DD219978A1 - Vorrichtung zum schleifen von rotierenden fraesern, insbesondere kegligen gravurfraesern - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum automatischen Schleifen von Gravurfraesern mit der erforderlichen Genauigkeit hinsichtlich der Schneidengeometrie zur Erhaltung der Zerspannungsleistung von Fraesmaschinen und der Qualitaet der erzeugten Werkstueckoberflaechen. Die aufgabengemaess zu schaffende Vorrichtung soll das Schleifen von kegligen Gravurfraesern mit Links- und Rechtsdrall, unterschiedlichen Steigungswinkeln der Schneiden und Kegelneigungen sowohl an der Spanwinkel- als auch der Freiwinkelflaeche im automatisierten Arbeitsgang ermoeglichen. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung geht aus von einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine mit Einrichtungen zum Spannen, Schwenken, Verschieben und Verdrehen des Werkstueckes und ordnet dieser Maschine auf einer hoehenverstellbaren Konsole einen Tragarm mit kreisbogenfoermiger Fuehrung zu, in der im Winkel von ca. 90 ein Lagerschlitten antreibbar ist, der einen, in einem Scharnier im Schwenkwinkel von ca. 270 antreibbaren Schwenkarm traegt, an dem rechtwinklig zur Scharnierachse eine weitere, ebene Fuehrung die Schleifvorrichtung aufnimmt. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft bevorzugt eine Vorrichtung zum Schleifen von Gravurfräsern, insbesondere des Spanwinkels von kegligen Gravurfräsern mit Drall. Mit ihr sollen Fräserrohlinge (nach dem Harten) und durch den Gebrauch stumpf gewordene Fräser unter Einhaltung der vorgegebenen Schneidengeometrie mit der erforderlichen Genauigkeitmechanisiert bzw. automatisiert schleif bar sein. Die Vorrichtung ist eine Zusatzeinrichtung für vorzugsweise CNC-gesteuerte Werkzeugschleifmaschinen entsprechend dem Stand der Technik.

Charakteristik des-bekannten technischen Lösungen

Es sind CNC-gesteuerte Werkzeugschleifmaschinen bekannt, bei denen von Hand oder über Datenträger Programme eingegeben werden können, nach denen zur Erzeugung des Schneidendralls die Bewegung z.B. eines Fräsers relativ zur Schleifscheibe entlang der Längsachse des Fräsers und die Drehbewegung des Fräsers über Stelleinrichtung und Lageregelkreise gesteuert werden. Bei zylindrischen Fräsern wird dabei die Arbeitsfläche der Schleifscheibe zur Fräserschneide beim Schleifen so eingestellt und festgelegt, daß diese an der Fräserschneide tangential anliegt und somit die Schneidengeometrie (Spanwinkel) eingehalten wird. Diese fur zylindrische Fräser geeignete Lösung des Problems versagt bei kegligen Fräsern.

Bei kegligen Fräsern wird genau wie bei zylindrischen gedrallten Fräsern ein konstantes Verhältnis von Längsbewegung zu Drehwirikel des Fräsers eingehalten. Bei kegligen Fräsern vergrößert sich von der Stirnseite des Fräsers bis zu dessen Schaft der Durchmesser proportional zu dem zurückgelegten Weg entlang der Längsachse des Fräsers. Da das Verhältnis von Längsbewegung und Drehwinkel konstant bleibt, wird bei z.B. größer werdendem Fräserdurchmesser bei gleichem Drehwinkel eine größere Bogenlänge am Umfang erzeugt. Daraus resultiert, daß mit der Vergrößerung des Fräserdurchmessers eine Vergrößerung des Neigungswinkels der Schneiden verbunden ist. Diesem sich ändernden Neigungswinkel der Schneiden muß zur Erzielung einer exakten Schneidengeometrie die Arbeitsfläche der Schleifscheibe so nachgeführt werden, daß die Arbeitsfläche der Schleifscheibe die Fräserschneide stets tangiert. Bei bisher bekannten Lösungen wird die Arbeitsfläche der Schleifscheibe auf den mittleren Neigungswinkel eingestellt. Die Folge davon ist, daß der Arbeitspunkt der Schleifscheibe in einer Raumkurve vom Tangentenpunkt weg wandert und die Spanfläche des Fräsers statt einer Geraden die Form eines Kegelschnittes bekommt, wodurch die Schneidengeometrie und die Genauigkeit der Fräser nicht mehr gewährleistet ist. Der Erfindung nahe kommende Lösungen werden in dem DD-AP 131628 und der DE-AS 2231359 angestrebt. Die dort gezeigten Lösungen erfordern einen hohen mechanischen und steuerungstechnischen Aufwand ohne die Forderung, die Schleifscheibe sp zu führen, daß die Arbeitsfläche die Scheide stets tangiert, zu erfüllen. Die Lösung nach dem AP131628 gestattet in Arbeitsstellung nach Fig. 1 dieser Erfindungsbeschreibung die Nachführung der Schleifscheiben-Arbeitsfläche entsprechend dem sich ändernden Neigungswinkel durch die Bewegung in Richtung D. Der Spanwinkel ist nicht einstellbar. In Arbeitsstellung Fig.2 wird durch Schwenken in Richtung D der Spanwinkel einstellbar, jedoch die Nachführung der Scheibe entsprechend dem Neigungswinkel ist nicht möglich. Die Einstellung des Spänwinkels in Arbeitsstellung nach Fig. 1 durch Verdrehen der Arbeitsfläche in Richtung E außerhalb der Mitte ist durch doppelte Winkelverschiebung bei konischen Fräsern nicht anwendbar.

Die zweite genannte Lösung nach der AS 2231359 gestattet ähnlich wie die gemäß AP 131628, das Schleifen von gedrallten zylindrischen Fräsern und deren stirnseitige Abrundung. Bei konischen, gedrallten Fräsern kann die Stellung der Schleifscheibe jedpch nicht dem sich ändernden Neigungswinkel nachgeführt werden.

Die gemäß der ÄS 2231359 mögliche Anwendung von Schablonen an Stelle von Leitlinealen gestattet das Schleifen von Profilen, jedoch nicht das Schwenken der Schleifscheibe. Die hierbei auftretenden, schwer vermeidbaren Ungenauigkeiten, insbesondere am Übergang zwischen der stirnseitigen Abrundung und den konischen Fräserschneiden, die ggf. hohen Anforderungen an die exakte Abrichtung des Schleifwerkzeuges wie auch die Beschränkung auf eine nicht zu große Zahnzahl des zu bearbeitenden Fräsers lassen auch diese Vorrichtung verbesserungsbedürftig erscheinen.

Zielder Erfindung . .. ' : ..· ^: . ' . : ' . ^: . ' \- ... ·

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum automatischen Schleifen von kegligen Gravurfräsern mit der erforderlichen Genauigkeit bezüglich Einhaltung der Schneidengeometrie zur Erhaltung der Zerspanungsleistung von Fräsmaschinen und der Qualität der erzeugten Werkstückoberflächen insbesondere von Urformwerkzeugen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zürn Schleifen von kegligen, gedrallten Gravurfräsern zu schaffen mit der sowohl Fräser mit Links-als auch Rechtsdrall mit unterschiedlichen Steigungswinkeln der Schneiden und Kegelneigungen der Fräser an der Spanwinkel-; und Freiwinkelfläche mit der geforderten Genauigkeit unter Einhaltung der vorgegebenen Schneidengeometrie geschliffen werden können. Dazu ist die Arbeitsfläche der Schleifscheibe der Relativbewegung des Fräsers seiner Längsachse und der proportionalen Veränderung des Drehwinkels durch Schwenken der Schleifscheibe so nachzuführen, daß diese stets im Tangentenpunkt der Fräserschneide anliegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht aus von einer an sich bekannten CNC-gesteuerten Werkzeugschleifmaschine üblicher Bauart, einem Kreuzschlitten, einer auf diesem befestigten Radienschleifeinrichtung und einer mit dieser verbundenen, ihrerseits in Arbeitsrichtung des Werkstückes drehbaren, mit einer Teileinrichtung kombinierten Werkstückspanneinrichtung, an der eine höhenverstellbare Konsole befestigt ist, die die erfindungsgemäße Vorrichtung trägt. Die Vorrichtung besitzt einen Tragarm mit einer kreisbogenförmigen Führung, deren Querschnittsebene rechtwinklig zu den Bewegungsachsen des Kreuzschiebetisches verläuft und deren Krümmungsmittelpunkt vorzugsweise in oder in der Nähe der Werkstückachse liegt. In der kreisbogenförmigen Führung des Tragarmes ist ein, im Schwenkwinkel von ca. 90° antreibbarer Lagerschlitten verstellbar, der an der dem Scheitelpunkt der Führung zugewendeten Seite ein Scharnier aufweist, in dessen, zur Werkstückachse weisenden Scharnierachse ein in einem Schwenkwinkel von ca. 270° antreibbarer Schwenkarm gelagert ist. An der dem Scharnier abgewendeten Seite des Schwenkarmes ist eine weitere, senkrecht zur Scharnierachse verlaufende, ebene Führung angeordnet, auf der eine Schleifeinrichtung bewegbar ist. Alle während des Schleifvorganges notwendigen Relativbewegungen des Werkstückes und des Werkzeuges werden durch zugeordnete bekannte Einrichtungen, bevorzugt Stellmotore und spielfreie Getriebe bewirkt und durch Meßsysteme kontrolliert, die die Bewegungen des Längsschlittens, der Radienschleifeinrichtung, der Werkstückspanneinrichtung, des Lagerschlittens und des Schwenkarmes regelungstechnisch erfassen und eine programmierte Steuerung dieser Bewegungen ermöglichen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in .- ' ' . . . . ;/ ., ' .' " ·/ ' . . · . . '..^;" ' '..: , . :.'

Fig. 1: in perspektivischer Sicht eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie von wesentlichen, zuordenbaren

Teilen einer Werkzeugschleifmaschine in schematischer Darstellung, Fig. 2: die Vorrichtung in der Vorderansicht (eingestellter Spanwinkel 0°), Fig.3: die Seitenansicht zu Fig.2, ohne den zu schleifenden Gravurfräser, Fig.4: die Draufsicht zu Fig. 2 mit Andeutung der Radienschleifeinrichtung, Fig. 5: die Vorrichtung in der Arbeitsstellung „Freifläche schleifen", (Freiflächenwinkel 0°), und Fig. 6: die Draufsicht zu Fig. 5. /

Das Alisführungsbeispiel zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie an eine CNC-gesteuerte Werkzeugschleifmaschine üblicher Bauart, z. B. des Types SWU 250-CNC4 des VEB Werkzeugmaschinenfabrik Gotha, mit einem Kreuzschiebetisch und einer auf diesem montierten Radienschleifvorrichtung (Drehscheibe) einschließlich Werkzeugspanneinrichtung mit Antrieb zum Drehen des Werkstückes um seine Laufachse mittels elektronisch gesteuerter Teilvorrichtung montierbar ist. Auf dem Grundgestell 2 (Fig. 1) der nicht ausführlicher dargestellten Werkzeugschleifmaschine 1 befindet sich der Kreuzschiebetisch 3 mit dem in y-Richtung verschiebbaren Querschlitten 4 (Bewegung Ä) und auf diesem der in x-Richtung verschiebbare Längsschlitten 5 (Bewegung B). Auf dem Längsschlitten 5 ist die um die z-Achse drehbare Radienschleifeinrichtung (Drehscheibe) 6 (Bewegung C) montiert die die das Werkstück 7, den Gravurfräser, aufnehmende Werkstückspanneinrichtung 8 umaßt sowie eine nicht näher dargestellte Teilvorrichtung, die eine gesteuerte, erforderlichenfalls schrittweise Bewegung des Werkstückes um die X-Achse bewirkt (Bewegung D).

Auf dem Grundgestell 2 ist die inz-Richtung höhenverstellbare Konsole 9 befestigt (Bewegung E), auf der die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Schleifen von kegligen Gravurfräsern montiert ist. >

Die Vorrichtung 10 besteht aus dem Tragarm 11 mit einer kreisförmigen, vorzugsweise schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Führung 12, deren Krümmungsmittelpunkt 13 zur Verringerung der Stellwege in oder in der Nähe der Werkstückachse 14 liegt. Zu der Führung 12 ist der Lagerschlitten 15 ca. 90° um die X-Achse schwenkbar angeordnet (Bewegung F) an dem mittels des Scharniers 16 der Schwenkarm 17 um die in y-Richtung verlaufende Scharnierachse 18 ca. 270" schwenkbar angelenkt ist, (Bewegung G).

Der Schwenkarm 17 wird durch ein spielfreies Schneckengetriebe 19 mittels eines Stellmotors 20 (Fig. 6) bewegt, wobei die Ist-Position des Schwenkarmes 17 durch ein an sich bekanntes digitales Winkelmeßsystem 21 kontrolliert und für regelungstechnische Zwecke erfaßbar gemacht ist. An dem dem Scharnier 16 entgegengesetzten Ende des Schwenkarmes 17 befindet sich eine schwalbenschwanzförmige ebene Führung 22 auf der rechtwinklig zur Scharnierachse 18 eine Schleifeinrichtung 23 in z-Richtung verschiebbar angeordnet ist, (Bewegung H).

Die Schleifeinrichtung 23 besteht aus dem Schleifspindelgehäuse 24 mit der Schleifspindel 25, der Schleifscheibe 26 und dem aus dem Antriebsmotor 27 und dem Riemenantrieb 28, gebildeten Schleifspindelantrieb 29. Die Schleifeinrichtung 23 wird durch eine Transportspindel 30 zum Zwecke des Justierens und Nachstellens der Schleifscheibenarbeitsfläche 31 in Bewegungsrichtung H verstellt. Zu Fig.4 sind an einem kegligen, gedrallten Gravurfräser 7 mittels der um 90° gedreht eingezeichneten Schleifscheibe 26 die unterschiedlichen Neigungswinkel 32 erkennbar. Alle während des Schleifvorganges notwendigen Bewegungen bzw. Relativbewegungen wie die Drehung des Werkstückes 7 bzw. seine Einstellung nach einem vorgegebenen Teilungsschrittmaß mittels der Werkstückspanneinrichtung 8 nebst Teilvorrichtung (Bewegung D) bzw. seine Schwenkung mittels der Radienschleifvorrichtung 6 (Bewegung C) und/oder seine Verschiebung mittels des Quer- oder Längsschlittens 5 bzw. 6 (Bewegung A bzw. B) wie auch die Lageveränderungen des Werkzeuges, der Schleifscheibe 26 durch die Bewegung des Schwenkarmes 17 (Bewegung G) und/oder seine Schwenkung mittels des Lagerschlittens 15 werden durch teilweise nicht dargestellte CNC-gesteuerte Stellmotore über spielfreie Getriebe in bekannter Weise bewirkt

Das Schleifen eines Fräsers teilt sich in die zwei Arbeitsgänge:

— Schleifen der Spanwinkelfläche 33 (Fig. 2)

— Schleifen der Freiwinkelfläche 34 (Fia. 5). '

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Die Figuren 2,3 und 4 zeigen die Vorrichtung 10 in der Arbeitsstellung „Schleifen der Spanfläche". Das Werkstück 7, ein konischer, gedrallter Gravurfräser, wird in bekannter Weise in die Werkstückspanneinrichtung 8 der Radienschleifeinrichtung 6 eingespannt und ausgerichtet. Zum Schleifen der Flanke wird der Gravurfräser auf der Radienschleifeinrichtung 6 um die gewünschte Gradzahl des Kegels des Gravurfräsers 7 gedreht und geklemmt und nach Inbetriebsetzen der Werkzeugschleifmaschine 1 durch den Längsschlitten 5 hin und her bewegt (Bewegung B). Zuvor wird der zu schleifende Zahn 35 des Gravurfräsers 7 so gedreht, daß die Schneidkante 36 genau horizontal liegt (Bewegung D), Fig.2. Der Spanwinkel wird durch Schwenken des Lagerschlittens 15 eingestellt (Bewegung F). Weiterhin wird durch Verstellen der Schleifeinrichtung 23 die Schleifscheibenarbeitsfläche 31 genau in Flucht mit der Scharnierachse 18 des Schwenkarmes17 gebracht, wodurch auch die Abnutzung der Schleifscheibe 26 korrigiert wird (Bewegung H). Ein im Zusammenhang mit dem Schwenken des Lagerschlittens 15 (Bewegung F) erforderlich werdende: Höhenausgleich zwischen der Vorrichtung 10 und dem Werkstück 7 erfolgt durch Verstellen der Konsole ,9 (Bewegung E).

Während des dynamischen Schleifvorganges bewegt sich der das Werkstück 7 bildende Gravurfräser mittels des Längsschlittens 5 der Werkzeugschleifmaschine 1 an der Schleifscheibe 26 entlang (Bewegung B). Gleichzeitig wird der Gravurfräser 7 entsprechend dem Neigungswinkel 32 mittels der Teilvorrichtung gedreht (Bewegung D) und bei kegligen Gravurfräsern der sich ändernde Neigungswinkel 32 durch ein koordiniertes Schwenken der Schleifeinrichtung 23 mittels des Schwenkarmes 17 (Bewegung G) berücksichtigt. Hierbei ist die Änderung des Neigungswinkels 32 abhängig vom Fräserdurchmesser, der Kegelneigung des Fräsers 7 und dem mittleren Neigungswinkel der Fräserschneiden. Beim Schleifen des Stirnradius 37 geht die translatorische Bewegung B in die rotatorische Bewegung C der Radienschleifeinrichtung 6 über. Zum Schleifen der Freiwinkelfläche 34 wird der Lagerschlitten 15 gemäß Fig. 5 in seine obere Stellung gebracht (Scharnierachse 18 steht senkrecht) und der Schwenkarm 17 um 180^ö herunterklappt. In dieser Position wird der vorgegebene Freiwinkel durch entsprechendes Verschieben des Lagerschlittens 15 eingestellt (Bewegung F). Die Stellung und Bewegung des zu schleifenden Gravurfräsers 7 entsprechend den bereits für das Schleifen der Spahwirtkelflächen 33 beschrieben. Erfindungsgemäß erfolgt das synchrone Schwenken der Schleifeinrichtung 23 mittels des Schwenkarmes 17 durch das Schneckengetriebe 19 mit Hilfe des in die an sich bekannte CNC-Steuerung der übrigen Bewegungen der Werkzeugschleifmaschine 1 steuerungstechnisch integrierten Stellmotors 20.

Der Steuerungstyp ist eine Bahnsteuerung, die eine Lageregelung zwischen dem Drehen des Werkstückes 7 (Bewegung D), seiner Längsbewegung (Bewegung B) bzw. Schwenkung mittels Radienschleifeinrichtung 6 (Bewegung C) und dem synchronen Schwenken der Schleifeinrichtung 23 (Bewegung G) gewährleistet. Beim Schleifen der Freiwinkelfläche 34 ist ein Schwenken der Schleifscheibe 26 nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet im Zusammenwirken mit einer CNC-gesteuerten Werkzeugschleifmaschine infolge der mit der Vorrichtung möglich werdenden exakten Anpassung der Schleifscheibenarbeitsfläche an veränderliche Neigungswinkel der Scheiden das mechanisierte bzw. automatisierte Schleifen oder Nachschleifen, insbesondere kegliger, gedrallter Gravurfräser sowohl mit Links- als auch mit Rechtsdrall bei gleichzeitiger Einhaltung definierter Forderungen an den störungsfreien Übergang des Schliffes der Schneidkanten in den des Stirnradius.

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch: . :

   Vorrichtung zum Schleifen von rotierenden Fräsern, insbesondere kegligen, gedrallten Gravurfräsern, gekennzeichnet dadurch, daß an einer an sich bekannten, CNC-gesteuerten Werkzeugschleifmaschine (1) üblicher Bauart mit einem Kreuzschiebetisch (3), einer auf diesem befestigten Radienschleifeinrichtung (Drehscheibe) (6) und einer mit dieser verbundenen, in Achsrichtung des Gravurfräsers drehbaren, mit einer Teileinrichtung kombinierten Werkstückspanneinrichtung (8) eine höhenverstellbare Konsole (9) befestigt ist, die die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) trägt, die aus einem Tragarm (11) besteht, der mit einer kreisbogenförmigen Führung/deren Querschnittsebene rechtwinklig zu den Bewegungsachsen des Kreuzschiebetisches (3) . verläuft, ausgestattet ist und deren Krümmungsmittelpunkt (13) vorzugsweise in oder in der Nähe der Werkstückachse (14) liegt, daß in der Führung (12) ein im Schwenkwinkel von ca. 90° antreibbarer Lagerschlitten (15) verstellbar ist, der an der dem Scheitelpunkt (38) der Führung (12) zugewendeten Seite ein Scharnier (16) aufweist in dessen, zum Krümmungsmittelpunkt (13) der Führung (12) weisenden Scharnierachse (18) ein in einem Schwenkwinkel von ca. 270° antreibbarer Schwenkarm (17) gelagert ist, daß an der dem Scharnier (16) abgewendeten Seite des Schwenkarmes (17) eine weitere, senkrecht zur Scharnierachse (18) verlaufende ebene Führung (22) angeordnet ist, auf der eine Schleifeinrichtung (23) bewegbar ist und, daß zur Erzielung der während des Schleifvorganges hotwendigen Relativbewegungen des Gravurfräsers (7) und des Werkzeuges (26) Einrichtungen, bevorzugt Stellmotore und spielfreie Getriebe zur Bewegung des Längsschlittens (5) der Radienschleifeinrichtung (6), der Werkstückspanneinrichtung (8), des Lagerschlittens (15) und des Schwenkarmes (17) sowie Einrichtungen zur regelungstechnischen Erfassung und zur programmierten und koordinierten Steuerung dieser Bewegungen angeordnet sind.
   Hierzu 6 Seiten Zeichnungen