DE19753797A1 - Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken mit einem Werkstückhalter und mit mindestens einem Schleifwerkzeug. Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise zur Endbearbeitung der Flächen von Zahnrädern eingesetzt, die in einem vorangehenden Arbeitsgang beispielsweise durch Drehen, Fräsen oder einer ähnlichen spanabhebenden Bearbeitung hergestellt worden sind.

Bekannte Vorrichtungen zum Schleifen von Werkstücken sind häufig mit mehreren Werkzeugen ausgestattet, die eine gleichzeitige oder unmittelbar aufeinanderfolgende Bearbeitung mehrerer Flächen des Werkstücks ermöglichen. Auf diese Weise kann die für die Bearbeitung eines Werkstücks benötigte Zeit verkürzt werden. Um die Schleifwerkzeuge über einen langen Zeitraum einsetzen zu können, sind die bekannten Vorrichtungen mit Einrichtungen ausgestattet, mittels derer die Schleifwerkzeuge in regelmäßigen Zeitabständen abgerichtet werden. Das regelmäßige Abrichten der Werkzeuge stellt gemeinsam mit verschiedenen anderen Maßnahmen sicher, daß beim Schleifen eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erreicht wird.

Die Genauigkeit des Arbeitsergebnisses hängt unter anderem auch von der Temperaturentwicklung beim Schleifen, vom Schwingungsverhalten des Halters für das Werkstück und die Werkzeuge und von der exakten Zuordnung von Werkstück und Werkzeugen ab. Aus diesem Grund ist man beispielsweise bestrebt, Werkstück und Werkzeuge thermisch miteinander zu verkoppeln. Gleichzeitig wird bei den bekannten Schleifvorrichtungen eine möglichst feste, schwingungsarme Halterung für das Werkstück und die Werkzeuge gewählt, um eine möglichst positionsgenaue Zuordnung von Werkstück und Werkzeug zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind die bekannten Schleifvorrichtungen mit einem Werkzeughalter ausgerüstet, der ortsfest mit dem Maschinengestell verbunden ist, während die Werkzeuge mindestens um eine oder entlang einer Bewegungsachse zustellbar sind.

Um neben einer hohen Fertigungsgenauigkeit auch hohe Taktraten beim Schleifen der Werkstücke erzielen zu können, werden bei den bekannten Schleifvorrichtungen die Werkstücke in der Regel in einem automatisierten Vorgang mit Hilfe einer Übergabeeinrichtung in die Schleifvorrichtung gegeben. Diese Übergabeeinrichtung übernimmt die Werkstücke aus einem Magazin oder von einem Transportband und führt sie dem Werkstückhalter zu. Nach Beendigung der Schleifbearbeitung entnimmt die Werkstückübergabeeinrichtung das Werkstück aus dem Halter und übergibt es an das Magazin oder das Transportband.

Der Vorteil des kombinierten Zusammenwirkens einer die Werkstücke übergebenden Übergabeeinrichtung mit einer ortsfesten Werkstückhalterung besteht darin, daß sowohl die Werkstückübergabeeinrichtung als auch der Werkzeughalter optimal für ihren jeweiligen Bestimmungszweck ausgelegt werden können. Nachteilig ist jedoch, daß ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß die Übergabeeinrichtung mit dem Werkstück den Werkstückhalter erreichen bzw. das Werkstück von dem Werkstückhalter nach Beendigung der Bearbeitung abholen kann. Um diese Zugänglichkeit des Werkstücks zu ermöglichen, ist es beispielsweise erforderlich, die Werkzeuge aus ihrer Arbeitsposition in eine Position zu verfahren, in der ein freier Zugriff durch die Werkstückübergabeeinrichtung auf das Werkstück möglich ist. Darüber hinaus ist es häufig erforderlich, auch die Abrichteinrichtungen und sonstige Hilfseinrichtungen beweglich anzuordnen, die während der Bearbeitung in der Nähe des Werkstücks angeordnet sind. Der für diese Bewegungen erforderliche technische Aufwand ist erheblich und bringt hohe Herstellkosten mit sich. Darüber hinaus verursachen die vielen Bewegungsvorgange einen Zeitbedarf, durch welchen die Schleifbearbeitung jedes einzelnen Werkstücks verlängert wird. Schließlich wird durch die Notwendigkeit, die einzelnen Werkzeuge und Hilfseinrichtungen beweglich anzuordnen, die thermische Verkopplung der hinsichtlich der Genauigkeit des Schleifergebnisses kritischen Vorrichtungselemente erschwert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln eine Vorrichtung zu schaffen, die sich kostengünstig herstellen läßt und die gleichzeitig eine hohe Fertigungsgenauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkstückhalter von einer Bearbeitungsposition, an der das Werkstück im Arbeitsbereich des Schleifwerkzeugs gehalten ist, in eine Übergabeposition verfahrbar ist, an der eine Werkstückübergabe stattfindet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Prinzip der Einspannung des Werkstücks in einem ortsfest unbeweglich angeordneten Halter zu Gunsten einer vereinfachten Zuführbarkeit des Werkstücks aufgegeben worden. Diese vereinfachte Zuführbarkeit wird dadurch erreicht, daß das Werkstück vom Halter an einer bestimmten Übergabeposition übernommen wird und anschließend mit dem Halter in die Bearbeitungsposition verfahren wird. Umgekehrt erfolgt nach Fertigstellung der Bearbeitung die Übergabe des Werkstücks nach einem entsprechenden Verfahren des Werkstückhalters aus der Bearbeitungs- in die Übergabeposition.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Verfahrbarkeit des Werkstückhalters ermöglicht es, fest auf dem Maschinengestell angeordnete Halter für die Schleifwerkzeuge und die anderen, für die Schleifbearbeitung benötigten Hilfseinrichtungen zu verwenden. Auf diese Weise können sowohl der Halter für das Schleifwerkzeug als auch der Halter für die Hilfseinrichtungen exakt positioniert und miteinander sowohl mechanisch als auch thermisch derart verkoppelt werden, daß ein optimales Bearbeitungsergebnis erreicht wird. Darüber hinaus können das Werkzeug und die Hilfseinrichtungen auf engstem Raum angeordnet werden, da sie für das Zuführen des Werkstücks nicht mehr von dem Werkstückhalter weg bewegt werden müssen. Zudem führt die bezüglich des Gestells ortsfeste Anordnung der betreffenden Halter zu einer erheblichen Reduzierung des apparativen Aufwands und, damit einhergehend, der Herstellkosten.

Die durch den Verzicht auf bezüglich des Gestells bewegliche Halter für Werkzeug und Hilfseinrichtungen erzielte Kostenersparnis übertrifft den zusätzlichen Aufwand, der für die exakte Positionierbarkeit des verfahrbaren Werkzeughalters bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu treiben ist. Zudem ist überraschender Weise festgestellt worden, daß die Verbesserung der Exaktheit der räumlichen Zuordnung von Werkzeug, Hilfseinrichtungen und Werkstück, welche durch die bezüglich des Vorrichtungsgestells ortsfeste Anordnung der Halter für Werkzeug und Hilfseinrichtungen möglich ist, zu einer großen Verbesserung des Bearbeitungsergebnisses führt. Die sich durch die Verfahrbarkeit des Werkzeughalters ggf. einstellende Einbuße hinsichtlich der Positionsgenauigkeit und der Festigkeit der Einspannung des Werkstücks ist nur noch von untergeordneter Bedeutung.

Eine besonders einfach herzustellende und hinsichtlich der Einfachheit der Bewegungsabläufe optimal auslegbare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter zwischen der Bearbeitungsposition und der Übergabeposition einen linearen Verfahrweg zurücklegt. Darüber hinaus ermöglicht ein geradlinig ausgebildeter Verfahrweg des Halters die Verwendung eines Linearmotors zum Antrieb des Werkstückhalters. Derartige Linearmotoren zeichnen sich bei geringen Abmaßen und einfacher Montierbarkeit dadurch aus, daß mit ihnen der Werkstückhalter besonders positionsgenau bewegt werden kann.

Günstig ist es auch, wenn der Werkstückhalter entlang mindestens zweier Bewegungsachsen verfahrbar ist. Dies ermöglicht es nicht nur, die Werkstückübergabe zu vereinfachen, sondern zusätzlich auch den Aufwand für das Zustellen der Werkzeuge und der Hilfseinrichtungen in der Bearbeitungsposition zu vermindern.

Wie erläutert, besteht der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Schleifvorrichtung darin, daß Hilfseinrichtungen in unmittelbarer Nähe des Werkzeugs angeordnet werden können. Besonders günstig ist es in diesem Zusammenhang, im Bereich des Schleifwerkzeugs mindestens eine Abrichteinheit zu positionieren und diese Einheit mit dem abzurichtenden Werkzeug thermisch zu verkoppeln. Auf diese Weise können durch Wärmeausdehnung andernfalls hervorgerufene Ungenauigkeiten beim Abrichten des Schleifwerkzeugs vermieden werden.

Eine weitere Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit läßt sich dadurch erreichen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Maschinenbett ausgestattet ist, welches aus Naturstein, insbesondere Granit, hergestellt ist. Der besondere Vorteil eines derartigen Maschinenbetts besteht darin, daß es auch bei Erwärmung in hohem Maße formhaltig und unempfindlich gegen Schwingungseinflüsse ist.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zwei Schleifwerkzeugen ausgestattet ist, welche koaxial gegenüberliegend angeordnet sind, und daß die Bearbeitungsposition zwischen den Schleifwerkzeugen angeordnet ist. Eine derart ausgebildete Schleifvorrichtung ermöglicht die zeitsparende gleichzeitige oder unmittelbar aufeinander folgende Bearbeitung mehrerer Flächen des Werkstücks.

Insbesondere beim Einsatz von mehr als einem Werkzeug ist es günstig, wenn der Werkstückhalter eine Halteeinrichtung umfaßt, welche dazu vorgesehen ist, das Werkstück an seinem Umfang derart zu halten, daß es beidseitig für eine Bearbeitung zugänglich ist.

Um auch eine Bearbeitung komplexer Flächengeometrien problemlos bewerkstelligen zu können, sollte auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Schleifwerkzeug um mehr als eine Achse im Raum verstellbar sein.

Eine weitere Verkürzung der für die Herstellung eines Werkstücks, insbesondere eines Zahnrades, benötigten Zeitspanne kann dadurch erreicht werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zu dem mindestens einen Schleifwerkzeug ein Werkzeug mit bestimmter Schneidgeometrie umfaßt. Mit einem solchen Werkzeug kann bei Vermeidung großer Verfahr- und Transportwege und -zeiten an dem Werkstück beispielsweise eine Dreh- oder Fräsbearbeitung durchgeführt werden, während gleichzeitig oder unmittelbar vorangehend oder anschließend eine Schleifbearbeitung stattfindet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schleifvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in einer Ansicht von oben;

Fig. 2 die Schleifvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in einer Ansicht von oben;

Fig. 3 die Schleifvorrichtung in einer dritten Betriebsstellung in einer Ansicht von oben;

Fig. 4 die Schleifvorrichtung in einem Schnitt entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie I-I.

Die Schleifvorrichtung 1 weist einen mit einer automatischen Spanneinrichtung 2a ausgestatteten Werkzeughalter 2 auf, der auf einer geradlinig ausgebildeten Führungsbahn 3 verfahrbar ist. Die Führungsbahn 3 ist auf einem Gestell 4 angeordnet und horizontal ausgerichtet. Entlang ihrer Mittellinie ist ein Steg 5 positioniert. Zusätzlich ist an jeder Seite der Führungsbahn jeweils eine Schiene 6,7 ausgebildet. Auf den Schienen 6, 7 ist ein den Werkzeughalter 2 tragender Tisch 8 verschiebbar abgestützt.

Ein Linearmotor 9 ist zum Antrieb des Werkzeughalters 2 vorgesehen. Die von dem Tisch 8 getragenen Wicklungen des Linearmotors 9 sind rechts und links des Steges 5 angeordnet, so daß der Steg 5 das Joch des Linearmotors 9 bildet. Mittels des Linearmotors 9 ist der Werkzeughalter 2 auf der Führungsbahn 3 entlang einer ersten Bewegungsachse X zwischen einer Übergabeposition A, an der er sich im Bereich des einen Endes der Führungsbahn 3 befindet (Fig. 1), und verschiedenen Bearbeitungspositionen B1, B2 verfahrbar, in der er sich im Bereich des anderen Endes der Führungsbahn 3 befindet (Fig. 2, 3). Zusätzlich sind nicht dargestellte Stelleinrichtungen vorgesehen, um den Werkzeughalter 2 auf dem Tisch 8 entlang einer zweiten Bewegungsachse Y verstellen zu können, welche horizontal und rechtwinklig zur Bewegungsachse X ausgerichtet ist.

Zur automatischen Übergabe von auf einer Transportbahn 10 geförderten Werkstücken W, beispielsweise Zahnrädern, ist die Vorrichtung 1 mit einer Übergabeeinrichtung 11 ausgestattet, welche sich im Bereich der Übergabeposition A seitlich der Vorrichtung 1 befindet.

Im Bereich der Bearbeitungsposition B sind zwei Werkzeughalter 12, 13 angeordnet. Die Werkzeughalter 12, 13 tragen Antriebsmotoren 14, 15, mit denen als Schleifwerkzeuge Schleifscheiben 16, 17 rotierend angetrieben sind. Durch Handverstellung kann die Position der Schleifscheiben 16, 17 bezüglich der Bearbeitungspositionen B1, B2 durch Verschwenken bzw. Verschieben um verschiedene Raumachsen eingestellt werden.

Seitlich an jedem Werkzeughalter 12, 13 ist jeweils mindestens eine Abrichteinheit 18, 19 befestigt. Die Abrichteinheiten 18, 19 sind thermisch und mechanisch mit den Schleifscheiben 16, 17 derart verkoppelt, daß durch Temperaturveränderungen bedingte Dehnungen zu keiner Veränderung der räumlichen Zuordnung der jeweiligen Schleifscheibe 16, 17 und der jeweiligen Abrichteinheit 18, 19 führen.

Zur Bearbeitung eines Werkstücks W nimmt die Übergabeeinrichtung 11 in einem automatisch durchgeführten Vorgang ein zu bearbeitendes Werkstück W von dem Transportband 10 und übergibt es an den Werkstückhalter 2, welcher sich in der Übergabeposition A befindet (Fig. 1). Nachdem das Werkstück W in der Spannvorrichtung 2a des Werkzeughalters 2 verspannt ist, wird der Werkzeughalter 2 zunächst entlang der Bewegungsachse Y verfahren, bis er etwa mittig zur Führungsbahn 3 ausgerichtet ist. Anschließend wird er entlang der Bewegungsachse X verfahren, bis er auf Höhe der Bearbeitungsposition B1 angelangt ist. Dann wird der Werkzeughalter 2 entlang der Bewegungsachse Y der Schleifscheibe 16 zugestellt, bis sich das Werkstück in der Bearbeitungsposition B1 befindet (Fig. 2). In dieser Position wird beispielsweise eine Stirnfläche des Werkstücks W geschliffen.

Nach Fertigstellung der von der Schleifscheibe 16 durchgeführten Bearbeitung wird das Werkstück W durch entsprechende Verstellungen des Werkstückhalters 2 entlang der Bewegungsachsen X, Y in die Bearbeitungsposition B2 bewegt. In dieser Position erfolgt durch die Schleifscheibe 17 beispielsweise das Schleifen einer Seitenfläche des Werkstücks W.

Nach Beendigung der Bearbeitung wird der Werkstückhalter 2 mit dem Werkstück W zu der Übergabeposition zurückgefahren. Dort übernimmt die Übergabeeinrichtung 11 das fertig bearbeitete Werkstück W, stellt es auf das Transportband 10 zurück und übergibt ein neues zu bearbeitendes Werkstück W an den Werkstückhalter 2.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken (W) mit einem Werkstückhalter (2) und mit mindestens einem Schleifwerkzeug (16, 17), dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (2) von einer Bearbeitungsposition (B1, B2), an der das Werkstück (W) im Arbeitsbereich des Schleifwerkzeugs (16, 17) gehalten ist, in eine Übergabeposition (A) verfahrbar ist, an der eine Werkstückübergabe stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (2) zwischen der Bearbeitungsposition (B1, B2) und der Übergabeposition (A) einen linearen Verfahrweg zurücklegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (2) durch einen Linearmotor (8) angetrieben ist.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (2) entlang mindestens zweier Bewegungsachsen (X, Y) verfahrbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Schleifwerkzeugs (16, 17) mindestens eine Abrichteinheit (18, 19) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrichteinheit (18, 19) thermisch mit dem Schleifwerkzeug (16, 17) verkoppelt ist.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Maschinenbett aufweist, welches aus Naturstein, insbesondere Granit, hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zwei Schleifwerkzeugen ausgestattet ist, welche koaxial gegenüberliegend angeordnet sind, und daß die Bearbeitungsposition zwischen den Schleifwerkzeugen angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (2) eine Halteeinrichtung umfaßt, welche dazu vorgesehen ist, das Werkstück an seinem Umfang derart zu halten, daß es beidseitig für eine Bearbeitung zugänglich ist.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (16, 17) um mehr als eine Achse im Raum verstellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu dem Schleifwerkzeug (16, 17) ein Werkzeug mit bestimmter Schneidgeometrie umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine automatische Übergabeeinrichtung (10) umfaßt, welche automatisch das Werkstück (W) an der Übergabeposition (A) dem Werkstückhalter (2) zuführt oder aus diesem entnimmt.