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
Technical area
The present invention relates to a method and apparatus for grinding a profile of a workpiece.
The invention particularly relates to the grinding of approximately or precisely circular arc-shaped workpiece profile sections. The invention is suitable for grinding workpiece profile sections on the workpiece periphery having a profile radius of less than 2 mm, which are subject to tolerances of less than 4-5 microns in terms of their shape deviation and continuous, i.
tangentially, in the adjoin them straight or arcuate contour sections of the profile.
State of the art
There is a wide range of universal multi-axis numerically controlled grinding machines available on the market which have high manufacturing accuracy and are suitable for precision grinding of the profile of rotating workpieces of high strength, hardened or uncured material for a variety of applications. This precision grinding is subject to high demands on the profile accuracy and surface quality of the workpieces. The machines are usually very similar in their construction and the configuration of their axes of motion.
One of the known embodiments is shown schematically in Fig. 1.
On a machine stand or bed 3, a first and second feed carriages 10, 11 are arranged in the form of a cross slide. On the cross slide 10, 11, a pivot module 15 is arranged, on which a grinding spindle 1 is fixed. On the grinding spindle 1, a grinding tool, in particular a grinding wheel 2, can be clamped. Thanks to the cross slide 10, 11, the grinding spindle 1 and thus the grinding tool can be linearly displaced along a first machine axis X and along a third machine axis Z perpendicular thereto. The swivel module 15 allows a pivoting of the grinding spindle 1 about a perpendicular to the X-axis and parallel to the Z-axis pivot axis C.
This pivoting allows any angular position of the grinding spindle relative to the workpiece.
On the machine stand 3, a third feed carriage 12 is further arranged, on which a workpiece spindle 4 is mounted for clamping a workpiece to be machined 5. By moving the feed carriage 12, this spindle 4 can be linearly displaced along a second machine axis Y. In this case, this second machine axis Y is perpendicular to the first and third machine axis X, Z.
All movement axes or movements are NC-controlled. Depending on the workpiece profile to be produced, several NC axes, i.e., several NC axes, are generated during grinding. the X, Y, Z and / or B axis, simultaneously in motion.
The unavoidable axis deviations, axle acceleration and axle load-dependent position deviations lead to slight contour deviations of the workpiece profile, which however exceed the permissible limit in cases of extreme tolerance requirements.
Presentation of the invention
It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus of the type mentioned, by means of which can reduce unwanted profile deviations on the machined workpiece.
This object is achieved by a method and an apparatus according to claims 1 and 8, respectively.
In the inventive method or
In the device according to the invention for grinding an approximately circular-arc-shaped or circular arc-shaped profile section of a workpiece on a grinding machine, the workpiece is clamped onto a workpiece spindle, wherein the workpiece spindle is arranged on a pivotable table pivotable about a pivot axis. The clamped workpiece is moved together with the workpiece spindle in a position in which the center of the profile section to the pivot axis of the pivot table has a distance which is minimized.
Subsequently, this profile section is ground.
The invention makes use of the fact that, especially at high speeds and accelerations involved in the generation of a workpiece profile axes of motion profile deviations are smallest, if possible only a single NC axis must be moved to a profile section to be manufactured with extreme accuracy to create.
The inventive arrangement of the axes of movement on the machine allows to position the workpiece with high accuracy so that critical arcuate workpiece profile sections can be generated by means of pivoting as a single axis movement.
The pivoting is generated by means of a pivoting table, on which the workpiece spindle is arranged.
If the workpiece profile section to be ground is not exactly circular-arc-shaped, then the distance of an approximate center point of the profile section to the pivot axis is minimized or the position of the workpiece is adjusted such that the accelerations of the remaining machine axes now involved in the grinding are minimized.
Brief description of the drawings
The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment, which is illustrated in the accompanying drawings. The drawings include
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic representation of a prior art tool grinding machine,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a schematic representation of a preferred embodiment of a grinding device according to the invention,
<Tb> FIG. 3 <sep> an enlarged schematic representation of the inventive grinding device gem. Fig. 2 in a view from above and
<Tb> FIG. 4 <sep> is an enlarged view of a detail E according to FIG. 3.
Ways to carry out the invention
2, a device for grinding the profile of a rotating workpiece 5 in a preferred embodiment according to the invention is shown schematically. This multi-axis numerically controlled grinding machine has a machine bed or a machine stand 3, on which a cross slide with two feed carriages 10, 11 is arranged. On this cross slide 10, 11 a rotatable about a first horizontal axis of rotation B grinding spindle 1 is held.
Furthermore, the machine stand 3 has a third feed carriage 14 for a workpiece spindle 4.
The grinding spindle 1 serves to receive a grinding tool, in particular a grinding wheel 2 or another suitable for the desired machining process tool. It is arranged to be linearly displaceable on a machine frame 3 in the direction of a first machine axis X and perpendicularly thereto in the direction of a second machine axis Z. It can, as is known from the prior art, be connected via a pivot module 15 with the cross slide 10, 11. However, this is not necessary and in this embodiment also not the case.
Opposite the grinding spindle 1, the machine frame 3 carries a third feed carriage 14 on which a pivot table 6 is arranged.
The swivel table is thereby linearly displaceable in the direction of the third machine axis Y. On the turntable 6, two more feed carriages 12, 13 are arranged crosswise. In the uppermost feed carriage 13, the workpiece spindle 4 is now rotatably mounted for receiving a workpiece 5 to be machined. The workpiece 5 is rotatable about a horizontally extending axis A, which coincides with the longitudinal axis of the workpiece spindle 4.
The cross slide 12, 13 allows a linear displacement of the workpiece spindle 4 along a Axialhubrichtung U and along a Querhubrichtung V. It is irrelevant which of the two carriages 12, 13 above and which is arranged below.
The pivoting table 6 allows a pivoting of the cross-slide 12, 13 and thus the workpiece spindle 4 about a pivot axis D.
This pivot axis D extends in the vertical direction, i. perpendicular to the axial and Querhubrichtungen U, V and also perpendicular to the axis of the workpiece spindle. 4
By pivoting about the pivot axis D and corresponding translational displacement along the Y, U and V axes, the workpiece 5 can bring to the grinding wheel 2 out and optimally position for its subsequent processing.
An example of such optimal positioning will be described with reference to FIG. As a simple processing example, a workpiece 5 is shown, whose profile has a circular arc-shaped profile section 7. This profile section 7 should be ground with the highest precision.
To ensure this, according to the invention, the workpiece 5 is brought before the grinding relative to the pivot axis D by means of displacement in the axial directions U and V in a position in which the center of the arcuate workpiece profile section 7 coincides with the pivot axis D of the tilting table 6, as in FIG.
4 is shown.
This ensures that the pivoting movement of the pivoting table 6 alone sufficient to produce the circular arc-shaped workpiece profile section 7 and the contour accuracy is not affected by the superposition of the movement of several axes of motion, as would be the case, the center of the arcuate workpiece profile section 7 would not be the pivot axis D.
Does the workpiece 5 more arcuate profile sections 8, 9, which must also be ground with the highest precision,
Thus, the grinding process is interrupted after grinding the first arcuate workpiece profile section 7 and continued only after exact positioning of the radius center of the next profile section on the pivot axis D of the pivoting table 6.
Assign the workpiece profile sections 7, 8, 9 only approximately a circular arc shape, the position of the workpiece 5 with respect to the pivot axis D is chosen so that the accelerations of the participating in the profile generation linear machine axes remain as low as possible during grinding. The distance to the center thus does not equal zero.
Instead, an approximate circle center is brought to coincide with the pivot axis.
The inventive device increases the accuracy of the profiles by reducing the simultaneous axis movements when grinding this profile on a single machine axis.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0025]
1: grinding spindle
2: grinding wheel
3: Machine stand
4: Workpiece spindle
5: workpiece
6: swivel table
7/8/9: circular arc-shaped workpiece profile sections
10: first feed carriage of the grinding spindle
11: second feed carriage of the grinding spindle
12: first feed carriage of the workpiece spindle
13: second feed carriage of the workpiece spindle
14: Infeed carriage of the tilting table
15: swivel module
A: rotation axis of the workpiece
B: rotation axis of the grinding wheel
C: Swivel axis of the grinding spindle
D:
Swivel axis of the feed carriage of the workpiece spindle
X: axial stroke direction of the grinding wheel
Y: feed direction of the swing table
Z: vertical stroke direction of the grinding wheel
U: axial stroke direction of the workpiece spindle
V: transverse stroke direction of the workpiece spindle