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Die Erfindung betrifft eine spitzenlose Rundschleifmaschine zum Schleifen von stangenförmigen Werkstücken mit zylindrischer Außenkontur im Durchlauf-Schleifverfahren mit den Merkmalen a bis d des Anspruchs 1 dieser Anmeldung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum spitzenlosen Rundschleifen von stangenförmigen Werkstücken mit den Merkmalen a bis d des Anspruchs 17 dieser Anmeldung. Eine Rundschleifmaschine und ein Verfahren dieser Art sind aus der
DE 101 00 871 C1 bekannt. Bei der Rundschleifmaschine nach dem Stand der Technik sind zwei einzelne Rundschleifmaschinen als getrennte Baugruppen auf einem gemeinsamen Fundament zu einer Einheit zusammengefasst. Das stangen- oder rohrförmige Werkstück läuft zum Schleifen nacheinander kontinuierlich durch die beiden getrennten Schleifeinheiten hindurch. Dabei steht in jeder Schleifeinheit eine verhältnismäßig breite zylindrische Schleifscheibe einem Paket von Regelscheiben gegenüber, die verhältnismäßig dünn sind und im Abstand voneinander auf einer gemeinsamen Spindel angeordnet sind. Die Schleif- und Regelscheiben befinden sich zusammen mit dem üblichen Stützlineal in einem gemeinsamen Axialbereich; auch sind die beiden Baugruppen in jeder Hinsicht voneinander unabhängig. Beispielsweise kann die Schleifgeometrie, d. h. die räumliche Zuordnung von Schleifscheibe, Regelscheibe und Stützlineal im Verhältnis zum Werkstück, in jeder der beiden Einheiten unterschiedlich sein.
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Bei der bekannten Rundschleifmaschine sind somit zwei im axialen Abstand voneinander befindliche Schleifspalte gebildet, durch die das stangen- oder rohrförmige Werkstück hindurchläuft. Die beiden Einheiten der bekannten Rundschleifmaschine können unterschiedlichen Aufgaben dienen; beispielsweise kann in der ersten Einheit das Schruppschleifen erfolgen, während in der zweiten Einheit das Schlichten vorgenommen wird. Es kann aber auch schon in der ersten Einheit mit dem Schlichten begonnen werden, sodass insgesamt für den Prozess des Schlichtens mehr Bearbeitungszeit zur Verfügung steht. Dadurch kann beim Schruppen mit geringerer Abtragrate der Werkzeugverschleiß deutlich verringert werden. Das Werkstück ist in beiden Einheiten der bekannten Schleifmaschine in der Weise in dem Schleifspalt angeordnet, dass es sich „unter der Mitte” befindet. In einer exakten Definition ist damit das Folgende gemeint: das Werkstück ist in radialer Richtung in dem sich erweiternden Schleifspalt nach Maßgabe einer Bezugsebene festgelegt, die durch die Dreh- und Antriebsachsen von Regelscheibe und Schleifscheibe gelegt ist; dabei befindet sich die Werkstück-Längsachse abgerückt von der genannten Bezugsebene innerhalb eines Teilbereichs des Schleifspalts zwischen dieser Bezugsebene und der Stützfläche des Auflagelineals. Diese Anordnung hat den Vorzug, dass das Werkstück in dem Schleifspalt zwischen Regel- und Schleifscheibe einerseits und der Stützfläche des Auflagelineals andererseits in gewisser Weise eingespannt ist. Es kann daher auch dann nicht aus dem Schleifspalt ausgeworfen werden, wenn mit größeren Schleifkräften gearbeitet wird. Somit kann beim Rundschleifen „unter der Mitte” mit einem hohen Zeitspanvolumen gearbeitet werden, und der axiale Vorschub des Werkstücks in der Schleifstrecke und im Schleifspalt kann hoch sein.
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Die Anordnung „unter der Mitte” wird daher in vielen Anwendungsfällen beim spitzenlosen Rundschleifen bevorzugt. Die Grenzen der Anordnung ergeben sich jedoch dann, wenn stangen- oder rohrförmige Werkstücke geschliffen werden sollen, die einen kleinen Durchmesser haben. Das Werkstück muss dann in einem Bereich des Schleifspaltes an der Schleif- und Regelscheibe anliegen, in dem die Außenkonturen der Scheiben schon in einen annähernd parallelen Verlauf übergehen. Das Werkstück liegt somit in dem Schleifspalt sehr weit oben, sodass es im schlimmsten Fall nach oben aus dem Schleifspalt herauswandern kann. Zumindest wird es immer schwieriger, mit dem üblichen Stützlineal eine sichere und ruhige Lage des Werkstücks beim Schleifen zu gewährleisten. Wenn der Schleifspalt immer enger wird, nähert man sich schließlich dem Bereich, in dem die Schleifscheiben aneinander stoßen würden; ein spitzenloses Rundschleifen von Werkstücken mit kleinem Durchmesser ist in der herkömmlichen Weise dann nicht mehr möglich.
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Aus der
deutschen Patentschrift 801 500 ist eine von Hand zu betätigende Spezialeinrichtung bekannt, mit der an einem Werkstück zwei seitliche Schleifstellen gleichzeitig durch spitzenloses Rundschleifen bearbeitet werden sollen. Hierzu sind zwei Schleifscheiben fliegend auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und zur Drehung angetrieben; ihr axialer Abstand voneinander ist veränderlich. Zum Schleifen der seitlichen Schleifstellen wird die eine beweglich angeordnete Schleifscheibe axial von außen in Richtung auf die zweite feststehende Schleifscheibe herangefahren. Die beiden Schleifscheiben bleiben beim Schleifen der seitlichen Schleifstellen in einem axialen Abstand voneinander stehen. Gegenüber auf der anderen Seite des Werkstücks ist eine Regelscheibe zum Antrieb des Werkstücks angeordnet. Die Regelscheibe und die Schleifscheiben sind gegeneinander versetzt, weil die Regelscheibe sich in ihrer axialen Stellung dort befindet, wo auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks die Lücke zwischen den beiden Schleifscheiben besteht. Mit der bekannten Vorrichtung soll jeweils nur ein einziges Werkstück geschliffen werden, das hierzu in die Vorrichtung eingeführt und wieder daraus entnommen werden muss. Das Werkstück hat etwa die Form einer Spindel, wie sie bei den Naben von Zweirädern vorliegt.
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Bei einer aus der
DE 478 720 A bekannten spitzenlosen Rundschleifmaschine sollen lange, dünne Rundstäbe im Durchlauf-Schleifverfahren durch drei getrennte Gruppen von Scheiben geschliffen und transportiert werden. Jede der drei Gruppen umfasst eine gemeinsame, zur Drehung angetriebene Spindel, auf der sich die Scheiben dieser Gruppe im gegenseitigen axialen Abstand befinden. Die drei Gruppen erstrecken sich längs des zu schleifenden Rundstabes und schließen diesen zwischen sich ein. Dabei besteht die erste Gruppe aus Schleifscheiben; die zugehörige Spindel verläuft parallel zu der Achse des Rundstabes. Die Spindel der zweiten Gruppe ist gegenüber der Achse des Rundstabes leicht geneigt; die auf dieser Spindel angeordneten Scheiben sind Führungsscheiben mit einem kegeligen Rand, der mit Filz belegt ist. Die Führungsscheiben bewirken den Transport des Rundstabes in axialer Richtung. Die Schleifscheiben und Führungsscheiben stehen einander in der üblichen Weise mit radialem Abstand gegenüber, und zwar in der Weise, dass jeder Schleifscheibe genau eine Führungsscheibe gegenüber steht.
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Die dritte Gruppe der Scheiben bei der Rundschleifmaschine gemäß der
DE 478 720 A ist unterhalb des durchlaufenden Rundstabes auf einer gemeinsamen Spindel in der Weise angeordnet, dass diese Scheiben von unten in die axialen Zwischenräume zwischen den Schleifscheiben und den Führungsscheiben eingreifen und den Rundstab stützen. Die bekannte Maschine hat kein Stützlineal. Vielmehr wirken die Scheiben der dritten Gruppe ähnlich wie ein Stützlineal; zusätzlich bewirken sie den Drehantrieb des Rundstabes. Die bekannte Maschine gemäß der
DE 478 720 A sollte die Ausnutzung verschiedenkörniger Schleifscheiben ermöglichen und zugleich für eine lebhafte Eigendrehung der Werkstücke bei starkem Axialvorschub sorgen.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Rundschleifmaschine und das Rundschleifverfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, das auch stangen- oder rohrförmige Werkstücke von kleinem Außendurchmesser in dem durch die Schleifscheiben, die Regelscheiben und dem Stützlineal gebildeten Schleifspalt zuverlässig stabil und ruhig gehalten werden, sodass auch beim Schleifen mit hohem Zerspanvolumen ein gutes Schleifergebnis erreicht wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei der Rundschleifmaschine durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 und bei dem Rundschleifverfahren mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 17.
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Bei der spitzenlosen Rundschleifmaschine gemäß der Erfindung wird somit vorgesehen, dass die Regel- und Schleifscheiben in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei die Regelscheiben in die axialen Zwischenräume zwischen den Schleifscheiben hineinragen und umgekehrt auch die Schleifscheiben in die axialen Zwischenräume zwischen den Regelscheiben. Regel- und Schleifscheiben können damit nicht mehr aneinander stoßen, und der Schleifspalt beginnt nicht schon in der vorher genannten Bezugsebene, sondern entfernt von dieser in einem Bereich, in dem der Abstand zwischen den Außenkonturen von Schleif- und Regelscheibe sich zunehmend vergrößert. Das Werkstück liegt somit an zwei in seiner Längsrichtung verlaufenden tangentialen Berührungslinien an der Schleif- und Regelscheibe an, wobei diese Berührungslinien einen größeren Abstand voneinander haben. Der Fachmann spricht hier von einem „hohen Untermittenmaß”. Die Lage des Werkstücks im Schleifspalt bleibt infolgedessen auch dann zuverlässig ruhig und stabil, wenn mit hohem Zerspanvolumen gearbeitet wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine ist es möglich, die Schleifscheibe an der Berührungsstelle mit dem Werkstück gleichsinnig mit dessen Oberfläche oder entgegengesetzt dazu laufen zu lassen. Unabhängig davon kann auch die Drehrichtung der Schleifscheibe so gewählt werden, dass sich der Schleifscheiben-Umfang an der Stelle seiner Berührung mit dem Werkstück auf die Bezugsebene zu, also in den Schleifspalt hineinbewegt. Das hat den Vorteil, dass das Werkstück beim Schleifen stärker an die Regelscheiben gedrückt und somit das Auflagelineal entlastet wird. Der Verschleiß des Auflagelineals wird somit verringert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine besteht darin, dass das grundsätzliche Muster des Mehrfachsatzes je eine Reihe von zwei oder mehr Scheiben umfasst, wovon die eine Reihe mit Regelscheiben an der einen Seite des Werkstücks und die andere Reihe mit Schleifscheiben gegenüberliegend an der anderen Seite des Werkstücks angeordnet ist. Im Vergleich zu der eingangs genannten bekannten Rundschleifmaschine, die ausdrücklich auf zwei voneinander unabhängige Schleifeinheiten festgelegt ist, ergibt sich damit ein verhältnismäßig einfacher Grundaufbau, bei der auch drei und mehr Regel- und Schleifscheiben in axialer Richtung hintereinander gemeinsam angetrieben werden können.
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Dabei sind dann in jedem Abschnitt des Schleifspalts die Schleif- und Regelscheiben mit gleichbleibender Drehrichtung angetrieben; die Drehzahl der Regelscheiben einerseits und der Schleifscheiben andererseits kann dabei unabhängig eingestellt werden, ebenso auch die beiderseitige Zustellung der Scheiben an das Werkstück. Über die Maschinensteuerung ist es selbstverständlich auch möglich, die Drehzahlen und die Zustellbewegung der beiden Scheibengruppen gesteuert aufeinander abzustimmen.
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Ergänzend zu diesen Überlegungen kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung vorgesehen werden, dass die Regelscheiben und die Schleifscheiben in der axialen Durchlaufrichtung des Werkstücks abgestuft zunehmende Durchmesser aufweisen, und auch das Auflagelineal wird in diesem Fall mit seiner Stützfläche an den in seiner Längsrichtung abnehmenden Durchmesser des Werkstücks angepasst. Bei dieser Ausbildung wird im laufenden Schleifbetrieb keine weitere Zustellbewegung der Regel- und Schleifscheiben mehr vorgenommen. Vielmehr ist die radiale Zustellung beim Schleifen über die Scheiben dadurch überflüssig geworden, dass das stangenförmige Werkstück durch Scheibengruppen mit zunehmendem Durchmesser hindurch läuft, wobei der Schleifspalt immer enger wird. Eine Änderung der Zustellung ist nur dann erforderlich, wenn die Schleifscheiben gewechselt werden müssen oder wenn ein Wechsel auf Werkstücke mit einem anderen Durchmesser als vorher erfolgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine stehen sich die Regel- und Schleifscheiben in Querrichtung nicht mehr unmittelbar gegenüber. Die versetzte Anordnung der Scheiben bedeutet, dass für das Werkstück die Gefahr einer wenn auch geringen Durchbiegung besteht. Im schlimmsten Fall könnte sich das Schleifergebnis dadurch verschlechtern. Daher wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung vorsorglich vorgesehen, dass die seitlichen Überdeckungsbereiche der Regel- und Schleifscheiben durch axiale Spalte voneinander getrennt sind, deren Weite nur so groß ist, das die Regel- und Schleifscheiben sich selbst im dauernden Fertigungsbetrieb gegenseitig nicht in ihrer Funktion beeinträchtigen oder sogar berühren. Die richtige Dimensionierung der Spaltweite ergibt sich durch einfache betriebliche Versuche; ein Anhaltswert für die Praxis kann beispielsweise der Bereich zwischen 0,5 und 2 mm sein.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zum Vermeiden von Biegebeanspruchungen im Werkstück besteht darin, dass die axiale Breite der Schleifscheiben geringer ist als die axiale Breite der Regelscheiben.
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Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine ist es wesentlich, dass die Schleifscheiben eine hohe Standzeit haben. Nur dann kann mit einem hohen Zerspanvolumen geschliffen werden, ohne dass ein nachträgliches Korrigieren der Zustellung im Schleifbetrieb erforderlich ist. Daher werden für die erfindungsgemäße Rundschleifmaschine CBN-Schleifscheiben bevorzugt, deren CBN-Schleifbelag galvanisch belegt sowie keramisch oder metallgebunden sein kann.
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Die hohe Belastbarkeit der Werkstücke in der erfindungsgemäß gestalteten Rundschleifmaschine bedeutet auch, dass Regelscheiben aus Stahl verwendet werden können. Vorteilhaft sollten diese an ihrem Außenumfang mit einem Gewindeprofil versehen sein, das ähnlich einer Förderschnecke einen Axialschub im Sinne der Durchlaufrichtung auf das Werkstück ausübt, in der das Werkstück durch den Schleifspalt hindurchläuft. Der Außenumfang der Regelscheibe oder das Gewindeprofil sollte dabei vorteilhaft als Reibbelag ausgebildet sein, der aus einem anderen Material als Stahl, vorzugsweise aus einer galvanisch gebundenen CBN-Schicht besteht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen beziehen sich auf die Führung des stangenförmigen Werkstücks in der Schleifstrecke und auf den Antrieb des Werkstücks in seiner Längs- und Bewegungsrichtung, also der Durchlaufrichtung in der Schleifstrecke.
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So kann am Eingang E des Mehrfachsatzes in der Reihe der Regelscheiben vor diesen eine Eingangsstützscheibe mit einem elastischen Umfangsbelag angeordnet sein, die zusammen mit den Regelscheiben auf der Regelscheiben-Spindel befestigt und von dieser zur Drehung angetrieben ist. Diese Eingangs-Stützscheibe kann eine Seitenabweichung des Werkstücks ausgleichen, wenn dieses als unrunder Rohstab mit seinem vorderen Ende in die Schleifstrecke eintritt. Selbst das unrunde Werkstück wird dann sicher in den Schleifspalt eingeführt.
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In ähnlicher Weise kann am Ausgang A des Mehrfachsatzes in der Reihe der Schleifscheiben hinter diesen eine Ausgangs-Stützscheibe aus Stahl frei drehbar auf der Schleifscheiben-Spindel gelagert sein. Die Aufgabe der Ausgangs-Stützscheibe besteht darin, die Kräfte auszugleichen, die auf das stangenförmige Werkstück am Ausgang A der Schleifstrecke einwirken. Auch hier geht es wieder darum, Biegekräfte und eine Auslenkung des Werkstücks an seinem Ende zu verhindern. Eine Schleifscheibe als letzte Scheibe würde eine zu hohe Seitenkraft auf das Werkstück ausüben und dieses seitlich ausbiegen. Ähnlich wäre es mit einer angetriebenen Regelscheibe als letzter Scheibe. Die Anordnung einer Ausgangs-Stützscheibe aus Stahl ist besonders dann sinnvoll, wenn galvanisch belegte CBN-Schleifscheiben verwendet werden. Bei diesen verändert sich ihr Durchmesser im Laufe ihrer Nutzung nur in seinem sehr geringen Maße; die Wirkung der Ausgangs-Stützscheibe bleibt dadurch nahezu unverändert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Ausgangs-Stützscheibe ist, dass diese auf dem Stahlgrundkörper mit einem dünnen dämpfenden Belag versehen ist, der zum einen am fertig geschliffenen Werkstück beim Auslauf aus dem Schleifspalt eine dämpfende Wirkung aufweist. Somit kann die Laufruhe des Werkstückes aus dem Schleifspalt noch verbessert werden (somit auch die Oberflächen, Mess- und Formgenauigkeit am Werkstück). Als weiterer Vorteil kann der dünne dämpfende Belag noch geringe Durchmesseränderungen der Schleifscheibe aufnehmen.
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Die Wirkung der Eingangs-Stützscheibe kann weiter dadurch unterstützt werden, dass vor dem Mehrfachsatz eine Einrichtung zum Vorzentrieren des durchlaufenden stangenförmigen Werkstücks angeordnet ist. Diese Einrichtung kann aus einem Auflageprisma und einer diesem zugeordneten Andrückrolle bestehen, wobei das Werkstück zwischen dem Auflageprisma und der Andrückrolle hindurch läuft. Die Einrichtung zum Vorzentrieren erleichtert damit den ersten Eintritt des Werkstücks in die Schleifstrecke.
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Schließlich kann auch in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass am Anfang der Werkstück-Bewegungsbahn eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Werkstück einen Vorschub in seiner Längs- und Bewegungsrichtung erteilt. Die Vorschubwirkung dieser zusätzlichen Einrichtung erfolgt dann zusammen mit der Wirkung des Gewindeprofils am Außenumfang der Regelscheiben. Die Wirkung beider Einrichtungen muss in zweckmäßiger Weise aufeinander abgestimmt werden.
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Wie schon erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren zum spitzenlosen Rundschleifen von stangenförmigen Werkstücken in dem Anspruch 17 angegeben. Hierbei wird zusätzlich zu den schon aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen a bis d vorgesehen, dass die Regel- und Schleifscheiben in axialer Richtung versetzt zueinander und in radialer Richtung so eng benachbart angeordnet sind, dass die Regelscheiben in die axialen Zwischenräume zwischen den Schleifscheiben hineinragen und umgekehrt; ferner besteht ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass die Regelscheiben und Schleifscheiben in der Durchlaufrichtung des Werkstücks abgestuft zunehmende Durchmesser entsprechend dem Schleiffortschritt aufweisen; auch das Auflagelineal ist mit seiner Stützfläche gleichfalls an den in seiner Längsrichtung abnehmenden Durchmesser des Werkstücks angepasst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass im Schleifbetrieb ein dauerndes radiales Zustellen der Schleif- und/oder Regelscheiben an das Werkstück nicht mehr erforderlich ist. Vielmehr bleiben die Schleif- und Regelscheiben in ihrer radialen Stellung gegenüber dem Werkstück unverändert; dafür durchläuft das Werkstück kontinuierlich die hintereinander gebildeten Schleifspalte aus Regel- und Schleifscheiben, deren Abstand voneinander entsprechend dem Schleiffortschritt vom Eingang E zum Ausgang A der Schleifstrecke hin stufenweise immer geringer wird. Diese Verringerung kommt dadurch zustande, dass die Durchmesser der Regel- und Schleifscheiben zum Ausgang der Schleifstrecke hin stufenweise größer werden. Die radiale Zustellbewegung der Regel- und Schleifscheiben im laufenden Schleifbetrieb ist somit durch die Bewegung des stangenförmigen Werkstücks in seiner Längsrichtung ersetzt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Bewegungsrichtung des Schleifscheiben-Umfangs an der Stelle seiner Berührung mit dem Werkstück in Richtung auf die Bezugsebene hin verläuft. Bei dieser Vorgehensweise übt die Schleifscheibe eine Kraftwirkung auf das Werkstück aus, das dadurch an die Regelscheibe angedrückt wird. Die Belastung des Auflagelineals durch das Werkstück wird dadurch verringert und damit auch der Verschleiß des Auflagelineals.
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Abschließend wird noch festgehalten, dass der Begriff der „stangenförmigen Werkstücke” auch Rohre mit umfassen soll. Die hier in Frage kommenden Stangen oder Rohre sollen eine Länge von beispielsweise 6 Metern haben. Sie sollen in der erfindungsgemäß ausgebildeten Rundschleifmaschine vom Rohstab bis auf einen komplett überschliffenen Stab mit geringer Durchmessertoleranz geschliffen werden. Dabei lässt sich eine hohe Zerspanleistung in einem gesicherten Prozess bei möglichst geringer Werkstückdrehzahl erreichen. In der Ansicht von oben verlaufen die Längs- und Drehachsen der Regelscheiben, der Schleifscheiben und des Werkstücks parallel zueinander; dasselbe gilt auch für die Längserstreckung des Auflagelineals. In einer Ansicht von der Seite kann die Längsachse des Auflagelineals entsprechend der Durchmesser-Abnahme des Werkstücks auch leicht geneigt zu der Längsachse des Werkstücks verlaufen.
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Die Erfindung wird anschließend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen ist das Folgende dargestellt:
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1 ist eine Darstellung des Schleifens „unter der Mitte” nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt die Vorgehensweise gemäß der Erfindung.
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2a zeigt die Funktion der Vorrichtung gemäß 2 bei entgegengesetzter Drehrichtung der Schleifscheibe.
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3 ist eine zu 2 gehörende Teilansicht von oben auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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4 dient zur Erläuterung der Vorgehensweise bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Darstellung schematisch ist und nicht die tatsächliche Zuordnung der Einzelteile zueinander zeigt.
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5a und 5b erläutern Einzelheiten einer Regelscheibe.
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6 zeigt eine Einzelheit an der Eingangsseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt schematisch den Vorgang des spitzenlosen Rundschleifens bei einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Bei einem Durchlauf-Schleifverfahren bewegt sich dabei das stangenförmige Werkstück 1 in der Richtung seiner Längsachse 2, also senkrecht zur Zeichnungsebene, durch eine Schleifstrecke hindurch, die durch Regelscheiben 3, Schleifscheiben 5 und das Auflagelineal 7 gebildet wird. Im Falle der bekannten Vorrichtung sind dabei zwei Paare von Regel- und Schleifscheiben 3, 4 in Richtung der Werkstück-Längsachse 2 hintereinander angeordnet. Beim Schleifvorgang rotieren die Regelscheiben 3 um ihre Drehachsen 4 und werden in der Zustellrichtung 9 (X1-Achse) gegen das Werkstück 1 zugestellt, das dadurch zur Drehung um seine Längsachse 2 angetrieben wird, vgl. hierzu auch die Drehrichtungspfeile 12 und 13. Die Schleifscheiben 5 sind gleichfalls zur Drehung um ihre Drehachsen 6 angetrieben und bewirken beim Zustellen in ihrer Zustellrichtung 10 (X2-Achse) das Rundschleifen. Das stangenförmige Werkstück 1 liegt dabei auf der Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 auf.
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Gemäß 1 bilden die Regelscheibe 3 und die Schleifscheibe 5 einen sich nach unten erweiternden Schleifspalt 15, der unten durch das Auflagelineal 7 so weit verschlossen ist, dass das stangenförmige Werkstück 1 durch linienförmige Berührung mit der Regelscheibe 3, der Schleifscheibe 5 und der Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 eingeschlossen und festgehalten ist. Von der sicheren Führung und einer möglichst ruhigen Lage des Werkstücks 1 trotz seiner Drehung und trotz des Schleifvorganges hängt das Schleifergebnis in starker Maße ab, das gilt insbesondere für die erreichbare Maßhaltigkeit, Rundheit und Oberflächengüte. Dabei ist noch zu berücksichtigen, dass sich der Durchmesser des Werkstücks 1 beim Schleifen dauernd ändert.
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Die in 1 gezeigte Anordnung des Werkstücks 1 in dem Schleifspalt 15 wird in der Praxis als „Anordnung unter Mitte” bezeichnet”. Damit ist gemeint, dass das Werkstück 1 sich in dem Schleifspalt 15 unterhalb einer Bezugsebene 14 befindet, die durch die Drehachsen 4, 6 von Regel- und Schleifscheibe 3, 5 verläuft, und dass auch die Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 sich unterhalb dieser Bezugsebene 14 befindet. Die einfache Bezeichnung „unter Mitte” gilt allerdings nur dann, wenn die Drehachsen 4, 6 gemeinsam in einer wenigstens annähernd waagerechten Ebene liegen. Für eine andere Zuordnung der Drehachsen 4, 6 wird man etwas abstrakter formulieren müssen, dass die Lage des Werkstücks 1 in radialer Richtung in dem durch die Regel- und Schleifscheiben 3, 5 gebildeten Schleifspalt 15 nach Maßgabe einer durch die Dreh- und Antriebsachsen 4, 6 der Schleif- und Regelscheiben 3, 5 gelegten Bezugsebene 14 festgelegt wird, wobei die Werkstück-Längsachse 2 sich abgerückt von der genannten Bezugsebene 14 innerhalb eines sich erweiternden Teilbereichs des genannten Schleifspalts 15 zwischen der Bezugsebene 14 und der Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 befinden muss, vgl. hierzu die Merkmale c und d in den Ansprüchen 1 und 15. Es ist damit derselbe Sachverhalt gemeint, wie er für den genannten Sonderfall vereinfacht mit „Anordnung unter Mitte” bezeichnet wird.
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Bei der in 1 gezeigten Anordnung kann das stangenförmige Werkstück 1 nicht in dem Schleifspalt 15 wandern oder ihn verlassen, weil es nach oben in den sich verengenden Schleifspalt 15 hineinwandern müsste und nach unten durch das Auflagelineal 7 blockiert ist. Das Werkstück 1 ist gewissermaßen in dem Schleifspalt 15 „eingespannt”. Daher kann mit großen Kräften beim Antreiben und Schleifen des Werkstücks 1 gearbeitet werden. Die günstigen Kraftverhältnisse erlauben die Verwendung von Regelscheiben 3 aus Stahl, ohne dass die Gefahr des Gleitens und Rutschens besteht.
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1 zeigt aber auch die Grenzen der bekannten Vorrichtungen auf, wenn das Werkstück 1 beim spitzenlosen Rundschleifen in dem Schleifspalt 15 zwischen der Bezugsebene 14 und der Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 angeordnet sein soll. Besonders Werkstücke 1 von kleinerem Ausgangsdurchmesser geraten dann immer näher an die Bezugsebene 14 heran und befinden sich dann in einem Bereich des Schleifspalts 15, in dem die Umfangsflächen von Regel- und Schleifscheibe 3, 5 sich einem Verlauf senkrecht zur Bezugsebene 14 annähern. Die Führung des Werkstücks 1 im Schleifspalt 15 wird dadurch unsicher, und ein Herausrutschen des Werkstücks 1 über die Bezugsebene 14 hinweg nach oben ist nicht mehr ausgeschlossen. Schließlich ist eine weitere Verengung des Schleifspalts 15 nicht mehr möglich, weil dann die Regel- und Schleifscheiben 3, 5 einander berühren würden.
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Erweiterte Bearbeitungsmöglichkeiten ergeben sich aus der Bauweise, die in den 2, 2a und 3 dargestellt ist. Dabei entspricht 2a der Stirnansicht gemäß 2, und 3 ist der Ausschnitt aus einem Blick von oben auf die entscheidenden Funktionsteile einer erfindungsgemäß ausgeführten Rundschleifmaschine. Die Regelscheiben 3 sind auf einer gemeinsamen Regelscheiben-Spindel 16 angeordnet und die Schleifscheiben 5 auf einer gemeinsamen Schleifscheiben-Spindel 17. Zwischen den einzelnen Regel- und Schleifscheiben 3, 5 befinden sich axiale Zwischenräume 23, 24. Wie 3 besonders deutlich zeigt, sind die Regelscheiben-Spindel 16 und die Schleifscheiben-Spindel 17 parallel verlaufend mit engem Abstand angeordnet, so dass die einzelnen Regelscheiben 3 in die axialen Zwischenräume 24 zwischen den Schleifscheiben 5 eingreifen und umgekehrt die Schleifscheiben 5 in die axialen Zwischenräume 23, die zwischen den Regelscheiben 3 vorhanden sind.
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Über die Regelscheiben-Spindel 16 werden alle Regelscheiben 3 gemeinsam in Rotation versetzt, ebenso alle Schleifscheiben 5 über die gemeinsame Schleifscheiben-Spindel 17. Das in 3 gestrichelt eingezeichnete Werkstück 1, das unterhalb der Regel- und Schleifscheiben 3, 5 liegt, wird dadurch in Rotation versetzt und geschliffen, wobei es in der axialen Durchlaufrichtung 22 durch den Schleifspalt 15 und damit durch die Schleifstrecke hindurch läuft.
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Die Vorteile der geänderten Anordnung sind sofort aus 2 zu erkennen. Das gegenseitige Ineinandergreifen der Regel- und Schleifscheiben 3, 5 führt zu seitlichen Überdeckungsbereichen 19 mit der Folge, dass der sich erweiternde Schleifspalt 15 nicht schon in der Bezugsebene 14 beginnt, sondern wesentlich tiefer. Das Werkstück 1 liegt damit an Umfangsflächen der Regel- und Schleifscheiben 3, 5 an, die wesentlich flacher verlaufen als in 1, obwohl das Werkstück 1 in 2 einen kleineren Durchmesser hat als in 1.
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Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts ist in den 1 und 2 je ein Umschließungsdreieck 20 bzw. 21 eingezeichnet, dessen Seiten aus den Berührungstangenten des Werkstücks 1 an der Regel- und Schleifscheibe 3, 5 sowie aus der Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 gebildet ist. Der obere Winkel der in den Schleifspalt 15 hineinragenden Spitze ist bei dem Umschließungsdreieck 21 der erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine wesentlich größer als bei dem Umschließungsdreieck 20 nach dem Stand der Technik. Ersichtlich ist somit das Werkstück 1 mit dem kleinen Durchmesser zuverlässig stabil und ruhig gehalten; damit wird eine Betriebsweise möglich, bei der das Werkstück 1 mit derselben Drehrichtung 13 um seine Längsachse 2 rotiert wie die Schleifscheiben 5 um die Drehachsen 6, so dass sich eine gegenläufige Umfangsbewegung an den gegenseitigen Eingriffstellen ergibt, vgl. hierzu die Drehrichtungspfeile 12 und 13. Eben so gut ist auch die Betriebsweise mit entgegengesetzter Drehrichtung möglich, vgl. 2a. Die stabile „Einspannung” des Werkstücks 1 im Schleifspalt 15 schafft die Voraussetzung für das Arbeiten mit CBN-Schleifscheiben 5, die ein hohes Zerspanvolumen erreichen.
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2a zeigt im Übrigen noch eine weitere wesentliche Einzelheit. Wie dort aus der Drehrichtung 12 der Schleifscheibe 5 hervorgeht, bewegt sich der Umfang der Schleifscheibe 5 an seiner Berührungsstelle mit dem Werkstück 2 in den Schleifspalt hinein, also auf die Bezugsebene 14 zu. Die Schleifscheibe 5 übt damit eine Kraftwirkung auf das Werkstück 1 aus, die zu einem zusätzlichen Druck des Werkstücks auf die Regelscheibe 3 führt. Dadurch wird die Kraft verringert, mit der das Werkstück 1 auf die Stützfläche 8 des Auflagelineals 7 drückt. Im Ergebnis führt das dazu, dass der Verschleiß des Auflagelineals verringert wird.
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Die in Axialrichtung gegenseitig versetzte Anordnung der Regel- und Schleifscheiben 3, 5 bedeutet für das Werkstück 1, dass die Gefahr einer wenn auch geringen Durchbiegung besteht, die im schlimmsten Fall das Schleifergebnis verschlechtern könnte. Dem wird einmal dadurch entgegengewirkt, dass die Durchmesser der Regelscheiben- und Schleifscheiben-Spindel 16, 17 verhältnismäßig groß dimensioniert werden. Zum anderen wird die axiale Breite b3 der Regelscheiben 3 größer ausgeführt als die axiale Breite b5 der Schleifscheiben 5, damit die beim Schleifen in radialer Richtung wirkende hohe Zustellkraft der Schleifscheiben 5 mit Sicherheit von den Regelscheiben 3 aufgenommen werden kann.
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In dem Bestreben, Biegekräfte von dem Werkstück 1 fernzuhalten, muss auch die Weite s18 des axialen Spaltes 18 möglichst gering gehalten werden, der in den seitlichen Überdeckungsbereichen 19 zwischen den Regelscheiben 3 und den Schleifscheiben 5 besteht. Eine allgemein gültige Vorschrift lässt sich hierfür nicht aufstellen; es ist aber durch Versuche ohne größeren Aufwand zuverlässig festzustellen, wie gering die Spaltweite s18 sein kann, ohne dass die Regel- und Schleifscheiben 3, 5 sich selbst im dauernden Fertigungsbetrieb gegenseitig in ihrer Funktion beeinträchtigen oder sogar berühren. Ein Richtwert für die Praxis kann beispielsweise der Bereich zwischen 0,5 bis 2 mm sein.
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In 4 ist das Schema einer erfindungsgemäßen Rundschleifmaschine dargestellt, bei der eine Reihe aus drei Regelscheiben 3 mit einer Reihe aus drei Schleifscheiben 5 zusammenwirkt. Die Darstellung der 4 entspricht dabei nicht der tatsächlichen Anordnung der Regel- und Schleifscheiben 3, 5. Zum besseren Verständnis der Funktion wurde vielmehr eine Darstellung gewählt, die einer Schnittlinie in 2 durch die Drehachse 4 der Regelscheibe 3, die Längs- und Drehachse 2 des Werkstücks 1 und die Drehachse 6 der Schleifscheibe 5 entspricht. Dabei liegen dann die drei genannten Drehachsen 4, 2 und 6 auf einer gemeinsamen Geraden, und in 4 wird das Zusammenwirken der Scheiben 3, 5 mit dem Werkstück 2 deutlich.
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Der in 4 dargestellten Schleifstrecke kann eine Einrichtung vorangestellt sein, die dem stangenförmigen Werkstück 1 einen Vorschub in seiner Längs- und Durchlaufrichtung 2 bzw. 22 erteilt. Da derartige Einrichtungen zum Stand der Technik gehören, brauchen sie hier nicht näher dargestellt zu werden. Der Außendurchmesser der auf der gemeinsamen Schleifscheiben-Spindel 17 angeordneten Schleifscheiben 5 nimmt in der Reihenfolge vom Eingang E zum Ausgang A der Schleifstrecke stufenweise zu; dasselbe gilt für die auf der gemeinsamen Regelscheiben-Spindel 16 angeordneten Regelscheiben 3. Da die Regel- und Schleifscheiben 3, 5 über ihre gemeinsamen Spindeln 16, 17 gemeinsam zugestellt werden, wird ein Schleifspalt 15 gebildet, der vom Eingang E zum Ausgang A der Schleifstrecke stufenweise enger wird. Indem das stangenförmige Werkstück 1 bei zugestellten Scheiben 3, 5 durch den Schleifspalt 15 (vgl. 2) kontinuierlich hindurchläuft, wird es rundgeschliffen, wobei sein Durchmesser von einem Wert d2E am Eingang E der Schleifstrecke auf einen Wert d2A am Ausgang A der Schleifstrecke abnimmt.
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Das Stützlineal 7 muss an diese Abnahme des Werkstück-Durchmessers angepasst sein. Hierzu kann es über die ganze Länge der Schleifstrecke schräg gestellt sein oder aus einzelnen angepassten Abschnitten bestehen, die in der Durchlaufrichtung 22 schrittweise immer ein Stück weiter in den Schleifkanal 15 hineinragen. Die Abnahme des Werkstück-Durchmessers ist in 4 stark übertrieben dargestellt, damit das Funktionsprinzip klar erkennbar wird.
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Die Schleifscheiben 5 sind galvanisch belegte, keramisch gebundene oder metallgebundene CBN-Schleifscheiben, die wegen ihrer hohen Zerspanleistung und ihrer Standfestigkeit bevorzugt werden. Die Regelscheiben 3 haben einen Grundkörper aus Stahl und sind an ihrem Außenumfang mit einem Reibbelag versehen, der aus einer galvanisch gebundenen CBN-Schicht bestehen kann. Der Reibbelag wird dabei zweckmäßig als Gewindeprofil 25 ausgebildet, vgl. 5. Dabei kann die Außenkontur des Gewindeprofils 25 gewölbt (5a) oder geradlinig (5b) sein. Die in 5a dargestellten Formen der gewölbten Kontur der Gewindeform zeigen zum einen links eine ballige Form „aus runden Formelementen zusammengesetzt”. Die zweite Ausführung rechts ist aus geraden Elementen zusammengesetzt. Es sind aber auch Mischungen aus den einzelnen Darstellungsformen denkbar. Die so ausgestatteten Regelscheiben 3 üben dann ähnlich einer Förderschnecke einen Axialschub in der Durchlaufrichtung 22 auf das stangenförmige Werkstück 1 aus. Sie können somit die schon genannte Vorschub-Einrichtung unterstützen oder sogar ersetzen, die dem Eingang E der Schleifstrecke vorangestellt wird. Außerdem ist es möglich, über die Gewindesteigung des Gewindeprofils 25 in Verbindung mit der Drehzahl der Regelscheiben 3 die Fördergeschwindigkeit des Werkstücks 1 im Schleifspalt 15 gezielt zu beeinflussen. Schließlich kann ein Gewindeprofil 25 aus einem CBN-Reibbelag im gewissen Umfang auch Verschmutzungen am Werkstück 1 aufnehmen, weil das CBN-Korn über den Belag vorsteht.
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Am Eingang E der Schleifstrecke ist eine weitere Einrichtung 29 angeordnet, die aus einem Auflageprisma 30 und einer Andruckrolle 31 besteht, zwischen denen das stangenförmige Werkstück 1 hindurchläuft, vgl. 6. Mit der Einrichtung 29 wird das stangenförmige Werkstück 1 vorzentriert und stabil in den Schleifspalt 15 eingeführt. Dadurch erfolgt ein gezieltes Anschleifen des Werkstücks 1, und die Neigung zum Rattern beim Anschleifen wird unterbunden.
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Wenn das stangenförmige Werkstück 1 die Einrichtung 29 zum Vorzentrieren passiert hat, gelangt es als nächstes in den Wirkungsbereich einer Eingangs-Stützscheibe 26. Diese ist drehfest auf der Regelscheiben-Spindel 16 montiert, den Regelscheiben 3 vorangestellt und zusammen mit diesen zur Drehung angetrieben. Die Eingangs-Stützscheibe 26 ist mit einem elastischen Umfangsbelag 27 versehen und kann die Seitenabweichung eines unrunden Werkstücks 1 ausgleichen, wenn dieses als Rohstab mit seinem vorderen Ende in die Schleifstrecke eintritt. Auf diese Weise wird auch das unrunde Werkstück 1 sicher in den Schleifspalt 15 eingeführt.
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Am Ausgang A der Schleifstrecke ist auf der Seite der Schleifscheiben 5 eine Ausgangs-Stützscheibe 28 vorgesehen. Sie ist frei drehbar auf der Schleifscheiben-Spindel 17 gelagert, wird also nicht zusammen mit den Schleifscheiben 5 angetrieben. Die Ausgangs-Stützscheibe 28 kann aus Stahl bestehen und erhält ihren Drehantrieb durch Berührung mit dem Werkstück 1; sie hat kein Gewindeprofil auf ihrem Umfang. Die Aufgabe der Ausgangs-Stützscheibe 28 besteht darin, die Kräfte auszugleichen, die auf das stangenförmige Werkstück 1 am Ausgang A der Schleifstrecke einwirken. Eine Schleifscheibe 5 als letzte Scheibe würde eine zu hohe Seitenkraft auf das Werkstück 1 ausüben und dieses seitlich ausbiegen. Ähnlich wäre es mit einer angetriebenen Regelscheibe 3 als letzter Scheibe. Die Anordnung einer Ausgangs-Stützscheibe 28 aus Stahl ist besonders bei Verwendung von CBN-Schleifscheiben sinnvoll; denn bei diesen verringert sich der Durchmesser im Laufe ihrer Nutzungsdauer nur in einem sehr geringen Maße; die Wirkung der Ausgangs-Stützscheibe 28 bleibt dann nahezu unverändert.
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Ein nicht dargestellter Regelscheiben-Support bewirkt die radiale Zustellung der Regelscheiben-Spindel 16 mit allen ihren Regelscheiben 3 und der Eingangs-Stützscheibe 26 an das Werkstück; ebenso dient ein nicht dargestellter Schleifscheiben-Support zur radialen Zustellung der Schleifscheiben-Spindel 17 mit allen ihren Schleifscheiben 5. Im Schleifbetrieb muss die Stellung der Regel- und Schleifscheiben 3, 5 radial zum Werkstück 1 nicht oder nur unwesentlich verändert werden, weil der Durchmesser der CBN-Schleifscheiben 5 im Laufe ihrer Nutzungsdauer nahezu unverändert bleibt. Eine erneute Zustellung wird erst beim Wechsel der Schleifscheiben 5 erforderlich oder wenn ein Wechsel auf Werkstücke mit einem anderen Durchmesser erfolgt. Ein ständiges Nachstellen von Schleif- und Regelscheibe 3, 5, entsprechend dem abnehmenden Werkstück-Durchmesser ist beim Durchlauf-Schleifverfahren ohnehin nicht erforderlich, weil das stangenförmige Werkstück 1 ja statt dessen durch einen stufenweise enger werdenden Schleifspalt 15 hindurchwandert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- stangenförmiges Werkstück
- 2
- Längsachse des Werkstücks
- 3
- Regelscheibe
- 4
- Drehachse der Regelscheibe
- 5
- Schleifscheibe
- 6
- Drehachse der Schleifscheibe
- 7
- Auflagelineal
- 8
- Stützfläche des Auflagelineals
- 9
- Zustellrichtung der Regelscheibe
- 10
- Zustellrichtung der Schleifscheibe
- 11
- Drehrichtung der Regelscheibe
- 12
- Drehrichtung der Schleifscheibe
- 13
- Drehrichtung des Werkstücks
- 14
- Bezugsebene
- 15
- Schleifspalt
- 16
- Regelscheiben-Spindel
- 17
- Schleifscheiben-Spindel
- 18
- axialer Spalt
- 19
- seitlicher Überdeckungsbereich
- 20
- Umschließungsdreieck (Stand der Technik)
- 21
- Umschließungsdreieck (Erfindung)
- 22
- Durchlaufrichtung des Werkstücks
- 23
- Zwischenraum
- 24
- Zwischenraum
- 25
- Gewindeprofil
- 26
- Eingangs-Stützscheibe
- 27
- elastischer Umfangsbelag
- 28
- Ausgangs-Stützscheibe
- 29
- Einrichtung zum Vorzentrieren
- 30
- Auflageprisma
- 31
- Andrückrolle
- A
- Ausgang der Schleifstrecke
- E
- Eingang der Schleifstrecke
- d2E
- Werkstück-Dmr. Am Eingang der Schleifstrecke
- d2A
- Werkstück-Dmr. Am Ausgang der Schleifstrecke
- b3
- axiale Breite der Regelscheiben
- b5
- axiale Breite der Schleifscheiben
- s18
- Weite des axialen Spalts
