Numerisch gesteuertes Abrichten von Profilschleifscheiben

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Bei den Schleifmaschinensteuerungen ist seit geraumer Zeit ein Trend zu hochautomatisierten, numerisch gesteuerten Systemen zu verzeichnen. Einige dieser Steuerungssysteme übernehmen dabei neben der eigentlichen Schleifscheibensteuerung (Scheibenzustellung und -Drehzahl) auch die Erfassung und Verarbeitung technologischer Meßdaten /1–5/. Die Berücksichtigung derartiger Daten ist für die Erzielung hoher Oberflächengüten und hoher Formgenauigkeit unerläßlich.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

2. Konventionelles und NC-Gesteuertes Abrichten

Zusammenfassung

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.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

3. Konzeption des Abrichtgeraetes

Zusammenfassung

Die Auswahl der Werkstücke und damit der Abrichtprofile erfolgte unter Berücksichtigung der technischen Daten der für das Vorhaben zur Verfügung stehenden Schneckenschleifmaschine. Beim Systementwurf wurden als Grundprofile Getriebeschnecken nach DIN 3975 /9/ (Profilform ZI,ZA,ZN,ZK) sowie Hohlflankenschnecken berücksichtigt, die mit gezielten Profilkorrekturen wie Kopfrücknahme, Kopfabrundung, Eingriffswinkelkorrektur oder Balligkeiten versehen sind.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

4. Aufbau des Numerisch Gesteuerten Abrichtsystems

Zusammenfassung

Der Aufbau des realisierten CNC-Steuerungssystems ist in Bild 8 dargestellt. Das System ist organisatorisch in drei Ebenen unterteilt:

• Minirechner-Ebene (Solldatengenerierung)
• Mikrorechner-Ebene (Steuerung)
• Stellebene.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

5. Steuerdatenverarbeitung

Zusammenfassung

Wie bei den meisten Werkzeugmaschinen lassen sich die Bahnen, entlang denen das Werkzeug (hier der Abrichtdiamant) zu bewegen ist, durch Geradenstücke und/oder Kreisbögen genügend genau beschreiben. Es ist somit ein Interpolationsverfahren auszuwählen, das die folgenden Möglichkeiten beinhaltet:

• Linear- und Bahninterpolation,
• Verfahren des Diamanten mit einer konstanten Bahngeschwindigkeit,
• Einstellen der Bahngeschwindigkeit als Funktion des Pressungswinkels zwischen Schleifscheibe und Werkstück.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

6. Generierung der Problemspezifischen NC-Saetze

Zusammenfassung

Nach einer kurzen Beschreibung der Softwarestruktur wird der Ablauf der Profildatenerstellung anhand der einzelnen Arbeitsschritte ausführlich erläutert. Als Arbeitsschritte sind hier zu nennen:

• Profileingabe
• Erstellen der Ausgangsdaten zur punktweisen Beschreibung des Schleifscheibenprofils
• Beschreibung des Schleifscheibenachsschnittprofils in kartesichen Koordinaten mit den zugehörigen Profilwinkeln
• Grobinterpolation unter Berücksichtigung der geforderten Genauigkeit
• Bestimmung der Achsgeschwindigkeiten als Funktion der Bahngeschwindigkeit
• Aufbereitung der steuerungsspezifischen NC-Datensätze.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

7. Kommunikation Zwischen Mini- und Mikrorechner

Zusammenfassung

Wie bereits in Kap. 4.1 erwähnt, ist der Minirechner für die Soll-Datengenerierung und Grobinterpolation durch eine Datenleitung mit dem Steuerrechner des NC-Abrichtsystems gekoppelt. Hardwaremäßig ist die Kopplung als serielle Datenleitung ausgeführt; softwaremäßig besteht die Kopplung aus je einem Rechnerkopplungsprogramm, das die Übertragungsprozedur festlegt. Zur Zeit dient die Datenübertragung ausschließlich der Übergabe der NC-Sätze. Für die Zukunft ist allerdings die Erweiterung der Koppelsoftware dahingehend beabsichtigt, daß eine Rückmeldung der Anzahl Abrichtzÿklen mit den jeweiligen Abrichtbeträgen möglich ist. Mit Hilfe dieser Informationen kann der Generierungsrechner den aktuellen Schleifscheibendurchmesser berechnen und somit den Zeitpunkt bestimmen, wo unter Berücksichtigung einer bestimmten Profiltoleranz die Berechnung eines korrigierten Abrichtprofils erforderlich ist.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

8. Kopplung Zwischen Abricht- und Schleifmaschinensteuerung

Zusammenfassung

Für den vollautomatischen Arbeitsablauf ist ebenfalls eine on-line Kopplung der Schleifmaschine mit der Abrichtsteuerung notwendig. Die Kopplunq beschränkt sich dabei auf den Austausch einiger weniger Signale; diese sind in Bild 35 aufgeführt. Mit Hilfe von fünf Signalen ist eine Fernbedienung der Abrichtsteuerung durch die Schleifmaschinensteuerung möglich. Hierdurch entfällt im normalen Arbeitsablauf die Notwendigkeit, irgendwelche manuellen Bedienfunk-tionen ausführen zu müssen, womit unter Voraussetzung der entsprechenden Schneckenschleifmaschine das angestrebte vollautomatische, NC-gesteuerte Abrichten und Schleifen von Schnecken möglich ist.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

9. Durchführung von Abricht- und Schleifversuchen

Zusammenfassung

Die bisher entwickelten Programmbausteine zur Generierung der Schleifscheiben-Sollkontur ermöglichen das Schleifen von Normschnecken unter Einbeziehung gezielter Profilkorrekturen wie Kopfrücknahme, Kopfabrundung, Eingriffswinkelkorrektur und Balligkeiten. Als Testwerkstück wurde wegen der einfachen Kontrollmöglichkeiten eine I-Schnecke mit den in Bild 36 auf­geführten Verzahnungsdaten gewählt. In der Ausschnittver­größerung ist die gleichzeitig mit dem Flankenschliff er­zeugte Kopfabrundung gut zu erkennen.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

10. Fehlerursachen und Korrekturmöglichkeiten

Zusammenfassung

Als Grundlage zur Fehlerdiskussion sind in Bild 39 exemplarisch die Profilschriebe für die Linksflanken der Testschnecke (siehe Bild 36) zusammengestellt; für die Rechtsflanken ergab sich ein weitgehend analoger Fehlerverlauf. Obschon die Abricht- und Schleifversuche recht vielversprechende Ergebnisse erbrachten, ist die angestrebte Profilgenauigkeit von 1_/um nicht ohne zusätzliche Korrekturmaßnahmen zu erreichen. Die Haupteinflußparameter auf den gemessenen Restfehler

• Verschleiß des Abrichtdiamanten
• Meßpunktdichte
• zufällige Fehler aus dem Abricht- und Schleifprozeß

sind den Einflußbereichen dieser Parameter am Profil qualitativ zugeordnet.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

11. Möglichkeiten zur Weiteren Steigerung der Werkstückqualität Sowie zur Erhöhung der Systemsicherheit und Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

Bild 44 zeigt das Meßprinzip zur Erfassung der Diamantgeometrie. Zur Durchführung der hier beschriebenen Messungen wurde der Diamanthalter an einem geeigneten Querschnitt mit DMS bestückt, so daß der Meßverstärker bei entsprechend hohem Verstärkungsfaktor bereits nach Aufbringung sehr geringer Kräfte (F ≤ 0,1 N) auf den Diamanten reagiert. Im Arbeitsraum der Maschine ist ein in einem definierten Abstand vom Referenzpunkt montiertes Meßelement erforderlich. Durch die beengten Platzverhältnisse im Bereich der Schleifscheibe ist ein Ausrichten dieses Meßelementes zur Schleifscheiben-Achsschnittebene, in der die Schneidenbreite erfaßt werden muß, nur mit erheblichem Aufwand möglich. Daher ist es notwendig, die tatsächliche Lage des Meßelementes durch Anfahren mit einem speziellen Taster oder einem neuen, spitzen Diamanten zu ermitteln. Wichtig ist dabei die Bestimmung der effektiven Breite (2B) sowie einer eventuellen Verdrehung in der gewählten Zeichenebene (Bild 44), da diese Daten das Meßergebnis direkt beeinflussen.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

12. Einsatzgebiete für das Numerisch Gesteuerte Abrichten von Profilschleifscheiben

Zusammenfassung

Die bisherigen Arbeiten haben gezeigt, daß beim Einsatz des numerisch gesteuerten Abrichtsystems zum Schleifen schneckenförmiger Profile gute Ergebnisse erzielt werden können. Das entwickelte Verfahren bietet durch die softwaremäßige Profildarstellung und die komfortablen Korrekturmöglichkeiten insbesondere dort gute Möglichkeiten, wo die konventionellen Verfahren an technische oder wirtschaftliche Grenzen stoßen. Als Beispiel hierfür kann das Profilieren von Schleifscheiben zum Schleifen von Verdichterrotoren sowie von komplexen Flachschleifprofilen genannt werden.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

13. Zusammenfassung

Zusammenfassung

Das im vorliegenden Bericht beschriebene CNC-Abrichtsystem ist zum profilgetreuen Abrichten von Schleifscheiben für schneckenförmige Norm- und Sonderprofile gleichermaßen geeig­net.

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

14. Literaturverzeichnis

Manfred Weck, Heinz-Ulrich Gogrewe, Dietmar Ernst

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