DE19546863A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Endbearbeitung gehärteter Werkstücke - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Endbearbeitung gehärteter WerkstückeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Endbearbeitung gehärteter Werkstücke.
Werkstücke aus Stahl werden regelmäßig im ungehärteten
Zustand durch Drehen, Bohren und/oder Fräsen vorbear
beitet und erst dann gehärtet. Um die beim Härten auf
tretenden Maßveränderungen und Verzüge kompensieren zu
können, werden die Werkstücke bei der Vorbearbeitung
mit einem Aufmaß versehen, das bei der anschließenden
Endbearbeitung im gehärteten Zustand des Werkstücks
durch Schleifen abgetragen wird. So wird beim Innen
schleifen von Bohrungen das Schleifwerkzeug mit flie
gend überstehender Schleifspindel in die Bohrung des um
die Spindelachse drehenden Werkstücks eingefahren und
im inneren quer zur Drehachse des Schleifwerkzeugs ge
gen die zu bearbeitende Bohrungswand zugestellt. In
dieser Stellung wird das Schleifwerkzeug axial oszillie
rend verschoben und in der dazu senkrechten Zustellrich
tung auf Zustellmaß gebracht. Die Zustellung erfolgt
dabei in Schritten bis zum Fertigmaß. Entsprechendes
gilt auch für das Außenschleifen oder das Planschleifen
von Werkstücken, wobei die Zustellbewegung immer senk
recht zur Oberfläche bis zum Fertigmaß erfolgt und die
Oszillationsbewegung parallel dazu. Die Bewegungsabläu
fe werden üblicherweise numerisch gesteuert.
Schleifarbeitsgänge sind sehr zeitaufwendig und daher
teuer. Dies gilt vor allem für das Innenschleifen bei
relativ kleinen Bohrungsdurchmessern.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art zu entwickeln, womit eine erhebliche
Zeiteinsparung bei der Endbearbeitung gehärteter Werk
stücke erzielt werden kann.
Um dies zu erreichen, werden die in den Ansprüchen 1
und 8 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus,
daß ein erheblicher Teil des Aufmaßes durch Hartdrehen
in sehr viel kürzerer Zeit als durch Schleifen abgetra
gen werden kann und daß nur an Stellen mit entsprechend
hohen Anforderungen an die Genauigkeit und Oberflächen
güte das Finish mit einem entsprechend kleinen Restab
trag durch Schleifen erfolgt. Um dies zu erreichen,
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß vor dem
Schleifvorgang an die Stelle des Schleifwerkzeugs ein
Drehwerkzeug in eine bezüglich der Werkzeugspindel und/
oder der zu bearbeitenden rotationssymmetrischen Werk
stückoberfläche koaxial fluchtende Position eingewech
selt, um eine zur Werkstückspindelachse fluchtende Ach
se gedreht und unter Ausführung einer einen Teil des
Aufmaßes abtragenden Drehbearbeitung axial in Richtung
Werkstück zugestellt wird. Wesentlich dabei ist, daß
das Hartdrehen und Schleifen bei ein und derselben Ein
spannung des Werkstücks erfolgt.
Das Schleifwerkzeug und das Drehwerkzeug werden zweck
mäßig um eine gemeinsame, zur jeweiligen Werkzeugachse
und zur Werkstückspindel senkrechte Schaltachse gedreht
und dabei wahlweise in Richtung Werkstückspindel ausge
richtet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,
daß der Drehantrieb der Werkstückspindel während der
Drehbearbeitung abgeschaltet wird. Wegen der relativ
hohen zu bewegenden Masse und der geringen, auf das
Werkstück übertragenen Schneidkräfte kann die Werk
stückspindel während der Drehbearbeitung ungebremst
bleiben und in Drehrichtung ohne Nachteil langsam mit
genommen werden. Grundsätzlich ist es jedoch möglich,
die Werkstückspindel während der Drehbearbeitung zu
bremsen oder gegen Verdrehen mit einfachen Mitteln zu
sperren. Umgekehrt ist es auch möglich, mit feststehen
dem Drehwerkzeug zu arbeiten und das Werkstück mit ei
nem entsprechend ausgelegten Spindelantrieb in eine
schnelle Drehbewegung zu versetzen. Je nach Anforderun
gen an die Genauigkeit und Oberflächengüte werden gemäß
der Erfindung bei Werkstücken aus gehärtetem Stahl 70
bis 90% des Aufmaßes durch Hartdrehen und nur der ver
bleibende Rest 30 bis 10% durch Schleifen abgetragen.
Wenn man berücksichtigt, daß der Abtrag beim Hartdrehen
etwa 10 mal so schnell wie beim Schleifen erfolgt, kön
nen unter Berücksichtigung weiterer Vorgänge, wie Ein
spannen und Messen, die Zykluszeiten bei der Endbear
beitung um mehr als die Hälfte reduziert werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß der Schneidradius des Drehwerkzeugs wäh
rend des Drehvorgangs verstellt wird. Damit lassen sich
beim Hartdrehen auch komplizierte Konturen in das Werk
stück einbringen und beim anschließenden Schleifvorgang
an den relevanten Stellen des Werkstücks eine hohe Ge
nauigkeit und Oberflächengüte erzielen.
Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer motorisch ange
triebenen Werkstückspindel zur Aufnahme eines vorbear
beiteten, gehärteten Werkstücks und einem relativ zur
Werkstückspindel verschiebbaren, mindestens eine, vor
zugsweise mindestens zwei motorisch angetriebene Schleif
spindeln zur Aufnahme des Schleifwerkzeugs aufweisenden
Spindelkopfist mindestens eine der Schleifspindeln mit
der Werkstückspindel oder der rotationssymmetrischen
Oberfläche eines auf der Werkstückspindel eingespannten
Werkstücks axial ausfluchtbar und mit einem Drehwerk
zeug bestückbar. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können
beispielsweise an einer vorhandenen Schleifmaschine mit
Mehrspindelkopf nachgerüstet werden, wenn diese über
die Möglichkeit einer fluchtenden Ausrichtung und Ju
stierung des Mehrspindelkopfs gegenüber dem Spindel
stock verfügt, die üblicherweise beim Schleifvorgang
nicht benötigt wird. Die Ausfluchtposition des Mehr
spindelkopfes kann in einer vorhandenen NC-Steuerung
der Schleifmaschine festgehalten und beim Anwählen der
das Drehwerkzeug tragenden Schleifspindel abgerufen
werden. Der Mehrspindelkopf ist zu diesem Zweck vor
teilhafterweise als um eine zur Werkstückspindel senk
rechte Schaltachse drehbarer Revolverkopf ausgebildet,
der auf einem NC-gesteuerten Kreuzschlitten angeordnet
sein kann. Das Drehwerkzeug kann dabei als Bohrstange
mit einer Schneide zum Innenhartdrehen oder zum Außen
hartdrehen ausgebildet sein. Für die Konturbearbeitung
kann das Drehwerkzeug auch als Plandreh- oder Ausdreh
kopf mit Verstellantrieb als zusätzliche NC-Achse für
eine Hartdrehschneide ausgebildet sein.
Eine zusätzliche Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten
wird erzielt, wenn der die Werkstückspindel tragende
Spindelstock um eine zur Schaltachse des Revolverkopfs
parallele Achse verstellbar ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh
rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt
eine Schleifmaschine mit liegendem Mehrspindel-Revol
verkopf für Schleif- und Drehwerkzeuge in schaubildli
cher Darstellung.
Die in der Zeichnung dargestellte Schleifmaschine be
steht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 10, einem
Spindelstock 12 mit Werkstückspindel 14, einem Mehr
spindelrevolverkopf 16 mit vertikaler Schaltachse 38
und einer zwischen Spindelstock und Revolverkopf am
Maschinenbett angeordneten Abrichteinrichtung 18.
Der Spindelstock 12 ist in Richtung des Pfeils 20 quer
verschiebbar und um eine Vertikalachse in Richtung des
Pfeils 22 verstellbar auf dem Maschinenbett angeordnet.
Die Werkstückspindel 14 kann mit dem zu bearbeitenden
Werkstück 24 bestückt werden und ist durch einen An
triebsmotor 26 in Richtung des Pfeils 28 um die hori
zontale Spindelachse 30 im Spindelstock 12 drehbar ge
lagert.
Der Revolverkopf 16 weist bei dem gezeigten Ausführungs
beispiel vier Spindeleinheiten 32 mit integriertem An
triebsaggregat und angetriebener Schleifspindel 34 zur
Aufnahme je eines Werkzeugs 36, 36 , 36′′′, 36IV auf.
Bei den fliegend über die Schleifspindeln 34 überste
henden Werkzeugen handelt es sich im einzelnen um einen
Planschleifdorn 36′, einen Innenschleifdorn 36′′, eine
Bohrstange 36′′′ zum Innenhartdrehen und eine Bohrstange
36 IV zum Außenhartdrehen. Die Auswahl der einzelnen
Werkzeuge erfolgt durch Drehen des Revolverkopfs 16 um
die Schaltachse 38 in Richtung des Pfeils 40. Der Re
volverkopf 16 kann außerdem über einen Kreuzschlitten
42 in Richtung der Pfeile 44 und 46 quer und längs des
Maschinenbetts 10 verschoben werden.
Bei dem Werkstück 24 handelt es sich um ein rotations
symmetrisches, vorbearbeitetes und gehärtetes Stahlteil
mit einer zentralen Bohrung 48, einer Planfläche 50 und
einer zylindrischen Mantelfläche 52. Bei der Endbear
beitung wird zunächst ein in der Wand der Bohrung 48
vorhandenes Aufmaß mit Hilfe des Innendrehwerkzeugs
36′′′ bis auf etwa 80% des Fertigmaßes abgetragen. So
dann wird mit dem Außendrehwerkzeug 36 IV das Aufmaß im
Bereich der Mantelfläche 52 bis auf etwa 80% des Fer
tigmaßes abgetragen. Bei den genannten Drehvorgängen
werden die betreffenden Werkzeuge 36′′′ und 36 IV mit
ihren Spindeln 34 mit der Werkstück-Spindelachse 30 über
eine nicht dargestellte NC-Steuerung ausgefluchtet und
der Antriebsmotor 26 der Werkstückspindel 14 angehal
ten. Beim anschließenden Finish wird zunächst durch
Auswahl des Innenschleifdorns 36′′ die Innenwand der
Bohrung 48 auf Fertigmaß gebracht und sodann durch Aus
wahl des Planschleifdorns 36′ die Planfläche 50 bear
beitet. Der Schleifkörper des Schleifdorns 36′ und/oder
36′′ wird vor einem Schleifvorgang mit Hilfe der Ab
richteinrichtung 18 vermessen und unter Kompensation
des zuvor aufgetretenen Verschleißes nachgestellt und/
oder nachgearbeitet.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin
dung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich
tung Endbearbeitung rotationssymmetrischer Werkstück
oberflächen. Die Endbearbeitung des unter Belassung
eines Aufmaßes vorbearbeiteten und gehärteten Werk
stücks erfolgt gemäß der Erfindung in einer Schleifma
schine in zwei Schritten bei einer einzigen Einspannung
des Werkstücks: Zunächst wird ein größerer Teil des
Aufmaßes durch Hartdrehen zerspant und zu einem kleine
ren Teil bis zum Fertigmaß geschliffen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Endbearbeitung rotationssymmetri
scher Werkstückoberflächen, bei welchem ein unter
Belassung eines Aufmaßes vorbearbeitetes, gehärte
tes Werkstück (24) an einer drehend angetriebenen
Werkstückspindel (14) einer Schleifmaschine einge
spannt und unter Abtrag eines Teils des Aufmaßes
mit einem zur Werkstückspindel und/oder zu der zu
bearbeitenden rotationssymmetrischen Werkstück
oberfläche variabel exzentrischen Werkzeugachse
rotierenden, quer zur Werkstückoberfläche zustell
baren und parallel zu dieser oszillierend ver
schiebbaren Schleifwerkzeug (36′, 36′′) bearbeitet
wird, und bei welchem vor dem Schleifvorgang an
die Stelle des Schleifwerkzeugs (36′, 36′′) ein
Drehwerkzeug (36′′′, 36 IV) in eine zur Werkstück
spindel (14) und/oder zu der zu bearbeitenden ro
tationssymmetrischen Werkstückoberfläche koaxial
fluchtende Position eingewechselt, um eine zur
Werkstückspindelachse (30) fluchtende Achse ge
dreht und unter Ausführung einer einen Teil des
Aufmaßes abtragenden Drehbearbeitung axial in Rich
tung Werkstück (24) zugestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehantrieb der Werkstückspindel (14) wäh
rend der Drehbearbeitung abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstückspindel (14) während der Drehbe
arbeitung ungebremst in Drehrichtung des Drehwerk
zeugs (36′′′; 36 IV) mitgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Werkstückspindel (14) während der
Drehbearbeitung gebremst oder in Drehrichtung
gesperrt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (36′,
36′′) und das Drehwerkzeug (36′′′, 36 IV) um eine ge
meinsame, zur jeweiligen Werkzeugachse und zur
Werkstückspindelachse (30) senkrechte Schaltachse
(38) gedreht und dabei wahlweise in Richtung Werk
stückspindel (14) ausgerichtet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der Schneidenradius des
Drehwerkzeugs (36′′′, 36 IV) während des Drehvorgangs
verstellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß bei Werkstücken (24) aus
gehärtetem Stahl 70 bis 90% des Aufmaßes durch
Hartdrehen und der Rest durch Schleifen abgetragen
wird.
8. Vorrichtung für die Endbearbeitung von rotations
symmetrischen Werkstückoberflächen mit einer moto
risch angetriebenen Werkstückspindel (14) zur Auf
nahme eines vorbearbeiteten, gehärteten Werkstücks (24)
und mit einem relativ zur Werkstückspindel
(14) verschiebbaren, mindestens eine motorisch
angetriebene Schleifspindel (34) zur Aufnahme ei
nes Schleifwerkzeugs (36′, 36′′) aufweisenden Spin
delkopf (16), wobei die Schleifspindel (34) mit
der Werkstückspindel (14) oder einer rotations
symmetrischen Oberfläche des auf der Werkstück
spindel (14) eingespannten Werkstücks (24) axial
ausfluchtbar und mit einem um die Werkstückspin
delachse drehbaren Drehwerkzeug (36′′′, 36 IV) be
stückbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Spindelkopf als Mehrspindelkopf (16)
mit mindestens zwei motorisch angetriebenen
Schleifspindeln (34) ausgebildet ist, von denen
mindestens eine mit dem Drehwerkzeug (36′′′, 36 IV)
bestückbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) der Werk
stückspindel (14) bei angetriebener, mit dem Dreh
werkzeug (36′′′, 36 IV) bestückter Werkzeugspindel
(34) abschaltbar oder von der Werkstückspindel
(14) abkuppelbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Werkstückspindel (14) eine Bremse
oder Drehsperre aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrspindelkopf
als um eine zur Werkstückspindel (14) senkrechte
Schaltachse (38) drehbarer Revolverkopf (16) aus
gebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelkopf (16)
auf einem Kreuzschlitten (42) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein die Werkstückspindel (14)
tragender Spindelstock (12) um eine zur Schaltach
se (38) des Revolverkopfs (16) parallele Achse
(Pfeil 22) verstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß das Drehwerkzeug (36′′′,
36 IV) als Bohrstange mit einer Schneide zum Innen
hartdrehen oder zum Außenhartdrehen ausgebildet
ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß das Drehwerkzeug als
Plandreh- oder Ausdrehkopf mit radial verstellba
rer Schneide ausgebildet ist.
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