Numerisch steuerbare Maschine zum Schleifen eines Werkstückes

Abstract

 Auf einem Gestell (1) sind ein längs der X-Achse verschiebbarer Längsschlitten (5) und ein längs der Y-Achse verschiebbarer Querschlitten (4) angeordnet. Der Querschlitten (4) wird durch einen Antriebsmotor (7) und der Längsschlitten (5) durch einen Antriebsmotor (9) angetrieben, welche Motoren von einer NC-Steuereinrichtung (39) gesteuert werden. Auf dem Längsschlitten (5) ist ein eine Werkzeugspindel aufweisender Werkstückspindelstock (34) befestigt. Die Werkstückspindel trägt Spannvorrichtungen zum Halten des zu bearbeitenden Werkstückes (30) und wird von einem Antriebsmotor (35) angetrieben. Auf dem Querschlitten (4) ist eine Kopiervorrichtung (12) befestigt. Sie umfasst einen Schablonenspindelstock (26), an dessen durch einen Antriebsmotor (15) angetriebene Schablonenspindel (13) eine Kopierschablone (14) aufgesetzt ist. Mittels einer Kopierrolle (21) wird die Kopierscheibe abgetastet und die Bewegung der Kopierrolle wird über eine Schiebestange (27) auf einen Schleifspindelkopf (18) übertragen. Eine auf dessen Schleifspindel (19) aufgesetzte Schleifscheibe (20) dient zum Bearbeiten des Werkstückes (30). Die oben beschriebene Maschine gestattet, den eigentlichen Bearbeitungsvorgang schnell durchzuführen, wobei eine grosse Bearbeitungsgenauigkeit erzielt wird. Ausserdem wird durch den Einsatz der Kopiervorrichtung (12) das Programm der NC-Steuereinrichtung (39) wesentlich vereinfacht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Die bekannten NC-Maschinen werden auch zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer Schleifscheibe eingesetzt. In diesem Fall wird ein Schleifspindelstock starr auf den Querschlitten der NC-Maschine befestigt, so dass die an einer in dem Schleifspindelstock gelagerten Schleifspindel aufgesetzte Schleifscheibe das Werkstück in Abhängigkeit der Bewegung des Querschlittens bearbeiten kann. Zum Bearbeiten von zylindrischen und zur Drehachse des Werkstückes konzentrischen Oberflächenbereiche werden mit einer solcherart ausgerüsteten NC-Maschine gute Resultate erzielt. Wenn jedoch am Werkstück nicht zylindrische und nicht koaxiale Flächenbereiche bearbeitet werden sollen, so ist die relative Bewegung der Schleifscheibe bezüglich dem Werkstück bedingt durch die NC-Steuerung relativ langsam, wodurch die Bearbeitungszeit eines entsprechenden Werkstückes unnötig lang wird.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine numerisch steuerbare Maschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sie zum Schleifen von Werkstücken aller Art benötigt werden kann, wobei die Bearbeitungszeit wesentlich geringer wird, als dies bisher der Fall war.

[0004] Die erfindungsgemässe numerisch steuerbare Maschine ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

[0005] Besondere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Maschine sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Maschine,

Fig. 2 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Fig. 1 in einem grösseren Massstab gezeichnet, wobei eine auf den Querschlitten der Maschine aufgesetzte Kopiereinrichtung deutlicher dargestellt ist,

Fig. 4 die Draufsicht auf die Kopiereinrichtung gemäss der Fig. 3 und

Fig. 5 die vereinfachte schematische Darstellung der Maschine gemäss den Fig. 1 und 2.

[0006] Die in der Fig. 1 gezeigte NC-Maschine besitzt ein Gestell 1, das durch Balgen 2 und 3 abgedeckte und deshalb nicht sichtbare Führungswangen für einen Querschlitten 4 und ebenfalls nicht sichtbare Führungswangen für einen Längsschlitten 5 trägt. Die Verschiebung des Querschlittens 4 in der durch einen Doppelpfeil 6 angegebenen Y-Achse erfolgt durch einen Antriebsmotor 7. Mittels einer Messanordnung 8 wird die Verschiebung des Querschlittens 4 überwacht. Der Längsschlitten 5 wird durch einen Antriebsmotor 9 in der nur in der Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 10 angegebenen X-Achse verschoben. In der Fig. 1 steht die X-Achse senkrecht zur Zeichenebene. Mittels einer weiteren Messanordnung 11 wird die Verschiebung des Längsschlittens 5 überwacht. Auf dem Querschlitten 4 ist eine Kopiereinrichtung 12 befestigt. In dieser ist eine Schablonenspindel 13 gelagert, die eine oder mehrere Kopierschablonen 14 trägt. Die Schablonenspindel 13 wird durch einen Antriebsmotor 15 angetrieben, welcher sich oberhalb der Kopiervorrichtung 12 befindet. Ein Kopierschlitten 16 ist längs einer starr mit der Kopiereinrichtung 12 oder dem Querschlitten 4 verbundenen Wangenführung 17 in der Y-Achse verschiebbar. Auf dem Kopierschlitten 16 ist ein Schleifkopf 18 befestigt, in welchem ein nicht dargestellter Motor zum Antreiben einer im Schleifkopf 18 gelagerten Schleifspindel 19 samt einer an dem einen Ende derselben aufgesetzten Schleifscheibe 20 angeordnet ist.

[0007] Die Kopiereinrichtung 12 umfasst weiter eine Kopierrolle 21, die in einem Kopierrollenträger 22 drehbar gelagert ist. Der Kopierrollenträger 22 ist an einem Ende einer Kolbenstange 23 eines Druckluftzylinders 24 angeordnet, der über eine Stütze 25 starr mit einem Schablonenspindelstock 26 der Kopiereinrichtung 12 verbunden ist. Der Druckluftzylinder 24 dient zum Anpressen der Kopierrolle 21 an die Schablone 14. Beim Drehen der Schablone 14 durch den Antriebsmotor 15 bewegt sich die Kopierrolle 21 parallel zur Y-Achse des Querschlittens 4. Diese Bewegung der Kopierrolle 21 wird über eine Schiebestange auf den Kopierschlitten 16 übertragen, weil das eine Ende der Schiebestange 27 mit dem Kopierschlitten 16 starr verbunden ist und im anderen Ende der Schiebestange 27 eine Welle 28 angeordnet ist, um die sich die Kopierrolle 21 drehen kann, wie dies in der Fig. 2 besser ersichtlich ist. In der Fig. 1 ist der linke Teil der Schiebestange 27 weggeschnitten, damit die Kopierschablone 14 und die Kopierrolle 21 besser erkennbar sind. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Welle 28, um welche die Kopierrolle 21 drehbar ist, die Kolbenstange eines Rollenverschiebezylinders 29 ist. Mit Hilfe des Rollenverschiebezylinders 29 kann die Kopierrolle 21 in achsialer Richtung verschoben werden, so dass sie bei Verwendung von zwei oder mehr Kopierschablonen 14 auf der einen oder anderen Kopierschablone abrollt. Die Bewegung der Kopierrolle 21 wird wie oben beschrieben über die Schiebestange 27 auf den Kopierschlitten 16, auf den Schleifkopf 18 und schliesslich auf die Schleifscheibe 20 übertragen, welche ein Werkstück 30 bearbeitet, das im fertig bearbeiteten Zustand die Form der Kopierschablone aufweist. Das Werkstück 30 ist um eine parallel zur X-Achse des Längsschlittens 5 verlaufende Drehachse 31 durch eine zweiteilige Spannvorrichtung 32, 33 drehbar gehalten. Der antriebsseitige Teil 32 der Spannvorrichtung ist drehbar in einem auf dem Längsschlitten 5 befestigten Werkstückspindelstock 34 gelagert und wird durch einen Antriebsmotor 35 synchron zur Schablonenspindel 13 angetrieben. Der andere Teil 33 der Spannvorrichtung ist an dem einen Ende einer Kolbenstange 36 eines Spannzylinders 37 drehbar angeordnet. Der Spannzylinder 37 befindet sich auf einem Reitstock 38, der während des Betriebes fest mit dem Längsschlitten 5 verbunden und zu Einstellzwecken längs des Längsschlittens 11 verstellbar ist, siehe Fig. 2.

[0008] Die Antriebsmotoren 7, 9, 15 und 35 sind vorzugsweise Gleichstrommotoren, könnten aber auch Schrittmotoren sein, und werden durch eine NC-Steuereinrichtung 39 gemäss einem in diese eingegebenen Programm gesteuert. Mittels einer nur in der Fig. 2 dargestellten Bedienungstafel 40 kann die Maschine in Betrieb gesetzt und der Betrieb überwacht werden. Die notwendigen, nicht dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen zwischen der Maschine und der NC-Steuereinrichtung 39 einerseits und zwischen der letzteren und der Bedienungstafel 40 andererseits sind in Bodenkanälen 41 verlegt. Jedem der Antriebsmotoren 7, 9, 15 und 35 ist je ein Tachometer 42, 43, 44 bzw. 45 für die Rückmeldung der Drehzahl der betreffenden Motoren zur NC-Steuereinrichtung 39 zugeordnet. Nebst den weiter oben schon genannten Messanordnungen 8 und 11 zur Rückmeldung der zurückgelegten Wege längs der Y- bzw. X-Achse sind noch weitere Messanordnungen 46 und 47 zum Gewährleisten des synchronen Drehens der Kopierschablone 14 und des Werkstückes 30 den Antriebsmotoren 15 bzw. 35 direkt zugeordnet.

[0009] Die Kopiereinrichtung 12 ist mit Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4, welche die Seitenansicht und die Draufsicht der Kopiereinrichtung zeigen, näher beschrieben. Die Kopierschablone 14 ist gegenüber der Darstellung gemäss den Fig. 1 und 2 um 80° gedreht gezeichnet und die Halterung des Kopierrollenträgers 22 sowie die Lagerung der Kopierrolle 21 sind deutlicher erkennbar. Der Kopierrollenträger 22 besitzt einen zylindrischen Ansatz 48, der in einem mit einer Lagerbüchse 49 versehenen zylindrischen Schiebelager 50 achsial verschiebbar gehalten ist. Der Ansatz 48 ist mit der Kolbenstange 23 des Druckluftzylinders 24 verbunden. Durch die gegabelten Enden des Kopierrollenträgers 22 erstreckt sich die abgesetzte Welle 28, die mit der Kolbenstange 51 des Rollenverschiebezylinders 29 verbunden ist. Am abgesetzten Teil der Welle 28 ist über Kugellager 52 die Kopierrolle 21 drehbar gelagert. Die Kopierrolle 21 besitzt einen mittleren Bund 53, welcher zum Abrollen auf der Oberfläche der Kopierscheibe 14 bestimmt ist. Wenn die Kopierrolle 21 durch den Verschiebezylinder 29 bezogen auf die Fig. 4 nach oben bewegt wird, so liegt der Bund 53 an einer Kopierschablone 14' an, die sich neben der Kopierschablone 14 befindet.

[0010] Das eine Ende der den Kopierrollenträger 22 mit dem Kopierschlitten 16 verbindenden Schiebestange 27 ist mit Schrauben 54 am Kopierrollenträger 22 befestigt und das andere Ende ist mit vier Schrauben 55 an einem aus dem Schleifkopf herausragenden Hebelarm 56 angeschraubt. Somit bewegt sich der Schleifkopf 18 und damit die Schleifscheibe 20 gleich wie die Kopierrolle 21. Dadurch wird erreicht, dass das bearbeitete Werkstück 30 die gleiche Form wie die Kopierschablone 14 aufweist.

[0011] Mit 57 ist eine Pressluftreguliervorrichtung bezeichnet, mit welcher der Druck im Druckluftzylinder 24 eingestellt und somit der Anpressdruck der Kopierrolle 21 an die Kopierschablone 14 reguliert werden kann. Die nicht dargestellten Stromzuführungsleitungen und Steuerleitungen sind in einem flexiblen Energiezuführkanal 58 angeordnet, der sich an einen Verteilkasten 59 anschliesst. Die Schleifscheibe 20 ist von einer Schutzhaube 60 umgeben und die Oberseite des Balges 3 ist zusätzlich mit einer flexiblen Schutzfolie 61 abgedeckt, um zu verhindern, dass sich zuviel Schleifstaub in den Falten des Balges 3 ansammelt.

[0012] Die Fig. 5 zeigt ein sehr vereinfachtes Prinzipschema der oben beschriebenen Maschine. Jene sehr vereinfacht dargestellten Teile, die den vorangehend beschriebenen Teilen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das in der Fig. 5 dargestellte Werkzeug 30' ist beispielsweise eine Nockenwelle. Zu jedem der Antriebsmotoren 7, 9, 15 und 35 führt, ausgehend von der NC-Steuereinrichtung 39, je eine Speiseleitung 62, 63, 64 bzw. 65 über je einen zugeordneten Treiberverstärker 66, 67, 68 bzw. 69. Zum Schleifen eines Werkstückes oder eines Teiles davon werden die Antriebsmotoren 15 und 35 auf die gleiche Weise gesteuert, damit die Kopierschablone 14 und das Werkstück 30' synchron zueinander gedreht werden. Die Zuführbewegung der Schleifscheibe 20 bis zur Stelle, an welcher das Schleifen beginnt, erfolgt durch den durch die NC-Steuereinrichtung 39 gesteuerten Antriebsmotor 7. Wie oben angeführt ist jedem der Antriebsmotoren ein Tachometer 42, 43, 44 bzw. 45 zugeordnet, die ihre von der Drehzahl der betreffenden Antriebsmotoren abhängigen Messwerte über je eine Meldeleitung 70, 71, 72 bzw. 73 der NC-Steuereinrichtung 39 übermitteln. Die von den Messanordnungen 8, 11, 46 und 47 erzeugten Signale gelangen über Meldeleitungen 74, 75, 76 bzw. 77 ebenfalls zur NC-Steuereinrichtung 39. Die letztere ist über ein Mehrfachkabel 78 mit der Bedienungstafel 40 verbunden.

[0013] Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Maschine ist wie folgt: das Verschieben des Werkstückes 30 bzw. 30' parallel zur X-Achse in eine gegenüber der Schleifscheibe 20 bestimmte Arbeitslage erfolgt durch den Antriebsmotor 9, wobei dieser durch die NC-Steuereinrichtung gesteuert wird. Danach wird die Schleifscheibe 20 mit Hilfe des Antriebsmotors 15 parallel zur Y-Achse in die Arbeitsausgangsstellung verbracht, wobei der Antriebsmotor 15 durch die NC-Steuereinrichtung 39 gesteuert wird. Von diesem Zeitpunkt an übernimmt die Kopiervorrichtung 12 die Steuerung der Schleifscheibe 20 und bewegt diese in Abhängigkeit der durch die Kopierschablone 14 der Abtastrolle 21 aufgezwungenen Bewegungen. Nach wenigstens einer Umdrehung des Werkstückes 30 bzw: 30' wird die Schleifscheibe 20 erneut durch den von der NC-Steuereinrichtung 39 gesteuerten Antriebsmotor 7 ein kleines Wegstück auf das Werkstück 30 bzw. 30' zu bewegt, damit die durch die Kopiereinrichtung 12 gesteuerte Schleifscheibe 20 während den nachfolgenden Umdrehungen des Werkstückes, einen dem genannten kleinen Wegstück entsprechenden Materialabtrag vornehmen kann. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Fertigmass erreicht ist. Gleichzeitig sorgt die NC-Steuereinrichtung 39 dafür, dass der die Kopierscheibe 14 antreibende Antriebsmotor 15 und der das Werkstück 30 bzw. 30' antreibende Antriebsmotor 35 synchron zueinander drehen, wodurch gewährleistet ist, dass das Werkstück die durch die Kopierscheibe vorbestimmte Form bekommt.

[0014] Wenn beispielsweise bei der Bearbeitung des in der Fig. 5 gezeigten Werkstückes 30' die erste Nocke fertig geschliffen ist, wird der Querschlitten 4 samt der darauf angeordneten Kopiereinrichtung 12 durch den Antriebsmotor 7 ein Stück weit längs der Y-Achse bewegt, so dass sich die Schleifscheibe 20 vom Werkstück 30' entfernt. Danach wird mittels des Antriebsmotors 9 der Längsschlitten 5 in der X-Achse so weit bewegt, bis sich die zweite noch unbearbeitete Nocke des Werkstükkes 30 in der Arbeitsstellung gegenüber der Schleifscheibe 20 befindet. Weil die zweite Nocke die gleiche Form wie die erste erhalten soll, aber gegenüber dieser um einen bestimmten Winkel verdreht ist, wird entweder nur der Antriebsmotor 15 für die Kopierschablone 14 oder nur der Antriebsmotor 35 für das Werkstück 30' durch die NC-Steuervorrichtung 39 so gesteuert, dass entweder die Kopierschablone 14 oder das Werkstück 30' um den genannten bestimmten Winkel gedreht wird. Danach wir die Schleifscheibe 20 mittels des Antriebsmotors 7 in ihre Ausgangsstellung verbracht und von diesem Zeitpunkt an übernimmt wieder die Kopiereinrichtung 12 die Steuerung der Schleifscheibe 20, bis die zweite Nocke fertig bearbeitet ist. Während dieser Zeit werden die Antriebsmotoren 15 und 35 für die Drehung der Kopierschablone 14 bzw. des Werkstückes 30' synchron angetrieben.

[0015] Das Abtasten der Kopierscheiben kann anstelle mit der Abtastrolle 21 auch mittels eines Induktivabtasters erfolgen, wobei jedoch darauf geachtet werden muss, dass keine Schwingungen auftreten.

[0016] Die Vorteile der oben beschriebenen Maschine sind, dass das mechanische Kopieren relativ grosse Bahngeschwindigkeiten, d.h. grosse Drehgeschwindigkeiten der Werkstücke erlaubt, dass durch das mechanische Kopieren eine sehr gute Nachformgenauigkeit erreicht wird, dass das geradlinige Verschieben des Werkstückes und das geradlinige Zuführen der Schleifscheibe mit der der NC-Steuerung eigenen grossen Geschwindigkeit erfolgt und dass das Programm für die NC-Steuereinrichtung wesentlich vereinfacht wird, weil der eigentliche Bearbeitungsvorgang durch die Kopiereinrichtung gesteuert wird.

[0017] Wenn der Kopierschlitten 16 mittels einer nicht dargestellten Arretiervorrichtung gegenüber dem Querschlitten 4 blockiert wird, kann die oben beschriebene Maschine als normale NC-gesteuerte Maschine verwendet werden.

Ansprüche

1. Numerisch steuerbare Maschine zum Schleifen eines Werkstückes, mit einem Gestell (1), auf dem ein in der X-Achse verschiebbarer Längsschlitten (5) mit einem Werkstückspindelstock (34) und ein in der Y-Achse verschiebbarer Querschlitten (4) mit einer Schleifspindel (19) angeordnet sind, wobei auf die Schleifspindel eine Schleifscheibe (20) aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Querschlitten (4) eine Kopiereinrichtung (12) mit einem Kopierschlitten (16) angeordnet ist, welcher in der genannten Y-Achse verschiebbar ist, und dass auf dem Kopierschlitten ein die Schleifspindel tragender Schleifkopf (18) angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, mit einem ersten Antriebsmotor (9) zum Verschieben des Längsschlittens, einem zweiten Antriebsmotor (7) zum Verschieben des Querschlittens, einem dritten Antriebsmotor (35) zum Drehen des Werkstückes um eine parallel zur X-Achse verlaufende Drehachse (31), und eine NC-Steuereinrichtung (39) zum Steuern der genannten drei Antriebsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopiereinrichtung (12) einen Schablonenspindelstock (26) mit einer Schablonenspindel (13), einen Antriebsmotor (15) zum Drehen der Schablonenspindel und wenigstens einer an dieser befestigten Kopierschablone (14) und eine die Umfangsfläche der Kopierschablone abtastende Vorrichtung (21, 22, 23, 24) aufweist, und dass die genannte Vorrichtung über Mittel (27, 56) zum Uebertragen der Bewegungen der genannten Vorrichtung auf den Schleifkopf (18) mit diesem verbunden ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die NC-Steuereinrichtung so programmiert ist, dass sie während dem Schleifen des Werkstückes den Antriebsmotor (15) für die Schablonenspindel und den Antriebsmotor (35) für die Werkstückspindel derart steuert, dass die genannten Spindeln synchron zueinander drehen.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung eine Kopierrolle (21), einen Kopierrollenträger (22) und einen Druckluftzylinder (24) zum Anpressen der Kopierrolle an die Kopierschablone umfasst.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in achsialer Richtung mehrere nebeneinander angeordnete Kopierschablonen (14) auf der Schablonenspindel (13) angeordnet sind, dass die Kopierrolle (21) zum Zusammenwirken mit nur einer der Kopierschablonen in achsialer Richtung verschiebbar im Kopierrollenträger gelagert ist und dass ein Rollenverschiebezylinder (29) zum Verschieben der Kopierrolle vorhanden ist.

6. Verfahren zum Betrieb der Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Kopierschablone (14) und die Drehung sowie die achsiale Verschiebung des Werkstückes (30; 30') durch die NC-Steuereinrichtung (39) gesteuert wird, dass die Zustellung der Schleifscheibe (20) während des Schleifvorganges bis auf das Fertigmass durch den von der NC-Steuereinrichtung gesteuerten, den Querschlitten (4) bewegenden Antriebsmotor (7) ausgeführt wird und dass zum Bearbeiten des Werkstückes zur Formgebung die Schleifscheibe (20) durch die Kopiereinrichtung (12) gesteuert wird.

Zeichnung