EP1475186B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Rundschleifen - Google Patents
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- EP1475186B1 EP1475186B1 EP03405603A EP03405603A EP1475186B1 EP 1475186 B1 EP1475186 B1 EP 1475186B1 EP 03405603 A EP03405603 A EP 03405603A EP 03405603 A EP03405603 A EP 03405603A EP 1475186 B1 EP1475186 B1 EP 1475186B1
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- B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
- B24B5/14—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding conical surfaces, e.g. of centres
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- B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
Definitions
- the invention relates to a method for cylindrical grinding of a workpiece and to an apparatus for carrying out the cylindrical grinding method according to the preambles of the independent patent claims.
- workpieces are required which are at least partially rotationally symmetrical and have a workpiece axis defining the axis of symmetry and two adjacent surfaces which are rotationally symmetrical with respect to the workpiece axis and between which a circular transitional edge is formed.
- Such workpieces are e.g. used as valve or nozzle needles, typically one of the two surfaces forms a sealing seat and the other of the two surfaces forms a guide surface of the valve or nozzle needle.
- valve or nozzle needles also for high pressure applications such.
- Fuel injection systems are suitable for modern gasoline or diesel engines, where partial pressures of well over 1000 bar must be mastered, high demands are to be met in terms of compliance with manufacturing tolerances.
- the transition edge between the seat and the guide surface must be formed as sharp as possible and burr-free.
- a cylindrical grinding process and a cylindrical grinding machine are known, which allow the production of a valve needle for a fuel injection valve by means of cylindrical grinding.
- the cylindrical grinding machine is provided with a grinding wheel and a deburring dome arranged in relation to the workpiece in relation to the grinding wheel.
- a burr is created which projects beyond the transitional edge formed between this abrasive surface and an adjacent surface into the region of the adjacent surface.
- the deburring mandrel is arranged and formed in such a way that the burr is pressed back onto the grinding surface due to the rotation of the workpiece rotating about its axis from the deburring dome and ground on the next contact with the grinding wheel.
- the object of the invention is to provide a method and a device for cylindrical grinding, which allow reliable and precise machining of workpieces with a sharp and burr-free transition edge between two rotationally symmetric surfaces even in large-scale production.
- a cylindrical grinding process is carried out for machining a workpiece having a workpiece axis.
- the workpiece rotates about the workpiece axis, while simultaneously a grinding wheel, which rotates about a grinding wheel axis, and the workpiece are compared against each other to grind in a grinding operation, a first workpiece surface which is rotationally symmetrical with respect to the workpiece axis.
- the workpiece has a second workpiece surface, which is rotationally symmetrical with respect to the workpiece axis and defined by a rectilinear generatrix.
- the two workpiece surfaces are arranged adjacent to each other such that a sharp, circular transition edge is formed between them.
- the cylindrical grinding method according to the invention is characterized in that an auxiliary abrasive tool, which rotates about an auxiliary tool axis and has a planar, perpendicular (ie normal) to the auxiliary tool axis arranged abrasive surface, is pressed against the workpiece.
- the auxiliary abrasive tool is pressed against the workpiece in such a way that the abrasive surface in a tangential plane to the second workpiece surface (ie in one at the second Workpiece surface adjacent tangential plane) is arranged and touches in a adjacent to the transition edge portion of the second workpiece surface, this second workpiece surface along a straight line of contact.
- the abrasive surface projects in the direction of the contact line away from the second workpiece surface beyond the transition edge.
- the grinding method according to the invention causes a burr, which possibly arises during grinding of the first workpiece surface, to protrude beyond the transition edge into the region above the second workpiece surface, through the auxiliary abrasive tool or through its abrasive surface, so that a sharp and burr-free transition edge between the first and second burrs the second workpiece surface is formed.
- the second workpiece surface is rotationally symmetrical with respect to the workpiece axis, being defined in the geometric sense by a rectilinear generatrix which is rotated about the workpiece axis. That is, the second workpiece surface has either the shape of a conical surface or a circumferential surface of a right circular cylinder. It follows that a tangential plane adjacent to the second workpiece surface (and thus also the abrasive surface of the auxiliary abrasive tool) touches the second workpiece surface not only at one point but along a straight contact line. As a result, the abrasive surface, when pressed against the second workpiece surface and rotated about the auxiliary tool axis, is not linearly but flatly worn, thereby maintaining its planar surface shape.
- the first workpiece surface may also be conical or nikzylindermantelelförmig. Alternatively, however, it may also be rotationally symmetrical with respect to the first workpiece axis in other ways, in which case it is defined by a curvilinear generator.
- the workpiece For carrying out the inventive grinding method, it is possible for the workpiece to be rotated about a workpiece axis stationary during the grinding process and the grinding wheel is delivered against the workpiece.
- Such grinding operations are typically carried out on cylindrical grinding machines in which an elongate workpiece is received between a workpiece spindle mounted on a headstock stationary during the grinding operation and a sleeve disposed on a tailstock stationary during the grinding operation.
- the workpiece rotating about the workpiece axis it is also possible for the workpiece rotating about the workpiece axis to be delivered against a grinding wheel rotating about a grinding wheel axis stationary during the grinding process.
- Such grinding operations are usually performed by cylindrical grinding machines, which are designed for centerless cylindrical grinding (ie for cylindrical grinding without quill). In principle, it is also possible that during the execution of the grinding process, both the grinding wheel and the workpiece axis (or a workpiece spindle defining the workpiece axis) are moved simultaneously.
- the pressing of the auxiliary abrasive tool against the workpiece and the grinding of the first workpiece surface are terminated at the same time.
- the two abrasive operations i.e., the grinding operation between the grinding wheel and the first workpiece surface on the one hand and the Abrasiworgang between the Hilfsabrasivtechnikmaschinemaschine and the second workpiece surface on the other hand
- no burr remains at the transition edge.
- Simultaneity in the present context means that a possible time difference between the end of the first and the second abrasive operation is too short for burr formation even if only one of the two abrasive tools is in (sliding) contact with the workpiece during a period corresponding to that time difference.
- the simultaneous termination of the pressing of the auxiliary abrasive tool against the workpiece and the grinding of the first workpiece surface is not mandatory for a functioning of the present invention.
- the auxiliary abrasive tool while being pressed against the second workpiece surface with the abrasive surface, processes the second workpiece surface with a substantially smaller grinding power than the grinding performance with which the same Abrasive wheel machined the first workpiece surface, the pressing of the Hilfsabrasivtechnikmaschinections can be terminated later than the grinding, because in this case, the pressing of the Hilfsabrasivwerkmaschinemaschineschws virtually no burring result.
- a cylindrical grinding device which is designed in particular for carrying out the method according to the invention, comprises a workpiece spindle rotating about a workpiece spindle axis and provided with a workpiece holder designed to receive a workpiece.
- the cylindrical grinding device further comprises a grinding wheel rotating about a grinding wheel axis and a first feed device.
- the first feed device is designed such that either the grinding wheel can be delivered against the workpiece or the workpiece together with the workpiece spindle against the grinding wheel by means of the first feed device.
- both the grinding wheel and the workpiece, together with the workpiece spindle can be movable with respect to a stationary base in order to deliver the grinding wheel and the workpiece against each other.
- the cylindrical grinding device according to the invention further comprises an auxiliary abrasion tool rotating about an auxiliary tool axis, which has a planar abrasive surface arranged at right angles to the auxiliary tool axis. Furthermore, the cylindrical grinding device according to the invention comprises a second feed device, which is designed to feed the auxiliary abrasive tool against the workpiece, and a control device for controlling the cylindrical grinding device.
- the control device is designed to control the first feed device such that the grinding wheel and the workpiece are delivered against each other to process a first workpiece surface in a grinding operation.
- the control device is further configured to control the second feed device such that during the execution of the grinding process, the Hilfsabrasivtechnikmaschinezeug is delivered by means of the second feed device against the workpiece so that it presses with its abrasive surface against a second workpiece surface.
- the two workpiece surfaces are rotationally symmetrical with respect to the workpiece spindle axis and the second workpiece surface is defined by a rectilinear generatrix. Furthermore, the two workpiece surfaces are arranged adjacent to one another in such a way, that between them a circular transition edge is formed.
- control device and the second feed device are further configured such that when the abrasive surface presses against the second workpiece surface, the abrasive surface is disposed in a tangential plane to the second workpiece surface, the second workpiece surface contacts along a contact line and in the direction of the contact line away from the second workpiece surface the transitional edge projects out.
- At least one section of the auxiliary abrasive tool is cylindrical (also referred to as a pin-shaped design), the abrasive surface being the cylinder base surface. It may also be the entire auxiliary abrasive tool overall cylinder or pin-shaped.
- the pin-shaped portion of the auxiliary abrasive tool can in particular have the shape of a straight circular cylinder, with a circular surface or abrasive surface.
- auxiliary abrasive tools are possible, e.g. a hollow cylinder-shaped auxiliary abrasive tool with an annular abrasive surface, or a cuboid trained Hilfsabrasivtechnikmaschinemaschine with a rectangular or square Abrasivober Construction.
- the auxiliary abrasion tool is preferably designed in such a way and, during the pressing against the second workpiece surface, arranged such that the contact line on the abrasive surface as an uninterrupted line from an outer edge of the abrasive surface along a diameter passing through the auxiliary tool axis (or through its extension) to beyond the auxiliary tool axis (or its extension) to the transition edge.
- an axis is always understood to mean an axis in the geometric sense.
- the nip on the abrasive surface extends as an uninterrupted line from an outer edge of the abrasive surface along a diameter passing through the (mechanical) auxiliary tool axis or extension thereof beyond the (mechanical) auxiliary tool axis or its extension to the transition edge.
- the entire abrasive surface is worn.
- the abrasive surface remains substantially flat during wear, thereby avoiding undesirable rounding of the transition edge.
- the abrasive surface protrudes beyond the transition edge only with a small area fraction in order to ensure the most uniform possible wear of the abrasive surface.
- the contact line between the abrasive surface and the second workpiece surface can measure more than two thirds, preferably more than three quarters, in particular even more than four fifths of the diameter of the abrasive surface passing through the auxiliary tool axis.
- the workpiece is driven for rotation about the workpiece spindle axis and the auxiliary abrasive tool for rotation about the auxiliary tool axis such that the auxiliary abrasive tool (or the abrasive surface) in the region of the intersection of Contact line with the transition edge has a velocity component opposite to the direction of the speed of the workpiece in this area.
- the direction of rotation of the workpiece with respect to the workpiece spindle axis and the direction of rotation of the auxiliary abrasive tool with respect to the auxiliary tool axis are selected such that in the region of the transition edge where the abrasive surface touches the second workpiece surface, the abrasive surface has a counter to the speed of the workpiece directed velocity component.
- a large relative speed between the abrasive surface and the workpiece is achieved in this region, which causes an efficient removal of the burr generated by the grinding wheel and thus leads to an efficient prevention of burr formation at the transition edge of the workpiece.
- the auxiliary abrasive tool of the cylindrical grinding apparatus may comprise a honing pin or a fine grinding stone (also called Degussit stone, superfinish stone, polishing stone, or honing stone) provided with the abrasive surface.
- a honing pin or a fine grinding stone also called Degussit stone, superfinish stone, polishing stone, or honing stone
- the abrasive surface is preferably formed as an end face of the honing pin or the fine grinding stone.
- the device according to the invention may further comprise a conditioning tool for conditioning (also referred to as dressing) the abrasive surface of the auxiliary abrasive tool.
- a conditioning tool may be part of a conditioning device designed specifically for conditioning the abrasive surface (ie separate).
- the conditioning tool may also be merely a hard-surfaced tool which is received on the workpiece spindle in the manner of a workpiece for conditioning, whereupon the auxiliary abrasive tool rotating about the auxiliary tool axis abuts against the conditioning tool rotating about the workpiece spindle axis is delivered to effect the conditioning of the abrasive surface of the auxiliary abrasive tool.
- Such a conditioning tool may in particular have a shape which is identical to the shape of the device to be machined by means of the cylindrical grinding.
- an auxiliary abrasive tool can also be used whose abrasive surface is made of a material which wears so well during operation of the cylindrical grinding device that no conditioning is required.
- a material can be, for example, a material used for the production of honing tools, in particular honing pencils.
- the cylindrical grinding device further comprises means for selectively adjusting the force with which the auxiliary abrasive tool presses against the second workpiece surface.
- the force or the pressure is kept as small as possible, so that while any burr arising during grinding is just barely removed, without at the same time the mass of the second workpiece surface being substantially changed by the machining by means of the auxiliary abrasive tool.
- the cylindrical grinding device according to the invention is designed such that the auxiliary abrasive tool, while being pressed against the second workpiece surface with the abrasive surface, processes the second workpiece surface with a substantially smaller grinding power than the grinding performance with which the grinding wheel simultaneously processes the first workpiece surface.
- the grinding performance is understood to be the area performance defined in general terms for the cutting workpiece machining, which has the physical unit [surface / time unit].
- the ratio of the grinding power of the auxiliary abrasive tool to the grinding performance of the grinding wheel usually corresponds to the installed maximum power which the spindle drive of the auxiliary abrasive tool is capable of providing when machining the second workpiece surface to the installed maximum power which the grinding wheel spindle drive performs when grinding the first Workpiece surface can afford. Since the grinding performance of the auxiliary abrasive tool is substantially smaller than that of the grinding wheel during grinding of the first workpiece surface, the dimension of the second workpiece surface, which may have already been ground to a desired dimension with high precision in a preceding grinding operation, remains in the course of carrying out the inventive grinding process Essentially unchanged.
- the grinding performance of the auxiliary abrasive tool may be less than 1%, preferably less than 0.5%, in particular even less than 0.1% of the grinding power of the grinding wheel.
- the auxiliary abrasive tool is arranged on a so-called measuring device platform, which can be moved relative to the workpiece spindle and which is equipped with at least one measuring device.
- the second feed device which serves to feed the auxiliary abrasive tool against the workpiece, can then be formed by the movement device for moving or moving the measuring device platform.
- the auxiliary abrasion tool can also be arranged on another part of the cylindrical grinding device which can be moved relative to a stationary machine frame, e.g. on a tailstock quill.
- the second feed device can also be designed as a separate movement device, which exclusively serves to feed the auxiliary abrasive tool against the workpiece.
- the auxiliary abrasion tool is arranged during the pressing against the second workpiece surface on a side facing away from the grinding wheel side of the workpiece.
- the abrasive surface of the auxiliary abrasive tool and the grinding wheel then simultaneously press against the workpiece from opposite sides in opposite directions. This results in an additional stabilization of the workpiece during the grinding process, which can contribute to increasing the precision during grinding.
- an external cylindrical grinding machine 10 which has a stable stationary machine bed (not shown).
- a straight linear guide (not shown) is arranged, which is referred to below as the first linear guide.
- a carriage 11, hereinafter referred to as the first carriage 11, is linearly movable on the first linear guide, as indicated in FIG. 1 by the double arrow 62.
- a workpiece headstock 13 On the first carriage 11, a workpiece headstock 13 is fixed, in which a workpiece spindle 12 is rotatably mounted about a substantially horizontal workpiece spindle axis (not shown), wherein the workpiece spindle axis parallel to the direction of movement of the first carriage 11 on the first linear guide (ie parallel to first linear guide).
- a workpiece clamping device 16 At a flying end of the workpiece spindle 12, a workpiece clamping device 16 is arranged, in which a longitudinal end of an elongate workpiece 18 is clamped.
- the workpiece spindle 12 is driven by a motor (not shown) such that it rotates about the workpiece spindle axis during grinding with a number of revolutions of approximately 800 rpm, as indicated by the arrow 15 in FIG.
- a carriage (not shown), hereinafter referred to as a second carriage, can be moved substantially horizontally along the second linear guide obliquely to the workpiece spindle axis.
- the second carriage carries the wheelhead (not shown) of the external cylindrical grinding machine 10, wherein in the wheelhead a grinding wheel 20 about a substantially horizontal grinding wheel axis (not shown) is rotatably mounted.
- the second carriage and the second linear guide are part of a first feed device, which serves to deliver the grinding wheel 20 against the workpiece 18 and to drive away from it again, as indicated in Fig. 1 by the double arrow 22.
- the external cylindrical grinding machine 10 shown in FIGS. 1 and 2 is provided with a machine control which is designed to control all components of the external cylindrical grinding machine 10 and in particular also to control the first feed device and the second feed device described below.
- a tailstock 30 is fixedly mounted on the first carriage relative to the workpiece headstock 13.
- a sleeve 32 projecting in the direction of the workpiece headstock 13 is arranged, this sleeve 32 being movable parallel to the workpiece spindle axis with respect to the tailstock 30 by means of a hydraulic drive (not shown).
- the workpiece spindle 12 and the sleeve 32 are arranged such that the workpiece 18 clamped at one longitudinal end in the workpiece clamping device 16 is in the middle the workpiece spindle 12 and the sleeve 32 is received, being stabilized during its rotation about the workpiece spindle axis at the other longitudinal end of the Pinolenspitze.
- the tailstock 30, the workpiece headstock 13 and the movable on the second linear guide grinding spindle are arranged relative to each other such that the grinding wheel 20 can be fed by means of the first feed device between the workpiece spindle 12 and the Pinolenspitze against the workpiece 18.
- the grinding wheel 20 is designed for grinding a conical outer surface of the workpiece 18, which is rotationally symmetrical with respect to the workpiece spindle axis.
- the workpiece 18 further has a circular cylindrical outer surface, which is also formed rotationally symmetrical with respect to the workpiece spindle axis.
- the two workpiece surfaces are arranged adjacent to each other such that a circular transition edge is formed between them, wherein the workpiece in the region of the cylindrical outer surface (and thus in the region of the transition edge) has a diameter of about 4 mm.
- the grinding wheel 20 has a pulley diameter of about 500 mm and is driven by a motor (not shown) to rotate about the wheel axis during grinding at a speed of about 1750 rpm.
- the direction of rotation of the grinding wheel 20 - as indicated in Fig. 1 by the arrow 21 - chosen such that the speed of the grinding wheel 20 in the area where the grinding wheel 20 touches the workpiece 18, the speed of the workpiece 18 according to its rotation around the Workpiece spindle axis is directed in this area opposite.
- a measuring platform base 42 is further fixed in the area between the workpiece headstock 13 and the tailstock 30.
- a third carriage 50 is arranged, which is movable along a third linear guide perpendicular to the workpiece spindle axis and substantially horizontally with respect to the measuring platform base 42, as indicated in Fig. 1 by the double arrow 52.
- the third carriage 50 serves as a measuring platform 50, which carries a measuring device which is used to measure inter alia the diameter of the with Grinding wheel 20 machined workpiece 18 is formed to perform a measuring controlled grinding process can.
- the measuring platform base 42 and the third carriage 50 as well as the third linear guide are part of a measuring platform positioning device, which serves to move the measuring platform 50 against the workpiece 18 and away from it.
- the measuring platform positioning device is designed and arranged such that the third carriage 50 or the measuring platform 50 is arranged on the opposite side of the workpiece 18 with respect to the workpiece 18 of the grinding wheel 20.
- an auxiliary spindle 56 is further arranged, which is rotatably mounted with respect to the third carriage 50 about an axis arranged at right angles to the workpiece spindle and obliquely downwardly inclined auxiliary spindle axis.
- a honing pin tensioning device is arranged, in which a longitudinal end of an elongated honing pin 54 is clamped, which has substantially the shape of a right circular cylinder, wherein the cylinder axis of the honing pin 54 is arranged coaxially to the auxiliary spindle axis.
- the cylinder base surface of the cylindrical honing pin 54 removed from the auxiliary spindle forms the abrasive surface or honing surface of the honing pin 54.
- the auxiliary spindle 56 is linearly movable together with the honing pin 54 by means of a pneumatic drive with respect to the third carriage 50 in the direction of the auxiliary spindle axis, as indicated by the double arrow 44 in FIG.
- This pneumatic drive and the measuring platform positioning device formed from the measuring platform base 42 and the third carriage 50 are part of a second feed device, which serves to deliver the honing pin 54 against the workpiece 18 such that its honing surface presses against the cylindrical outer surface of the workpiece 18.
- the honing pin 54 has a diameter between about 1 and 2 mm.
- the auxiliary spindle 56 (and with it the honing pin 54) is driven by a motor (not shown) such that it rotates about the auxiliary spindle axis during honing with a number of turns between approximately 50 and 100 rpm.
- the external cylindrical grinding machine 10 is shown in a working position in which both the grinding wheel 20 and the Honsitft 54 are delivered against the workpiece 18 and the workpiece 18 is simultaneously processed by both the grinding wheel 20 and the honing pin 54.
- the external cylindrical grinding machine 10 is shown in a working position in which the honing pin 54 is moved away from the workpiece 18.
- the grinding wheel 20 is not shown in FIG. 2 for the sake of clarity.
- the workpiece 18 is clamped in the workpiece clamping device 16 of the external cylindrical grinding machine 10 shown in Figures 1 and 2 and driven by the workpiece spindle 12 for rotation about the workpiece spindle axis.
- the grinding wheel 20 rotating about the grinding wheel axis is then controlled against the workpiece 18 by the first feed device, controlled by the machine control, so that the cylindrical outer surface of the workpiece 18 is ground with high precision by means of a first profile section of the grinding wheel 20.
- the grinding wheel 20 rotating about the grinding wheel axis is delivered against the workpiece 18 by means of the first feed device such that the grinding wheel 20 grinds the conical outer surface of the workpiece 18 by means of a second profile section of the grinding wheel 20.
- the honing pin 54 rotating about the auxiliary spindle axis is delivered against the workpiece 18 by means of the second feed device such that the honing surface of the honing pin 54 is pressed against the cylindrical outer surface of the workpiece 18.
- the pneumatic drive for moving the auxiliary spindle 56 has previously been adjusted in the course of setting the external cylindrical grinding machine 10 by an operator such that this drive presses the honing pin 54 against the workpiece 18 with a force of approximately 0.5 to 1 Newton via the auxiliary spindle 56.
- the honing pin 54 is pressed by means of the second feed device against the workpiece 18 in such a way that the honing surface 54 of the honing pin 54 arranged at right angles to the auxiliary spindle axis is arranged in a tangential plane to the cylindrical workpiece surface and touches it along a straight contact line in a section of the cylindrical workpiece surface adjoining the transition edge ,
- the contact line extends on the honing surface as an uninterrupted line from an outer edge of the honing surface along a diameter passing through the cylinder axis of the honing pin 54 beyond the cylinder axis to the transition edge.
- the honing surface of the honing pin 54 protrudes in the direction of the contact line away from the cylindrical workpiece surface by approximately 0.2 to 0.3 mm beyond the transition edge.
- machining by means of the honing pin 54 does not substantially change the mass of the cylindrical outer surface of the workpiece 18, which has previously been ground to a high precision, because the grinding performance provided by the honing pin 54 when machining or honing the cylindrical outer surface of the workpiece 18 is less than approximately 0.5%. the grinding performance provided by the grinding wheel 20 during grinding of the conical outer surface of the workpiece 18.
- the external cylindrical grinding machine 10 shown in FIGS. 1 and 2 is further provided with an end position monitoring device for the honing pin, which comprises two end position sensors.
- the one end position sensor detects the end position of the honing pin 54 shown in FIG. 1 (honing pin 54 delivered to the workpiece 18).
- the other end position sensor detects the end position of the honing pin 54 shown in FIG. 2 (honing pin 54 moved away from the workpiece 18).
- FIGS. 3 and 4 Parts of a grinding wheel 120, a circular cylindrical honing pin 154 and a workpiece 118 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
- the grinding wheel 120 and the honing pin 154 are components of an external cylindrical grinding machine 110 constructed according to a second preferred embodiment of the invention.
- the remaining components of the external cylindrical grinding machine 110 are not shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of clarity.
- the workpiece 118 illustrated in FIGS. 3 and 4 is identical to the workpiece 18 formed in FIGS. 1 and 2. It is rotationally symmetrical with respect to a workpiece axis 114 and has a circular-cylindrical outer surface 113 and a conical outer surface 117, which are arranged adjacent to one another such that a circular transition edge 119 is formed between them.
- FIGS. 3 and 4 the external cylindrical grinding machine 110 is shown in a working position.
- the workpiece 118 rotates about a workpiece spindle axis arranged coaxially with respect to the workpiece axis 114, as indicated by the arrow 115 in FIGS. 3 and 4.
- the grinding wheel 120 is delivered against the conical outer surface 117 of the workpiece 118, wherein the grinding wheel 120 about a grinding wheel axis (not shown) rotates, as indicated in Figures 3 and 4 by the arrow 121.
- the honing pin 154 is also delivered with its honing surface against the cylindrical outer surface 113 of the workpiece 118, wherein the honing pin 154 rotates about an auxiliary spindle axis 153 coaxial with the cylinder axis of the honing pin 154, as indicated by the arrow 155 in FIGS is.
- the honing surface of the honing pin 154 projects in the direction of the contact line 109 formed between the honing surface and the cylindrical workpiece surface 113 away from the cylindrical workpiece surface by 10% of the length of the contact line beyond the transition edge 119.
- the workpiece 118 is simultaneously machined by both the grinding wheel 120 and the honing pin 154.
- the direction of rotation 115 of the workpiece 118 and the direction of rotation 121 of the grinding wheel 120 is set such that the speed of the grinding wheel 120 in the area where the grinding wheel 120 contacts the workpiece 118 is directed counter to the speed of the workpiece 118 due to its rotation about the workpiece spindle axis in that area.
- the rotational direction 155 of the honing pin 154 is set such that the honing pin (or the honing surface) in the region of the intersection of the contact line 109 formed between the honing surface and the cylindrical workpiece surface 113 with the transition edge 119 has a velocity component counter to the direction of the velocity of the workpiece 118 in this area has.
- the external cylindrical grinding machine 110 shown in FIGS. 3 and 4 essentially differs from the external cylindrical grinding machine 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 only in that the honing pin 154 is not delivered obliquely from above, but essentially horizontally against the workpiece 118, so that the face of the honing pin 154 presses against the cylindrical outer surface 119 of the workpiece 118 substantially from a side facing away from the grinding wheel 120 against the feed direction in which the grinding wheel 120 is delivered against the conical outer surface 117 of the workpiece 118. This results in a good stabilization of the workpiece 118 during the grinding process, which can contribute to increasing the precision in grinding.
- the entire second feed device together with the measuring platform base, the pneumatic drive, the third carriage, the auxiliary spindle and the honing pin on a fourth carriage is arranged along a fourth straight linear guide parallel to Workpiece spindle axis (and thus parallel to the first linear guide) with respect to the first carriage movable.
- the mobility of the fourth carriage offers the possibility of carrying out a plurality of inventive methods in series succession during a single workpiece clamping in order to machine a plurality of sharp, burr-free transition edges between in each case two adjacent rotationally symmetrical surfaces of the workpiece.
- a method and a device for cylindrical grinding are specified by the invention, which allow a reliable and precise cylindrical grinding of workpieces with a sharp and burr-free transition edge between two rotationally symmetric surfaces in large-scale production.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rundschleifen eines Werkstücks und eine Vorrichtung zur Durchführung des Rundschleifverfahrens gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
- Für zahlreiche Anwendungen werden Werkstücke benötigt, die wenigstens teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind und eine die Symmetrieachse definierende Werkstückachse haben sowie zwei benachbarte Flächen, die bezüglich der Werkstückachse rotationssymmetrisch ausgebildet sind und zwischen denen eine kreisförmige Übergangskante gebildet ist. Solche Werkstücke werden z.B. als Ventil- oder Düsennadeln verwendet, wobei typischerweise eine der beiden Flächen einen Dichtsitz und die andere der beiden Flächen eine Führungsfläche der Ventil- oder Düsennadel bildet. Damit solche Ventil- oder Düsennadeln auch für Hochdruckanwendungen wie z.B. Kraftstoff-Einspritzsysteme für moderne Benzin- oder Dieselmotoren verwendbar sind, wo teilweise Drücke von weit über 1000 bar beherrscht werden müssen, sind hohe Anforderungen hinsichtlich der Einhaltung von Fertigungstoleranzen zu erfüllen. Insbesondere muss die Übergangskante zwischen der Sitz- und der Führungsfläche möglichst scharfkantig und gratfrei ausgebildet sein.
- Werkstücke der oben genannten Art werden durch Anwendung von Rundschleifverfahren bearbeitet, wobei zur Durchführung der Rundschleifverfahren sogenannte Rundschleifmaschinen eingesetzt werden.
- Aus der Druckschrift WO 01/60565 (Robert Bosch GmbH) sind ein Rundschleifverfahren und eine Rundschleifmaschine bekannt, welche die Herstellung einer Ventilnadel für ein Kraftstoff-Einspritzventil mittels Rundschleifen ermöglichen. Die Rundschleifmaschine ist mit einer Schleifscheibe und einem in Bezug auf das Werkstück gegenüber der Schleifscheibe angeordneten Entgratdom versehen. Wenn die Schleifscheibe eine Schleiffläche des Werkstücks schleift, entsteht ein Grat, der über die zwischen dieser Schleiffläche und einer benachbarten Fläche gebildete Übergangskante hinaus in den Bereich der benachbarten Fläche vorsteht. Der Entgratdorn ist derart angeordnet und ausgebildet, dass der Grat aufgrund der Drehung des um seine Achse rotierenden Werkstücks vom Entgratdom auf die Schleiffläche zurück gedrückt und beim nächsten Kontakt mit der Schleifscheibe abgeschliffen wird.
- Es hat sich herausgestellt, dass das Rundschleifverfahren und die Rundschleifmaschine gemäss der Druckschrift WO 01/60565 nachteilig sind für die Massenanfertigung von grossen Werkstückserien. Es kommt nämlich immer wieder vor, dass die Gratbildung durch den Entgratdom nicht zuverlässig verhindert wird. Deshalb ist eine aufwändige Nachkontrolle der Werkstücke nötig, um die gewünschte Fertigungsqualität gewährleisten zu können.
- Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Rundschleifen, welche eine zuverlässige und präzise Bearbeitung von Werkstücken mit einer scharfen und gratfreien Übergangskante zwischen zwei rotationssymmetrischen Flächen auch in der grossseriellen Fertigung ermöglichen.
- Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche definiert. Gemäss der Erfindung wird zur Bearbeitung eines Werkstücks, das eine Werkstückachse hat, ein Rundschleifverfahren durchgeführt. Während der Durchführung des Rundschleifverfahrens dreht sich das Werkstück um die Werkstückachse, während gleichzeitig eine Schleifscheibe, die sich um eine Schleifscheibenachse dreht, und das Werkstück gegeneinander zugestellt werden, um in einem Schleifvorgang eine erste Werkstückfläche zu schleifen, die bezüglich der Werkstückachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das Werkstück hat eine zweite Werkstückfläche, die bezüglich der Werkstückachse rotationssymmetrisch ausgebildet und durch eine geradlinige Erzeugende definiert ist. Die beiden Werkstückflächen sind zueinander derart benachbart angeordnet, dass zwischen ihnen eine scharfe, kreisförmige Übergangskante gebildet ist. Das erfindungsgemässe Rundschleifverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Hilfsabrasivwerkzeug, das sich um eine Hilfswerkzeugachse dreht und eine ebene, rechtwinklig (d.h. normal) zur Hilfswerkzeugachse angeordnete Abrasivoberfläche hat, gegen das Werkstück gedrückt wird. Das Hilfsabrasivwerkzeug wird derart gegen das Werkstück gedrückt, dass die Abrasivoberfläche in einer Tangentialebene zur zweiten Werkstückfläche (d.h. in einer an der zweiten Werkstückfläche anliegenden tangentialen Ebene) angeordnet ist und in einer an die Übergangskante angrenzenden Partie der zweiten Werkstückfläche diese zweite Werkstückfläche entlang einer geraden Berührungslinie berührt. Dabei steht die Abrasivoberfläche in Richtung der Berührungslinie von der zweiten Werkstückfläche weg über die Übergangskante hinaus vor.
- Durch das erfindungsgemässe Schleifverfahren wird ein beim Schleifen der ersten Werkstückfläche allfällig entstehender Grat, der über die Übergangskante hinaus in den Bereich über der zweiten Werkstückfläche vorsteht, durch das Hilfsabrasivwerkzeug bzw. durch dessen Abrasivoberfläche abgetragen, so dass eine scharfe und gratfreie Übergangskante zwischen der ersten und der zweiten Werkstückfläche gebildet wird.
- Die zweite Werkstückfläche ist bezüglich der Werkstückachse rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei sie im geometrischen Sinn durch eine geradlinige Erzeugende definiert ist, die um die Werkstückachse herum gedreht wird. D.h., die zweite Werkstückfläche hat entweder die Form einer konischen Fläche oder einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders. Daraus folgt, dass eine an der zweiten Werkstückfläche anliegende Tangentialebene (und somit auch die Abrasivoberfläche des Hilfsabrasivwerkzeugs) die zweite Werkstückfläche nicht bloss an einem Punkt, sondern entlang einer geraden Berührungslinie berührt. Dadurch wird die Abrasivoberfläche, wenn sie gegen die zweite Werkstückfläche gedrückt und um die Hilfswerkzeugachse rotiert wird, nicht linienförmig, sondern flächig abgenutzt und behält dadurch ihre ebene Oberflächenform bei.
- Die erste Werkstückfläche kann ebenfalls konisch oder kreiszylindermantelförmig ausgebildet sein. Als Alternative dazu kann sie jedoch auch auf andere Art rotationssymmetrisch bezüglich der ersten Werkstückachse ausgebildet sein, wobei sie in diesem Fall durch eine krummlinige Erzeugende definiert ist.
- Für die Durchführung des erfindungsgemässen Schleifverfahrens ist es möglich, dass das Werkstück um eine während dem Schleifvorgang stationäre Werkstückachse gedreht wird und die Schleifscheibe gegen das Werkstück zugestellt wird. Solche Schleifvorgänge werden typischerweise auf Rundschleifmaschinen ausgeführt, bei denen ein längliches Werkstück zwischen einer auf einem während dem Schleifvorgang stationären Spindelstock gelagerten Werkstückspindel und einer an einem während dem Schleifvorgang stationären Reitstock angeordneten Pinole aufgenommen ist. Als Alternative dazu ist es aber auch möglich, dass das sich um die Werkstückachse drehende Werkstück gegen eine um eine während dem Schleifvorgang stationäre Schleifscheibenachse drehende Schleifscheibe zugestellt wird. Solche Schleifvorgänge werden in der Regel von Rundschleifmaschinen ausgeführt, die zum spitzenlosen Rundschleifen (d.h. zum Rundschleifen ohne Pinole) ausgebildet sind. Grundsätzlich ist es zudem auch möglich, dass während der Durchführung des Schleifvorgangs sowohl die Schleifscheibe als auch die Werkstückachse (bzw. eine die Werkstückachse definierende Werkstückspindel) gleichzeitig verfahren werden.
- Vorzugsweise werden das Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen das Werkstück und das Schleifen der ersten Werkstückfläche zeitgleich beendet. Indem die beiden Abrasivvorgänge (d.h. der Schleifvorgang zwischen der Schleifscheibe und der ersten Werkstückfläche einerseits sowie der Abrasiworgang zwischen dem Hilfsabrasivwerkzeug und der zweiten Werkstückfläche andererseits) wenigstens am Ende des erfindungsgemässen Verfahrens simultan ausgeführt und gleichzeitig beendet werden, bleibt keinerlei Grat an der Übergangskante übrig. Gleichzeitigkeit bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass eine allfällige Zeitdifferenz zwischen dem Ende des ersten und des zweiten Abrasivvorgangs zu kurz für eine Gratbildung ist, selbst wenn während einer dieser Zeitdifferenz entsprechenden Periode lediglich eines der beiden Abrasivwerkzeuge in (schleifendem) Kontakt mit dem Werkstück ist.
- Das zeitgleiche Beenden des Andrückens des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen das Werkstück und des Schleifens der ersten Werkstückfläche ist jedoch nicht zwingend erforderlich für ein Funktionieren der vorliegenden Erfindung. Insbesondere für den Fall, dass das Hilfsabrasivwerkzeug, während es mit der Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche gedrückt wird, die zweite Werkstückfläche mit einer wesentlich kleineren Schleifleistung bearbeitet als die Schleifleistung, mit welcher gleichzeitig die Schleifscheibe die erste Werkstückfläche bearbeitet, kann das Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs auch später beendet werden als das Schleifen, weil in diesem Fall das Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs praktisch keine Gratbildung zur Folge hat.
- Eine Rundschleifvorrichtung gemäss der Erfindung, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ausgebildet ist, umfasst eine um eine Werkstückspindelachse rotierende Werkstückspindel, die mit einem zur Aufnahme eines Werkstücks ausgebildeten Werkstückhalter versehen ist. Die Rundschleifvorrichtung umfasst weiter eine um eine Schleifscheibenachse rotierende Schleifscheibe und eine erste Zustelleinrichtung. Die erste Zustelleinrichtung ist derart ausgebildet, dass mittels der ersten Zustelleinrichtung entweder die Schleifscheibe gegen das Werkstück oder das Werkstück mitsamt der Werkstückspindel gegen die Schleifscheibe zustellbar ist. Es können aber auch gleichzeitig sowohl die Schleifscheibe als auch das Werkstück mitsamt der Werkstückspindel bezüglich einer stationären Basis verfahrbar sein, um die Schleifscheibe und das Werkstück gegeneinander zuzustellen. Die erfindungsgemässe Rundschleifvorrichtung umfasst weiter ein um eine Hilfswerkzeugachse rotierendes Hilfsabrasivwerkzeug, das eine ebene, rechtwinklig zur Hilfswerkzeugachse angeordnete Abrasivoberfläche hat. Weiter umfasst die erfindungsgemässe Rundschleifvorrichtung eine zweite Zustelleinrichtung, die zum Zustellen des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen das Werkstück ausgebildet ist, sowie eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Rundschleifvorrichtung.
- Die Steuerungseinrichtung ist zur Steuerung der ersten Zustelleinrichtung derart ausgebildet, dass die Schleifscheibe und das Werkstück gegeneinander zugestellt werden, um in einem Schleifvorgang eine erste Werkstückfläche zu bearbeiten. Die Steuerungseinrichtung ist weiter zur Steuerung der zweiten Zustelleinrichtung derart ausgebildet, dass während der Durchführung des Schleifvorgangs das Hilfsabrasivwerkzeug mittels der zweiten Zustelleinrichtung gegen das Werkstück zugestellt wird, so dass es mit seiner Abrasivoberfläche gegen eine zweite Werkstückfläche drückt. Die beiden Werkstückflächen sind bezüglich der Werkstückspindelachse rotationssymmetrisch ausgebildet und die zweite Werkstückfläche ist durch eine geradlinige Erzeugende definiert. Weiter sind die beiden Werkstückflächen zueinander derart benachbart angeordnet, dass zwischen ihnen eine kreisförmige Übergangskante gebildet ist. Die Steuerungseinrichtung und die zweite Zustelleinrichtung sind weiter derart ausgebildet dass, wenn die Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche drückt, die Abrasivoberfläche in einer Tangentialebene zur zweiten Werkstückfläche angeordnet ist, die zweite Werkstückfläche entlang einer Berührungslinie berührt und in Richtung der Berührungslinie von der zweiten Werkstückfläche weg über die Übergangskante hinaus vorsteht.
- Indem die Abrasivoberfläche in die zweite Werkstückfläche berührender Anordnung von der zweiten Werkstückfläche weg über die Übergangskante hinaus vorsteht, bei gleichzeitiger Rotation des Werkstücks um die Werkstückspindelachse und des Hilfsabrasivwerkzeugs um die Hilfswerkzeugachse, wird ein beim Schleifen der ersten Werkstückfläche allfällig entstehender Grat, der über die Übergangskante hinaus in den Bereich über der zweiten Werkstückfläche vorsteht, durch das Hilfsabrasivwerkzeug bzw. durch dessen Abrasivoberfläche abgetragen, so dass eine scharfe und gratfreie Übergangskante zwischen der ersten und der zweiten Werkstückfläche gebildet wird.
- Gemäss einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist wenigstens eine Partie des Hilfsabrasivwerkzeugs zylinderförmig (auch als stiftförmig bezeichnet) ausgebildet, wobei die Abrasivoberfläche die Zylindergrundfläche ist. Es kann auch das ganze Hilfsabrasivwerkzeug insgesamt zylinder- oder stiftförmig ausgebildet sein. Die stiftförmige Partie des Hilfsabrasivwerkzeugs kann insbesondere die Form eines geraden Kreiszylinders haben, mit einer kreisflächenförmigen Grundfläche bzw. Abrasivoberfläche. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Formen von Hilfsabrasivwerkzeugen möglich, z.B. ein hohlzylinderförmig ausgebildetes Hilfsabrasivwerkzeug mit einer kreisringförmig ausgebildeten Abrasivoberfläche, oder ein quaderförmiges ausgebildetes Hilfsabrasivwerkzeug mit einer rechteckigen oder quadratischen Abrasivoberfläche.
- Vorzugsweise ist das Hilfsabrasivwerkzeug derart ausgebildet und während dem Andrücken gegen die zweite Werkstückfläche derart angeordnet, dass sich die Berührungslinie auf der Abrasivoberfläche als ununterbrochene Linie von einem Aussenrand der Abrasivoberfläche aus entlang eines durch die Hilfswerkzeugachse (bzw. durch deren Verlängerung) hindurch führenden Durchmessers bis über die Hilfswerkzeugachse (bzw. deren Verlängerung) hinaus zur Übergangskante erstreckt. Im vorliegenden Zusammenhang ist unter einer Achse stets eine Achse im geometrischen Sinn zu verstehen. Somit erstreckt sich die Berührungslinie auf der Abrasivoberfläche als ununterbrochene Linie von einem Aussenrand der Abrasivoberfläche aus entlang eines durch die (mechanische) Hilfswerkzeugachse oder deren Verlängerung hindurch führenden Durchmessers bis über die (mechanische) Hilfswerkzeugachse oder deren Verlängerung hinaus zur Übergangskante. Dadurch wird, wenn während dem Andrücken der Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche des Hilfsabrasivwerkzeugs gleichzeitig um die Hilfswerkzeugachse rotiert wird, die gesamte Abrasivoberfläche abgenutzt. Dies hat zur Folge, dass die Abrasivoberfläche während ihrer Abnutzung im Wesentlichen plan bleibt, wodurch eine unerwünschte Verrundung der Übergangskante vermieden wird. Vorzugsweise steht die Abrasivoberfläche nur mit einem kleinen Flächenanteil über die Übergangskante hinaus vor, um eine möglichst gleichmässige Abnutzung der Abrasivoberfläche zu gewährleisten. So kann z.B. die Berührungslinie zwischen der Abrasivoberfläche und der zweiten Werkstückfläche mehr als zwei Drittel, vorzugsweise mehr als drei Viertel, insbesondere sogar mehr als vier Fünftel des durch die Hilfswerkzeugachse hindurch führenden Durchmessers der Abrasivoberfläche messen.
- Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind während dem Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen die zweite Werkstückfläche das Werkstück derart zur Rotation um die Werkstückspindelachse und das Hilfsabrasivwerkzeug derart zur Rotation um die Hilfswerkzeugachse angetrieben, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (bzw. die Abrasivoberfläche) im Bereich des Schnittpunkts der Berührungslinie mit der Übergangskante eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Richtung der Geschwindigkeit des Werkstücks in diesem Bereich hat. Mit anderen Worten sind die Drehrichtung des Werkstücks bezüglich der Werkstückspindelachse und die Drehrichtung des Hilfsabrasivwerkzeugs bezüglich der Hilfswerkzeugachse derart gewählt, dass im Bereich der Übergangskante, wo die Abrasivoberfläche die zweite Werkstückfläche berührt, die Abrasivoberfläche eine entgegen der Geschwindigkeit des Werkstücks gerichtete Geschwindigkeitskomponente hat. Dadurch wird in diesem Bereich eine grosse Relativgeschwindigkeit zwischen der Abrasivoberfläche und dem Werkstück erreicht, was ein effizientes Abtragen des durch die Schleifscheibe erzeugten Grats bewirkt und somit zu einer effizienten Verhinderung der Gratbildung an der Übergangskante des Werkstücks führt.
- Das Hilfsabrasivwerkzeug der erfindungsgemässen Rundschleifvorrichtung kann einen Honstift oder einen Feinschliffstein (auch als Degussitstein, Superfinish-Stein, Polierstein, oder Abziehstein bezeichnet) umfassen, welcher mit der Abrasivoberfläche versehen ist. Dabei ist die Abrasivoberfläche vorzugsweise als Stirnseite des Honstifts bzw. des Feinschliffsteins ausgebildet.
- Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann weiter ein Konditionierwerkzeug zum Konditionieren (auch als Abrichten bezeichnet) der Abrasivoberfläche des Hilfsabrasivwerkzeugs umfassen. Ein solches Konditionierwerkzeug kann Teil einer spezifisch zum Konditionieren der Abrasivoberfläche ausgebildeten (d.h. separaten) Konditioniereinrichtung sein. Als Alternative zu einer spezifischen Konditioniereinrichtung kann jedoch das Konditionierwerkzeug auch bloss ein mit einer harten Oberfläche versehenes Werkzeug sein, welches zum Zwecke des Konditionierens nach Art eines Werkstücks auf der Werkstückspindel aufgenommen wird, worauf das um die Hilfswerkzeugachse rotierende Hilfsabrasivwerkzeug gegen das um die Werkstückspindelachse rotierende Konditionierwerkzeug zugestellt wird, um das Konditionieren der Abrasivoberfläche des Hilfsabrasivwerkzeugs zu bewirken. Ein solches Konditionierwerkzeug kann insbesondere eine Form aufweisen, welche identisch ist zur Form der mittels der Rundschleif vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücke. Als Alternative zur Verwendung eines Konditionierwerkzeugs kann jedoch auch ein Hilfsabrasivwerkzeug eingesetzt werden, dessen Abrasivoberfläche aus einem Material gefertigt ist, welches sich beim Betrieb der Rundschleifvorrichtung derart abnutzt, dass keine Konditionierung erforderlich ist. Ein solches Material kann z.B. ein für die Herstellung von Honwerkzeugen, insbesondere Honstiften gebräuchliches Material sein.
- Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemässe Rundschleifvorrichtung weiter Mittel zur wahlweisen Einstellung der Kraft, mit welchem das Hilfsabrasivwerkzeug gegen die zweite Werkstückfläche drückt. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Druck, mit welchem die Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche drückt, an die beim Schleifen mittels der Schleifscheibe zu erwartende Gratbildung anzupassen. Vorteilhafterweise wird die Kraft bzw. der Druck möglichst klein gehalten, so dass zwar ein allfällig beim Schleifen entstehender Grat gerade noch abgetragen wird, ohne dass gleichzeitig durch die Bearbeitung mittels dem Hilfsabrasivwerkzeug die Masse der zweiten Werkstückfläche wesentlich verändert werden.
- Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemässe Rundschleifvorrichtung derart ausgebildet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug, während es mit der Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche gedrückt wird, die zweite Werkstückfläche mit einer wesentlich kleineren Schleifleistung bearbeitet als die Schleifleistung, mit welcher gleichzeitig die Schleifscheibe die erste Werkstückfläche bearbeitet. Als Schleifleistung wird im vorliegenden Zusammenhang die allgemein für die spanende Werkstückbearbeitung definierte Flächenleistung verstanden, welche die physikalische Einheit [Fläche/Zeiteinheit] hat. Das Verhältnis der Schleifleistung des Hilfsabrasivwerkzeugs zur Schleifleistung der Schleifscheibe entspricht in der Regel dem Verhältnis der installierten maximalen Leistung, welche der Spindelantrieb des Hilfsabrasivwerkzeugs bei der Bearbeitung der zweiten Werkstückfläche zu leisten vermag, zur installierten maximalen Leistung, welche der Spindelantrieb der Schleifscheibe beim Schleifen der ersten Werkstückfläche zu leisten vermag. Indem die Schleifleistung des Hilfsabrasivwerkzeugs wesentlich kleiner ist als diejenige der Schleifscheibe beim Schleifen der ersten Werkstückfläche, bleibt das Mass der zweiten Werkstückfläche, die in einem vorangehenden Schleifvorgang bereits mit hoher Präzision auf ein Sollmass geschliffen worden sein kann, im Zuge der Durchführung des erfindungsgemässen Schleifverfahrens im Wesentlichen unverändert. Die Schleifleistung des Hilfsabrasivwerkzeugs kann weniger als 1 %, vorzugsweise weniger als 0.5 %, insbesondere sogar weniger als 0.1 % der Schleifleistung der Schleifscheibe betragen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung ist das Hilfsabrasivwerkzeug an einer sogenannten Messgeräteplattform angeordnet, welche bezüglich der Werkstückspindel verfahrbar ist und welche mit wenigstens einem Messgerät bestückt ist. Die zweite Zustelleinrichtung, die zum Zustellen des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen das Werkstück dient, kann dann durch die Verfahr- bzw. Bewegungsvorrichtung zum Verfahren bzw. Bewegen der Messgeräteplattform gebildet sein. Indem zum Zustellen oder Bewegen des Hilfsabrasivwerkzeugs einerseits und zum Verfahren oder Bewegen der Messgeräteplattform andererseits lediglich eine einzige Bewegungsvorrichtung verwendet wird, ergibt sich eine einfache und kostengünstige Konstruktion der Rundschleifvorrichtung. Als Alternative zur Anordnung an einer Messgeräteplattform kann das Hilfsabrasivwerkzeug auch an einem anderen bezüglich einem stationären Maschinengestell verfahrbaren Teil der Rundschleifvorrichtung angeordnet sein, z.B. an einer Reitstock-Pinole. Als weitere Alternative kann die zweite Zustelleinrichtung auch als separate Bewegungsvorrichtung ausgebildet sein, welche ausschliesslich dem Zustellen des Hilfsabrasivwerkzeugs gegen das Werkstück dient.
- Gemäss einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das Hilfsabrasivwerkzeug während dem Andrücken gegen die zweite Werkstückfläche auf einer von der Schleifscheibe abgewandten Seite des Werkstücks angeordnet. Die Abrasivoberfläche des Hilfsabrasivwerkzeugs und die Schleifscheibe drücken dann gleichzeitig von zwei gegenüberliegenden Seiten her in entgegengesetzten Richtungen auf das Werkstück. Daraus resultiert eine zusätzliche Stabilisierung des Werkstücks während dem Schleifvorgang, was zur Erhöhung der Präzision beim Schleifen beitragen kann.
- Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
- Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- in einer vereinfachten Teilansicht von schräg oben eine Rundschleifvorrichtung gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, in einer ersten Arbeitsstellung;
- Fig. 2
- die Rundschleifvorrichtung aus Fig. 1 in einer zweiten Arbeitsstellung, in einer in einer vereinfachten Teilansicht von schräg oben;
- Fig. 3
- in einer vereinfachten, schematischen Teilansicht von oben eine Rundschleifvorrichtung gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung;
- Fig. 4
- die Rundschleifvorrichtung aus Fig. 1 in einer vereinfachten, schematischen Teilansicht von vorne.
- Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- In den Figuren 1 und 2 ist eine Aussenrundschleifmaschine 10 dargestellt, die ein stabiles stationäres Maschinenbett (nicht dargestellt) aufweist. Auf dem Maschinenbett ist eine gerade Linearführung (nicht dargestellt) angeordnet, die nachfolgend als erste Linearführung bezeichnet wird. Ein Schlitten 11, nachfolgend als erster Schlitten 11 bezeichnet, ist auf der ersten Linearführung geradlinig verfahrbar, wie es in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 62 angegeben ist.
- Auf dem ersten Schlitten 11 ist ein Werkstückspindelstock 13 fest angeordnet, in welchem eine Werkstückspindel 12 um eine im Wesentlichen horizontale Werkstückspindelachse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist, wobei sich die Werkstückspindelachse parallel zur Verfahrrichtung des ersten Schlittens 11 auf der ersten Linearführung (d.h. parallel zur ersten Linearführung) erstreckt. An einem fliegenden Ende der Werkstückspindel 12 ist eine Werkstückspannvorrichtung 16 angeordnet, in welcher ein Längsende eines länglichen Werkstücks 18 eingespannt ist. Die Werkstückspindel 12 wird von einem Motor (nicht dargestellt) derart angetrieben, dass sie sich beim Schleifen mit einer Tourenzahl von ungefähr 800 U/min um die Werkstückspindelachse dreht, wie es in Fig. 1 durch den Pfeil 15 angegeben ist.
- Auf dem Maschinenbett ist eine weitere gerade Linearführung (nicht dargestellt) angeordnet, die nachfolgend als zweite Linearführung bezeichnet wird. Ein Schlitten (nicht dargestellt), nachfolgend als zweiter Schlitten bezeichnet, ist entlang der zweiten Linearführung schräg zur Werkstückspindelachse im Wesentlichen horizontal verfahrbar. Der zweite Schlitten trägt den Schleifspindelstock (nicht dargestellt) der Aussenrundschleifmaschine 10, wobei im Schleifspindelstock eine Schleifscheibe 20 um eine im Wesentlichen horizontale Schleifscheibenachse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist. Der zweite Schlitten und die zweite Linearführung sind Teil einer ersten Zustelleinrichtung, welche dazu dient, die Schleifscheibe 20 gegen das Werkstück 18 zuzustellen und wieder von ihm weg zu fahren, wie es in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 22 angegeben ist.
- Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Aussenrundschleifmaschine 10 ist mit einer Maschinensteuerung versehen, die zur Steuerung sämtlicher Komponenten der Aussenrundschleifmaschine 10 und insbesondere auch zur Steuerung der ersten Zustelleinrichtung sowie der weiter nachfolgend beschriebenen zweiten Zustelleinrichtung ausgebildet ist.
- Weiter ist auf dem ersten Schlitten gegenüber dem Werkstückspindelstock 13 ein Reitstock 30 fest montiert. An der dem Werkstückspindelstock 13 zugewandten Stirnseite des Reitstocks 30 ist eine in Richtung zum Werkstückspindelstock 13 hin vorstehende Pinole 32 angeordnet, wobei diese Pinole 32 mittels eines hydraulischen Antriebs (nicht dargestellt) bezüglich dem Reitstock 30 parallel zur Werkstückspindelachse verfahrbar ist.
- Die Werkstückspindel 12 und die Pinole 32 sind derart angeordnet, dass das an einem Längsende in der Werkstückspannvorrichtung 16 eingespannte Werkstück 18 zwisehen der Werkstückspindel 12 und der Pinole 32 aufgenommen ist, wobei es während seiner Rotation um die Werkstückspindelachse am anderen Längsende von der Pinolenspitze stabilisiert wird. Zudem sind der Reitstock 30, der Werkstückspindelstock 13 und der auf der zweiten Linearführung verfahrbare Schleifspindelstock bezüglich einander derart angeordnet, dass die Schleifscheibe 20 mittels der ersten Zustelleinrichtung zwischen der Werkstückspindel 12 und der Pinolenspitze gegen das Werkstück 18 zustellbar ist.
- Die Schleifscheibe 20 ist zum Schleifen einer konischen Aussenfläche des Werkstücks 18 ausgebildet, die bezüglich der Werkstückspindelachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das Werkstück 18 hat weiter eine kreiszylindrisch ausgebildete Aussenfläche, die ebenfalls rotationssymmetrisch bezüglich der Werkstückspindelachse ausgebildet ist. Die beiden Werkstückflächen sind zueinander derart benachbart angeordnet, dass zwischen ihnen eine kreisförmige Übergangskante gebildet ist, wobei das Werkstück im Bereich der zylindrischen Aussenfläche (und somit im Bereich der Übergangskante) einen Durchmesser von ungefähr 4 mm hat. Die Schleifscheibe 20 hat einen Scheibendurchmesser von ungefähr 500 mm und wird von einem Motor (nicht dargestellt) derart angetrieben, dass sie sich beim Schleifen mit einer Tourenzahl von ungefähr 1750 U/min um die Schleifscheibenachse dreht. Dabei ist die Drehrichtung der Schleifscheibe 20 - wie in Fig. 1 durch den Pfeil 21 angegeben - derart gewählt, dass die Geschwindigkeit der Schleifscheibe 20 im Bereich, wo die Schleifscheibe 20 das Werkstück 18 berührt, der Geschwindigkeit des Werkstücks 18 zufolge seiner Rotation um die Werkstückspindelachse in diesem Bereich entgegen gerichtet ist.
- Auf dem ersten Schlitten 11 ist im Bereich zwischen dem Werkstückspindelstock 13 und dem Reitstock 30 weiter ein Messplattformsockel 42 fest angeordnet. Auf dem Messplattformsockel 42 ist ein dritter Schlitten 50 angeordnet, der entlang einer dritten Linearführung rechtwinklig zur Werkstückspindelachse und im Wesentlichen horizontal bezüglich dem Messplattformsockel 42 verfahrbar ist, wie es in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 52 angegeben ist. Der dritte Schlitten 50 dient als Messplattform 50, welche ein Messgerät trägt, das zum Messen unter anderem des Durchmessers des mit der Schleifscheibe 20 bearbeiteten Werkstücks 18 ausgebildet ist, um einen messgesteuerten Schleifvorgang durchführen zu können.
- Der Messplattformsockel 42 und der dritte Schlitten 50 sowie die dritte Linearführung sind Teil einer Messplattformpositioniervorrichtung, welche dazu dient, die Messplattform 50 gegen das Werkstück 18 hin und wieder von ihm weg zu verfahren. Dabei ist die Messplattformpositioniervorrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass der dritte Schlitten 50 bzw. die Messplattform 50 auf der in Bezug auf das Werkstück 18 der Schleifscheibe 20 gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 18 angeordnet ist.
- Auf dem dritten Schlitten 50 bzw. der Messplattform 50 ist weiter eine Hilfsspindel 56 angeordnet, die um eine rechtwinklig zur Werkstückspindelachse angeordnete und schräg nach unten geneigte Hilfsspindelachse bezüglich dem dritten Schlitten 50 drehbar gelagert ist. An einem fliegenden Ende der Hilfsspindel 56 ist eine Honstiftspannvorrichtung angeordnet, in welcher ein Längsende eines länglichen Honstifts 54 eingespannt ist, der im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders hat, wobei die Zylinderachse des Honstifts 54 koaxial zur Hilfsspindelachse angeordnet ist. Die von der Hilfsspindel entfernte Zylindergrundfläche des zylinderförmigen Honstifts 54 bildet die Abrasivoberfläche bzw. die Honoberfläche des Honstifts 54.
- Die Hilfsspindel 56 ist mitsamt dem Honstift 54 mittels eines pneumatischen Antriebs bezüglich dem dritten Schlitten 50 in Richtung der Hilfsspindelachse geradlinig verfahrbar, wie es in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 44 angegeben ist. Dieser pneumatische Antrieb sowie die aus dem Messplattformsockel 42 und dem dritten Schlitten 50 gebildete Messplattformpositioniervorrichtung sind Teil einer zweiten Zustelleinrichtung, welche dazu dient, den Honstift 54 gegen das Werkstück 18 derart zuzustellen, dass seine Honoberfläche gegen die zylindrische Aussenfläche des Werkstücks 18 drückt. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aussenrundschleifmaschine 10 ist die zweite Zustelleinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass der Honstift 54 auf der in Bezug auf das Werkstück 18 der Schleifscheibe 20 gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 18 von schräg oben gegen die zylindrische Aussenfläche des Werkstücks gedrückt wird, während gleichzeitig die Schleifscheibe von der ersten Zustelleinrichtung im Wesentlichen horizontal gegen das Werkstück 18 zugestellt wird, um die konische Aussenfläche des Werkstücks 18 zu schleifen. Weiter ist der pneumatische Antrieb zum Verfahren der Hilfsspindel 56 von der Maschinensteuerung derartbetätigbar, dass dieser Antrieb über die Hilfsspindel 56 den Honstift mit einer applikationsspezifisch eingestellten Kraft gegen das Werkstück 18 drückt. Diese applikationsspezifische Kraft kann im Zuge der Einstellung der Aussenrundschleifmaschine 10 für eine Serie von Schleifprozessen (d.h. für eine Applikaton) von einem Operateur an einer geeigneten Einstelleinrichtung manuell eingestellt werden.
- Der Honstift 54 hat einen Durchmesser zwischen ungefähr 1 und 2 mm. Die Hilfsspindel 56 (und mit ihr der Honstift 54) wird von einem Motor (nicht dargestellt) derart angetrieben, dass sie sich beim Honen mit einer Tourenzahl zwischen ungefähr 50 und 100 U/min um die Hilfsspindelachse dreht. Dabei ist die Drehrichtung der Hilfsspindel 56 - wie in Fig. 1 durch den Pfeil 55 angegeben - derart ausgewählt, dass, wenn die Honoberfläche das Werkstück 18 im Bereich der zwischen der konischen und der lindrischen Werkstückoberflächen gebildeten Übergangskante berührt, der Honstift (bzw. die Honoberfläche) im Bereich des Schnittpunkts der Berührungslinie mit der Übergangskante eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Richtung der Geschwindigkeit des Werkstücks 18 (zufolge der Rotation des Werkstücks 18 um die Werkstückspindelachse) in diesem Bereich hat.
- In Fig. 1 ist die Aussenrundschleifmaschine 10 in einer Arbeitsstellung gezeigt, in der sowohl die Schleifscheibe 20 als auch der Honsitft 54 gegen das Werkstück 18 zugestellt sind und das Werkstück 18 simultan sowohl von der Schleifscheibe 20 als auch vom Honstift 54 bearbeitet wird. In Fig. 2 ist die Aussenrundschleifmaschine 10 in einer Arbeitsstellung dargestellt, in welcher der Honstift 54 vom Werkstück 18 weg verfahren ist. Zudem ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber die Schleifscheibe 20 nicht dargestellt.
- Um mittels der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aussenrundschleifmaschine 10 das Werkstück 18 derart zu schleifen, dass zwischen seiner zylindrischen Aussenfläche und seiner konischen Aussenfläche eine scharfe, gratfreie kreisförmige Übergangskante gebildet wird, wird zunächst das Werkstück 18 in die Werkstückspannvorrichtung 16 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aussenrundschleifmaschine 10 eingespannt und mittels der Werkstückspindel 12 zur Drehung um die Werkstückspindelachse angetrieben. In einem ersten_ Schleifvorgang wird sodann, gesteuert durch die Maschinensteuerung, die um die Schleifscheibenachse rotierende Schleifscheibe 20 mittels der ersten Zustelleinrichtung derart gegen das Werkstück 18 zugestellt, dass mittels einer ersten Profilpartie der Schleifscheibe 20 die zylindrische Aussenfläche des Werkstücks 18 hochgenau geschliffen wird.
- Anschliessend wird, gesteuert durch die Maschinensteuerung, die um die Schleifscheibenachse rotierende Schleifscheibe 20 mittels der ersten Zustelleinrichtung derart gegen das Werkstück 18 zugestellt, dass die Schleifscheibe 20 mittels einer zweiten Profilpartie der Schleifscheibe 20 die konische Aussenfläche des Werkstücks 18 schleift. Gleichzeitig mit dem Schleifen der konischen Werkstückfläche wird, betätigt von der Maschinensteuerung, der um die Hilfsspindelachse rotierende Honstift 54 mittels der zweiten Zustelleinrichtung derart gegen das Werkstück 18 zugestellt, dass die Honoberfläche des Honstifts 54 gegen die zylindrische Aussenfläche des Werkstücks 18 gedrückt wird. Der pneumatische Antrieb zum Verfahren der Hilfsspindel 56 ist zuvor im Zuge der Einstellung der Aussenrundschleifmaschine 10 von einem Operateur derart eingestellt worden, dass dieser Antrieb über die Hilfsspindel 56 den Honstift 54 mit einer Kraft von ca. 0.5 bis 1 Newton gegen das Werkstück 18 drückt. Der Honstift 54 wird mittels der zweiten Zustelleinrichtung derart gegen das Werkstück 18 gedrückt, dass die rechtwinklig zur Hilfsspindelachse angeordnete Honoberfläche des Honstifts 54 in einer Tangentialebene zur zylindrischen Werkstückfläche angeordnet ist und in einer an die Übergangskante angrenzenden Partie der zylindrischen Werkstückfläche diese entlang einer geraden Berührungslinie berührt. Die Berührungslinie erstreckt sich auf der Honoberfläche als ununterbrochene Linie von einem Aussenrand der Honoberfläche aus entlang eines durch die Zylinderachse des Honstifts 54 hindurch führenden Durchmessers bis über die Zylinderachse hinaus zur Übergangskante. Dabei steht die Honoberfläche des Honstifts 54 in Richtung der Berührungslinie von der zylindrischen Werkstückfläche weg um ca. 0.2 bis 0.3 mm über die Übergangskante hinaus vor. Dies hat zur Folge, dass ein beim Schleifen der konischen Werkstückfläche mittels der Schleifscheibe 20 allfällig entstehender Grat, der über die Übergangskante hinaus in den Bereich über der zylindrischen Werkstückfläche vorsteht, durch den Honstift 54 bzw. durch dessen Honoberfläche sofort abgetragen wird, so dass eine scharfe und gratfreie Übergangskante zwischen der zylindrischen und der konischen Aussenfläche des Werkstücks 18 gebildet wird. Durch die Bearbeitung mittels dem Honstift 54 wird jedoch das Mass der zuvor bereits hochgenau geschliffenen zylindrischen Aussenfläche des Werkstücks 18 nicht wesentlich verändert, denn die beim Bearbeiten bzw. Honen der zylindrischen Aussenfläche des Werkstücks 18 mittels dem Honstift 54 erbrachte Schleifleistung beträgt weniger als ungefähr 0.5 % der Schleifleistung, die von der Schleifscheibe 20 beim Schleifen der konischen Aussenfläche des Werkstücks 18 erbracht wird.
- Durch die Maschinensteuerung gesteuert wird zeitgleich mit dem Beenden des Schleifvorgangs zum Schleifen der konischen Aussenfläche des Werkstücks 18 mittels der Schleifscheibe 20 auch der Honvorgang zum Honen der zylindrischen Aussenfläche des Werkstücks 18 mittels dem Honstift 54 beendet. Dadurch ist gewährleistet, dass keinerlei Grat an der zwischen der konischen und der zylindrischen Aussenfläche des Werkstücks 18 gebildeten Übergangskante übrig bleibt.
- Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Aussenrundschleifmaschine 10 ist weiter mit einer Endlagenüberwachungseinrichtung für den Honstift versehen, die zwei Endlagensensoren umfasst. Der eine Endlagensensor detektiert die in Fig. 1 dargestellte Endlage des Honstifts 54 (Honstift 54 an Werkstück 18 zugestellt). Der andere Endlagensensor detektiert die in Fig. 2 dargestellte Endlage des Honstifts 54 (Honstift 54 von Werkstück 18 weg gefahren). Mittels der Endlagenüberwachungseinrichtung kann bei einem automatischen oder einem halbautomatischen Betrieb der Aussrundschleifmaschine 10 ein Werkstückwechsel verhindert werden, wenn der Honstift 54 gegen das Werkstück 18 zugestellt ist. Zudem ermöglicht die Endlagenüberwachungseinrichtung auch das Erkennen eines Bruchs des Honstifts 54 und/oder eine Abnutzung des Honstifts 54 derart, dass er ausgewechselt werden muss.
- In den Figuren 3 und 4 sind jeweils Teilbereiche einer Schleifscheibe 120, eines kreiszylinderförmigen Honstifts 154 und eines Werkstücks 118 dargestellt. Die Schleifscheibe 120 und der Honstift 154 sind Bestandteile einer Aussenrundschleifmaschine 110, die gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung konstruiert ist. Die restlichen Bestandteile der Aussenrundschleifmaschine 110 sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren 3 und 4 nicht dargestellt.
- Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Werkstück 118 ist identisch zu dem in den Figuren 1 und 2 ausgebildeten Werkstück 18 ausgebildet. Es ist bezüglich einerWerkstückachse 114 rotationssymmetrisch ausgebildet und hat eine kreiszylindrische Aussenfläche 113 sowie eine konische Aussenfläche 117, die zueinander derart benachbart angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kreisförmige Übergangskante 119 gebildet ist.
- In den Figuren 3 und 4 ist die Aussenrundschleifmaschine 110 in einer Arbeitsstellung gezeigt. In dieser Arbeitsstellung rotiert das Werkstück 118 um eine zur Werkstückachse 114 koaxial angeordnete Werkstückspindelachse, wie es in den Figuren 3 und 4 durch den Pfeil 115 angegeben ist. Zudem ist die Schleifscheibe 120 gegen die konische Aussenfläche 117 des Werkstücks 118 zugestellt, wobei die Schleifscheibe 120 um eine Schleifscheibenachse (nicht dargestellt) rotiert, wie es in den Figuren 3 und 4 durch den Pfeil 121 angegeben ist. Weiter ist in dieser Arbeitsstellung auch derHonstift 154 mit seiner Honoberfläche gegen die zylindrische Aussenfläche 113 des Werkstücks 118 zugestellt, wobei der Honstift 154 um eine zur Zylinderachse des Honstifts 154 koaxiale Hilfsspindelachse 153 rotiert, wie es in den Figuren 3 und 4 durch den Pfeil 155 angegeben ist. Dabei steht die Honoberfläche des Honstifts 154 in Richtung der zwischen der Honoberfläche und der zylindrischen Werkstückfläche 113 gebildeten Berührungslinie 109 von der zylindrischen Werkstückfläche weg um 10 % der Länge der Berührungslinie über die Übergangskante 119 hinaus vor.
- Somit wird das Werkstück 118 in der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Arbeitsstellung der Schleifmaschine 110 simultan sowohl von der Schleifscheibe 120 als auch vom Honstift 154 bearbeitet. Dabei sind die Drehrichtung 115 des Werkstücks 118 und die Drehrichtung 121 der Schleifscheibe 120 derart festgelegt, dass die Geschwindigkeit der Schleifscheibe 120 im Bereich, wo die Schleifscheibe 120 das Werkstück 118 berührt, der Geschwindigkeit des Werkstücks 118 zufolge seiner Rotation um die Werkstückspindelachse in diesem Bereich entgegen gerichtet ist. Weiter ist die Drehrichtung 155 des Honstifts 154 derart festgelegt, dass der Honstift (bzw. die Honoberfläche) im Bereich des Schnittpunkts der zwischen der Honoberfläche und der zylindrischen Werkstückfläche 113 gebildeten Berührungslinie 109 mit der Übergangskante 119 eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Richtung der Geschwindigkeit des Werkstücks 118 in diesem Bereich hat.
- Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Aussenrundschleifmaschine 110 unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aussenrundschleifmaschine 10 im Wesentlichen lediglich dadurch, dass der Honstift 154 nicht von schräg oben, sondern im Wesentlichen horizontal gegen das Werkstück 118 zugestellt wird, so dass dieHonfläche des Honstifts 154 im Wesentlichen von einer von der Schleifscheibe 120 abgewandten Seite her entgegen der Zustellrichtung, in welcher die Schleifscheibe 120 gegen die konische Aussenfläche 117 des Werkstücks 118 zugestellt wird, gegen die zylindrische Aussenfläche 119 des Werkstücks 118 drückt. Daraus resultiert eine gute Stabilisierung des Werkstücks 118 während dem Schleifvorgang, was zur Erhöhung der Präzision beim Schleifen beitragen kann.
- Bei einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Aussenrundschleifmaschine gemäss einer vorteilhaften Erfindungsvariante ist die gesamte zweite Zustelleinrichtung mitsamt dem Messplattformsockel, dem pneumatischen Antrieb, dem dritten Schlitten, der Hilfsspindel und dem Honstift auf einem vierten Schlitten angeordnet, der entlang einer vierten geraden Linearführung parallel zur Werkstückspindelachse (und somit parallel zur ersten Linearführung) bezüglich dem ersten Schlitten verfahrbar. Durch die Verfahrbarkeit des vierten Schlittens wird die Möglichkeit geboten, während einer einzigen Werkstückaufspannung seriell nacheinander mehrere erfindungsgemässe Verfahren durchzuführen, um eine Mehrzahl von scharfen, gratfreien Übergangskanten zwischen jeweils zwei benachbarten rotationssymmetrischen Flächen des Werkstücks zu bearbeiten.
- Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rundschleifen angegeben werden, welche ein zuverlässiges und präzises Rundschleifen von Werkstücken mit einer scharfen und gratfreien Übergangskante zwischen zwei rotationssymmetrischen Flächen auch in der grossseriellen Fertigung ermöglichen.
Claims (12)
- Verfahren zum Rundschleifen eines Werkstücks (18, 118), das eine Werkstückachse (114) hat und sich während der Durchführung des Verfahrens um die Werkstückachse (114) dreht, während gleichzeitig eine sich um eine Schleifscheibenachse drehende Schleifscheibe (20, 120) und das Werkstück (18, 118) gegeneinander zugestellt werden, um eine erste Werkstückfläche (117) zu schleifen, die bezüglich der Werkstückachse (114) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Werkstück weiter eine zweite Werkstückfläche (113) hat, die bezüglich der Werkstückachse (114) rotationssymmetrisch ausgebildet und durch eine geradlinige Erzeugende definiert ist und wobei die beiden Werkstückflächen (117, 113) zueinander derart benachbart angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kreisförmige Übergangskante (119) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet dass während des Schleifens ein um eine Hilfswerkzeugachse (153) drehendes Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154), das eine ebene, rechtwinklig zur Hilfswerkzeugachse (153) angeordnete Abrasivoberfläche hat, derart gegen das Werkstück (18, 118) gedrückt wird, dass die Abrasivoberfläche in einer Tangentialebene zur zweiten Werkstückfläche (113) angeordnet ist und die zweite Werkstuckflache (113) entlang einer Berührungslinie (109) berührt, wobei die Abrasivoberfläche in Richtung der Berührungslinie (109) von der zweiten Werkstückfläche (113) weg über die Übergangskante (119) hinaus vorsteht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs (54, 154) gegen das Werkstück (18, 118) und das Schleifen der ersten Werkstückfläche (117) zeitgleich beendet werden.
- Vorrichtung zum Rundschleifen, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, eines Werkstücks (18, 118), mit einer um eine Werkstückspindelachse rotierenden Werkstückspindel (12), die mit einem zur Aufnahme des Werkstücks (18, 118) ausgebildeten Werkstückhalter (16) versehen ist, einer um eine Schleifscheibenachse rotierenden Schleifscheibe (20, 120), und einer ersten Zustelleinrichtung, um die Schleifscheibe (20, 120) und das Werkstück (18, 118) gegeneinander zuzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter ein um eine Hilfswerkzeugachse (153) rotierendes Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) umfasst, das eine ebene, rechtwinklig zur Hilfswerkzeugachse (153) angeordnete Abrasivoberfläche hat, eine zweite Zustelleinrichtung zum Zustellen des Hilfsabrasivwerkzeugs (54, 154) gegen das Werkstück (18, 118), sowie eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Vorrichtung derart, dass mittels der ersten Zustelleinrichtung die Schleifscheibe (20, 120) und das Werkstück (18, 118) gegeneinander zugestellt werden, um in einem Schleifvorgang eine erste Werkstückfläche (117) zu schleifen, und dass während dem Schleifvorgang das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) mittels der zweiten Zustelleinrichtung gegen das Werkstück (18, 118) derart zugestellt wird, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) mit seiner Abrasivoberfläche gegen eine zweite Werkstückfläche (113) drückt, wobei die beiden Werkstückflächen (117, 113) bezüglich der Werkstückspindelachse rotationssymmetrisch ausgebildet sind und die zweite Werkstückfläche (113) durch eine geradlinige Erzeugende definiert ist, und wobei die beiden Werkstückflächen (117, 113) zueinander derart benachbart angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kreisförmige Übergangskante (119) gebildet ist, und wobei die Abrasivoberfläche in einer Tangentialebene zur zweiten Werkstückfläche (113) angeordnet ist und die zweite Werkstückfläche (113) entlang einer Berührungslinie (109) berührt, und wobei die Abrasivoberfläche in Richtung der Berührungslinie (109) von der zweiten Werkstückfläche (113) weg über die Übergangskante (119) hinaus vorsteht.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Partie des Hilfsabrasivwerkzeugs (54, 154) zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Abrasivoberfläche die Zylindergrundfläche ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) derart ausgebildet und während dem Andrücken gegen die zweite Werkstückfläche (113) derart angeordnet ist, dass sich die Berührungslinie (109) auf der Abrasivoberfläche als ununterbrochene Linie von einem Aussenrand der Abrasivoberfläche aus entlang eines durch die Hilfswerkzeugachse (153) hindurch führenden Durchmessers, bis über die Hilfswerkzeugachse (153) hinaus zur Übergangskante (119) erstreckt.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Andrücken des Hilfsabrasivwerkzeugs (54, 154) gegen die zweite Werkstückfläche (113) das Werkstück (18, 118) derart zur Rotation um die Werkstückspindelachse und das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) derart zur Rotation um die Hilfswerkzeugachse (153) angetrieben sind, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) im Bereich des Schnittpunkts der Berührungslinie (109) mit der Übergangskante (119) eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Richtung der Geschwindigkeit des Werkstücks (18, 118) in diesem Bereich hat.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) einen Honstift (54, 154) oder einen Feinschliffstein umfasst.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter ein Konditionierwerkzeug zum Konditionieren der Abrasivoberfläche umfasst.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter Mittel zur wahlweisen Einstellung der Kraft umfasst, mit weichem das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) gegen die zweite Werkstückfläche (113) drückt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154), während es mit der Abrasivoberfläche gegen die zweite Werkstückfläche (113) gedrückt wird, die zweite Werkstückfläche (113) mit einer wesentlich kleineren Schleifleistung bearbeitet als die Schleifleistung, mit welcher gleichzeitig die Schleifscheibe (20, 120) die erste Werkstückfläche (117) bearbeitet.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) an einer bezüglich der Werkstückspindel (12) verfahrbaren Plattform (50) angeordnet ist, welche mit wenigstens einem Messgerät bestückt ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabrasivwerkzeug (54, 154) während dem Andrücken gegen die zweite Werkstückfläche (113) auf einer von der Schleifscheibe (20, 120) abgewandten Seite des Werkstücks (18, 118) angeordnet ist.
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