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Innenschleifvorrichtung für lange Bohrungen Die Erfindung betrifft
eine Innenschleifvorrichtung für lange Bohrungen, mit einem Werkstücksupport und
einem relativ dazu in Achsrichtung der Bohrung bewegbaren und quer zur Achsrichtung
der Bohrung schwenkbaren Schleifspindelstock mit einer fliegend gelagerten Spindel,
deren Durchmesser von einem Höchstwert in der Nähe der Spindeleinspannung in Richtung
zur Schleifscheibe hin abnimmt.
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Bei Innenschleifvorrichtungen für Bohrungen erfolgt das Schleifen
gewöhnlich derart, daß zunächst grob vorgeschliffen wird. Danach wird die Schleifscheibe
aus der Bohrung herausgezogen und mittels eines Abrichtwerkzeuges, beispielsweise
eines Diamanten, abgezogen. Erst danach wird dann der Feinschliff auf das endgültige
Maß vorgenommen.
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Je dünner die Spindel ist, auf der die Schleifscheibe sitzt, um so
weitgehender läßt sich die Schleifscheibe ausnutzen; dem steht jedoch die Forderung
entgegen, eine Spindel mit möglichst geringer Ausfederung, also letztlich möglichst
großem Durchmesser zu verwenden.
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Mit einer bekannten Innenschleifvorrichtung sind konische Bohrungen
in plattenförmige Werkstücke schleifbar. Bei dieser Vorrichtung ist der Schleifspindelstock
relativ zum Werkstücksupport in Achsrichtung der Bohrung bewegbar und quer zur Achsrichtung
der Bohrung schwenkbar und hat eine Spindel, deren Durchmesser von einem Höchstwert
in der Nähe der Spindeleinspannung in Richtung zur Schleifscheibe hin abnimmt. Bei
der in dieser bekannten Innenschleifvorrichtung verwendeten Spindel sind also die
oben beschriebenen, einander widersprechenden Forderungen nach möglichst großer
Biegesteifigkeit der Spindel und möglichst geringem Spindeldurchmesser an der Schleifscheibe
gleichzeitig erfüllt. Die Schwenkbarkeit des Schleifspindelstocks dient bei dieser
bekannten Vorrichtung dem Zweck, die gewünschte Konizität der Bohrungen schleifen
zu können.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung wie überhaupt allgemein bei der Verwendung
einer sich in Richtung zur Schleifscheibe hin verjüngenden Spindel ergeben sich
jedoch Schwierigkeiten, wenn man lange Bohrungen schleifen will, da dann die zur
Einspannung hin zunehmende Dicke der Schleifspindel mit tieferem Eindringen in die
Bohrung mehr und mehr stört. Gerade bei langen Bohrungen wäre jedoch die aus der
Zunahme des Spindeldurchmessers resultierende erhöhte Biegesteifigkeit besonders
erwünscht.
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Eine schwenkbare Lagerung des Schleifspindelstocks ist auch bei einer
anderen bekannten Innenschleifvorrichtung vorgesehen, jedoch ist diese bekannte
Vorrichtung mit einer zylindrischen Schleifspindel versehen, und die Verschwenkung
des Schleifspindelstocks hat den Zweck, die bei derartigen Spindeln unter dem Einfluß
des Schleifdrucks auftretenden Verbiegungen so zu kompensieren, daß die zylindrische
Schleifscheibe stets über ihre ganze Länge an der Bohrungswand anliegt. Bei dieser
bekannten Vorrichtung ist also der Schwenkwinkel des Schleifspindelstocks nicht
eine durch die Geometrie des Schleifvorganges bedingte Größe, sondern richtet sich
nach dem von Fall zu Fall verschieden großen Schleifdruck, und es ist eine umfangreiche
automatische Regelungsvorrichtung vorgesehen, um unter allen Betriebsbedingungen
die Schwenkung des Schleifspindelstocks automatisch derart an den Schleifdruck anzupassen,
daß die gewünschte richtige Lage der Schleifscheibe in der Bohrung erzielt wird.
Diese bekannte Innenschleifvorrichtung unterscheidet sich somit nicht nur in bezug
auf die baulichen Merkmale von der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sondern hat auch,
ebenso wie die weiter oben beschriebene bekannte Innenschleifvorrichtung mit konischer
Schleifspindel, keinen Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindungsaufgabe,
die Vorteile einer konischen Spindel auch bei langen Bohrungen nutzbar zu machen.
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Die Erfindung geht deshalb von der Aufgabe aus, die mit einer sich
verjüngenden Spindel erzielbaren Vorteile, nämlich große radiale Dicke der Schleifscheibe
bei gleichzeitig hoher Biegesteifigkeit der
Spindel auch beim Schleifen
langer Bohrungen nutzbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwenkachse
des Schleifspindelstocks in einer senkrecht zur Bohrungsachse liegenden, die Spindel
etwa an einer Stelle, wo der Spindeldurchmesser gleich dem Durchmesser der Bohrung
ist, schneidenden Ebene angeordnet ist und daß die Schleifscheibe eine dem Schwenkwinkel
des Schleifspindelstocks entsprechende Konizität aufweist.
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Bei der erfindungsgemäßen Innenschleifvorrichtung ergibt sich infolge
der gewählten Position der Schwenkachse des Schleifspindelstocks bei jeder Eintauchtiefe
der Schleifscheibe in die Bohrung die Möglichkeit, die Schwenkung des Schleifspindelstocks
bis zur Abnutzung der vollen radialen Dicke der Schleifscheibe vorzunehmen, wobei
in der Endposition (vollständige Abnutzung der Schleifscheibe) eine Oberflächenlängslinie
der konischen Spindel parallel zur Bohrungsachse und nahe an der Bohrungswand liegt.
Da die Schleifscheibe der erfindungsgemäßen Innenschleifvorrichtung eine dem Schwenkwinkel
des Schleifspindelstocks entsprechende Konizität aufweist, liegt die wirksame Oberfläche
der Schleifscheibe bei dem jeweils gewählten Schwenkwinkel über ihre ganze Länge
an der Bohrungswand an. Dies ist auch insofern besonders vorteilhaft, als infolge
der hohen Biegesteifigkeit der konischen Spindel hohe Schleifdrücke angewandt werden
können, die es möglich machen, Schleifscheiben von erheblicher axialer Abmessung
zu verwenden; auch bei solchen Schleifscheiben ist dann infolge ihrer Konizität
der Schleifdruck im wesentlichen gleichmäßig.
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Die erfindungsgemäße Innenschleifvorrichtung ist vorzugsweise weiter
so ausgebildet, daß zur Erzeugung eines zur Bohrungswand passenden Konuswinkels
der Schleifscheibe eine relativ zum Schleifspindelstock ortsfeste, quer zur Bohrungsachse
einstellbare Abrichtvorrichtung vorgesehen ist und daß die Schleifscheibe unter
Beibehaltung des jeweils eingestellten Schwenkwinkels des Schleifspindelstocks in
Richtung der Bohrungsachse an der Abrichtvorrichtung entlang verschiebbar ist.
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Bei einer in dieser Weise ausgebildeten erfindungsgemäßen Innenschleifvorrichtung
kann somit nach dem Einstellen eines gewünschten Schwenkwinkels die Schleifscheibe
an der Abrichtvorrichtung genau auf die richtige Konizität abgerichtet werden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße
Innenschleifvorrichtung (teilweise im Schnitt) in Seitenansicht, F i g. 2 eine Draufsicht
dieser Maschine, F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Teilansicht (teilweise
im Schnitt) und F i g. 4 eine Draufsicht der Teilansicht nach F i g. 3, wobei gleichfalls
einige Teile geschnitten sind. In den Zeichnungen bezeichnet 10 ein Maschinenbett,
auf dem ein Werkstücksupport 12 beweglich in der Querrichtung in Führungen 14 geführt
ist. Der Werkstücksupport 12 ist mit einem Spannfutter 16 zum Festsetzen eines zu
schleifenden Werkstückes 18 versehen.
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Auf einem Tisch 20 ist die eigentliche Schleifeinheit angeordnet,
die einen Schleifspindelstock 22 und eine darin umlaufende, fliegende Spindel 24
aufweist, an deren freiem Ende eine Schleifscheibe 26 befestigt ist. Der Tisch 20
ist zusammen mit der Schleifeinheit einschließlich dem Schleifspindelstock 22 in
bekannter Weise zur Ausführung einer hin- und hergehenden Bewegung eingerichtet,
während welcher die Schleifscheibe 26 eine längliche Bohrung 28 im Werkstück 18
bearbeitet. Der Werkstücksupport 12 mit der Werkstückspannvorrichtung 16 ist zur
Ausführung einer quergehenden Vorschubbewegung senkrecht zu der genannten hin- und
hergehenden Bewegung zwecks Bearbeitung der Bohrung 28 ausgerüstet.
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Der Schleifspindelstock 22 ist um einen Zapfen 30 schwenkbar gelagert,
der in einer mit dem Tisch 20 fest verbundenen Platte 31 sitzt und dessen Achse
32 lotrecht verläuft und die waagerechte Achse der Schleifspindel 24 in einem Punkt
schneidet, der ungefähr an der Stelle gelegen ist, wo die Spindel bei tiefstem Eintauchen
in ein Werkstück 18 gerade mit der Wand der Bohrung 28 in Berührung tritt. Der Schnittpunkt
zwischen den beiden Achsen ist somit der vorderen Lagerung der Schleifspindel 24
unmittelbar benachbart. Die Verschwenkung des Schleifspindelstocks 22 erfolgt um
den Zapfen 30 mit Hilfe einer Servoeinrichtung 34, die einen in einem Zylinder 36
(F i g. 4) bewegbaren Kolben 38 und eine Kolbenstange 40 umfaßt, welche auf einen
am Schleifspindelstock angebrachten Vorsprung 42 einwirkt. Die Servoeinrichtung
34 steht durch eine Leitung mit einer Druckmittelquelle, z. B. einer Ölpumpe, in
Verbindung. Durch Zuführen von Druckmittel zu dem Raum 46 hinter dem Kolben 34 wird
dessen Kolbenstange 40 in Richtung zu dem Vorsprung 42
geführt, wobei
der Schleifspindelstock 22 um die Achse 32 des Zapfens 30 verschwenkt wird. Diese
Schwenkbewegung erfolgt gegen die Wirkung einer Feder 48, die sich am Vorsprung
42 und einem Anschlag 50 auf der Platte 31 abstützt. Ein Grenzschalter 52 bestimmt
den größten Winkel, den die Achse der Spindel 24 gegenüber der Achse des Werkstücks
18 einnehmen kann. Der Schleifspindelstock 22 ist in der gewünschten Winkellage
mittels einer Servoeinrichtung 54, die einen in einem Zylinder 58 bewegbaren und
durch eine Leitung 60 mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben 56 enthält, feststellbar.
Der Kolben 56 steht mit einem Flansch 64 über eine Kolbenstange 62 in Verbindung.
Der Flansch 64 greift in eine in der Unterseite des SchIeifspindelstocks 22 angeordnete
T-Nut 66 ein. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens 56 über die Leitung 60
wird der Flansch 64 gegen die Wirkung einer Feder 68 abwärts geführt und mit der
T-Nut 66 verspannt, so daß der Schleifspindelstock blockiert ist. Diese Blockierung
erfolgt, nachdem der Schleifspindelstock 22 durch Drehung um den Zapfen 30 um den
gewünschten Winkel verschwenkt worden ist.
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Die Spindel 24 ist kegelförmig ausgeführt und weist einen von der
Schleifscheibe 26 zum Schleifspindelstock 22 hin zunehmenden Durchmesser auf. Der
Spindeldurchmesser kann somit in der Nähe des Schleifspindelstocks etwa den gleichen
Durchmesser wie die zu bearbeitende Bohrung 28 aufweisen. Dadurch wird eine sehr
biegesteife Spindel geschaffen, so daß die unter dem Einfluß des Schleifdrucks eintretenden
Spindeldurchbiegungen sehr klein sind. Andererseits kann der Durchmesser der Spindel
24 in der Nähe der Schleifscheibe 26 verringert werden, so daß Schleifscheiben von
großem Durchmesser eingesetzt werden können, was eine entsprechend beträchtliche
Abarbeitung
der Schleifscheibe gestattet, ohne daß sich die Steifigkeit der unter den Gesichtspunkten
eines Körpers von annähernd konstanter Biegefestigkeit gestalteten Spindel nennenswert
verringert.
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Ein Schleifvorgang wird in der Weise durchgeführt, daß die umlaufende
Schleifscheibe 26 in der Bohrung 28 hin- und herbewegt und gleichzeitig der
Werkstücksupport 12 mit dem Spannfutter 16 in der Querrichtung vorgeschoben wird.
Nach einer ersten Grobschleifung wird die Schleifscheibe 26 gewöhnlich aus der Bohrung
28 herausgezogen. Mittels eines Abrichtwerkzeuges 70 und einer auf diesem
sitzenden Diamantspitze 72 wird dann die Schleifscheibe abgezogen, bevor
sie wieder in die Bohrung 28 eingeführt wird und zum abschließenden Feinschleifen
auf das vorgesehene Maß der Bohrung 28 dient.
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Bei jedem Bearbeitungsgang tritt eine gewisse Abnutzung der Schleifscheibe
26 ein. Diese Abnutzung wird dadurch kompensiert, daß der Schleifspindelstock 22
um den Zapfen 30, d. h. um die Achse 32, geschwenkt wird. Die Schleifscheibe 26
hat anfänglich, wenn die Achsen der Bohrung 28 und der Spindel 24 zusammenfallen,
eine zylindrische Form mit einem Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der
Bohrungsdurchmesser. Die Schleifscheibe 26 erhält danach durch die Abnutzung am
Werkstück und das wiederholte Abziehen an der Diamantenspitze 72 eine zunehmend
kegelige Form, wobei jedoch die an der Wand der Bohrung 28 anliegende Arbeitsfläche
der Scheibe stets parallel zur Mantelfläche der zu bearbeitenden Lochwand ist. Vor
jedem Abziehen wird der Schleifspindelkopf 22 mittels der Servoeinrichtung
34 ein Stück um den Zapfen 30 geschwenkt und in der neuen Lage mittels
der Servoeinrichtung 54 festgestellt. Hierbei wird die vorgenannte Arbeitsfläche
der Schleifscheibe schräg zur Bohrungswand gestellt. Das Abrichten der Schleifscheibe
26 mittels der Abrichtvorrichtung 70 hat jedoch zur Folge, daß die Parallelität
stets wiederhergestellt wird. Das nachfolgende Feinschleifen wird somit unter den
genau richtigen Bedingungen durchgeführt. Die Schleifscheibe 26 kann dank der Schwenkbarkeit
ausgenutzt werden, bis sich ihr Außendurchmesser auf nahezu den Spindelenddurchmesser
der Spindel verringert hat.
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Wegen der großen Biegesteifigkeit der Schleifspindel 24 kann zur Abkürzung
der Schleifzeit mit hohen Schleifdrücken gearbeitet werden, ohne daß hierdurch die
Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt würde. Ferner läßt sich die Schleifscheibe
in wesentlich höherem Grad als früher abnutzen, bevor ein Ersatz vorgenommen werden
muß. Auch hierdurch verringern sich die Schleifscheibenkosten in entsprechendem
Ausmaß.