DE3731292C2

DE3731292C2 -

Info

Publication number: DE3731292C2
Application number: DE19873731292
Authority: DE
Inventors: Erwin 7611 Nordrach De Junker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-17
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1989-09-14
Also published as: GB8827386D0; FR2641224A1; GB2225264B; GB2225264A; FR2641224B1; DE3731292A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenrundschleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken, mit einer längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbaren und entsprechend dem zu schleifenden Innenprofil radial zustellbaren Schleifscheibe.

Beim Innenrundschleifen von Drehkörpern werden in der Regel Schleifscheiben mit einem Verhältnis von Durchmesser/Länge <0,3 eingesetzt. Eine Schleifscheibe gemäß der DE-OS 24 10 805 und DE-PS 23 36 705 hat den Nachteil, daß sie zwar mit ihrer schrägen Stirnfläche bei einmaligem Durchgang durch das Werkstück das gesamte Schleifausmaß abnimmt, jedoch gleichzeitig Kaliber für das Fertigmaß der Bohrung ist. Dabei besteht zwischen der Bohrungsfläche und der Mantelfläche des zylindrischen Teiles der Schleifscheibe durchgehend eine Linienberührung, was zur Folge hat, daß das Kühlmittel nicht optimal zur Wirkung kommt. Um die Erwärmung des Werkstückes in Grenzen zu halten, wird im allgemeinen mit relativ niedrigen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet. Dies hat eine relativ lange Bearbeitungsdauer zur Folge, welche die Werkstückkosten entsprechend erhöht. Außerdem müssen die bekannten Schleifscheiben bei jedem Werkstückwechsel abgerichtet werden.

Des weiteren ist es aus der DE-PS 34 35 313 bekannt, ein Außenrundschleifen von rotationssymmetrischen Werkstücken mit einer windschief montierten Spindel auszuführen. Der dort beschriebene Vorgang läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf das Innenrundschleifen anwenden, weil erstens bei letzterem Verfahren der für die Schleifscheibe beim Bearbeiten der Bohrung verfügbare Raum begrenzt ist und zweitens bei alleiniger windschiefer Anordnung der Schleifspindel gegen die Werkstücklängsachse die Scheibe nicht den gewünschten Schleifeffekt aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Innenrundschleifen der eingangs umrissenen Art anzugeben, mit der hohe Schleifleistungen bei geringer Werkstückerwärmung und niedrigen radialen Schleifkräften erreicht werden.

Diese Aufgabe wird beim Innenrundschleifen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nur stirnseitig am Werkstück anliegende Schleifscheibe eine im wesentlichen eben verlaufende Mantellinie aufweist, die unter Einschluß eines geringen Freiwinkels gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt ist und daß ein weiterer Freiwinkel durch die windschiefe Anordnung der Achsen der Schleifscheibe und des Werkstückes zueinander gebildet ist, wobei der Kontaktpunkt der Schleifscheibe an der fertig geschliffenen Werkstückfläche um ein Maß D zur Werk stück-Mittelachse versetzt ist.

Zweckmäßig ist der Freiwinkel durch eine zylindrisch abgerichtete Schleifscheibe gebildet, deren Achse mit der Werkstücklängsachse einen Winkel größer als Null einschließt.

Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß unter Senkung der Werkzeugkosten eine erhebliche Verkürzung der Schleifzeit bei sehr geringer Wärmeentwicklung erfolgt. Abgesehen davon, daß eine Wärmestauung im Werkstück vermieden wird, weil bei Verwendung einer flachen Schleifscheibe wesentlich konzentrierter als bislang möglich abgekühlt werden kann, wird das Werkstück keinen extremen radialen Schleifkräften ausgesetzt, weil erstens die mit dem Werkstück in Eingriff stehende aktive Fläche der Schleifscheibe relativ gering ist und darüber hinaus ein wesentlicher Teil der Schleifkräfte in Achsrichtung übertragen wird. Durch den zwischen der Mantellinie der Schleifscheibe und der fertig geschliffenen Werkstückfläche vorgesehenen Freiwinkel wird ein Luftstau ausgeschaltet, so daß das Kühlmittel dort zur Verfügung steht, wo effektiv geschliffen wird.

Um ein Optimum an Schleifleistung und Schleifgüte zu erreichen, wird das zweckmäßige Verhältnis des Schleifscheibendurchmessers und des Innendurchmessers des zu bearbeitenden zylindrischen Hohlkörpers ermittelt, da dieses Verhältnis die Eingriffsfläche der Schleifscheibe am Werkstück bestimmt. Weitere mitbestimmende Parameter sind dabei

die erreichbare Drehzahl von Werkstück und Schleifscheibe,
die Eintauchtiefe (Zustelltiefe),
der Werkstoff,
die Schleifscheibenspezifikation,
die Vorschubgeschwindigkeit und
der Schwenkwinkel.

Unter Optimierung der obengenannten Parameter kann mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden, weil im Gegensatz zum herkömmlichen Schleifen die Kräfte, die rechtwinklig zur Achse wirken, nur einen Bruchteil ausmachen und diese Kräfte nur in einer kleinen Eingriffsfläche wirksam sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Schleifscheibe nach einer Seite hin in Form einer dünnen Schicht, nämlich schichtweise sukzessiv längs ihres Umfanges, gleichmäßig abnutzt. Es läßt sich also vorher feststellen, wann vom Schleifscheibenumfang eine Schicht abgetragen worden ist, damit sie anschließend abgerichtet werden kann. Für den Fall, daß der Schleifkörper mit einem sogenannten CBN-Belag versehen ist, ist die Standzeit wesentlich erhöht.

Aufgrund der schiefen bzw. windschiefen Anordnung der Schleifscheibe zu dem zu bearbeitenden Werkstück ergibt sich zwischen Mantellinie der Schleifscheibe und Innenumfangslinie des Werkstückes ein Freiwinkel im Bereich von 0,06° bis 0,2°, der bewirkt, daß die Schleifscheibe nur an einer kleinen Fläche auf das Werkstück einwirkt.

Der Fehler, der durch den Freiwinkel bei seitlicher Abnutzung der Schleifscheibe entsteht, liegt im µ-Bereich und ist vernachlässigbar gering.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt der Anordnung der Schleifscheibe zum Werkstück, wobei die Schleifscheibendrehachse gegen die Werkstücklängsachse horizontal geschwenkt ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei der Abnutzungsgrad der Schleifscheibe 10% bzw. 80% beträgt,

Fig. 5 ein Teilschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Schleifscheibendrehachse zusätzlich vertikal gegen die Werkstücklängsachse geschwenkt ist, gemäß der Linie B-B in Fig. 6,

Fig. 6 und 7 schematisch eine an den Innenumfang des rota tionssymmetrischen Werkstückes angesetzte Schleifscheibe, wobei in Fig. 6 ein weiterer Freiwinkel δ durch windschiefe Anordnung der Achsen von Schleifscheibe und Werkstück zueinander gebildet ist,

Fig. 8 eine Teilansicht von Werkstück und Schleifscheibe, wobei ein Freiwinkel γ sich durch Schrägstellung der Schleifscheibe zum rotationssymmetrischen Werkstück ergibt,

Fig. 9 eine Ansicht von Werkstück und Schleifscheibe entsprechend Pfeil C in Fig. 6.

In Fig. 1 und 2 ist ein rotationssymmetrischer hohler Drehkörper, nämlich ein Werkstück 1 gezeigt, an welchem eine schmale Schleifscheibe 2 angreift. Die Rotationsachse 2 a dieser Schleifscheibe 2 ist gegen die Werkstücklängsachse 4 um einen Winkel β horizontal geschwenkt. In Fig. 5 ist erkennbar, daß durch Vertikalschwenkung der Schleifscheibendrehachse 2 a gegen die Werkstückachse 4 ein weiterer Ver schränkungswinkel α gegeben ist. Die Schrägstellung von Schleifscheibe zu Werkstück während des Schleifens wird nachfolgend anhand Fig. 3 und 4 deutlicher erläutert.

Nach Fig. 3 und 4 greift die Schleifscheibe 2 in einem Winkel an dem Innenumfang U 1 des Werkstückes an, von welchem entsprechend der Zustellung s ein bestimmter Teil der Manteldicke abgeschliffen werden soll. Dabei liegt der Kontaktpunkt der Schleifscheibe 2 vertikal um das Maß D zur Werkstückdrehachse versetzt (Fig. 5).

Dies ist erforderlich, um ein Freiwerden der Schleifscheibe im fertig geschliffenen Bereich bei windschiefer Anordnung der Drehachsen 2 a und 4 zu erreichen. Zu Beginn bildet sich eine Schrägfläche F aus, mit welcher die Schleifscheibe an dem abzutragenden Teil L des Werkstückes angreift, während aufgrund der besonderen Anordnung der Schleifscheibe zum Werkstück ein Freiwinkel γ zwischen der geraden Mantellinie M der Schleifscheibe und der fertig geschliffenen Fläche U des Werkstückes 1 vorhanden ist, so daß, wenn die Fläche U einmal fertig geschliffen ist, sie nicht weiter mit der Schleifscheibe in Berührung kommt. Während hier ein beträchtlicher Teil des Druckes der Schleifscheibe über die Linie L nach Fig. 3 in Achsrichtung abgeleitet wird, wirkt die radial gerichtete Schleifkraftkomponente im wesentlichen in dem Punkt auf die fertig geschliffene Werkstückfläche ein, welcher in Fig. 2, 3, 4 und 8 mit 1 a bezeichnet ist. Die Stirnfläche F wandert während des weiteren Schleifens entgegen der Vorschubrichtung der Schleifscheibe zum freien Rand der Schleifscheibe hin, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, in welcher die Schleifscheibe bereits zu 80% in Form einer Schicht abgenutzt ist.

In Fig. 4 ist die schräge Stirnfläche der Schleifscheibe mit F 1 bezeichnet.

In Fig. 3 und 4 ist schematisch eine vereinfachte Darstellung der Abnutzung der Schleifscheibe wiedergegeben, in welcher zwischen der ebenen Mantellinie M der Schleifscheibe 2 und der Innenwand U des Werkstückes 1 des bereits fertig geschliffenen Durchmessers des Werkstückes 1 ein Freiwinkel γ vorhanden ist. Nach Fig. 3 und 8 wirkt die Schleifscheibe 2 mit ihrer schrägen Stirnfläche F gegen die Bearbeitungsschicht B des Werkstückes 1 entsprechend der gewünschten Schleiftiefe S. Mit den Pfeilen ist die radiale Zustellung und die Axialbewegung der Schleifscheibe 2 gegenüber dem Werkstück 1 angedeutet. Bei dem Schleifvorgang nach Fig. 3 und 4 wird jedoch nicht nur der Bohrungsdurchmesser des Werkstückes 1 um die doppelte Schleiftiefe vergrößert, sondern die Schleifscheibe 2 nutzt sich während des Schleifvorganges sukzessiv in Form einer Schicht L ab, die der Schleiftiefe S entspricht. Beim Schleifen selbst wirkt ein erheblicher Teil der Schleifdrücke in axialer Richtung, während die Radialkomponente dieser Kräfte von der Schleifscheibe 2 auf das Werkstück 1 im wesentlichen in dem Punkt 1 a auf die fertig geschliffene Werkstückfläche übertragen wird. Die Schleifscheibe 2 berührt das Werkstück also annähernd punktförmig, so daß das Werkstück selbst keinen wesentlichen radialen Druckkräften ausgesetzt ist. Der Punkt 1 a liegt an der Stelle, an welcher das Werkstück 1 von der Scheibe gerade fertiggeschliffen wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Punkt 1 a auf der Innenumfangslinie U, während der Innenumfangsabschnitt U 1 des Werkstückes 1 noch abzuschleifen ist. Die Abnutzung der Schleifscheibe erfolgt also gleichmäßig in Form einer der Schleiftiefe entsprechenden Schicht S, so daß so lange, wie diese Schicht noch nicht vollständig abgetragen ist, die Schleifscheibe auch nicht abgerichtet oder neu zugestellt zu werden braucht. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 bedeutet dies also, daß so lange ein Abschnitt X 1 bzw. X 2 der Mantelfläche der Schleifscheibe zum Schleifvorgang zur Verfügung steht, im Gegensatz zu bisherigen Schleifverfahren nicht dauernd abgerichtet werden muß.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist ein sehr schonendes Hochgeschwindigkeits-Innenschleifen von Werkstücken möglich, weil im Gegensatz zu bekannten Innenrundschleifverfahren, bei denen die Kräfte zu über 90% im rechten Winkel zur Werkstückachse einwirken, die Radialkräfte aufgrund der annähernd punktförmigen Berührung von Schleifscheibe 2 und Werkstück 1 im Punkt 1 a im wesentlichen über diesen Punkt zur Einwirkung gelangen, während der Hauptteil der Kraft aufgrund der schrägen Stirnfläche in Achsrichtung übertragen wird.

In Fig. 9 ist ein Schnitt nach Pfeilrichtung C in Fig. 6 gezeigt. Hier ist schraffiert die Angriffsfläche A der Schleifscheibe dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Flächengröße von den drei Parametern Schleifscheibendurchmesser, Werkstückinnendurchmesser und Schleifzustellung S abhängig ist. Diese Parameter lassen sich für die jeweilige Schleifaufgabe optimieren. E ist hier die Ringfläche, die sich infolge der Zustellung ergibt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines optimalen Verhältnisses von Schleifscheibendurchmesser zu Innendurchmesser des zu bearbeitenden hohlen Werkstückes und der mitbestimmenden Parameter wiedergegeben:

Durchmesser der Schleifscheibe:\|30 mm
Bohrungsdurchmesser des @	Werkstückes:	50 mm
Erreichbare Drehzahl des @	Werkstückes:	6000¹/min
Erreichbare Drehzahl der @	Schleifscheibe:	80 000¹/min
Maximale Eintauchtiefe @	(Zustelltiefe):	0,2 mm
Verwendete Schleifscheibe:	CBN
Vorschubgeschwindigkeit von @	Werkstück gegen Schleifscheibe:	3 mm/s
Schwenkwinkel:	0,2°

Claims

1. Vorrichtung zum Innenrundschleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotations symmetrischen Werkstücken, mit einer längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbaren und entsprechend dem zu schleifenden Innenprofil radial zustellbaren Schleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die nur stirnseitig am Werkstück (1) anliegende Schleifscheibe (2) eine im wesentlichen eben verlaufende Mantellinie aufweist, die unter Einschluß eines geringen Freiwinkels (γ) gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt ist, und daß ein weiterer Freiwinkel (δ) durch windschiefe Anordnung der Achsen der Schleifscheibe (2) und des Werkstücks (1) zueinander gebildet ist, wobei der Kontaktpunkt der Schleifscheibe an der fertig geschliffenen Werkstückfläche um ein Maß D zur Werkstück-Mittelachse versetzt ist (Fig. 5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel (γ) durch eine zylindrisch abgerichtete Schleifscheibe (2) gebildet ist, deren Achse (2 a) mit der Werkstücklängsachse (4) einen Winkel (α) größer als Null einschließt.