CH697397B1

CH697397B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen eines Profils eines Werkstücks.

Info

Publication number: CH697397B1
Application number: CH01334/05A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Nyffenegger
Original assignee: Ulrich Nyffenegger
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2008-09-30
Also published as: GB0515258D0; JP4953599B2; GB2417449A; GB2417449B; JP2006062077A; US20060128274A1; DE102004041117A1

Abstract

Auf einer Vorrichtung zum Schleifen des Profils eines rotierenden Werkstücks (5) wird ein axial und quer zur Werkstückspindel (4) verschieblich auf einem Schwenktisch (6) angeordnetes rotierbares Werkstück (5) erfindungsgemäss vor dem Schleifen gegenüber einer Schwenktischachse (D) so positioniert, dass der Mittelpunkt eines kreisbogenförmigen mit hoher Präzision zu schleifenden Werkstückprofilabschnitts auf der Schwenkachse (D) des Schwenktisches (6) zu liegen kommt. Die hierdurch erreichte Reduktion der Anzahl simultaner Achsbewegungen beim Schleifen dieses Profilabschnitts auf nur eine einzige Maschinenachse ermöglicht eine optimale Profilgenauigkeit.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen eines Profils eines Werkstücks.

[0002] Die Erfindung betrifft insbesondere das Schleifen von annähernd bzw. genau kreisbogenförmigen Werkstückprofilabschnitten. Die Erfindung ist geeignet zum Schleifen von Werkstückprofilabschnitten am Werkstückumfang mit einem Profilradius von weniger als 2 mm, die hinsichtlich ihrer Formabweichung Toleranzen von weniger als 4-5 Microm unterworfen sind und stetig, d.h.

tangential, in die an sie angrenzenden geraden oder bogenförmigen Konturabschnitte des Profils übergehen.

Stand der Technik

[0003] Es existiert auf dem Markt ein breites Angebot universeller vielachsiger numerisch gesteuerter Schleifmaschinen, welche eine hohe Fertigungsgenauigkeit aufweisen und zum Präzisionsschleifen des Profils rotierender Werkstücke aus hochfestem, gehärteten oder ungehärtetem Material für die verschiedensten Anwendungszwecke geeignet sind. Dieses Präzisionsschleifen unterliegt hohen Anforderungen an die Profilgenauigkeit und Oberflächenqualität der Werkstücke. Die Maschinen sind sich in ihrem Aufbau und der Konfiguration ihrer Bewegungsachsen zumeist sehr ähnlich.

[0004] Eines der bekannten Ausführungsbeispiele ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

Auf einem Maschinenständer oder -bett 3 ist ein erster und zweiter Zustellschlitten 10, 11 in Form eines Kreuzschlittens angeordnet. Auf dem Kreuzschlitten 10, 11 ist ein Schwenkmodul 15 angeordnet, auf welchem eine Schleifspindel 1 befestigt ist. Auf der Schleifspindel 1 ist ein Schleifwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe 2, aufspannbar. Dank des Kreuzschlittens 10, 11 lässt sich die Schleifspindel 1 und damit das Schleifwerkzeug entlang einer ersten Maschinenachse X und entlang einer dritten, dazu senkrechten Maschinenachse Z linear verschieben. Das Schwenkmodul 15 ermöglicht eine Schwenkung der Schleifspindel 1 um eine senkrecht zur X-Achse und parallel zur Z-Achse verlaufende Schwenkachse C.

Diese Schwenkung ermöglicht eine beliebige Winkelstellung der Schleifspindel gegenüber dem Werkstück.

[0005] Auf dem Maschinenständer 3 ist ferner ein dritter Zustellschlitten 12 angeordnet, auf welchem eine Werkstückspindel 4 zum Aufspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks 5 befestigt ist. Durch Verschieben des Zustellschlittens 12 lässt sich diese Spindel 4 entlang einer zweiten Maschinenachse Y linear verschieben. Dabei verläuft diese zweite Maschinenachse Y senkrecht zur ersten und dritten Maschinenachse X, Z.

[0006] Alle Bewegungsachsen bzw. Bewegungen sind NC-gesteuert. Je nach dem herzustellenden Werkstückprofil sind während des Schleifens mehrere NC-Achsen, d.h. die X, Y, Z- und/oder B-Achse, gleichzeitig in Bewegung.

Die unvermeidbaren achsgeschwindigkeits-, achsbeschleunigungs- und achslastabhängigen Lageabweichungen führen zu geringfügigen Konturabweichungen des Werkstückprofils, die in Fällen extremer Toleranzanforderungen jedoch die zulässige Grenze übersteigen.

Darstellung der Erfindung

[0007] Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich unerwünschte Profilabweichungen am bearbeiteten Werkstück reduzieren lassen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss den Patentansprüchen 1 bzw. 8 gelöst.

[0009] Im erfindungsgemässen Verfahren bzw.

in der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Schleifen eines annähernd kreisbogenförmigen oder eines kreisbogenförmigen Profilabschnitts eines Werkstücks auf einer Schleifmaschine wird das Werkstück auf eine Werkstückspindel gespannt, wobei die Werkstückspindel auf einem um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenktisch angeordnet ist. Das aufgespannte Werkstück wird zusammen mit der Werkstückspindel in eine Position verschoben, in welcher der Mittelpunkt des Profilabschnitts zur Schwenkachse des Schwenktischs einen Abstand aufweist, welcher minimiert ist.

Anschliessend wird dieser Profilabschnitt geschliffen.

[0010] Die Erfindung macht sich zunutze, dass insbesondere bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen der an der Erzeugung eines Werkstückprofils beteiligten Bewegungsachsen die Profilabweichungen am kleinsten werden, wenn möglichst nur eine einzige NC-Achse bewegt werden muss, um einen mit extremer Genauigkeit zu fertigenden Profilabschnitt zu erzeugen.

[0011] Die erfindungsgemässe Anordnung der Bewegungsachsen auf der Maschine erlaubt, das Werkstück mit hoher Genauigkeit so zu positionieren, dass kritische kreisbogenförmige Werkstückprofilabschnitte mittels Schwenkung als einziger Achsbewegung erzeugt werden können.

Die Schwenkung wird dabei mittels eines Schwenktisches erzeugt, auf welchem die Werkstückspindel angeordnet ist.

[0012] Ist der zu schleifende Werkstückprofilabschnitt nicht genau kreisbogenförmig, so wird der Abstand eines ungefähren Mittelpunkts des Profilabschnitts zur Schwenkachse minimiert bzw. es wird die Position des Werkstücks so eingestellt, dass die Beschleunigungen der übrigen, nun doch am Schleifen beteiligten Maschinenachsen minimiert sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnungen beinhalten
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung einer Werkzeugschleifmaschine nach dem Stand der Technik,

<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schleif-Vorrichtung,

<tb>Fig. 3<sep>eine vergrösserte schematische Darstellung der erfindungsgemässen Schleifvorrichtung gem. Fig. 2 in einer Ansicht von oben und

<tb>Fig. 4<sep>eine vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts E gemäss Fig. 3.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0014] In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zum Schleifen des Profils eines rotierenden Werkstücks 5 in einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform schematisch dargestellt. Diese vielachsige numerisch gesteuerte Schleifmaschine weist ein Maschinenbett oder einen Maschinenständer 3 auf, auf welchem ein Kreuzschlitten mit zwei Zustellschlitten 10, 11 angeordnet ist. Auf diesem Kreuzschlitten 10, 11 ist eine um eine erste horizontale Rotationsachse B rotierbare Schleifspindel 1 gehalten.

Ferner weist der Maschinenständer 3 einen dritten Zustellschlitten 14 für eine Werkstückspindel 4 auf.

[0015] Die Schleifspindel 1 dient zur Aufnahme eines Schleifwerkzeugs, insbesondere einer Schleifscheibe 2 oder eines anderen für den gewünschten Bearbeitungsprozess geeigneten Werkzeugs. Sie ist in Richtung einer ersten Maschinenachse X und senkrecht hierzu in Richtung einer zweiten Maschinenachse Z linear verschieblich auf einem Maschinenständer 3 angeordnet. Sie kann, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, über ein Schwenkmodul 15 mit dem Kreuzschlitten 10, 11 verbunden sein. Dies ist jedoch nicht notwendig und in diesem Ausführungsbeispiel auch nicht der Fall.

[0016] Gegenüber der Schleifspindel 1 trägt der Maschinenständer 3 einen dritten Zustellschlitten 14, auf welchem ein Schwenktisch 6 angeordnet ist.

Der Schwenktisch ist dadurch in Richtung der dritten Maschinenachse Y linear verschiebbar. Auf dem Schwenktisch 6 sind zwei weitere Zustellschlitten 12, 13 kreuzweise angeordnet. In dem obersten Zustellschlitten 13 ist nun die Werkstückspindel 4 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks 5 drehbar gelagert. Das Werkstück 5 ist um eine horizontal verlaufende Achse A, welche mit der Längsachse der Werkstückspindel 4 zusammenfällt, rotierbar.

[0017] Der Kreuzschlitten 12, 13 ermöglicht eine lineare Verschiebung der Werkstückspindel 4 entlang einer Axialhubrichtung U und entlang einer Querhubrichtung V. Dabei ist es unwesentlich, welcher der zwei Schlitten 12, 13 oben und welcher unten angeordnet ist.

[0018] Der Schwenktisch 6 ermöglicht eine Schwenkung des Kreuz-Schlittens 12, 13 und damit der Werkstückspindel 4 um eine Schwenkachse D.

Diese Schwenkachse D verläuft in vertikaler Richtung, d.h. senkrecht zu den Axial- und Querhubrichtungen U, V und auch senkrecht zur Achse der Werkstückspindel 4.

[0019] Durch Schwenkung um die Schwenkachse D und entsprechende translatorische Verschiebung entlang der Y-, U- und V-Achsen lässt sich das Werkstück 5 zur Schleifscheibe 2 hin bringen und für seine anschliessende Bearbeitung optimal positionieren.

[0020] Anhand der Fig. 3 wird ein Beispiel einer derartigen optimalen Positionierung beschrieben. Als einfaches Bearbeitungsbeispiel ist ein Werkstück 5 dargestellt, dessen Profil einen kreisbogenförmigen Profilabschnitt 7 aufweist. Dieser Profilabschnitt 7 soll mit höchster Präzision geschliffen werden.

Um dies zu gewährleisten, wird erfindungsgemäss das Werkstück 5 vor dem Schleifen gegenüber der Schwenkachse D mittels Verschiebung in den Achsrichtungen U und V in eine Position gebracht, in welcher der Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Werkstückprofilabschnitts 7 mit der Schwenkachse D des Schwenktisches 6 zusammenfällt, wie dies in Fig.

4 dargestellt ist.

[0021] Hierdurch wird erreicht, dass die Schwenkbewegung des Schwenktisches 6 allein zur Erzeugung des kreisbogenförmigen Werkstückprofilabschnitts 7 ausreicht und die Konturgenauigkeit nicht durch die Überlagerung der Bewegung mehrerer Bewegungsachsen beeinträchtigt wird, wie dies der Fall wäre, läge der Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Werkstückprofilabschnitts 7 nicht auf der Schwenkachse D.

[0022] Weist das Werkstück 5 weitere kreisbogenförmige Profilabschnitte 8, 9 auf, die ebenfalls mit höchster Präzision geschliffen werden müssen,

so wird der Schleifprozess nach dem Schleifen des ersten kreisbogenförmigen Werkstückprofilabschnitts 7 unterbrochen und erst nach exakter Positionierung des Radiusmittelpunktes des nächsten Profilabschnitts auf der Schwenkachse D des Schwenktisches 6 fortgesetzt.

[0023] Weisen die Werkstückprofilabschnitte 7, 8, 9 nur annähernd eine Kreisbogenform auf, wird die Position des Werkstücks 5 gegenüber der Schwenkachse D so gewählt, dass die Beschleunigungen der an der Profilerzeugung beteiligten linearen Maschinenachsen beim Schleifen möglichst niedrig bleiben. Der Abstand zum Mittelpunkt wird somit nicht gleich Null.

Stattdessen wird ein angenäherter Kreismittelpunkt mit der Schwenkachse zur Deckung gebracht.

[0024] Die erfindungsgemässe Vorrichtung erhöht die Genauigkeit der Profile durch Reduktion der simultanen Achsbewegungen beim Schleifen dieses Profils auf eine einzigen Maschinenachse.

Bezugszeichenliste

[0025]
1 : Schleifspindel
2 : Schleifscheibe
3 : Maschinenständer
4 : Werkstückspindel
5 : Werkstück
6 : Schwenktisch
7/8/9 : kreisbogenförmige Werkstückprofilabschnitte
10 : erster Zustellschlitten der Schleifspindel
11 : zweiter Zustellschlitten der Schleifspindel
12 : erster Zustellschlitten der Werkstückspindel
13 : zweiter Zustellschlitten der Werkstückspindel
14 : Zustellschlitten des Schwenktisches
15 : Schwenkmodul
A : Rotationsachse des Werkstücks
B : Rotationsachse der Schleifscheibe
C : Schwenkachse des Schleifspindel
D :

Schwenkachse des Zustellschlittens der Werkstückspindel
X : Axialhubrichtung der Schleifscheibe
Y : Zustellrichtung des Schwenktisches
Z : Vertikalhubrichtung der Schleifscheibe
U : Axialhubrichtung der Werkstückspindel
V : Querhubrichtung der Werkstückspindel

Claims

1. Verfahren zum Schleifen eines Profils eines Werkstücks (5) auf einer Schleifmaschine, wobei das Werkstück (5) einen annähernd kreisbogenförmigen oder einen kreisbogenförmigen Profilabschnitt (7, 8, 9) mit einem Mittelpunkt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) auf eine Werkstückspindel (4) gespannt wird, wobei die Werkstückspindel (4) auf einem um eine Schwenkachse (D) schwenkbaren Schwenktisch (6) angeordnet ist, und dass das aufgespannte Werkstück (5) zusammen mit der Werkstückspindel (4) in eine Position verschoben wird, in welcher der Mittelpunkt des Profilabschnitts (7, 8, 9) zur Schwenkachse (D) des Schwenktischs (6) einen Abstand aufweist, welcher minimiert ist, und dass anschliessend dieser Profilabschnitt (7, 8, 9) geschliffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Falle eines kreisbogenförmigen Profilabschnitts (7, 8, 9) das aufgespannte Werkstück (5) zusammen mit der Werkstückspindel (4) so verschoben wird, dass der Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Profilabschnitts (7, 8, 9) auf der Schwenkachse (D) des Schwenktischs (6) zu liegen kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Falle eines nur annähernd kreisbogenförmigen Profilabschnitts (7, 8, 9) die Position des Werkstücks (5) gegenüber der Schwenkachse (D) so gewählt wird, dass eine Beschleunigung von Maschinenachsen (X, Y) der Schleifmaschine, welche beim Schleifen des Profilabschnitts (7, 8, 9) an dessen Erzeugung beteiligt sind, minimiert ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Werkstückspindel (4) zur Erreichung der genannten Position linear verschoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Werkstückspindel (4) zur Erreichung der genannten Position zusätzlich um die Schwenkachse (D) geschwenkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Werkstück (5) beim Schleifen rotiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Falle eines Werkstückprofils mit mehreren annähernd kreisbogenförmigen oder kreisbogenförmigen Profilabschnitten (7, 8, 9) a. das aufgespannte Werkstück (5) in eine erste Position gebracht wird, in welcher der Mittelpunkt eines ersten dieser Profilabschnitte (7) zur Schwenkachse (D) des Schwenktischs (6) einen Abstand aufweist, welcher minimiert ist, und b. dass anschliessend dieser erste Profilabschnitt (7) geschliffen wird, c. dass der Schleifprozess nach dem Schleifen dieses ersten Werkstückprofilabschnitts (7) unterbrochen wird, d. dass das aufgespannte Werkstück (5) zusammen mit der Werkstückspindel (4) in eine zweite Position verschoben wird, in welcher der Mittelpunkt eines zweiten dieser Profilabschnitte (8) zur Schwenkachse (D) des Schwenktischs (6) einen Abstand aufweist, welcher minimiert ist, und e.

dass anschliessend dieser zweite Profilabschnitt (8) geschliffen wird und f. dass die Schritte c) bis e) so oft wiederholt werden, bis alle diese Profilabschnitte (7, 8, 9) geschliffen sind.

8. Vorrichtung zum Schleifen eines Profils eines Werkstücks (5) mittels eines Werkzeugs (2), wobei die Vorrichtung einen Maschinenständer (3), eine mit dem Maschinenständer (3) verbundene Schleifspindel (1) zur Aufnahme des Werkzeugs (2) und eine mit dem Maschinenständer (3) verbundene Werkstückspindel (4) zur Aufnahme des Werkstücks (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Schwenktisch (6) mit einer Schwenkachse (D) aufweist, auf welchem die Werkstückspindel (4) um die Schwenkachse (D) schwenkbar angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Werkstückspindel (4) in mindestens einer Richtung (U, V) linear verschiebbar auf dem Schwenktisch (6) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Werkstückspindel (4) entlang zwei senkrecht zueinander stehender Achsen (U, V) linear verschiebbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Schwenktisch (6) mindestens entlang einer Achse (Y) bezüglich des Maschinenständers (3) linear verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schwenkachse (D) in vertikaler Richtung verläuft und die lineare Verschiebung der Werkstückspindel (4) in mindestens einer horizontalen Richtung (U, V) erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei auf dem Schwenktisch (6) ein Kreuzschlitten (12, 13) angeordnet ist, auf welchem die Werkzeugspindel (4) gehalten ist.