DE3247601A1

DE3247601A1 - Profilformungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3247601A1
Application number: DE19823247601
Authority: DE
Inventors: Allan John Whittlesey Cambridge Fisher
Original assignee: Newall Engineering Co Ltd
Current assignee: Newall Engineering Co Ltd
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1983-12-22
Also published as: ES269340Y; DE3247601C2; FR2537032B1; ES269340U; US4501093A; JPH0226609Y2; FR2537032A1; JPS62127754U; GB2124113B; GB2124113A; JPS58223558A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Profilen und ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Nockenprofilen anwendbar.

Beispiele für Vorrichtungen zum spanabhebenden Bearbeiten von Nockenprofilen sind Schleifmaschinen, in denen ein Arbeitstisch einen motorisch angetriebenen Kopiernocken und einen mit diesem Kopiernocken axial gefluchteten zu fertigenden Werkstücknocken trägt, der mit dem Kopiernocken zur gemeinsamen Drehung verbunden ist. Der Arbeitstisch ist

angeordnet, daß er um eine zur Rotationsachse des Kopiernockens parallele Achse schwenkt. Eine Schleifscheibe wird um eine zur Rotationsachse des Kopiernockens und des Werkstücknockens parallele Achse gedreht, um auf eine Oberfläche des Werkstücknockens einzuwirken, und ein Nokkenstößel ist mit seiner Oberfläche in fester Beziehung zur Oberfläche der Schleifscheibe so angebracht, daß er mit dem Kopiernocken in Kontakt ist. Normalerweise ist der Abstand zwischen der Schwenkachse des Arbeitstisches und dem Umfang des Nockenstößels so angeordnet, daß, wenn der Kopiernocken den Nockenstößel an der Stelle des geringsten Hubs der Kopiernockenform, das ist am Grundkreis, berührt, die Rotationsachse des Kopiernockens in der Ebene liegt, die die Rotationsachse der Schleifscheibe und den Berührungspunkt zwischen dem Nockenstößel und dem Kopiernocken enthält. Der hin- und herschwenkbare Arbeitstisch ist so vorbelastet, daß er den Kopiernocken mit dem Nokkenstößel erfaßt, und das Schleifprofil an dem Werkstücknocken wird durch die Hin- und Herbewegung des Arbeitstischeserzeugt, während der Kopiernocken in Kontakt mit dem Nockenstößel gedreht wird. Das Profil des geschliffe-

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nen Nockens steht mit demjenigen des Kopiernockens durch die folgenden Beziehungen des erzeugenden Mechanismus in Verbindung:

Erstens, der Abstand zwischen der Rotationsachse des Kopiernockens und der Schwenkachse des Arbeitstisches; zweitens, der Abstand zwischen den Mittenabständen des Nockenstößels und der Schleifscheibe zur Schwenkachse; drittens, das Verhältnis zwischen den Radien des Nockenstößeis und der Schleifscheibe.

Die vorstehend beschriebene Nockenschleifvorrichtung hat die folgenden Mängel:

1) Das geschliffene Nockenprofil ändert sich, wenn sich der Radius der Schleifscheibe ändert;

2) es sind eine oder mehrere Kopiernockenformen für jeden Werkstücknocken, der an dem Werkstück geschliffen werden soll, erforderlich;

3) der Nockenstößel muß auf die korrekte Nockenform an der Kopiernockenbank neu eingestellt werden, wenn der Arbeitstisch zu dem nächsten Nocken an dem Nockenwerkstück in seitliche Richtung weiterbewegt wird;

4) jede Nockenform wird von einem anderen Kopiernocken erzeugt. Das bedeutet, daß auch wenn das Werkstück Gruppen von identischen Formen (z. B. Eingangs--und Ausgangsnocken) hat, jeder einzelne Nocken von einem anderen Kopiernocken geschliffen wird;

5) die Nockenhubdaten sind in der Form von Maschinenkopiernocken als fester Bestandteil an der Kopierbank angebracht. Sie sind daher erstens schwierig zu modifizieren,

zweitens anfällig für Beschädigung und Verschleiß, drittens teuer in der Produktion und viertens teuer in der Wartung und Reparatur.

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6) Die Kopiernockenformen müssen auf einer Maschine hergestellt werden, die die gleiche Geometrie hat wie die Maschine, auf der sie verwendet werden sollen;

7) zwar können die Kopiernockenbänke ausgetauscht werden,

um unterschiedliche Werkstücknockenwellen auf der gleichen Maschine schleifen zu können, doch ist ein solcher Werkzeugaustausch zeitraubend und beschränkt die Flexibilität der Maschine in hohem Maß;

8) es ist faktisch unmöglich, die Phasenbeziehungen zwisehen den einzelnen Nocken auf der Kopiernockenbank zu modifizieren. Solche Veränderungen erfordern unbedingt eine neue Kopiernockenbank;

9) der Antriebsmotor muß sowohl die Kopiernockenbank als auch die zu bearbeitende Nockenwelle drehen und außerj dem noch die Kraft liefern, um den Arbeitstisch gegen die Wirkung des Vorspannelements festzuhalten, während der Kopiernocken über den Nockenfolger läuft. Der Motor muß sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen können, um eine praktisch konstante Abschleifgeschwindigkeit zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück vorzusehen, und muß zugleich mit großen Drehmomentschwankungen fertig werden, um den Arbeitstisch hin- und hergehen zu lassen. Das letztgenannte Erfordernis ist besonders wichtig, weil hohe Anpreßdrücke zwischen dem Kopiernocken und dem Nockenstößel notwendig sind, um den normalen Schleifkräften standzuhalten;

10) die Einstellwerte der Maschine müssen bei der Herstellung und Montage sehr genau eingehalten werden, damit die Kopiernocken ersetzt oder ausgetauscht werden können. Kleine Abweichungen in der Geometrie des erzeugenden Mechanismus zwischen der Maschine, auf der der Kopiernocken hergestellt wurde, und der Maschine, auf der er verwendet werden soll, verursachen bedeutende Fehler in den Formen des geschliffenen Werk-Stücknockens.

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Neuere Entwicklungen in der Computertechnologie machen es möglich, Nockenformen von Kopiernockendaten zu erzeugen, die in einem Computerspeicher gespeichert sind. Dadurch wird ein maschinell hergestellter Kopiernocken überflüssig und die Schwierigkeiten, die aus der Verwendung der Kopiernockenbank entspringen und oben geschildert wurden, entfallen. Derzeitige Verwendungen von Computern für Schleifmaschinen beschränken sich auf herkömmliche Schleifmaschinen, die durch den Computer derart steuerbar sind, daß die Bewegung des Schleifscheibenkopfs mit der Drehung des Werkstücks synchronisiert ist, womit nicht-kreisrunde Profile geschliffen werden können. Der Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und die lineare Verschiebung und Geschwindigkeit des Schleifscheibenkopfs erhält man mit Hilfe von Servomechanismen unter der Steuerung eines Mikroprozessors. Wegen der hohen Geschwindigkeit und Beschleunigung, die während der Nockenerzeugung erforderlich sind, und den beteiligten großen Massen und Trägheitskräften (d. i. der Schleifscheibenkopf und die Vorschubspindel) wird die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks durch das Ansprechen der Steuersysteme beschränkt (die lineare Beschleunigung des Schleifscheibenkopfs ist proportional zum Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks). Derartige Systeme enthalten die Komplikation, daß der Schleifvorschub und die Schleifgeschwindigkeiten der Nockenerzeugungsbewegung überlagert werden müssen.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Formen von Profilen vor, die eine Einrichtung zum drehbaren Haltern eines Werkstücks, während an ihm ein Profil geformt wird, aufweist, sowie einen Antrieb zum Drehen des Werkstücks mit einer von einem vorgegebenen Programm bestimmten Geschwindigkeit, ein rotierendes Maschinenwerkzeug zum Abtragen von Material von einem Teil des in der Einrichtung gehalterten Werkstücks, wobei das Maschinenwerkzeug um

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eine zur Drehachse des Werkstücks parallele Achse drehbar ist/ ferner ein Vorrichtungsteil zum Abstützen der Aufspanneinrichtung für eine hin- und hergehende Bewegung um eine zur Drehachse des Werkstücks parallele Achse, eine Einrichtung zum Vorschieben der Schleifscheibe mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit um eine vorgegebene Strecke, um eine erforderliche Materialmenge von dem Werkstück abzutragen, und ein umkehrbares Antriebsorgan zum Hin- und Herschwenken der Aufspanneinrichtung nach Maßgabe des vorgegebenen Programms, um die Abmessungen und die Form der an dem Werkstück durch das Maschinenwerkzeug herauszuarbeitenden Profile zu bestimmen.

Diese Anordnung trennt wirksam die Steuerfunktion für die Nockenerzeugung von der Steuerfunktion für den Vorschub der Schleifscheibe und macht es möglich, die Trägheit desjenigen Teils der Vorrichtung, der sich bewegt, um die Form des an dem Werkstück zu bearbeitenden Profils zu verändern, auf ein Minimum herabzusetzen und dadurch den Mechanismus zu befähigen, ein rasches Ansprechvermögen auf von dem Programm diktierte Änderungen zu haben.

Die vorgegebenen Programme zum Steuern des Antriebsmotors für das Werkstück und des umkehrbaren Antriebsorgans zum Hin- und Herschwenken des Arbeitstisches können in einem Mikroprozessorsystem enthalten sein, das mit dem Antriebsmotor und dem umkehrbaren Antriebsorgan verbunden ist, um deren Funktion zu steuern.

Die Mikroprozessoreinheit kann einen Speicher enthalten, der eine erste Datengruppe zum Speichern der Polarkoordinateninformation für jede zu erzeugende Form und eine zweite Datengruppe für die Konstanten der Vorrichtung hat, die sich auf die erzeugte Geometrie der Vorrichtung beziehen, sowie eine dritte Datengruppe für eine Informa-

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tion bezüglich der Werkstückgeschwindigkeit und für die Profilwahl aus den in der ersten Datengruppe gespeicherten Profilen.

Im einzelnen kann die Mikroprozessoreinheit über eine Steuereinheit mit dem Antriebsmotor des Werkstücks und mit dem umkehrbaren Antriebsorgan für den Arbeitstisch verbunden sein, wobei die Steuerung für das Antriebsorgan des Arbeitstisches eine Geschwindigkeitssteuerung für das umkehrbare Antriebsorgan umfaßt, die Geschwindigkeits/ Positionssignale der erforderlichen Geschwindigkeit und Position von dem Mikroprozessor empfängt und die tatsächliche Position des Antriebsorgans feststellt, um dem Antriebsorgan die passende Geschwindigkeit zu befehlen, sowie Mittel zum Steuern der Geschwindigkeit des Werkstück-Antriebsorgans nach Maßgabe der von dem Mikroprozessor empfangenen Positions- und Geschwindigkeitssignale und der tatsächlichen Position des Werkstücks, um, dem Antriebsmotor die geeignete Geschwindigkeit zu befehlen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schleifmaschine zum Schleifen von Nockenwellen für Kraftfahrzeuge;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Endteils

der Schleifmaschine der Fig. 1; 30

Fig. 3 eine Endansicht der Schleifmaschine;

Fig. 4 eine Ansicht, gesehen in Richtung des Pfeils 4

in Fig. 3;
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Fig. 5 ein Schema eines Steuersystems für die Schleifmaschine.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Maschine zum Schleifen von Nockenwellen für Kraftfahrzeuge dargestellt. Die Maschine umfaßt einen Maschinensockel 5, auf dem ein unterer Tisch 10 montiert ist. Der Maschinensockel hat eine horizontale ebene Auflagefläche 6, die sich nahe der Vorderseite des Sockels in dessen Längsrichtung erstreckt, und eine V-fÖrmige Führungsbahn 7, die sich nahe der Rückseite des Sokkels in dessen Längsrichtung erstreckt. Der Tisch 10 hat an seiner Rückseite ein nach unten ragendes, im Schnitt V-förmiges Gleitstück 11, das in der Führungsbahn 7 läuft, und eine nach unten gerichtete ebene Auflagefläche 12, die auf der Auflagefläche 6 am Sockel aufsitzt. Auf diese Weise ist der Tisch für eine lineare Gleitbewegung entlang dem Sockel gehaltert. Eine Spindel ist am Sockel 5 auf der Mittellinie 8 zwischen der Auflagefläche 6 und der Führungsbahn 7 angebracht. Die Spindel wird von einem Gleichstrom-Servomotor (nicht dargestellt) angetrieben und ist im Eingriff mit einer ebenfalls nicht gezeigten Mutter am Tisch 10 befestigt. Der Gleichstrom-Servomotor hat eine nicht dargestellte Lage- und Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, die mit einem Mikroprozessor verbunden ist, der die Bewegung des Tisches entlang dem Sockel steuert und dadurch verschiedene Teile an einem Werkstück, "das auf dem Tisch gehaltert ist, zum Schleifen an einer bei 9 angedeuteten Schleifstation in Stellung bringt. Der Mikroprozessor, der im weiteren als der den Zyklus steuernde Mikroprozessor erwähnt ist, steuert noch andere Funktionen der Maschine, die später beschrieben werden, und arbeitet mit zwei weiteren Mikroprozessoren zusammen, um die Nockenherstellungsfunktion der Maschine zu steuern unter der Steuerung durch ein programmiertes logisches Steuergerät zum Steuern der Gesamtfunktion der Maschine. An der Schleif-

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station ist eine übliche Schleifscheibe 13 mit großem Durchmesser auf der Rückseite des Sockels derart angebracht, daß sie sich um eine Achse 14 dreht, die sich genau parallel zur Bewegungsrichtung des Tisches 10 auf dem Sockel erstreckt, um an einem auf dem Tisch gehalterten Werkstück tätig zu werden. Die Funktion der Schleifscheibe wird noch genauer beschrieben.

Der Tisch hat an gegenüberliegenden Seiten zwei hochstehende Lagerböcke 15, in denen nicht gezeigte koaxiale Lager angebracht sind. Ein hir- und herpendelnder Arbeitstisch 16 erstreckt sich in Längsrichtung des unteren Tisches zwischen den Lagerböcken 15 und ist mit vorstehenden Stummelachsen 17 versehen, die in den in a^c, Lagerbocken liegenden Lagern aufgenommen sind, um den Arbeitstisch für eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um eine Achse 17a zu haltern, die parallel zur Achse 14 der Schleifscheibe in Bewegungsrichtung des unteren Tisches 10 verläuft. Der Arbeitstisch 16 trägt an seinem einen Ende einen Aufspannkopf 18 mit einer Arbeitswelle 19 (siehe Fig. 1), die eine Spannpatrone 20 zur Aufnahme und Halterung eines Endes einer Nockenwelle 21 für Kraftfahrzeuge hat, an der in Abständen Nockenelemente 22, die geschliffen werden sollen, angebracht sind. Der Aufspannkopf 18 enthält auch noch einen Gleichstrom-Servomotor mit regelbarer Drehzahl, der zum Drehen der Arbeitswelle mit einer von dem Steuersystem diktierten Geschwindigkeit dient, wie noch beschrieben wird. Auf der zur Arbeitswelle entgegengesetzten· Seite steht vom Aufspannkopf 18 eine Lage- und Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 2 3 vor, die mit der Arbeitswelle gekuppelt ist und den Drehwinkel und die Geschwindigkeit der Arbeitswelle mißt. Das andere Ende der Nockenwelle 21 ist in einem herkömmlichen Reitstock 2 4 abgestützt, der am anderen Ende des hin- und herschwenkbaren Arbeitstisches befestigt ist, um die Nocken-

welle mit ihrer Achse parallel zur Schwenkachse des Arbeitstisches und zur Drehachse der Schleifscheibe zu halten.

Am Vorderende des unteren Tisches 10 sind gegenüber dem Aufspannkopf 18 zwei annähernd dreieckige, hochstehende, beabstandete Böcke 25 angebracht und ein umkehrbarer elektrischer Antriebsmotor 26 mit regelbarer Drehzahl ist in Drehzapfen 27 an den Scheiteln der Böcke gelagert, so daß er zwischen den Böcken schwingen kann. Der Antriebsmotor hat als Abtrieb eine Kugelumlaufspindel 28, die sich vom Motor nach unten erstreckt, und eine Lage/Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 27a für die Umlaufspindel ragt von der Oberseite des Motors nach oben und ist mit der Kugelumlaufspindel des Motors gekuppelt, um den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit der Kugelumlaufspindel zu messen. Die Kugelumlaufspindel ist mit einer Spindelmutter 29 im Eingriff, von deren beiden Enden jeweils ein Stirnzapfen 30 vorsteht, um die Mutter zwischen den Scheiteln zweier nach der Seite ragender Böcke 31 schwenkbar zu lagern, die an dem Arbeitstisch 16 befestigt sind. Demnach pendelt bei der Drehung des Motors in der einen oder anderen Richtung und nach Maßgabe des später beschriebenen Steuersystems der Arbeitstisch 16 um seine Achse 17a und bewegt dabei die am Arbeitstisch gehalterte Nockenwelle zur Umfangsflache der Schleifscheibe 13 hin bzw. von'dieser weg.

Im folgenden wird auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, die den Schleifscheibenkopf zeigen. Der Maschinensockel 5 hat eine rückwärtige Verlängerung 50, an der eine Gleitbahn 51 ausgeformt ist, die sich quer zur Bewegungsrichtung des unteren Tisches entlang dem Maschinensockel erstreckt. Ein Scheibenkopf-Gleitstück 52 ist auf der Gleitbahn angebracht und eine Achse 53 ist am Scheibenkopf an dem dem Arbeitstisch nahen Ende befestigt. Auf der Achse sitzt

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die Schleifscheibe 13. Ein elektrischer Antriebsmotor 5 4 ist am hinteren Ende des Schleifscheibenkopfs angebracht und ein Treibriemen 56 verbindet Riemenscheiben 57 und 58 auf der Achse und der Motorwelle. 5

Am Hinterende der Sockelverlängerung 50 ist ein aufrechtes Axialdruckgehäuse 59 vorgesehen, an dem ein Gleichstromservomotor 60 zum Antreiben einer Kugelumlaufspindel 61 montiert ist. Die Spindel ist mit einer Kugelumlaufspindelmutter 62 im Eingriff, die am Scheibenkopf festgemacht ist, so daß be; einer Drehung der Kugelumlaufspindel durch den Motor 60 der Schleifscheibenkopf auf seiner Gleitbahn in Querrichtung zu und von dem auf dem Arbeitstisch gehalterten Werkstück bewegt wird. Der Antriebsmotor 60 hat eine Lage- und Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 63, die mit dem Mikroprozessor zur Zyklussteuerung verbunden ist, der die Bewegung des Schleifscheibenkopfs in der beschriebenen Weise steuert, wodurch die Vorschubgeschwindigkeit der Scheibe derart gesteuert wird, daß vom Werkstück Material in der erforderlichen Menge pro Zeiteinheit und bis zur gewünschten Tiefe abgetragen wird.

Am Schleifscheibenkopf 52 ist auch noch ein Gußstück 65 zum Halten eines Schleifscheibenabrichters angebracht, das über das Oberende der Schleifscheibe hinausragt und eine Halterung für ein Gleitstück 70 bietet, das in Querrichtung parallel zur Rotationsachse 14 der Schleifscheibe verschiebbar ist. An dem Gleitstück ist eine vertikale Abrichtspule 71 gehaltert und eine Feder-Nut-Verbindung 72 am Gleitstück verhindert eine Drehung der Abrichtspule. Das untere Ende der Spule trägt einen Abrichtdiamanten 73, der die Umfangsflache der Schleifscheibe 13 bearbeitet. Die Abrichtspule ist in vertikaler Richtung mit Hilfe einer Vorschubspindelmutter 74 vom Kugelumlaufspindeltyp

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bewegbar, in die eine Spindel 75 greift. Die Vorschubspindel 75 wird von einem Schrittmotor 76 angetrieben, der einen Codierer hat, der an ein Steuersystem für den Motor angeschlossen ist, das in dem Mikroprozessor zur Zyklussteuerung arbeitet.

Das Gleitstück 70 für den Abrichtmechanismus wird entlang seiner Gleitbahn am Gußstück 65 mit Hilfe eines Schrittmotors 80 verschoben, der einen mit einem Steuersystem verbundenen Codierer 81 hat. Der Schrittmotor bewegt eine Spindel 82 vom Kugelumlaufspindeltyp, die in* einer Mutter 83 vom Kugelspindeltyp läuft, die am Gleitstück 70 befestigt ist.

Die Größe der Schleifscheibe wird auf folgende Weise festgelegt:

1. Die Vorschubspindel der Abrichtspule wird auf einen Bezugspunkt mit dem Diamanten in einem bekannten Abstand von der Mittellinie der Schleifscheibe eingestellt;

2. jede nachfolgende Bewegung der Abrichtspule weg von dem Bezugspunkt wird in dem Abricht-Steuersystem gespeichert;

3. wenn der Diamant nach unten läuft und die Schleifscheibe abdreht, wird die augenblickliche Schleifscheibengröße durch den Abstand der augenblicklichen Position vom Bezugspunkt bestimmt.

Die auf diese Weise festgelegte Schleifscheibengröße wird einem Kopiernockengenerator der Maschine zugeführt, wie spater beschrieben wird.

In einer alternativen Anordnung wird die Schleifscheibengröße aus der Position des Schleifscheibenkopfs bestimmt. 35

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Die Einrichtung zur Messung der Scheibengröße umfaßt eine verschiebbare Zahnstange 90, die auf einer feststehenden Schiene 91 an der Sockelverlängerung 50 angebracht ist und eine Friktionssperre 90a hat, um einen Widerstand gegen ein ungehindertes Gleiten auf der Schiene zu bieten. Die Bewegung der Zahnstange entlang der Schiene wird mit Hilfe eines Drehwandlers 92 gemessen, der an einem in die Zahnstange greifenden Zahnrad angefügt ist. Die Zahnstange trägt einen hochstehenden Pfosten 93, der zwischen einem vorderen und einem hinteren Bezugsblock 94, 95 seinen Platz hat, die auf der angrenzenden Seite des Schleifscheibenkopfs 52 sitzen. Wenn der Scheibenkopf sich vorwärtsbewegt, stößt der hintere Bezugsblock 95 gegen den Pfosten 93 und bewegt die Zahnstange nach vorne. Wenn der Scheibenkopf zurückläuft, kommt der vordere Bezugsblock 94 mit dem Pfosten 9 3 zur Anlage und bewegt die Zahnstange nach hinten, falls die Strecke, um die der Scheibenkopf zurückgezogen wird, größer ist als die Strekke, um die er sich vorwärtsbewegt hat. Folglich kann für eine vordere Ausgangsposition des Scheibenkopfs (d. i. ein Schliff des Werkstücks mit einem maximalen Scheibendurchmesser) die Meßeinrichtung für die Schleifscheibengröße mit einem Bezugswert versehen werden. Wenn der Scheibendurchmesser nachher durch das Abrichten abnimmt, muß der Schleifscheibenkopf eine größere Strecke vorgeschoben werden, um das Werkstück auf die richtige Größe zu schleifen, und der hintere Bezugsblock läßt die verschiebliche Zahnstange 90 ebenfalls vorwärtslaufen. Die Vorwärtsbewegung der verschieblichen Zahnstange wird von dem Wandler gemessen und in eine direkte Proportion zur Abnahme der Schleifscheibengröße gebracht. Da die Rücklaufstrecke des Scheibenkopfs konstant ist, verschiebt der vordere Bezugsblock die Zahnstange nicht nach hinten. Daher wird die Größe der Schleifscheibe aus der ursprüngliehen Scheibengröße am Bezugspunkt und der augenblickli-

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chen Verschiebung der Zahnstange, wie sie vom Wandler gemessen wird, festgelegt. Die Schleifscheibengröße wird einem Kopiernockengenerator des Mikroprozessor-Steuersystems der Maschine eingegeben, wie später beschrieben wird.

Nunmehr wird das Steuersystem für den Motor 27 des hin- und herschwenkenden Arbeitstisches und den Motor 18 des Schleifscheibenkopfs anhand der Fig. 5 beschrieben. ; Das System verwendet zwei Mikroprozessoren, nämlich a) eine Achsensteuereinheit (ACU) und b) einen Kopiernockengenerator (MCD).

Zuerst wird die Achsensteuereinheit beschrieben. Die ACU steuert die Bewegung (Weg und Geschwindigkeit) der Arbeitswelle 19 und der Kugelumlaufspindel 28 mit Hilfe von Gleitstromservomotoren, wie oben erwähnt. Die Steuerdaten für die Motoren werden in einem Speicher gehalten und beziehen sich auf die Verschiebung des Werkstücks (relativ zur Schleifscheibe) und auf die Drehwinkelschritte der Arbeitswelle im Verlauf einer vollen Umdrehung. Jeder Datensatz stellt einen Drehschritt der Arbeitswelle dar und enthält die folgende Information:

1) Winkelstellung der Arbeitswelle vom Bezugspunkt aus;

2) Winkelgeschwindigkeit der Arbeitswelle;

3) Distanz des hin- und herschwenkenden Arbeitstisches vom Bezugspunkt aus, gemessen auf der Achse der Vorschubspindel;

4) Verschiebungsgeschwindigkeit des Arbeitstisches gemessen auf der Achse der Vorschubspindel.

Die Achsensteuereinheit ist in Fig. 5 mit 32 bezeichnet und hat einen Eingabepuffer 33 und einen Ausgabepuffer 34

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zur Verbindung mit dem Kopiernockengenerator. Ferner hat die ACU einen Positions- und Synchronisationssteuermodul 35 und separate Steuermoduln 36 und 37 für die Kugelumlaufspindel des Arbeitstisches bzw. die Arbeitswelle. Der Steuermodul für die Arbeitstischspindel umfaßt einen Positionsmodul 38, der mit einem Positionskomparator und Fehlergenerator 39 verbunden ist, und einen Geschwindigkeitsmodul 40, der an einen Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul 41 angeschlossen ist. Der Positionskomparator und Fehlergenerator hat einen weiteren Eingang von der Lagemeßeinrichtung 27a der Kugelumlaufspindel am Vorschubspindelmotor und einen Ausgang zu dem Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul 41. Der Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul gibt die Bezugsgeschwindigkeit auf einen Motortreiben 42, der einen Geschwindigkeitsbefehl an den Vorschubspindelmotor 27 anlegt und von der Lagemeßeinrichtung 27a eine Geschwindigkeitsrückführung empfängt.

In entsprechender Weise umfaßt der Arbeitswellen-Steuermodul einen Geschwindigkeitsmodul 43, der einen Eingang zu einem Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul 44 schickt, sowie einen Positionssteuermodul 45, dessen Ausgang an einem Positionskomparator und Fehlergenerator 46 liegt. Der Positionskomparator und Fehlergenerator erhält einen weiteren Eingang von der Lagemeßeinrichtung 23 des Arbeitswellenantriebsmotors und schickt einen Ausgang zu dem Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul 44. Der letztgenannte Modul schickt ein Geschwindigkeitsbezugssignal zu einem Motortreiber 47, von dessen Ausgang ein Geschwindigkeitsbefehlssignal zu dem Arbeitswellenmotor geschickt wird und der eine Geschwindigkeitsrückführung von der Meßeinrichtung 23 erhält.

Wenn jeder Datensatz aus dem Kopiernockengenerator gele-

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sen wird, wird er auf die Zeitebene transformiert und die wirklichen Positionen der Arbeitswelle und der Umlaufkugelspindel werden dann abgefragt und mit den befohlenen Positionen verglichen. Vorhandene Fehler bewirken, daß die Geschwindigkeitsbezugsbefehle reguliert werden, um den Positionsfehler auf der betreffenden Achse zu beseitigen. Der Geschwindigkeitsbezugsbefehl für jede Achse wird auf einen Gleichstromservotreiber gegeben, der den Motor veranlaßt, sich mit der befohlenen Geschwindigkeit zu drehen. Die tatsächliche Geschwindigkeit des Motors wird mit der befohlenen Geschwindigkeit verglichen und ein Fehler bewirkt, daß die befohlene Geschwindigkeit reguliert wird, um den Fehler zu beseitigen.

bie auf eine vollständige Umdrehung des Werkstücks bezogenen Daten werden in einem Kopiernockenfeld (MCA) gehalten. Die ACU kann mehrere Felder speichern, die sich auf unterjschiedliche Nockenformen beziehen. Die Startposition jedes MCA kann auf eine bekannte Bezugsgröße an der Arbeitswelle bezogen sein. Daher kann die Nockenform um irgendeinen Winkel zu einer Umdrehung schrittweise fortgeschaltet werden, die der von einem Datensatz des MCA repräsentierten äquivalent ist.

Die Identität jedes Nockens an dem Werkstück wird der ACU von der Maschine über ihren Eingabepuffer mitgeteilt, wenn der Nocken die richtige Lage relativ zu der Schleifscheibe hat. Diese Identität wird dazu benutzt, das richtige MCA zu wählen und das MCA zu dem richtigen Winkel fortzuschalten. Die Nockenidentität und die Schaltwerte für ein bestimmtes Werkstück werden in einem Werkstück-Bezugsfeld (CRA) in dem ACU-Speicher gehalten.

Die ACU sieht folgende Betriebsweisen vor: 35

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1. Ablauf/Auftrag Werkstückdrehung ohne Verschiebung;

2. Auftrag Werkstückverschiebung;

3. Setzen Bezugsgröße für Werkstückdrehung;

4. Setzen Bezugsgröße für Werkstückverschiebung;

5. synchronisierte Drehung und Verschiebung des Werk-Stücks;

6. Ablauf/Auf trag Werks tü<-kdrehung mit synchronisierter Verschiebung;

7. Drehen und Verschieben des Werkstücks bis zur Bezugsgröße;

8. Drehen des Werkstücks um eine Umdrehung mit synchronisierter Verschiebung;

9. Drehen des Werkstücks mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit und synchronisierter Verschiebung. Diese Option setzt die programmierte Werkstück-Rotationsgeschwindigkeit außer Kraft und regelt die Werkstück-Verschiebungsgeschwindigkeit entsprechend.

Der Kopiernockengenerator (MCG) steht mit der ACU über den Eingabe- und Ausgabepuffer in Verbindung. Er ist programmiert, um die den Nocken erzeugende Geometrie der Maschine zu formen, und wandelt die Daten des Hubs des Kopiernockenstößels, wie sie auf der Werkstückzeichnung spezifiziert sind, in eine Form um, die für die ACU verwertbar ist.

5 Der MCG verwendet drei Grunddatengruppen:

1. Eine Kopiernocken-Polarkoordinaten-Datengruppe für jeden Nockentyp, d. i. Eingang, Ausgang, Exzenter.

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j2. Eine Maschinenkonstanten-Datengruppe. Diese enthält

Details aller Parameter, die sich auf die erzeugende i Geometrie der Maschine beziehen.

3. Eine Werkstückbezugs-Datengruppe. Diese enthält Details der einzelnen Nocken des Werkstücks, d. i. Distanz, Winkel, Nockentyp, Rotationsgeschwindigkeitsprofil.

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Diese Datengruppen werden dazu benutzt., die Kopiernockenfeider und die Werkstücksbezugsfelder zu erzeugen, die von der ACU verwertet und über eine Nachrichtenverbindung übertragen werden.

Um die Schleifscheibenabnützung zu korrigieren, wird der in der Maschinenkonstanten-Datengruppe gehaltene Schleifscheibenradius verringert und ein neues MCA wird erzeugt und zu der ACU übertragen, sobald dies erforderlich ist. Im automatischen Betrieb wird dieses Vorgehen durch Signa-Ie von dem einen oder anderen System zur Bestimmung der Schleifscheibengröße, die oben beschrieben wurden, in Gang gesetzt. Das augenblickliche MCA, das von dem MCG gehalten wird, wird auf das Signal hin zu der ACU übertragen. Bei Beendigung der Übertragung wird der Schleifscheibenradius auf die nächste Scheibengröße reduziert und ein neues MCA wird von dem MCG erzeugt und zurückgehalten, bis das nächste Übertragungssignal empfangen wird.

Jedes Nockenprofil wird nach Maßgabe des Programms in dem MGC auf die erforderliche Größe geschliffen und nach Beendigung des Schleifvorgangs wird der Arbeitstisch mit Hilfe eines nicht gezeigten Mechanismus weitergeschoben, um das nächste Nockenprofil entlang dem Nocken mit der Schleifscheibe zu fluchten, damit dieses geschliffen wird. Die Gesamtsteuerung und Koordination der verschiedenen Ma-

schinenfunktionen wird mit Hilfe eines Programmsteuergeräts erreicht, das alle drei Mikroprozessoren, die die verschiedenen spezifischen Punktionen der Maschine steuern, miteinander verbindet.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipli-In^. H. XPe »&Ki&tfN«'DiPL-PhYs. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

SA/HO 8000 MÜNCHEN 86 2 2. ΟβΖ, iBB2

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MDHLSTRASSE 22

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TELEX 32262t

TELEGRAMM PATENTWIiICKMANN MÜNCHEN

THE NEWALL ENGINEERING COMPANY LIMITED Oundle Road

Peterborough PE2 OBL, Großbritannien

Profilformungsvorrichtung

Patentansprüche

ΓΐΛ Profilformungsvorrichtung mit einer Aufspanneinrichtung zum drehbaren Haltern eines Werkstücks, während an diesem ein Profil geformt werden soll, einem Antrieb zum Drehen des Werkstücks mit einer von einem vorgegebenen Programm gesteuerten Geschwindigkeit, einem rotierenden Maschinenwerkzeug zum Abtragen von Material von einem Teil des in der Aufspanneinrichtung gehalterten Werkstücks, wobei das Maschinenwerkzeug um eine Achse parallel zur Drehachse des Werkstücks drehbar ist, ferner mit einem Arbeitstisch zum Abstützen der Aufspanneinrichtung für eine Hin- und Herbewegung um eine zur Drehachse des Werk-Stücks parallele Achse, und mit einer Einrichtung zum Vorschieben des Maschinenwerkzeugs mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und um eine vorbestimmte Strecke, um eine

erforderliche Materialmenge von dem Werkstück abzutragen, dadurch gekennzeichnet, daß ein umkehrbares Antriebsorgan (26) vorgesehen ist, um den Arbeitstisch (16) nach Maßgabe des vorgegebenen Programms hin- und herzuschwenken, um die Abmessungen und die Form des von dem Maschinenwerkzeug (13) zu bearbeitenden Profils am Werkstück (21, 22) zu bestimmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß das vorgegebene Programm zum Steuern des Antriebsmoljrs (24) für das Werkstück und des umkehrbaren Antriebsorgans (26) zum Hin- und Herschwenken des Arbeitstisches in einem Mikroprozessorsystem enthalten ist, das mit dem Antriebsmotor und dem umkehrbaren Antriebsorgan verbunden ist, um deren Funktion zu steuern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikroprozessoreinheit einen Speicher enthält, der eine erste Datengruppe zum Speichern einer Polarkoordinateninformation für jede zu erzeugende Form hat, ferner eine zweite Datengruppe für Konstanten der Vorrichtung, die sich auf die erzeugende Geometrie der Vorrichtung beziehen, und eine dritte Datengruppe für eine Information der Werkstückgeschwindigkeit und die Profilwahl aus den in der ersten Datengruppe gespeicherten Profilen.
4. · Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß für den Fall, daß das zu bearbeitende Werkstück (21) einige Profile (22) hat, die in Abständen entlang dem Werkstück und mit verschobenen Winkelbeziehungen zueinander angeordnet sind, die dritte Datengruppe eine Information enthält, die sich auf die Profiltypen und die relativen Winkelstellungen zwischen den Profiltypen bezieht.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessoreinheit Mittel aufweist, um eine Information für die drei Datengruppen entsprechend der in der Mikroprozessoreinheit eingespeicherten Profil- oder Maschineninformation zu erzeugen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessoreinheit über eine Steuereinheit mit dem Antriebsmotor (24) für das Werkstück und mit dem umkehrbaren Antriebsorgan (26) für den Arbeitstisch verbunden ist und daß das Steuersystem für das Arbeitstisch-Antriebsorgan eine Geschwindigkeitssteuerung (36) für das umkehrbare Antriebsorgan aufweist, die Geschwindigkeits/Positionssignale der erforderlichen Geschwindigkeit und Position von dem Mikroprozessor empfängt und die tatsächliche Position des Antriebsorgans feststellt, um dem Antriebsorgan die passende Geschwindigkeit zu befehlen, sowie eine Steuerung (37) zum Steuern der Geschwindigkeit des Werkstück-Antriebsmotors nach Maßgabe der vom Mikroprozessor empfangenen Positions- und Geschwindigkeitssignale und der augenblicklichen Position des Werkstücks, um dem Antriebsmotor (24) die geeignete Geschwindigkeit zu befehlen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeitssteuerung für das umkehrbare Antriebsorgan einen Geschwindigkeitsbefehls- und Korrekturmodul (41), der ein Geschwindigkeitssignal vom Mikroprozessor empfängt und ein Geschwindigkeitssteuersignal für das Antriebsorgan liefert, und einen Positionskomparator und Fehlergenerator (39) umfaßt, der vom Mikroprozessor ein Positionssignal und vom Antriebsorgan ein Signal der tatsächlichen Position

empfängt und ein weiteres Steuersignal für den Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul liefert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e kennzeich; net, daß der Geschwindigkeitsbefehlsund -korrekturmodul (41) mit einem Motortreiber (42) verbunden ist, der zu dem umkehrbaren Antriebsorgan ein Geschwindigkeitsbefehlssignal schickt und von dem umkehrbaren Antriebsorgan ein Geschwindigkeitsrückführungssignal

empfängt und der mit Mitteln versehen ist, um das Befehlssignal mit dem Rückführungsr.ignal zu vergleichen und das
Befehlssignal so zu regulieren, daß das Geschwindigkeitsbezugssignal erreicht wird, das von dem Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul empfangen wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem für den Antriebsmotor (24) des Werkstücks einen
Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmodul (44) auf-

weist, der ein Geschwindigkeitssignal vom Mikroprozessor
empfängt und ein Geschwindigkeitsbezugssignal liefert,
das zum Steuern des Antriebsmotors dient, sowie einen Positionskomparator und Fehlergenerator (46), der ein Positionssignal vom Mikroprozessor empfängt und die tatsäch-

liehe Position des Abtriebs des Antriebsmotors feststellt und dann ein weiteres Signal zum Steuern des Geschwindigkeitsbefehls- und -korrekturmoduls liefert, um das Geschwindigkeitsbezugssignal entsprechend der tatsächlichen Stellung des Abtriebs des Werkstück-Antriebsmotors zu regulieren.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Geschwindigkeitsbefehlsund -korrekturmodul mit einem Motortreiber (47) verbunden ist, der das Geschwindigkeitsbezugssignal von dem Befehls-

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und Korrekturmodul empfängt und befähigt ist, ein Geschwindigkeitsbefehlssignal nach Maßgabe des empfangenen Geschwindigkeitsbezugssignals und des vom Motorabtrieb zurückgeführten Geschwindigkeitssignals zu erzeugen, um das Geschwindigkeitsbefehlssignal entsprechend dem empfangenen Geschwindigkeitsbezugssignal zu korrigieren.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das um-ι kehrbare Antriebsorgan zum Hin- und Herschwenken des Arbeitstisches (16) einen elektrischen Umkehrmotor umfaßt, der als Abtrieb eine Leitspindel (28) hat, die mit einer Mutter (29) im Eingriff ist, die mit dem hin- und herschwenkbaren Arbeitstisch verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Mutter eine Kugelumlauf- ;Spindelmutter (29) ist.
'13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (26) ein Motor mit hohem Drehmoment und niedriger Trägheit ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor ein Motor mit gedruckter Schaltung ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (26) in Stirnzapfen (27) an einem stationären Teil (25) der Vorrichtung gehaltert ist und die Mutter mit Zapfen (30) an dem hin- und herschwenkbaren Arbeitstisch (16) gehaltert ist.
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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Mutter (29) in Zapfen (30) gehaltert ist, die an einem Hebelarm (31) angebracht sind, der von dem hin- und herschwenkbaren Arbeitstisch wegragt.
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenwerkzeug eine motorgetriebene Schleifscheibe (13) ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (90 bis 95) vorgesehen ist, um Änderungen der Schlajfscheibenabmessung festzustellen und das Programm zum Steuern der Funktion der Vorrichtung entsprechend zu ändern.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mecha- nismus (70, 71, 73) zum Abrichten der Schleifscheibe vorgesehen ist.

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