DE19829968C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen der Innenfläche einer Öffnung eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen der Innenfläche einer Öffnung eines Werkstücks, welches zur Bearbeitung in einem Spannfutter gehalten ist, in dem das Werkstück durch mindestens zwei auf begrenzte Abschnitte der Außenflächen des Werkstücks einwirkende Spanneinrichtungen gespannt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schleifen der Innenfläche einer Öffnung eines Werkstücks mit einem Spannfutter, in welchem das Werkstück durch mindestens zwei auf begrenzte Abschnitte der Außenflächen des Werkstücks einwirkende Spanneinrichtungen gehalten ist. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.

Verfahren und Vorrichtungen der voranstehend genannten Art sind aus der Praxis bekannt. Sie dienen zur Feinbearbeitung von Werkstücken, bei denen die Abmessungen ihrer Öffnungen den konstruktiven Anforderungen mit höchster Genauigkeit entsprechen müssen. So werden beispielsweise in Kraftfahrzeuggetrieben eingesetzte Zahnräder häufig innenrundgeschliffen, um ihren für die störungsfreie Durchführung der Schaltvorgänge erforderlichen passgenauen Sitz zu gewährleisten.

Zum Einspannen der Werkstücke während der Schleifbearbeitung wird in der Regel ein herkömmliches Spannfutter eingesetzt, welches mit seinen in regelmäßigen Abständen angeordneten, von außen einwirkenden Spanneinrichtungen das Werkstück hält. Derartige Spannfutter sind kostengünstig und vielseitig einsetzbar, da sie problemlos an wechselnde Abmessungen angepaßt werden können.

Ein Problem bei der Verwendung derartiger Spannfutter besteht beim hochgenauen Innenschleifen von Werkstücköffnungen jedoch darin, daß das jeweilige Werkstück durch die von außen einwirkenden Spannkräfte verformt wird. Diese Verformungen führen dazu, daß das Werkstück nach dem Ende der Schleifbearbeitung im eingespannten Zustand zwar die geforderte Maßgenauigkeit aufweist, daß es aber im entspannten Zustand um den Verformungsbetrag von der geforderten Form abweicht. Dies gilt insbesondere dann, wenn sehr dünnwandige Werkstücke bearbeitet werden, die den Spannkräften nur eine geringe Formstabilität entgegensetzen.

Zur Lösung des Problems der ungewollten Verformung durch die Spannkräfte ist vorgeschlagen worden, Spanneinrichtungen zu verwenden, die den gesamten Umfang des Werkstücks gleichmäßig mit den Spannkräften belasten. Diese Spanneinrichtungen verursachen zwar keine Verformung des eingespannten Werkstücks, haben aber den Nachteil, daß sie jeweils den speziellen Formen des Werkstücks angepaßt sein müssen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei Verwendung eines herkömmlichen Spannfutters ein hochpräzises Schleifen der Innenflächen einer Öffnung möglich ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß der für die Schleifbearbeitung erforderlichen Relativbewegung von dem Werkstück und einem Schleifwerkzeug eine zusätzliche Relativbewegung überlagert wird, durch welche die Innenfläche bezogen auf ihren Querschnitt eine Kontur erhält, welche der Verformung des Werkstücks folgt, die durch die von den Spanneinrichtungen bei eingespanntem Werkstück ausgeübten Kräfte erzeugt wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Werkstück und ein Schleifwerkzeug zusätzlich zu der für die Schleifbearbeitung erforderlichen Relativbewegung mittels einer Stelleinrichtung relativ zueinander bewegbar sind und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Stelleinrichtung derart steuert, daß die Berührungslinie zwischen Werkstück und Werkzeug der Kontur der Verformung des Werkstücks im eingespannten Zustand folgt.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, der Innenfläche des in dem Spannfutter eingespannten Werkstücks bei der Schleifbearbeitung eine Form zu geben, deren Kontur der Verformung folgt, welche durch die Spannkräfte verursacht werden. Das so bearbeitete Werkstück weist demzufolge im eingespannten Zustand gegenüber der geforderten Form eine Abweichung auf, deren Größe dem Betrag entspricht, um welchen das Werkstück bei seiner Einspannung in dem Spannfutter verformt wird. Einhergehend mit dem Wegfall der Spannkräfte im entspannten Zustand verformt sich auch das Werkstück aufgrund seiner Elastizität wieder um den Verformungsbetrag, so daß seine Formhaltigkeit im entspannten Zustand exakt den gestellten Anforderungen entspricht.

Erfindungsgemäß wird die gezielt in die bearbeitete Innenfläche des eingespannten Werkstücks eingeschliffene Formabweichung durch eine zusätzliche Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug hergestellt. Auf diese Weise können problemlos kostengünstige herkömmliche Spannfutter zum Halten des Werkstücks eingesetzt werden.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, die im Querschnitt ringförmig sind und eine dünne Wandstärke aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei den Werkstücken um Zahnräder handelt.

Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen, welche dem Werkzeug die zusätzliche Bewegung verleiht. Auf diese Weise führt das Werkzeug während der Schleifbearbeitung die zusätzliche Bewegung durch. Diese Ausgestaltung ermöglicht aufgrund der geringeren zu bewegenden Massen den Einsatz herkömmlicher kostengünstiger, hochpräziser Stelleinrichtungen. So kann beispielsweise als Stelleinrichtung ein Kreuzantrieb eingesetzt werden, dessen Bewegungsachsen jeweils in einer normal zur Längsachse der Werkstücks angeordneten Ebene positioniert sind.

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

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Innenrundschleifen eines ringförmigen Werkstücks in einer frontalen, ausschnittsweisen Ansicht;

Fig. 2 das Werkstück im eingespannten und entspannten Zustand in einer Querschnittansicht.

Die Vorrichtung 1 zum Innenrundschleifen weist ein Drei- Backen-Spannfutter 2 auf, das mittels nicht dargestellter Antriebe um eine Drehachse X1 rotierend angetrieben ist. Auf seiner Stirnseite 2a trägt das Spannfutter 2 drei Spanneinrichtungen 3, 4, 5, die in regelmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet sind. Die Spanneinrichtungen 3, 4, 5 umfassen jeweils eine Spannbacke 3a, 4a, 5a und eine Verstelleinrichtung 3b, 4b, 5b, mittels der die Spannbacken 3a, 4a, 5a linear auf die Drehachse X1 zugestellt werden können.

Durch die Spannbacken 3a, 4a, 5a ist ein kreisrundes Werkstück 6 gehalten, bei dem es sich beispielsweise um ein Zahnrad handelt. Das Werkstück 6 weist eine geringe Wandstärke d auf, so daß es durch die über die Spannbacken 3a, 4a, 5a ausgeübten Spannkräfte F3, F4, F5 verformt wird. Diese Verformung des Querschnitts des Werkstücks 6 ist in Fig. 2 zur Verdeutlichung in stark übertriebener Form in gestrichelte Linien dargestellt, während in dieser Figur mit durchgezogenen Linien die unverformte Gestalt des Werkstücks 6 wiedergegeben ist.

Zum Innenrundschleifen der Innenfläche 6a der Öffnung 6b des Werkstücks 6 ist ein Werkzeug 7 vorgesehen, welches durch einen nicht dargestellten Antrieb gegenläufig zur Drehrichtung des Spannfutters 2 um eine Drehachse X2 rotierend angetrieben ist. Das Werkzeug 7 ist dabei auf dem Tisch eines als Stelleinrichtung arbeitenden Kreuzantriebs 8 montiert, durch welchen das Werkzeug 7 in horizontaler und vertikaler Richtung Y bzw. Z bewegt werden kann.

Während des Schleifens steuert eine nicht dargestellte Steuereinrichtung der Vorrichtung 1 die Bewegungen des Kreuzantriebs 8 derart, daß die Drehachse X2 des Werkzeugs 7 einer Verformungslinie V folgt, die der durch die Spannkräfte F3, F4, F5 verursachten Verformung des Werkstücks 6 entspricht. Auf diese Weise erhält die Innenfläche 6a des Werkstücks 6 eine Querschnittskontur, die exakt der Verformung des eingespannten Werkstücks 6 entspricht. Nach dem Entspannen des Werkstücks 6 nimmt dieses aufgrund der ihm eigenen Elastizität wieder seine ursprüngliche, unverformte Gestalt an. Die Kontur der Innenfläche 6a des Werkstücks 6 entspricht in diesem Zustand exakt der zur Erfüllung der konstruktiven Aufgabe des Werkstücks 6 notwendigen kreisrunden Form.

Claims (5)

1. Verfahren zum Schleifen der Innenfläche (6a) einer Öffnung (6b) eines Werkstücks (6), welches zur Bearbeitung in einem Spannfutter (2) gehalten ist, in dem das Werkstück (6) durch mindestens zwei auf begrenzte Abschnitte der Außenflächen des Werkstücks (6) einwirkende Spanneinrichtungen (3, 4, 5) gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Schleifbearbeitung erforderlichen Relativbewegung von dem Werkstück (6) und einem Schleifwerkzeug (7) eine zusätzliche Relativbewegung überlagert wird, durch welche die Innenfläche (6a) bezogen auf ihren Querschnitt eine Kontur erhält, welche der Verformung des Werkstücks (6) folgt, die durch die von den Spanneinrichtungen (3, 4, 5) bei eingespanntem Werkstück (6) ausgeübten Kräfte (F3, F4, F5) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Relativbewegung von dem Schleifwerkzeug (7) ausgeführt wird.

3. Vorrichtung zum Schleifen der Innenfläche (6a) einer Öffnung (6b) eines Werkstücks (6) mit einem Spannfutter (2), in welchem das Werkstück (6) durch mindestens zwei auf begrenzte Abschnitte der Außenflächen des Werkstücks (6) einwirkende Spanneinrichtungen (3, 4, 5) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (6) und ein Schleifwerkzeug (7) zusätzlich zu der für die Schleifbearbeitung erforderlichen Relativbewegung mittels einer Stelleinrichtung (8) relativ zueinander bewegbar sind und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Stelleinrichtung (8) derart steuert, daß die Berührungslinie (V) zwischen Werkstück (6) und Werkzeug (7) der Kontur der Verformung des Werkstücks (6) im eingespannten Zustand folgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dem Werkzeug (7) die zusätzliche Bewegung verleiht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (8) ein Kreuzantrieb ist, dessen Bewegungsachsen (Y, Z) jeweils in einer normal zur Längsachse (X1) der des Werkstücks (6) angeordneten Ebene positioniert sind.