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Die
Erfindung betrifft eine Schleifscheibe zur Erzeugung von Außen- oder
Innen-Kugelgewinden an Werkstücken,
insbesondere an Kugelgewindestangen oder Kugelgewindemuttern für Kraftfahrzeuglenkungen,
mit einem Schleifkörper,
dessen Außenkontur
an das zu erzeugende Kugelgewinde angepasst ist. Des weiteren betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Außen- oder Innen-Kugelgewinden
an Werkstücken,
insbesondere an Kugelgewindestangen oder Kugelgewindemuttern für Kraftfahrzeuglenkungen.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, Kugelgewindestangen
und mit denselben zusammenarbeitende Kugelgewindemuttern mittels
einer dem herzustellenden Gewindegang angepassten Schleifscheibe,
welche in mehreren Durchgängen über das
zu bearbeitende Werkstück
geführt wird,
herzustellen. Meist werden für
die aufeinanderfolgenden Durchgänge
unterschiedlich profilierte Schleifscheiben eingesetzt, um eine
unter schiedliche Zustellung in Richtung des Werkstücks zu erreichen.
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Nachteilig
ist dabei jedoch, dass diese Bearbeitung aufgrund der vielen Arbeits-,
Umspann- und Einrichtvorgänge
sehr lange dauert, und dass aufwändige
Maschinen, insbesondere Schleifmaschinen, mit zumeist zwei oder
mehr Spindeln eingesetzt werden müssen, wodurch sich insgesamt
sehr hohe Kosten bei der Erzeugung der Kugelgewinde ergeben.
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Die
CH 538 332 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Gewindebohrern mit metrischen Gewinden. Hierbei weist die Schleifscheibe
zwei Schleifbereiche auf, nämlich
einen glatten, zylindrischen Bereich zum Schleifen des Außendurchmessers
des Gewindes und einen profilierten Bereich zum Schleifen des Profils
des Gewindes an dem Werkstück.
Der profilierte Bereich ist darüber
hinaus in zwei verschiedene Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern
unterteilt. Das dort beschriebene Verfahren lässt sich jedoch keinesfalls auf
das Erzeugen von Kugelgewinden übertragen,
da beim Kugelgewindeschleifen erheblich größere Eindringtiefen und somit
entsprechend erhöhte
Zerspanungsleistungen erforderlich sind. Darüber hinaus ist es auch gemäß diesem
Stand der Technik erforderlich, das Werkstück zuvor spanend, beispielsweise durch
Drehen, vorzubearbeiten.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schleifscheibe
sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Außen- oder Innenkugelgewinden
an Werkstücken
zu schaffen, mit denen Kugelgewinde einerseits schneller und kostengünstiger
und andererseits mit gleichbleibend hoher Qualität und Prozesssicherheit hergestellt
werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Der
Schleifkörper
der erfindungsgemäßen Schleifscheibe
weist wenigstens zwei Stufen mit unterschiedlichen Durchmessern
auf, von denen eine Stufe die Vor- und die andere Stufe die Fertigbearbeitung
des zu erzeugenden Kugelgewindes übernimmt. Durch diesen Aufbau
der Schleifscheibe ist es möglich,
in einem Durchgang und mit einer einzigen Schleifscheibe sowohl
ein Außen-
als auch ein Innengewinde zu erzeugen, wobei es auch problemlos möglich ist,
ins volle, harte Material zu schleifen. Dadurch lassen sich sowohl
Außen-
als auch Innen-Kugelgewinde in einer wesentlich kürzeren Bearbeitungszeit
herstellen, was kürzere
Taktzeiten und damit letztendlich ein kostengünstiges Endprodukt mit besseren
Marktchancen ermöglicht.
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Insbesondere
bei der Herstellung von Außen-Kugelgewinden
ist es sowohl bezüglich
der Zerspanungsleistung als auch bezüglich der zu erzielenden Oberflächenqualität des Gewindes
sehr vorteilhaft, wenn der Schleifkörper drei Stufen aufweist,
wobei eine zweite Stufe einen größeren Durchmesser als
die erste Stufe und einen geringeren Durchmesser als die weitere,
dritte Stufe aufweist.
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Eine
weitere erhebliche Verbesserung der Qualität der Oberfläche des
erzeugten Gewindes kann erzielt werden, wenn die Stufen unterschiedliche
Körnungen
aufweisen, wobei die zur Fertigbearbeitung der Werkstücke dienende
Stufe eine feinere Körnung
aufweist als die zur Vorbearbeitung der Werkstücke dienende Stufe.
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Des
weiteren kann vorgesehen sein, dass der Schleifkörper einen Grundkörper aufweist,
der mit kubischem Bornitrid als Schleifmittel galvanisch belegt
ist. Eine derart ausgebildete Schleifscheibe muss vorteilhafterweise
während
der Fertigung nicht nachgearbeitet bzw. abgerichtet werden, sondern kann über einen
langen Zeitraum eingesetzt werden, was deren Produktivität zusätzlich erhöht.
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Bei
derartigen Schleifkörpern
hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Grundkörper aus
Metall besteht.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Erzeugung von Außen-
oder Innen-Kugelgewinden an Werkstücken ist den Merkmalen von
Anspruch 6 zu entnehmen.
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Ein
derartiges Verfahren erlaubt eine erheblich vereinfachte Arbeitsabfolge
beim Herstellen von Werkstücken
mit Außen-
oder Innen-Kugelgewinden, da weder die Werkstücke noch die Schleifscheibe umgespannt
werden müssen
und die Bearbeitung nur geringe Maschinen- und Anlageninvestitionen
erfordert. In diesem Zusammenhang kann es gegebenenfalls sinnvoll
sein, statt eines Leerhubs beim Zurückfahren dieselbe ein zweites
Mal mit einer erheblich geringeren Zustellung über das Werkstück zu führen, um
auf diese Weise eine verbesserte Oberflächenqualität und gegebenenfalls eine hö here Maßhaltigkeit
zu erzielen.
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Gerade
bei Außen-Kugelgewinden
ist es vorteilhaft und aufgrund des großen Durchmessers und der damit
verbundenen hohen Schnittgeschwindigkeit, die zu einer sehr hohen
Zerspanungsleistung führt,
problemlos zu realisieren, wenn der Gewindegang vor der Schleifbearbeitung
nicht mechanisch vorbearbeitet wird.
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Demgegenüber kann
es insbesondere bei Innen-Kugelgewinden sinnvoll sein, dass der
Gewindegang vor der Schleifbearbeitung mechanisch vorbearbeitet
wird, um der geringeren Zerspanungsleistung der hierfür eingesetzten
Schleifscheiben Rechnung zu tragen.
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Ein
zusätzliches
Richten der Werkstücke kann
eingespart werden, wenn das Werkstück vor der Schleifbearbeitung
gehärtet
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Schleifscheibe zur Bearbeitung um den Steigungswinkel
des Gewindes gegen die Mittelachse des Werkstücks angestellt wird. Durch
ein derartiges Anstellen der Schleifscheibe um den Steigungswinkel ist
es möglich,
nicht korrigierte Schleifscheiben einzusetzen, da auf diese Weise
der Steigungswinkel des Kugelgewindes unmittelbar in das Werkstück eingebracht
wird.
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Nachfolgend
sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Schleifscheibe
zur Herstellung von Außen-Kugelgewinden;
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2 eine
mit einer Schleifscheibe gemäß 1 nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Kugelgewindestange; und
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3 eine
erfindungsgemäße Schleifscheibe
zur Herstellung von Innen-Kugelgewinden;
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4 eine
mit einer Schleifscheibe gemäß 3 nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Kugelgewindemutter.
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1 zeigt
eine Schleifscheibe 1, welche zur Bearbeitung eines Werkstücks 2 dient.
Bei dem Werkstück 2 handelt
es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
um eine Kugelgewindestange, die zur Anwendung in Kraftfahrzeuglenkungen
vorgesehen ist. Mittels der Schleifscheibe 1 wird an dem
Werkstück 2 ein
Kugelgewinde 3, im vorliegenden Fall ein Außen-Kugelgewinde,
erzeugt, wozu die Schleifscheibe 1 an einer nicht dargestellten
Schleifmaschine angebracht sein kann.
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Die
Schleifscheibe 1 gemäß 1 weist
einen Schleifkörper 4 auf,
welcher in der dargestellten Ausführungsform drei an das zu erzeugende
Profil des Kugelgewindes 3 angepasste, jeweils als Vorsprünge von
dem Schleifkörper 4 hervorstehende, nebeneinander
angeordnete Stufen 5, 6 und 7 aufweist.
Hiervon weist die erste Stufe 5 den geringsten Durchmesser
auf und dient zur Vorbearbeitung der Werkstücke 2. Die der ersten Stufe 5 in
Richtung des Vorschubs "A" folgende zweite
Stufe 6 weist einen größeren Durchmesser
auf als die erste Stufe 5 und die dritte Stufe 7 weist
den größten Durchmesser
der drei Stufen 5, 6 und 7 auf und dient
zur Fertigbearbeitung der Werkstücke 2.
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Wenn
die mit einer ausgewählten
Schnittgeschwindigkeit rotierende Schleifscheibe 1 in Vorschubrichtung
A über
das Werkstück 2 geführt wird, wird
in dasselbe ein Gewindegang 8 eingebracht, der das Kugelgewinde 3 bildet.
Bei einer Tiefe des Gewindegangs 8 von beispielsweise 3
mm kann hierbei die erste Stufe 5 eine Schnitttiefe von
2 mm, die zweite Stufe 6 eine Schnitttiefe von 0,8 mm und
die dritte Stufe 7 eine Schnitttiefe von 0,2 mm aufweisen.
Mit anderen Worten, der Durchmesser der dritten Stufe 7 ist
dabei um 0,4 mm größer als
der der zweiten Stufe 6 und um 2 mm größer als der der ersten Stufe 5.
Dabei ist es zu bevorzugen, wenn die drei Stufen 5, 6 und 7 unterschiedliche
Körnungen
aufweisen, wobei die zur Fertigbearbeitung der Werkstücke 2 dienende,
dritte Stufe 7 eine feinere Körnung aufweist als die zweite
Stufe 6 und die zweite Stufe 6 wiederum eine feinere
Körnung
aufweist als die zur Vorbearbeitung der Werkstücke 2 dienende erste
Stufe 1. Beispielsweise kann die erste Stufe 5 eine
Körnung
von 60, die zweite Stufe 6 eine Körnung von 150 und die dritte
Stufe 7 eine Körnung
von 250 aufweisen. Selbstverständlich
sind die oben genannten Werte bezüglich des Durchmessers und
der Körnung
der einzelnen Stufen 5, 6 und 7 lediglich
als beispielhaft anzusehen und können
insbesondere bei unterschiedlichen Durchmessern der Werkstücke 2 und/oder
bei unterschiedlichen Gewindetiefen teilweise erheb lich variieren.
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Der
Schleifkörper 4 der
Schleifscheibe 1 weist im vorliegenden Fall einen aus einem
Metall, vorzugsweise aus Stahl, bestehenden Grundkörper 9 auf,
der mit einem durch eine gepunktete Linie angedeuteten Schleifmittel 10 belegt
ist. Als Schleifmittel 10 kommt hierbei kubisches Bornitrid
zum Einsatz, welches durch eine galvanische Bindung mit dem Grundkörper 9 verbunden
ist. Gegebenenfalls kann auch eine keramische Bindung zum Einsatz
kommen, wobei dann im Gegensatz zu einer galvanischen Bindung ein
Abrichten der Schleifscheibe 1 während des Schleifens erforderlich
ist.
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Bei
der Herstellung des Kugelgewindes 3 an Kugelgewindestangen
als Werkstücke 2 wird
der Gewindegang 8 vor der Schleifbearbeitung nicht mechanisch
vorbearbeitet, d.h. die Bearbeitung mittels der Schleifscheibe 1 erfolgt
ins volle Material, wobei die drei Stufen 5, 6 und 7 nacheinander
in Eingriff kommen und die nachfolgenden Stufen 6 bzw. 7 nur
noch denjenigen Teil des zu fertigenden Gewindegangs 8 zerspanen
müssen,
der von der vorhergehenden Stufe 5 bzw. 6 nicht
zerspant wurde. Des weiteren wird das Werkstück 2 vor der Schleifbearbeitung
gehärtet,
um auf ein späteres
Richten desselben verzichten zu können.
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In 2 ist
das mit der Schleifscheibe 1 unter Verwendung des oben
beschriebenen Verfahrens hergestellte Werkstück 2, also die Kugelgewindestange,
dargestellt. Hierbei sind mittels gestrichelter Linien mehrere Kugeln 11 eingezeichnet,
die bei der Verwendung der Kugelgewindestange mit einer in 4 dargestellten
Ku gelgewindemutter als Werkstück 2 zum
Einsatz kommen. Das Kugelgewinde 3 weist im vorliegenden
Fall eine sehr geringe Steigung, beispielsweise eine Steigung von
7 mm auf, so dass der Gewindeein- und -auslauf auf dem Werkstück 2 entsprechend
kurz sind.
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In 3 ist
eine alternative Ausführungsform der
Schleifscheibe 1 dargestellt, deren Schleifkörper 4 lediglich
zwei Stufen, nämlich
die erste, zur Vorbearbeitung dienende Stufe 5 und die
dritte, zur Fertigbearbeitung der Werkstücke 2 dienende Stufe 7 aufweist.
Des weiteren ist erkennbar, dass die beiden Stufen 5 und 7 durch
einzelne, zu der Schleifscheibe 1 zusammengesetzte Scheiben
bzw. Schleifkörper 4 gebildet
sind. Bei dem mit dieser Schleifscheibe 1 zu bearbeitenden
Werkstück 2 handelt
es sich um eine Kugelgewindemutter, in deren Bohrung 12 der
in diesem Fall nicht dargestellte Gewindegang 8 des Kugelgewindes 3 eingebracht
wird. Vor der Bearbeitung des Werkstücks 2 mittels der
Schleifscheibe 1 erfolgt vorzugsweise eine mechanische,
insbesondere spanende Vorbearbeitung des Gewindegangs 8,
beispielsweise mittels einer Drehbearbeitung, da aufgrund des geringeren
Durchmessers der Schleifscheibe 1 nur eine geringere Zerspanungsleistung als
beim Schleifen von Außen-Kugelgewinden
erzielt werden kann. Statt eines Leerhubs beim Zurückfahren
der Schleifscheibe 1 kann dieselbe ein zweites Mal mit
einer geringeren Zustellung über
das Werkstück 2 geführt werden,
um eine verbesserte Oberflächenqualität und eine
höhere
Maßhaltigkeit
zu erzielen. Dies gilt auch für
das unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebene
Verfahren.
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In 3 ist
des weiteren zu erkennen, dass die Schleifscheibe 1 zur
Bearbeitung des Werkstücks 2 um
den Steigungswinkel α des
Kugelgewindes 3 gegen die Mittelachse 13 des Werkstücks 2 angestellt
wird. Dies kann auch bei der in 1 dargestellten
Bearbeitung der Kugelgewindestange vorgesehen sein, und es ist auf
diese Weise möglich,
Schleifscheiben 1 einzusetzen, bei denen die Gewindesteigung
nicht korrigiert ist. Vielmehr können
um diesen Winkel angestellte Schleifscheiben 1 exakt das
herzustellende Profil aufweisen und in das Werkstück 2 abbilden.
Ein Teil der fertigen Kugelgewindemutter ist in 4 dargestellt.
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- 1
- Schleifscheibe
- 2
- Werkstück
- 3
- Kugelgewinde
- 4
- Schleifkörper
- 5
- Erste
Stufe
- 6
- Zweite
Stufe
- 7
- Dritte
Stufe
- 8
- Gewindegang
- 9
- Grundkörper
- 10
- Schleifmittel
- 11
- Kugeln
- 12
- Bohrung
- 13
- Mittelachse