DE19546863A1

DE19546863A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Endbearbeitung gehärteter Werkstücke

Info

Publication number: DE19546863A1
Application number: DE19546863A
Authority: DE
Inventors: Guenther Bach; Heinz Naumann
Original assignee: Komet Praezisionswerkzeuge Robert Breuning GmbH
Current assignee: Komet Praezisionswerkzeuge Robert Breuning GmbH
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1996-06-27
Also published as: EP0799109A1; DE59506187D1; US6039634A; ES2133846T3; EP0799109B1; ATE181008T1; WO1996019317A1; JPH10509661A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Endbearbeitung gehärteter Werkstücke.

Werkstücke aus Stahl werden regelmäßig im ungehärteten Zustand durch Drehen, Bohren und/oder Fräsen vorbear beitet und erst dann gehärtet. Um die beim Härten auf tretenden Maßveränderungen und Verzüge kompensieren zu können, werden die Werkstücke bei der Vorbearbeitung mit einem Aufmaß versehen, das bei der anschließenden Endbearbeitung im gehärteten Zustand des Werkstücks durch Schleifen abgetragen wird. So wird beim Innen schleifen von Bohrungen das Schleifwerkzeug mit flie gend überstehender Schleifspindel in die Bohrung des um die Spindelachse drehenden Werkstücks eingefahren und im inneren quer zur Drehachse des Schleifwerkzeugs ge gen die zu bearbeitende Bohrungswand zugestellt. In dieser Stellung wird das Schleifwerkzeug axial oszillie rend verschoben und in der dazu senkrechten Zustellrich tung auf Zustellmaß gebracht. Die Zustellung erfolgt dabei in Schritten bis zum Fertigmaß. Entsprechendes gilt auch für das Außenschleifen oder das Planschleifen von Werkstücken, wobei die Zustellbewegung immer senk recht zur Oberfläche bis zum Fertigmaß erfolgt und die Oszillationsbewegung parallel dazu. Die Bewegungsabläu fe werden üblicherweise numerisch gesteuert.

Schleifarbeitsgänge sind sehr zeitaufwendig und daher teuer. Dies gilt vor allem für das Innenschleifen bei relativ kleinen Bohrungsdurchmessern.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, womit eine erhebliche Zeiteinsparung bei der Endbearbeitung gehärteter Werk stücke erzielt werden kann.

Um dies zu erreichen, werden die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß ein erheblicher Teil des Aufmaßes durch Hartdrehen in sehr viel kürzerer Zeit als durch Schleifen abgetra gen werden kann und daß nur an Stellen mit entsprechend hohen Anforderungen an die Genauigkeit und Oberflächen güte das Finish mit einem entsprechend kleinen Restab trag durch Schleifen erfolgt. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß vor dem Schleifvorgang an die Stelle des Schleifwerkzeugs ein Drehwerkzeug in eine bezüglich der Werkzeugspindel und/ oder der zu bearbeitenden rotationssymmetrischen Werk stückoberfläche koaxial fluchtende Position eingewech selt, um eine zur Werkstückspindelachse fluchtende Ach se gedreht und unter Ausführung einer einen Teil des Aufmaßes abtragenden Drehbearbeitung axial in Richtung Werkstück zugestellt wird. Wesentlich dabei ist, daß das Hartdrehen und Schleifen bei ein und derselben Ein spannung des Werkstücks erfolgt.

Das Schleifwerkzeug und das Drehwerkzeug werden zweck mäßig um eine gemeinsame, zur jeweiligen Werkzeugachse und zur Werkstückspindel senkrechte Schaltachse gedreht und dabei wahlweise in Richtung Werkstückspindel ausge richtet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Drehantrieb der Werkstückspindel während der Drehbearbeitung abgeschaltet wird. Wegen der relativ hohen zu bewegenden Masse und der geringen, auf das Werkstück übertragenen Schneidkräfte kann die Werk stückspindel während der Drehbearbeitung ungebremst bleiben und in Drehrichtung ohne Nachteil langsam mit genommen werden. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, die Werkstückspindel während der Drehbearbeitung zu bremsen oder gegen Verdrehen mit einfachen Mitteln zu sperren. Umgekehrt ist es auch möglich, mit feststehen dem Drehwerkzeug zu arbeiten und das Werkstück mit ei nem entsprechend ausgelegten Spindelantrieb in eine schnelle Drehbewegung zu versetzen. Je nach Anforderun gen an die Genauigkeit und Oberflächengüte werden gemäß der Erfindung bei Werkstücken aus gehärtetem Stahl 70 bis 90% des Aufmaßes durch Hartdrehen und nur der ver bleibende Rest 30 bis 10% durch Schleifen abgetragen. Wenn man berücksichtigt, daß der Abtrag beim Hartdrehen etwa 10 mal so schnell wie beim Schleifen erfolgt, kön nen unter Berücksichtigung weiterer Vorgänge, wie Ein spannen und Messen, die Zykluszeiten bei der Endbear beitung um mehr als die Hälfte reduziert werden.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Schneidradius des Drehwerkzeugs wäh rend des Drehvorgangs verstellt wird. Damit lassen sich beim Hartdrehen auch komplizierte Konturen in das Werk stück einbringen und beim anschließenden Schleifvorgang an den relevanten Stellen des Werkstücks eine hohe Ge nauigkeit und Oberflächengüte erzielen.

Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer motorisch ange triebenen Werkstückspindel zur Aufnahme eines vorbear beiteten, gehärteten Werkstücks und einem relativ zur Werkstückspindel verschiebbaren, mindestens eine, vor zugsweise mindestens zwei motorisch angetriebene Schleif spindeln zur Aufnahme des Schleifwerkzeugs aufweisenden Spindelkopfist mindestens eine der Schleifspindeln mit der Werkstückspindel oder der rotationssymmetrischen Oberfläche eines auf der Werkstückspindel eingespannten Werkstücks axial ausfluchtbar und mit einem Drehwerk zeug bestückbar. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können beispielsweise an einer vorhandenen Schleifmaschine mit Mehrspindelkopf nachgerüstet werden, wenn diese über die Möglichkeit einer fluchtenden Ausrichtung und Ju stierung des Mehrspindelkopfs gegenüber dem Spindel stock verfügt, die üblicherweise beim Schleifvorgang nicht benötigt wird. Die Ausfluchtposition des Mehr spindelkopfes kann in einer vorhandenen NC-Steuerung der Schleifmaschine festgehalten und beim Anwählen der das Drehwerkzeug tragenden Schleifspindel abgerufen werden. Der Mehrspindelkopf ist zu diesem Zweck vor teilhafterweise als um eine zur Werkstückspindel senk rechte Schaltachse drehbarer Revolverkopf ausgebildet, der auf einem NC-gesteuerten Kreuzschlitten angeordnet sein kann. Das Drehwerkzeug kann dabei als Bohrstange mit einer Schneide zum Innenhartdrehen oder zum Außen hartdrehen ausgebildet sein. Für die Konturbearbeitung kann das Drehwerkzeug auch als Plandreh- oder Ausdreh kopf mit Verstellantrieb als zusätzliche NC-Achse für eine Hartdrehschneide ausgebildet sein.

Eine zusätzliche Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten wird erzielt, wenn der die Werkstückspindel tragende Spindelstock um eine zur Schaltachse des Revolverkopfs parallele Achse verstellbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schleifmaschine mit liegendem Mehrspindel-Revol verkopf für Schleif- und Drehwerkzeuge in schaubildli cher Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Schleifmaschine be steht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 10, einem Spindelstock 12 mit Werkstückspindel 14, einem Mehr spindelrevolverkopf 16 mit vertikaler Schaltachse 38 und einer zwischen Spindelstock und Revolverkopf am Maschinenbett angeordneten Abrichteinrichtung 18.

Der Spindelstock 12 ist in Richtung des Pfeils 20 quer verschiebbar und um eine Vertikalachse in Richtung des Pfeils 22 verstellbar auf dem Maschinenbett angeordnet. Die Werkstückspindel 14 kann mit dem zu bearbeitenden Werkstück 24 bestückt werden und ist durch einen An triebsmotor 26 in Richtung des Pfeils 28 um die hori zontale Spindelachse 30 im Spindelstock 12 drehbar ge lagert.

Der Revolverkopf 16 weist bei dem gezeigten Ausführungs beispiel vier Spindeleinheiten 32 mit integriertem An triebsaggregat und angetriebener Schleifspindel 34 zur Aufnahme je eines Werkzeugs 36, 36 , 36′′′, 36^IV auf. Bei den fliegend über die Schleifspindeln 34 überste henden Werkzeugen handelt es sich im einzelnen um einen Planschleifdorn 36′, einen Innenschleifdorn 36′′, eine Bohrstange 36′′′ zum Innenhartdrehen und eine Bohrstange 36 ^IV zum Außenhartdrehen. Die Auswahl der einzelnen Werkzeuge erfolgt durch Drehen des Revolverkopfs 16 um die Schaltachse 38 in Richtung des Pfeils 40. Der Re volverkopf 16 kann außerdem über einen Kreuzschlitten 42 in Richtung der Pfeile 44 und 46 quer und längs des Maschinenbetts 10 verschoben werden.

Bei dem Werkstück 24 handelt es sich um ein rotations symmetrisches, vorbearbeitetes und gehärtetes Stahlteil mit einer zentralen Bohrung 48, einer Planfläche 50 und einer zylindrischen Mantelfläche 52. Bei der Endbear beitung wird zunächst ein in der Wand der Bohrung 48 vorhandenes Aufmaß mit Hilfe des Innendrehwerkzeugs 36′′′ bis auf etwa 80% des Fertigmaßes abgetragen. So dann wird mit dem Außendrehwerkzeug 36 ^IV das Aufmaß im Bereich der Mantelfläche 52 bis auf etwa 80% des Fer tigmaßes abgetragen. Bei den genannten Drehvorgängen werden die betreffenden Werkzeuge 36′′′ und 36 ^IV mit ihren Spindeln 34 mit der Werkstück-Spindelachse 30 über eine nicht dargestellte NC-Steuerung ausgefluchtet und der Antriebsmotor 26 der Werkstückspindel 14 angehal ten. Beim anschließenden Finish wird zunächst durch Auswahl des Innenschleifdorns 36′′ die Innenwand der Bohrung 48 auf Fertigmaß gebracht und sodann durch Aus wahl des Planschleifdorns 36′ die Planfläche 50 bear beitet. Der Schleifkörper des Schleifdorns 36′ und/oder 36′′ wird vor einem Schleifvorgang mit Hilfe der Ab richteinrichtung 18 vermessen und unter Kompensation des zuvor aufgetretenen Verschleißes nachgestellt und/ oder nachgearbeitet.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin dung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich tung Endbearbeitung rotationssymmetrischer Werkstück oberflächen. Die Endbearbeitung des unter Belassung eines Aufmaßes vorbearbeiteten und gehärteten Werk stücks erfolgt gemäß der Erfindung in einer Schleifma schine in zwei Schritten bei einer einzigen Einspannung des Werkstücks: Zunächst wird ein größerer Teil des Aufmaßes durch Hartdrehen zerspant und zu einem kleine ren Teil bis zum Fertigmaß geschliffen.

Claims

1. Verfahren zur Endbearbeitung rotationssymmetri scher Werkstückoberflächen, bei welchem ein unter Belassung eines Aufmaßes vorbearbeitetes, gehärte tes Werkstück (24) an einer drehend angetriebenen Werkstückspindel (14) einer Schleifmaschine einge spannt und unter Abtrag eines Teils des Aufmaßes mit einem zur Werkstückspindel und/oder zu der zu bearbeitenden rotationssymmetrischen Werkstück oberfläche variabel exzentrischen Werkzeugachse rotierenden, quer zur Werkstückoberfläche zustell baren und parallel zu dieser oszillierend ver schiebbaren Schleifwerkzeug (36′, 36′′) bearbeitet wird, und bei welchem vor dem Schleifvorgang an die Stelle des Schleifwerkzeugs (36′, 36′′) ein Drehwerkzeug (36′′′, 36 ^IV) in eine zur Werkstück spindel (14) und/oder zu der zu bearbeitenden ro tationssymmetrischen Werkstückoberfläche koaxial fluchtende Position eingewechselt, um eine zur Werkstückspindelachse (30) fluchtende Achse ge dreht und unter Ausführung einer einen Teil des Aufmaßes abtragenden Drehbearbeitung axial in Rich tung Werkstück (24) zugestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb der Werkstückspindel (14) wäh rend der Drehbearbeitung abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückspindel (14) während der Drehbe arbeitung ungebremst in Drehrichtung des Drehwerk zeugs (36′′′; 36 ^IV) mitgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Werkstückspindel (14) während der Drehbearbeitung gebremst oder in Drehrichtung gesperrt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (36′, 36′′) und das Drehwerkzeug (36′′′, 36 ^IV) um eine ge meinsame, zur jeweiligen Werkzeugachse und zur Werkstückspindelachse (30) senkrechte Schaltachse (38) gedreht und dabei wahlweise in Richtung Werk stückspindel (14) ausgerichtet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Schneidenradius des Drehwerkzeugs (36′′′, 36 ^IV) während des Drehvorgangs verstellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß bei Werkstücken (24) aus gehärtetem Stahl 70 bis 90% des Aufmaßes durch Hartdrehen und der Rest durch Schleifen abgetragen wird.

8. Vorrichtung für die Endbearbeitung von rotations symmetrischen Werkstückoberflächen mit einer moto risch angetriebenen Werkstückspindel (14) zur Auf nahme eines vorbearbeiteten, gehärteten Werkstücks (24) und mit einem relativ zur Werkstückspindel (14) verschiebbaren, mindestens eine motorisch angetriebene Schleifspindel (34) zur Aufnahme ei nes Schleifwerkzeugs (36′, 36′′) aufweisenden Spin delkopf (16), wobei die Schleifspindel (34) mit der Werkstückspindel (14) oder einer rotations symmetrischen Oberfläche des auf der Werkstück spindel (14) eingespannten Werkstücks (24) axial ausfluchtbar und mit einem um die Werkstückspin delachse drehbaren Drehwerkzeug (36′′′, 36 ^IV) be stückbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der Spindelkopf als Mehrspindelkopf (16) mit mindestens zwei motorisch angetriebenen Schleifspindeln (34) ausgebildet ist, von denen mindestens eine mit dem Drehwerkzeug (36′′′, 36 ^IV) bestückbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) der Werk stückspindel (14) bei angetriebener, mit dem Dreh werkzeug (36′′′, 36 ^IV) bestückter Werkzeugspindel (34) abschaltbar oder von der Werkstückspindel (14) abkuppelbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die Werkstückspindel (14) eine Bremse oder Drehsperre aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrspindelkopf als um eine zur Werkstückspindel (14) senkrechte Schaltachse (38) drehbarer Revolverkopf (16) aus gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelkopf (16) auf einem Kreuzschlitten (42) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß ein die Werkstückspindel (14) tragender Spindelstock (12) um eine zur Schaltach se (38) des Revolverkopfs (16) parallele Achse (Pfeil 22) verstellbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß das Drehwerkzeug (36′′′, 36 ^IV) als Bohrstange mit einer Schneide zum Innen hartdrehen oder zum Außenhartdrehen ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das Drehwerkzeug als Plandreh- oder Ausdrehkopf mit radial verstellba rer Schneide ausgebildet ist.