DE102005024389B4

DE102005024389B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen der Außenumfangsfläche eines wellen- bzw. walzenförmigen Werkstückes

Info

Publication number: DE102005024389B4
Application number: DE102005024389.4A
Authority: DE
Inventors: André Kuckuk
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2025-05-28
Also published as: DE102005024389A1; WO2006125528A1

Abstract

Verfahren zum Schleifen einer Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen- oder walzenförmigen Werkstücks (3) mit einer rotierenden Schleifscheibe (1), bei dem entlang einer quer zu einer Längsachse (8) des Werkstücks (3) ausgerichteten NC-Achse (10) ein Stützelement (9) entgegengesetzt (Pfeil 12) zu einer Vorschubrichtung (11) der Schleifscheibe (1) bewegt wird, bei dem das Stützelement (9) diametral zu einem Eingriffspunkt der Schleifscheibe (11) bewegt wird, bei dem das Stützelement (9) gleichzeitig mit der Schleifscheibe (1) auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes (3) einwirkt, und bei dem eine Geschwindigkeit einer Vorschubbewegung des Stützelementes (9) entlang der NC-Achse (10) einer Geschwindigkeit einer Einstechbewegung der Schleifscheibe (1) entspricht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen einer Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen- oder walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe.
Hintergrund der Erfindung
In verfahrenstechnischen Produktionsprozessen werden vielfach massive oder rohrförmige Wellen und Walzen benötigt, die eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen müssen. Im Folgenden bezieht der Begriff Wellen auch Walzen ein. Zu diesem Zweck wird die Außenoberfläche der Welle einem Schleifprozess unterworfen, da an ihre Oberflächengüte und an ihre Maßhaltigkeit hohe Anforderungen gestellt werden.
Die so genannte Abbiegung des Werkstückes stellt eine wesentliche Beschränkung des Zerspanungsprozesses dar, denn bekanntermaßen kann sich die Welle beim Außenschleifen seitlich abbiegen, wenn die Schleifscheibe auf die Umfangsfläche der Welle einwirkt. Gleichzeitig wird die Haltekraft zwischen den Spannspitzen reduziert, in denen die Welle gehalten wird. Da die Spannung des Werkstückes zwischen den Spitzen nur durch axiale Spannkräfte erfolgt, ist ohne Werkstückunterstützung die Schleifnormalkraft geneigt, das Werkstück aus der Spannposition herauszudrücken. Dies führt häufig dazu, dass die fertige Welle von der idealen Zylinderform abweicht. Somit ist beim Schleifen ohne Werkstückunterstützung die Zerspanleistung auch durch die mögliche Spannkraft begrenzt.
Weiterhin gerät die Welle beim Bearbeitungsvorgang in selbst erregte Querschwingungen und rattert beim Schleifvorgang. Dadurch entstehen so genannte Rattermarken an der Umfangsfläche der Welle, welche die Oberflächenqualität erheblich verringern und die Welle für viele Anwendungen unbrauchbar machen. Darüber hinaus wird der Schleifprozess verlangsamt.
Damit ein Ausbiegen der Welle beim Schleifen deren Außenoberfläche möglichst verhindert werden kann, wird die Welle häufig durch einen oder mehrere Setzstöcke bzw. so genannte Lünetten an ihrem Außenumfang abgestützt. Solche Setzstöcke bzw. Lünetten bestehen in der Regel aus Stahlstützen, die als Auflage der zu bearbeitenden Welle dienen. Allerdings führen solche aus Stahl bestehenden Setzstöcke bzw. Lünetten zu Laufspuren an der Welle, welche die Oberflächenqualität verringern. Setzstöcke bzw. Lünetten können darüber hinaus nicht an der axialen Position der zu bearbeitenden Welle eingesetzt werden, an der die Schleifkräfte wirken.
Aus der WO 2004/007145 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen einer rotierenden Walze mit einer elastischen Setzstockauflage bekannt. Die Walze wird an ihren stirnseitigen Enden zwischen zwei Spitzen eines Werkstückspindelstockes und eines Reitstockes einer Schleifmaschine zum Schleifen deren Außenoberfläche mittels einer CBN-Schleifscheibe gespannt. Beim Schleifvorgang wird mindestens ein Polsterkörper aus einem elastischen Vollmaterial oder einer elastischen, mit einem elastischen Druckmedium gefüllten Außenhaut in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Umfangsbereich an die zu schleifende Walze angestellt, wobei die rotierende Schleifscheibe und die rotierende Walze in Längsrichtung der Walze an deren Außenumfang relativ zueinander bewegt werden. Damit erfolgt eine passive, nämlich pneumatische bzw. elastische Werkstückunterstützung während des Schleifprozesses. Zum Schleifen werden in einer einzigen Aufspannung jeweils eine Schleifscheibe für das Vorschleifen und das Fertigschleifen verwendet. Die Aufspannung der beiden Schleifscheiben wird entsprechend dem jeweiligen Arbeitsgang verstellt.
Nachteilig ist auch hier eine längere Bearbeitungszeit der Walze, die sich durch das Umstellen der Aufspannung der beiden Schleifscheiben ergibt. Des Weiteren kann die passive Werkstückunterstützung funktionsbedingt keine Schwingungen dämpfen. Darüber hinaus ist eine Leistungssteigerung des Schleifprozesses durch die passive Werkstückunterstützung geringer als durch eine aktive Unterstützung. Im Übrigen ist diese Lösung nur für Schleifverfahren vorgesehen, bei dem die Länge der Walze einem Vielfachen der Schleifscheibenbreite entspricht.
Die JP 2002120131 A beschreibt eine Schleifmaschine und ein darauf betreibbares Schleifverfahren, bei dem ein Andruckelement diametral gegenüber einem Angriffspunkt der Schleifscheibe am Werkstück abstützend auf dieses einwirkt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellenförmigen oder walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe zu schaffen, das eine Steigerung der Zerspanleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Bearbeitungszeit durch Verringerung der Ausbiegung des Werkstückes infolge der einwirkenden Schleifnormalkraft ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Abbiegung eines Werkstückes durch den Angriff des Bearbeitungswerkzeuges eine erhebliche Behinderung im Zerspanungsvorgang bewirken kann, die durch aktive Unterstützung des Werkstückes beseitigt werden muss.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass entlang einer quer zu einer Längsachse des Werkstückes ausgerichteten NC-Achse ein Stützelement entgegengesetzt zu einer Vorschubrichtung der Schleifscheibe bewegt wird, bei dem das Stützelement diametral zu einem Eingriffspunkt der Schleifscheibe bewegt wird, bei dem das Stützelement gleichzeitig mit der Schleifscheibe auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes einwirkt, und bei dem eine Geschwindigkeit einer Vorschubbewegung des Stützelementes entlang der NC-Achse einer Geschwindigkeit einer Einstechbewegung der Schleifscheibe entspricht.
Unter dem Begriff NC-Achse wird im Sinne der Erfindung eine Achse einer numerisch gesteuerten Maschine verstanden, deren Positionierung und Bewegung durch direkte Eingabe von Messwerten programmiert und durch eine NC-Schleifmaschine gesteuert wird.
Dre Unteranspruch beschreibt eine bevorzugte Weiterbildung oder Ausgestaltung der Erfindung. Demgemäß ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren ein Einstechschleifen der Außenumfangsfläche des zumindest einseitig gehaltenen wellenförmigen oder walzenförmigen Werkstückes mit der rotierenden Schleifscheibe erfolgt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirkt das Stützelement gleichzeitig mit der Schleifscheibe auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes ein. Dabei entspricht die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Stützelementes entlang der NC-Achse der Geschwindigkeit der Einstechbewegung der Schleifscheibe.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bewegung des Stützelementes mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgenommen wird.
Durch dieses Verfahren erfolgt eine aktive Unterstützung des zu bearbeitenden Werkstückes, insbesondere einer Welle oder Walze, die massiv oder hohl ausgebildet sein kann. Dabei werden die rotierende Schleifscheibe und das zumindest einseitig gehaltene Werkstück diametral zueinander bewegt. Gleichzeitig erfolgt eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Vorschubbewegung des Stützelementes entlang der NC-Achse entgegen der Vorschubbewegung der Schleifscheibe, wobei die NC-Achse quer, also rechtwinklig zur Längsachse des Werkstückes ausgerichtet ist.
Dadurch wird eine Abbiegung bzw. ein Herausdrücken des zu bearbeitenden Werkstückes aus der Spannposition infolge der einwirkenden Schleifnormalkraft und damit dessen außerzylindrische Verformung während des Schleifprozesses, insbesondere des Einstechschleifens, verhindert, da das Stützelement den nicht im Schleifvorgang verbrauchten Anteil der Schleifnormalkraft aufnimmt. Dies wiederum führt zu einer Steigerung der Zerspanleistung bei gleichzeitiger Verringerung der Bearbeitungszeit des Werkstückes.
Darüber hinaus ist diese aktive Werkstückunterstützung geeignet, beim Schleifen auftretende Schwingungen des zumindest einseitig gehaltenen weitgehend zylindrischen Werkstückes zu dämpfen. Dadurch, dass das Stützelement in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Außenumfangsbereich an das zu schleifende Werkstück angestellt wird, werden die Querschwingungen des Werkstückes sowie Schleifscheibenschwingungen aufgefangen. Deshalb erfolgt keinerlei Rattern des Werkstückes, so dass in vorteilhafter Weise auch keine Rattermarken und Oberflächenschädigungen auftreten.
Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für Schleifvorgänge geeignet, bei denen das Werkstück an seinen stirnseitigen Enden zwischen Spitzen gehalten wird. Es kann jedoch auch für Schleifvorgänge genutzt werden, bei denen das Werkstück nur an einer Stelle drehfest gehalten wird; beispielsweise in einem Spannfutter der Schleifmaschine. Weiterhin werden eine exakte Maßhaltigkeit und Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstückes gewährleistet.
Eine geeignete Vorrichtung zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellenförmigen oder walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe ist z. B. derart ausgebildet, dass das Werkstück während des Schleifens zwischen Spitzen einer Halterung oder im Spannfutter der Schleifmaschine eingespannt ist und entlang einer quer zur Längsachse des Werkstückes ausgerichteten NC-Achse ein Stützelement entgegengesetzt zur Vorschubrichtung der Schleifscheibe bewegbar ist, wobei das Stützelement diametral zum Eingriffspunkt der Schleifscheibe liegt.
Dabei kann das Stützelement als Gleitschuh ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Stützelement als mindestens eine Stützrolle ausgebildet sein.
Des Weiteren kann eine Steuereinrichtung zum Einstellen der Anstellkraft des Stützelementes gegen die Außenumfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückes vorgesehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt
1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schleifen der Außenumfangsfläche eines Werkstückes mit einer Schleifscheibe, und
2 eine Vorrichtung gemäß 1, bei der das Werkstück jedoch nur einseitig in einem Spannfutter eingespannt ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß 1 verfügt eine nicht näher gezeigte Schleifmaschine über eine Schleifscheibe 1, die um eine Mittenachse 2 rotiert. Die Schleifscheibe 1 ist mit einem wellenförmigen oder walzenförmigen Werkstück 3 in Eingriff bringbar, um dessen Außenoberfläche zu schleifen. Das Werkstück 3 ist zwischen einer Spitze 4 eines Reitstockes 6 und einer Spitze 5 eines Spindelstockes 7 der Schleifmaschine eingespannt und rotiert um seine Längsachse 8.
Diametral gegenüber der Schleifscheibe 1 ist ein Stützelement 9 angeordnet, das beispielsweise als Gleitschuh ausgebildet ist. Dieses Stützelement 9 ist gegen das zu bearbeitende Werkstück 3 angestellt.
Weiterhin ist eine NC-Achse 10 vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine X1-Achse der Schleifscheibe 1 und eine koaxial dazu verlaufende X2-Achse des Stützelementes 9. Der Pfeil 11 zeigt die Einstech- bzw. Vorschubbewegung der Schleifscheibe 1 und der Pfeil 12 die entgegengesetzt dazu verlaufende Vorschubbewegung des Stützelementes 9.
Das Stützelement 9 ist mit einer schematisch dargestellten Steuereinrichtung 13 verbunden, die zum Einstellen der Anstellkraft des Stützelementes 9 gegen die Außenumfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 3 dient. Während des Schleifvorganges bewegt die Steuereinrichtung 13 das Stützelement 9 diametral zur Vorschubbewegung der Schleifscheibe 1, so dass das Werkstück 3 vorteilhaft keine Abbiegung bzw. Durchbiegung erfährt.
2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie 1, jedoch ist das Werkstück 3 hier mit einem seiner beiden axialen Enden in ein Spannfutter 14 der Schleifmaschine eingespannt. Wie deutlich erkennbar ist, wurde an dem Werkstück 3 im Bereich der Schleifscheibe 15 durch deren Einstechschleifvorgang eine Durchmesserreduzierung erzielt.
Bezugszeichenliste

1: Schleifscheibe
2: Mittenachse
3: Werkstück
4: Spitze des Reitstockes
5: Spitze des Spindelstockes
6: Reitstock
7: Spindelstock
8: Längsachse
9: Stützelement
10: NC-Achse
11: Vorschubbewegung der Schleifscheibe
12: Vorschubbewegung des Stützelementes
13: Steuereinrichtung
14: Spannfutter
15: Schleifscheibe

Claims

Verfahren zum Schleifen einer Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen- oder walzenförmigen Werkstücks (3) mit einer rotierenden Schleifscheibe (1), bei dem entlang einer quer zu einer Längsachse (8) des Werkstücks (3) ausgerichteten NC-Achse (10) ein Stützelement (9) entgegengesetzt (Pfeil 12) zu einer Vorschubrichtung (11) der Schleifscheibe (1) bewegt wird, bei dem das Stützelement (9) diametral zu einem Eingriffspunkt der Schleifscheibe (11) bewegt wird, bei dem das Stützelement (9) gleichzeitig mit der Schleifscheibe (1) auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes (3) einwirkt, und bei dem eine Geschwindigkeit einer Vorschubbewegung des Stützelementes (9) entlang der NC-Achse (10) einer Geschwindigkeit einer Einstechbewegung der Schleifscheibe (1) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Einstechschleifen der Außenumfangsfläche des zumindest einseitig gehaltenen wellen- oder walzenförmigen Werkstücks (3) mit der rotierenden Schleifscheibe (1) erfolgt.