DE19648903C2 - Verfahren zum definierten Abrichten von Schleifkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum definierten Abrichten von Schleifkörpern und findet insbesondere beim Abrichten rotationssymmetrischer Schleifkörper mit Ein­ korndiamanten Anwendung.

Es ist bereits bekannt, daß die Wirkrauhtiefe des Schleifkörpers eine Größe darstellt, mit welcher die Rauhtiefe des Werkstücks beim Schleifen entscheidend beeinflußt werden kann. Insbesondere bei hohen Anfor­ derungen an die Oberflächenqualität des Werkstückes ist es üblich, daß die Wirkrauhtiefe des Schleifkörpers vorgegeben wird, um ein entsprechendes Schleifergebnis zu erzielen. Dabei wird von folgenden drei Einflußfaktoren auf die Wirkrauhtiefe ausgegangen:

• 1. die radiale Zustellung fad des Abrichtwerkzeuges
• 2. der axiale Vorschub frd während des Abricht­ vorganges
• 3. die Wirkbreite bd/1 bzw. bd/2, vgl. die nachfolgenden Skizzen.

Der Überdeckungsgrad Ud wird nach der Formel

und die Wirkrauhtiefe Rts nach der Formel

berechnet.

Derzeitig werden zwei verschiedene Methoden zur Ermittlung der Wirkbreite angewendet. Die erste Wirkbreite bd/1 berücksichtigt dabei nicht den Vorschub fad, sondern stellt die Breite einer "Rille" des Abrichtdiamanten in das "Vollmaterial" des Schleifkörpers dar.

Bei der zweiten Methode (siehe z. B. Varlik, M.: Höhere Fertigungssicherheit durch die Überwachung des Abricht­ prozesses. In: Industrieanzeiger Nr. 56/57 v. 18. 7. 1986, 108. Jg., S. 49/52) stellt die zweite Wirkbreite bd/2 die Breite der "Abrichtrillen" unter Berücksichtigung des Vorschubes fad und des vorhandenen "Vollmaterials" des Schleifkörpers in Richtung des Abrichtvorschubes fad dar.

Für den Bereich Ud < 1 erfolgt die Berechnung von Rts ausschließlich mit der o. g. Formel. Ausgehend von den beiden Wirkbreiten bd/1 und bd/2 ergeben sich auch unterschiedliche Wirkrauhtiefen Rts, die beide nicht mit den gemessenen tatsächlichen Wirkrauhtiefen überein­ stimmen.

Für den Bereich Ud < 1 gibt es derzeitig zwei Betrach­ tungsweisen. Zum einen wird Rts ebenfalls nach der o. g. Formel berechnet, zum anderen wird davon ausgegangen, daß die Wirkrauhtiefe Rts der Zustellung frd entspricht. Beide Betrachtungsweisen wurden in dem Zeitschriften­ artikel König, W.; Messer, J.: Einstellbedingungen beim Abrichten von Schleifscheiben, Schweizer Maschinenmarkt, Goldach (1981) Nr. 49, Seite 26-29 dargelegt.

Ausgehend von diesen beiden Betrachtungsweisen ergeben sich auch unterschiedliche Wirkrauhtiefen Rts, wobei die berechneten Wirkrauhtiefen (gemäß der ersten Betrach­ tungsweise) nicht mit den tatsächlichen Wirkrauhtiefen übereinstimmen. Dies gilt sowohl unter Verwendung von bd/1 als auch von bd/2, die auch rechenmäßig unterschiedliche Wirkrauhtiefen ergeben. Der Bereich Ud < 1 wurde jedoch von den Autoren nicht systematisch untersucht. Es erfolgten keine gezielten Stufungen des Überdeckungsgrades, und es wurde auch keine Definition konkreter Kenngrößen zur Charakterisierung des entstehenden Wirkprofils vorgenommen.

Als weitere Fehlergröße ist zusätzlich zu beachten, daß bei der theoretischen Ermittlung der Wirkrauhtiefe Rts von einer idealisierten Halbkugelform ausgegangen wird, die nicht die tatsächliche Oberflächenkontur von Natur­ diamanten im Ausgangszustannd oder im verschleiß­ behafteten Zustand berücksichtigt.

Als weitere Fehlergröße ist zu beachten, daß auch bei einer Messung der Zustellungsabhängigen Wirkbreite bd/1 die zur Zeit angewendete Meßmethode (Plättchenmethode) mit großen Ungenauigkeiten und Fehlern behaftet ist, die sich auf die nachfolgende Näherungsberechnung von Rts übertragen.

Dadurch stimmt in der Praxis die berechnete Wirkrauhtiefe nicht mit der tatsächlich erzielten Wirkrauhtiefe überein, wodurch sich unkontrollierte Bedingungen beim Schleifprozeß ergeben und die gewünschte Rauhigkeit des Werkstückes oftmals nicht erzielt wird.

Gem. DE 38 25 465 A1, DE 43 31 253 A1 und Bachmann, W., Kubli, R., Schregenberger, P.: Rechnergesteuertes Profilieren von Schleifkörpern mit Einkorndiamanten oder rotierenden Diamanträdern. In: Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung, Sept. 1987, Sonderteil "Präzisions-Fertigungstechnik aus der Schweiz", S. 87-91, soll mit einem bahngesteuerten Abrichten des Schleif­ körpers dessen Wirkprofil beeinflußt werden. Dazu kann während des Abrichtens der Zustellwinkel gezielt verän­ dert werden. Die beiden anderen Winkel bleiben dabei konstant. Auch hierbei wird von einem halbkugelförmigen Abrichtdiamanten ausgegangen. Weiterhin wird das tatsäch­ liche Wirkprofil des Schleifkörpers nicht berücksichtig. Derzeitig ist es daher auch nicht erklärbar, wieso bei vermeintlich korrekt eingestellten Werten nicht das gewünschte Ergebnis erzielt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum definierten Abrichten von Schleifkörpern zu entwickeln, welches das geforderte Wirkprofil des Schleifkörpers reproduzierbar gewährleistet und somit zur Erzielung einer konkreten Werkstückrauhigkeit dient.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Unter Anwendung eines bekannten Abrichtwerkzeuges zur Erzielung eines geforderten Wirkprofils des Schleifkörpers vor oder während des Abrichtens des Schleifkörpers erfolgt dabei eine Änderung der Kenngrößen des Wirkprofils in Form von Wirkrauhtife, Wirkbreite und Stegbreite. Die Beeinflussung dieser Kenngrößen wird durch Änderung einer oder mehrerer der Stellgrößen beim Abrichten in Form von Zustellung, Vorschub, Drehwinkel, Anstellwinkel und Zustellwinkel in Abhängigkeit von den Profilkurven der Oberflächenkontur des Abrichtwerkzeuges erzielt. Durch Änderung eines oder mehrerer dieser Werte kann das Wirkprofil des Schleifkörpers gezielt beeinflußt werden.

Dabei wird erstmalig davon ausgegangen, daß das Wirk­ profil durch die drei Kenngrößen
Wirkrauhtiefe,
Wirkbreite und
Stegbreite
gekennzeichnet ist. Weiterhin wird erstmalig die Ober­ flächenkontur des Abrichtdiamanten als mathematisches 3D- Modell erfaßt. Die in Abhängigkeit von der Oberflächen­ kontur der Diamantspitze und den drei Stellwinkeln gebildete wirksame Profilkurve des Abrichtdiamanten, hat während des Abrichtprozesses durch die konkreten Stellwerte von Zustellung und Vorschub einen unmittel­ baren Einfluß auf das Wirkprofil. Durch die Änderung der o. g. Stellwinkel und Stellrichtungen wird das jeweils ge­ wünschte Wirkprofil während des Abrichtens erzielt. In Abhängigkeit von dem gewünschten Wirkprofil werden die dafür erforderlichen Wertekonstellationen der Einfluß­ größen ermittelt und realisiert. Während des Abrichtens wird es nun erstmalig möglich, das Wirkprofil des Schleifkörpers durch die berechnete Korrektur eines oder mehrerer Einflußgrößen in definierten Grenzen gezielt zu verändern bzw. konstant zu halten. Die Grenzen sind hinsichtlich der Grenzkurven durch die vorhandene Ober­ flächenkontur der Diamantspitze und durch die realisier­ baren drei Stellwinkel, sowie hinsichtlich der Wirkrauh­ tiefe, der Stegbreite zwischen den durch den Abrichtdia­ manten erzeugten "Rillen" und der neuen dritten Wirk­ breite, durch die Grenzkurven und die realisierbaren Stellrichtungen Zustellung und Vorschub vorgegeben. Zur Berechnung werden unter Verwendung eines mathematischen Modells der Oberflächenkontur der Diamantspitze die jeweiligen Wertekonstellationen der Stellgrößen Zu­ stellung und Vorschub, Drehwinkel, Anstellwinkel und Zustellwinkel sowie die Grenzkurve in einem ersten mathematischen Optimierungsmodell erfaßt und die jeweiligen berechneten Wertekonstellationen der Kenn­ größen Rts, bd/3 und s des Wirkprofils in Iso-Bereiche eingeteilt. Somit sind in Abhängigkeit von der Zustellung, dem Vorschub, den jeweiligen Stellwinkeln in Form von Drehwinkel, Anstellwinkel und Zustellwinkel sowie der Oberflächenkontur der Diamantspitze und den Grenzkurven die jeweils wirkende Profilkurve und somit die jeweiligen berechneten Kenngrößen Wirkrauhtiefe, Wirkbreite und Stegbreite exakt bestimmbar und ein­ stellbar. Das 3D-Modell der Diamantspitze (Oberflächen­ kontur) wird vorzugsweise mit Hilfe einer CCD-Kamera oder einem 3D-Meßverfahren (z. B. Scanning-Weißlicht-Inter­ ferenz-Mikroskop) gebildet. Da die bisherige Methode zur Errechnung der Wirkrauhtiefe mit Fehlern behaftet ist, wurde eine neue Methode zur Ermittlung der Wirkrauhtiefe entwickelt. Zusätzlich wurden als weitere Kenngrößen des Wirkprofiles die Wirkbreite und die Stegbreite berücksichtigt und gebildet bzw. errechnet.

Bei einem Überdeckungsgrad Ud = 1 werden fad/frd-Wertepaare in Form einer Grenzkurve gebildet. Die Grenzkurve hat eine entscheidende Bedeutung für den Verlauf der Wirkrauhtiefe, der Wirkbreite und der Stegbreite und ist hinsichtlich ihrer Form von der Oberflächenkontur der Diamantspitze und vom Drehwinkel, Anstellwinkel und Zustellwinkel abhängig.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenkontur der wirksamen Diamantspitze des Abrichtdiamanten bewirkt jede Änderung eines, zweier oder aller drei Stellwinkel eine Veränderung der Form und des Verlaufes der Grenzkurve, wodurch sich jede konkrete Stellwinkel-Konstellation durch eine konkrete Grenzkurve darstellen läßt. Alle praxisrelevanten Winkelkonstellationen für eine konkrete Oberflächenkontur sowie für alle Oberflächenkonturen, die sich aus dem fortschreitenden Diamantverschleiß ergeben, lassen sich durch eine Schar von definierten Grenzkurven darstellen. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß sich die Grenzkurven teilweise überdecken bzw. schneiden. Jede Grenzkurve ist durch eine oder mehrere Geradengleichungen definiert und bildet die Grundlage für die mathematische Berechnung der Kenngrößen des Abrichtprozesses.

Jede Grenzkurve ist somit die Funktion einer konkreten Oberflächenkontur und einer konkreten Stellwinkel­ konstellation, sie läßt sich durch eine oder mehrere Geradengleichungen definieren und beinhaltet auf jedem Kurvenpunkt eine konkrete Wertepaarung von Zustellung und Vorschub.

Die Überprüfung des errechneten und die Messung des beim Abrichten tatsächlich erzielten Wirkprofils ergab eine Übereinstimmung der Kenngrößen in Form von Wirkrauhtiefe, Wirkbreite und Stegbreite.

In der praktischen Umsetzung wird durch das mathematische Optimierungsmodell, das die Oberflächen­ kontur der Diamantspitze (3D-Modell) und die Darstellung des Wirkprofiles in Iso-Bereichen enthält, der Maschinen­ steuerung die Konstellation der zugeordneten Stellgrößen in Form der drei Stellwinkel, des Vorschubes und der Zustellung vorgegeben, um das geforderte Wirkprofil zu erzielen.

Infolge möglicher Mehrfachlösungen für die Kenngrößen des Wirkprofils ist die CNC-Programmierung so zu konzipieren, daß die Steuerung für jede der fünf Stellgrößen nur einen Stellwert zu realisieren hat. Dazu dient eine Opti­ mierungskonzeption, in der für die jeweiligen Parameter eine rechenmäßige Begrenzung, Fixierung bzw. Gütefunktion definiert wird.

Die jeweiligen Stellgrößen und Stellwertebereiche sowie Eingrenzungen und realisierbare Gütefunktionen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:

In der Spalte 2 sind die technologisch relevanten Stellwertbereiche entsprechend der in Spalte 1 genannten Stellgrößen aufgeführt. Diese Bereiche stehen je nach Maschinenkonfiguration jedoch nicht immer zur Verfügung. So sind die Stellwinkel sowie Zustellung frd und Vorschub fad gegebenenfalls nur in Teilbereichen einstellbar oder sogar nur fixiert vorhanden.

In den Spalten 3 und 4 sind dazu die Möglichkeiten zur Begrenzung bzw. Fixierung angeführt. Noch vorhandene Mehrfachlösungen für die Kenngrößen des Wirkprofils sind durch "Gütefunktionen" zu optimieren (Spalte 5). Dazu erfolgt für alle Abrichtparameter (außer für den Drehwinkel α) die Zuordnung der möglichen Stellwerte zu einer Gütefunktion 0 bis 1, wobei 0 den ungünstigsten und 1 den günstigsten technologischen Parameter darstellt. Das Ziel der Optimierung besteht darin, für alle Stell­ größen (außer Drehwinkel α) die höchsten (optimalen) Gütewerte zu erzielen. Durch diese Optimierung läßt sich z. B. erreichen, daß vorzugsweise "ziehend" in einem vorgegeben optimalen Winkelbereich für γ abgerichtet wird. Wird im Programmablauf der CNC-Steuerung eine bestimmte Konstellation von Kenngrößen des Wirkprofils gefordert, so erhält man entweder dazu die optimierten Abrichtparameter oder ein Signal, daß dieses Wirkprofil mit den zur Verfügung stehenden Stellgrößenbereichen und der vorhandenen Oberflächenkontur des Abrichtdiamanten nicht realisierbar ist. In diesem Fall muß ein anderer Abrichtdiamant gewählt, oder die Schleiftechnologie modifiziert werden.

Die Steuerung des Abrichtvorganges erfolgt vorzugsweise in Form einer Fünfachsensteuerung so, daß während des gesamten Abrichtvorganges das gewünschte Wirkprofil erzielt wird. Dazu können während des Abrichtvorganges eine oder mehrere Stellgrößen geändert werden.

Es ist jedoch bei Fehlen einer derartige Steuerung auch möglich, mit dem neuen mathematischen Optimierungsmodell in einem Rechner die o. g. Ausgangswerte und Kon­ stellationen einzugeben, wonach dann die noch benötigten Stellwerte zur Erzielung des gewünschten Wirkprofils angezeigt werden. Die Stellgrößen werden in diesem Fall manuell eingestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungs­ beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a: Wirkprofil eines Schleifkörpers oberhalb der Grenzkurve G, Definition der ersten Wirkbreite bd/1, der zweiten Wirk­ breite bd/2 und der dritten Wirkbreite bd/3. Ausgangsmodell für die Berechnung von Rts auf der Grundlage von bd/1 bzw. bd/2

Fig. 1b: Wirkprofil auf der Grenzkurve G

Fig. 1c: Wirkprofil unterhalb der Grenzkurve G

Fig. 2a: Systematische Darstellung der Funktion Rts, bd/3, s = f(G, frd, fad)

Fig. 2b: Systematische Darstellung der Kenngrößen des Wirkprofiles mit s = 0

Fig. 2c: Systematische Darstellung der Kenngrößen des Wirkprofiles mit s < 0

Fig. 3: Darstellung der Funktion Rts = f(G, frd, fad)

Fig. 4: Diagramm gem. Fig. 3 mit der zusätzlichen Kenngröße Stegbreite s (absolut)

Fig. 5: Diagramm gem. Fig. 3 mit der zusätzlichen Kenngröße Stegbreite s (prozentual)

Fig. 6: Maßstabsgerechte Darstellung von verschiedenen Wirkprofilen, die mit einer einzigen konkreten Diamantspitze unter einer einzigen α, β, γ- Konstellation mit verschiedenen frd- und fad- Werten gemäß Fig. 4 (Punkte P1 bis P6) erzielt wurden

Fig. 7: Entwicklung des mathematischen Modells der Oberflächenkontur des Abrichtdiamanten als Grundlage für die Ermittlung der Profilkurve PK

Fig. 8: Darstellung von Drehwinkel α, Anstellwinkel β und Zustellwinkel γ

Fig. 9: Schematische Darstellung der Veränderung von bd/1 durch Änderung des Zustellwinkels γ

In Fig. 1a werden folgende Kenngrößen des Wirkprofiles oberhalb der Grenzkurve G an einem Ausschnitt einer "Abrichtrille" des Schleifkörpers 1 bei einer Stegbreite s = 0 dargestellt:
erste Wirkbreite bd/1,
zweite Wirkbreite bd/2,
dritte Wirkbreite bd/3,
Zustellung frd,
Vorschub fad,
Wirkrauhtiefe Rts.

Die erste Wirkbreite bd/1 wird seit mehreren Jahren als eine Kenngröße des Wirkprofils verwendet und wird erstmalig für die Berechnung (Entstehung) der Grenzkurve G genutzt. Die zweite Wirkbreite bd/2 stellt ebenfalls eine in Fachkreisen bekannte Größe dar, die jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Anwendung mehr findet. Die dritte Wirkbreit bd/3 stellt neben der Stegbreite s (s. Fig. 1c) eine neue Größe für das mathematische Optimierungsmodell dar. In Fig. 1b und 1c werden die Kenngrößen Wirkrauhtiefe Rts des Schleif­ körpers 1, erste Wirkbreite bd/1, dritte Wirkbreite bd/3, Zustellung frd und Vorschub fad des Abrichtdiamanten 2 nach dem Abrichten an einem Ausschnitt (eine "Abrichtrille") des Schleifkörpers 1 auf der Grenzkurve G und unterhalb der Grenzkurve G dargestellt. Unterhalb der Grenzkurve entsteht zwischen den "Abrichtrillen" die Stegbreite s. Die Wirkauhtiefe Rts, die Wirkbreite bd/3 und die Stegbreite s (Fig. 1c) charakterisieren das Wirkprofil WP des Schleifkörpers 1. Aus Fig. 1b und 1c wird deutlich, daß auf und oberhalb der Grenzkurve

bd/1 = bd/3

ist.

In Fig. 2a wird das Ausgangsmodell für die korrekte Berechnung der Wirkrauhtiefe Rts, der Wirkbreite bd/3 und der Stegbreite s dargestellt. Dabei wird davon ausge­ gangen, daß die Zustellung frd und der Vorschub fad auf die Wirkrauhtiefe Rts prinzipiell einen entscheidenden Einfluß haben, wobei die Lage dieser beiden Stellgrößen zur jeweils vorliegenden Grenzkurve entscheidend ist. Ausgehend von der die Grenzkurve bildenden, zustellungsabhängigen ersten Wirkbreite bd/1, die wertmäßig dem Vorschub fad entspricht, errechnet sich in bekannter Weise für die Grenzkurve G der Überdeckungsgrad wiefolgt:

Für den Bereich oberhalb der Grenzkurve G ist ist entgegen der bisherigen Betrachtungsweisen immer Ud = 1.

In der weiteren Betrachtung wird davon ausgegangen, daß oberhalb der Grenzkurve G bei konstanten Parametern, allein die Zustellung frd des Abrichtwerkzeuges 3 keine Änderung der Wirkrauhtiefe Rts bewirkt, d. h., die Wirkrauhtiefe Rts bleibt bei immer weiterer Zustellung frd konstant.

Unterhalb der Grenzkurve G ist Rts = frd, und es wird die Konstantheit der Wirkrauhtiefe Rts bei unterschiedlichem Vorschub fad deutlich, wenn immer eine gleiche Zustellung frd des Abrichtwerkzeuges 3 erfolgt. Dabei sind der Drehwinkel α, der Anstellwinkel β und der Zustellwinkel γ des Abrichtwerkzeuges 3 sowie die Grenzkurve G konstant. Auf der Grenzkurve G und oberhalb ist die Stegbreite s (der Abstand zwischen den durch den Abrichtdiamanten hervorgerufenen "Rillen" mit der Wirkbreite bd/3) Null. Mit beginnendem Verschleiß des Schleifkörpers 1 werden die Spitzen des Wirkprofiles WP abgetragen, und es bilden sich Stege mit der Stegbreite s, die mit zunehmendem Verschleiß größer werden. Unterhalb der Grenzkurve G nimmt mit steigendem Vorschub fad und mit fallender Zustellung frd auch die Stegbreite s zu.

Die Darstellung der charakteristischen Kenngrößen des Wirkprofiles WP auf und oberhalb der Grenzkurve G mit der Stegbreite s = 0 wird in Fig. 2b und die Darstellung des Wirkprofiles WP mit einer Stegbreite S < 0 unterhalb der Grenzkurve G wird in Fig. 2c gezeigt.

In Fig. 2b wird dabei der Einfluß des Verschleißes V deutlich gemacht.

Aus Fig. 2c wird deutlich, daß die Stegbreite s eine Funktion von Vorschub fad und Wirkbreite bd/3 ist und sich aus

s = fad - bd/3

errechnet.

Aus der systematischen Darstellung nach Fig. 2a wird gem. Fig. 3 ein Diagramm entwickelt, bei welchem die Grenzkurve

G = bd/1 = f(frd)

aus Meßwerten bd/1 bei entsprechender Zustellung frd dargestellt wird und aus welchem die Wirkrauhtiefe Rts entsprechend des gewählten Vorschubes fad und der Zustellung frd ablesbar ist.

Die Grenzkurve G entspricht den Meßwerten bd/1 = f(frd) bei konstenten Stellwinkeln α, β, γ und konstanter Oberflächenkontur der Diamantspitze.

Die Grenzkurve G wurde gestrichelt dargestellt, es gilt die Beziehung Ud = 1. Der praxisrelevante Arbeitsbereich für die Zustellung frd und den Vorschub fad ist umrandet und unterlegt dargestellt und liegt für die Zustellung frd im Bereich zwischen 5 µm und 50 µm und für den Vorschub fad im Bereich zwischen 20 µm/U und 600 µm/U.

Der Bereich oberhalb der Grenzkurve G ist durch Rts- Geraden mit senkrechtem Verlauf gekennzeichnet, wobei gemäß Fig. 3 mit zunehmendem Vorschub fad auch die Wirkrauhtiefe Rts größer wird. Für konstante fad-Werte bewirkt eine Erhöhung von frd keine Vergrößerung von Rts sondern es wird nur Schleifkörperwerkstoff abgetragen und ein Verschleiß des Abrichtdiamanten bewirkt. Aus dieser Erkenntnis heraus ist ein wirtschaflicher Abrichtprozeß dicht oberhalb von der Grenzkurve G zweckmäßig.

Der Bereich unterhalb der Grenzkurve G ist durch den waagerechten Verlauf der Rts-Geraden charakterisiert. Die Relation Rts = frd verdeutlicht, daß Rts (bei den v. g. konstanten Werten) gleich der Zustellung frd ist. Die waagerechten Rts-Geraden verbinden sich auf der Grenzkurve G mit den senkrechten Rts-Geraden des Bereichs oberhalb der Grenzkurve G. Das entlang der waagerechten Geraden erzeugte gewindeartige Profil auf der Oberfläche des Schleifkörpers 1 bleibt mit zunehmendem fad in der ursprünglichen Form der eigentlichen "Rillen" erhalten (bd/3 ist konstant), wobei sich jedoch der Abstand der "Rillen" und somit die Stegbreite S immer mehr vergrößert. Obwohl Rts und bd/3 nicht größer werden, ist eine Auswirkung auf das Wirkverhalten und damit auf die erzielte Oberflächenqualität des Werkstückes zu verzeichnen.

Die Berechnungen im dargestellten Diagramm des Ausführungsbeispiels gem. Fig. 3 erfolgten an einem praxisnahen verschleißbehafteten Abrichtwerkzeug. Unter den Winkeln α = 90°, β = 0°, γ = 0° werden die Rts-Werte für frd = 1 - 100 µm und für fad = 10 - 1000 µm/U dargestellt.

Durch die Angabe dieses praxisrelevanten Bereiches (unterlegt dargestellt) wird ersichtlich, welche Wirkrauhtiefen Rts mit dem vorhandenen Abrichtwerkzeug unter der konkreten α, β, γ-Konstellation erreichbar sind und welche konkreten frd und fad zu realisieren sind, um beliebige geforderte Wirkrauhtiefen Rts zu erzielen. Wird nur einer der Winkel α, β, γ verändert, wird die Grenzkurve verschoben, und dies wirkt sich auf die Wirkrauhtiefe Rts aus.

Bisher wurde der Einfluß des Drehwinkels α, auf die Eingriffsverhältnisse und damit auf die Wirkrauhtiefe Rts nicht berücksichtigt.

Während für neue Diamantspitzen mit angeschliffener Halbkugel der Drehwinkel α nicht von Bedeutung ist, ergibt sich für ebenfalls neue Abrichtdiamanten jedoch mit naturbelassener unregelmäßiger Diamantspitze (und insbesondere für verschleißbehaftete Spitzen) ein ausgeprägter Einfluß. Systematische Drehwinkelver­ änderungen z. B. von 0° auf 90° ergaben für den relevanten frd-Bereich von 5-50 µm bei γ = 0° eine fad-Veränderung um 20 bis 50 µm/U (11-40%) und bei γ = 15° eine fad- Veränderung um 191 bis 174 µm/U ( -107 bis +20%). Damit lassen sich auch die Rts-Veränderungen berechnen. Sie betragen 2,5 bis 10 µm (20 bis 48%) bzw. 4,5 bis 18 µm (20 bis 99%).

Untersuchungen der Änderung des Anstellwinkels β im üblichen Winkelbereich von 0° bis 20° ergaben eine Änderung der Wirkrauhtiefe Rts von bis zu 20%.

Eine weitere systematische Veränderung des Zustellwinkels γ beim sogenannten "ziehenden" Abrichten (Fig. 8) ergab, daß sich für die Diamantspitze die Grenzkurve G zu höheren fad-Werten verschob und zusätzlich steiler wurde. Das bedeutet, daß z. B. mit der um 20° geneigten Diamantspitze der Vorschub fad ca. 5 mal so hoch sein muß (Faktor 5), um die gleiche Wirkrauhtiefe Rts zu erreichen. Die für das sog. "drückende" Abrichten (-γ) ebenfalls durchgeführten Untersuchungen ergaben gleicher­ maßen wesentliche Veränderungen der Wirkrauhtiefe.

Der Einfluß der Stegbreite s wird in den Diagrammen gem. Fig. 4 und 5 gezeigt. Dabei wird in Fig. 4 der absolute Wert der Stegbreite s und in Fig. 5 der prozentuale Wert der Stegbreite s im Verhältnis zu bd/3 dargestellt. Aus diesen Abbildungen wird deutlich, daß die drei Kenngrößen des Wirkprofils WP von der Form und Lage der Grenzkurve G abhängig sind und sich entsprechend ihrer Position zur Grenzkurve G wiefolgt unterscheiden:

Die Berechnung der Geradengleichungen der Grenzkurve G erfolgt zwischen zwei Punkten x1, y1 und x2, y2. Dabei gelten folgende Beziehungen:

Liegen diese berechneten Geradenfunktionen vor, kann für jeden auf diesen Geradengleichungen liegenden Punkt bei vorgegebenem x-Wert der dazugehörige y-Wert berechnet werden und umgekehrt.

Für den konkreten Fall der Grenzkurve G sind einzusetzen:
für y = frd
für x = fad.

Da das Wirkprofil WP von den drei Kenngrößen Rts, bd/3 und s bestimmt wird, wirken sich diese auch auf die Oberflächenqualität, insbesondere auf die Rauhtiefe des Werkstückes aus. Zur Erzielung einer konstanten Werkstückrauhigkeit gibt es die Möglichkeiten, den Schleifprozeß mit einem konstanten Wirkprofil WP oder mit einem definiert variierten Wirkprofil WP des Schleifkörpers zu beeinflussen.

Ein konstantes Wirkprofil (Rts, bd/3, s sind konstant) ist nur erreichbar, wenn die Grenzkurve G durch den gleichen Punkt hindurchgeht, der durch frd und fad definiert ist. Damit liegt dieser Punkt auf der gleichen oder annähernd gleichen Geradengleichung. In technologisch relevanten Bereichen wird dies dadurch erreicht, daß die Profilkurven unterschiedlich ver­ schleißbehafteter Diamantspitzen durch geeignete α, β, γ- Konstellation so variiert werden, daß die entsprechenden Grenzkurven durch den vorgegebenen Punkt (frd/fad) führen.

Die Beeinflussung des Schleifprozesses mit einem defi­ niert variierten Wirkprofil WP erfolgt durch syste­ matische Änderung einer oder aller Kenngrößen Rts, bd/3 und s. Durch die Erfassung der Rauhigkeitswerte des Werkstückes bei entsprechend geänderten Kenngrößen des Wirkprofiles WP wird ersichtlich, inwieweit durch deren geeignete Konstellationsmodifikation eine vorgegebene Werkstückrauhigkeit erzielt werden kann.

Die maßstabsgerechte Darstellung einiger Wirkprofile, die mit einer einzigen konkreten Diamantspitze entsprechend der in Fig. 4 angegebenen Punkte P1 bis P6 erzielbar sind, werden in Fig. 6 in den Darstellungen a bis f im Maßstab 400 : 1 gezeigt.

Dabei ist die Winkelkonstellation von α, β, γ konstant. In den einzelnen Punkten treten folgende Wertepaarungen auf:

Die Zustellung frd beträgt dabei in Fig. 6

a und b	50 µm,
c und d	20 µm,
e und f	5 µm.

Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß die Kenngrößen Rts, bd/3, s des Wirkprofiles WP bei Anwendung der gleichen Diamantspitze und gleichen Winkelkonstellationen lediglich durch die Änderung des Vorschubes fad und/oder die Änderung der Zustellung frd geändert werden können.

Neben der Berücksichtigung der Winkel α, β, γ soll erfindungsgemäß für das Abrichten auch erstmalig der Einfluß der Oberflächenkontur des Abrichtdiamanten 2 berücksichtigt werden, da dieses entscheidend für die tatsächliche Wirkbreite bd/3 beim Abrichten ist. Dazu wird ein mathematisches 3D-Modell der Oberflächenkontur des Abrichtdiamanten 2 entwickelt (s. Fig. 7) und daraus die Profilkurve PK bei den gewählten Winkeleinstellungen α, β, γ berechnet, die letztlich bei einer definierten Zustellung frd die Wirkbreite bd/1 bestimmt und bei einem zusätzlich definiertem Vorschub fad die Wirkbreite bd/3 bestimmt. Wie bereits ausgeführt, haben der Drehwinkel α, der Anstellwinkel β und der Zustellwinkel γ (s. Fig. 8) einen wesentlichen Einfluß auf die Kenngrößen des Wirkprofiles WP und werden bei der Erstellung des mathematischen Optimierungsmodells einschließlich ihrer Iso-Bereiche mit berücksichtigt.

In Fig. 9 wird die Änderung der Wirkbreite bd/1 bei Änderung des Zustellwinkels γ bei konstantem Rts schematisch dargestellt. Daraus ist deutlich zu erkennen, daß bereits bei einer geringen Änderung des Zustellwinkels γ eine relativ große Änderung der Wirkbreite bd/1 des Abrichtdiamanten 2 erzielt werden kann.

Das neu entwickelte mathematische Optimierungsmodell wird erfindungsgemäß zur Steuerung des Abrichtens genutzt, wobei neben der Zustellung frd und dem Vorschub fad erstmalig unter Anwendung einer Fünfachsensteuerung auch alle Stellwinkel α, β und γ vor oder während des Abricht­ vorganges veränderbar sind.

Es ist jedoch auch möglich, für diese Stellwinkel nur bestimmte Stellwertbereiche festzulegen (z. B. für β und γ) oder sogar nur bestimmte Stellwerte zu fixieren und danach die anderen Werte zur Realisierung des geforderten Wirkprofils WP zu berechnen. Diese Verfahrensweise ist auch für die Zustellung und den Vorschub anwendbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, durch gezielte Veränderung eines, mehrerer oder aller im Abrichtprozeß wirkenden Stellgrößen, das Wirkprofil WP definiert zu beeinflussen. Dies ist insbesondere bei exakt definierten und eng tolerierten Oberflächen­ rauhigkeiten des Werkstückes von entscheidendem Vorteil.

Damit ist es erstmalig möglich, durch den definiert optimierten Abrichtprozeß dasjenige Wirkprofil WP des Schleifkörpers 1 zu erzielen, das für die Realisierung der geforderten Werkstückrauhigkeit erforderlich ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum definierten Abrichten von Schleifkörpern unter Anwendung eines bekannten Abrichtwerkzeuges zur Erzielung eines geforderten Wirkprofils (WP) des Schleifkörpers (1), wobei
vor oder während des Abrichtens
eine oder mehrere der Kenngrößen des Wirkprofils (WP) in Form von Wirkrauhtiefe (Rts), Wirkbreite (bd/3) und Stegbreite (s)
in Abhängigkeit von der Änderung einer oder mehrerer der Stellgrößen beim Abrichten in Form von radialer Zustellung (frd), axialem Vorschub (fad), Drehwinkel (α) Anstellwinkel (β) und Zustellwinkel (γ)
sowie in Abhängigkeit vom Profil des Abrichtwerkzeuges berechnet werden
und
vor oder während des Abrichtens mit dem Abrichtwerkzeug (3) eine Änderung einer oder mehrerer der Kenngrößen des Wirkprofils (WP) in Form von Wirkrauhtiefe (Rts), Wirkbreite (bd/3) und Stegbreite (s)
durch die Änderung einer oder mehrerer der Stellgrößen des Abrichtens in Form von Zustellung (frd), Vorschub (fad), Drehwinkel (α), Anstellwinkel (β) und Zustellwinkel (γ)
und in Abhängigkeit vom Profil des Abrichtwerkzeuges erfolgt, wobei das Profil aus einer Vielzahl von Profilkurven (PK) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegbreite (s) bei konstanter Wirkbreite (bd/3) durch die Änderung des Vorschubes (fad) eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mathematisches Optimierungsmodell der Stellgrößen in Form der Einstellwinkel (α, β, γ) sowie Zustellung (frd) und Vorschub (fad) gebildet wird, mit welchem eine Wichtung der Stellgrößen hinsichtlich der jeweils günstigsten abrichttechnologischen Parameter erfolgt, daß in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Wirkprofil (WP), die dieses Wirkprofil (WP) charakteri­ sierenden Kenngrößen in Form von Wirkrauhtiefe (Rts), Wirkbreite (bd/3) und Stegbreite (s) errechnet werden und daß die zur Erzielung dieser Kenngrößen (Rts, bd/3 und s) einzustellenden Stellgrößen (α, β, γ, frd, fad) aus dem mathematischen Optimierungsmodell ermittelt werden derart, daß die jeweils für die Abrichttechnologie und das Wirkprofil optimalen Stellgrößen ausgewählt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der zustellungs­ abhängigen Wirkbreite (bd/3) des Abrichtwerkzeuges (3), welches einen Abrichtdiamanten (2) umfaßt, das Profil des Abrichtdiamanten (2) erfaßt und als mathematisches 3D- Modell gebildet wird, und daß in Abhängigkeit von der für das zu erzielende Wirkprofil optimalen Profilkurve (PK), die diese Profilkurve (PK) erzielenden Einstellwinkel (α, β, γ) berechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Abrichtdiamanten (2) mit einer 3D-Kamera erfaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkurven (PK) des Abrichtdia­ manten (2) in Abhängigkeit von einer definierten Winkelkonstellation der Stellwinkel (α, β, γ) mit einer CCD-Kamera bestimmt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Profil des Abrichtdiamanten (2) und einer definierten Winkelkonstellation der Einstellwinkel (α, β, γ) eine Grenzkurve (G) gebildet wird, bei welcher der Überdeckungsgrad Ud = bd/1 : fad = 1 ist, wobei jeder Wert der Grenzkurve (G) eine bestimmte Wertepaarung hinsichtlich Zustellung (frd) und Vorschub (fad) beinhaltet und daß in Abhängigkeit von der Grenzkurve (G) oberhalb der Grenzkurve (G)

• 1. die Wirkrauhtiefe (Rts) aus den Geradengleichungen der Grenzkurve (G) berechnet wird,
• 2. die Wirkbreite (bd/1) gleich dem Vorschub (fad) ist, die Stegbreite (s) Null ist und unterhalb der Grenzkurve G
• 3. die Wirkrauhtiefe (Rts) gleich der Zustellung (frd) ist,
• 4. die Wirkbreite (bd/3) aus den Geradengleichungen der Grenzkurve (G) errechnet wird,
• 5. die Stegbreite s = fad - bd/3 ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Optimierungsmodell und das 3D-Modell des Abrichtwerkzeuges (2) als Eingangsgrößen in die Maschinensteuerung eingegeben werden, welche weiterhin als Eingangsgrößen

• 1. die Schleifkörperspezifikation,
• 2. den Werkstückwerkstoff und die Werkstückgeometrie
• 3. die für den Schleifprozeß charakteristischen technolo­ gischen Parameter in Form von Werkstückdrehzahl, Schleifkörperdrehzahl, axialer und radialer Zustellung des Schleifkörpers, spezifischer Zerspanungsleistung und Kühlmittelart
• 4. die technischen Daten der Schleifmaschine beinhaltet und daß in Abhängigkeit von diesen Eingangsgrößen die das Wirkprofil (WP) des Schleifkörpers (1) bestimmenden Kenngrößen in Form der Wirkrauhtiefe (Rts), der Wirkbreite (bd/3) und der Stegbreite (s), errechnet werden und vorgegeben wird, welche Stellwinkel (α, β, γ), welcher Vorschub (fad) und welche Zustellung (frd) einzustellen sind.