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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schälschleifen mindestens einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere eines Werkstücks in Form eines Lagerringes oder eines Wälzkörpers. Es erfolgt ein Bereitstellen eines Kombiwerkzeuges umfassend eine erste Schleifscheibe mit einem ersten Schleifbelag und eine zweite Schleifscheibe mit einem zweiten Schleifbelag auf einer gemeinsamen rotierbaren Werkzeugachse. Ein Werkstück wird in einer Halterung bereitgestellt derart, dass das Werkstück um eine zur rotationssymmetrischen Oberfläche konzentrische Drehachse rotierbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Schälschleifen mindestens einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Werkstücks.
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Vorrichtungen und Verfahren zum Schleifen von Wälzkörpern für ein Wälzlager sind aus der
WO 19114871 A1 bekannt. Es erfolgt ein Bereitstellen eines zu schleifenden Werkstücks, ein Bereitstellen einer Schleifscheibe, wobei die Schleifscheibe einen Scheibenkörper aufweist, an dessen Umfang ein Schleifbelag aufgebracht ist umfassend einen Grobschleifbelag zum Schleifen, insbesondere Schälschleifen, des Werkstücks und einen Feinschleifbelag zum Polieren des Werkstücks, die nebeneinander angeordnet sind. Eine Dicke des Grobschleifbelags auf dem Umfang des Scheibenkörpers nimmt in Richtung des Feinschleifbelags stetig zu und eine Dicke des Feinschleifbelags ist in Richtung des Grobschleifbelags gleichbleibend oder nimmt stetig zu. Es erfolgt ein Vorschieben der Schleifscheibe relativ zum Werkstück in mindestens einer Vorschubrichtung, wobei zunächst der Grobschleifbelag und diesem nachfolgend der Feinschleifbelag an einer zu schleifenden Oberfläche des Werkstücks gleichzeitig schleifend entlang bewegt wird. Durch den in Vorschubrichtung nach dem Grobschleifbelag an dem Werkstück automatisch angreifenden Feinschleifbelag kann ein Schleifen und Polieren in einem gemeinsamen Arbeitsgang ohne eine weitere Bearbeitungsmaschine und ohne zusätzlichen Schleif- oder Polierdurchgang mit einer weiteren Schleifscheibe erfolgen. Der Grobschleifbelag und der Feinschleifbelag der Schleifscheibe werden dabei ausschließlich an einer Mantelfläche des Werkstücks schleifend entlang bewegt. Eine rein zylindrische Ausgestaltung des Werkstücks ist dabei nicht zwingend erforderlich. Durch eine Änderung des Anstellwinkels der Schleifscheibe relativ zum Werkstück können auch gebogene, gerundete, logarithmische und ballige Flächen der Mantelfläche mit einer hohen Oberflächengüte bearbeitet werden. Bevorzugt wird dazu bei dem Verfahren entweder die Schleifscheibe in Vorschubrichtung relativ zum Werkstück bewegt, indem eine Drehachse der Schleifscheibe auf einer gekrümmten Bahn bewegt wird und/oder indem eine Drehachse des Werkstücks auf einer gekrümmten Bahn bewegt wird.
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Beim sogenannten Schälschleifen wird in der Regel mit einer relativ schmalen Schleifscheibe ein rotationssymmetrisches Werkstück, innen oder außen, im Längsschliff bearbeitet. Anders als beim klassischen Längsschleifen wird dabei eine größere Schnitttiefe erzeugt, was der Produktivität zuträglich ist. Die fertige Werkstückoberfläche wird während eines einzigen Überschliffes durch eine sogenannte Schlichtzone mit feinkörnigem Schleifbelag an der Schleifscheibe zum Schlichtschälen erzeugt, die einer Schälzone mit einem grobkörnigem Schleifbelag zum Schuppschälen in Bearbeitungsrichtung nachfolgt.
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Bei einem derartigen Kombischleifverfahren wird eine hohe Wirkrautiefe der Schleifscheibe benötigt, um schnell zerspanen zu können. Diese hohe Wirkrautiefe begrenzt jedoch die erreichbare Oberflächenqualität. Zudem ist das bekannte Verfahren durch eine Verbiegung der Schleifscheibe infolge des Schleifdruckes hinsichtlich einer erreichbaren Oberflächenform des Werkstücks begrenzt.
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Ein getrenntes Schruppschälen und Schlichtschälen führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit der angestrebten Oberflächenform, würde nach dem Stand der Technik allerdings zwei Schleifspindel erfordern, die zeitlich nacheinander das Werkstück bearbeiten. Damit wären die Bearbeitungszeit und die Kosten des Verfahrens gegenüber einem Kombischleifverfahren umfassend ein Schruppschälen mit integriertem Schlichtschälen in einem Arbeitshub, also einem einmaligen Vorbeiführen der Schleifscheibe am Werkstück, deutlich erhöht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren und eine Vorrichtung zum Schälschleifen mindestens einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Werkstücks bereitzustellen, welches bei verringertem Zeitbedarf die Genauigkeit der gebildeten rotationssymmetrischen Oberfläche erreicht, die durch ein getrenntes Schruppschleifen und Schlichtschleifen erreichbar wäre.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Schälschleifen einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Werkstücks, umfassend folgende Schritte gelöst:
- Bereitstellen eines Kombiwerkzeuges umfassend eine erste Schleifscheibe mit einem ersten Schleifbelag und eine zweite Schleifscheibe mit einem zweiten Schleifbelag auf einer gemeinsamen, um eine Werkzeugachse rotierbaren Werkzeugspindel,
- Bereitstellen des Werkstücks in einer Halterung derart, dass das Werkstück um eine zur rotationssymmetrischen Oberfläche konzentrischen Drehachse rotierbar ist,
- erstes Bearbeiten der rotationssymmetrischen Oberfläche des Werkstücks, indem das Kombiwerkzeug rotierend an dem rotierenden Werkstück und in einer Vorschubrichtung entlang einer geraden oder gekrümmten ersten Bahn vorbeigeführt wird, wobei nur eine der Schleifscheiben in Eingriff mit der rotationssymmetrischenOberfläche gelangt,
- Verkippen der Werkzeugachse, und
- zweites Bearbeiten der rotationssymmetrischen Oberfläche des Werkstücks, indem das Kombiwerkzeug rotierend an dem rotierenden Werkstück und entgegengesetzt zur Vorschubrichtung entlang einer geraden oder gekrümmten zweiten Bahn vorbeigeführt wird, wobei nur die andere der beiden Schleifscheiben (5, 4) in Eingriff mit der rotationssymmetrischen Oberfläche gelangt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt demnach vor, in einem ersten Arbeitshub (erstes Überschleifen der rotationssymmetrischenn Oberfläche) das erste Bearbeiten in Form eines Schälschleifens durchzuführen und im Rückwärtshub, bei dem das Kombiwerkzeug in seine Ausgangslage rückgeführt wird, das zweite Bearbeiten in Form eines Schlichtschleifens (zweites Überschleifen der rotationssymmetrischen Oberfläche) durchzuführen. Dazwischen erfolgt lediglich ein Verkippen der Werkzeugachse, um die Schleifscheibe für das Schlichtschleifen in Eingriff mit der rotationssymmetrischen Oberfläche zu bringen. Dies kann schnell und ohne Genauigkeitsverlust erfolgen.
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Dabei kann zwischen dem ersten Bearbeiten und dem zweiten Bearbeiten die Werkzeugachse verkippt und die Lage der Drehachse beibehalten werden. Alternativ kann die Drehachse verkippt und die Lage der Werkzeugachse beibehalten werden. Ebenso ist es möglich, sowohl die Werkzeugachse als auch die Drehachse zu verkippen, so dass diese relativ zueinander eine veränderte Winkellage einnehmen. Die Winkellagen können je nach Ausgestaltung der rotationssymmetrischen Oberfläche in Vorschubrichtung und entgegengesetzt dazu kontinuierlich verändert werden, um einer gekrümmten Bahn folgen. Dies ist beispielsweise bei balligen rotationssymmetrischen Oberflächen erforderlich.
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Grundgedanke der Erfindung ist es also, die rotationssymmetrische Oberfläche in zwei Arbeitshüben zu bearbeiten - einem Schrupphub und einem Schlichthub. Dabei wird die Werkzeugachse relativ zum Werkstück zwischen Schrupphub und Schlichthub um wenige Grad verkippt, so dass ein anderer Schleifbelag zum Eingriff kommt. Das Kombiwerkzeug ist somit mit verschiedenen Schleifbelägen - für Schruppen und für Schlichten separat - ausgestattet, die durch das Schwenken gezielt in Eingriff gebracht werden. Eventuelle Formfehler aus dem Schruppprozess können durch Bahnkorrekturen beim Schlichten egalisiert werden.
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Die Herstellung von Werkstücken mit rotationssymmetrischen Oberflächen in Form von zylindrischen, konischen, balligen, kugeligen, gebogenen, logarithmischen oder torusförmigen Oberflächen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Dabei kann eine solche rotationsymmetrische Oberfläche eine Mantelfläche des Werkstücks bilden. Alternativ kann die rotationssymmetrische Oberfläche eine Durchgangsöffnung oder ein Sackloch im Werkstück ausbilden. Weiterhin kann die rotationssymmetrische Oberfläche auch eine Stirnseite des Werkstücks ausbilden.
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Vorzugsweise werden der erste Schleifbelag für eine Grobbearbeitung (Schruppschleifen) der rotationssymmetrischen Oberfläche und der zweite Schleifbelag für eine Feinbearbeitung (Schlichtschleifen) der rotationssymmetrischen Oberfläche unterschiedlich ausgebildet. Die Schleifscheibe, die zuerst in Eingriff mit der rotationssymmetrischen Oberfläche gebracht wird, erhält einen grobkörnigen Schleifbelag zum Schruppschleifen. Die Schleifscheibe, die danach in Eingriff mit der bereits schruppgeschliffenen rotationssymmetrischen Oberfläche gelangt, erhält einen feinkörnigen Schleifbelag zum Schlichtschleifen.
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Die zwei Schleifscheiben zum Schruppschleifen und Schlichtschleifen können allerdings auch dieselbe Schleifscheibenspezifikation aufweisen. Dann würden die erforderlichen Eigenschaften durch unterschiedliche Abrichtbedingungen erzeugt werden.
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Die erste Schleifscheibe und die zweite Schleifscheibe können als eine einteilige Schleifscheibe, auch Sandwichschleifscheibe genannt, mit verschiedenen Schleifzonen bereitgestellt sein. Die erste und die zweite Schleifscheibe können aber auch getrennt voneinander auf der Werkzeugspindel vorliegen und zwei separat gefertigte Bauteile ausbilden.
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Vorzugsweise wird / ist ein Durchmesser der ersten Schleifscheibe und ein Durchmesser der zweiten Schleifscheibe mit abnehmendem Abstand zur jeweils anderen Schleifscheibe stetig zunehmend ausgebildet. Der Durchmesser der Schleifscheibe wird senkrecht zur Werkzeugachse zwischen der Werkzeugachse und der Schleifoberfläche der jeweiligen Schleifscheibe gemessen.
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Bevorzugt sind eine mit der rotationssymmetrischen Oberfläche in Eingriff gelangende erste Schleifoberfläche der ersten Schleifscheibe und eine mit der rotationssymmetrischen Oberfläche in Eingriff gelangende zweite Schleifoberfläche der zweiten Schleifscheibe in einem Winkel α zueinander angeordnet, wobei eine Winkelspitze des Winkels α von der Werkzeugachse wegzeigend ausgerichtet wird. Alternativ können auch einer Krümmung folgende Schleifoberflächen zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke in Form von Wälzlagerringen oder Wälzkörpern bearbeitet. Insbesondere eignet es sich für ein Bohrungsschleifen von Wälzlagerringen oder ein Außenrundschleifen, insbesondere mit einem Durchmesser ab 30 mm.
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Insbesondere wird eine Bearbeitungsgeschwindigkeit in Vorschubrichtung und entgegengesetzt zur Vorschubrichtung unterschiedlich gewählt, so dass eine optimale Nutzung der jeweiligen Schleifscheibe bei kleinstmöglicher Bearbeitungszeit für die zylindrische Oberfläche möglich ist. So kann sowohl für das Schruppschleifen als auch für das Schlichtschleifen die maximale Vorschubgeschwindigkeit bei optimalem Schleifergebnis gewählt werden.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Schälschleifen einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Werkstücks gelöst, umfassend:
- - ein Kombiwerkzeug umfassend eine erste Schleifscheibe mit einem ersten Schleifbelag und eine zweite Schleifscheibe mit einem zweiten Schleifbelag auf einer gemeinsamen, um eine Werkzeugachse rotierbaren Werkzeugspindel, wobei der erste Schleifbelag für eine Grobbearbeitung der rotationssymmetrischen Oberfläche und der zweite Schleifbelag für eine Feinbearbeitung der rotationssymmetrischen Oberfläche unterschiedlich ausgebildet sind, und wobei ein Durchmesser der ersten Schleifscheibe und ein Durchmesser der zweiten Schleifscheibe mit abnehmendem Abstand zur jeweils anderen Schleifscheibe stetig zunehmend ausgebildet sind,
- - eine Halterung für das Werkstück derart, dass das Werkstück um eine zur rotationssymmetrischen Oberfläche konzentrische Drehachse rotierbar ist, und
- - eine Schwenkvorrichtung zum Verkippen der Werkzeugachse derart, dass nur die erste Schleifscheibe oder nur die zweite Schleifscheibe in Eingriff mit der rotationsymmetrischen Oberfläche gelangt.
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Die oben für das Verfahren genannten Vorteile gelten analog für die Vorrichtung.
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Die erste Schleifscheibe und die zweite Schleifscheibe sind vorzugsweise einstückig ausgebildet oder in einem Kontaktbereich aneinander angrenzend auf der Werkzeugspindel angeordnet. Insbesondere befindet sich eine Spitze des Winkels α, den die erste Schleifoberfläche und die zweite Schleifoberfläche zueinander einnehmen, in dem Kontaktbereich.
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Alternativ sind die erste Schleifscheibe und die zweite Schleifscheibe in Richtung der Werkzeugachse voneinander beabstandet auf der Werkzeugspindel angeordnet. Insbesondere befindet sich eine Spitze des Winkels α, den die erste Schleifoberfläche und die zweite Schleifoberfläche zueinander einnehmen, in einem zwischen der ersten Schleifscheibe und der zweiten Schleifscheibe angeordneten Bereich.
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Bevorzugt weisen die erste und die zweite Schleifscheibe jeweils eine kegelstumpfförmige Gestalt auf, wobei die Kegelgrundflächen zueinander zeigend auf der Werkzeugspindel angeordnet werden. Alternativ können die Schleifscheiben auch kugelige oder ballige Schleifoberflächen aufweisen, wobei sich insbesondere die Radien der Schleifoberflächen unterscheiden können. Auch eine Kombination einer kegelstumpfförmigen mit einer kugeligen oder balligen Schleifscheibe auf einer Werkzeugspindel ist möglich.
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Die 1 bis 5 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:
- 1 ein geeignetes erstes Kombiwerkzeug zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 ein geeignetes zweites Kombiwerkzeug zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer zylindrischen Oberfläche eines Werkstücks;
- 4 im Halbschnitt die erste Bearbeitung des Werkstücks (Schrupphub); und
- 5 im Halbschnitt die zweite Bearbeitung des Werkstücks (Schlichthub).
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1 zeigt ein geeignetes erstes Kombiwerkzeug 3 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erste Kombiwerkzeug 3 weist eine erste Schleifscheibe 4 mit einem ersten Schleifbelag 4a und eine zweite Schleifscheibe 5 mit einem zweiten Schleifbelag 5a auf einer gemeinsamen, um eine Werkzeugachse 8 rotierbaren Werkzeugspindel 6 auf. Der erste Schleifbelag 4 ist ein feinkörniger Schleifbelag für ein Schlichtschleifen. Der zweite Schleifbelag 5 ist ein grobkörniger Schleifbelag für ein Schälschleifen. Beide Schleifscheiben 4, 5 grenzen unmittelbar in einem Kontaktbereich aneinander an, wobei ein Durchmesser D der beiden Schleifbeläge 4a, 5d im Kontaktbereich oder Sandwichbereich maximal ist und von dort aus beiderseits stetig abnimmt. Dabei weisen die beiden Schleifscheiben 4, 5 hier jeweils eine kegelstumpfförmige Gestalt auf.
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2 zeigt ein geeignetes zweites Kombiwerkzeug 3' zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das zweite Kombiwerkzeug 3' weist eine erste Schleifscheibe 4 mit einem ersten Schleifbelag 4a und eine zweite Schleifscheibe 5 mit einem zweiten Schleifbelag 5a auf einer gemeinsamen, um eine Werkzeugachse 8 rotierbaren Werkzeugspindel 6 auf. Der erste Schleifbelag 4 ist ein feinkörniger Schleifbelag für ein Schlichtschleifen. Der zweite Schleifbelag 5 ist ein grobkörniger Schleifbelag für ein Schälschleifen. Beide Schleifscheiben 4, 5 sind voneinander beabstandet angeordnet, wobei ein Durchmesser D der beiden Schleifbeläge 4a, 5d in dem Bereich, in welchem diese den geringsten Abstand voneinander aufweisen, maximal ist. Dabei weisen die beiden Schleifscheiben 4, 5 hier jeweils ballige Gestalt mit unterschiedlichen Krümmungen der Schleifoberflächen auf.
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3 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Bearbeitung einer rotationssymmetrischen, hier zylindrischen, Oberfläche 2 eines Werkstücks 1, hier in Form eines Lagerringes. Der Lagerring wird durch eine Halterung 7 rotierbar um die Drehachse 10 gehalten. Sowohl der Lagerring als auch die Halterung 7 sind zur besseren Übersicht im Schnittbild dargestellt, um den Blick auf das Kombiwerkzeug 3 freizugeben. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Weiterhin ist beispielhaft eine Schwenkvorrichtung 13 vorhanden, die hier zum Verkippen der Werkzeugachse 8 relativ zur Drehachse 10 des Werkstücks 1 dient. Dabei wird hier die Werkzeugachse 8 verkippt, während die Drehachse 10 unverändert bleibt. Alternativ oder in Kombination dazu kann eine hier nicht gezeigte Schwenkeinrichtung aber auch an der Halterung 7 angreifen, um die Drehachse 10 zu verkippen. Gezeigt ist in 3 der Beginn eines Schupphubes, bei welchem die zweite Schleifscheibe 5 in Eingriff mit der rotationsymmetrischen Oberfläche 2 gelangt und entlang dieser in Vorschubrichtung R1 bewegt wird. Nur die erste Schleifscheibe 4 oder nur die zweite Schleifscheibe 5 gelangt in Eingriff mit der rotationsymmetrischen Oberfläche 2.
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4 zeigt im Halbschnitt und in einer vergrößerten Darstellung eine erste Bearbeitung (Schrupphub) eines weiteren Werkstücks 1' in Form eines Lagerringes. Auf die Darstellung einer Halterung 7 gemäß 3 wurde hier der Übersicht halber verzichtet. Das Kombiwerkzeug 3 wird in Vorschubrichtung R1 bewegt und die zweite Schleifscheibe 5 in Eingriff mit der rotationsymmetrischen Oberfläche 2 gebracht. Dabei berührt lediglich die zweite Schleifscheibe 5 das Werkstück 1'. Sobald die rotationsymmetrische Oberfläche 2 vollständig mit der zweiten Schleifscheibe 5 bearbeitet wurde, erfolgt ein Verkippen des Kombiwerkzeugs 3 mittels einer Schwenkvorrichtung 13 (vergleiche 3).
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5 zeigt im Halbschnitt die zweite Bearbeitung des Werkstücks 1' (Schlichthub) nach dem Verkippen der Werkzeugachse 8 um einen Winkel β zur Drehachse 10. Nun gelangt die erste Schleifscheibe 4 in Eingriff mit der zuvor schruppgeschliffenen rotationsymmetrischen Oberfläche 2. Das Kombiwerkzeug 3 wird entgegengesetzt R2 der Vorschubrichtung R1 (vergleiche 4) bewegt und feingeschliffen.
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Während des Schrupphubs (siehe 4) und des Schlichthubs (siehe 5) kann eine Vorschubgeschwindigkeit des Kombiwerkzeugs 3 unterschiedlich gewählt sein, um bei geringstem Zeitbedarf das optimale Schälschleifergebnis zu erzielen und eine möglichst hohe Genauigkeit der Abmessungen der resultierenden rotationsymmetrische Oberfläche 2 zu erhalten.
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Der Aufbau eines Kombiwerkzeugs 3 kann abweichend zu den 1 - 5 auch einen Grobschleifbelag für die Schleifscheibe 4 und einen Feinschleifbelag für die Schleifscheibe 5 vorsehen. In diesem Fall würde das Kombiwerkzeug 3 bereits verkippt in das Werkstück 1, 1' eintauchen und den Schrupphub in dieser Position durchführen. Vor dem Schlichthub würde das Kombiwerkzeug 3 zurückgekippt und in dieser Ausrichtung im Schlichthub zurückbewegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- rotationssymmetrische Oberfläche
- 3, 3'
- Kombiwerkzeug
- 4
- erste Schleifscheibe
- 4a
- erster Schleifbelag
- 4b
- erste Schleifoberfläche
- 5
- zweite Schleifscheibe
- 5a
- zweiter Schleifbelag
- 5b
- zweite Schleifoberfläche
- 6
- Werkzeugspindel
- 7
- Halterung
- 8
- Werkzeugachse
- 10
- Drehachse
- 11
- Durchgangsbohrung
- 12
- Sackloch
- 13
- Schwenkvorrichtung
- 100
- Vorrichtung
- R1
- Vorschubrichtung
- R2
- entgegengesetzt zu Vorschubrichtung R1
- D
- Durchmesser Schleifbelag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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