DE19857359B4

DE19857359B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen

Info

Publication number: DE19857359B4
Application number: DE19857359A
Authority: DE
Inventors: Erwin Junker
Original assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-12-12
Also published as: CA2352426A1; CZ296983B6; CZ20012055A3; RU2001118829A; KR20010093805A; AU1974700A; EP1137505A1; DE19857359A1; WO2000035617A1; BR9916125A; JP2002532263A; CN1329528A

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, wobei
das Werkstück zwischen der Spitze der Werkstückspindel des Werkstückspindelstockes und der kegelstumpfförmigen Spitze der Pinole des Reitstockes eingespannt wird und
auf dem Werkstück in einem ersten Schritt ein Lünettensitz geschliffen wird, wobei die Spitze der Pinole des Reitstockes im Zentrum der Aufnahme des Werkstückes anliegt,
gekennzeichnet durch die Schritte
a) Zurückziehen der Spitze und der Reitstockpinole aus dem Kontaktbereich im Zentrum der Aufspannung des Werkstückes auf eine Zwischenposition,
b) Fixieren der Lage des Werkstückes mit einer reitstockseitigen Lünette und einer gegen das Zentrum der Aufspannung des Werkstückes gerichteten Axialkraft eines vorgespannten Druckbolzens und
c) Bearbeiten des Werkstückes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, wobei das Werkstück zwischen der Spitze der Werkstückspindel des Werkstückspindelstockes und der kegelstumpfförmigen Spitze der Pinole des Reitstockes eingespannt wird rund auf dem Werkstück in einem ersten Schritt ein Lünettensitz geschliffen wird, wobei die Spitze der Pinole des Reitstockes im Zentrum der Aufnahme des Werkstückes anliegt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, wobei ein Werkstückspindelstock mit Werkstückspindel und mit einer auf der Längsachse der Werkstückspindel angeordneten Spitze zur Aufnahme des Werkstückes ausgestattet ist und ein Reitstock mit Pinole die eine auf der Längsachse der Pinole liegende kegelstumpfförmige Spitze aufweist, auf einem Schleiftisch vorgesehen sind.
Zum Stand der Technik gehört die Feinbearbeitung, insbesondere die Schleifbearbeitung, von Werkstücken, wobei diese zwischen den Spitzen eines Werkstückspindelstocks und eines Reitstocks aufgenommen werden. Bei dieser Aufspannung bereiten vor allem solche Werkstücke Schwierigkeiten, die im Bereich des Aufspannzentrums sehr dünnwandig sind. Solche Werkstücke sind häufig nicht formgenau vorbearbeitet oder weisen aufgrund einer nach der Vorbearbeitung angewandten Wärmebehandlung verzugsbedingte Formungenauigkeiten wie Rundheitsfehler auf. Die Beseitigung dieser verzugbedingten Unrundheiten von dünnwandigen Werkstücken ist meist durch eine anschließende Schleifbearbeitung am Außendurchmesser der Werkstücke nicht zu korrigieren, d. h., die Unrundheiten des Zentrums werden beim Außenrundschleifen als Maß- und Rundheitsfehler übertragen.

In der DE 27 28 156 C2 ist eine Einspannvorrichtung beschrieben, in der walzenförmige Körper mit einer tonnenförmigen Kontur rundgeschliffen werden sollen. Diese walzenförmigen Körper werden vorbearbeitet, indem sie am Außenumfang und an ihrer einen Stirnseite eine leicht gewölbte Kontur erhalten. Die Einspannvorrichtung funktioniert in der Weise, dass an der Seite des Werkstückspindelstockes eine gewölbte Anlagefläche vorliegt, während die Spitze des Reitstockes eine federbelastete Kugel aufweist. Zum Schleifen wird das walzenförmige Werkstück mit seiner gewölbten Stirnfläche gegen die entsprechend angepasste Aufnahmefläche des Werkstückspindelstocks angelegt, während die federbelastete Kugel des Reitstockes auf die gegenüberliegende plane Stirnfläche des Werkstückes drückt. Die Spindeln des Werkstückspindelstockes und des Reitstockes werden sodann synchron angetrieben. Da die federbelastete Kugel auf der planen Stirnfläche des tonnenförmigen Werkstückes abrollen kann, zentriert sich das Werkstück in der Aufspannung selbst und wird sodann durch eine entsprechend angepasste Schleifscheibe im Einstechverfahren rundgeschliffen. Damit wird erreicht, dass die Zentren der vorbearbeiteten gewölbten einen Stirnfläche und die Mittelachse der gewölbten Längskontur übereinstimmen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem Bearbeitungsfehler aufgrund von Einspannungsverformungen und Formungenauigkeiten vermieden werden und auch Werkstücke mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, in nur einer Aufspannung möglichst präzise bearbeitet werden können.

Zwischenposition zurückgezogen. Das Werkstück ist danach mit der reitstockseitigen Lünette fixiert und wird durch den vorgespannten Druckbolzen im Zentrum der Aufspannung axial gegen die Spitze der Werkstückspindel gedrückt. Auf diese Weise werden die dünnwandigen Bereiche des Werkstückes nicht mehr zur Aufspannung herangezogen, und es wird vermieden, dass beim anschließenden Bearbeiten diese Bereiche verformt werden oder verformt bleiben können, wodurch weitere Ungenauigkeiten entstehen könnten. Das Werkstück wird dennoch über die Werkstockspindel zur Drehung angetrieben und in einer stets zentrierten Lage gehalten.

Nach der vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 3 besteht der Druckbolzen aus einem Kolbenteil und einem Stangenteil mit kleinem Durchmesser, wobei der Druckbolzen mit einem Federelement, insbesondere mit einer Schraubenfeder oder einem Tellerfederpaket, kopfseitig beaufschlagt ist, und das Federelement mit einer Schraube zur Druckeinstellung in Verbindung steht. Durch diese Ausgestaltung wird eine zuverlässige Zentrierung auf der Seite des Reitstockes erzielt, die zudem in Folge ihrer zentrischen Anordnung in der Reitstockpinole wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Die Erfindung wird verfahrenstechnisch und vorrichtungsmäßig in den Zeichnung gemäß den 1 bis 4 näher erläutert.

1 zeigt eine Teildraufsicht einer Schleifmaschine mit Teilschnittdarstellung, der Werkstückeinspannung.

2 zeigt eine weitere Teildraufsicht der Schleifmaschine nach 1 mit Teilschnittsdarstellung der Werkstückeinspannung in einer Betriebsposition.

3 zeigt in Schnittdarstellung die reitstockseitige Werkstückeinspannung mit der Reitstockspitze in einer Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des auf das Verfahren gerichteten Patentanspruches 1 und des auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gerichteten Patentanspruches 2. Die Merkmale des Patentanspruches 3 gestalten die Vorrichtung nach Patentanspruch 2 konstruktiv weiter aus.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zusätzlich zu dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Schritten die folgenden Verfahrensschritte hinzugefügt:

a. Zurückziehen der Spitze und der Reitstockpinole aus dem Kontaktbereich im Zentrum der Aufspannung des Werkstückes auf eine Zwischenposition,
b. Fixieren der Lage des Werkstückes mit einer reitstockseitigen Lünette und einer gegen das Zentrum der Aufspannung des Werkstückes gerichteten Axialkraft eines vorgespannten Druckbolzens und
c. Bearbeiten des Werkstückes.

Hinsichtlich der Vorrichtung ist zur Lösung der genannten Aufgabe bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 vorgesehen, dass die kegelstumpfförmige Spitze zum Einspannen des Zentrums angepasst ist und in der Spitze der Pinole des Reitstockes ein in der Längsachse der Pinole geführter, mit einem Federelement beaufschlagter Druckbolzen angeordnet ist.

Während also beim Schleifen des Lünettensitzes die Spitze der Reitstockpinole innen an dem dünnwandigen Bereich des Werkstückes anliegt, wird erfindungsgemäß danach die Spitze der Reitstockpinole aus diesem dünnwandigem Bereich, also dem Zentrum der Aufspannung, auf eine Kontaktposition bei angestellter, jedoch nicht dargestellter Lünette.

4 zeigt in Schnittdarstellung die reitstockseitige Werkstückeinspannung mit Druckbolzen in einer zurückgezogenen Zwischenposition des Reitstockpinole mit der Reitstockspize.

In 1 ist beispielsweise die Aufspannung eines Werkstückes 5 auf einer Schleifmaschine dargestellt. Das Werkstück 5 ist zwischen der Spitze 4 der Werkstückspindel 30 des Werkstückspindelstocks 1 und der Spitze 6 des Reitstockes 3 eingespannt. Dabei liegt das Werkstück 5 mit seinem Zentrum 11, also einem sehr dünnwandigen Bereich, an der Spitze 6 des Reitstockes 3 bzw. der Reitstockpinole 13 an. Das Auf- und Ausspannen des Werkstückes zwischen der Spitze 4 der Werkstückspindel 30 und der Spitze 6 der Pinole 13 wird dadurch ermöglicht, dass durch Verfahren des Reitstockes die Reitstockpinole 13 in eine hintere Position zurückgezogen wird.
Der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 3 sind auf einem in Z-Richtung verfahrbaren Schleiftisch 2, der nur teilweise dargestellt ist, montiert. Der Werkstückspindelstock 1 weist die Werkstückspindel 30 auf, die über einen nicht dargestellten Motorantrieb angetrieben ist. Der Reitstock 3 ist mit der mitlaufenden Reitstockpinole 13 ausgestattet, die innerhalb des Gehäuses des Reitstockes 3 axial verschiebbar ist. Die Mittelachse der Werkstockspindel 30 des Werkstückspindelstockes 1 und der Pinole 13 des Reitstockes 3 sind exakt fluchtend zueinander ausgerichtet. Dazwischen wird das Werkstück 5, mit seiner Längsachse ebenfalls fluchtend, eingespannt. Auf dem Schleiftisch 2 ist eine Abstützlünette 7 mit verfahrbaren Backen 9 angeordnet. Achsparallel zu der Anordnung von Werkstückspindelstock 1 und Reitstock 3 der Werkzeugmaschine ist die Schleifspindel 15 mit der Schleifscheibe 16 in Richtung der X-Achse senkrecht zur Werkstückeinspannung anstellbar angeordnet. Außerdem ist die Schleifspindel 15 achsparallel zu der Z-Achse der Werkzeugmaschine angeordnet. Die Anstellung der Schleifscheibe 16 in Richtung der X-Achse erfolgt rechtwinkelig zum Werkstück.
Nach 2 ist das Werkstück zwischen der Spitze 4 des Werkstückspindelstockes 1 und der Spitze 6 des Reitstockes 3 eingespannt. Da das Werkstück 5 im Zentrum 11, das an der Spitze 6 des Reitstockes 3 anliegt, sehr dünnwandig ist, findet infolge der beim Aufspannen aufgebrachten Druckkräfte eine zentrierende Verformung des dünnwandigen Bereiches des Werkstückes 5 statt; denn der reitstockseitige Bereich des Aufnahmezentrums des Werkstückes 5 wird durch die von der Spitze 6 des Reitstockes 3 ausgehende axiale Druckkraft in Verbindung mit der kegelstumpfförmigen Spitze 6 des Reitstockes 3 rundgedrückt.
Im mittleren Bereich des Werkstückes 5 wird mit der rechtwinkelig zum Werkstück gemäß der X-Achse anstellbaren und achsparallel zu der Z-Achse angeordneten Schleifscheibe 16, die auf der Schleifspindel 15 angeordnet ist, ein Lünettensitz 8 geschliffen, gegen den die Abstützlünette 7 mit verfahrbaren Backen 9 angestellt wird. Daraufhin wird das Werkstück 5 umgespannt und fertig bearbeitet, um auf diese Weise ein formgenaues, d. h. von Unrundheiten befreites Werkstück 5 zu erhalten.
In 3 ist die Ausführungsform für die kegelstumpfförmige Gestaltung der Spitze 6, die aus Verschleißgründen mit einem Hartmetallkörper 6A besetzt ist, der Pinole 13 des Reitstockes 3 dargestellt, wobei die Spitze 6 auf einem Führungselement 24 angeordnet ist, das mit der Längsachse der Pinole 13 fluchtet. Das Führungselement 24 weist eine zentrische Längsbohrung auf, die zum Ende der Spitze hin abgestuft im Durchmesser kleiner werdende Bohrungsabschnitte besitzt. Am entgegengesetzten Ende des Führungselementes 24 ist der Durchmesser der Bohrung zur Aufnahme einer verstellbaren Schraube 23 am größten ausgeführt. Der darauf folgende Bohrungsabschnitt weist einen kleineren Durchmesser auf. In diesem Bohrabschnitt ist ein diesem Durchmesser angepasstes Federelement 22 angeordnet, das einerseits gegen die Stirnfläche der verstellbaren Schraube 23 und andererseits gegen die Stirnfläche eines zylindrischen Kolbenteils 26 eines insgesamt mit 21 bezeichneten Druckbolzens anliegt. Das eine Ende des Druckbolzens 21 ist als zylindrisches Kolbenteil 26 ausgebildet und hat denselben Durchmesser wie das Federelement 22. Das andere Ende des zylindrischen Kolbenteils 26 weist ein axial verlaufendes Stangenteil 27 mit wesentlich kleinerem Durchmesser auf. Das Stangenteil 27 ist durch die Austrittsbohrung des Führungselements 24 geführt. Der mit dem Federelement 22 vorgespannte Druckbolzen 21 bringt eine Axialkraft 32 auf das Werkstück 5 auf.
In 4 ist die Pinole 13 des Reitstockes 3 auf eine Zwischenposition gemäß Pfeilposition 10 zurückgezogen, so dass der Konus der Spitze 6 des Reitstockes 3 nicht mehr in Druckkontakt mit dem Werkstück 5 steht, gemäß Position 11A. Die Druckbolzenstange 21 drückt aber mit der Federkraft des Federelements 22 das Werkstück 5 gegen die Spitze 4 der Werkstückspindel 30 des Werkstückspindelstocks 1.
Die Abstützlünette 7 gewährleistet die radiale Ausrichtung des Werkstückes 5 in Bezug auf die Spitze 4 der Werkstückspindes 30 und der Spitze 6 der Pinole 13. Die Spitze 6 des Reitstockes 3 kann folglich auf eine Zwischenposition 10 (vgl. 4) zurückgezogen werden, ohne die bei der Einspannung erzielte Zentrierung des Werkstückes 5 zu beeinträchtigen. Dieser Weg muss jedenfalls so groß sein, dass das Werkstück 5 nicht mehr die Spitze 6 der Pinole 13 kontaktiert, so dass das Werkstück 5 ein kontaktfreies Zentrum 11A erhält. Deshalb reicht es bereits aus, wenn der Verfahrweg nur wenige Zehntel Millimeter auf diese Zwischenposition 10 beträgt. Da das Drehmoment der Drehbewegung des Werkstückes 5 durch die Spitze 4 des Werkstückspindelstockes 1 übertragen wird, muss das Werkstück 5 durch die Axialkraft 32 gegen die Spitze 4 der Werkstückspindel 30 gedrückt werden. Diesen Kraftschluss besorgt der Druckbolzen 21 über da Stangenteil 27. Auf diese Weise wird das Werkstück 5 rotatorisch angetrieben und durch die Abstützlünette 7 in der zentrierten Lage gehalten, so dass eine komplette Bearbeitung des Werkstückes 5 am Außenumfang ermöglicht wird. Auf diese Weise kann auch der Außenumfang des reitstockseitigen Endes des Werkstückes bearbeitet werden, ohne dass Ungenauigkeiten, d. h. Unrundheiten, auf das Werkstück 5 übertragen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann mindestens ein Bearbeitungsgang auf einer anderen Werkzeugmaschine mit einem anderen Einspannsystem eingespart werden, wodurch die Bearbeitungskosten verringert werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren und die hierfür entwickelte Vorrichtung sind keinesfalls auf das Schleifen von Werkstücken beschränkt, vielmehr können danach auch andere Feinbearbeitungen durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, wobei das Werkstück zwischen der Spitze der Werkstückspindel des Werkstückspindelstockes und der kegelstumpfförmigen Spitze der Pinole des Reitstockes eingespannt wird und auf dem Werkstück in einem ersten Schritt ein Lünettensitz geschliffen wird, wobei die Spitze der Pinole des Reitstockes im Zentrum der Aufnahme des Werkstückes anliegt, gekennzeichnet durch die Schritte a) Zurückziehen der Spitze und der Reitstockpinole aus dem Kontaktbereich im Zentrum der Aufspannung des Werkstückes auf eine Zwischenposition, b) Fixieren der Lage des Werkstückes mit einer reitstockseitigen Lünette und einer gegen das Zentrum der Aufspannung des Werkstückes gerichteten Axialkraft eines vorgespannten Druckbolzens und c) Bearbeiten des Werkstückes.
Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit dünnwandigen Bereichen, die zentrische Formabweichungen aufweisen, wobei ein Werkstückspindelstock (1) mit Werkstückspindel (30) und mit einer auf der Längsachse der Werkstückspindel (30) angeordneten Spitze (4) zur Aufnahme des Werkstückes (5) ausgestattet ist und ein Reitstock (3) mit Pinole (13), die eine auf der Längsachse der Pinole (13) liegende kegelstumpfförmige Spitze (6) aufweist, auf einem Schleiftisch vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelstumpfförmige Spitze (6) zum Einspannen des Zentrums angepasst ist und in der Spitze (6) der Pinole (13) des Reitstockes (3) ein in der Längsachse (31) der Pinole (13) geführter, mit einem Federelement (22) beaufschlagter Druckbolzen (21) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbolzen (21) aus einem Kolbenteil (26) und einem Stangenteil (27) mit kleinem Durchmesser besteht, der Druckbolzen (21) mit einem Federelement insbesondere mit einer Schraubenfeder oder einem Tellerfederpaket, kopfseitig beaufschlagt ist, und das Federelement (22) mit einer Schraube (23) zur Druckeinstellung in Verbindung steht.