis in dieser Figur stellt
den Vergleicher dar.
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Figur 3 zeigt ein Prinzipschaltbild fur die direkte Auffahrsicherung
durch Sicherheitsabstandsuberwachung und Bremsvorgangauslösung. In das Uberwachungssystem
wird wiederum die aktuelle Werkstuck-Geometrie eingegeben. Hier wird im Gegensatz
zum Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 2 das Signal fur die Bremsvorgangauslösung
durch
das Überwachungssystem an die Steuerung abgegeben. Die rechts an den Datenflußpfeilen
angegebenen Buchstaben bedeuten die Koordinaten in X- und Z-Richtung, wobei die
Indices j die aktuellen Werte fur X und-Z angeben.
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-Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, gibt hier das Verwaltungsprogramm
das Stopp-Signal ab. Wegen der Organisation der dort angegebenen Programme, Speicher
usw. verweise ich ausdruckl.ich auf die Figur 4. Aus dieser ist der Datenfluß und
seine Richtungen zu erkennen. Nach den augenblicklichen Stand der Technik durfte
ein Laser-Sensor der gegebene Sensor sein. Es mag zwar vielleicht Laser-Sensoren
geben, die Abstände auf 1 Mikrometer genau messen können. Durch die Erfindung benötigt
man jedoch keine so hohen Genauiakeiten. Vielmehr reichen Meßgenauigkeiten des Sensors
in der Gegend von 1/2 mm aus, um Kollisionen und ZerstörungsgefShren auszuschalten.
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Gemäß Figur 5 kommt in der Schleifmaschine zum vorhandenen Meßsystem
fur die Position in der X-Achse und der Y-Achse noch ein zusätzliches Meßsystem
fur die X- und Y-Achse hinzu. Wegen des Aufbaus verweise ich ausdrucklich auf die
Figur 5, die auch den Daten-mußigen Zusammenhang zwischen den einzelnen Komponenten
zeigt. Der Laser-Sensor mißt den Abstand zu dem auch hier kreisrund gezeichneten
Werkstueck. Der gleiche Laser-Sensor wird dazu verwendet, die Geometrie der Schleifscheibe
zu erfassen. Um die Zeichnung nicht zu uberladen, wurde ein zweiter, schraffierter
Pfeil weggelassen, der vom Laser-Sensor zum Mikrokomputer fuhren mußte und die Bezeichnung
"Schleifscheibengeometrie"
tragen mußte. Gemäß dem ßlltzsymbol-Pfeil
gibt hier der Mikroprozessor das Stopp-Slgnal ab.
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Das Flugdiagramm nach Figur 6 zeigt, wie letztendlich einerseits aus
den Meßwerten des vorhandenen und des zusatzlichen Meßsystems die Positionsdifferenz
gebildet wird und bei nicht zulässiger Differenz ein Fehlersignal ausgegeben wird.
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Ferner wird gezeigt, daß aus den Positionen von Werkstuck - und Werkzeug
kontur Abstände berechnet werden, bei deren Unterschreitung ein Kollisions-Signal
ausgegeben wird. Angesichts der genauen zeichnerischen Darstellung in Figur 6 kann
eine beschreibende Wiederholung unterbleiben.
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Bei der Figur 7stelltdie linke Hälfte hinsichtlich der NC-Programmierung,
des Bedieners, der NC-Steuerung, der Werkzeugmaschine, des Abstands Schleifscheibe/
Werkstuck das ubliche Verfahren bzw. den üblichen Aufbau dar, der keiner näheren
Erläuterung bedarf.
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Erfindungsgemäß wird der Abstand Schleifscheibe/Werkstuck ermittelt,
die drei Parameter, die diesen Abstand bestimmen, sind die Geometrie der Schleifscheibe,
die Geometrie des Werkstucks und die Verfahrbewegung der Werkzeugmaschine.
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Bekanntlich Crofnmt die Verfahrbewegung einerseits zustande durch
die NC-Programmierung.
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Zusätzlich und parallel zu dem für ein bestimmtes Problem erstelltes
Programm hat der Bediener die Möglichkeit, einzugreifen. Er wählt ein bestimmtes
Programm und stellt die Einstell-Parameter ein. Er kann aber auch von Hand eingreifen,
falls
er dies will. Diese beiden Intormationssaulen gehen in die NC-Steuerung ein.
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Die NC-Steuerung ihrerseits steuert dann die Werkzeugmaschine, und
die Werkzeugmaschine macht dann die oben erwähnten Verfahrbewegungen.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf das Überwachungssystem. Ein Teil
dieses Überwachungssystems ist die Werkstuck-Meße inrichtung, die im Ausführungsbeispiel
durch einen Laser-Sensor verwirklicht wird. Ferner ist eine Schleifscheiben-Meßeinrichtung
vorgesehen. In.der Praxis kann man den Laser-Sensor mitbenutzen oder eine zusätzliche
Einrichtung verwenden. Die Schleifscheiben-Meßeinrichtung mißt die Geometrie der
Schleifscheibe. Die Schleifscheiben-Meßeinrichtung nimmt relativ wenige Änderungen
auf, weil sich ja die Schleifscheibe während der Arbeit geometrisch wenig ändert.
Dagegen ändert sich die Geometrie des Werkstucks naturlich erheblich, weil die Werkstucke
sehr unterschiedlich sein können. Die Geometrie der Schleifscheibe ändert sich zwischen
dem Abrichten der Schleifscheibe praktisch nicht, und beim Abrichten sind die Änderungen
im Bereich von 1/10 mm, was nicht stört.
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Das Uberwachunfiassystem hat die in der Figur angegebenen funf Funktionen.
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Als Ursachen fur die Gefährdung der Schleifscheibe kann man folgendes
ansehen: Durch den Bediener: Programmverwechslungen, Werkstuckverwechs lungen, Werkstück,
e insppnntehler, IKorrektur- und Parametereingabefehl er, manuelle Verfahrbewegungsfehler.
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Durch die NC-Programmierung: falsche Positionswerte, falsche Vorschubwerte,
Durch
die Steuerung: Daten Ubertragungs feh ler, Soft-und Hardwarefehler.
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Durch die Mashine: Antriebsfehler (defekte Bauelemente), Meßsystemfehler,
Nu 1 lpunktversch i ebungen , falsche Positionswerteübertragungen Posi tionswerteubertragungen.
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Durch das Werkstuck: Werkstückgeometrie.
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Durch die Schleifscheibe: Schleifscheibengeometrie.
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Durch Spannelemente: z. B. Drei-Backen-Futter.und sonstige Hilfseinrichtungen.
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Beim spanenden Bearbeiten wie Schleifen oder Drehen können die Gegenstände
ein übermaß haben. Das Rohmaß kann stark schwanken.Bei der Programmierung muß man
aber vom ungunstigsten Fall ausgehen. Zum Beispiel rmuß der Programmierer annehmen,
daß das Übermaß im.schlimmsten Fall 5 mm ist. Dieses Maß konn er nicht mit einer
einzigen Bearbeitungs-Operation reduzieren. Vielmehr muß er zwei Bearbeitungsaperntionen
einprogrammieren, wie z. B. einmal mit 3 mm und dann später mit 2 mm. Es kann nun
aber sein, daß der erste Arbeitsgang mit 3 mm völlig uberflussig ist, weil das Übermaß
nur 2 mm ist.
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Die Erfindung gestattet also, den Start oder besser gesagt den Bearbeitungsvorgang
zu optimieren, indem man gleichnmit dem richtigen Bearbeitungsvorgang beginnt.
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Die Erfindung wurde fur ein Verfahren mit geometrisch unbestimmter
Schneide (Schleifen) beschrieben. Sie kann aber auch bei Verfahren mit geometrisch
bestimmter Schneide verwendet werden.