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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von Nuten aufweisenden Werkstücken gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Schleifmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 10.
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Bei den bekannten Verfahren und Schleifmaschinen zum Einschleifen von Nuten in Werkstücke, wobei insbesondere wendelgenutete oder mit Gewinde versehene Werkstücke hergestellt werden, ist die Schleifscheibe so profiliert, dass beim Einschleifen der Nut in das Werkstück die äußere positive Form der Profilierung der Schleifscheibe als negative Form in Form der Nut in dem Werkstück entsteht. Selbst unter Verwendung von leistungsfähigen und relativ hohe Standzeiten aufweisenden CBN- oder Diamant-Schleifscheiben führt der an der Profilierung der Schleifscheibe auftretende Verschleiß zu einer Verschlechterung des Schleifergebnisses und damit verbunden zu einer Abweichung von der Sollform der Nut im Werkstück, wobei im Verlauf des Schleifprozesses außerdem die Genauigkeit der Profilierung der Schleifscheibe und deren Schärfe nachlassen. Dadurch muss die Profilierung der Schleifscheibe nach gewissen Einsatzzeiten neu profiliert, d. h. abgerichtet werden muss.
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Als sehr leistungsfähiges Abrichtverfahren für das Profilieren der vorstehend genannten Schleifscheiben hat sich das Crushieren durchgesetzt. Das Crushieren, welches häufig auch als Einrollprofilieren bezeichnet wird, hat sich als spezielles Verfahren des rotierenden Abrichtens zum abbildungsgenauen Profilieren von metall- oder keramisch gebundenen Diamant- oder CBN-Schleifscheiben seit langem durchgesetzt und bewährt. Das Crushieren findet vor allem dann Anwendung, wenn Werkzeuge in großen Stückzahlen mit feinen Profilen versehen werden müssen.
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Die bekannten Crushiereinrichtungen weisen in der Regel Crushierrollen auf, welche entweder angetrieben sind und die Schleifscheibe durch Friktion mitnehmen, wenn beide miteinander im Eingriff sind, oder nicht angetrieben sind, dafür aber die Schleifscheibe, so dass, wenn beide miteinander im Eingriff sind, die Schleifscheibe durch Friktion die Crushierrolle mitnimmt, d. h. rotieren lässt. Wegen in den letzten Jahren zunehmender Tendenz nach immer größeren und leistungsfähigeren Schleifmaschinen mit leistungsfähigeren Schleifspindelantrieben hat sich das Antreiben der Crushierrollen durch die angetriebene Schleifscheibe durchgesetzt, d. h. die Crushierrolle läuft leichtgängig mit, wenn die Schleifscheibe mit der Crushierrolle im Eingriff ist. Damit beim Crushieren eine hohe Profilierungsgenauigkeit an der Schleifscheibe realisiert werden kann, sind die Crushierparameter mit großer Sorgfalt auszuwählen und anzuwenden. Immerhin werden, wenn Crushierrolle und Schleifscheibe miteinander im Eingriff sind, entweder ganze Körner aus dem Profilierungsbelag der Schleifscheibe oder zumindest größere Bruchstücke davon zerdrückt oder sogar herausgerissen. Beim Crushieren ist darüber hinaus dafür Sorge zu tragen, dass die ausgebrochenen Körner aus dem Kontaktbereich zwischen Crushierrolle und Schleifscheibe möglichst rasch abgeführt werden. Der Crushiervorgang erfolgt bei relativ hohen Drücken im Eingriffsbereich von Crushierrolle und Schleifscheibe, so dass durch gegebenenfalls auftretende Deformationen der Schleifscheibe das auszubildende Profil beim oder nach dem Abrichten verfälscht wird. Die Parameter von Crushierrolle und Schleifscheibe im engeren Sinne bzw. Crushierrollenspindel und Schleifscheibenspindel im weiteren Sinne müssen daher so ausgewählt und realisiert werden, dass die genannten Deformationen vermieden oder gar ausgeschlossen werden können. Werden bestimmte Parameter wie z. B. der relative Vorschub zwischen Schleifscheibe und Crushierrolle oder der im Eingriffsbereich beider entstehende sogenannte Crushierdruck zu groß gewählt, kann ein sogenanntes Rattern auftreten, was beim Crushiervorgang unter allen Umständen zu vermeiden ist.
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In
DE 30 50 373 C2 ist eine Abrichteinrichtung für eine numerisch gesteuerte Profil- oder Flachschleifmaschine beschrieben. Bei dieser bekannten Abrichteinrichtung ist eine Crushiereinrichtung auf der Profil- oder Flachschleifmaschine angeordnet, welche einen eigenen Antrieb aufweist. Vorgesehen ist das Abrichten von mehreren profilierten Schleifscheiben, welche in Richtung von deren Drehachse nebeneinander angeordnet sind, so dass jeder profilierter Schleifscheibe eine Abrichtrolle zugeordnet ist. Während des Crushierens wird die Abrichtrolle auf der Schleifscheibe so unter Druck abgewälzt, dass die Schleifkörner zerdrückt und herausgebrochen werden, wobei die Umfangsgeschwindigkeit von Schleifscheibe und Crushierrolle gleich sind. Durch das Vorsehen einer Abrichtrolle zum Crushieren direkt auf der bekannten Schleifmaschine, kann das Abrichten bereits in den gesamten Schleifprozess eingeordnet werden.
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In
DE 1 284 867 A ist eine Universalschleifmaschine mit Revolverkopf beschrieben, auf welcher in deren Schleifspindelstock eine so genannte Einrollvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher das zum Form- bzw. Einstechschleifen erforderliche Profil auf dem Umfang einer Schleifmaschine eingerollt wird. Die Durchführung des Einrollvorganges im Sinne einer Profilierung im Sinne eines Crushierens ist nicht beschrieben. Das Profilieren der Schleifscheibe mittels dieser bekannten Einrollvorrichtung erfolgt zwar auf der eigentlichen Schleifmaschine, wird aber zwischen Schleifoperationen oder ebenfalls auf der Universalschleifmaschine durchgeführten Dreh-, Bohr-, Reib- und Gewindeschneidarbeiten in einem Arbeitsgang zusätzlich durchgeführt.
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In
US 4 555 873 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken mittels einer profilierten Schleifscheibe beschrieben. Ebenfalls auf der Schleifmaschine angeordnet ist eine Abrichteinrichtung, mit der die Form und die Schärfe der Schleifscheibe wiederhergestellt werden können. Dazu wird die Schleifscheibe mit entsprechend der Profilierung der Schleifscheibe geformten Abrichtrollen zwischen eigentlichen Schleifoperationen wieder in Form und in Schärfe gebracht. In diesem Dokument ist auch beschrieben, dass das Abrichten bei unterbrochenem Schleifvorgang oder auch während des Schleifens kontinuierlich erfolgen kann. Zwar ist diesem Dokument kein direkter Hinweis auf Crushieren zu entnehmen, beschrieben ist jedoch, dass das Abrichten als ein Vorgang zu betrachten ist, welcher kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden kann. Verfahrenstechnische Trennungen des Abrichtvorganges sind nicht beschrieben.
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Des Weiteren ist in
DE 41 04 266 A1 eine Abrichtmaschine zum Profilieren einer Schleifscheibe mit einer Abrichtscheibe beschrieben. Das beschriebene Abrichten der Schleifscheibe, d.h. das Erzeugen der für die Genauigkeit des Schleifergebnisses erforderlichen Profilierung der Schleifscheibe erfolgt mit an ihren Stirnseiten abgerundeten Abrichtscheiben, welche so um die Stirnseite der Schleifscheibe beim Abrichten räumlich geschwenkt werden, dass das an der Schleifscheibe zu erzielende Profil erzeugt wird. Die Abrichtscheibe wird während des Abrichtvorganges jeweils um eine mit Abstand zu ihrer Umfangs-Stirnseite angeordnete und quer zur Rotationsachse verlaufende Schwenkachse oszillierend verschwenkt. Prinzipiell wird die Abrichtscheibe an die Schleifscheibe herangefahren. Bei dieser bekannten Abrichtmaschine soll der Verschleiß der Abrichtscheibe kontrolliert werden.
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In
JP 05138532 A ist eine Abrichtvorrichtung für CBN-Schleifscheiben vorgesehen, welche die Schleifscheibe so abrichtet, dass diese sowohl zum Vorschleifen als auch zum Fertigschleifen gleichermaßen verwendet werden kann. Die Abrichtscheibe weist so genannte Crushierkörner und einzelne abrasive Körner auf, welche im Abrichtbelag gemischt sind. Das Abrichten erfolgt in einem Vorgang und beschreibt ein Abrichten von axialen Stirnseiten einer topfartig ausgebildeten Schleifscheibe.
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In
US 3 435 814 ist bereits eine Crushiervorrichtung zum crushierenden Abrichten von profilierten Schleifscheiben beschrieben, welche auf einer Schleifmaschine fest angeordnet ist. Die Crushiereinrichtung ist in Form einer Crushierrolle ausgebildet und wird an die Schleifscheibe zu deren Abrichten angestellt. Ein Antrieb für die Crushierrolle soll sichern, dass sich die Umfangsgeschwindigkeit von Crushierrolle und Schleifscheibe nicht unterscheiden. Wenn Crushierrolle und Schleifscheibe miteinander in Eingriff sind, treibt nur die Schleifscheibe die Crushierrolle an.
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Der Crushiervorgang wird in einem Arbeitsgang durchgeführt, und anschließend wird die Crushierrolle außer Eingriff mit der Schleifscheibe gebracht.
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Auch in dem Firmenprospekt Winter von Saint-Gobain Abrasives ist bereits beschrieben, dass eine zum Abrichten einer profilierten Schleifscheibe eingesetzte Einrollvorrichtung möglichst Bestandteil der Maschine sein sollte und auf dieser fest installiert sein muss. Dadurch kann zeitintensiver Werkzeugwechsel vermieden werden. Vorzugsweise soll die Schleifscheibe angetrieben sein und die Profilrolle leichtgängig durch diese beim Abrichten mitgenommen werden. Für das Erstprofilieren wie für nachfolgende Profiliervorgänge sind jeweils spezielle Profilierrollen erforderlich. Bei dieser bekannten Einrichtung ist es notwendig, dass nach dem Vorprofilieren die Profilierrollen ausgewechselt werden müssen. Dies hat den Nachteil, dass Positionierfehler und damit Profilierungsfehler an der Schleifscheibe auftreten können.
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All den bereits bekannten Abricht- bzw. Crushierverfahren bzw. eingesetzten Crushiereinrichtungen ist gemein, dass das Crushieren weder schleifaufgabenabhängig durchgeführt wird, noch dass die eine hohe Flexibilität gewährleistenden Parameter des eigentlichen Crushiervorgangs Beachtung finden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Schleifmaschine zum Schleifen von genuteten Werkstücken zu schaffen, bei welchen ein Crushier-Abrichten einer zu profilierenden Schleifscheibe unter Berücksichtigung von wesentlichen Crushierparametern in einen automatisierten Schleifprozess integriert ist und eine hohe Qualität des geschliffenen Werkstückes bei Erzielung hoher Standzeiten der Schleifscheibe erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Schleifmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 erreicht. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Schleifen von Werkstücken, welche Nuten aufweisen, beschrieben. Die Werkstücke sind insbesondere wendelgenutete oder mit Gewinde versehene Werkstücke, wobei die Nuten auch gerade Nuten oder radial umlaufende Nuten wie z. B. Einstiche sein können. Das Werkstück ist aufgespannt und dessen Nut wird mittels einer Schleifscheibe geschliffen, welche eine Profilierung aufweist, welche dem Querschnitt der Nut entspricht. Durch den Schleifvorgang kann sich in Folge von Verschleiß der Schleifscheibe deren Profilierung ändern, weshalb die Schleifscheibe durch Crushieren nachprofiliert wird. Unter Nachprofilieren soll hier ein sogenanntes Fertigcrushieren bzw. Fertigprofilieren verstanden werden. Das Profil ist an der Schleifscheibe vorhanden und wird bzgl. Genauigkeit und Schärfe sozusagen wiederhergestellt. Erfindungsgemäß erfolgt ein Nachprofilier-Crushieren der Schleifscheibe mittels dabei ebenfalls angetriebener Crushierrolle, und zwar durch deren Steuerung auf Basis jeweils einer Messung von Drehzahl und Stromaufnahme der jeweiligen Antriebe der Schleifscheibe und der Crushierrolle, auf deren Basis ein relativer Vorschub beim Crushieren zwischen der Schleifscheibe und der Crushierrolle erfolgt. Der relative Vorschub wird dabei vorzugsweise so ausgewählt, dass aus Gründen der Effizienz beim Crushieren und beim gesamten Schleifvorgang der relative Vorschub ein maximaler relativer Vorschub ist, bei welchem noch keine nachteiligen Prozessverhältnisse auftreten. Es wird also stets mit dem maximalen relativen Vorschub nachprofilier-crushiert, bei welchem zum einen die Standzeit der Crushierrolle nicht übermäßig reduziert wird, aber mit einem relativ hohen Crushierdruck zwischen der Crushierrolle und der Schleifscheibe gearbeitet werden kann, wobei beim Crushieren stets stabile Crushierverhältnisse beibehalten werden.
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Gemäß der Erfindung werden dabei zumindest Drehzahl und Stromaufnahme als wesentliche Crushier-Parameter für das Nachprofilier-Crushieren gemessen und für die Steuerung des Prozesses des Crushierens verwendet. Die Stromaufnahme steht dabei für die Leistung, welche anforderungsgemäß die Antriebe sowohl der Schleifscheibe als auch der Crushierrolle ziehen bzw. die Leistung, welche ihnen zuzuführen ist, damit die gewünschten, definierten Crushierparameter eingehalten werden können.
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Vorzugsweise erfolgt ein Profilier-Crushieren der Schleifscheibe mittels der Crushierrolle, welche dabei in der Regel nicht angetrieben ist, und zwar durch eine Steuerung nur des Schleifscheibenantriebs auf Basis seiner gemessenen Drehzahl und Stromaufnahme, wobei das Profilier-Crushieren vor Beginn des Schleifprozesses durchgeführt wird. Unter Profilier-Crushieren soll dabei verstanden werden, dass eine noch nicht profilierte Schleifscheibe in einem ersten Arbeitsgang vor dem Beginn des eigentlichen Schleifprozesses mittels einer Crushierrolle die Profilierung aufgeprägt bekommt, damit mittels dieser Schleifscheibe die Nuten in das Werkstück geschliffen werden können. Profilier-Crushieren entspricht dabei einem Vorcrushieren bzw. Vorprofilieren bzw. Grobprofilieren.
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Vorzugsweise erfolgt das Profilier-Crushieren mittels derselben Crushierrolle, welche für das Nachprofilier-Crushieren eingesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Crushierrolle mehrere, vorzugsweise zumindest zwei Profilrillen aufweist, welche als Negativform zum Erzeugen der positiven Profilierung an der Schleifscheibe nacheinander angewendet werden. Das Vorsehen mehrerer Crushier-Rillen in der Crushierrolle hat den Vorteil, dass eine einzige Crushierrolle für mehrere Crushiervorgänge benutzt werden kann. Jedenfalls wird eine Crushierrolle sozusagen rillenweise abgearbeitet. Und erst wenn die letzte Crushier-Rille ein weiteres Profilieren der Schleifscheibe insbesondere im Wege des Nachprofilier-Crushierens aus Genauigkeitsgründen nicht mehr zulässt, muss diese Crushierrolle ausgewechselt und gegebenenfalls wieder aufgearbeitet werden.
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Auch beim Profilier-Crushieren ermöglicht die Messung von Drehzahl und Stromaufnahme des Antriebs der Schleifscheibe ein optimales Durchführen des Crushiervorgangs mittels eines maximalen relativen Vorschubs, bei welchem nachteilige Prozessverhältnisse wie z. B. ein Rattern nicht auftreten.
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Vorzugsweise wird beim Profilier-Crushieren ein größeres Abrichtvolumen als beim Nachprofilier-Crushieren von der Schleifscheibe abgerichtet.
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Es ist also festzustellen, dass beim Profilier-Crushieren die Schleifscheibe angetrieben ist, wohingegen die Crushierrolle in der Regel nicht angetrieben ist. Es kann jedoch beim Crushieren der mitlaufenden Crushierrolle sein, dass diese aufgrund von Schlupf und anderen Einflüssen eine Verringerung ihrer Drehzahl erfährt. Dafür ist vorgesehen, dass der Crushierrolle in zumindest kurzen Intervallen, sozusagen impulsartig, ihr Antrieb zugeschaltet wird. Die Impulse des Zuschaltens des Antriebs sind jedoch nur so lang bzw. werden nur solange durchgeführt, bis die Crushierrolle wieder die Nenndrehzahl erreicht hat, welche die Drehzahl der Schleifscheibe ist.
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In üblicher Weise wird mit einer ersten Nutprofilflanke die erste Seite der Profilierung an der Schleifscheibe angefahren, wobei durch eine vorhandene Anfahrsensorik und einer möglicherweise stattfindenden Zuschaltung des Antriebs in Form eines Antriebsimpulses an die Crushierrolle das Anfahren an die erste Nutprofilflanke überwacht wird. Anschließend folgt das Anfahren an eine zweite Flanke der in der Crushierrolle angeordneten Nut, wobei ebenfalls durch die Anfahrsensorik die gegebenenfalls erfolgende Zuschaltung eines Antriebsimpulses an die Crushierrolle überwacht wird. Daran schließt sich ein seitliches Verfahren der Schleifscheibe so weit an, bis die Schleifscheibe sich auf der Profilmitte der in der Crushierrolle befindlichen Nut bewegt wird. Dem schließt sich die Zustellbewegung zwischen der Schleifscheibe und der Crushierrolle, d. h. die relative Zustellung zwischen Schleifscheibe und Crushierrolle, bei angetriebener Schleifscheibe und frei mitlaufender Crushierrolle, an. Der maximale relative Vorschub, d. h. der zulässige Vorschub beim Crushieren, wird durch die Überwachung der Stromaufnahme und somit der Schleifspindelleistung realisiert, wobei die Stromaufnahme fortlaufend gemessen wird. Von der CNC-Steuerung wird dann der maximale relative Vorschub, d. h. ein bezüglich der Effizienz des Crushierverfahrens optimaler Vorschub zwischen der Crushierrolle und der Schleifscheibe, berechnet und eingestellt.
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Wenn die Schleifscheibe während des Profilier-Crushierens ihre Profilierung erhalten hat, so kann sie anschließend im normalen Schleifprozess zum Einschleifen der entsprechenden Nut in das Werkstück eingesetzt bzw. erneut eingesetzt oder zur Erhöhung der Genauigkeit noch nachprofilier-crushiert werden. Da im Schleifbetrieb die Schleifscheibe zwar verschleißt, die Profilform aber innerhalb enger Grenzen im Wesentlichen erhalten bleibt, muss zwischen festzulegenden Schleifabschnitten, und zwar auf Basis der Abnutzrate der Profilierung der Schleifscheibe, die Schleifscheibe im Wege des Nachprofilierens crushiert werden. Ein Profilier-Crushieren ist somit in dieser Phase des Prozesses nicht mehr erforderlich.
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Beim Nachprofilier-Crushieren sind sowohl die Schleifscheibe als auch die Crushierrolle jeweils angetrieben. Ebenso wie beim Profilier-Crushieren wird zunächst eine Flanke der Nut in der Crushierrolle angefahren, wobei durch die Anfahrsensorik und die Messung der Leistungsaufnahme an den beiden Antrieben der Schleifscheibe und der Crushierrolle (Schleifspindel/Crushierspindel) dieser Vorgang überwacht wird. Daran schließt sich ein Anfahren der zweiten Flanke der Nut an, wobei ebenfalls durch die Anfahrsensorik und die Mesung der Leistungsaufnahme an den beiden Antrieben der Schleifscheibe und der Crushierrolle, d. h. an deren Spindeln, dieser Vorgang überwacht wird. Daran schließt sich ein Verfahren der Schleifscheibe auf die Profilmitte an. Die Vorgehensweise unterscheidet sich gegenüber dem Profilier-Crushieren dadurch, dass beim Nachprofilier-Crushieren die Schleifscheibe und die Crushierrolle angetrieben und drehzahlgeregelt sind und zusätzlich die Stromaufnahme jeweils überwacht wird.
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Vorzugsweise werden die Crushierrolle und die Schleifscheibe bezüglich ihrer Drehzahlen so aufeinander abgestimmt, dass ihre Umfangsgeschwindigkeiten beim Nachprofilier-Crushieren in einer durch eine Umfangsfläche der Crushierrolle verlaufenden definierten Tiefe der Nut ein definiertes Verhältnis zueinander aufweisen. Dadurch kann der Crushiervorgang unter Einhaltung der wesentlichen Prozessparameter für das Nachprofilier-Crushieren gesteuert durchgeführt werden. Und es wird sichergestellt, dass ein optimales Crushieren erfolgt, und zwar unter Beachtung wesentlicher prozesstechnischer Parameter beim Crushieren.
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Weiter vorzugsweise wird die der definierten Tiefe der Nut entsprechende Umfangsfläche bei einem konstanten Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe und Crushierrolle bezüglich ihrer Tiefe in der Nut insbesondere stufenlos verändert.
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Bei dem während des Profilier-Crushierens bereits zuvor erwähnten Zuschalten von Antriebsimpulsen an die Spindel der Crushierrolle bei deren Abfall unter eine Grenzdrehzahl wird nun vorzugsweise die Grenzdrehzahl so festgelegt bzw. die Crushierrolle so lange angetrieben, bis die Drehzahl der Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe in der definierten Tiefe der Nut der Umfangsfläche entspricht.
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Besonders wichtig ist, dass während des Crushierens der Schleifscheibe beim Crushieren in ihrem Eingriffsbereich so viel Kühlmittel und in einer solchen Intensität zugeführt wird, dass die ausgebrochenen Körner und Schleifbelagteile zügig vom Eingriffsbereich abgeführt werden können.
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Der jedenfalls maschinenparameter - und crushierparameterabhängige maximale relative Vorschub zwischen der Schleifscheibe und der Crushierrolle beim Crushieren wird insbesondere im Wege von „trial and error“ vor dem eigentlichen Crushieren ermittelt und als Grenzwert in eine Maschinensteuerung eingegeben und insbesondere auch dort gespeichert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Schleifmaschine, welche zum Schleifen von Nuten aufweisenden Werkstücken, insbesondere wendelgenutete oder mit einem Gewinde versehende Werkstücke, vorgesehen ist, in üblicher Weise einen auf einem Kreuzschlitten auf einem Maschinenständer in X-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung CNC-bewegbaren Schleifspindelstock auf, welcher eine zum Schleifen der Nut profilierte Schleifscheibe trägt, welche rotatorisch angetrieben ist. Die Nuten können auch gerade Nuten oder Einstiche sein. Darüber hinaus weist die Schleifmaschine einen Werkstückspindelstock mit einer C-Achse auf. Das Werkstück ist auf der Schleifmaschine in einer Aufspannung gehalten. Zusätzlich weist die Schleifmaschine eine darauf fest installierte Crushiereinrichtung mit einer Crushierrolle mit eigenem rotatorischen Antrieb auf. Die Drehzahl der Crushierrolle ist mittels einer Steuereinrichtung steuerbar. Erfindungsgemäß ist der Crushierrolle die Schleifscheibe zum Abrichten ihrer Profilierung zustellbar. Die Crushierrolle weist einen Profilier-Crushierabschnitt zum Profilier-Crushieren der Schleifscheibe mit einem ersten Abrichtvolumen und einen auf derselben Crushierrolle angeordneten Nachprofilier-Crushierabschnitt zum Nachprofilier-Crushieren der Schleifscheibe mit einem zweiten Abrichtvolumen auf. Durch das Vorsehen von sowohl einem Profilier-Crushierabschnitt als auch einem Nachprofilier-Crushierabschnitt auf ein und derselben Crushierrolle kann die Crushiereinrichtung nicht nur relativ einfach aufgebaut sein, sie kann auch besonders stabil aufgebaut sein, weil nämlich dann die Crushierrolle beispielsweise durch eine steife Lagerung stabil genug ist, dass Deformationen beim eigentlichen Crushier-Prozess vermieden werden. Diese Deformationen können durch die beim Crushiervorgang auftretenden hohen Kräfte prinzipiell auftreten, weshalb die Crushiereinrichtung mit ihrer Befestigung auf dem Maschinenbett der Schleifmaschine ebenfalls besonders steif ausgeführt werden muss.
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Vorzugsweise weist die Crushierrolle mehr als zwei Crushierrillen bzw. -nuten auf, welche beim Crushieren der Profilierung der Schleifscheibe nacheinander solange genutzt werden können, bis die letzte Crushierrille beim Crushieren nicht mehr die erforderliche Genauigkeit und Schärfe der Profilierung der Schleifscheibe nach dem Crushieren wiederherstellt. Dann wäre die Crushierrolle auszuwechseln. Durch das Vorsehen mehrerer Crushierrillen auf ein und derselben Crushierrolle kann, nachdem eine Rille auf der Crushierrolle verschlissen ist, die nächste Rille zum Nachprofilier-Crushieren verwendet werden. Somit ist sichergestellt, dass beim Nachprofilier-Crushieren immer ein Schleifscheibenprofil mit optimaler Genauigkeit hergestellt werden kann. Dies bezieht sich auf das Nachprofilier-Crushieren. Das Profilier-Crushieren wird vor dem Schleifen in einem solchen Fall angewendet, wenn die Schleifscheibe noch keine entsprechend der herzustellenden Nut auf dem Werkstück ausgebildete Profilierung aufweist. Bei dem Profilier-Crushieren handelt es sich nämlich um ein sogenanntes Erstprofilieren. Im Verlaufe des gesamten Schleifprozesses auf der Schleifmaschine ist jedenfalls dann nur noch ein gelegentlich nach festgelegten Zyklen auszuführendes Nachprofilier-Crushieren durchzuführen, damit sowohl die Form der Profilierung als auch die Schärfe der Schleifscheibe nach gewisser ausgeführter Schleifzeit wiederhergestellt werden.
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Damit die Stabilität und Steifigkeit der Crushiereinrichtung in bzw. auf der Schleifmaschine gewährleistet werden kann, ist vorzugsweise die Crushiereinrichtung in einem stabilen Gehäuse angeordnet und fest mit dem Maschinenständer verbunden. Dadurch ist es möglich, die beim Crushieren auftretenden Kräfte zuverlässig aufzunehmen und selbst eine elastische Deformation der Crushiereinrichtung während des Crushierens weitestgehend zu vermeiden.
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Vorzugsweise weist die Crushiereinrichtung einen CNC-gesteuerten Antrieb auf, welcher über eine Kupplung mit der Crushierrolle zu deren rotatorischen Antrieb verbunden ist. Vorzugsweise besteht die Crushierrolle aus Hochleistungsschnellschnittstahl (HSS) oder Hartmetall. Der elektrische Antrieb hat den Vorteil, dass dieser insbesondere in dem Fall des Profilier-Crushierens zuverlässig freigeschaltet werden kann, d. h. antriebsfrei mitläuft, was insbesondere für das Profilier-Crushieren der Fall ist, weil dort in der Regel die Crushierrolle nicht angetrieben ist, d. h. bei Eingriff der Schleifscheibe in der Rille bzw. Nut der Crushierrolle mit der Schleifscheibe mitläuft. Der elektrische Antrieb der Crushierrolle hat darüber hinaus den Vorteil, dass in dem Falle des Absinkens der Drehzahl der Crushierrolle der Antrieb durch Schaltimpulse über das Zuschalten des Antriebsmomentes kurzzeitig zugeschaltet werden kann, bis die Drehgeschwindigkeit der Crushierrolle wieder derjenigen der Schleifscheibe entspricht und dann die Crushierrolle wieder ohne Antrieb mit der Schleifscheibe mitläuft.
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Vorzugsweise weist die Crushiereinrichtung zusätzlich einen Körperschallsensor auf, mittels welchem der Eingriffskontakt zwischen der Crushierrolle und der Schleifscheibe laufend überwacht werden kann, wobei mittels des Körperschallsensors ein den Eingriffskontakt detektierendes Signal an die Steuereinrichtung lieferbar ist, sodass der Steuereinrichtung ein Signal über den Eingriffskontakt zuführbar ist.
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Vorzugsweise ist die Schleifscheibe bzw. die Schleifspindel mit dem Spindelstock so ausgebildet, dass sie beim Nachprofilier-Crushieren an die Crushierrolle zustellbar und in Querrichtung zum Nachprofilier-Crushierabschnitt bewegbar ist. Beim Crushieren wird nämlich in der Regel eine Flanke des Profils der Schleifscheibe zuerst angefahren und etwas crushiert, woran sich das Anfahren und geringfügige Crushieren der zweiten Flanke und anschließend das mittig in der Nut ablaufende Nachprofilier-Crushieren anschließt.
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Vorzugsweise ist die Crushierrolle einteilig oder zweiteilig ausgebildet. Während die einteilige Ausbildung mit dem Vorsehen mehrerer Crushierrillen zum mehrfachen Crushieren einer Schleifscheibe während eines gesamten Schleifprozesses bezüglich einer hohen Steifigkeit, welche für das Crushieren erforderlich ist, Vorteile bringt, ist die Zweiteiligkeit der Crushierrolle besonders von Vorteil, wenn nur ein Teil der Crushierrolle wegen ihres Verschleißes ausgewechselt werden muss, der noch nicht verschlissene Teil jedoch aber weiterbenutzt werden kann. Damit ist unter Umständen ein Vorteil hinsichtlich der Flexibilität gegeben.
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Und schließlich ist vorzugsweise die Steuereinrichtung so ausgebildet, dass ein maximaler relativer Vorschub zwischen der Schleifscheibe und der Crushierrolle beim Crushieren realisierbar ist, und zwar derart, dass dieser maximale relative Vorschub kleiner ist als ein vorgebbarer, maschinen- und prozessparameterabhängiger Grenzwert ist, welcher vor dem Crushieren in die Steuereinrichtung eingebbar ist. Dieser maximale relative Vorschub ist für jedes Werkstück, für jede Ausführung von Crushierrollen und Schleifscheibe und entsprechende Schleifbedingungen einschließlich der verwendeten Schleifbeläge und des Materials der Crushierrolle gesondert vorzugsweise im Rahmen von „trial and error“-Versuchen zu bestimmen.
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Im vorliegenden Fall der Erfindung ist dem Durchschnittsfachmann jedenfalls die Lehre an die Hand gegeben, wesentliche Prozessparameter für die Steuerung dieses maximal relativen Vorschubs, d. h. des maximalen zulässigen Vorschubs, ohne dass nicht mehr beherrschbare Prozessbedingungen nachteiliger Art auftreten, mit der Schleifmaschine eingehalten bzw. realisiert werden können. Mit zumutbarem Aufwand kann der zuständige Fachmann diesen Grenzwert durch Tests ermitteln. Wenn dieser Grenzwert einmal ermittelt ist, ist es mittels der Steuereinrichtung möglich, bezüglich des Vorschubs möglichst nahe an diesen Grenzwert heranzufahren, ohne dass dieser Grenzwert überschritten wird. Somit ist ein schnelles und kostengünstiges Crushieren von Schleifscheiben mit hoher Genauigkeit im vollautomatischen Prozess durchführbar.
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Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Details werden nun anhand von Ausführungsbeispielen in der beigefügten Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine prinzipielle vereinfachte Darstellung einer Schleifmaschine mit Crushiereinrichtung in Draufsicht;
- 2 ein Crushiereinrichtung und zugeordnete Schleifspindel mit Schleifscheibe gemäß der Erfindung;
- 3 eine Crushierrolle mit zugeordneter Schleifscheibe für ein Profilier-Crushieren;
- 4 eine Detailansicht von Crushierrolle und zugeordneter Schleifscheibe bei unmittelbarem Beginn des Profilier-Crushierens;
- 5a) der Crushiervorgang der Profilierung an der Schleifscheibe an einer ersten Flanke;
- 5b) der Crushiervorgang der Profilierung an der Schleifscheibe an einer zweiten Flanke der Crushierrolle;
- 5c) der Crushiervorgang im Wesentlichen am Ende des Crushierens der Profilierung an der Schleifscheibe mittels der Crushierrolle; und
- 6 die geometrischen Verhältnisse von Nuttiefe und entsprechend der Nuttiefe vorgesehene Umfangsfläche in der Nut und in der Profilierung der Schleifscheibe.
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In 1 ist in prinzipieller Darstellung in Draufsicht die Anordnung der wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine auf dem Maschinenbett dargestellt. Ein Werkstückspindelstock mit einer Werkstückspindel mit C-Achse hat ein Werkstück 1 eingespannt. Zum gegebenenfalls erforderlichen Aufspannen des Werkstückes auf Spitzen ist in Verlängerung der Längsachse der Werkstückspindel ein verschiebbarer Reitstock 4 mit einer Spitze vorgesehen. Auf einem auf dem Maschinenbett befestigten Kreuzschlitten ist ein Schleifspindelstock mit Schleifspindel angeordnet, an welcher eine Schleifscheibe 5 befestigt ist. Die Schleifscheibe 5 weist eine Profilierung auf, mit welcher die entsprechenden Nuten in das Werkstück 1 eingeschliffen werden. Dazu ist die Schleifscheibe über CNC-Achsen in X-, Z-, und Y-Richtung verfahrbar und dem Werkstück 1 zustellbar. Des Weiteren ist eine Crushiereinrichtung 7 vorgesehen, welche eine Crushierrolle trägt. Die Rotationsachsen der Crushierrolle und der Schleifscheibe 5 sind parallel zueinander angeordnet, jedenfalls wenn die Schleifscheibe 5 bezüglich ihrer Profilierung crushiert wird.
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In 2 sind in Form eines Ausschnitts der prinzipiellen Anordnung auf der Schleifmaschine gemäß 1 lediglich die Schleifspindel 2 mit der Schleifscheibe 5 und zugeordnet dazu die Crushiereinrichtung 7 mit ihrer Crushierrolle 8 gezeigt. Um die entsprechenden Nuten in das in 2 nicht gezeigte Werkstück einschleifen zu können, ist die Schleifspindel 2 mit ihrer Schleifscheibe 5 um eine CNC-gesteuerte A-Schwenkachse schwenkbar. Darüber hinaus ist die Schleifspindel ebenfalls CNC-gesteuert in Z- und Y-Richtung verfahrbar.
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Der in 2 gezeigte Grundaufbau der Crushiereinrichtung 7 ist durch eine hohe Steifigkeit gekennzeichnet, was z. B. dadurch deutlich wird, dass die Crushiereinrichtung 7 in einem Gehäuse 9 angeordnet ist, in welchem die die Crushierrolle 8 tragende Crushierspindel 16 an beiden Seiten der Crushierrolle 8 mittels Wälzlagern 12 steif gelagert ist. Der Antriebsmotor 11 der Crushiereinrichtung 7 ist ebenfalls CNC-gesteuert und ist über eine Kupplung 10 mit der Crushierspindel 16 verbunden.
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Gezeigt ist in 2 eine Crushierrolle 8, welche zwei Crushierrillen bzw. Crushiernuten aufweist. Beide Crushiernuten können nacheinander zum Crushieren der Profilierung der Schleifscheibe 5 verwendet werden. Das kann einerseits ein Profilier-Crushieren mit der ersten Crushiernut und ein Nachprofilier-Crushieren mit der zweiten Crushiernut sein. Es ist jedoch andererseits auch möglich, dass die beiden Crushiernuten der Crushierrolle 8 lediglich zum Nachprofilier-Crushieren verwendet werden. In diesem Fall wird die in 2 oben dargestellte Crushiernut zuerst solange zum Nachprofilier-Crushieren verwendet, bis diese nicht mehr die erforderliche Genauigkeit der Profilierung an der Schleifscheibe 5 erzeugen kann. Anschließend wird die in der Zeichnung darunter liegende Crushiernut zu einem weiteren Nachprofilier-Crushieren der Schleifscheibe angewendet. Wenn die beiden Crushiernuten zum Nachprofilier-Crushieren verwendet werden, kann somit die Standzeit der Crushierrolle beim Crushieren gegenüber einer Crushierrolle mit nur einer einzigen Crushiernut verdoppelt werden. Es ist auch möglich, eine größere Anzahl von Crushiernuten in der erfindungsgemäßen Crushierrolle zu verwenden bzw. vorzusehen. Auf jeden Fall kann mit der erfindungsgemäßen Crushierrolle vor allen Dingen auch der höheren Steifigkeit insoweit Rechnung getragen werden und eine höhere Prozessgenauigkeit bei der Crushierung der Profilierung der Schleifscheibe und damit einer höheren Genauigkeit der zu schleifenden Werkstücke erreicht werden, wenn die zumindest zwei Crushiernuten auf einer einteiligen und damit steifen Crushierrolle 8 angeordnet sind.
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In 3 ist von der Crushiereinrichtung 7 lediglich deren Hauptteil, die Crushierrolle 8, welche auf der Crushierspindel 16 angeordnet ist, dargestellt. Die Crushierrolle 8 weist einen Profilier-Crushierabschnitt 14 und einen Nachprofilier-Crushierabschnitt 15 auf. Darüber hinaus ist in prinzipieller Darstellung ein Körperschallsensor 13 an der Crushiereinrichtung 7 vorgesehen, mittels welchem der Eingriffskontakt der Schleifscheibe 5, welche auf der Schleifspindel 2 angeordnet und um ihre C-Achse rotatorisch angetrieben ist, mit der Crushierrolle 8 erfassbar bzw. überwachbar ist.
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Die in 3 dargestellte Schleifscheibe 5 ist noch nicht profiliert und muss daher für den eigentlichen Schleifvorgang zunächst profilier-crushiert werden. Unter Profilier-Crushieren ist in dem Zusammenhang das Erzeugen der eigentlichen Profilierung an der Schleifscheibe 5 zu verstehen. Dies wird in einer zum Profilier-Crushieren vorgesehenen Profilier-Crushiernut 14 auf der Crushierrolle 8 durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die zunächst vor der Profilier-Crushierung mit ihrer im Querschnitt abweichend von der Profilform ausgebildeten Schleifscheibe zunächst an einer Flanke des Profilier-Crushierabschnittes 14 der Crushiernut angestellt und in geringem Maße crushiert. Im zweiten Schritt wird dann eine geringe Crushierung an der zweiten Flanke der Profilier-Crushiernut 14 durchgeführt. Anschließend wird die Schleifscheibe in die Mitte der Nut der Crushierrolle verfahren, und beide Flanken werden dann zeitgleich profilier-crushiert. Nach dem Profilier-Crushieren wird die Schleifscheibe noch nachprofilier-crushiert, wobei die Schleifscheibe ihre endgültige Profilierform in sehr hoher Genauigkeit erhält.
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Die in 3 ebenfalls dargestellte Nachprofilier-Crushiernut 15 wird dagegen nur während des eigentlichen Schleifprozesses genutzt, wenn die Profilierung der Schleifscheibe 5 nachprofilier-crushiert werden muss, weil deren Form nicht mehr der Sollform entspricht und weil deren Schärfe nachgeschärft werden muss.
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Der Körperschallsensor 13 spricht bei jedem Kontakt der herzustellenden Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 an einer der Flanken der Crushiernuten 14, 15 an und überwacht somit den Eingriffskontakt beim Crushieren. Die zunächst eben abgerichtete Schleifscheibe 5 wird also durch die 3 dargestellte Profilier-Crushiernut 14 in ein spitzes Profil crushiert, welches zum Gewindeschleifen vorgesehen ist. Durch das Trennen der Crushierabschnitte in einen Profilier-Crushierabschnitt 14 und einen Nachprofilier-Crushierabschnitt 15 kann wegen des ansonsten starken Verschleißes, welchem die Crushierrolle 8 normalerweise unterliegt, deren Standzeit erhöht werden. Die für das Nachprofilier-Crushieren vorgesehene Nachprofilier-Crushiernut 15 gewährleistet das Erzeugen einer Profilierung 6 an der Schleifscheibe 5 für eine hochgenaue Herstellung der Nuten in den Werkstücken.
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Bei dem in 4 dargestellten Zustand des Gerade-Beginnes des Crushierens der eben abgerichteten Schleifscheibe 5 wird diese über ihre Schleifspindel 2 angetrieben, wodurch die nicht angetriebene Crushierrolle 8 auf der Crushierspindel 16 wegen des Eingriffskontaktes der eben abgerichteten Schleifscheibe 5 in der Profilier-Crushiernut 14 die Crushierrolle durch die Schleifscheibe angetrieben wird und mit dieser mitläuft. Ein eigenständiger Antrieb der Crushierrolle 8 erfolgt nicht, d. h. entweder ist der Antrieb ausgeschaltet, oder die Kupplung 10 (s. 2) zwischen Antrieb und Crushierrolle ist auf „getrennt“ gesetzt. Ebenfalls wieder dargestellt ist in 4 der Körperschallsensor 13, welcher den Eingriffskontakt der Schleifscheibe 5 in dem Profilier-Crushierabschnitt 14 registriert bzw. überwacht. Das Signal, welches der Körperschallsensor 13 bei Kontakt der Schleifscheibe 5 mit der Crushierrolle 8 erzeugt, stellt die Überwachung dafür dar, dass die Schleifscheibe 5 auch tatsächlich einen Kontakt mit der Crushierrolle 8 hergestellt hat und der Crushiervorgang beginnt.
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Da die Schleifscheibe 5 in üblicher Weise einen Rundlauffehler aufweist, wird die Crushierrolle 8 beim ersten Berühren durch die Schleifscheibe 5 nicht vollständig angetrieben. Dadurch kann die Drehzahl der Crushierrolle 8 absinken. Wenn eine vorgegebene untere Grenzdrehzahl erreicht ist, kann der Antriebsmotor 11 der Cruhierspindel 16 impulsartig hinzugeschaltet werden. Diese Zuschaltung erfolgt solange, bis die Crushierrolle 8 wieder die Drehzahl aufweist, welche die Schleifscheibe 5 hat. D. h. der Antriebsimpuls erfolgt solange, bis die Crushierrolle 8 ihre der Drehzahl der Schleifscheibe 5 entsprechende Solldrehzahl aufweist.
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In den 5a), b) und c) sind die verschiedenen Phasen beim Crushieren der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 dargestellt. Generell wird beim Crushieren diese Vorgehensweise realisiert, und zwar beim Profilier-Crushieren wie auch beim Nachprofilier-Crushieren. Die 5a) bis 5c) zeigen beispielhaft den Nachprofilier-Crushierprozess. In 5a) ist gezeigt, wie zunächst eine erste Flanke der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 an einer ebenfalls ersten Flanke der Nachprofilier-Crushiernut 15 in der Crushierrolle 8 angefahren und geringfügig crushiert wird. Zur Herstellung des Kontakts zwischen der Schleifscheibe 5 und der Crushierrolle 8 kann die Schleifscheibe 5 entlang ihrer CNC-gesteuerten Z- und Y-Achsen verfahren werden. Damit wird sichergestellt, dass während des Crushierens optimale Crushierparameter hinsichtlich relativem Vorschub, Crushierkräften und weiterer Parameter eingehalten bzw. realisiert werden. In 5b) ist dargestellt, wie die seitlich verfahrene Schleifscheibe 5 mit ihrer der ersten Flanke gegenüberliegenden Flanke der Profilierung 6 an die an der Nachprofilier-Crushiernut 15 ausgebildete zweite Flanke angestellt ist und dort dem Anfahrvorgang und geringen Crushieren unterzozogen wird. Analog zu 5a) für das Anfahren der ersten Flanke wird die Schleifscheibe 5 zum Anfahren in ihren CNC-gesteuerten Z- und Y-Achsen verfahren, um die erforderlichen und zulässigen Crushierparameter einzuhalten.
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Wenn beide Flanken der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 einzeln in der Nachprofilier-Crushiernut 15 angestellt und geringfügig crushiert worden sind, wird die Schleifscheibe in Y-Richtung, d. h. der Querrichtung, so verfahren, dass die Profilierung mittig zu der Crushiernut 15 angeordnet ist. Dies ist in 5c) dargestellt. Das Crushieren beider Flanken gleichzeitig stellt den letzten Schritt des Crushierens der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 dar. Im vorliegenden Fall ist dies wiederum am Beispiel des Nachprofilier-Crushierens dargestellt. Gleichermaßen und in gleicher Abfolge wird dies für das Profilier-Crushieren mittels der in 5c) ebenfalls dargestellten Profilier-Crushiernut 14 der Crushierrolle 8 durchgeführt.
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In 6 sind die geometrischen Verhältnisse zwischen der Crushiernut 15 der Crushierrolle 8 und der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 im Hinblick auf zwei unterschiedliche Ebenen bezüglich der Tiefe der Crushiernut 15 dargestellt. Dargestellt ist wiederum die Nachprofilier-Crushiernut 15. Dadurch, dass sowohl die Schleifspindel als auch die Crushierspindel mit eigenständigen separat gesteuerten Drehzahlregelungen versehen sind, ist es möglich, exakt festzulegen, auf welcher „Ebene“ die Umfangsgeschwindigkeit der Crushierrolle 8 und die der Schleifscheibe 5 gleich sein sollen. Dabei ist zu beachten, dass die Schleifscheibe 5 und die Crushierrolle 8 unterschiedliche Durchmesser haben. Unter „Ebene“ ist dabei die ringförmig ausgebildete Umfangsfläche 17 zu verstehen. Sie wird nur gedanklich unter Bezug auf 6, in welcher diese „Ebene“ für einen einzigen Radius dargestellt ist, als „Ebene“ bezeichnet. Der bis zur eingezeichneten Umfangsfläche 17 innerhalb der Crushierrolle 8 umlaufende zugehörige Radius spannt sozusagen die ringförmige, zylindrisch ausgebildete Umfangsfläche 17 auf. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Durchmesser der Crushierrolle 8 und der Schleifscheibe 6 werden unterschiedliche Drehzahlen an der Schleifscheibe 5 der Crushierrolle 8 dergestalt verwirklicht, dass bezogen auf eine ausgewählte Ebene die Drehzahlen, d. h. die Umfangsgeschwindigkeiten konstant sind. Das Verhältnis dieser Umfangsgeschwindigkeiten ist also 1:1. Bei Verschiebung dieser gedachten Umfangsfläche 17 während des Crushsiervorganges, insbesondere stufenlos, kann die Qualität der Profilierung 6 der Schleifscheibe 5 nach dem Crushiervorgang weiter erhöht werden, wodurch sich das Schleifergebnis am Werkstück verbessern lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Schleifspindelstock
- 3
- Werkstückspindelstock
- 4
- Reitstock
- 5
- Schleifscheibe
- 6
- Profilierung Schleifscheibe
- 7
- Crushiereinrichtung
- 8
- Crushierrolle
- 9
- Gehäuse Crushiereinrichtung
- 10
- Kupplung Crushiereinrichtung
- 11
- Antrieb Crushiereinrichtung
- 12
- Wälzlager Crushiereinrichtung
- 13
- Körperschallsensor
- 14
- Profilier-Crushiernut / Profilier-Crushierabschnitt
- 15
- Nachprofilier-Crushiernut / Nachprofilier-Crushierabschnitt
- 16
- Spindel Crushiereinrichtung
- 17
- Umfangsfläche
- 18
- Maschinensteuerung
