DE3625565A1 - Verfahren zum schleifen gekruemmter flaechen an werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von gekrümmten Flächen an Werkstücken, bei dem auf einer Profil- oder Flachschleifmaschine eine rotierende Schleif­ scheibe mit einem Werkstück in Wirkkontakt gebracht wird und die rotierende Schleifscheibe und das Werkstück ent­ sprechend der zu schleifenden Krümmung in zwei Richtungen (Achsen) translatorisch zueinander verfahren werden.

Bei herkömmlichen Maschinen ist es bekannt, zum Schleifen eines Radius die Drehachse des Werkstücks in den Mittel­ punkt des zu schleifenden Radius zu legen. Diese Art des Schleifens von Krümmungen erfordert nur eine rotatorische Bewegung, aber keine translatorischen Bewegungen des Werk­ stücks zur Schleifscheibe. Bei großen zu schleifenden Radien ist jedoch auch ein entsprechend großer Drehtisch­ durchmesser oder eine komplizierte Kulissenführung erforderlich. Es ist auch bekannt, Radien durch Überlage­ rung zweier translatorischer Achsen zu schleifen. So kann, während das Werkstück in der Tischebene tangential zur Schleifscheibe bewegt wird, die Schleifscheibe senkrecht dazu geführt werden, wodurch am Werkstück ein Bogen geschliffen wird. Ein Nachteil dieser Art des Schleifens von Krümmungen ist, daß der Wirkpunkt und die Wirkrichtung der Schleifkraft am Werkstück nicht konstant bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art weiter zu verbessern, ins­ besondere im Hinblick auf die Werkstückbelastung während des Schleifens einer Krümmung und die Oberflächenqualität des Schleifergebnisses.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß das Werk­ stück gleichzeitig zusätzlich um eine Achse gedreht wird und daß der Wirkkontakt immer auf einer den Mittelpunkt der Schleifscheibe und den Mittelpunkt der Werkstückkrümmung verbindenden Geraden gehalten wird. Dabei kann die Drehung des Werkstücks um eine wenigstens zum Teil im Werkstück verlaufende Drehachse erfolgen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß besonders kurze Schwenkvorrichtungen für die Drehung des Werkstücks auch zum Schleifen sehr großer Radien ausreichen. Verläuft die zu schleifende Krümmung des Werkstücks nicht in einer zu einer der translatorischen Maschinenachsen parallelen Ebene, so sieht die Erfindung zur Kompensation von bei der Rotation des Werkstücks auf­ tretenden Abstandsdifferenzen vor, die rotierende Schleif­ scheibe und das Werkstück zum Erzeugen einer im Raum ver­ laufenden Krümmung zusätzlich in einer weiteren quer zu den anderen translatorischen Achsen verlaufenden Richtung translatorisch zueinander zu verfahren.

Der Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß Krümmungen auch großer Radien geschliffen werden können, ohne Schwenkbewegungen des Werkstücks mit eben diesem großen Radius durchführen zu müssen, was die Baugröße der Schwenkeinrichtung für das Werkstück erheblich verringert. Neben diesem maschi­ nenbaulichen Vorteil ergibt sich aus dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren der weitere Vorteil, daß der Wirkpunkt zur Schleifscheibenachse immer dieselbe Winkellage beibehält. Dadurch bleibt auch die Wirkrichtung der Schleifkraft konstant, so daß das Werkstück beim Schleifen nicht unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 2, ebenfalls in schematischer Darstellung.

Anhand von Fig. 1 wird zunächst das erfindungsgemäß vorge­ schlagene Verfahren näher erläutert. Mit 1 ist eine Schleifscheibe bezeichnet, die entlang einer ersten trans­ latorischen Achse, der Y-Achse, linear beweglich ist. Der Mittelpunkt der Schleifscheibe ist mit S bezeichnet und ihr Radius mit r _s . Zu bearbeiten ist ein Werkstück 2, das in drei verschiedenen Positionen 2, 2 a und 2 b darge­ stellt ist. Die zu schleifende Kontur 3 des Werkstücks ist ein Radius, dessen Mittelpunkt bei M liegt. Der Radius dieser Krümmung ist mit R _w bezeichnet. Das Werkstück 2 ist auf einem in Fig. 1 nicht dargestellten Schlitten in einer zweiten translatorischen Achse, der X-Achse, linear verfahrbar und auf einem in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten Drehtisch um eine zur Schleifscheibenachse parallele Achse A drehbar. Die in der Draufsicht zu erkennenden Eckpunkte des Werkstücks sind mit P ₁, P ₂, P ₃ und P ₄ bezeichnet.

Das Verfahren nach der Erfindung sieht vor, Krümmungen, insbesondere kreisförmige Krümmungen eines vorgegebenen Radius R _w durch eine überlagerte Bewegung in den Achsen X, Y und A zu schleifen. Bei einer herkömmlichen Maschine liegt die Achse A im Mittelpunkt M der Krümmung 3 des Werkstücks, so daß zum Schleifen der Krümmung 3 lediglich eine Drehung des Werkstücks um den Mittelpunkt M erforder­ lich ist. Das setzt aber einen relativ großen Drehtisch voraus. Gemäß der Erfindung wird die Drehung des Werkstücks um den Mittelpunkt M der Krümmung steuerungsmäßig zusammen­ gesetzt aus einer Drehung um eine feste, beliebig ange­ ordnete andere Achse A und translatorische Verschiebungen in den beiden Achsen X und Y. Die Ausgangslage des Werk­ stücks, dessen Krümmung 3 geschliffen werden soll, ist mit 2 bezeichnet und mit einer vollen Linie dargestellt. Die Eckpunkte des Werkstücks 2, im dargestellten Fall eines Kreisringsegments, sind mit P ₁, P ₂, P ₃ und P ₄ bezeichnet. Die Punkte P ₁ und P ₂ liegen auf einer Geraden G, welche den Mittelpunkt S der Schleifscheibe 1 mit dem Mittelpunkt M der zu schleifenden Krümmung verbin­ det. Die Tangente T ₁ des Werkstücks im Wirkpunkt WP ist gleichzeitig auch eine Tangente an die Schleifscheibe im Wirkpunkt. Der Wirkpunkt liegt in diesem Moment im Eckpunkt P ₁ des Werkstücks.

Eine Drehung des Werkstücks 2 um die Achse A, beispiels­ weise die Drehachse eines nicht gezeigten Drehtisches, um das Winkelinkrement α _M in Richtung eines Pfeiles 4 überführt die Eckpunkte P ₁ in P _{1 a} , P ₂ in P _{2 a} , P ₃ in P _{3 a} P ₄ in P _{4 a} . Die Tangente T _{4 a} liegt nun parallel im Abstand Δ _y zu der früheren Tangente T ₁ an den früheren Schleif­ scheibenwirkpunkt WP. Um diesen Betrag Δ _y muß das Werk­ stück nun radial zur Schleifscheibe verschoben werden. Anstelle des Werkstücks kann auch die Schleifscheibe um Δ _y verschoben werden, wobei ihr Mittelpunkt von S nach S _b wandert. Gleichzeitig wird das Werkstück um den Betrag Δ _x tangential zur Schleifscheibe verschoben. Die Eck­ punkte P _{1 a} , P _{2 a} , P _{3 a} und P _{4 a} der gestrichelt dargestellten Zwischenposition 2 a des Werkstücks fallen dadurch auf die Eckpunkte P _{1 b} , P _{2 b} , P _{3 b} und P _{4 b} der strichpunktiert dargestellten Position 2 b. Der Mittelpunkt M der Krümmung, der in der Zwischenposition 2 a des Werkstücks bei M _a lag, bewegt sich dabei nach M _b . Die Punkte P _{3 b} und P _{4 b} liegen nach diesem Steuerungsvorgang wieder auf der Geraden G, welche den Mittelpunkt der Schleifscheibe mit dem Mittel­ punkt der Krümmung des Werkstücks verbindet. Der Punkt P _{4 b} ist jetzt der Wirkpunkt der Schleifscheibe auf das Werkstück, der ersichtlich wieder in derselben Winkel­ position zur Schleifscheibenachse liegt. Die Drehachse des Werkstücks ist um Δ _x von A nach A ₂ gewandert.

Die Bewegungsvorgänge wurden der Deutlichkeit halber in Fig. 1 stark vergrößert dargestellt. In der Realität setzt sich der Schleifvorgang beim Schleifen der Krümmung 3 aus vielen infinitesimalen Schritten zusammen, die zusammen diesen Kreisbogen ergeben. Jeder dieser infinitesimalen Schritte besteht aus den beschriebenen zwei translatorischen und der einen rotatorischen Bewegung, die jeweils auch in einer anderen Reihenfolge ablaufen und auch zusammen­ fallen können, um einen kontinuierlichen Bewegungsablauf zu erreichen.

Bei der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Anordnung werden die X-Achse werkstückseitig und die Y-Achse schleif­ scheibenseitig verfahren. Hier sind beliebige andere Achskombinationen denkbar.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich beliebige Innen- und Außenkrümmungen mit einer gemeinsamen Achse gleichzeitig schleifen. Die zu schleifenden Krümmungen sind unabhängig vom Schleifscheibenradius r _s . Zum Schleifen einer zweiten gekrümmten Kontur 6 an demselben Werkstück 2 ist es nur erforderlich, auch an dieser Seite eine in Y-Richtung verfahrbare Schleifscheibe vorzusehen, die ebenso gesteuert wird wie die Schleifscheibe 1.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird eine Variante des erfin­ dungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum Schleifen von Krümmungen erläutert. Diese Figuren zeigen in einer Seiten­ ansicht und einer Vorderansicht die wesentlichen Bestand­ teile einer zur Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschla­ genen Verfahrens geeigneten Schleifmaschine in schemati­ scher Darstellung. In Fig. 2 ist ein in Richtung der Z-Achse verfahrbarer Werkstücktisch mit 7 bezeichnet. Dieser trägt einen in Richtung der X-Achse verfahrbaren Werkstückschlitten 8. Auf dem Werkstückschlitten 8 ist ein Träger 9 montiert, der an einer schrägen Fläche einen um eine Achse A ₁ drehbaren Drehtisch 11 trägt. Auf dem Drehtisch ist ein Werkstückhalter 12 mit einem Werkstück 13 angebracht. An dem Werkstück 13 ist eine Krümmung 14 zu schleifen, welche eine Grundfläche 14 a und eine Flanke 14 b aufweist. Der Radius der Krümmung ist R _w . Die Achse der Krümmung ist mit M bezeichnet.

Zum Schleifen der Krümmung ist eine Schleifscheibe 16 vorgesehen, die in Richtung der Y-Achse verfahrbar ist. Die Schleifscheibe 16 wird mit einer Abrichtrolle abge­ richtet, die in Richtung der V-Achse zustellbar ist.

Das Werkstück 13 mit der Krümmung 14 ist auf dem schrägen Drehtisch 11 angeordnet, so daß die Krümmung zur Schleif­ scheibe räumlich verläuft. Zum Schleifen dieser Krümmung ist gemäß der Erfindung außer den translatorischen Bewe­ gungen in der X - und der Y-Achse und der rotatorischen Bewegung um die A-Achse eine zusätzliche translatorische Bewegung in Richtung der Z-Achse vorgesehen. Diese über­ lagert gemäß Anspruch 3 die beiden zuvor genannten translatorischen und die rotatorische Bewegungen und gewährleistet das präzise Schleifen sowohl der Grundfläche 14 a als auch der Flanke 14 b der Krümmung 14. Soll während des Schleifens die Schleifscheibe 16 kontinuierlich abgerichtet werden, so ist in der Schleifscheibenbewegung in Richtung der Y-Achse zusätzlich ein Kompensationsbetrag für den von der Abrichtrolle 17 verursachten Abrichtbetrag vorzusehen.

Fig. 3 läßt deutlich erkennen, daß die Drehachse A ₁ des Werkstücks außerhalb des Werkstücks verläuft. Übertragen auf die Fig. 1 würde das bedeuten, daß die Achse A außer­ halb des Werkstücks in der Gegend des Eckpunktes P ₂ läge. Dies ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, mit der erreicht wird, daß Richtungsänderungen der Vorschübe in den Achsen X und Y bei der Drehung des Werkstücks um A vermieden werden können.

Wie in Fig. 2 angedeutet, ist es auch möglich, die Z-Achse oder die Y-Achse durch eine parallel zur schrägen Tisch­ fläche verlaufende Z′-Achse zu ersetzen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Schleifen von gekrümmten Flächen an Werkstücken, bei dem auf einer Profil- oder Flachschleif­ maschine eine rotierende Schleifscheibe mit einem Werk­ stück in Wirkkontakt gebracht wird und die rotierende Schleifscheibe und das Werkstück entsprechend der zu schleifenden Krümmung in zwei Richtungen (Achsen) trans­ latorisch zueinander verfahren werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück gleichzeitig zusätzlich um eine Achse (A) gedreht wird und daß der Wirkkontakt (WP) immer auf einer den Mittelpunkt (S) der Schleifscheibe und den Mittelpunkt (M) der Werkstückkrümmung verbindenden Geraden (G) gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Werkstücks um eine wenigstens zum Teil im Werkstück verlaufende Drehachse (A) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Schleifscheibe und das Werkstück zum Erzeugen einer im Raum verlaufenden Krümmung zusätzlich in einer weiteren quer zu den anderen translatorischen Achsen verlaufenden Richtung (Z-Achse) translatorisch zueinander verfahren werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehung des Werkstücks um eine außerhalb des Werkstücks verlaufende Drehachse (A ₁) erfolgt.