Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ueberwachung und Steuerung einer Schleifmaschine, die der genauen Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere von Bohrungen oder Konturen dient, z.B. eine Koordina¬ ten-Schleifmaschine. Die erzielbare Genauigkeit und Produktivität hängt hierbei von verschiedenen Faktoren ab, und es sind dementsprechend Massnahmen bekannt, um die Genauigkeit und Produktivität zu erhöhen bzw. sicherzustellen. Ziel vorliegender Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, welche bei einfacher Bedienung eine optimale Ueberwachung der Maschine und des jeweiligen Bearbeitungsvorganges sowie zugleich optimale Produktivität zu erzielen gestattet. Dieses Ziel wird gemäss Anspruch 1 erreicht. Mit einem kompak¬ ten Gerät bzw. geringem schaltungstechnischen Aufwand können hierbei viele Funktionen erfüllt werden.

Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Betrieb einer Schleifmaschine mit einer Einrichtung gemäss Anspruch 1, welches Verfahren im Anspruch 9 beschrieben ist, sowie ein Verfahren zur Werkzeuger¬ fassung gemäss Anspruch 10.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, bezogen auf eine Koordinaten-Schieifmaschine, erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil der Koordinaten- Schleifmaschine mit einem Werkstück,

Fig. 2 zeigt die Frontseite des erfindungsgemässen Steuer- und Anzeigegerätes,

Fig. 3 zeigt schematisch die Verstell- und Bewegungs¬ möglichkeiten des Werkzeugs, z.B. der Schleif¬ scheibe,

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der elektrischen Ausrüstung und

Fig. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Bewegungs¬ abläufe zur Werkzeugerfassung, d.h. zur Erfassung der Werkzeugabmessung, z.B. Schleifscheibenabmes- sung.

Fig. 1 zeigt mehr oder weniger schematisch den Schleif¬ scheibenantrieb, z.B. den Schleifmotor 1 mit der auswe¬ chselbaren Schleifscheibe 2. Der Schleifmotor ist an ei¬ nem schematisch dargestellten Ausleger 3 befestigt, der in einer Schl ifspindel 3a radial verstellbar (U-Achse) geführt ist. Diese Schleifspindel ist längs der verti¬ kalen Achse Z im Schleifkopf 3b verstellbar der seiner¬ seits in der Vertikalachse W am Maschinengestell ver¬ stellbar ist. Diese Verstellmöglichkeiten sind in Fig. 3 schematisch dargestellt, d.h. die Z-Achse der Schleif¬ spindel 3a ist in Richtung Z verstellbar und der Ausle¬ ger mit dem Schleifmotor 1 und der in Fig. 3 dargestell¬ ten Schleifscheibe 2 ist bezüglich der Spindelachse Z in Richtung U radial verstellbar. Bei rotierender Schleif¬ spindel 3a um die Z-Achse (C-Achse) kann somit die eine Planetenbewegung ausführende Schleifscheibe 2 ein kreisrundes Loch 4 in einem Werkstück 5 bearbeiten.

In Fig. 1 ist auf dem Maschinentisch 6 der Koordinaten- Schleifmaschine ein anderes Werkstück 7 aufgespannt, in welchem beispielsweise eine rechteckige Oeffnung 8 mit gerundeten Ecken sowie Löcher 9 zu bearbeiten sind. Zur Bearbeitung der Kontur der Oeffnung 8, wird durch Verstellung des Maschinentisches 6 in der X-Y-Ebene und ev. durch Drehen der Schleifspindel (C-Achse) sowie

Verschiebung des Auslegers 3 (U-Achse), die Schleif-* scheibe 2 längs der zu bearbeitenden Kontur geführt. Diese Vorgänge sind bei Koordinaten-Schleifmaschinen an sich bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Auf dem Maschinentisch 6 ist eine Referenzplatte 10 mit einem Vibrationen erfassenden Sensor 11, beispiels¬ weise einem piezoelektrischen Accelerometer, in bestimm¬ ter Position befestigt. An seiner, der Schleifspindel bzw. der eingespannten Schleifscheibe 2, zugewandten Seite ist die Referenzplatte 10 mit einer abriebfesten Referenzfläche 10a versehen, gegen welche die rotierende Schleifscheibe beliebig oft bis zur Berührung angenähert werden kann, ohne dass sie massgebend abgenützt wird. Der Sensor 11 ist über ein Kabel 12 mit einem Vorver¬ stärker 13 verbunden.

A Werkstück 7, gegebenenfalls auch an einer Aufspann- vorrichtung für dasselbe oder in der Nähe des Werkstücks am Maschinentisch 6, sind beim dargestellten Beispiel zwei weitere Sensoren 14 angebracht, die über Leitungen 15 ebenfalls mit dem Vorverstärker 13 verbunden sind. Die Sensoren 14 können mit dem Sensor 11 gleichartig sein. Am Schleifmotor 1 ist ein weiterer, vorzugsweise gleichartiger Sensor 16 angebracht, welcher gemäss Fig. 1 über ein Kabel 17 direkt mit einem Mess- und Anzeige¬ gerät 18 verbunden ist. Wie in Fig. 4 angedeutet, kann aber der Sensor 16 wahlweise wie die Sensoren 14 einge¬ setzt und mit dem Vorverstärker 13 verbunden sein, wie noch erläutert wird. Der Ausgang 19 des Vorverstärkers 13 ist ebenfalls mit dem Gerät 18 "verbunden. Das Gerät 18 ist ferner über ein Kabel 20 mit der CNC-Steuerung 21 der Koordinaten-Schleifmaschine zur Uebertragung von Da¬ ten in beiden Richtungen verbunden. Während in Fig. 1 nur zwei Sensoren 14 dargestellt sind, können insbeson¬ dere bei grösseren Werkstücken, die an verschiedenen

Stellen zu bearbeiten sind oder bei mehreren Werkstük- ken, beliebig viele Sensoren 14 angebracht sein, um stets und überall eine optimale Erfassung von Vibratio¬ nen zu gewährleisten. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann es aber genügen, diese Sensoren insbesondere in der Nähe der zu bearbeitenden Flächen des Werkstücks anzubringen. Dementsprechend besitzt der Vorverstärker 13 eine gewis¬ se Anzahl von Eingängen zum Anschluss von Sensoren 14. Wie noch eingehender erläutert wird, dienen die mit dem Werkstück oder dessen Träger verbundenen Sensoren 14 der Erfassung des Werkzeugkontaktes mit der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks. Die gleichen Sensoren liefern die Signale für die optische und akustische Werkzeugkontakt- Erfassung. Der Sensor 11 dient entsprechend der Erfas¬ sung des Kontakts der rotierenden Schleifscheibe mit der Referenzfläche 10a der Referenzplatte 10. Der Sensor 16 dient der Erfassung der Unwucht des Schleifmotors 1 mit und ohne Schleifscheibe. Die Sensoren 11, 14 und 16 kön¬ nen mit Haftmagneten versehen sein und können somit pro¬ blemlos an Werkstücken, am Gehäuse des Schleifmotors 1 oder an der Referenzplatte 10 angebracht werden, weil diese Teile in den meisten Fällen aus ferromagnetischem Material bestehen. Die gleichen Sensoren können aber nö¬ tigenfalls auch geklebt oder geschraubt werden.

Die Signale der Sensoren 11, 14 und 16 werden vorver¬ stärkt oder direkt dem Steuer- und Anzeigegerät 18 zuge¬ führt und darin weiter aufbereitet. Auf der Frontplatte des Gerätes 18 (Fig. 2) befindet sich je ein Symbol 22 für den Modus "Werkzeugerfassung" (Erfassen der Abmes¬ sung der Schleifscheibe), ein Symbol 23 für den Modus "Werkzeugkontakt-Erfassung Lochschleifen" und ein Symbol 24- für den Modus "Werkzeugkontakt-Erfassung Kontur¬ schleifen" . Jedem Symbol ist eine Kontrollampe zugeord¬ net. Eine Lampe 25 zeigt fehlerhafte Funktion an, eine Lampe 26 leuchtet jeweils auf, wenn Werkzeugkontakt er¬ folgt, und eine Lampe 27 leuchtet auf, wenn mittels ei-

ner Taste 28 eine manuelle Grundgeräuschanalyse bei der "Werkzeugkontakt-Erfassung Konturschleifen" erfolgt. Ein Kopfhörersymbol 29 zeigt an, dass die darunter liegenden Tasten 30, 31 und 32 der Einstellung der Lautstärke in einem in der Buchse 33 angeschlossenen Kopfhörer dienen. Ein Bargraph 34 dient der Anzeige des Geräuschpegels oder der Unwucht, wobei die Tasten 35, 36 und 37 der Einstellung der Empfindlichkeit dieser Anzeige bzw. der Aufnahme der Unwucht des Schleifmotors dienen. Eine zu¬ geordnete Buchse 38 dient dem Anschluss des Unwuchtsen¬ sors 16, wobei die später beschriebenen Schaltkreise zur Kontrolle der Unwucht automatisch aktiviert werden, wenn ein Anschluss in der Buchse 38 erfolgt. Die Vorwahl mittels der Tasten 35-37 kann beispielsweise so erfol¬ gen, dass bei Betätigung aller drei Tasten die Unwucht des Motors ohne Schleifscheibe gemessen wird (REF), während bei Betätigung zweier Tasten (35,37) die Schal¬ tung zur Kontrolle der Unwucht mit Schleifscheibe (T) aktiviert wird. Eine Lampe 39 zeigt die Betriebsbereit¬ schaft der Elektronik an. Lampen 40-43 dienen der Bestätigung der Einstellung der Schaltung zur Kontrolle der Unwucht von verschieden bemessenen Motoren, insbe¬ sondere mit verschiedenen Drehzahlen, und eine Taste 44 dient der Vorwahl der Schaltungszustände für die Un¬ wuchtkontrolle.

Wie in Fig. 4 angedeutet, werden die Signale der ver¬ schiedenen Sensoren 14 summiert und dem Eingang eines Kanals 13a des Vorverstärkers 13 zugeführt. Der Ausgang des Vorverstärker-Kanals 13a ist über einen Umschalter 45 mit den Eingängen zweier Bandpassfilter 46 und 47 verbunden. Der Bereich des Bandpassfilters 46 kann von einer zentralen Logik 48 des Gerätes her bestimmt wer¬ den. Der Ausgang des Filters 46 ist mit dem Eingang ei¬ nes Vergleichers 49 verbunden, an dessen zweiten Eingang eine Vergleichsspannung Uref, eines Speichers 50 ange-

legt ist, welcher von der Logik 48 her gesetzt wird. Der Ausgang des Vergleichers 49 wirkt auf einen Schaltkreis 51, der seinerseits auf die Logik 48 wirkt, wie später beschrieben wird. Der Ausgang des Bandpassfilters 47 ist über zwei separat regelbare Verstärker 52 und 53, einer¬ seits mit dem angeschlossenen Kopfhörer und andererseits über einen Umschalter 54 mit dem Bargraph 34 verbunden. Der Sensor 11 ist mit dem Eingang eines ihm gesondert zugeordneten Verstärkerkanals 55 des Vorverstärkers 13 verbunden, dessen Ausgang mit dem einen Kontakt des Um¬ schalters 45 verbunden ist. Er kann also wahlweise mit den Eingängen der Bandpassfilter 46 und 47 verbunden werden, was durch die angedeutete Steuerung von der Lo¬ gik 48 her bestimmt wird. Der am Schleifmotor 1 ange¬ brachte Sensor 16, kann wahlweise, wenn keine Auswucht¬ kontrolle erforderlich ist, ebenfalls mit dem Vorver¬ stärker-Kanal 13a verbunden sein, in welchem Falle er wie die Sensoren 14, z.B. am Werkstück 7, angebracht ist. Zur Auswuchtkontrolle ist er aber mit dem Eingang eines LadungsVerstärkers 56 verbunden, dem ein von der Logik 48 her regelbarer Verstärker 57 nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 57 gelangt über ein von der Logik 48 her regelbares Bandpassfilter bzw. Tiefpassfilter 58 über einen von der Logik 48 her steuerbaren Umschalter 59 an den Eingang eines A/D-Wand- ler 60, dessen Ausgang mit der Logik 48 verbunden ist. Ueber angedeutete Verbindungen 61 ist die Logik 48 mit den Anzeigelampen und Tastenschaltern des Gerätes ver¬ bunden, die mit dem Sammelbegriff P (Panel) bezeichnet sind. In Fig. 4 ist ferner die CNC-Steuerung 21 der Ko¬ ordinaten-Schleifmaschine dargestellt. Ueber die Verbin¬ dung 20 können Befehle und Daten in beiden Richtungen zwischen dieser Steuerung und der Logik 48 übertragen werden.

Fig. 4 zeigt die Schaltung für einen bestimmten Be¬ triebszustand d.h. der Umschalter 45 ist mit dem Ver-

Stärkerkanal 13a verbunden, der Umschalter 54 ist mit dem Verstärker 53 und der Umschalter 59 ist mit dem Bandpassfilterteil des Filters 58 verbunden. Die von den Sensoren 14 aufgenommenen Signale werden über den Ver¬ stärkerkanal 13a, das Bandpassfilter 47 und die Verstär¬ ker 52 und 53 dem Kopfhörer 29 bzw. dem Bargraph 34 zugeführt. Das Bandpassfilter 47, das Frequenzen im Bereich von 2,5 kHz überträgt, sorgt dafür, dass im Kopfhörer für den Operateur ein angenehmes Geräusch entsteht. Anhand dieses Geräusches ist es möglich festzustellen, ob die Schleifscheibe überhaupt das Werkstück berührt, und ob der SchleifVorgang korrekt erfolgt, insbesondere ob die Schleifscheibe richtig greift oder stumpf ist ("Werkzeugkontakt-Anzeige"). Zugleich kann der Geräuschpegel am Bargraph 34 überprüft werden. Die Lautstärke am Kopfhörer ^' und die Anzeige¬ empfindlichkeit am Bargraph 34 kann mittels der Verstär¬ ker 52 und 53 bzw. der Tasten 30-32 bzw. 35-37 einge¬ stellt werden.

Beim Modus "Werkzeug-Erfassung Bohrungsschleifen" meldet die CNC 21 über die Logik 48 dem Gerät 18 mit dem Panel P die entsprechende Betriebsart, so dass beim Symbol 23 die Kontrollampe leuchtet. Demgemäss wird die Schleif¬ scheibe 2 im Schnellgang der Bohrungswandung zugeführt. Vor dem Zustellen wird der Grundgeräuschpegel automa¬ tisch ermittelt und im Speicher 50 abgelegt. Sobald die Schleifscheibe das Werkstück berührt, steigt das Signal am Ausgang des Filters 46 so an, dass der Vergleicher 49 anspricht und über die Schaltstufe 51 ein BerührungsSig¬ nal an die Logik 48 abgibt. Dabei arbeitet das Bandpass¬ filter 46 bei der Eigenfrequenz der Sensoren, die ja vorzugsweise für alle Sensoren dieselbe ist. Sobald die Berührung der Schleifscheibe mit dem Werkstück festge¬ stellt ist, wird über die Logik 48 die CNC-Steuerung 21 auf Arbeitsvorschub umgeschaltet. Dass bei dieser

Betriebsart die richtigen Sensoren mittels des Umschal¬ ters 45 zugeschaltet werden, bestimmt die Logik 48, die ihrerseits aus der CNC-Steuerung die erforderliche Information aus dem Teileprogramm erhält. Ist einmal auf Arbeitsvorschub umgeschaltet, wird in der gleichen Boh¬ rung nicht wieder auf Schnellgang umgeschaltet, es sei denn, zum Abheben der Schleifscheibe von der fertig bearbeiteten Fläche.

Beim Modus "Werkzeug-Erfassung Konturschleifen" wird die Schleifscheibe im Schnellgang der Kontur entlang geführt bis die erste Berührung mit dem Werkstück erfolgt. Im übrigen entspricht der Vorgang dem oben für das Schlei¬ fen einer Bohrung beschriebenen. Hierbei werden aller¬ dings die Grundgeräusche nicht automatisch ermittelt, sondern durch Betätigung der Taste 28 zum Setzen des Re¬ ferenzpegels im Speicher 50. Dies geschieht während ei¬ nes Leerumgangs der Schleifscheibe entlang der Kontur. Im übrigen wird beim ersten Kontakt der Schleifscheibe mit dem Werkstück auf Arbeitsvorschub umgeschaltet. Wenn dann aber das Werkzeug am Werkstück nicht mehr ein¬ greift," was beim Konturschleifen durchaus vorkommen kann, wird nach einer gewissen Verzögerung wieder auf Schnellgang geschaltet bis die Schleifscheibe das Werkstück wieder berührt. Die oben beschriebenen Modi "Werkzeugkontakt-Erfassung" dienen dazu, das sogenannte "Luftschleifen" zu verhindern.

Durch Einstecken des Kabel 17 des Sensors 16 in die Buchse 38 des Gerätes 18 und durch Betätigung der Tasten 35-37 bzw. 35 und 37 wird die Unwuchtkontrolle eingelei¬ tet. Mittels der Taste 44 ist die Voreinstellung für die entsprechende Motorengrösse bzw. -Drehzahl vorzunehmen, wodurch von der Logik 48 her das Filter 58 eingestellt und gegebenenfalls der Umschalter 59 umgelegt wird. Fer¬ ner wird der Umschalter 54 umgelegt, derart, dass nun ein Signal des Sensors 16 über die Verstärker 56 und 57,

das wirksame Filter 58, den Umschalter 59 den A/D-Wand- ler 60, die Logik 48, den D/A-Wandler 60a und den Um¬ schalter 54 an den Bargraphen 34 gelangt, welcher das Ausmass der Umwucht anzeigt. Wie erwähnt, wird dabei je nach Motorengrösse bzw. -Drehzahl der Verstärker 57 und das Bandpassfilter bzw. Tiefpassfilter 58 angewählt. Für Motoren mit niedriger Drehzahl wird hierbei das Tief¬ passfilter eingeschaltet, während für schneller laufende Motoren das Bandpassfilter eingeschaltet und von der Logik 48 her der Vorwahl entsprechend eingestellt wird. Das Unwuchtsignal wird in der Logik 48 in digitaler Form verarbeitet und dann über den D/A-Wandler 60a analogi- siert und der Anzeige zugeführt.

Beim Modus "Werkzeug-Erfassung", d.h. zur Ermittlung der SchleifScheibenabmessung wird mittels der Steuerung 21 (im Teileprogramm) über die Logik 48 die entsprechen¬ de Funktion (22) gewählt. Hierbei wird der Umschalter 45 an den Ausgang des Verstärkers 55 umgelegt, so dass nun ausschliesslich der Sensor 11 wirksam ist. Wie bei den übrigen Funktionen wird hierbei vorerst das Grundge¬ räusch automatisch ermittelt und der Speicher 50 ge¬ setzt. Wenn dann die Berührung der Schleifscheibe an der Referenzfläche 10a der Referenzplatte 10 erfolgt, wird die Position der Schleifscheibenachse in den Richtungen X oder Y und U erfasst und in der CNC-Steuerung einge- speichert. Die CNC-Steuerung errechnet daraus die not¬ wendigen Korrekturen, die bei der nächsten Bearbeitung berücksichtigt werden müssen. Der Zyklus für die "Werk¬ zeugerfassung Bohrungschleifen" kann z.B. gemäss Fig. 5 wie folgt ablaufen:

A. Mit Schleifspindel (Z) in obere Anschlagposition und mit W-Achse auf die programmierte Position fahren.

B. Längs der X- und ev. Y-Achse die Referenzfläche 10a so positionieren, dass der Abstand derselben zum Maschi-

nenspindelzentrum dem zu schleifenden Radius entspricht. Sodann längs der U-Achse auf die Position fahren, die dem Bohrungsradius minus dem in dem Werkzeugspeicher eingegebenen SchleifScheibenradius minus einem Sicher¬ heitsabstand Sl (Fig. 5) entspricht.

C. Maschinenspindel in der C-Achse so indexieren, dass die U-Achse rechtwinklig zur Referenzfläche 10a der Platte 10 gerichtet ist. Mit der Schleifspindel in Richtung Z auf die im Speicher abgelegte Ebene fahren, so dass die Schleifscheibe vor der Referenzfläche 10a steht. Diese Situation ist in Fig. 5 angedeutet, wo die Schleifscheibe 2 im Sicherheitsabstand Sl vor der Referenzfläche 10a der Platte 10 steht. Der Schleifmotor wird nun gestartet und nach einer Wartezeit wird eine Grundgeräuschanalyse gemäss vorstehender Beschreibung durchgeführt.

D. Die Schleifscheibe 2 wird schrittweise gegen die Re¬ ferenzfläche 10a geführt.

E. Die erste Berührung der Schleifscheibe an der Refe¬ renzfläche 10a wird erfasst und an die CNC-Steuerung 21 übermittelt.

F. Rückzug der Schleifscheibe in U-Richtung und erneute Zustellung auf einen neuen kleineren Sicherheitsabstand S2.

G. Start der Planetenbewegung und Aufnahme eines neuen Grundgeräuschpegels.

H. Zustellung der Schleifscheibe in U-Richtung gegen die Referenzplatte 10, wobei pro Planetenumdrehung ein Schritt (0,1 - 1 μm) zugestellt wird.

I. Zweite Berührung wie unter E) erwähnt.

K. Rückzug in U-Richtung und erneute Zustellung auf einen Sicherheitsabstand S3 von beispielsweise 5 μm.

L. Langsame Zustellung wie bei H wobei pro vier Plane¬ tenumdrehungen ein Schritt erfolgt .

M. Bei der dritten Berührung der Schleifscheibe an der Referenzfläche 10a, berechnet die CNC-Steuerung aufgrund der momentanen Positionen X oder Y und U, die Differenz zum theoretisch eingegebenen SchleifScheibenradius und korrigiert diese Eingabe.

N. Rückzug der Schleifscheibe in U-Richtung.

O. Rückzug in den Achsen Z und W auf Ausgangsposition.

P. In die roh bearbeitete Bohrung fahren und dieselbe gemäss dem entsprechenden Zyklus bearbeiten.

Es ist möglich, zwei Zyklen zu programmieren, von welchen der eine alle Punkte A-P, der andere nur die Punkte G-P beinhaltet, wobei eine erste Zustellung gemäss A+B auf den Sicherheitsabstand S- erfolgt.

Zum Schleifen von Konturen wird grundsätzlich gleich vorgegangen, mit der Ausnahme, dass in Punkt G die Planetenbewegung nicht eingeschaltet wird und die Zustellschrittfrequenzen mittels Haltezeiten im Zyklus programmiert sind. Zudem erfolgt die Zustellung zur Referenzplatte 10 durch Verstellung in der X-Achse bei feststehender U-Achse.

Die oben beschriebene Einrichtung ist für eine bestimmte Kombination mehrerer Funktionen ausgelegt. Die besonde-

ren Vorteile der Vereinigung mehrerer Steuer- und Ueberwachungsfunktionen in einer einzigen Einrichtung werden aber auch bei anderen Kombinationen von minde¬ stens zwei Funktionen erzielt.