Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Schleifmaschine dieser Art ist aus der DE-A-26 47 448 bekannt. Die beiderseits der Schleifspindeleinheit liegenden Führungen sind bei dieser Maschine zwei als Rundstangen ausgeführte Führungssäulen, die an ihren Enden mit Gestellteilen derart verbunden sind, daß sie bei raumfester Anordnung um ihre Längsachse gedreht werden können. Die Schleifspindeleinheit ist daher nur in einer bestimmten Richtung zu dem Werkstückspindelstock zustellbar. Zur genauen Ausrichtung des Werkstückes zum Werkzeug kann nur der Werkstückspindelstock verschwenkt und seitenverstellt werden, wofür besondere Führungen erforderlich sind.
Aus der DE-C-923 339 ist eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung, nämlich eine Drehbank bekannt, bei der auf einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstückspindelstockes zwei Rundsäulen angeordnet sind, an denen der Werkzeugschlitten geführt ist. Die beiden Rundsäulen sind durch endseitige Querteile zu einem starren Rahmen verbunden, der um einen Drehzapfen schwenkbar ist. Zur Einstellung des Rahmens sind zwei am Maschinengestell abgestützte Gewindebolzen vorgesehen, die an dem einen Querteil jeweils im Bereich einer der beiden Rundsäulen angreifen.
Außerdem ist aus der DE-C2-25 15 276 eine Schleifmaschine zum Innenschleifen von Laufringen bekannt, bei der der Werkstückspindelstock an einer zylindrischen Gleitbahn verschiebbar und schwenkbar gelagert ist, um die zylindrische Innenfläche des Werkstückes mit dem an der Schleifspindeleinheit befindlichen Werkzeug in Eingriff zu bringen. Zum Bearbeiten von Werkstücken mit konischer Innenfläche ist die Schleifspindeleinheit auf einer schwenkbaren Fußplatte mittels, eines kugelgelagerten Schlittens abgestützt, so daß das Schleifwerkzeug in der durch die Fußplatte eingestellten Schräglage gegen die konische Werkstück-Innenfläche zugestellt werden kann. Hierfür muß der Schlitten in Richtung der Werkzeugspindelachse und senkrecht zu ihr verfahren werden. Für die Zustellung beim Bearbeiten zylindrischer Bohrungen wird der Werkstückspindelstock entlang der Gleitbahn in Richtung auf die dann feststehende und horizontal ausgerichtete Schleifspindeleinheit verfahren und um die Gleitbahn geschwenkt, und außerdem wird das Werkstück mittels einer pneumatischen Druckvorrichtung quer zu seiner Bohrungsachse verstellt. Diese Zustellung erfordert eine komplizierte Konstruktion und Steuerung.
Beim Innenrundschleifen ist auch zu beachten, daß die erreichbare Zylindrizität der zu bearbeitenden Werkstückbohrung in hohem Maße davon abhängig ist, wie genau die Schleifspindelachse relativ zur Werkstückachse ausgerichtet und geführt ist. Auftretende Fehler während der Bearbeitung, die am Werkstück im wesentlichen durch ungleichen Scheifmittelabrieb des Werkzeuges verursacht sind, werden bei den bekannten Schleifmaschinen durch häufiges Abrichten des Werkzeuges in engen Grenzen-zu halten versucht. Dies gelingt nicht immer zufriedenstellend; auch wird durch den häufigen Abrichtvorgang die Standzeit des Werkzeuges erheblich verkürzt, und es wird, insbesondere bei Verwendung diamantoder bornitridhaltigen Werkzeugen, teures Schleifmittel verbraucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schleifmaschine in konstruktiv einfacher Weise so auszubilden, daß die Achsen der Werkzeugspindel und der Werkstückspindel genau zueinander ausgerichtet und diese Ausrichtung korrigiert werden kann, um Bearbeitungsfehler am Werkstück zu vermeiden. Vor allem sollen unter Reduzierung der Häufigkeit der Abrichtvorgänge solche Bearbeitungsfehler eliminiert werden, die im wesentlichen durch ungleichmäßigen Schleifmittelabrieb am Werkzeug entstehen können.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Diese Anordnung ermöglicht es, durch Schwenken der einen Führung die Schleifspindelachse relativ zur Werkstückachse genau auszurichten und bei ungleichmäßigem Schleifmittelabrieb in ihrer Winkellage nachzustellen. Außerdem wird die Zustellung des Werkzeuges vereinfacht, weil die Schleifspindel nach dem Verfahren längs der Schiebeführung durch Verschwenken der anderen Führung oder auch beider Führungen in ihrer Höhenlage ein- und nachgestellt werden kann. Die Nachstellung der Winkel- und der Höhenlage der Schleifspindelachse über gesonderte, je einer der beiden Führungen zugeordnete Verstelleinrichtungen kann meßgesteuert werden, so daß Lagekorrekturen des Werkzeuges auch automatisch in Abhängigkeit von gemessenen Werten der Bohrungsmaße möglich sind. Die während der Bearbeitung einer Werkstückserie ausgeführten Lagekorrekturen des Werkzeuges ergeben hohe Bearbeitungsgenauigkeiten, ohne daß der Schleifbelag jedesmal bei Abweichungen vom Sollmaß der Bohrung abgerichtet werden muß. Dadurch wird die Bearbeitungszeit für die Werkstückserie verkürzt und die Standzeit des Werkzeuges erheblich verlängert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Es zeigt:
Die dargestellte Schleifmaschine dient vorzugsweise zum Bearbeiten von Werkstücken mit zylindrischen Innenbohrungen.
Auf einem Maschinenbett 1 ist ein Spindelstock 2 angeordnet, in dem ein Spannfutter 4 für ein Werkstück 3 drehbar gelagert ist. Die im Ausfuhrungsbeispiel zylindrische Innenbohrung 6 des Werkstückes 3 wird mit einem Schleifwerkzeug 7 feinbearbeitet.
Das Schleifwerkzeug 7 wird mit hoher Drehzahl von einer Schleifspindeleinheit 5 angetrieben, die auf einen Schlitten 8 aufgeschraubt ist. Der Schlitten 8 ist in Richtung des Doppelpfeiles P axial verschiebbar angetrieben. Er ist an seinen zur Verschieberichtung parallelen Längsseiten an je einer Führung 9 bzw. 10 verschieblich gelagert. Die Führung 9 ist eine Rundführung mit einer Rundstange 11. Die gegenüberliegende Führung 10 ist eine Rollenführung mit übereinander angeordneten Rollen 16 und 17.
Die Rundstange 11 ist an ihrem einen Ende mittels eines Lagerbockes 31 auf dem Maschinenbett 1 abgestützt (Fig. 1). Auf ihr ist der Schlitten 8 mit Gleitlagerbuchsen 12 axial verschiebbar geführt. Zum Schutz der Führungsbahn ist die Rundstange 11 vor und hinter dem Schlitten 8 vonjeinem Faltenbalg 13 umgeben. An der gegenüberliegenden Rollenführung 10 ist der Schlitten 8 mittels einer Führungsschiene 14 geführt, die an einem vertikal nach oben gerichteten Randabschnitt 8a des Schlittens mit Schrauben so befestigt ist, daß sie seitlich und in Richtung auf den Spindelstock 2 vorkragt (Fig. 1 und 2).
Mit ihrem seitlich vorkragenden Abschnitt 14a liegt die Führungsschiene 14 zwischen den senkrecht übereinander liegenden Rollen 16 und 17, die als Stützrollen mit balliger Lauffläche ausgebildet sind. Die Stützrollen sind an einem Tragarm 15 der Rollenführung 10 gelagert, der parallel zur Rundstange 11 der Rundführung 9 liegt und etwa gleiche Länge hat. Die obere Stützrolle 16 wird von einer Feder 44 gegen die Führungsschiene 14 gedrückt (Fig. 2), um eine spielfreie Führung zu gewährleisten. Hierzu ist die Stützrolle 16 an einer Lasche 45 gelagert, die schwenkbar an einer mit dem Tragarm 15 fest verbundenen, vertikalen Platte 46 angebracht ist. Die Feder 44 stützt sich an einer horizontalen Querplatte 47 ab, die an der oberen Stirnseite der Platte 46 angeschraubt ist.
Der Schlitten 8 wird über eine Kolben-Zylinder-Einheit 18 (Fig. 1 und 3) und einen mit ihr verbundenen Oszillierantrieb 19 angetrieben, der durch einen Exzenterantrieb gebildet ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß das Schleifwerkzeug 7 durch die Kolben-Zylinder-Einheit 18 in bekannter Weise in die Bohrung 6 des Werkstükkes 3 ein- und ausgefahren werden kann und dann über den Exzenterantrieb 19 innerhalb der Bohrung 6 oszillierend in Richtung des Doppelpfeiles P bewegbar ist.
Der verstellbar an einer Trägerplatte 20 auf dem Maschinenbett angeordnete Exzenterantrieb 19 besteht im wesentlichen aus einer Exzenterwelle 21, deren Achse quer zur Schleifspindelachse 29 verläuft und die von einem Motor 22, z.B. einem Ölmotor, rotierend angetrieben wird. Die Exzenterwelle 21 bildet einen Lagerbolzen für ein Lagerauge 23 der Kolben-Zylinder-Einheit 18. Die Einheit 18 durchsetzt mit Bewegungsspiel eine Öffnung 18b (Fig. 3) einer vertikalen Trennoder Stützwand 28 des Maschinenbettes 1.
Anstelle des Exzenterantriebs kann auch ein an sich bekannter Kugelgewindetrieb verwendet werden, der von einem mittels Winkelcodierer weggesteuerten Servomotor angetrieben wird (NC-Achse). Besondes zweckmäßig ist es, wenn der Kugelgewindetrieb direkt mit dem Schlitten 8 verbunden ist. Das Schleifwerkzeug wird bei einer solchen Anordnung vom Kugelgewindetrieb in die Bohrung 6 des Werkstückes ein- und ausgefahren und innerhalb der Bohrung in Richtung des Doppelpfeiles P oszillierend bewegt.
Die Kolbenstange 18a der Kolben-Zylinder-Einheit 18 ist gelenkig mit dem Schlitten 8 mittels ihres endseitigen Lagerauges 24 verbunden, das zwischen zwei am Schlitten befestigten Ösen 24a und 24b liegt und von einem in die Ösen eingreifenden Gelenkbolzen 24c durchsetzt ist (Fig. 1 und 2).
Durch Verschwenken der Trägerplatte 20 kann das Schleifwerkzeug 7 in Längsrichtung verstellt werden. Hierzu ist die Trägerplatte 20 mit einem Bolzen 25 zwischen zwei fest auf dem Maschinenbett 1 angeordneten Klötzen 26 schwenkbar gelagert und wird mit einer Einstellschraube 27 gehalten, die an der Trennwand 28 angelenkt ist. Die Einstellschraube 27 liegt in Draufsicht (Fig. 1) neben und in Seitenansicht (Fig. 3) oberhalb der Kolben-Zylinder-Einheit 18 und mit ihrer Lageröse 27a zwischen zwei an der Trennwand 28 befestigten Halterungen 28a und 28b, an denen sie mit einem Lagerbolzen 28c angelenkt ist. An der Trägerplatte 20 ist die Einstellschraube 27 mit einer Spindelmutter 27b verstellbar gelagert.
Zum Einstellen und Verändern der Richtung der Schleifspindelachse 29 relativ zur Werkstück- bzw. Bohrungsachse 30 ist die Rundführung 9 verstellbar gelagert und angetrieben. Hierzu ist die Rundstange 11 mit ihrem einen Ende an dem auf dem Maschinenbett 1 befestigten Lagerbock 31 um eine horizontale, quer zur Schleifspindelachse 29 liegende Schwenkachse 32 verschwenkbar gelagert. Am gegenüberliegenden Ende ist die Rundstange 11 von einer Verstelleinrichtung 33 gehalten, die an der Trennwand 28 befestigt ist. Mit der Verstelleinrichtung 33 kann die Rundstange 11 um die Schwenkachse 32 in vertikaler Richtung verschwenkt werden, so daß der Schlitten 8 schräg zur Horizontalebene auszurichten ist.
Die Verstelleinrichtung 33 enthält eine Exzenterwelle 35, die mit Spiel in eine Lagerbohrung 34 der Rundstange 11 eingreift und über eine Antriebsverbindung 37, beispielsweise ein Zahnradgetriebe, von einem Servo- oder Schrittmotor 38 angetrieben wird. Anstelle der Exzenterverstellung kann auch jede andere geeignete Verstelleinrichtung, z.B ein numerisch gesteuerter Kugelgewindetrieb (NC-Achse) verwendet werden.
Die in horizontaler Ebene parallel zur Rundführung 9 verlaufende Rollenführung 10 (Fig. 1 und 2) ist über den Tragarm 15 ebenfalls vertikal verstellbar gelagert. Der Tragarm 15 ist hierzu mit seinem dem Spindelstock 2 benachbarten Ende in gleicher Weise wie die Rundstange 11 in einem auf dem Maschinenbett 1 befestigten Lagerbock 39 gelagert und am anderen Ende von einer Verstelleinrichtung 40 gehalten, die von einem Servo- oder Schrittmotor 42 angetrieben wird. Der Tragarm 15 ist daher um eine quer zur Schleifspindelachse 29 im Lagerbock 39 liegende Schwenkachse 41 höhenverschwenkbar. Hierdurch ist die Höhenlage der Schleifspindelachse 29 relativ zur Werkstückachse 30 veränderbar, womit in einfacher Weise eine Zustelleinrichtung für das Schleifwerkzeug 7 gebildet ist. Die Verstelleinrichtung 40 und der Motor 42 sind wie die Verstelleinrichtung 33 und der Motor 38 an der Trennwand 28 oder auch direkt auf dem Maschinenbett 1 montiert.
Die Rundführung 9 und die Rollenführung 10 sind bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen seitlichen Abstand zur Schleifspindelachse 29 so angeordnet, daß sich das in Eingriff innerhalb der Bohrung 6 befindliche Schleifwerkzeug 7 in Draufsicht beiderseits einer Vertikalebene Eo erstreckt, die mittig zwischen zwei zur Verschieberichtung P senkrechten Vertikalebenen E1 und E2 liegt (Fig. 1), wobei die Vertikalebene E1 den Berührungspunkt der Stützrolle 17 mit der Führungsschiene 14 und die Vertikalebene E2 die Schwenkachse 32 der Rundstange 11 enthält. Wird bei dieser Anordnung die Rundstange 11 mittels der Verstelleinrichtung 33 um die Achse 32 geschwenkt, so wird nur die Richtung der Schleifspindelachse 29, nicht aber deren Höhenlage relativ zur Werkstückachse 30 in der vertikalen Mittelebene Eo verändert. Die Höhenlage des Schleifwerkzeuges kann dann ausschließlich durch Zustellen mittels des Tragarmes 15 ein- oder nachgestellt werden, der über die Verstelleinrichtung 40 um die Achse 41 geschwenkt wird und damit die Rollenführung 10 in ihrer Höhe verstellt, wobei der Schlitten 8 nur um die Rundstange 11 schwenkt. Bleibt die Rollenführung 10 beim Schwenken der Rundstange 11 in ihrer Höhe unverändert, so schwenkt der Schlitten 8 um die Achse 32 und außerdem um die Längsachse der Rundstange 11, so daß in der Mittelebene Eo die auf der Seite der Rundstange 11 entstandene Höhendifferenz zur Horizontalebene der Werkstückachse 30 auf der Seite der Rollenführung 10 eine gleiche Höhendifferenz in entgegengesetzter Richtung zur Folge hat und damit die Höhenlage des Schnittpunktes der Werkstückachse 30 mit der Mittelebene Eo unverändert bleibt.
Die beschriebenen Verhältnisse in der Lage des in Eingriff befindlichen Schleifwerkzeuges relativ zu der Rundführung 9 und zur Rollenführung 10 können auch anders gewählt werden, derart, daß bei einer Verstellung der Rundführung 9 mittels der Verstelleinrichtung 33 neben einer Veränderung der Richtung der Schleifwerkzeugachse auch eine Veränderung ihrer Höhenlage relativ zur Werkstückachse innerhalb der Werkstückbohrung 6 auftritt. In diesen Fällen kann durch Nachstellen der Rollenführung 10 mittels der Verstelleinrichtung 40 die Höhenverstellung der Schleifwerkzeugachse ausgeglichen werden, ebenso wie auch die Verstellung auf das für die Zustellung des Schleifwerkzeuges gewünschte Maß korrigiert werden kann.
Die Führungen 9 und 10 werden zweckmäßig meßgesteuert geschwenkt so daß di Schleifspindelachse 29 automatisch verstellt werden kann. Zu diesem Zweck wird mit einer (nicht dargestellten) an sich bekannten Meßeinrichtung die Abweichung der Werkstückbohrung 6 von der Sollform, beispielsweise der Zylinderform, und vom gewünschten Sollmaß gemessen, wobei die Bohrung während des Schleifens oder in Arbeitspausen oder auch nach dem Schleifen vermessen werden kann. Die gemessenen Werte werden in geeigneter Weise einer (nicht dargestellten) elektronischen Auswerte- und Recheneinheit zugeführt, die die Servo- oder Schrittmotore 38 und 42 entsprechend ansteuert, welche über die Verstelleinrichtungen 33 bzw. 40 die Führungen 9 und 10 so lange nachstellen, bis das gewünschte Sollmaß erreicht ist. Dann gibt die Auswerteund Recheneinheit ein Signal, wodurch der Schleifvorgang beendet wird. Durch Vergleich der gemessenen Istwerte mit den vorgegebenen Sollwerten und eine entsprechende Regelung der Nachstellung der Führung 9 und/oder der Führung 10 kann so der Schleifvorgang automatisch ablaufen und beendet werden.
Ferner kann der Schleifablauf durch eine mittelbar die Schleifkraft messende Einrichtung automatisch gesteuert werden. Hierzu wird mittels eines geeigneten Meßwertgebers, im Ausführungsbeispiel mittels eines Dehnungsmeßstreifens 43, die durch die Auflagekraft des Schlittens 8 über die Stützrolle 17 hervorgerufene Durchbiegung des Tragarmes 15 gemessen. Diese Durchbiegung ist ein Maß für den Abnutzungsgrad des Werkzeuges 7. Der Dehnungsmeßstreifen 43 soll auf der Unterseite des Tragarmes 15 an der Stelle der größten Durchbiegung angeordnet sein, nämlich benachbart zu der Stützrolle 17. Die laufend gemessenen Werte werden einer an sich bekannten (nicht dargestellten) elektronischen Rechen-und Steuervorrichtung zugeführt. Die Meßwerte werden zur Berechnung der Nachstellung der Führungen 9 und 10 ausgewertet, die damit unter Berücksichtigung des Verschleißes des Werkzeuges 7 nachgestellt werden. Mit der Rechen- und Steuervorrichtung wird der Schleifvorgang so gesteuert, daß er optimal abläuft und Abrichtvorgänge am Schleifwerkzeug 7 weiter reduziert werden.