DE102007023894A1

DE102007023894A1 - Vorrichtung zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes eines Bauteiles

Info

Publication number: DE102007023894A1
Application number: DE200710023894
Authority: DE
Inventors: Uwe Rudolf; Martin Schoepf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-11-27
Also published as: CH703141B1; JP2008290235A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes (2) eines Bauteiles (3) mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis beschrieben. Das Bauteil (3) ist außerhalb des zu bearbeitenden Abschnittes entlang einer Drehachse zwischen zwei Halteeinrichtungen (4, 5) gehalten und ist mit wenigstens einer Schleifscheibe (6, 7) im Bereich des zu bearbeitenden Abschnittes (2) in Wirkverbindung bringbar. Es ist wenigstens eine zweite Schleifscheibe (7) vorgesehen, die ebenfalls mit dem zu bearbeitenden Abschnitt (2) des Bauteiles (3) in Eingriff bringbar ist, wobei die erste Schleifscheibe (6) und die zweite Schleifscheibe (7) in Bezug auf das Bauteil (3) zumindest in einer eine aus dem Schleifprozess resultierenden und auf das Bauteil einwirkenden Gesamtkraft minimierenden Anordnung positioniert sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes eines Bauteiles gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Schleifmaschinen zum Außenrundschleifen von langen und dünnen Bauteilen, die aus harten Werkstoffen hergestellt sind und ein hohes Längen-Durchmesser-Verhältnis, wie beispielsweise Ventilnadeln von Kraftstoffeinspritzsystemen, aufweisen, arbeiten entweder nach dem Spitzenlos-Schleifen-Prinzip oder nach dem Zwischenspitzen-Schleifen-Prinzip.
Beim Zwischenspitzenschleifen ist ein Bauteil im Bereich seiner Enden zwischen dornartigen Bereichen von Halteeinrichtungen gehalten und um eine zwischen den Spitzen der dornartigen Bereiche verlaufende Drehachse drehbar angeordnet. Während des eigentlichen Schleifvorganges wird eine scheibenförmige Schleifscheibe mit dem zu schleifenden Abschnitt des Bauteiles einseitig in Eingriff gebracht, die von einer Antriebseinrichtung angetrieben wird. Allgemein sind Schleifmaschinen zum Zwischenspitzenschleifen durch einen im Vergleich zu Schleifmaschinen zum spitzenlosen Schleifen durch einen geringeren maschinellen Aufwand gekennzeichnet und verursachen geringere Betriebskosten, da Umrüstvorgänge einfacher und weniger zeitaufwändig sind.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass durch den während der Bearbeitung einseitigen Eingriff der Schleifscheibe am Bauteil Bearbeitungskräfte angreifen, die das Bauteil entlang der Drehachse verbiegen und somit das Außenrundschleifen nicht in gewünschtem Umfang durchführbar ist. Hohe Anforderungen bezüglich Form- und Lagetoleranzen sind nur schwer umsetzbar, so dass eine wirtschaftliche Endbearbeitung eines Bauteiles durch Zwischenspitzen-Schleifen in nicht befriedigender Art und Weise möglich ist.
Aus diesem Grund wird das Außenrundschleifen von Bauteilen häufig mittels nach dem Spitzenlos-Schleif-Prinzip arbeitenden Schleifmaschinen durchgeführt, bei dem ein zu bearbeitendes Bauteil auf einer Schiene aufliegt und von einer ersten Schleifscheibe geschliffen und von einer so genannten Regelscheibe an der Schleifscheibe vorbei geführt wird. Dabei hält die Regelscheibe das zu bearbeitende Bauteil in Position und prägt diesem während des Schleifprozesses in axialer Richtung des Bauteiles einen so genannten Vorschub auf.
Aus der DE 199 40 685 A1 ist ein Verfahren zum spitzenlosen Schräg-Einsteckschleifen und eine Schleifmaschine bekannt. Mit dem Verfahren und der Schleifmaschine ist ein im Wesentlichen zylindrische Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers und mindestens eine zwischen den Abschnitten liegende Schulter aufweisendes Bauteil bzw. Werkstück schleifbar. Eine an ihrem Umfang konisch ausgebildete Schleifscheibe ist um ihre zur Werkstückachse um einen vorbestimmten Winkel geneigte Achse drehbar angeordnet. Mindestens eine Mantellinie des Umfangs wird in Eingriff mit dem Werkstück gebracht.
Die DE 199 40 686 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum CNC-gesteuerten Abrichten einer Regelscheibe einer Schleifmaschine für einen spitzenlosen Schleifprozess an einem Werkstück sowie ein Verfahren zum spitzenlosen Schleifen und eine nach dem Spitzenlos-Schleif-Prinzip arbeitende Schleifmaschine, mittels der ein Werkstück an seiner Außenseite schleifbar ist. Dabei wird ein Abrichtwerkzeug für die Regelscheibe unter numerischer Steuerung ihrer Bewegung mit der Regelscheibe in Eingriff gebracht und an dieser entlang geführt, um ein vorbestimmtes Umfangprofil der Regelscheibe zu erzeugen. Es werden vorbestimmte erste, die Durchführung des Schleifprozesses bestimmende Parameter der Schleifmaschine sowie vorbestimmte zweite, die Durchführung des Schleifprozesses bestimmende Parameter des Werkstücks erfasst.
Des Weiteren ist aus der DE 199 40 687 A1 eine Schleifmaschine zum spitzenlosen Schleifen von Werkstücken bekannt, die im Bereich einer Längsebene der Schleifmaschine auf einer Auflage angeordnet sind. Die Schleifmaschine umfasst einen seitlich von der Längsebene angeordneten ersten Schlitten für eine Schleifscheibe, einen ebenfalls seitlich von der Längsebene angeordneten zweiten Schlitten für eine Regelscheibe, ein erstes Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Schleifscheibe an einer ersten vorbestimmten Position und ein zweites Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Regelscheibe an einer zweiten vorbestimmten Position. Die Positionen befinden sich im Bereich der Längsebene.
Beim Spitzenlos-Schleifen ist das Bauteil jedoch nicht wie beim Zwischenspitzen-Schleifen in einem Futter bzw. zwischen den zwei Spitzen der Halteeinrichtungen eingespannt, weshalb das Bauteil nicht in Bezug auf die durch die Spitzen vordefinierte Drehachse am äußeren Umfang rund schleifbar ist. Des Weiteren ist die Zugänglichkeit diverser In-Prozess-Messtechnik beim Spitzenlos-Schleifen durch das benötigte Auflagelineal bzw. die Schiene sehr eingeschränkt.
Zusätzlich sind Schleifmaschinen zum spitzenlosen Schleifen von Werkstücken konstruktiv aufwändig und verursachen hohe Betriebskosten, welche durch komplexe und zeitintensive Umrüsttätigkeiten verursacht werden.
Technische Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Rundschleifen zur Verfügung zu stellen, welche konstruktiv einfach ist und mit geringen Betriebskosten verursacht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes eines Bauteiles mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis, bei der das Bauteil außerhalb des zu bearbeitenden Abschnittes entlang einer Drehachse zwischen zwei Halteeinrichtungen gehalten ist und mit wenigstens einer Schleifscheibe im Bereich des zu bearbeitenden Abschnittes in Wirkverbindung bringbar ist, ist wenigstens eine zweite Schleifscheibe vorgesehen, die ebenfalls mit dem zu bearbeitenden Abschnitt des Bauteiles in Eingriff bringbar ist, wobei die erste Schleifscheibe und die zweite Schleifscheibe in Bezug auf das Bauteil zumindest in einer eine aus dem Schleifprozess resultierenden und auf das Bauteil einwirkenden Gesamtkraft minimierenden Anordnung positioniert sind.
Somit sind mit der Vorrichtung nach der Erfindung Bauteile über Zwischenspitzen-Schleifen bearbeitbar und während der Bearbeitung eines Bauteiles auftretende Bearbeitungskräfte durch die wenigstens zwei in geeigneter Art und Weise am Werkstück angreifenden Schleifscheiben wenigstens annähernd kompensierbar, womit Verbiegungen des Bauteiles während der Bearbeitung bzw. während eines Außenrundschleifens auf einfache und kostengünstige Art und Weise vermeidbar bzw. im Vergleich zu bekannten Schleifmaschinen in einem für eine angestrebte Bearbeitungsgüte erforderlichen Umfang reduzierbar sind.
Darüber hinaus sind durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Bearbeitungszeiten eines Bauteiles im Vergleich zu bekannten Schleifmaschinen kürzer, da der Schleifprozess auf mehrere, d. h. wenigstens zwei, Eingriffsstellen bzw. Werkzeuge verteilt ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung greifen die Schleifscheiben während des Schleifprozesses wenigstens annähernd um 175° bis 185°, vorzugsweise um 180°, zueinander versetzt am Bauteil an, womit die auf das Bauteil einwirkenden Normalkräfte im Wesentlichen neutralisiert werden und auf einfache Art und Weise ein gutes Schleifergebnis erzielt wird.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Rundschleifen nach der Erfindung sind die Schleifscheiben rotatorisch entweder mit gleicher Richtung oder mit entgegengesetzter Richtung antreibbar, während das Bauteil selbst wiederum rotatorisch antreibbar ausgeführt ist. Damit stellt sich im Bereich der Kontaktzonen zwischen dem Bauteil und den Schleifscheiben entweder ein Gegenlauf oder ein Gleichlauf ein, wobei die Kompensation der in tangentialer Richtung am Bauteil angreifenden Bearbeitungskräfte zwischen dem Bauteil und den beiden Schleifscheiben im Gleichlauf unterstützt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind den Patentansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematisierte Seitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung; und
2 eine schematisierte Draufsicht der Vorrichtung gemäß 1.
Ausführungsform der Erfindung
In 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes 2 eines Bauteiles 3 mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis in stark schematisierter Darstellung gezeigt. Das Bauteil 3 ist außerhalb des zu bearbeitenden Abschnittes 2 entlang einer Drehachse 17 zwischen zwei Halteeinrichtungen 4, 5 gehalten und ist mit wenigstens zwei Schleifscheiben 6, 7 im Bereich des zu bearbeitenden Abschnittes 2 in Wirkverbindung bringbar.
Die Schleifscheiben 6, 7 bzw. damit verbundene Schleifspindelstöcke 8, 9 sind auf nicht näher dargestellten und unabhängig voneinander verfahrbaren Schlitten bzw. so genannten NC-Achsen montiert. Des Weiteren sind die Schleifscheiben 6 und 7 über an sich bekannte Antriebseinrichtungen 10, 11 in die in der 1 durch die Doppelpfeile 12, 13 dargestellten Richtungen rotatorisch antreibbar, während das Bauteil 3 ebenfalls durch eine weitere Antriebseinrichtung 14 in die durch den Doppelpfeil 15 dargestellten Richtungen drehbar ist. Die Schleifscheiben 6 und 7 sind hiervon abweichend auch jeweils nur in eine Drehrichtung antreibbar ausführbar, während das Bauteil 3 in beide Drehrichtungen antreibbar ist.
Das zwischen Spitzen 4A, 5A der Halteeinrichtungen 4, 5 aufgenommene Bauteil 3 ist auf einem nicht näher dargestellten Maschinenbett der Vorrichtung 1 durch die beiden Schleifscheiben 6 und 7 gleichzeitig bearbeitbar. Die beiden Schleifscheiben 6 und 7 sind um 180° zueinander versetzt angeordnet und sind während des Schleifprozesses gleichzeitig mit dem Bauteil 3 in Eingriff. Dadurch kompensieren sich die während der Bearbeitung entstehenden Prozesskräfte F_res,1 und F_res2, welche aus den jeweils in einer Kontaktzone zwischen dem Bauteil 3 und der Schleifscheibe 6 bzw. dem Bauteil 3 und der Schleifscheibe 7 auftretenden Normalkräfte F_n,1 und F_n,2 sowie den Tangentialkräften F_t,1 und F_t,2 resultieren.
Vorliegend wird zur Kompensation der während des Schleifprozesses des Bauteiles 3 angreifenden Schleifkräfte F_res,1 und F_res2, im Bereich beider Kontaktflächen, d. h. im Bereich der Kontaktzone zwischen dem Bauteil 3 und der Schleifscheibe 6 sowie im Bereich der Kontaktzone zwischen dem Bauteil 3 und der Schleifscheibe 7, ein Gleichlauf eingestellt. Hierfür werden die Drehrichtungen der Schleifscheiben 6 und 7 sowie des Bauteiles 3 derart aufeinander abgestimmt, dass der Schleifprozess zwischen der Schleifscheibe 6 und dem Bauteil 3 und zwischen der Schleifscheibe 7 und dem Bauteil 3 im Gleichlaufverfahren stattfindet.
Wird der Schleifprozess beispielsweise zwischen der Schleifscheibe 6 und dem Bauteil 3 in Gleichlauf und zwischen der Schleifscheibe 7 und dem Bauteil 3 im Gegenlaufverfahren durchgeführt, werden lediglich die Normalkraftkomponenten F_n,1 und F_n,2 der resultierenden Schleifkräfte bzw. Prozesskräfte F_res,1 und F_res2 kompensiert, wohingegen sich die Tangentialkräfte F_t,1 und F_t,2 nicht ausgleichen. Da die Tangentialkräfte F_t,1 und F_t,2 den Schleifprozess bzw. die Bearbeitungsgüte in geringerem Umfang beeinträchtigen als die Normalkraftkomponenten F_n,1 und F_n,2 der resultierenden Schleifkräfte bzw. Prozesskräfte F_res,1 und F_res2, ist der Schleifprozess auch im Gegenlauf gegenüber der Bearbeitung von Bauteilen mit herkömmlichen Schleifmaschinen zum Zwischenspitzen-Schleifen verbessert.
Um gegebenenfalls im Gegenlauf auch die am Bauteil angreifenden Tangentialkräfte F_t,1 und F_t,2 abstützen zu können, ist vorliegend eine Stützeinrichtung 16 vorgesehen, mittels der an dem Bauteil 3 während des Schleifprozesses angreifende Belastungen abgestützt und aus den Tangentialkräfte F_t,1 und F_t,2 resultierende Verformungen des Bauteiles 3 auf einfache Art und Weise vermieden werden können. Dabei kann die Stützeinrichtung 16 als eine aus dem Stand der Technik bekannte Stützlünette ausgebildet sein.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rundschleifen von mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis ausgeführten Bauteilen geeignet, die sich bei aus dem Stand der Technik bekannten Schleifmaschinen während eines Zwischenspitzen-Schleif-Prozesses aufgrund der Bearbeitungskräfte verformen bzw. durchbiegen, da aufgrund der wenigstens teilweisen Kompensation der am Bauteil auftretenden Bearbeitungskräfte eine Verformung vermieden und eine Bearbeitungsgüte auf einfache Art und Weise verbessert wird.
Des Weiteren ist der konstruktive Aufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu Schleifmaschinen, mittels welchen Bauteile spitzenlos geschliffen werden, kleiner und mit wesentlich geringerem Aufwand umrüstbar, wodurch die Vorrichtung nach der Erfindung mit niedrigeren Betriebskosten als die aus dem Stand der Technik bekannten Schleifmaschinen betreibbar ist.
Es liegt im Ermessen des Fachmannes in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles zum Rundschleifen eines Bauteiles auch mehr als zwei gleichmäßig am Umfang eines zu bearbeitenden Bauteiles angeordnete Schleifscheiben vorzusehen, um ein Bauteil mittels Zwischenspitzen-Schleifen in der vorbeschriebenen Art und Weise mit der gewünschten Rundheit und Oberflächengüte auszuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19940685 A1 [0006]
- DE 19940686 A1 [0007]
- DE 19940687 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung (1) zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes (2) eines Bauteiles (3) mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis, wobei das Bauteil (3) außerhalb des zu bearbeitenden Abschnittes (2) entlang einer Drehachse zwischen zwei Halteeinrichtungen (4, 5) gehalten ist und im Bereich des zu bearbeitenden Abschnittes (2) mit wenigstens einer Schleifscheibe (6) in Wirkverbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Schleifscheibe (7) vorgesehen ist, die ebenfalls mit dem zu bearbeitenden Abschnitt (2) des Bauteiles (3) in Eingriff bringbar ist, wobei die erste Schleifscheibe (6) und die zweite Schleifscheibe (7) in Bezug auf das Bauteil (3) zumindest in einer eine aus dem Schleifprozess resultierenden und auf das Bauteil (3) einwirkenden Gesamtkraft minimierenden Anordnung positioniert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben (6, 7) während des Schleifprozesses wenigstens annähernd um 175° bis 185°, vorzugsweise um 180°, zueinander versetzt am Bauteil angreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben (6, 7) rotatorisch mit gleicher Richtung antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben (6, 7) rotatorisch mit entgegengesetzter Richtung antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) rotatorisch antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützeinrichtung (16) vorgesehen ist, die mit dem Bauteil (3) vorzugsweise im Bereich des Abschnittes (2) während des Schleifprozesses in Wirkverbindung bringbar ist, um an dem Bauteil (3) während des Schleifprozesses angreifende Belastungen abzustützen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben (6, 7) auf unabhängig voneinander verfahrbaren Schlitten angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) eine Ventilnadel eines Kraftstoffeinspritzsystems ist.