DE102007024760A1

DE102007024760A1 - Verfahren zum Feinstschleifen von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken

Info

Publication number: DE102007024760A1
Application number: DE102007024760A
Authority: DE
Inventors: Horst Steinwender
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2007-05-26
Filing date: 2007-05-26
Publication date: 2008-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinstschleifen von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken, insbesondere von Innenflächen an Wälzlagerringen. Das um seine Achse (Z) rotierende Werkstück (2) wird mit einer Topfscheibe (3) bearbeitet, die um eine radial zur Werkstückachse (Z) ausgerichtete Werkzeugachse (Y) rotierend angetrieben wird und eine an das Profil der zu bearbeitenden Werkstückfläche angepasste Schleifmittelfläche (4) aufweist. Erfindungsgemäß wird der Kontakt der Topfscheibe (3) an der Werkstückfläche durch um die Werkzeugachse (Y) angeordnete Kraftsensoren (K1 bis K4) erfasst. Die Messsignale der Kraftsensoren (K1 bis K4) werden verwendet, um die Position der Werkzeugachse (Y) so zu korrigieren, dass die Schleifmittelfläche (4) der Topfscheibe (3) flächig an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinstschleifen von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken, insbesondere von Innenflächen an Wälzlagerringen, wobei das um eine Achse Z rotierende Werkstück mit einer Topfscheibe bearbeitet wird, die um eine radial zur Werkstückachse Z ausgerichtete Werkzeugachse Y rotierend angetrieben wird und eine an das Profil der zu bearbeitenden Werkzeugfläche angepasste Schleifmittelfläche aufweist.
Bei der Feinstschleifbearbeitung von Werkstücken sind präzise geführte Zustellbewegungen des rotierenden Bearbeitungswerkzeuges erforderlich, um hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der bearbeitenden Werkstückfläche zu erfüllen. Die Zustellung muss so gesteuert werden, dass das Bearbeitungswerkzeug mit einer definierten Kraft an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt. Abweichungen von der vorgegebenen Kraft oder eine ungleichmäßige Kraftverteilung in Umfangsrichtung der Schleifmittelfläche wirken sich nachteilig auf das Finishergebnis aus.
Bei einem aus DE 102 01 639 A1 bekannten Verfahren zum Feinstschleifen von Werkstücken wird die Zustellbewegung einer das Bearbeitungswerkzeug rotierend antreibenden Motorspindel in Abhängigkeit einer Kraftmesseinrichtung gesteuert, die zwischen der Motorspindel und einer NC-gesteuerten Liniearachse angeordnet ist.
Aus DE 20 2006 017 265 U1 ist ein Träger für eine Werkzeugspindel bekannt, der eine integrierte Kraftmesseinrichtung aufweist. Der Träger weist Abschnitte auf, die durch einstückig angeformte und elastisch verformbare Stege miteinander verbunden sind. Die Stege lassen Relativbewegungen der Abschnitte in Richtung der Werkzeugachse zu. Zwischen den relativ zueinander beweglichen Abschnitten des Trägers ist ein Kraftsensor angeordnet. Die Anordnung gewärhleistet eine praktisch spielfreie Kraftübertragung zwischen einer Zustelleinrichtung und der Motorspindel und ist für eine genaue Kraftbestimmung bei einer Feinstschleifbearbeitung geeignet.
Bei der Feinstschleifbearbeitung von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken unter Verwendung einer Topfscheibe besteht das Problem, dass die Werkzeugachse exakt zur Werkstückachse ausgerichtet werden muss. Bereits geringfügige Abweichungen von einer Sollposition entweder in Z-Richtung oder in Y-Richtung haben zur Folge, dass die Schleifmittelfläche nicht flächig an der gekrümmten Werkstückoberfläche anliegt und die Kraftverteilung in Umfangsrichtung der Schleifmittelfläche nicht gleichmäßig ist. Dies wirkt sich nachteilig auf das Finishergebnis aus. Schwierig ist insbesondere das Feinstschleifen von ballig gekrümmten Innenflächen an Wälzlagerringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feinstschleifen anzugeben, mit der im Querschnitt gekrümmte Flächen an ringförmigen Werkstücken maßhaltig und mit hoher Oberflächengüte bearbeitet werden können.
Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontakt der Topfscheibe an der Werkstückfläche durch um die Werkzeugachse angeordnete Kraftsensoren erfasst wird und dass die Messsignale der Kraftsensoren verwendet werden, um die Position der Werkzeugachse so zu korrigieren, dass die Schleifmittelfläche der Topfscheibe flächig an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt. Wenn die Messsignale der Kraftsensoren sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen, ist die Werkzeugachse optimal ausgerichtet und liegt die Schleifmittelfläche flächig an der zu bearbeitenden Werk stückfläche an. In Umfangsrichtung der Schleifmittelfläche ergibt sich eine gleichmäßige Kraftverteilung, so dass eine präzise Feinstschleifbearbeitung gewährleistet ist. Bei Signalunterschieden ermöglicht die Zuordnung der Messsignale zu den am Umfang der Werkzeugachse angeordneten Kraftsensoren eine Festlegung, ob die Werkzeugachse in Y- und/oder Z-Richtung korrigiert werden muss.
Die Position der Werkzeugachse wird durch eine zweiachsige Verstellbewegung in Richtung der Z-Achse und in Querrichtung X zur Werkzeugachse Y korrigiert bis sich die von den Kraftsensoren erfassten Kraftmesswerte innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen. Je mehr Kraftsensoren am Umfang der Werkzeugachse angeordnet werden, desto genauer ist die Positionskorrektur der Werkzeugachse möglich. Vorzugsweise werden die Messsignale von mehreren, vorzugsweise mindestens vier um die Werkzeugachse angeordneten Kraftsensoren zur Positionskorrektur der Werkzeugachse verwendet.
Die Topfscheibe wird zweckmäßig von einer Motorspindel angetrieben, die auf einem in drei Achsen X, Y, Z verstellbare Werkzeugträger montiert ist. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Werkzeugträgers, der Linearachsen mit Direktantrieben aufweist. Die Direktantriebe der Linearachsen werden in Abhängigkeit der Messsignale der Kraftsensoren angesteuert.
Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Motorspindel in Richtung der Werkzeugachse Y beweglich an einen Träger gelagert wird, der NC-gesteuerte Zustellbewegungen in Richtung der Werkzeugachse Y ausführt, und dass die Kraftsensoren zwischen dem Träger und der Motorspindel angeordnet werden. Geeignet ist insbesondere auch ein Träger, der integrierte Kraftsensoren aufweist und beispielsweise entsprechend DE 20 2006 017 265 U1 ausgebildet ist.
Es ergeben sich weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Ausführung sieht vor, dass die Werkzeugachse in Y-Richtung eine Zustellbewegung zur Werkstückoberfläche ausführt, bis durch Messsignale der Kraftsensoren ein Kontakt der Topfscheibe an der zu bearbeitenden Werkstückfläche erfasst wird. Anschließend wird die Position der Werkzeugachse korrigiert, bis die von den Kraftsensoren aufgenommenen Kraftmesswerte sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen. Nach einer Positionskorrektur der Werkzeugachse wird schließlich eine Feinstschleifbearbeitung mit einer kraftgesteuerten Zustellbewegung der Topfscheibe durchgeführt. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass eine Feinstschleifbearbeitung mit einer kraftgesteuerten Zustellbewegung der Topfscheibe durchgeführt wird und dass während der Feinstschleifbearbeitung die Position der Werkzeugachsen durch Verstellbewegungen quer zur Werkzeugachse und parallel zur Werkstückachse so korrigiert wird, dass die Kraftmesswerte der Kraftsensoren sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Dargestellt ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es zeigen schematisch
1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Feinstschleifen von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken,
2 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Vorrichtung,
3 die Vorrichtung aus der Blickrichtung A in 1.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist zum Feinstschleifen von konkav gekrümmten Flächen 1 an ringförmigen Werkstücken, insbesondere von Innenflächen an Wälzlagerringen, bestimmt. Das um seine Achse Z rotierende Werkstück 2 wird mit einer Topfscheibe 3 bearbeitet, die um eine radial zur Werkstückachse Z ausgerichtete Werkzeugachse Y rotierend angetrieben wird und eine an das Profil der zu bearbeitenden Werkstückfläche angepasste ringförmige Schleifmittelfläche 4 aufweist. Der Kontakt der Topfscheibe 3 an der Werkstückfläche wird durch mehrere um die Werkzeugachse Y angeordnete Kraftsensoren K1, K2, K3, K4 erfasst. Die Messsignale der Kraftsensoren werden verwendet, um die Position der Werkzeugachse Y so zu korrigieren, dass die Schleifmittelfläche 4 der Topfscheibe 3 flächig an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt.
Im Ausführungsbeispiel sind vier Kraftsensoren K1, K2, K3, K4 vorgesehen, die gleichmäßig verteilt um die Werkzeugachse Y angeordnet sind. Wenn die Messsignale der Kraftsensoren K1, K2, K3, K4 sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen, ist die Werkzeugachse Y optimal zur Werkstückoberfläche ausgerichtet und ist eine flächige Anlage der Schleifmittelfläche 4 an der zu bearbeitenden Werkstückfläche gewährleistet. Bei Messsignalunterschieden ist eine Korrektur der Werkzeugachse Y notwendig. Anhand der Messsignalverteilung kann festgestellt werden, in welcher Richtung die Positionskorrektur der Werkzeugachse vorgenommen werden muss. Sind die Messsignale der beiden Kraftsensoren K1 und K4 beispielsweise größer oder kleiner als die Signale der Kraftsensoren K2 und K3, so ist eine Korrektur der Werkzeugachse in Querrichtung X notwendig. Sind die Messsignale der beiden Kraftsensoren K1 und K2 größer oder kleiner als die Signale der Kraftsensoren K3 und K4, so ist eine Positionsverstellung in Z-Richtung erforderlich. Die Position der Werkzeugachse wird im Ergebnis durch eine zweiachsige Verstellbewegung in Richtung der Z-Achse und in Querrichtung X zur Werkzeugachse Y korrigiert, bis sich die von den Kraftsensoren erfassten Kraftmesswerte innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen.
Die Topfscheibe 3 wird von einer Motorspindel 5 angetrieben, die in Richtung der Werkzeugachse Y beweglich an einem Träger 6 gelagert ist. Der Träger 6 führt NC-gesteuerte Zustellbewegungen in Richtung der Werkzeugachse Y aus. Zwischen dem Träger 6 und der Motorspindel 5 sind die Kraftsensoren K1 bis K4 angeordnet.
Der Träger 6 der Motorspindel 5 ist Teil eines dreiachsigen Werkzeugträgers, der in den drei Achsen X, Y, Z verstellbar ist. Der Werkzeugträger weist Linearachsen mit Direktantrieben auf, die in Abhängigkeit der Messsignale der Kraftsensoren K1 bis K4 angesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft folgendermaßen ab. Die Werkzeugachse führt in Y-Richtung eine Zustellbewegung zur Werkstückoberfläche aus, bis durch Messsignale der Kraftsensoren K1 bis K4 ein Kontakt der Topfscheibe 3 an der zu bearbeitenden Werkstückfläche erfasst wird. Anschließend wird in der beschriebenen Weise die Position der Werkzeugachse Y korrigiert, bis die von den Kraftsensoren K1, K2, K3, K4 aufgenommenen Kraftmesswerte sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen. Nach einer Positionskorrektur der Werkzeugachse Y wird schließlich eine Feinstschleifbearbeitung mit einer kraftgesteuerten Zustellbewegung der Topfscheibe 3 durchgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10201639 A1 [0003]
- DE 202006017265 U1 [0004, 0010]

Claims

Verfahren zum Feinstschleifen von im Querschnitt gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken, insbesondere von Innenflächen an Wälzlagerringen, wobei das um seine Achse (Z) rotierende Werkstück (2) mit einer Topfscheibe (3) bearbeitet wird, die um eine radial zur Werkstückachse (Z) ausgerichtete Werkzeugachse (Y) rotierend angetrieben wird und eine an das Profil der zu bearbeitenden Werkstückfläche (4) angepasste Schleifmittelfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt der Topfscheibe (3) an der Werkstückfläche durch um die Werkzeugachse (Y) angeordnete Kraftsensoren (K1, K2, K3, K4) erfasst wird und dass die Messsignale der Kraftsensoren verwendet werden, um die Position der Werkzeugachse (Y) so zu korrigieren, dass die Schleifmittelfläche (4) der Topfscheibe (3) flächig an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Werkzeugachse (Y) durch eine zweiachsige Verstellbewegung in Richtung der Z-Achse und in Querrichtung (X) zur Werkzeugachse (Y) korrigiert wird, bis sich die von den Kraftsensoren (K1 bis K4) erfassten Kraftmesswerte innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale von mehreren, vorzugsweise mindestens vier um die Werkzeugachse (Y) angeordneten Kraftsensoren (K1, K2, K3, K4) zur Positionskorrektur der Werkzeugachse (Y) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfscheibe (3) von einer Motorspindel (5) angetrieben wird, die auf einem in drei Achsen X, Y, Z verstellbaren Werkzeugträger montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugträger verwendet wird, der Linearachsen mit Direktantrieben aufweist, und dass die Direktantriebe der Linearachsen in Abhängigkeit der Messsignale der Kraftsensoren (K1 bis K4) angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspindel (5) in Richtung der Werkzeugachse (Y) beweglich an einem Träger (6) gelagert wird, der NC-gesteuerte Zustellbewegungen in Richtung der Werkzeugachse (Y) ausführt, und dass die Kraftsensoren (K1 bis K4) zwischen dem Träger (6) und der Motorspindel (5) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse in Y-Richtung eine Zustellbewegung zur Werkstückoberfläche ausführt, bis durch Messsignale der Kraftsensoren (K1 bis K4) ein Kontakt der Topfscheibe (3) an der zu bearbeitenden Werkstückfläche erfasst wird, dass anschließend die Position der Werkzeugachse (Y) korrigiert wird, bis die von den Kraftsensoren (K1 bis K4) aufgenommenen Kraftmesswerte sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen, und dass nach einer Positionskorrektur der Werkzeugachse (Y) eine Feinstschleifbearbeitung mit einer kraftgesteuerten Zustellbewegung der Topfscheibe (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feinstschleifbearbeitung mit einer kraftgesteuerten Zustellbewegung der Topfscheibe (3) durchgeführt wird und dass während der Feinstschleifbearbeitung die Position der Werkzeugachse (Y) durch Verstellbewegungen quer zur Werkzeugachse (X) und parallel zur Werkstückachse (Z) so korrigiert wird, dass die Kraftmesswerte der Kraftsensoren (K1 bis K4) sich innerhalb vorgegebener Toleranzen entsprechen.