EP0176654B1

EP0176654B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen von rotationssymmetrischen Werkstücken

Info

Publication number: EP0176654B1
Application number: EP85102261A
Authority: EP
Inventors: Erwin Junker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-02-28
Publication date: 1992-07-15
Anticipated expiration: 2005-02-28
Also published as: EP0176654A2; ES8605705A1; CS272205B2; BR8501203A; CS175585A2; SU1452466A3; DD232863A5; ATE78204T1; ES541094A0; EP0176654A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken.
Beim Profilschleifen von Drehkörpern werden bisher Schleifscheiben eingesetzt, deren Kontur dem zu schleifenden Profil entspricht. Schleifscheiben, die so breit wie das Profil sind, haben den Nachteil, daß sie das Werkstück unter sogenannter "Linienberührung" und entsprechend hohen Radialkräften beschleifen, was zur Folge hat, daß das Kühlmittel nicht optimal zur Wirkung kommt. Um die Erwärmung vom Werkstück in Grenzen zu halten, wird im allgemeinen auch wegen der großen Masse einer solchen Schleifscheibe mit relativ niedrigen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet. Dies hat eine relativ lange Bearbeitungsdauer zur Folge, welche die Werkstückkosten entsprechend erhöht.
In der SU-A-852 502 ist eine Schleifmaschine beschrieben, bei welcher die Schleifscheibenachse gegen die Werkstückachse verschwenkbar ist. Es ist dort vorgeschrieben, daß nicht mit den Schleifscheibenkanten geschliffen werden soll. Deshalb ist die Schleifscheibe in Bezug auf ihre Breite mittig auf ihrer Mantellinie im Einsatz, um im oszillierenden Verfahren das Werkstück fertigzubearbeiten. Abgesehen davon, daß beim Schleifen nach dieser Druckschrift wesentliche Kräfte in radialer Richtung des Werkstückes übertragen werden, die insbesondere bei Werkstücken niedrigen Durchmessers ihre Qualität nachteilig beeinflussen, ist diese Schleifscheibe während des Schleifvorganges mit einer größeren breiten Fläche in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück, so daß sich auch Probleme bei der Kühlung der Schleifzone ergeben, woraus sich der weitere Nachteil ergibt, daß mit dieser bekannten Anordnung ein Hochgeschwindigkeitsschleifen ausgeschlossen ist. Weiterhin ist der Schwenkwinkel des Schleifkopfes abhängig vom Schleifscheibendurchmesser, der Schleifscheibenbreite, vom Werkstückdurchmesser und von der Länge des Werkstückes selbst. Da mit den Schleifscheibenseitenkanten nicht geschliffen werden soll, ist der Schwenkwinkel auch zwangsläufig vom Zustellwert und der Breite der Schleifscheibe abhängig.
In der DDR-PS 29 342 ist eine Polierschleifeinrichtung für runde symmetrische und asymmetrische dünnwandige Werkstücke beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, daß sie in ihren Bewegungskomponenten annähernd denen einer Handschleifpolierung entspricht, d.h. also das Werkstück führt laufend eine pendelnde Schwenkbewegung bei Änderung der Vorschubrichtung der Poliervorrichtung aus. In dieser Druckschrift ist zwar eine Schrägstellung von Polierschleifscheibe zu Werkstückachse angegeben, wobei diese Schrägstellung offensichtlich nur die Bedeutung hat, daß das Werkstück genau so intensiv wie von Hand poliert werden kann. Zur Schaffung eines Freiwinkels zwischen einer stirnseitig arbeitenden Schleifscheibe und dem Werkstück und zur sukzessiven gleichmäßigen Abnutzung der Schleifscheibe, ohne dauernd abrichten zu müssen, gibt diese Druckschrift keinen Hinweis.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen von rotationssymmetrischen, um ihre Längsachse drehbar eingespannten Werkstücken anzugeben, wobei jedes Werkstück schonend in kürzester Zeit geschliffen werden kann und sich andererseits die Schleifscheibe schichtweise sukzessiv längs ihres Umfangs gleichmäßig abnutzen kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der oben umrissenen Art mit den Angaben im Patentanspruch 1 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem mit seinen beiden Enden drehbaren, in einem Halter eingespannten rotationssymmetrischen Werkstück und einer von einer Schleifspindel getragenen Schleifscheibe, welche längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbar und entsprechend dem gewünschten zu schleifenden Profil des Werkstückes radial verstellbar ist, wobie die Schleifscheibenachse gegen die Werkstückeslängsachse windschief angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorrichtung so eingestellt ist, daß die Schleifscheibe eine gerade Mantellinie aufweist und im ungebrauchten Zustand der Kontaktpunkt zwischen dem Schleifscheibenumfang und dem fertigen Werkstückdurchmesser auf einer Seitenfläche des Schleifbelages angeordnet ist, wobei die wirksame Stirnfläche der Schleifscheibe in der Ebene dieser Seitenfläche des Schleifbelages liegt.
Zweckmäßig weist die Schleifscheibe eine konische oder eine zylindrische Mantelfläche auf, wobei der Schleifbelag vorteilhaft aus Borazon besteht.
Dabei kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die Schleifspindelachse gegenüber der Werkstücklängsachse horizontal und vertikal geschwenkt und eingestellt ist.
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 schmalen Schleifscheibe wesentlich konzentrierter als bislang möglich gekühlt werden kann, wird das Werkstück keinen extremen radialen Schleifdrücken ausgesetzt, weil erstens die jeweils pro Zeiteinheit mit dem Werkstück in Eingriff stehende aktive wirksame Stirnfläche der Schleifscheibe relativ gering ist und darüber hinaus ein wesentlicher Teil der Schleifdrücke in Achsrichtung übertragen wird. Deshalb kann mit relativ hohen Schleifgeschwindigkeiten gearbeitet werden, weil im Gegensatz zum herkömmlichen Schleifen die Kräfte, die rechtwinklig zur Achse wirken, nur einen Bruchteil ausmachen und diese Kräfte in einem Punkt des Werkstückumfanges wirken, der auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich der Schleifscheibenbelag nach einer Seite hin in Form einer dünnen Schicht gleichmäßig abnutzt. Es läßt sich also mathematisch feststellen, wann vom Schleifscheibenumfang eine Schicht abgetragen worden ist, damit sie anschließend nachgerichtet werden kann. Für den Fall, daß der Schleifkörper mit einem Borazon-Belag versehen ist, ist die Standzeit wesentlich erhöht.
Aufgrund der schiefen bzw. windschiefen Anordnung von Schleifscheibe zu dem zu bearbeitenden Werkstück ergibt sich zwischen Mantellinie und Umfangslinie des Werkstückes ein Freiwinkel, der bewirkt, daß die Schleifscheibe nur an der vorgesehenen Stelle auf das Werkstück einwirkt, ansonsten jedoch Platz gelassen ist, so daß die Schleifscheibe beim weiteren Schleifvorgang nicht noch einmal das fertige Profil beschleifen kann. Während also erfindungsgemäß entsprechend der gewünschten Zustelltiefe die Schleifscheibe mit der schrägen Stirnfläche am Werkstück angreift, der abschließende Durchmesser des Werkstückes von der Schleifscheibe jedoch lediglich durch Punktberührung geschliffen wird, ist nach "Fertigungstechnik und Betrieb" Nr. 23, Heft 3, 1973 S. 166-171 die Schleifanordnung so getroffen, daß die Schleifscheibenachse und die Werkzeugachse parallel in einer Ebene liegen und die Schleifscheibe mit zwei Mantellinien an dem Werkstück angreift.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch eine Draufsicht auf die Anordnung eines Schleifkörpers zum Werkstück, wobei die Schleifkörperdrehachse gegen die Werkstücklängsachse horizontal geschwenkt ist,
Fig. 2: eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Schleifscheibenachse vertikal gegen die Werkstücklängsachse geschwenkt ist,
Fig. 3: eine vergrößerte Teilansicht nach Fig. 1 mit zu 10% abgenutzter Schleifscheibe,
Fig. 4: eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei der Abnutzungsgrad der Schleifscheibe höher ist,
Fig. 5 bis 7: verschiedene schematische Darstellungen in Draufsicht, in denen die Abnutzungsweise der Schleifscheibe gezeigt 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 Frontansicht von Werkstück und Scheibe entsprechend Pfeil A in Fig. 8.

In Fig. 1 ist ein rotationssymmetrischer Drehkörper, nämlich ein Werkstück 1 gezeigt, an welchem ein Schleifkörper in der Form einer schmalen Schleifscheibe 2 angreift. Die Rotationsachse 2a dieser Schleifscheibe 2 ist gegen die Werkstücklängsachse 4 um einen Winkel β horizontal geschwenkt. In Fig. 2 ist erkennbar, daß durch Vertikalschwenkung der Schleifscheibendrehachse 2a gegen die Werkstückachse 4 ein weiterer Verschränkungswinkel 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 1, welche eine im wesentlichen gerade Mantelfläche aufweist, in einem Winkel an dem Umfang des Werkstückes an, von welchem entsprechend der Schleiftiefe s ein bestimmter Teil des Umfanges abgeschliffen werden soll. 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 (nicht gezeigter erkennbarer) Freiwinkel zwischen der geraden Mantellinie der Schleifscheibe und der fertig geschliffenen Umfangsfläche U des Werkstückes 1 vorhanden ist, so daß, wenn der Umfang U einmal fertig geschliffen ist, er 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 lediglich in dem Punkt auf das Werkstück ein, welcher in Fig. 5 bis 7 mit 1a bezeichnet ist. Die Stirnfläche F wandert während des weiteren Schleifens entgegen der Vorschubrichtung der Schleifscheibe zum freien Rand der Scheibe 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 F1 bezeichnet.
In Fig. 5 bis 7 ist schematisch eine vereinfachte Darstellung der Abnutzung der Schleifscheibe wiedergegeben, in welcher der zwischen der geraden Mantellinie M der Schleifscheibe 2 und der Umfangslinie U des Werkstückes 1 des bereits fertig geschliffenen Durchmessers des Werkstückes 1 ausgebildete Freiwinkel nicht gezeigt ist. Nach Fig. 5 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. 5 bis 7 wird jedoch nicht nur der Durchmesser des Werkstückes 1um die doppelte Schleiftiefe verringert, sondern die Schleifscheibe 2 nutzt sich während des Schleifvorganges sukzessiv in Form einer Schicht 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 lediglich in dem Punkt 1a übertragen wird. Die Schleifscheibe 2 weist also an der Stelle 1a mit dem Werkstück eine Punktberührung auf, so daß das Werkstück selbst keinen wesentlichen radialen Druckkräften ausgesetzt ist. Dieser Punkt 1a liegt auf einer Senkrechten zur Werkstücklängsachse an der Stelle, an welcher das Werkstück 1 von der Scheibe gerade fertiggeschliffen wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies die Umfangslinie U in Fig. 6, während der Umfangsabschnitt U1 (Fig. 5) 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 nachgerichtet oder neu zugestellt zu werden braucht. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 bedeutet dies also, daß so lange ein Abschnitt X1 bzw. X2 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-Profilschleifen von Werkstücken möglich, weil im Gegensatz zu bekannten Rundschleifverfahren, bei denen die Kräfte zu über 90% im rechten Winkel zur Werkstückachse einwirken, die Radialkräfte aufgrund der Punktberührung von Schleifscheibe 2 und Werkstück 1 im Punkt 1a lediglich über diesen Punkt zur Einwirkung gelangen, während der Hauptteil der Kraft aufgrund der schrägen Stirnfläche in Achsrichtung übertragen wird.
In Fig. 8 und 9 ist die vereinfachte Anordnung von Schleifscheibe zu Werkstück gezeigt, wobei in Fig. 8 der Freiwinkel γ eingezeichnet ist, so daß der im Bereich des fertigen Durchmessers des Werkstückes 1 liegende Teil der Schleifscheibe nicht mehr mit der schon beschliffenen Fläche in Eingriff gelangen kann. Auch hier ist deutlich gezeigt, wie sich die Schleifscheibe 2 längs ihrer schrägen Stirnfläche gleichmäßig in Form einer Schicht abnutzt, wenn sie in Richtung des in Fig. 8 gezeigten Pfeiles gegen das sich drehende Werkstück bewegt wird.
Bei der Darstellung nach Fig. 9 ist deutlich erkennbar, daß die Schleifscheibe 2 den fertigen Durchmesser (Umfangslinie U) fertig arbeitet, indem sie nur über den Punkt 1a auf das Werkstück einwirkt, während die übrige Schleifkraft über die schräge Stirnfläche F der Scheibe gegen den noch abzutragenden Umfang des Werkstückes wirkt.
Die erzielbaren Vorteile lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

1) Kurze Schleifzeit (ca. 10-25%);
2) geringe Wärmeentwicklung;
3) hohe Drehzahl des Werkstückes möglich;
4) hohe Schleifscheibendrehgeschwindigkeit möglich;
5) relativ schmale Schleifscheibe.

Claims

Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken, wobei eine Schleifscheibe längs der Drehachse des Werkstückes vorgeschoben und entsprechend dem abzuschleifenden Maß radial verstellt wird, wobei die Schleifscheibe mit ihrer Stirnfläche dem abzuschleifenden Bereich des Werkstückes zugewandt ist und wobei bei andauerndem Vorschub die stirnseitig schleifende Schleifscheibe mit einer geraden Mantellinie so gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt wird, daß die wirksame Stirnfläche längs der Mantellinie der Schleifscheibe so wandert, daß sich die Schleifscheibe schichtweise sukzessiv längs ihres Umfanges gleichmäßig abnutzt, wobei die Schleifscheibe beim Schleifvorgang den Werkstückumfang im Bereich seines fertigen Durchmessers lediglich in einem auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegenden Punkt berührt, und wobei die Mantellinie der Schleifscheibe mit der Umfangslinie der geschliffenen Werkstückfläche einen Freiwinkel einschließt, so daß die angrenzende fertig geschliffene Fläche nicht weiter von der Schleifscheibe erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel durch eine konisch abgerichtete Schleifscheibe gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel durch eine zylindrisch abgerichtete Schleifscheibe gebildet wird, deren Achse mit der Werkstücklängsachse einen Winkel größer als Null einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel durch windschiefe Anordnung der Achsen der Schleifscheibe und des Werkstückes zueinander gebildet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 mit einem mit seinen beiden Enden drehbaren, in einem Halter eingespannten rotationssymmetrischen Werkstück und einer von einer Schleifspindel getragenen und angetriebenen Schleifscheibe, welche längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbar und entsprechend dem gewünschten zu schleifenden Profil des Werkstückes radial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so eingestellt ist, daß die Schleifscheibe eine gerade Mantellinie aufweist und im ungebrauchten Zustand der Kontaktpunkt zwischen dem Schleifscheibenumfang und dem fertigen Werkstückdurchmesser auf einer Seitenfläche des Schleifbelages angeordnet ist, wobei die wirksame Stirnfläche der Schleifscheibe (2) in der Ebene dieser Seitenfläche des Schleifbelages liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (2) eine konische Mantelfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (2) eine zylindrische Mantelfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag aus Borazon besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibenachse gegen die Werkstücklängsachse in zwei Ebenen verschwenkt ist.