CH712809B1 - Verfahren und Schleifmaschine zum Spanen eines Werkstücks. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spanen eines Werkstücks (1) mittels einer Schleifmaschine, umfassend den Schritt des Drehens und Verschiebens des Werkstücks entlang einer ersten Achse (4) in Richtung auf die erste Schleifscheibe; das Drehen einer Schleifscheibe (6) um eine zweite Achse (61) und ihr Verschieben entlang einer dritten Achse (62), sodass die Schleifscheibe einen umfangseitigen Abschnitt (103) des Werkstücks schleift, wobei die Schleifscheibe in einer Verschiebeposition entlang der dritten Achse positioniert ist; und wobei die Verschiebeposition als eine Funktion einer Position und einer Winkelposition des Werkstücks um die erste Achse bestimmt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Schleifmaschine zum Ausführen eines solchen Verfahrens.

Description

Beschreibung

Gebiet der Erfindung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schleifmaschine zum Spanen eines Werkstücks, insbesondere eines kleinen Werkstücks.

Beschreibung des Standes der Technik [0002] Es besteht ein Bedarf an zuverlässigen und kosten effektiven Mitteln zum Herstellen von komplexen profilierten Werkstücken oder von Werkzeugen durch Spanen von rohen Monoblöcken.

[0003] Profilschleifmaschinen werden häufig zum Schleifen von Werkstücken mit komplexen Profilen mit einer Vielzahl von geraden und/oder gekrümmten parallelen oder zueinander geneigten Flächen oder Facetten, Schultern, Vertiefungen, Rillen, Vorsprüngen und/oder anderen Unregelmässigkeiten verwendet. Bei der Verwendung einer Profilschleifmaschine wird das zu schleifende Profil während einer Schruppbearbeitung mit einem Schruppschleifwerkzeug sukzessive geschliffen und anschliessend bei einem Schlichtvorgang mit einem Schlichtschleifwerkzeug geschliffen. Wenn eine optische Profilschleifmaschine verwendet wird, die mit einem Projektionssystem arbeitet, wird die Umgebung des Spanens in Vergrösserung mittels eines optischen Systems auf einen Bildschirm projiziert, wobei die Silhouette des Werkstücks und das Spanwerkzeug mit der auf dem Bildschirm auf Transparentpapier gelegten Zeichnung des Werkstücks verglichen werden können. Die Verwendung einer Profilschleifmaschine (oder einer optischen Profilschleifmaschine) erfordert jedoch eine permanente Überwachung durch einen Experten sowie fortlaufende Korrekturen der Spanparameter, um die gewünschten Längs- und Querschnittsformen zu erhalten, insbesondere während der Einrichtung des Schleifverfahrens. Darüber hinaus sind solche Schleifmaschinen ungeeignet, Werkstücke mit Längskonturen mit negativen Neigungen in Bezug auf die Längsrichtung der Schleifvorgänge zu schleifen.

[0004] Das Dokument US 2011 195 635 offenbart eine Schleifmaschine, die angeordnet ist, um die Enden einer Vielzahl von Werkstücken zu halten, um ihre freien Oberflächen durch ein paar von radial beweglichen Schleifsteinen zu schleifen. Die Schleifsteine sind so dimensioniert, dass sie gleichzeitig die gesamte Längskontur des Werkstücks schleifen. Eine Drehung der Werkstücke in aufeinanderfolgenden vordefinierten Winkelpositionen ermöglicht das Spanen von Werkstücken mit nichtrunden Querschnitten. Werkstücke mit konischer oder abgerundeter Längskontur könnten gespant werden, indem die Schleifmaschine mit Schleifsteinen versehen wird, die ein entsprechendes komplementäres Schleifprofil aufweisen. Diese Schleifmaschine kann jedoch ausschliesslich zylindrisch geformte Rohwerkstücke mit gegenüberliegenden, parallelen Stirnflächen spanen, insbesondere mit einer Querschnittskante von 2-15 mm und einer Länge von 10-80 mm.

[0005] Das Dokument DE 10 2008 061 528 offenbart ein Spanverfahren zum Schleifen einer Vielzahl von Nocken in einer Nockenwelle. Ein paar unterschiedlich grosse Schleifsteine werden somit aufeinanderfolgend vor jedem Nocken der Nockenwelle angeordnet. Während die Nockenwelle in Drehung versetzt wird, werden die Schleifsteine in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Nocke radial bewegt, um so gleichzeitig die gesamte Längskontur der Nocke zu schleifen. Das offenbarte Bearbeitungsverfahren ist jedoch dazu bestimmt, Werkstücke zu bearbeiten, die nur Längskonturen parallel zur Drehachse des Werkstücks aufweisen. Ausserdem ist das Spanverfahren nur für ein Werkstück geeignet, das eine konkave Oberfläche mit einem Radius zwischen 35 und 150 mm aufweist.

[0006] Das Dokument US 5 865 667 offenbart eine Schleifmaschine, die angeordnet ist, um ein Ende eines Werkstücks zu halten und zu bewegen, während das freie Ende des Werkstücks durch ein paar Schleifsteine geschliffen wird. Während das Werkstück in Rotation versetzt und axial verschoben wird, werden die Schleifsteine in Abhängigkeit von der axialen Position des freien Abschnitts des Werkstücks in Richtung auf das Werkstück verschoben, sodass der Kreuzdurchmesser des Werkstücks lokal variiert wird. Diese Schleifmaschine kann jedoch nur runde Werkstücke spanen.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung [0007] Das Ziel der Erfindung ist es, eine Schleifmaschine und ein Spanverfahren bereitzustellen, die (zumindest teilweise) von den Einschränkungen bekannter Schleifmaschinen und Spanverfahren befreit sind.

[0008] Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel mit Hilfe des Verfahrens von Anspruch 1 und der Schleifmaschine von Anspruch 22 erreicht.

[0009] Ein Vorteil der vorliegenden Lösung besteht darin, ein zuverlässigeres und wirtschaftlicheres Spanen von Werkstücken mit nichtrunden Querschnitten in Bezug auf die Lösungen des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere bietet die vorliegende Lösung ein zuverlässiges und wirtschaftliches Spanen von länglichen Werkstücken mit einem nicht-runden Abschnitt mit einem kleinen Querschnitt.

[0010] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Lösung besteht darin, ein zuverlässigeres und wirtschaftlicheres Spanen von Werkstücken mit nichtparallelen Längskonturen, insbesondere mit zumindest einem Abschnitt mit einer konkaven Längskontur, in Bezug auf die bekannten Lösungen bereitzustellen.

[0011] Zudem bietet diese Lösung ein zuverlässiges und wirtschaftliches Spanen von länglichen Werkstücken mit einem dezentralen Endabschnitt mit einem kleinen Querschnitt im Vergleich zu Schleifmaschinen und Spanverfahren nach dem Stand der Technik. Insbesondere bietet die beanspruchte Lösung ein zuverlässiges und wirtschaftliches Spanen von kleinen, länglichen Werkstücken mit einem dezentralen Ende oder einem nicht-runden Querschnitt mit einer Mehrzahl von konkaven/konvexen Konturen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0012] Die Erfindung wird besser verständlich anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die beispielhaft und in den Figuren dargestellt sind, wobei:

Fig. 1 eine Ansicht einer Schleifmaschine gemäss der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung von Teilen der Schleifmaschine der Fig. 1 ist;

Fig. 3 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Spanen eines Werkstücks gemäss der Erfindung darstellt;

Fig. 4 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Spanen eines Werkstücks gemäss der Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine Beziehung zwischen den Bewegungen des Werkstücks und der/den Schleifscheibe/n gemäss der Erfindung darstellt;

Fig. 6 eine Variante der Beziehung zwischen den Bewegungen des Werkstücks und der/den Schleifschei be/n gemäss der Erfindung darstellt; und die Fig. 7-14 einige Beispiele von Werkstücken zeigen, die mit der Schleifmaschine und dem Verfahren der Erfindung vorteilhaft realisiert werden könnten.

Ausführliche Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung [0013] Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Schleifmaschine zum Spanen eines Werkstücks 1 gemäss der Erfindung. Die Schleifmaschine weist eine Spindel 3 auf, die so angeordnet ist, dass sie ein Ende 101 des Werkstücks 1 ergreift, sodass das Werkstück 1 um eine erste Achse 4 gedreht und verschoben werden kann, wenn es von der Spindel 3 erfasst wird. Die Spindel 3 kann eine drehbare Spindel sein, die angeordnet ist, um sich um die erste Achse 4 zu drehen. Die Spindel kann somit auf einem Spindelstock 9 montiert werden, der in Bezug auf einen Rahmen 2 der Schleifmaschine entlang der ersten Achse 4 bewegbar ist.

[0014] Das Werkstück 1 kann ein roher, zylindrisch geformter Monoblock aus einem beliebigen schleifbaren Material sein, einschliesslich zum Beispiel eines Metalls, einer Legierung oder einer Keramik.

[0015] Die Schleifmaschine weist ferner eine Führungsstütze 5 auf, die distal von der Spindel 3 entlang der ersten Achse 4 beabstandet ist. Die Führungsstütze 5 bietet eine gleitende Lagerung des anderen Endes 102 des Werkstücks 1, d.h. die Führungsstütze ist so angeordnet, dass sie eine im Wesentlichen radiale Bewegung des anderen Endes 102 in Bezug auf die erste Achse 4 verhindert. Die Führungsstütze 5 kann direkt am Rahmen 2 der Schleifmaschine befestigt werden. Die Spindel 3, der Spindelstock 9 und/oder die Führungsstütze 5 können mit Ausrichtmitteln ausgestattet sein, die eine manuelle, eine halbautomatische oder eine vollautomatische Ausrichtung solcher Bauteile entlang der ersten Achse ermöglichen.

[0016] Die Schleifmaschine umfasst ausserdem eine erste Schleifscheibe 6, die angeordnet ist, sich um eine zweite Achse 61 zu drehen und sich entlang einer dritten Achse 62 schräg oder senkrecht zur zweiten Achse 61 zu verschieben, um einen umfangseitigen Abschnitt 103 des Werkstücks 1 zu schleifen.

[0017] Die Schleifscheibe kann ein beliebiger Typ eines scheiben- oder zylinderförmigen Werkzeugs mit einem betriebsfähigen Schleifprofil sein, das dazu bestimmt ist, eine Oberfläche eines Werkstücks zu spanen, z.B. ein runder geschliffener Stein oder ein Schleifstein.

[0018] In einer Ausführungsform umfasst die Schleifmaschine zudem eine zweite Schleifscheibe 7, die angeordnet ist, sich um eine vierte Achse 71 zu drehen und sich entlang einer fünften Achse 72 schräg oder senkrecht zur vierten Achse 71 zu verschieben, um einen umfangseitigen Abschnitt des Werkstücks 1 zu schleifen.

[0019] Die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 weisen ein Schleifprofil 63, 73 auf, d.h. einen radialen Abschnitt der Schleifscheibe 6,7, der sich eignet, eine Oberfläche eines Werkstücks zu spanen, mit einem ersten abgerundeten Abschnitt 631,731 und einem zweiten im Wesentlichen flachen Abschnitt 632, 732.

[0020] In Abhängigkeit von der Typologie des Spanens können die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 dieselben Abmessungen oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen (wie Grösse, abgerundete Abschnitte, flache Abschnitte usw.). Zudem können die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 dieselben oder unterschiedliche Schleifmittelmerkmale aufweisen (wie Schleifmaterialien, Oberflächenbehandlungen usw.).

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schleifmaschine eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine (CNC-Schleifmaschine). Die Schleifmaschine kann somit eine programmierbare digitale Steuervorrichtung 10 umfassen, um ein halbautomatisches und/oder ein vollständig automatisches Spanen des Werkstücks zu ermöglichen. Die Vorrichtung 10 kann angeordnet sein, um spantechnische Spezifikationen oder digitale Modelle von Werkstücken zu erfassen und zu bearbeiten, um Vorgänge und Bewegungen der verschiedenen Komponenten der Schleifmaschine anzutreiben und zu steuern, insbesondere die Verschiebung und die Drehung des Werkstücks 1 und die Verschiebung der ersten und zweiten Schleifscheibe 6, 7.

[0022] Gemäss einer Ausführungsform, die schematisch in der Fig. 3 dargestellt ist, umfasst ein Verfahren zum Spanen des Werkstücks 1 unter Verwendung der Schleifmaschine einen Schritt (S1 in Fig. 3) des Ergreifens eines Endes 101 des Werkstücks 1 in der Spindel 3, sodass das andere Ende 102 des Werkstücks in der Führungsstütze 5 gestützt wird.

[0023] Das Verfahren umfasst zudem den Schritt des Positionierens des Werkstücks 1 in einer vorgegebenen Position (S2). Die vorgegebene Position kann in Bezug auf den Rahmen 2, die Führungsstütze 5 und/oder in Bezug auf das 3D-Koordinatensystem der Schleifmaschine definiert werden. Die Stützführung 5 kann als Mittelpunkt dieses Koordinatensystems verwendet werden. Der Schritt des Positionierens (S2) kann eine Verschiebung und/oder eine Rotation des Werkstücks 2 entlang der ersten/um die erste Achse 4 beinhalten, beispielsweise mittels der Spindel 3 und/oder des Spindelstocks 9.

[0024] Das Verfahren kann zudem einen Schritt (S10) des Positionierens der ersten Schleifscheibe 6 in einer vorgegebenen Position in Bezug auf den Rahmen 2, die Führungsstütze 5 und/oder in Bezug auf ein SD-Koordinatensystem der Schleifmaschine umfassen. Vorteilhafterweise ist das Schleifprofil 63 der ersten Schleifscheibe 6 betriebsmässig so nahe wie möglich an der Führungsstütze 5 positioniert, um so denjenigen Teil des Werkstücks 1 spanen zu können, der sich von der Führungsstütze 5 in einer im Wesentlichen der Spindel 3 entgegengesetzten Richtung erstreckt. Der Schritt (S10) des Positionierens der ersten Schleifscheibe 6 in einer vorgegebenen Position kann gleichzeitig, vor oder nach dem Schritt (S2) der Positionierung des Werkstücks ausgeführt werden.

[0025] In einem weiteren Schritt (S3) wird das Werkstück 1 von der Spindel 3 gedreht und gegebenenfalls in Verschiebung entlang der ersten Achse 4 in Richtung der Führungsstütze 5 bewegt. Die Verschiebungsbewegung wird bewirken, dass sich das Werkstück weiter von der Führungsstütze 5 entfernt. Das Werkstück 1 kann mit einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit oder mit einer variablen Rotationsgeschwindigkeit gedreht werden. Die Verschiebungsbewegung kann auch mit einer vordefinierten Verschiebungsgeschwindigkeit oder mit einer variablen Verschiebungsgeschwindigkeit durchgeführt werden.

[0026] In einem weiteren Schritt (S11) wird die erste Schleifscheibe 6 um die zweite Achse 61 gedreht und möglicherweise translativ entlang der dritten Achse 62 bewegt, um einen umfangseitigen Abschnitt 103 des Werkstücks 1 zu spanen (schleifen), der sich von der Führungsstütze 5 entfernt und mit der ersten Schleifscheibe 6 in Kontakt kommt.

[0027] In einer Ausführungsform wird die Verschiebungsbewegung der ersten Schleifscheibe 6 bei der aufeinanderfolgenden Positionierung der ersten Schleifscheibe entlang der dritten Achse 62 durchgeführt (S12). Jede Position der ersten Schleifscheibe 6 kann dann in Abhängigkeit von einer Position des Werkstücks 1 entlang der ersten Achse 4 und einer Winkelposition des Werkstücks 1 um die erste Achse 4 (S13) bestimmt werden.

[0028] In einer bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 4 dargestellt ist, umfasst die Schleifmaschine die zweite Schleifscheibe 7, und das Verfahren umfasst zudem einen Schritt (S21) des Drehens des zweiten Schleifscheibes 7 um die vierte Achse 71 und möglicherweise das translative Bewegen entlang der fünften Achse 72, um einen umfangseitigen Abschnitt 103 des Werkstücks 1 zu spanen (schleifen), der sich von der Führungsstütze 5 entfernt und mit der zweiten Schleifscheibe 7 in Kontakt kommt.

[0029] Das Verfahren kann zudem einen Schritt (S20) des Positionierens der zweiten Schleifscheibe 7 in einer vorgegebenen Position in Bezug auf den Rahmen 2, die Führungsstütze 5 und/oder in Bezug auf ein SD-Koordinatensystem der Schleifmaschine umfassen. Vorteilhafterweise ist das Schleifprofil 73 der zweiten Schleifscheibe 7 betriebsmässig so nahe wie möglich an der Führungsstütze 5 angeordnet, um denjenigen Abschnitt des Werkstücks 1 spanen zu können, der sich von der Führungsstütze 5 in einer im Wesentlichen der Spindel 3 entgegengesetzten Richtung entfernt. Der Schritt (S20) des Positionierens der zweiten Schleifscheibe 7 in einer vorgegebenen Position kann gleichzeitig, vor oder nach dem Schritt (S2) des Positionierens des Werkstücks ausgeführt werden.

[0030] In einer Ausführungsform wird die Verschiebungsbewegung der zweiten Schleifscheibe 7 bei der aufeinanderfolgenden Positionierung der zweiten Schleifscheibe 7 entlang der fünften Achse 72 (S22) durchgeführt. Jede Position der zweiten Schleifscheibe 7 kann dann in Abhängigkeit von einer Position des Werkstücks 1 entlang der ersten Achse 4 und einer Winkelposition des Werkstücks 1 um die erste Achse 4 bestimmt werden (S23).

[0031] Das Drehen und Verschieben der zweiten Schleifscheibe 7 (S21) kann gleichzeitig mit dem Drehen und Verschieben des Werkstücks (S3) und mit dem Drehen und Verschieben der ersten Schleifscheibe 6 (S11) ausgeführt werden.

[0032] Jede Position der zweiten Schleifscheibe 7 (Schritt S23) kann als eine Funktion einer Position des Werkstücks 1 entlang der ersten Achse 4 und einer Winkelposition des Werkstücks 1 um die erste Achse 4 herum bestimmt werden.

[0033] In Abhängigkeit von der Typologie des Spanvorgangs können die erste Schleifscheibe 6 und die zweite Schleifscheibe 7 so angeordnet sein, dass sie im Wesentlichen denselben umfangseitigen Abschnitt 103 des Werkstücks 1 an zwei verschiedenen Oberflächenabschnitten 105,106 schleifen. Zudem können die Schleifräder 6, 7 ferner so angeordnet werden, dass sie gleichzeitig an demselben umfangseitigen Abschnitt 103 arbeiten.

[0034] Vorteilhafterweise ist die Position des Werkstücks 1, die für die Bestimmung einer Position der ersten Schleifscheibe 6 (S13) verwendet wird, dieselbe Position des Werkstücks 1, die für die Bestimmung einer Position der zweiten Schleifscheibe 7 verwendet wird (S23).

[0035] Die zur Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 verwendete Position des Werkstücks 1 kann eine relative Position des Werkstücks 1 entlang der ersten Achse 4 sein in Bezug auf das Gerüst 2, die Führungsstütze 5, die erste und/oder zweite Schleifscheibe 6, 7 und/oder in Bezug auf das 3D-Koordinatensystem der Schleifmaschine.

[0036] Die zur Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 verwendete Position des Werkstücks 1 kann zudem durch eine Position der Spindel 3 und/oder des Spindelstocks 9 entlang der ersten Achse 4 bestimmt werden.

[0037] Die zur Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6,7 verwendete Position des Werkstücks 1 kann eine Position des Werkstücks 1 zum Zeitpunkt einer Bestimmung einer nächsten Positionierung der ersten und zweiten Schleifscheibe 6,7 sein.

[0038] Alternativ kann die zum Bestimmen einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6,7 verwendete Position des Werkstücks 1 eine Position des Werkstücks 1 sein, die abgeschätzt wird (z.B. berechnet mittels eines durch die programmierbare digitale Steuervorrichtung 10 ausgeführten Programms) zu einem Zeitpunkt, wenn eine nächste Verschiebung der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 geplant oder ausgeführt wird.

[0039] Fig. 5 zeigt einige Details einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. In dieser Ausführungsform ist die Bestimmung der nächsten Positionierung der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 (Schritt S13 und/oder 23) eine Funktion der vorgegebenen oder variablen Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 1. Die Bestimmung der nächsten Positionierung der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 kann beispielsweise einen Geschwindigkeitswert zum Zeitpunkt der Bestimmung der nächsten Positionierung, einen geschätzten Geschwindigkeitswert zum Zeitpunkt der geplanten nächsten Verschiebung der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 und/oder eine Interpolation dieser Geschwindigkeitswerte berücksichtigen.

[0040] Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 1 für die Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 (S13, S23) kann eine relative Geschwindigkeit des Werkstücks 1 entlang der besagten ersten Achse 4 sein in Bezug auf das Gerüst 2, die Führungsstütze 5, die erste und/oder zweite Schleifscheibe 6,7 und/oder in Bezug auf das 3D-Koordinatensystem der Schleifmaschine.

[0041] Die für die Bestimmung einer Position der ersten und/oder der zweiten Schleifscheibe 6, 7 benutzte Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 1 kann auch durch eine Verschiebungsgeschwindigkeit der Spindel 3 und/oder des Spindelstocks 9 entlang der ersten Achse 4 abgeschätzt werden (z.B. berechnet durch ein von der programmierbaren digitalen Steuervorrichtung 10 ausgeführtes Programm).

[0042] Die Winkelposition des Werkstücks 1, welche für die Bestimmung einer Position der ersten Schleifscheibe 6 benutzt wird, kann dieselbe sein wie die Winkelposition des Werkstücks 1, die zur Bestimmung einer Position der zweiten Schleifscheibe 7 benutzt wird (S23).

[0043] Die Winkelposition des Werkstücks 1, welche für die Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 benutzt wird, kann eine Winkelposition des Werkstücks 1 zum Zeitpunkt einer Bestimmung einer nächsten Position der ersten und/oder der zweiten Schleifscheibe 6, 7 sein.

[0044] Alternativ kann die Winkelposition des Werkstücks 1, die zum Bestimmen einer Position der ersten und/oder der zweiten Schleifscheibe 6, 7 benutzt wird, eine abgeschätzte Winkelposition (z.B. berechnet durch ein von der programmierbaren digitalen Steuervorrichtung 10 ausgeführtes Programm) des Werkstücks sein 1 zu einem Zeitpunkt, an dem eine nächste Verschiebung der ersten und/oder der zweiten Schleifscheibe 6, 7 geplant oder ausgeführt wird.

[0045] Die zur Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 benutzte Winkelposition kann eine relative Winkelposition des Werkstücks 1 in Bezug auf den Rahmen 2, die Führungsstütze 5, die erste und/oder zweite Schleifscheibe 6, 7 und/oder in Bezug auf das 3D-Koordinatensystem der Schleifmaschine sein.

[0046] Die zur Bestimmung einer Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe benutzte Winkelposition des Werkstücks 1, kann abgeleitet werden oder eventuell durch eine Winkelposition der Spindel 3 um die erste Achse 4 ersetzt werden.

[0047] Vorteilhafterweise kann die Bestimmung der nächsten Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 (S13, S23) eine Funktion der vorgegebenen oder variablen Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks 1 sein, wie in Fig. 5 dargestellt.

[0048] Die Bestimmung der nächsten Position der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe 6, 7 kann beispielsweise einen Winkelgeschwindigkeitswert zum Zeitpunkt der Bestimmung der nächsten Position, einen voraussichtlichen Winkelgeschwindigkeitswert zum Zeitpunkt der geplanten nächste Verschiebung der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe und/ oder eine Interpolation dieser Winkelgeschwindigkeitswerte berücksichtigen.

[0049] Die Fig. 6 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens. Um bei dieser Ausführungsform technische und physikalische Einschränkungen der Schleifmaschinenkomponenten, des Werkstückmaterials und der Abmessung und/oder der Typologie des Spanvorgangs zu berücksichtigen, umfasst der Schritt der Bestimmung der nächsten Position der ersten und/oder der zweiten Schleifscheibe 6,7 (S13, S23) einen Schritt des Auswählens einer Verschiebungsgeschwindigkeit I05 und/oder einer variablen Winkelgeschwindigkeit I06 des Werkstücks 1. Die Verschiebungsgeschwindigkeit und/oder eine variable Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks 1 werden dann gemäss der ausgewählten Verschie-bungs- und/oder Rotationsgeschwindigkeit modifiziert (Schritte S8 und S9).

[0050] Vorzugsweise wird während des Schrittes S3 das Werkstück 1 entlang der ersten Achse 4 in Richtung der Führungsstütze 5 verschoben, bis der gesamte zu spanende Abschnitt des Werkstücks 1 vollständig von der Führungsstütze 5 heraussteht. Das bearbeitete Werkstück 1 könnte dann von der Spindel 5 entfernt werden oder durch die erste und/oder zweite Schleifscheibe 6, 7 oder durch ein spezielles Schneidwerkzeug der Schleifmaschine geschnitten werden.

[0051] Ausführungen von länglichen Werkstücken 1 (d.h. Längs- zu Querschnittsverhältnis typischerweise grösser als 100 und sogar 500) mit nicht-runden und/oder nicht-parallelen Längskonturen durch bekannte Schleifmaschinen und/oder Verfahren unterliegen bekannterweise einem Risiko des Biegens oder sogar Brechens eines freien Abschnittes des Werkstücks. Das Biegen oder Brechen des Werkstücks wird durch einen Hebeleffekt verursacht, der durch den Kontakt der Schleifscheibe(n) mit einem freien Endabschnitt des Werkstücks hervorgerufen wird. Die Gefahr eines Biegens oder sogar eines Brechens eines freien Abschnitts des Werkstücks wird im Falle eines Spanens eines Werkstücks mit zumindest einem Abschnitt mit einem kleinem Querschnitt (z.B. einem Durchmesser, der typischerweise kleiner als 1 mm ist) noch verstärkt.

[0052] Insbesondere durch Schleifen eines umfangseitigen Abschnitts des Werkstücks 1, der sich von der Führungsstütze entfernt (wörtlich übersetzt: der sich entfernend von der Führungsstütze verläuft), ermöglicht es die vorgeschlagene Lösung, die Gefahr eines Biegens/Brechens des Werkstücks während der Bearbeitung zu verringern, was daher eine wirtschaftlichere und effizientere Realisierung solcher Werkstücke ermöglicht, insbesondere von Werkstücken mit einem oder einer Vielzahl von Profilen mit kleinem Durchmesser in Bezug auf den Stand der Technik.

[0053] Um das Risiko des Biegens oder Brechens eines Werkstücks weiter zu verringern, können darüber hinaus die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 so angeordnet werden, dass sie sich in der gleichen Drehrichtung drehen und sich im Wesentlichen entlang derselben Achse 8 translativ bewegen (d.h. die dritte und die fünfte Achse 62, 72 sind im Wesentlichen koaxial), wobei die besagte Achse 8 im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse 4 ist (Fig. 2). Die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 können auch so angeordnet sein, dass sie sich in den entgegengesetzten Drehrichtungen drehen.

[0054] Zudem können dann die erste und die zweite Schleifscheibe 6, 7 so angeordnet werden, dass das Werkstück 1 gleichzeitig und kontinuierlich so nahe wie möglich an der Führungsstütze 5 gespant wird. Diese Lösung ermöglicht es während des gesamten Spanvorgangs, den maximalen axialen Abstand zwischen jedem der zwei Kontaktabschnitte 105, 106 entlang der ersten Achse 4 zu begrenzen. Dies führt zu einer Konzentration der physikalischen Kräfte, die auf das Werkstück 1 durch die Schleifscheiben 6, 7 in einem kleinen Abschnitt des umfangseitigen Abschnitts 103 des Werkstücks 1 ausgeübt werden, sowie einer Kompensation der resultierenden radialen Vektorkomponente der Summe dieser physikalischen Kräfte.

[0055] Das hierin offenbarte Verfahren ermöglicht es zudem, während des gesamten Spanvorgangs die maximalen axialen Abstände zwischen der Führungsstütze 5 und jedem dieser Abschnitte 105, 106 entlang der ersten Achse 4 zu begrenzen. Dies führt zu einer Begrenzung des maximalen Abstands zwischen der Führungsstütze 5 (die als Drehpunkt des Hebels wirkt) und den jeweiligen Angriffspunkten der Schleifkräfte der Schleifscheiben 6, 7.

[0056] Das hier offenbarte Verfahren kann den durch die Schleifscheiben während des gesamten Schleifvorgangs verursachten Hebeleffekt weiter reduzieren, was ein zuverlässiges Spanen von kleinen, länglichen Werkstücken mit einem oder mehreren Abschnitten mit kleinen Querschnitten ermöglicht.

[0057] Vorteilhafterweise wird während des Spanvorgangs das Werkstück 1 entlang der ersten Achse 4 nur in Richtung der Führungsstütze 5 verschoben. Das Werkstück 1 wird somit in einem Durchgangsmodus bearbeitet, d.h. in einem kontinuierlichen Vorgang. Das Verfahren reduziert ausserdem die Spanzeit in Bezug auf den bidirektionalen Durchgangsmodus zusätzlich.

[0058] In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Werkstück 1 entlang der ersten Achse 4 in kontinuierlicher Weise entlang des gesamten Spanens in Richtung der Führungsstütze 5 verschoben.

[0059] Die Gefahr, einen Teil des Werkstücks 1 zu biegen oder sogar zu brechen, wird somit weiter reduziert, insbesondere eines bereits teilweise gespanten Teils des Werkstücks, was ein noch zuverlässigeres Spanen von kleinen, länglichen Werkstücken mit einem oder mehreren Abschnitten mit kleinen Querschnitten ermöglicht.

[0060] Das Verfahren liefert ein zuverlässiges Spanen von kleinen, länglichen Werkstücken 1, mit völlig dezentralen Abschnitten (d.h. Abschnitten, deren Querschnitte nicht in Kontakt mit der Längsmittelachse des zu schleifenden Werkstücks 1 sind), wie dies bei den meisten nichtzylindrischen Werkzeugen der Fall ist, mit Bezug auf Verfahren nach dem Stand der Technik.

[0061] Vorteilhafterweise können die Schleifmaschine und das hierin offenbarte Verfahren zusätzlich so angeordnet werden, dass nur die abgerundeten Abschnitte 631,731 des Schleifprofils 63, 73 derart angeordnet sind, dass sie das Werkstück 1 berühren, um die Kontaktabschnitte 105,106 auf kleine und im Wesentlichen punktförmige Kontaktabschnitte 105, 106 zu begrenzen. Der Radius des besagten gerundeten Abschnitts 631, 731 kann Null (scharfe Kante) sein oder einen beliebigen geeigneten Wert haben.

[0062] Die Schleifscheiben könnten so angeordnet sein, dass die flachen Abschnitte 632,732 in Bezug auf die erste Achse 4 schräg sind, um einen unerwünschten Kontakt mit dem bereits gespanten Abschnitt des Werkstücks zu vermeiden. Die flachen Abschnitte 632, 732 können mit der ersten Achse 4 einen 90°-Winkel oder einen beliebigen geeigneten Winkel bilden.

[0063] Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, nicht nur ein einfaches Spanen der positiv geneigten Längs-kontur in Bezug auf die Richtung des Schleifens (d.h. die axiale Richtung von der Führungsstütze 5 in Richtung der Spindel 3)bereitzustellen, sondern auch ein einfach Spanen von negativ geneigter Längskontur in Bezug auf die Spanrichtung zu liefern.

[0064] Das vorliegende Verfahren liefert somit ein zuverlässiges Spanen von konvexen Abschnitten und konkaven Abschnitten von Längskonturen der Werkstücke.

[0065] Die Fig. 7 bis 12 zeigen Beispiele von Werkstücken 1, die unter Verwendung der vorliegenden Schleifmaschine und des Verfahrens hergestellt wurden, wobei die Referenz 108 die Drehachse des Werkstücks während des Spanens angibt. Die Werkstücke können im Vergleich zu bekannten Schleifmaschinen und -verfahren wirtschaftlicher und zuverlässiger hergestellt werden.

[0066] Insbesondere zeigt Fig. 7 ein Beispiel eines Werkstücks 1 mit einem Endstück mit einem polygonalen Querschnitt, d.h. einem polygonalen Endstück mit 20 Flächen.

[0067] Die Fig. 8 bis 10 zeigen andere Beispiele von geschliffenen Werkstücken 1, die einen länglichen, einzelnen, nicht zentrierten Abschnitt umfassen. Die Abschnitte können nicht-runde Querschnitte haben, zum Beispiel einen abgerundeten rechteckigen Querschnitt (Fig. 8), einen quadratischen Querschnitt (Fig. 9) oder einen dreieckigen Querschnitt (Fig. 10). Zudem kann ein solcher Abschnitt eine kleine Abmessung (zum Beispiel einen Querschnitt von weniger als 0,1 mm) und wichtige Länge-zu-Querschnitt-Verhältnisse aufweisen, beispielsweise grösser als 100 (siehe Fig. 8).

[0068] Im Gegensatz zur Verwendung bekannter Verfahren ermöglicht das vorliegende Verfahren die Herstellung eines geschliffenen Werkstücks 1 mit vollständig ausserhalb der Mitte liegenden Abschnitten, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt.

[0069] Die Fig. 11 bis 13 zeigen Beispiele von geschliffenen Werkstücken 1, die eine Vielzahl von dezentralen Endteilen umfassen.

[0070] Die dezentralen Abschnitte können kleine, nicht-runde Querschnitte haben, wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt.

[0071] Ein Vorteil des hierin offenbarten Verfahrens ist, dass es keine Abmessungsbeschränkung in den zu spanenden Werkstücken gibt. Zum Beispiel kann ein Werkstück, das mit einem Seitenverhältnis von etwa 100 gespant wird, Abmessungen im Bereich von 0,1 mm oder im Bereich von 10 mm oder 100 mm usw. aufweisen.

[0072] Die Profile von derart geschliffenen Werkstücken 1 können Abschnitte mit nicht-parallelen Längskonturen haben, beispielsweise abgerundete oder schräge Konturen bezüglich der Längsachse des (unbearbeiteten)Werkstücks 1, wie durch das Werkstück der Fig. 12 dargestellt.

[0073] Im Gegensatz zu bekannten Verfahren ermöglicht das Verfahren der Erfindung die Herstellung von Werkstücken, welche nicht-runde Abschnitte mit konvexen und konkaven Längskonturen kombinieren, wie in der Fig. 12 dargestellt.

[0074] Das Verfahren der Erfindung kann die geschliffenen Werkstücke schneller und wirtschaftlicher und zuverlässiger herstellen.

Nummerierte Teile [0075] 1 Werkstück 101 Ein erstes Ende des Werkstücks 102 Ein zweites Ende des Werkstücks 103 Ein umfangseitiger Abschnitt des Werkstücks 105 Kontaktflächenabschnitt mit 1. Schleifscheibe 106 Kontaktflächenabschnitt mit 2. Schleifscheibe 108 Bearbeitungsdrehachse 2 Rahmen einer Schleifmaschine 3 Spindel 4 Dreh- und Verschiebungsachse 5 Führungsstütze 6 1. Schleifscheibe 61 Drehachse der 1. Schleifscheibe 62 Verschiebungsachse der 1. Schleifscheibe 63 Schleifprofil der 1. Schleifscheibe 631 Abgerundeter Abschnitt 632 Flacher Abschnitt 7 2. Schleifscheibe 71 Drehachse der 2. Schleifscheibe 72 Verschiebungsachse der 2. Schleifscheibe 73 Schleifprofil der 2. Schleifscheibe 731 Abgerundeter Abschnitt 732 Flacher Abschnitt 8 Gemeinsame Schleifachse 9 Spindelstock 10 Digitale Steuervorrichtung 51 Schritt des Greifens des Werkstücks 52 Schritt des Positionierens des Werkstücks in einer vorgegebenen Position 53 Schritt des Drehens und Verschiebens des Werkstücks 54 Schritt des Bestimmens einer Position des Werkstücks 55 Schritt der Bestimmung einer Winkelposition des Werkstücks 56 Schritt des Auswählens einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 57 Schritt des Auswählens einer Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 58 Schritt des Variierens einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 59 Schritt des Variierens einer Drehzahl des Werkstücks 510 Schritt des Positionierens einer 1. Schleifscheibe in einer vorgegebenen Position 511 Schritt des Drehens und Verschiebens der 1. Schleifscheibe 512 Schritt des Verschiebens der 1. Schleifscheibe in aufeinanderfolgende Positionen 513 Schritt des Bestimmens einer Verschiebeposition der 1. Schleifscheibe S20 Schritt der Positionierung einer 2. Schleifscheibe in einer vorgegebenen Position 521 Schritt des Drehens und Verschiebens der 2. Schleifscheibe 522 Schritt des Verschiebens der 2. Schleifscheibe in Positionen 523 Schritt des Bestimmens einer Verschiebeposition der 2. Schleifscheibe 101 Position des Werkstücks 102 Winkelposition des Werkstücks 103 Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks 104 Drehzahl des Werkstücks 105 Ausgewählter Verschiebungsgeschwindigkeitswert 106 Ausgewählter Drehzahlwert

Claims (22)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Spanen eines Werkstücks (1) durch eine Schleifmaschine, umfassend eine Spindel (3), die angeordnet ist, das Werkstück (1) um eine erste Achse (4) zu drehen und entlang dieser ersten Achse (4) zu verschieben, und eine erste Schleifscheibe (6), die angeordnet ist, sich um eine zweite Achse (61) zu drehen und sich entlang einer dritten Achse (62) schräg oder senkrecht zu der zweiten Achse (61) zu verschieben, um einen umfangseitigen Abschnitt des Werkstücks (1) zu spanen; wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Drehen des Werkstücks (1) um die erste Achse (4) und Verschieben des Werkstücks (1) entlang der ersten Achse (4) in Richtung der ersten Schleifscheibe (6); Drehen der ersten Schleifscheibe (6) um die zweite Achse (61) und Verschieben der ersten Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62), sodass die erste Schleifscheibe (6) einen umfangseitigen Abschnitt (103) des Werkstücks spant (1); wobei die erste Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) verschoben wird; und wobei eine Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) bestimmt wird als eine Funktion von: einer Position des Werkstücks (1) entlang der ersten Achse (4) und einer Winkelposition des Werkstücks (1) um die erste Achse.

2. Verfahren gemäss dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schleifmaschine zudem eine zweite Schleifscheibe (7) umfasst, die angeordnet ist, sich um eine vierte Achse (71) zu drehen und sich entlang einer fünften Achse (72) schräg oder senkrecht zur vierten Achse (71) zu verschieben, um einen umfangseitigen Abschnitt des Werkstücks (1) zu spanen; wobei das Verfahren zudem den folgenden Schritt umfasst: Drehen der zweiten Schleifscheibe (7) um die vierte Achse (71) und Verschieben der zweiten Schleifscheibe (7) entlang der fünften Achse (72), so dass die zweite Schleifscheibe (7) einen umfangseitigen Abschnitt des Werkstücks (1) spant; wobei die zweite Schleifscheibe (7) entlang der fünften Achse (72) verschoben wird; und wobei eine Verschiebeposition der zweiten Schleifscheibe (7) entlang der fünften Achse (72) bestimmt wird als eine Funktion von: einer Position des Werkstücks (1) entlang der ersten Achse (4) und einer Winkelposition des Werkstücks (1) um die erste Achse (4).

3. Verfahren gemäss dem vorhergehenden Anspruch 2, wobei die besagte erste Schleifscheibe (6) und die besagte zweite Schleifscheibe (7) angeordnet sind, um im Wesentlichen denselben umfangseitigen Abschnitt (103) des Werkstücks (1) zu spanen.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Position des Werkstücks, die zum Bestimmen der Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) verwendet wird, dieselbe ist wie die Position des Werkstücks (1) zur Bestimmung der Verschiebeposition der zweiten Schleifscheibe (7) entlang der fünften Achse (72).

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Winkelposition des Werkstücks (1), das zum Bestimmen der Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) verwendet wird, dieselbe ist wie die Winkelposition des verwendeten Werkstücks, um die Verschiebeposition der zweiten Schleifscheibe (7) entlang der fünften Achse (72) zu bestimmen.

6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die besagte erste Schleifscheibe (6) und die besagte zweite Schleifscheibe (7) so angeordnet sind, dass die dritte (62) und die fünfte Achse (72) im Wesentlichen koaxial sind.

7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die besagte erste Schleifscheibe (6) und die besagte zweite Schleifscheibe (7) so angeordnet sind, dass die zweite (61) und die vierte Achse (62) im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse (4) sind.

8. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (1) kontinuierlich entlang der ersten Achse (4) verschoben wird.

9. Verfahren gemäss dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Werkstück (1) mit einer vordefinierten Verschiebungsgeschwindigkeit entlang der ersten Achse (4)verschoben wird.

10. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Werkstück (1) mit einer variablen Verschiebungsgeschwindigkeit entlang der ersten Achse (4) verschoben wird.

11. Verfahren gemäss Anspruch 9 oder 10, wobei die Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) und/oder die Verschiebeposition der zweiten Schleifscheibe (7) zudem in Abhängigkeit von der Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks (1) bestimmt wird.

12. Verfahren gemäss Anspruch 11, wobei die Bestimmung der Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) und/oder der zweiten Schleifscheibe (7) einen Schritt des Auswählens einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Werkstücks (1) umfasst.

13. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (1) mit einer vorgegebenen Drehzahl entlang der ersten Achse (4) gedreht wird.

14. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Werkstück (1) mit einer variablen Drehzahl um die erste Achse (4) gedreht wird.

15. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei die Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) und/ oder die Verschiebeposition der zweiten Schleifscheibe (7) zudem als eine Funktion der Drehzahl bestimmt wird.

16. Verfahren gemäss Anspruch 15, wobei eine Bestimmung einer Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) und/ oder der zweiten Schleifscheibe (7) einen Schritt des Auswählens einer Drehzahl des Werkstücks (1) umfasst.

17. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte (62) und/oder die fünfte Achse (72) im Wesentlichen senkrecht sind in Bezug auf die erste Achse (4).

18. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 17, wobei die erste Schleifscheibe (6) in aufeinanderfolgenden Verschiebepositionen entlang der dritten Achse (62) verschoben wird und/oder die zweite Schleifscheibe (7) in aufeinanderfolgenden Verschiebepositionen entlang der fünften Achse (72) verschoben wird; wobei jede Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) und/oder der zweiten Schleifscheibe (7) bestimmt wird als eine Funktion von: einer Position des Werkstücks (1) entlang der ersten Achse (4), und einer Winkelposition des Werkstücks (1) um die erste Achse (4).

19. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schleifmaschine ferner eine Führungsstütze (5) umfasst, die von der besagten Spindel entlang der ersten Achse (4) beabstandet ist und zum gleitenden Stützen des anderen Endes des Werkstücks (1) angeordnet ist.

20. Verfahren gemäss Anspruch 19, wobei die erste Schleifscheibe (6) und/oder die zweite Schleifscheibe (7) angeordnet sind, einen umfangseitigen Abschnitt (103) des Werkstücks (1) zu spanen, der sich von der besagten Führungsstütze (5) entfernt.

21. Verfahren gemäss Anspruch 19 oder 20, wobei das Werkstück (1) entlang der ersten Achse (4) in Richtung zu der Führungsstütze (5) verschoben wird, bis der gesamte zu spanende Abschnitt des Werkstücks (1) von der ersten und/oder zweiten Schleifscheibe (6, 7) heraussteht.

22. Schleifmaschine zum Spanen eines Werkstücks (1) umfassend: eine Spindel (3), die angeordnet ist, das Werkstück (1) um eine erste Achse (4) zu drehen und entlang dieser ersten Achse (4) zu verschieben, und eine erste Schleifscheibe (6), die angeordnet ist, sich um eine zweite Achse (61) zu drehen und sich entlang einer dritten Achse (62) schräg oder senkrecht zu der zweiten Achse (61) zu verschieben, um einen umfangseitigen Abschnitt des Werkstücks (1) zu spanen; wobei die Schleifmaschine ausgebildet ist, die erste Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) so zu verschieben, dass eine Verschiebeposition der ersten Schleifscheibe (6) entlang der dritten Achse (62) bestimmt wird als eine Funktion von: einer Position des Werkstücks (1) entlang der ersten Achse (4) und einer Winkelposition des Werkstücks (1) um die erste Achse.