Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT 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.
