Die Erfindung betrifft eine Breitbandschleifmaschine mit einem Schleifband, das über eine Schleifwalze und eine lagegeregelte Spannwalze geführt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren.
Bei Breitbandschleifmaschinen wird das Schleifband über mindestens zwei Walzen gespannt. Hierbei dient eine der Walzen als Schleifwalze und die andere Walze als Spannwalze. Das Schleifband ist als Endlosband ausgeführt. Bei den verwendeten Längen- und Breitenverhältnissen ist es schwierig, über ballige Rollen ohne zusätzliche Steuerung das Band zu zentrieren. Erschwerend kommen noch Bandtoleranz und Dehnung hinzu.
Jeder dieser Effekte führt im Betrieb des Schleifbands dazu, dass das Schleifband auf den Walzen in Richtung der Drehachsen der Walzen wandern kann. Daher besteht die Notwendigkeit, die Position des Schleifbandes auf der Schleifwalze zu überwachen und der Bewegung des Schleifbandes in axialer Richtung der Schleifwalze aktiv entgegenzuwirken.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitbandschleifmaschine und ein Verfahren anzugeben, die bzw. das ein vorbestimmtes oszillierendes Schleifmuster auf dem Werkstück erzeugt.
Diese Aufgabe wird für eine Breitbandschleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In der Breitbandschleifmaschine nach der Erfindung wird das Schleifband über eine Schleifwalze und eine Spannwalze geführt. Die Spannwalze ist mittels eines Stellgliedes in ihrer Lage derart verstellbar, dass das Schleifband auf der Schleifwalze eine vorbestimmte Lage einnimmt. Zum Erfassen der Ist-Lage des Schleifbands auf der Schleifwalze wird die Position einer Kante des Schleifbandes mittels eines Lage-Detektors, z.B. einer Lichtschranke erfasst. Diese Lichtschranke umfasst eine Strahlquelle und einen Detektor. Mit der Lichtschranke wird die Kante des Schleifbandes in einem Schattenrissverfahren erfasst. Somit erzeugt der Detektor ein kontinuierliches analoges Ist-Signal, welches abhängig von der Lage des Schleifbandes in Bezug auf die Lichtschranke und somit auch in Bezug auf die Lage des Schleifbandes auf der Schleifwalze ist. Das analoge Ist-Signal ist einem Regler zugeführt, der das Stellglied kontinuierlich so ansteuert, dass durch Positionsänderung der Spannwalze das Schleifband auf der Schleifwalze eine vorbestimmte Lage einhält.
Gemäß der Erfindung erzeugt eine Steuerung ein oszillierendes Signal, das als Führungsgröße dem Regler zugeführt ist. Dieser Regler steuert das Stellglied so an, dass das Schleifband seine seitliche Lage in Bezug auf die Lichtschranke entsprechend dem zeitlichen Verlauf der Führungsgröße ändert. Demgemäß ergibt sich in Verbindung mit der Vorwärtsbewegung des Werkstücks unter der Schleifwalze ein durch die Führungsgröße definiertes Schleifmuster.
Die Steuerung kann als oszillierendes Signal beispielsweise ein sinusförmiges Signal, ein dreieckförmiges Signal, ein trapezförmiges Signal oder eine Überlagerung aus diesen Signalen erzeugen. Demgemäß ergeben sich als Schleifmuster entlang der Werkstückoberfläche ein sinusförmiges Muster, ein dreieckförmiges Muster, ein trapezförmiges Muster oder eine Überlagerung aus diesen Mustern. Zu beachten ist, dass im eingeschwungenen Zustand des Regelkreises auch die Störgrößen, z.B. ein zufälliges Auswandern der Bewegung des Schleifbandes, ausgeregelt werden und solche Störungen im Schleifmuster nicht mehr vorkommen.
Um ansprechende Schleifmuster zu erzeugen, kann das von der Steuerung erzeugte oszillierende Signal in seinem zeitlichen Verlauf Zeitabschnitte mit konstanter Signalhöhe enthalten. Diese äußern sich im Schleifmuster als Wegabschnitte mit konstanter Schleifstruktur.
Gemäß der Erfindung umfasst die Steuerung einen Funktionsgenerator zur Erzeugung periodischer und nicht periodischer Signale.
Auf diese Weise kann für die Führungsgröße eine Vielzahl von Signalformen bereitgestellt werden, welche zu einem breiten Spektrum an Schleifmustern führt.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, dass die Steuerung als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist. Eine solche Steuerung hat einen modularen Aufbau und ist in ihrer Anwendung von einer Bedienperson leicht einzustellen, so dass eine hohe Flexibilität bei der Auswahl eines gewünschten Schleifmusters gegeben ist.
Als Lage-Detektor kann neben der bereits erwähnten Gabellichtschranke ein optischer Reflexsensor, ein mechanischer Kontaktgeber, ein kapazitiver oder induktiver Sensor, ein Ultraschallsensor oder ein Druckluftsensor, der z.B. nach dem Düse-Prallplatte-Prinzip arbeitet, eingesetzt werden. Wesentlich ist, dass der jeweils verwendete Lage-Detektor die Bahnkante fortlaufend erfasst und ihre Lage in einem Signal, vorzugsweise analog, kontinuierlich abbildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stellglied pneumatisch und umfasst mindestens einen Balgzylinder, der gegen ein zurückstellendes Element arbeitet. Diese Balgzylinder weisen keinen slip-stick-Effekt auf, wodurch der Regelvorgang kontinuierlicher ist. Alternativ kann auch ein pneumatischer Muskel-Zylinder mit ähnlichem Funktionsverhalten eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Bandschleifmaschine ist die Rotationsachse der Spannwalze in mindestens einer Ebene verstellbar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Ebene parallel zu der zu schleifenden Werkstoffoberfläche gewählt ist. Dadurch kann das Stellglied besonders einfach aufgebaut werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Regler ein Proportionalregler. Dieser Proportionalregler ist besonders einfach aufgebaut und lässt sich leicht realisieren, z.B. in Form eines Magnetventils, welches den dem Stellglied zugeführten pneumatischen Druck einstellt.
In einer anderen Weiterbildung hat der Regelkreis zusätzlich ein integrales und/oder differentielles Verhalten. Dieses integrale Verhalten des Regelkreises verbessert die Regelung dahingehend, dass die für einen Proportionalregler typische dauerhafte Soll-Wert-Abweichung minimiert wird. Ein differentielles Verhalten erhöht die Regelgeschwindigkeit des Regelkreises.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannwalze mittels einer Turmwelle mittig abgestützt und um die Längsachse der Turmwelle verdrehbar ist. Eine kardanische Aufhängung wird erreicht, wenn die Spannwalze dabei so gelagert ist, dass sie um eine dritte Achse, die senkrecht zur Längsachse der Turmwelle ausgerichtet ist, pendeln kann. Durch diese Aufhängung kann die Spannwalze besonders einfach so ausgerichtet werden, dass ein Schleifband mit unterschiedlichen Umfangslängen die Spannwalze an jeder Stelle berührt. In einer anderen Weiterbildung der Breitbandschleifmaschine wird die Schleifwalze durch motorische Mittel angetrieben. Dies verbessert die Regelung dahingehend, dass die Masse des Antriebs nicht mit der Spannwalze vom Stellglied bewegt werden muss. Dadurch kann das Stellglied einfacher aufgebaut sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren, gemäß dem Anspruch 11, zum Erzeugen vorbestimmter Schleifmuster auf der Oberfläche eines Werkstücks angegeben. Die mit dem Verfahren erreichbaren technischen Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Einrichtung beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigen
Das Schleifband 12 ist ein Endlosschleifband mit einer Breite von bis zu ca. 3 Metern. Herstellungsbedingt ist ein derartiges Schleifband 12 nicht ganz gleichmäßig, d.h. der Umfang an der einen Bandkante unterscheidet sich üblicherweise vom Umfang an der anderen Bandkante. Daher neigt das Schleifband 12 im Schleifbetrieb dazu, zusätzlich zu der durch den Pfeil P1 angedeuteten Umlaufrichtung entlang einer Rotationsachse 20 der Schleifwalze 16 vorgegebenen Richtung auszuwandern. Die seitliche Bewegung in Richtung der Rotationsachse 20 ist eine Störgröße. Mit Hilfe des Regelkreises 10 wird die Lage des Schleifbandes 12 auf der Schleifwalze 16 überwacht und der Störbewegung aktiv entgegengewirkt.
Eine in
Dieses analoge Ist-Signal ist gemäß
Besonders vorteilhaft ist, wenn anstelle des Soll-Wert-Gebers 26 über eine Schalteinrichtung 29 der Eingang des Reglers 24 mit dem Ausgang einer Steuerung S verbunden ist, die als Führungsgröße w wahlweise oszillierende Signale dem Regler 24 zuführt. Beispielhaft sind als Signale ein sinusförmiges Signal, ein trapezförmiges Signal und ein dreiecksförmiges Signal für die Steuerung S dargestellt.
In einer allgemeinen Ausführungsform umfasst der Regler 24 ein Summierglied 28 sowie einen Proportionalregler 30. Dem Summierglied 28 werden Soll-Signal und Ist-Signal zugeführt. Die gebildete Regelabweichung zwischen Soll-Signal und Ist-Signal wird dem Proportionalregler 30 zugeführt, welcher ein entsprechendes Steuersignal erzeugt. Dieses beispielhafte pneumatische Signal kann das pneumatische Stellglied 32 verarbeiten.
Das Stellglied 32, das z.B. einen Balgzylinder umfasst, verändert die Lage einer Rotationsachse 34 der Spannwalze 14 dahingehend, dass das Schleifband 12 die durch das Soll-Signal vorbestimmte Soll-Position auf der Schleifwalze 16 einhält. Die Lageänderung der Rotationsachse 34 wird später in den
Wie aus
Die Turmwelle 46 stützt die Spannwalze 14 mittig und kann diese um die Drehachse 15 verschwenken. Wenn die Spannwalze 14 kardanisch mit der Turmwalze 46 verbunden ist (kardanische Aufhängung), so kann sie auch in einer dritten Achse senkrecht zur Drehachse 15 verschwenkt werden, wobei sie die Papierebene der
Die Spannwalze 14 ist in Richtung der Längsachse der Turmwelle 46 bewegbar, um unterschiedlich lange Schleifbänder 12 spannen zu können und das Auswechseln von Schleifbändern zu ermöglichen. Dabei richtet sich die Spannwalze 14 durch eine Bewegung um die dritte Achse so aus, dass das Schleifband 12 die Spannrolle 14 an jeder Stelle der Spannwalze 14 berührt.
Zum Erzeugen eines gewünschten Schleifmusters auf der Oberfläche des Werkstücks 18 wird der Regelkreis 10 (
Vorteilhaft ist es, wenn die Steuerung S einen vorzugsweise programmierbaren Funktionsgenerator umfasst, mit dessen Hilfe periodische und nicht periodische Signale erzeugt werden können. Beispielsweise kann das von der Steuerung erzeugte Signal in seinem zeitlichen Verlauf Zeitabschnitte mit kontanter Signalhöhe enthalten. Hierbei bewirkt der Regelkreis 10, dass ein konstantes Schleifmuster entlang eines Weges auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt wird. Auch eine Überlagerung verschiedener sinusförmiger Signale ist möglich, die entsprechend der Zusammensetzung von Fourier-Komponenten zu unterschiedlichen zeitlichen Verläufen der Führungsgröße w führen, wodurch für den Anwender ein breites Spektrum an Schleifmustern für Oberflächen von Werkstücken bereitgestellt wird.
Es ist auch möglich, dass ein Anwender für eine gewünschte Oberflächenstruktur ein Soll-Schleifmuster skizziert. Mit Hilfe der Steuerung S und des programmierbaren Funktionsgenerators kann dann ein Signalverlauf für das oszillierende Signal generiert werden, welches zu dem Soll-Schleifmuster gehört oder diesem möglichst nahe kommt. Dieser Signalverlauf wird dem Regler 24 als Führungsgröße w zugeführt, woraufhin die Bandschleifmaschine bei der schleifenden Bearbeitung dieses Soll-Schleifmuster erzeugt bzw. ein Muster erzeugt, welches diesem möglichst nahe kommt.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass mehrere Schleifmuster und die zugehörigen Signalverläufe für das oszillierende Signal in einem Speicher gespeichert werden. Ein Anwender kann dann aus diesen verschiedenen Schleifmustern eines auswählen. Die Steuerung S führt dann den zugehörigen Signalverlauf dem Regler 24 als Führungsgröße w zu und die so angesteuerte Breitbandschleifmaschine erzeugt das Schleifmuster auf der Oberfläche des Werkstücks.
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