DE9301269U1

DE9301269U1 - Correction device for the radial position of the profile grinding wheel on a CNC grinding machine for compressor rotors or similar.

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Publication number: DE9301269U1
Application number: DE9301269U
Authority: DE
Original assignee: Klingelnberg Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 1993-01-30
Filing date: 1993-01-30
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2003-01-31

Description

Klingelnberg Söhne RemscheidKlingelnberg Sons Remscheid

Korrektureinrichtung für die Radialposition der Profilschleifscheibe an einer CNC-Schleifmaschine für Verdichterrotoren oder dergleichen Correction device for the radial position of the profile grinding wheel on a CNC grinding machine for compressor rotors or the like

Die Neuerung betrifft eine Korrektureinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The innovation relates to a correction device of the type specified in the preamble of claim 1.

Beim Profilschleifen von Verdichterrotoren, Pumpenrotoren und anderen schneckenförmigen Werkstücken, die mit einem entsprechenden Gegenstück bei konstantem Achsabstand im Eingriff stehen, kommt es auf sehr hohe Fertigungsgenauigkeit an. Denn die beiden rotierenden Teile sollen in jeder Eingriffsstellung ein minimales Spiel aufweisen, um gegenüber dem Fördermedium abgedichtet zu sein.When profile grinding compressor rotors, pump rotors and other helical workpieces that engage with a corresponding counterpart at a constant center distance, very high manufacturing precision is required. This is because the two rotating parts must have minimal play in every engagement position in order to be sealed against the conveying medium.

Dazu ist es nicht nur erforderlich, die Schleifscheibe entsprechend dem berechneten Profil exakt abzurichten, sondern Voraussetzung für eine gleichmäßige Produktion ist auch, daß die abgerichtete Schleifscheibe immer die gleiche radiale Tiefe zum Werkstück erreicht. Als Toleranz für dieses Maß werden weniger als 10 pm gefordert, wobei als Störgröße an einer CNC-Schleif maschine in erster Linie thermoelastische Verformungen auftreten können.For this, it is not only necessary to dress the grinding wheel precisely according to the calculated profile, but a prerequisite for consistent production is also that the dressed grinding wheel always reaches the same radial depth to the workpiece. The tolerance for this dimension is less than 10 pm, whereby the main disturbance on a CNC grinding machine can be thermoelastic deformations.

Es muß also während der Produktion in regelmäßigen Zeitabständen die aktuelle Lage der Schleifscheibenkontur gegenüber dem Werkstück ermittelt werden, um Temperatureinflüsse erfassen und korrigieren zu können. Mit der Lageerfassung der aktiven Kontur werden nicht nur Verschiebungen der Schleifscheibenmitte, sondern auch Veränderungen des Schleifscheibendurchmessers berücksichtigt, der nahezu temperaturunabhängig ist.During production, the current position of the grinding wheel contour relative to the workpiece must be determined at regular intervals in order to be able to record and correct temperature influences. By recording the position of the active contour, not only shifts in the grinding wheel center are taken into account, but also changes in the grinding wheel diameter, which is almost independent of temperature.

Nach der DE-OS 2 246 575 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zur Bestimmung der Position der Arbeitsfläche einer Schleifscheibe ein berührungsloses Tastsystem vorgesehen ist, das mitAccording to DE-OS 2 246 575, a device is known in which a contactless probe system is provided for determining the position of the working surface of a grinding wheel, which

einer Druckflüssigkeit arbeitet. Diese Vorrichtung soll die Aufgabe lösen, kontinuierlich die Abnutzung der Schleifscheibe zu messen und sie entsprechend nachzusetzen, bis ein neuer AbrichtVorgang durchgeführt wird. Die Vorrichtung läßt sich zum Beispiel bei Rund- und Flachschleifmaschinen einsetzen, welche mit einer zylindrischen Schleifscheibe arbeiten und daher gleichmäßig abnutzen, nicht jedoch beim Profilschleifen von schneckenförmigen Werkstücken, bei denen das Schleifscheibenprofil stark unterschiedliche Krümmungen hat. Hier muß ohnehin vor jedem maßgebenden Schlichtschleifprozeß die Schleifscheibe neu abgerichtet werden, um die prozeßbedingt unterschiedliche Abnutzung der Schleifscheibe gar nicht erst wirksam werden zu lassen. Außerdem muß das Profil der Schleifscheibe in Abhängigkeit von ihrem Durchmesser geändert werden, so daß die Kalibrierung, die bei der bekannten Meßvorrichtung vorgesehen ist, verloren ginge.a pressure fluid. This device is intended to solve the task of continuously measuring the wear of the grinding wheel and adjusting it accordingly until a new dressing process is carried out. The device can be used, for example, in cylindrical and surface grinding machines, which work with a cylindrical grinding wheel and therefore wear evenly, but not in profile grinding of helical workpieces where the grinding wheel profile has very different curvatures. In any case, the grinding wheel must be re-dressed before each decisive finishing grinding process in order to prevent the process-related different wear of the grinding wheel from taking effect in the first place. In addition, the profile of the grinding wheel must be changed depending on its diameter, so that the calibration provided for in the known measuring device would be lost.

Nach der DE-OS 3 524 690 ist außerdem eine Meßanordnung zur Erfassung der Ist-Lage und der Topographie einer rotierenden Schleifscheibe bekannt, bei der die Schleifscheibe mit Diamanttastern erfaßt wird, die an verformbaren Piezo-Wandlern befestigt sind. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß die Diamanttaster gemäß Hauptanspruch zwar in einer thermisch neutralen Zone angeordnet sein sollen, was aber nicht in Relation zur Werkstückachse zutrifft. Somit kann zwar der aktuelle Durchmesser der Schleifscheibe erfaßt und korrigiert werden, nicht dagegen der Achsabstand zum Werkstück und damit auch nicht die effektive Schleiftiefe, die beim Rotorschleifen am stärksten thermischen Einflüssen unterliegt.According to DE-OS 3 524 690, a measuring arrangement for recording the actual position and topography of a rotating grinding wheel is also known, in which the grinding wheel is recorded using diamond probes that are attached to deformable piezo transducers. The disadvantage of this solution is that, according to the main claim, the diamond probes are to be arranged in a thermally neutral zone, but this is not the case in relation to the workpiece axis. This means that the current diameter of the grinding wheel can be recorded and corrected, but not the axial distance to the workpiece and therefore also not the effective grinding depth, which is most subject to thermal influences in rotor grinding.

Auch optische Meßeinrichtungen sind bekannt, lassen sich aber in einer Schleifmaschine nicht einsetzen, weil die wie auch immer gestaltete Lichtquelle und ein entsprechender Empfänger durch den Ölnebel beim Schleifen in kürzester Zeit verschmutzen würden.Optical measuring devices are also known, but they cannot be used in a grinding machine because the light source, regardless of its design, and a corresponding receiver would quickly become contaminated by the oil mist during grinding.

Weiterhin ist für Rundschleifmaschinen eine Korrektureinrichtung bekannt, die während des Schleifprozesses den erreichten Durchmesser am Werkstück mißt und die Schleifscheibenzustellung beim letzten Schliff entsprechend korrigiert. Eine solche Einrichtung wäre am besten geeignet, den Einfluß thermoelastischer Verformungen der Schleifmaschine auf das Werkstück zu erfassen und zu korrigieren; Voraussetzung ist jedoch ein genaues Meßsystem, das den Durchmesser mit mindestens zwei Meßschnäbeln gleichzeitig antastet, um unabhängig von der Maschine und deren Erwärmung den Durchmesser erfassen zu können. Außerdem muß das Meßsystem in jedem Fall von außerhalb der Schleifzone an das geschliffene Werkstück gebracht werden. Bei schneckenförmigen Werkstücken gibt es aber keine universell in der Schleifmaschine einsetzbare Möglichkeit, den maßgebenden Fußdurchmesser auf ein Mikrometer genau mit zwei Meßschnäbeln zu messen. Dies gilt insbesondere bei ungerader Werkstückzähnezahl (Gangzahl) oder auch schon bei Profilen, die im Fuß nicht zylindrisch sind.Furthermore, a correction device is known for cylindrical grinding machines that measures the diameter achieved on the workpiece during the grinding process and corrects the grinding wheel feed accordingly during the final grinding. Such a device would be best suited to detecting and correcting the influence of thermoelastic deformations of the grinding machine on the workpiece; however, a prerequisite is an accurate measuring system that simultaneously measures the diameter with at least two measuring jaws in order to be able to detect the diameter independently of the machine and its heating. In addition, the measuring system must always be brought to the ground workpiece from outside the grinding zone. However, with helical workpieces there is no universally usable option in the grinding machine to measure the relevant root diameter to one micrometer with two measuring jaws. This applies in particular to an odd number of workpiece teeth (number of threads) or even to profiles that are not cylindrical in the root.

Daher liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, an einer CNC-Schleifmaschine für Verdichterrotoren oder dergleichen schneckenförmiger Werkstücke eine universelle Einrichtung vorzusehen, mit der während der Serienfertigung Veränderungen in der Radialposition der Schleifscheibenkontur relativ zum Werkstück erfaßt und kompensiert werden können.The innovation is therefore based on the task of providing a universal device on a CNC grinding machine for compressor rotors or similar helical workpieces, with which changes in the radial position of the grinding wheel contour relative to the workpiece can be detected and compensated during series production.

Diese Aufgabe wird durch eine Korrektureinrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a correction device with the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die Wirkungsweise dieser Korrektureinrichtung besteht darin, eine möglichst temperaturstabile Maßverkörperung in der Größe des zu schleifenden Fußkreisdurchmessers als Bezugsgröße zu schaffen, vorzugsweise dadurch, daß der schaltende Taster einstellbar am Reitstock der Schleifmaschine befestigt ist und von der in den erforderlichen Steigungswinkel eingeschwenkten Schleifscheibe angetastet werden kann. Durch diesenThe way this correction device works is to create a measuring scale that is as temperature-stable as possible in the size of the root diameter to be ground as a reference value, preferably by having the switching probe adjustably attached to the tailstock of the grinding machine and can be touched by the grinding wheel that has been swiveled into the required pitch angle. This

Antastvorgang wird die Meßeinrichtung für die Radialposition der Schleifscheibenkontur auf einen Fußkreisdurchmesser kalibriert, der nahe am Sollwert für das aktuelle Werkstück liegt. Die Differenz zwischen der Bezugsgröße und dem Sollwert des Fußkreisdurchmessers, die mit der Meßeinrichtung gemessen wird, ist relativ klein und gegen Störgrößen, wie Temperaturänderungen, aber auch mechanische Deformationen, unempfindlich. Wird dasselbe Werkstück in Serie produziert, tastet die Schleifscheibe in regelmäßigen Zeitabständen wieder den schaltenden Taster an, um die Meßeinrichtung für die Radialposition neu zu kalibrieren. Dabei wird natürlich vorausgesetzt, daß zwischen zwei Kalibriervorgängen die Durchmesserabnahme beim Abrichten der Schleifscheibe genau gemessen und in der Radialposition berücksichtigt werden kann. Außerdem wird vorausgesetzt, daß zum Beispiel bei jedem Werkstückwechsel die Schleifscheibe neu ausgewuchtet wird.During the probing process, the measuring device for the radial position of the grinding wheel contour is calibrated to a root diameter that is close to the target value for the current workpiece. The difference between the reference value and the target value of the root diameter measured with the measuring device is relatively small and is not sensitive to disturbances such as temperature changes, but also mechanical deformations. If the same workpiece is produced in series, the grinding wheel touches the switching probe again at regular intervals in order to recalibrate the measuring device for the radial position. This naturally assumes that the diameter reduction during dressing of the grinding wheel between two calibration processes can be measured precisely and taken into account in the radial position. It is also assumed that the grinding wheel is rebalanced, for example, every time the workpiece is changed.

Die Neuerung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung besteht aus einer einzigen Figur und zeigt schematisch die Draufsicht auf eine CNC-Schleifmaschine mit der erfindungsgemäßen Korrektureinrichtung .The innovation is explained in more detail below using an example. The accompanying drawing consists of a single figure and shows a schematic top view of a CNC grinding machine with the correction device according to the invention.

Entsprechend der Zeichnung ist die profilierte Schleifscheibe in der Motorspindel 2 gelagert, die wiederum in den erforderlichen Steigungswinkel des Werkstücks 3 eingeschwenkt und an dem Ständer 4 befestigt ist. Die Bauteile 1, 2 und 4 bilden zusammen einen Schleifkopf und befinden sich auf dem Positionierschlitten 5, der die Schleifscheibe 1 in Richtung des Doppelpfeils 16 radial zum Werkstück 3 verfährt. Der NC-Antrieb des Positionierschlittens 5 erfolgt mit dem Motor 6, der Meßeinrichtung 7 und der NC-Steuerung 8. Das Werkstück 3 ist im Spannkopf 9 aufgenommen und wird vom Reitstock 10 mit einer Zentrierspitze abgestützt. Die zum Schleifen des schneckenförmigen Werkstücks 3 erforderliche Schraubbewegung wird von der CNC-Schleifmaschine in bekannter Weise dadurch erzeugt, daß von je einem nicht näher dargestellten NC-Antrieb das Werkstück 3 um seine Achse gedreht und die Schleifscheibe 1According to the drawing, the profiled grinding wheel is mounted in the motor spindle 2, which in turn is pivoted into the required pitch angle of the workpiece 3 and is attached to the stand 4. The components 1, 2 and 4 together form a grinding head and are located on the positioning slide 5, which moves the grinding wheel 1 in the direction of the double arrow 16 radially to the workpiece 3. The NC drive of the positioning slide 5 is carried out by the motor 6, the measuring device 7 and the NC control 8. The workpiece 3 is held in the clamping head 9 and is supported by the tailstock 10 with a centering point. The screw movement required for grinding the helical workpiece 3 is generated by the CNC grinding machine in a known manner by the workpiece 3 being rotated about its axis by an NC drive (not shown in detail) and the grinding wheel 1

relativ zur Längsrichtung des Werkstücks 3 verschoben wird. Dabei ist es unerheblich, ob das Werkstück 5 die Längsbewegung gegenüber dem feststehenden Schleifkopf ausführt, wobei sich Spannkopf 9 und Reitstock 10 auf einem gemeinsamen Schlitten befinden, oder ob der Schleifkopf mitsamt dem Positionierschlitten 5 auf einem Längsschlitten sitzt, der gegenüber dem stillstehenden Spannkopf 9 und Reitstock 10 hin- und herbewegt wird.is displaced relative to the longitudinal direction of the workpiece 3. It is irrelevant whether the workpiece 5 performs the longitudinal movement relative to the stationary grinding head, with the clamping head 9 and tailstock 10 being on a common carriage, or whether the grinding head together with the positioning carriage 5 sits on a longitudinal carriage which is moved back and forth relative to the stationary clamping head 9 and tailstock 10.

In jedem Fall kann die Schleifscheibe 1 axial in die strichpunktierte Lage 11 vor den schaltenden Taster 12 gefahren werden, der an der Seite des Reitstocks 10 befestigt ist, die dem Werkstück zugewandt ist, um kurze Fahrwege zu haben. Der Taster 12 ist elektrisch über die Steuereinheit 13 mit der NC-Steuerung 8 verbunden.In any case, the grinding wheel 1 can be moved axially into the dot-dash position 11 in front of the switching sensor 12, which is attached to the side of the tailstock 10 that faces the workpiece in order to have short travel paths. The sensor 12 is electrically connected to the NC control 8 via the control unit 13.

Die vorstehend beschriebene CNC-Schleifmaschine mit Korrektureinrichtung arbeitet folgendermaßen:The CNC grinding machine with correction device described above works as follows:

Nachdem der erste Rotor einer Serie gefertigt worden ist und der Fußkreisdurchmesser nach dem letzten Schliff in der Toleranz liegt, wird eine Referenzmessung durchgeführt. Dazu tastet die rotierende Schleifscheibe 1 in der Lage 11 den Taster 12 an, dessen Tastspitze mit einem Hartstoffplättchen 14 bewehrt ist, indem der Positionierschlitten 5 langsam auf den Taster 12 zufährt. Im Schaltpunkt des Tasters 12 wird die erreichte Radialposition des Schlittens 5 an der Meßeinrichtung 7 abgelesen und in der Steuereinheit 13 gespeichert. Der Taster 12 ist radial so eingestellt, daß der Abstand 15 zum Fußkreisdurchmesser des Werkstücks 3 möglichst klein ist.After the first rotor in a series has been manufactured and the root diameter is within tolerance after the final grinding, a reference measurement is carried out. To do this, the rotating grinding wheel 1 in position 11 touches the probe 12, the probe tip of which is reinforced with a hard material plate 14, while the positioning carriage 5 slowly moves towards the probe 12. At the switching point of the probe 12, the radial position reached by the carriage 5 is read on the measuring device 7 and stored in the control unit 13. The probe 12 is set radially so that the distance 15 to the root diameter of the workpiece 3 is as small as possible.

Ist der nächste Rotor vorgeschruppt und bis kurz vor Erreichen der Solltiefe geschlichtet, hat sich die Schleifmaschine zum Beispiel an einigen Stellen schon erwärmt, an anderen noch nicht. Dadurch kann sich das Maschinengehäuse um einige hundertstel Millimeter verformen, und der Fußkreisdurchmesser des Rotors käme beim letzten Schleifdurchgang nicht in die geforderte Toleranz, auch wenn die Meßeinrichtung 7 den gleichen Wert anzeigt wie beim ersten Rotor.If the next rotor is pre-roughed and finished until shortly before reaching the target depth, the grinding machine will, for example, have already heated up in some places but not in others. This can cause the machine housing to deform by a few hundredths of a millimeter and the root diameter of the rotor would not reach the required tolerance during the last grinding pass, even if the measuring device 7 shows the same value as for the first rotor.

Deshalb wird vor dem letzten Schleifdurchgang noch einmal der Taster 12 angefahren. Im Schaltpunkt zeigt sich nun ein anderer Wert an der Meßeinrichtung 7, der in der Steuereinheit 13 von dem dort als Referenz gespeicherten Wert abgezogen wird, wobei sich etwa die genannten Hundertstel ergeben. Mit diesem Differenzwert oder Korrekturwert wird die Meßeinrichtung 7 neu kalibriert, das heißt, der elektronische Zähler der Meßeinrichtung wird um den Differenzwert zurückgesetzt, so daß der Einfluß der thermoelastischen Verformung des Gehäuses auf die Schleiftiefe des Rotors kompensiert ist.Therefore, before the last grinding pass, the button 12 is approached again. At the switching point, a different value is now shown on the measuring device 7, which is subtracted in the control unit 13 from the value stored there as a reference, resulting in approximately the hundredths mentioned. The measuring device 7 is recalibrated using this difference value or correction value, i.e. the electronic counter of the measuring device is reset by the difference value, so that the influence of the thermoelastic deformation of the housing on the grinding depth of the rotor is compensated.

Im praktischen Einsatz hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Korrektureinrichtung besonders vorteilhaft arbeitet, wenn die Meßeinrichtung 7 nur mit solchen Korrekturwerten neu kalibriert wird, die größer sind als die Meßunsicherheit in dem gesamten beschriebenen System. Dieser Wert, der von den Parametern des Schleifprozesses abhängt, wird der Steuereinheit 13 als Mindestwert vorgegeben.In practical use, it has been found that the correction device according to the invention works particularly advantageously when the measuring device 7 is only recalibrated with correction values that are greater than the measurement uncertainty in the entire system described. This value, which depends on the parameters of the grinding process, is specified to the control unit 13 as a minimum value.

Claims

Protection claims

1. Correction device for the radial position of the profile grinding wheel on a CNC grinding machine for compressor rotors or the like, wherein the grinding wheel is located on a positioning slide which is adjusted by a numerically controlled motor in conjunction with a measuring device and the associated NC control and positions the grinding wheel radially to the workpiece, characterized by

- a switching button (12),

whose probe tip is reinforced with a hard material plate (14),

which can be switched with the outer diameter of the rotating grinding wheel (1),
which is located near the workpiece (3),

- a control unit (13),

which is electrically connected on the one hand to the switching button (12) and on the other hand to the NC control (8) of the positioning slide (5),

which, during a reference measurement at the switching point of the probe (12), reads and stores the current radial position of the grinding wheel (1) on the measuring device (7), which, during subsequent measurements, compares the then current grinding wheel position with the stored value and transfers the difference as a correction value to the NC control (8) of the positioning slide (5).

2. Correction device according to claim 1, characterized in

that the determined correction value is only transferred to the NC control (8) of the positioning slide (5) when a predeterminable minimum value is exceeded.