DE102005014108A1

DE102005014108A1 - Schleifverfahren und Schleifmaschine

Info

Publication number: DE102005014108A1
Application number: DE200510014108
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Thomas; Hans-Joachim Nowak; Ralf Reiter; Thomas Werner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-09-28
Also published as: JP2011177889A; JP5318914B2; CN1836841B; JP2006263911A; CN1836841A; JP4854352B2

Abstract

Es werden ein Schleifverfahren und eine Schleifmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes (12), vorzugsweise aus einem spröden Werkstoff, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik, angegeben, bei dem das Werkstück (12) an einer Werkstückaufnahme (14) eingespannt und rotierend um eine Rotationsachse (16) angetrieben wird. Dabei wird das Werkstück (12) mittels eines Schleifwerkzeuges (18), das um eine Schleifspindelachse (20) rotierend angetrieben ist, bearbeitet, wobei die Schleifspindelachse (20) senkrecht zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) ausgerichtet ist und wobei die Zustellung des Schleifwerkzeuges (18) senkrecht zur Schleifspindelachse (20) erfolgt. Alternativ kann auch ein Topfschleifwerkzeug zum Innenrundschleifen oder Außenrundschleifen verwendet werden (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes aus Glas, Glaskeramik oder Keramik. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung eines derartigen Schleifverfahrens geeignete Schleifmaschine.

In der Metallbearbeitung sind Schleifverfahren seit Jahrzehnten gebräuchlich und werden in den unterschiedlichsten Ausführungsformen verwendet. Obwohl eine unmittelbare Übertragung der für den Metallbereich bekannten Schleifverfahren auf spröde Werkstoffe, wozu etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik gehören können, grundsätzlich möglich ist, so berücksichtigen diese Schleifverfahren jedoch nicht die speziellen Eigenschaften der zu bearbeitenden Werkstücke. Insbesondere wenn Großbauteile mit einer Masse von mindestens 100 kg oder mehr möglichst schnell und zeitsparend mit einer relativ hohen Genauigkeit bearbeitet werden sollen, so erfordert dies besondere Schleifverfahren und teilweise besondere Schleifwerkzeuge, um optimale Ergebnisse erzielen zu können.

In diesem Zusammenhang geht es unter anderem um ein Außenrundschleifen, um ein Innenrundschleifen und um ein Planschleifen von Werkstücken.

Beim Außenrundschleifen wird das Werkstück bekanntlich entweder fliegend an einem Ende oder an beiden Enden eingespannt und mittels einer zylindrischen Schleifscheibe an seiner Außenoberfläche geschliffen, wobei die Schleifscheibe um eine Schleifspindelachse rotiert, die parallel zur Rotationsachse des Werkzeuges ausgerichtet ist und wobei der Vorschub in Richtung der Schleifspindelachse erfolgt.

Beim Innenrundschleifen wird gleichfalls mit einer zylindrischen Schleifscheibe gearbeitet, die um eine parallel zur Rotationsachse des Werkzeuges ausgerichtete Schleifspindelachse rotiert, wobei der Vorschub gleichfalls in Richtung der Schleifspindelachse erfolgt.

Beim Planschleifen mittels einer zylindrischen Schleifscheibe ist ein Umfangsschleifen auf einem Rundtisch bekannt, bei dem das Werkstück auf dem Rundtisch in Rotation versetzt wird und mittels einer rotierenden zylindrischen Schleifscheibe geschliffen wird, die um eine Schleifspindelachse rotiert, die radial zur Rotationsachse des Rundtisches ausgerichtet ist, wobei der Vorschub der Schleifscheibe in Richtung der Schleifspindelachse erfolgt.

In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die DE 2 222 373 A1 hingewiesen, die ein Verfahren zum Schleifen der Planseite von Zahnradkörpern zeigt, wobei die Zahnradkörper mittels einer rotierend angetriebenen Planschleifscheibe plangeschliffen werden, während der jeweilige Zahnradkörper auf einem Werkstücktisch relativ zur Planschleifscheibe gedreht wird.

Ein derartiges Planschleifverfahren ist allerdings nur zum Planschleifen von relativ kleinen Flächen geeignet, da außer einer Relativdrehung zwischen Werkstück und Planschleifscheibe keinerlei Vorschub erfolgt.

Ferner ist aus der DE 25 09 989 A1 ein Verfahren zur Herstellung von drehsymmetrischen Steinkörpern bekannt, bei dem ein Steinrohling in Eigendrehung um seine Rotationsachse versetzt wird und mittels einer rotierenden Schleifscheibe bearbeitet wird. Dabei wird zur Herstellung wenigstens einer quer zum Umfang des Steinkörpers verlaufenden Rundung dieser mit seiner Einspannvorrichtung jeweils nach einem entlang eines Umfangsstreifens erfolgenden Schleifvorgang relativ zu dem Schleifwerkzeug um eine Achse quer zur Rotationsachse des Steines verschwenkt.

Dieses Schleifverfahren ist allerdings speziell zur Bearbeitung von Curling-Steinen ausgebildet, die eine abgerundete Stirnfläche aufweisen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes aus Glas, Glaskeramik oder Keramik zu schaffen, mit dem eine möglichst hohe Abtragsleistung bei hoher Präzision erzielt werden kann. Ferner soll eine zur Durchführung eines derartigen Schleifverfahrens geeignete Schleifmaschine angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes aus Glas, Glaskeramik oder Keramik mit folgenden Schritten gelöst:

– Einspannen des Werkstückes an einer Werkstückaufnahme,
– rotierendes Antreiben des Werkstückes um eine Rotationsachse,
– Bearbeiten des Werkstückes mittels eines Schleifwerkzeuges, das um eine Schleifspindelachse rotierend angetrieben ist,
– wobei die Schleifspindelachse senkrecht zur Rotationsachse des Werkstückes ausgerichtet ist und
– wobei die Zustellung des Schleifwerkzeuges senkrecht zur Schleifspindelachse erfolgt.

Erfindungsgemäß erfolgt im Gegensatz zum Stand der Technik die Zustellung des Schleifwerkzeuges senkrecht zur Schleifspindelachse, wodurch sich sowohl ein Planschleifen als auch ein Außenrundschleifen mit besonders hoher Abtragsleistung und guter Präzision durchführen lässt.

Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zustellung des Schleifwerkzeuges zum Außenrundschleifen parallel zur Rotationsachse des Werkstückes.

Auf diese Weise kann ein Außenrundschleifen mit hoher Abtragsleistung und guter Präzision realisiert werden, das eine deutliche Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Außenrundschleifen mit zylindrischer Planschleifscheibe darstellt, bei dem die Schleifspindelachse parallel zur Rotationsachse des Werkstückes ausgerichtet ist.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt die Zustellung des Schleifwerkzeuges zum Planschleifen senkrecht zur Rotationsachse des Werkstückes.

Auf diese Weise kann ein Planschleifvorgang mit rotierend angetriebenem Werkstück besonders vorteilhaft ausgeführt werden. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine besonders hohe Abtragsleistung, da das Werkstück durch seine Rotationsbewegung praktisch gegen die Stirnfläche des Schleifwerkzeuges bewegt wird, so dass der Hauptabtrag insbesondere an der Stirnfläche des Schleifwerkzeuges erfolgt. Während eine derartige Anordnung bei metallischen Werkstücken vermieden werden sollte, ist ein derartiges Schleifverfahren für grundsätzlich spröde Werkstoffe aus Glas, Glaskeramik oder Keramik besonders vorteilhaft.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Schleifmaschine, insbesondere zum Bearbeiten von spröden Werkstoffen, wie Glas, Glaskeramik oder Keramik, gelöst, mit einer Werkzeugaufnahme zum Spannen und Antreiben eines Werkzeuges um eine Rotationsachse, mit einer Schleifspindel zum Antrieb eines Schleifwerkzeuges um eine Schleifspindelachse und mit einem Vorschubantrieb zum Erzeugen eines Vorschubs zwischen Werkzeug und Schleifspindel, wobei die Schleifspindelachse senkrecht zur Rotationsachse des Werkstückes ausgerichtet ist und der Vorschubantrieb eine Zustellung der Schleifspindel senkrecht zur Schleifspindelachse erlaubt.

Hierbei kann der Vorschubantrieb derart ausgerichtet sein, dass eine Zustellung der Schleifspindel parallel zur Rotationsachse des Werkstückes entlang dessen Außenseite ermöglicht ist. In diesem Fall ist die Schleifmaschine zum Außenrundschleifen ausgebildet.

Des Weiteren kann der Vorschubantrieb derart angeordnet sein, dass eine Zustellung der Schleifspindel senkrecht zur Rotationsachse des Werkstückes entlang seiner Stirnfläche ermöglicht ist.

In diesem Fall ist die Schleifmaschine zum Planschleifen des Werkstückes auf einem Rundtisch ausgebildet.

Natürlich können auch beide Ausführungsformen miteinander kombiniert sein, so dass die Schleifmaschine sowohl das erfindungsgemäße Außenrundschleifen als auch das erfindungsgemäße Planschleifen ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes aus Glas, Glaskeramik oder Keramik mit folgenden Schritten gelöst:

– Einspannen des Werkstücks an einer Werkstückaufnahme,
– Rotierendes Antreiben des Werkstückes um eine Rotationsachse,
– Bearbeiten des Werkstückes mittels eines Topfschleifwerkzeuges, das um eine Schleifspindelachse rotierend angetrieben ist,
– wobei die Schleifspindelachse parallel zur Rotationsachse des Werkstückes angeordnet ist und die Zustellung in Richtung der Schleifspindelachse erfolgt.

Dieses Schleifverfahren geht von dem bekannten Außenrundschleifen oder Innenrundschleifen aus, jedoch wird im Gegensatz zur Verwendung eines zylindrischen Schleifwerkzeuges erfindungsgemäß mit einem Topfschleifwerkzeug gearbeitet.

Auch auf diese Weise lässt sich eine größere Abtragsleistung bei der Bearbeitung von grundsätzlich spröden Werkstoffen, wie Glas, Glaskeramik oder Keramik, erreichen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung dieser Variante wird das Werkstück an seiner Innenfläche mit dem Topfschleifwerkzeug geschliffen, so dass ein Innenrundschleifen erfolgt.

Gemäß einer weiteren Variante dieses Verfahrens wird das Werkstück an seiner Außenoberfläche mit dem Topfschleifwerkzeug geschliffen.

Auf diese Weise wird ein Außenrundschleifen ermöglicht.

Die erfindungsgemäßen Schleifverfahren eignen sich besonders vorteilhaft zum Schleifen von großen Werkstücken mit einer Masse von mindestens 100 kg oder mehr, die aus grundsätzlich spröden Werkstoffen bestehen, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik.

Hierbei handelt es sich vorzugsweise um gegossene Werkstücke aus Glas, Glaskeramik oder Keramik.

Jedoch können natürlich grundsätzlich auch keramische Werkstücke, die auf andere Weise, beispielsweise durch Sinterverfahren, hergestellt sind, auf diese Weise bearbeitet werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 eine erste Ausführung der Erfindung in Prinzipdarstellung zum Außenrundschleifen eines rotationssymmetrischen Werkstückes;
2 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführung der Erfindung zum Planschleifen eines Werkstückes auf einem angetriebenen Rundtisch in der Seitenansicht;
3 eine Aufsicht der Anordnung gemäß 2;
4 eine Prinzipskizze einer Schleifmaschine zur Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zum Außenrundschleifen eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit einem Topfschleifwerkzeug und
6 eine weitere Prinzipdarstellung der Erfindung zum Innenrundschleifen eines Werkstückes mit einem Topfschleifwerkzeug.
In 1 ist eine Anordnung zum Außenrundschleifen eines Werkstückes 12 schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
Die Anordnung 10 weist eine Werkstückaufnahme 14 auf, die lediglich schematisch angedeutet ist. An der Werkstückaufnahme 14 kann ein Werkstück 12 von innen oder außen an einem Ende gespannt werden. Zur Bearbeitung des Werkstückes 12 ist eine Schleifspindel vorgesehen, von der nur ein am äußeren Ende befestigtes zylindrisches Schleifwerkzeug 18 zu sehen ist. Das Schleifwerkzeug 18 kann um eine Schleifspindelachse 20 der Schleifspindel mittels eines nicht näher dargestellten Antriebes mit hoher Drehzahl angetrieben werden. Das Schleifwerkzeug 18 kann vorteilhaft auch als Topfschleifwerkzeug ausgebildet sein.
Ferner kann die Schleifspindel mittels eines Vorschubantriebes, der an einer geeigneten Führung angeordnet ist und entlang dieser mit einer einstellbaren Vorschubgeschwindigkeit verfahr bar ist (nicht dargestellt), in Richtung eines Pfeiles 24 parallel zur Rotationsachse 16 des Werkzeuges bzw. der Werkstückaufnahme 14 verfahren werden. Dabei ist die Schleifspindelachse 20 derart angeordnet, dass diese senkrecht zur Rotationsachse des Werkstückes 12 bzw. der Werkstückaufnahme 14 ausgerichtet ist.
Im Gegensatz zum in der Metallbearbeitung bekannten Außenrundschleifen ist hierbei die Schleifspindelachse 20 nicht parallel zur Rotationsachse 16 des Werkzeuges 12 bzw. der Werkstückaufnahme 14 angeordnet, sondern ist dazu senkrecht angeordnet und wird senkrecht zur Schleifspindelachse 20 durch den Vorschubantrieb bewegt. Auf diese Weise wird die Außenoberfläche des Werkstückes 12 hauptsächlich mit der Stirnfläche des Schleifwerkzeuges 18 bearbeitet, da das Werkstück 12 in Richtung des Pfeiles 26 um seine Rotationsachse 16 angetrieben ist und das dazu senkrecht angeordnete Schleifwerkzeug 18 in Richtung des Pfeiles 22 um die Schleifspindelachse 20 angetrieben ist.
Mit einer derartigen Anordnung kann insbesondere bei spröden Werkstoffen, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik, eine besonders gute Zerspanungsleistung erzielt werden.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in den 2 und 3 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet. Die Anordnung 10a weist hierbei eine Werkstückaufnahme 14 in Form eines Rundtisches auf, der um eine Rotationsachse 16 angetrieben werden kann, wie durch den Pfeil 26 angedeutet ist. Auf der Werkstückaufnahme 14 ist in nicht näher dargestellter Weise ein Werkstück 12 aufgespannt.
Mit dieser Anordnung 10a ist ein Planschleifen der Stirnfläche des Werkstückes 12 ermöglicht. Dazu ist die Schleifspindelachse 20 horizontal ausgerichtet, also senkrecht zur vertikal ausgerichteten Rotationsachse des Werkstückes 12. An der Schleifspindel ist ein zylindrisches Schleifwerkzeug 18 gehalten und kann, wie durch den Pfeil 22 angedeutet, um die Schleifspindelachse 20 mit hoher Frequenz rotatorisch angetrieben werden. Die Vorschubbewegung der Schleifspindel erfolgt, wie durch den Pfeil 24 angedeutet, senkrecht zur Schleifspindelachse, d.h. in Horizontalrichtung.
Wiederum ergibt sich auch bei dieser Ausführung eine besonders gute Zerspanungsleistung bei der Bearbeitung insbesondere von spröden Werkstoffen, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik, da hierbei die Hauptschleifleistung wiederum an der Stirnfläche des zylindrischen Schleifwerkzeuges 18 erzeugt wird. Wiederum kann das Schleifwerkzeug auch vorteilhaft als Topfschleifwerkzeug ausgebildet sein.
In 4 ist eine Schleifmaschine, die sowohl zum Außenrundschleifen als auch zum Planschleifen wie vorstehend erläutert geeignet ist, äußerst schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 100 bezeichnet. Die Schleifmaschine 100 weist eine Werkstückaufnahme 114 auf, die mittels eines Antriebes 124 rotierend antreibbar ist. Eine horizontal ausgerichtete Schleifspindel 120 kann mittels eines nicht näher dargestellten Antriebes mit hoher Frequenz von beispielsweise bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr angetrieben werden. Die Schleifspindel 120 kann entlang einer ersten Führung 122 in nicht näher dargestellter Weise mittels eines Antriebes in Horizontalrichtung verfahren werden. Die erste Führung 122 ist an einer zweiten Führung 118 aufgenommen und kann entlang dieser in Vertikalrichtung mittels eines nicht näher dargestellten Antriebes verfahren werden. So kann die horizontal ausgerichtete Schleifspindel 120 mit einem daran aufgenommenen Schleifwerkzeug an den gewünschten Positionen horizontal oder vertikal mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit linear verfahren werden. Die Schleifmaschine 100 unterscheidet sich von bekannten Schleifmaschinen durch die horizontale Ausrichtung der Schleifspindel 120, die bei herkömmlichen Schleifmaschinen vertikal ausgerichtet ist.
In den 5 und 6 ist ein Außenrundschleifen und ein Innenrundschleifen dargestellt, das sich gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Außenrundschleifen bzw. Innenrundschleifen dadurch unterscheidet, dass als Schleifwerkzeug jeweils eine Topfschleifscheibe 18 verwendet wird.
Bei der Anordnung 10b gemäß 5 ist die Schleifspindelachse 20 in Abwandlung zu der Ausführung gemäß 1 parallel zur Rotationsachse 16 des Werkstückes 12 bzw. der Werkstückaufnahme 14 ausgerichtet. Das gemäß dem Pfeil 22 um die Schleifspindelachse 20 rotierende Schleifwerkzeug 18 wird in Richtung des Pfeiles 24 parallel zur Rotationsachse 16 des Werkstückes 12 bzw. der Werkstückaufnahme 14 zugestellt.
Bei der Anordnung 10c gemäß 6, die zum Innenrundschleifen ausgebildet ist, wird die Innenoberfläche des Werkstückes 12 mit dem als Topfschleifscheibe ausgebildeten Schleifwerkzeug 18 geschliffen. Die Zustellung erfolgt wieder gemäß Pfeil 24 parallel zur Rotationsachse 16 des Werkstückes 12 bzw. der Werkstückaufnahme 14.

Claims

Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (12), vorzugsweise aus einem spröden Werkstoff, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik, mit folgenden Schritten: – Einspannen des Werkstückes (12) an einer Werkstückaufnahme (14), – rotierendes Antreiben des Werkstückes (12) um eine Rotationsachse (16), – Bearbeiten des Werkstückes (12) mittels eines Schleifwerkzeuges (18), das um eine Schleifspindelachse (20) rotierend angetrieben ist, – wobei die Schleifspindelachse (20) senkrecht zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) ausgerichtet ist und – wobei die Zustellung des Schleifwerkzeuges (18) senkrecht zur Schleifspindelachse (20) erfolgt.
Schleifverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zustellung des Schleifwerkzeuges (18) zum Außenrundschleifen parallel zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) erfolgt.
Schleifverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zustellung des Schleifwerkzeuges (18) zum Planschleifen senkrecht zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) erfolgt.
Schleifverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (12), vorzugsweise aus einem spröden Werkstoff, wie etwa Glas, Glaskeramik oder Keramik, mit folgenden Schritten: – Einspannen des Werkstückes (12) an einer Werkstückaufnahme (14), – rotierendes Antreiben des Werkstückes (12) um eine Rotationsachse (16), – Bearbeiten des Werkstückes (12) mittels eines Topfschleifwerkzeuges (18), das um eine Schleifspindelachse (20) rotierend angetrieben ist, – wobei die Schleifspindelachse (20) parallel zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) angeordnet ist und die Zustellung in Richtung der Schleifspindelachse (20) erfolgt.
Schleifverfahren nach Anspruch 4, bei dem das Werkstück (12) an seiner Innenoberfläche mit dem Topfschleifwerkzeug (18) geschliffen wird.
Schleifverfahren nach Anspruch 4, bei dem das Werkstück (12) an seiner Außenoberfläche mit dem Topfschleifwerkzeug (18) geschliffen wird.
Verwendung eines Schleifverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schleifen von gegossenen Werkstücken (12) aus Glas, Glaskeramik oder Keramik.
Schleifmaschine, insbesondere zum Bearbeiten von spröden Werkstoffen, wie Glas, Glaskeramik oder Keramik, mit einer Werkzeugaufnahme (114) zum Spannen und Antreiben eines Werkstückes (120) um eine Rotationsachse (16), mit einer Schleifspindel zum Antrieb eines Schleifwerkzeuges (18) um eine Schleifspindelachse (20) und mit einem Vorschubantrieb (118, 122) zum Erzeugen eines Vorschubs zwischen Werkstück (12) und Schleifspindel (120), wobei die Schleifspindelachse (20) senkrecht zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) ausgerichtet ist und der Vorschubantrieb (118, 122) eine Zustellung der Schleifspindel (120) senkrecht zur Schleifspindelachse (20) erlaubt.
Schleifmaschine nach Anspruch 8, bei der der Vorschubantrieb (118) eine Zustellung der Schleifspindel (120) parallel zur Rotationsachse (16) des Werkstückes (12) entlang dessen Außenseite erlaubt.
Schleifmaschine nach Anspruch 8, bei der der Vorschubantrieb (122) eine Zustellung der Schleifspindel (120) senkrecht zur Rotationsachse (16) des Werkstücks (12) entlang seiner Stirnfläche erlaubt.