Numerisch gesteuertes Abrichten von Profilschleifscheiben PDF
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FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTF ALEN Nr. 3016 / Fachgruppe Maschinenbau/Verfahrenstechnik Herausgegeben vom Minister für Wissenschaft und Forschung Prof. Dr. -lng. Manfred Weck Dr. -log. Heinz-Ulrich Gogrewe Dipl. -lng. Dietmar Ernst Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Numerisch gesteuertes Abrichten von Profilschleifscheiben Westdeutscher Verlag 1981 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Weck, Manfred: Numerisch gesteuertes Abrichten von Profil schleifscheiben / Manfred Weck j Heinz-Ulrich Gogrewe j Dietmar Ernst. - Opladen : West deutscher Verlag, 1981. (Forschungs berichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 3016 : Fachgruppe Maschi nenbau/Verfahrenstechnik) ISBN-'3: 97&-3-531-030,6-6 e-ISBN-'3: 97&-3-322-1l?6~-0 DOI: '°.'°07/978-3-322-87669-0 NE: Gogrewe, Heinz-Ulrich:; Ernst, Dietmar: j Nordrhein-Westfalen: Forschungsberichte des Landes ... © 1981 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag ISBN-13: 978-3-531-°3016-6 - III - Inhalt 1. EINLEITUNG 2. KONVENTIONELLES UND NUMERISCH GESTEUERTES ABRICHTEN 3. KONZEPTION DES ABRICHTGERÄTES 5 3.1 Zu berücksichtigende Abrichtprofile 5 3.2 Abrichtmechanik 5 3.2.1 Anzahl der zu steuernden Achsen 5 3.2.2 Lage der Abrichtachsen und Festlegung der Verfahrwege 5 3.2.3 Erforderliche Wegauflösung für die Abricht achsen 7 3.2.4 Auswahl der Antriebe 10 4. AUFBAU DES NUMERISCH GESTEUERTEN ABRICHTSYSTEMS 12 4.1 Minirechner-Ebene 12 4.2 Mikrorechner-Ebene 14 4.3 Stellebene 16 5. STEUERDATENVERARBEITUNG 17 5.1 Auswahl des Interpolationsverfahrens 17 5.1 .1 Ein- und zweistufige Interpolations verfahren 17 5.1. 2 Das Geradenspeicherverfahren 20 5.2 Durchführung der Feininterpolation 23 5.3 Prinzip der digitalen Glättung 26 5.4 Abschätzung der interpolationsbedingten Bahnfehler 30 - IV - 6. GENERIERUNG DER PROBLEMSPEZIFISCHEN NC-SÄTZE 35 6.1 Softwarestruktur 36 6.2 Generierung der werkstückspezifischen Schleifscheibendaten 37 6.2.1 Profileingabe 39 6.2.2 Bestimmung der Ausgangsdaten zur punkt weisen Beschreibung des Schleifscheiben profils 41 6.2.2.1 Rechenschritte bei gegebenen Werkstück- daten 41 6.2.2.2 Rechenschritte bei gegebenen rlerkzeug daten 46 6.2.3 Punktweise Beschreibung des Schleif scheibenprof ils 46 6.2.3.1 Profilbeschreibung auf der Basis werk- stückbezogener Vorgabedaten 46 6.2.3.2 Profilbeschreibung auf der Basis werk zeugbezogener Vorgabedaten 48 6.2.4 Einfluß des Schleifscheibendurchmessers auf das Werkstückprofil 48 6.3 Bestimmung der Verfahrdaten für die Bahnsteuerung 49 6.3.1 stützpunktauswahl für die Bahn des Abricht diamanten (Grobinterpolation) 51 6.3.2 Berechnung der Verfahrwege und Schwenk winkel für die Abrichtachsen aus den Pro fildaten 52 6.3.3 Berechnung der Geschwindigkeitsinforma tionen und Definition satzspezifischer Kenngrößen 53 7. KOMMUNIKATION ZWISCHEN MINI- UND MIKRO RECHNER 59 - v - 8. KOPPLUNG ZWISCHEN ABRICHT- UND SCHLEIF MASCHINENSTEUERUNG 60 9. DURCHFUHRUNG VON ABRICHT- UND SCHLEIF VERSUCHEN 61 10. FEHLERURSACHEN UND KORREKTURMöGLICHKEITEN 66 10.1 Diamantverschleiß 67 10.2 Meßpunktdichte 69 10.3 Einfluß der Bahngeschwindigkeit des Abricht diamanten auf die Oberflächenqualität 71 11. MöGLICHKEITEN ZUR WEITEREN STEIGERUNG DER WERKSTUCKQUALITÄT SOWIE ZUR ERHÖHUNG VON SYSTEMSICHERHEIT UND WIRTSCHAFTLICHKEIT 73 11. 1 Erfassung der Diamantgeometrie 73 11.2 Erfassung der Schleifscheibenlage im Arbeitsraum und Festlegung von Kollisions bereichen 76 11.3 Automatisches Messen der Werkstückgeometrie und Rückführung der Meßdaten in den Abrichtprozeß 80 12. EINSATZGEBIETE FÜR DAS NUMERISCH GESTEUERTE ABRICHTEN VON PROFILSCHLEIFSCHEIBEN 82 13. ZUSAMMENFASSUNG 83 14. LITERATURVERZEICHNIS 85 - VI - Formelzeichen und Abkürzungen Kleinbuchstaben Frequenz Systemfrequenz Eingangsfrequenz Ausgabefrequenz (Ansteuerfrequenz) Profilfehler an der Schleifscheibe Motordrehzahl Schneckenradius Weg Verfahrwege in x- bzw. y-Richtung resultierender Bahnfehler aufgrund der begrenzten Wegauflösung in x- und y-Richtung Bahngeschwindigkeit Wegauflösung in x-Richtung Wegauflösung in y-Richtung Großbuchstaben CNC computer Numerical Control DDA Digital Differntial Analyser DDS Digitaler Differenzen Summator DNC Direct Numerical Control FB Bahnabweichung FN Soll/Istabweichung in Normalenrichtung KAP Zählerkapazität Ki Konstante M Zählerwert MM Antriebsmoment des Motors Ne Numerical Control allg. Schrittzahl berechnete Profilpunkte auf der Schleifscheibe Kopfabrundungsradius ~ S Schrittweite T Interpolationsdauer - VII - Griechische Buchstaben Profilwinkel im Achsschnitt Profilwinkel an der Schleifscheibe Grundsteigungswinkel allg. Frequenzstufung Zeitkonstante Schwenkwinkel des Abrichtdiamanten Neigungswinkel - 1 - 1 • EINLEITUNG Bei den Schleifmaschinensteuerungen ist seit geraumer Zeit ein Trend zu hochautomatisierten, numerisch gesteuerten Systemen zu verzeichnen. Einige dieser Steuerungssysteme übernehmen da bei neben der eigentlichen Schleifscheibensteuerung (Scheiben zustellung und -Drehzahl) auch die Erfassung und Verarbeitung technologischer Meßdaten /1-5/. Die Berücksichtigung derarti ger Daten ist für die Erzielung hoher Oberflächengüten und hoher Formgenauigkeit unerläßlich. In gleichem Maße wie durch den eigentlichen Schleifprozeß wird die erreichbare werkstückqualität entscheidend durch den Ab richtprozeß bestimmt. Im Gegensatz zu komfortablen Maschinen steuerungen für die Bearbeitungsaufgaben sind für das numerisch gesteuerte, flexible Abrichten von Profilschleifscheiben keine entsprechenden Steuerungssysteme im Einsatz. Die Integration solcher Systeme in die Schleifmaschinengesamt konzeption ist nicht nur im Hinblick auf die ständig wachsenden Qualitätsanforderungen, sondern auch für die wirtschaftliche Fertigung kleiner und mittlerer Losgrößen anzustreben. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeiten war es, ein Verfahrens prinzip zu entwickeln, das ein universelles, wirtschaftliches und genaues Abrichten von Profilschleifscheiben ermöglicht. Das Abrichtsystem wurde hier als Beispiel für den Einsatz an einer Universalschneckenschleifmaschine (HSS 350 der Fa. Klingeln berg) entwickelt und getestet. 2. KONVENTIONELLES UND NC-GESTEUERTES ABRICHTEN Das abzurichtende Schleifscheibenprofil für ein bestimmtes Schneckenprofil ist theoretisch errechenbar. Es hängt in erster Linie von den Parametern Schleifscheibendurchmesser, Steigungswinkel der Schnecke und gewünschter Profilform (unter Berücksichtigung gezielter Profilkorrekturen) ab. - 2 - Bei konventionellen Abrichtverfahren für Profilschleifscheiben wird das erforderliche Schleifscheibenprofil durch einen oder mehrere Diamanten erzeugt, wobei die Bahn des oder der Diaman ten durch mechanische Informationsträger (Rollbogengeräte, Lenkergetriebe, Kurvenscheiben, Schablonen, Profilkörper) vorgegeben ist /6/. Hauptprobleme bei diesen Abrichtgeräten sind La.: - erreichbare Genauigkeit - Einstell- und Justieraufwand - Durchführung gezielter Korrekturen. In Bild 1 ist beispielsweise das Abrichtgerät einer Universal Schneckenschleifmaschine dargestellt /7/. 2 3 4 5 6 A 7 18 17 8 16 9 J5 14 13 J2 11 10 2 8 C 2 3 3 4 4 13 5 5 J2 6 7 6 11 10 9 8 IJ 10 9 8 7 Bild 1 : Abrichten von Profilschleifscheiben mit Hilfe von Profilkörpern und Abtastrollen - 3 - Das Profilabrichtgerät ist mit zwei einstellbaren Trägern (A 7 und A 18) für die Profilkörper (A 9 und A 16) ausgerüstet. Damit können beide Schleifscheibenseiten unabhängig voneinander abgerichtet bzw. korrigiert werden. Die Profilkörper werden mit Rollen ( A 3 und A 10) abgefahren und die Konturen auf die Seitendiamanten ( C 7 und C 8) übertragen. Für das Gewindeschleifen und das Schleifen von Schnecken mit ZK-Profil werden geradlinige Körper eingesetzt und auf den entsprechenden Eingriffswinkel eingestellt. Für Schnecken mit ZI-Profil sind konvexe und für Schnecken mit ZN- oder ZA-Profil konkave Profilkörper erforderlich. Diese genormten Flankenformen erfordern außer der Einstellung der Profilkörper auf den Eingriffswinkel auch noch eine Höhenver lagerung für die Profilmitteneinstellung und eine Schwenkung aus der vertikalen Lage für die Erzeugungswinkeleinstellung /8/. Das Einstellen der Profilkörper geschieht anhand vorgegebener Einstellwerte über Endmaße. Schon zum Abrichten von Profilschleifscheiben zum Schleifen von Normprofilen i'st also ein erheblicher Aufwand erforderlich, da für jedes Profil spezielle Profilkörper und Einstelldaten be nötigt werden. Bild 2 zeigt den Arbeitsraum der gleichen Schleifmaschine mit dem NC-Abrichtgerät. Das Abrichten erfolgt hier mit nur einem Diamanten, dessen Spitze über zwei Schrittmotoren im Schleif scheibenachsschnitt entlang der abzurichtenden Kontur gesteuert wird (x- und y-Achse). Ein dritter Schrittmotor stellt den Dia manten während des Abrichtvorganges' jeweils senkrecht zum Schleifscheibenachsschnittprofil ( P-Achse) . Durch die Änderung entsprechender NC-Datensätze können zur Kompensation von Schleiffehlern, die durch technologische und maschinenbedingte Einflußgrößen entstehen, gezielte Korrekturen vorgenommen werden. Damit entfällt das insbesondere bei Sonder profilen schwierige Nachjustieren, bzw. Korrigieren und Nach arbeiten werkstückspezifischer Abrichtschablonen.
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