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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Universalschleifmaschine zur Bearbeitung
von
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Werkstücken, insbesondere
Umform- oder Schneidwerkzeugen, zur Durchführung unterschiedlicher Schleifvorgänge.
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Zur
Bearbeitung von Umform- oder Schneidwerkzeugen werden in der Praxis
Einzelmaschinen eingesetzt, auf denen die erforderlichen Schleifarbeiten,
wie Rund-, Profil-, Innen- und Planschleifmaschinen in separaten
Arbeitsgängen
durchgeführt
werden. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass unterschiedliche Werkstücke
und Werkstoffe zum Einsatz kommen, die den Einsatz von Einzelmaschinen
erfordern. Zur Durchführung
unterschiedlicher Schleifvorgänge
müssen
die zu bearbeitenden Werkstücke mehrmals
umgespannt werden, wodurch unerwünschte
Lage- und Formtoleranzabweichungen entstehen. Der Einsatz von mehreren
Einzelmaschinen erfordert einen hohen Bedienungsaufwand und spezielle
Anforderungen an das Bedienpersonal. Bei nicht vollständiger Auslastung
aller Einzelmaschinen ist die Fertigung unwirtschaftlich. Kommt
es zum Ausfall einer Maschine, so treten Störungen im gesamten Fertigungsablauf
ein.
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Bekannt
ist der Einsatz von Universalschleifmaschinen, die mit mehreren
Baueinheiten zum Innenrund-, Außenrund-
und Planschleifen ausgerüstet sind
(
DE 30 41 663 C2 ).
Diese Lösung
erfordert eine als Mittenlager ausgebildete Werkstückspindeleinheit
zum Einspannen der Werkstücke.
Die Maschine ist vorrangig für
eine Serien- oder Massenfertigung bestimmt. Zur Durchführung mehrerer
Außen-
oder Innenbearbeitungen am Werkstück ist es erforderlich, entsprechende
Werkzeugwechsel vorzunehmen.
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Aus
der
EP 1 524 076 B1 ist
eine Universal-Rundschleifmaschine zum Innen-, Plan- und Außenschleifen
von Futterteilen bekannt. Die Maschine besitzt einen vertikal verfahrbaren
Querschlitten und einen horizontal verfahrbaren Längsschlitten,
die in einer gemeinsamen vertikalen Ebene bewegbar sind. Der Querschlitten
besitzt eine horizontale Schwenkachse mit stirnseitig montiertem
Rotationsteller mit Werkstückspindel,
Spannfutter und Abrichtspindel. Am Längsschlitten sind zwei Innenschleifspindeln und
eine Außenschleifspindel
angeordnet. Bei einer alternativen Ausführung ist zusätzlich noch
ein zweiter verfahrbarer Längsschlitten
symmetrisch zum Querschlitten angeordnet, der mit Aufnahmen für Drehwerkzeuge
ausgerüstet
ist. Mit dieser Maschine ist eine vollständige Bearbeitung des Außendurchmessers
nicht möglich.
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Mit
den bekannten Universalschleifmaschinen können unterschiedliche Schleifarbeiten
durchgeführt
werden, wobei jedoch von Nachteil ist, dass bei Einsatz eines anderen
Werkstückes
andere oder zusätzliche
Werkzeuge benötigt
werden. Ein weiterer Bearbeitungsvorgang, wie zum Beispiel die Bearbeitung
des Außenumfanges
in Werkstück längsrichtung,
erfordert den Einsatz einer zusätzlichen
Maschine. Mit den bekannten Universalschleifmaschinen ist keine
allseitige, rationelle Bearbeitung der Werkstücke möglich, da mindestens die Fläche des Werkstückes, die
sich in der Spannvorrichtung befindet, entweder in einer gesonderten
Maschine oder erst nach aufwendigem Umrüsten, bearbeitet werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Universalschleifmaschine
zur Bearbeitung von Werkstücken,
insbesondere Umform- oder Schneidwerkzeugen, zu schaffen, die sich
durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet und mit der eine
Bearbeitung aller Werkstückflächen durch
eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsvorgänge ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis
12.
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Zum
Spannen des Werkstückes
sind mindestens eine feststehende Spannvorrichtung mit einer zentralen Öffnung und
eine Spitzenschleifeinrichtung, die aus zwei Spitzen besteht, die
unabhängig voneinander,
getrennt verfahrbar sind. Die Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung
können
einzeln oder gemeinsam hin- und herbewegt werden. Dadurch können die
Spitzen erforderlichenfalls auch aus dem unmittelbaren Arbeitsraum
heraus und wieder in diesen zurück
bewegt werden. Die Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung stehen
entweder fest oder können auch
rotieren. Eine der Spitzen kann sowohl vor als auch hinter der feststehenden
Spannvorrichtung positioniert sein. Wesentlich ist, dass die Längsmittelachsen
der feststehenden Spannvorrichtung und der Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung
auf einer Geraden liegen, also fluchten. Aufgrund der zentralen Öffnung der
feststehenden Spannvorrichtung um die Längsmittelachse kann die zur
feststehenden Spanneinrichtung benachbarte Spitze in bzw. durch
die zentrale Öffnung
der feststehenden Spannvorrichtung bewegt werden. Dadurch wird ein
schnelles Umspannen des Werkstückes
von einer beidseitigen Einspannung, zwischen den Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung,
in eine einseitige Einspannung, ohne zusätzliche Hilfsmittel, ermöglicht.
Die Spitzenschleifeinrichtung übergibt
das Werkstück
an die feststehende Spanneinrichtung und kann dieses auch wieder übernehmen.
Die feststehende Spanneinrichtung kann als ringförmige Magnetplatte ausgebildet sein,
die eine durchgehende zentrale Öffnung
besitzt, durch die benachbarte Spitze der Spitzenschleifeinrichtung
bewegbar ist. Dadurch kann das zwischen den Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung
eingespannte Werkstück
bis an die Magnetplatte gefahren und von dieser übernommen werden. Aufgrund
der fluchtenden Anordnung der Spannvorrichtung und der Spitzen der
Spitzenschleifeinrichtung wird das Werkstück immer mittig, entweder an
der Magnetplatte oder in dem Spannfutter, positioniert. Auch nach
einer Übergabe
des Werkstückes,
von der feststehenden Spannvorrichtung an die Spitzenschleifeinrichtung,
befindet sich das Werkstückes
immer in der gleichen Achslage. Dies ist von großem Vorteil, da beim Umspannen
die erforderlichen Lagetoleranzen problemlos eingehalten werden
können.
Die Anordnung einer ringförmigen
Magnetplatte ermöglicht verschiedene
Spannpositionen. Das Werkstück
kann einseitig eingespannt werden, wobei eine der Stirnseiten des
Werkstückes
an der Magnetplatte anliegt. Außerdem
kann das Werkstück
zusätzlich
noch beidseitig eingespannt werden, indem eine der Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung
an der gegenüberliegenden
Stirnseite des Werkstückes
angreift.
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Die
feststehende Werkstückspannvorrichtung
kann auch als radial verstellbares Spannfutter ausgebildet sein.
Im geöffneten
Zustand des Spannfutters kann die benachbarte Spitze der Spitzenschleifeinrichtung
durch die zentrale Öffnung
bewegt werden. Vorzugsweise ist die Universalschleifmaschine mit
beiden Spannvorrichtungen, Magnetplatte und Spannfutter ausgerüstet, die
auf einer gemeinsamen Längsmittelachse
liegen. In Abhängigkeit
von dem zu bearbeitenden Profil und den Bearbeitungsvorgängen kann
wahlweise eine der beiden Spannvorrichtungen, oder auch beide, benutzt
werden. Die als Spannfutter ausgebildete Spannvorrichtung ist vorzugsweise
zwischen der Magnetplatte und der Spitzenschleifeinrichtung angeordnet.
Zum Spannen des Werkstückes
an der Magnetplatte wird die Spitzenschleifeinrichtung in Richtung
zur Magnetplatte verfahren, bis die Stirnseite des Werkstückes an
der Magnetplatte anliegt. Die zu dieser benachbarte Spitze der Spitzenschleifeinrichtung
wird dabei durch die zentralen Öffnungen
des Spannfutters und der Magnetplatte bewegt.
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Alle
drei Spannvorrichtungen gewährleisten stets
eine mittige Positionierung des Werkstückes bei der Übergabe
von der einen Spannposition in eine andere. Ohne aufwendiges Umrüsten der
Maschine kann das Werkstück,
eingespannt zwischen zwei Spitzen oder einer Spitze und dem Spannfutter
oder der Magnetplatte, geschliffen werden.
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Die
vorgeschlagene Universalschleifmaschine ist mit einer Greifereinheit
ausgerüstet,
die das Werkstück
von einem Transportband übernimmt
und an die jeweilige Spannvorrichtung übergibt und nach dem Bearbeiten
des Werkstückes
dieses wieder von der Spannvorrichtung übernimmt und auf einem Transportband
ablegt. Außerdem
kann mittels der Greifereinheit das Werkstück zum automatischen Umspannen
um 180° gedreht
werden.
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Mindestens
einer der Werkzeugschlitten der Universalschleifmaschine sollte
in drei Achsen verfahrbar sein. Der Werkzeugschlitten besitzt an
seinem zum Werkstück
zeigenden Abschnitt einen in der Längsmittelachse drehbaren Schlittenkopf,
der mit den erforderlichen Aufnahmen für die Schleifwerkzeuge ausgerüstet ist.
Der Schlittenkopf kann in Abhängigkeit
von der Anzahl der vorgesehenen Schleifwerkzeuge, z.B. zwei, drei
oder vier, um bis zu 180° stufenlos
oder schrittweise drehbar sein. Vorzugsweise sind am Schlittenkopf,
gegenüberliegend, zwei
Spindeln zur Aufnahme der jeweiligen Schleifwerkzeuge angeordnet.
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Die
Schleifwerkzeuge für
die Innen- und Außenbearbeitung
sind in getrennten Werkzeugspeichern der Maschine abgelegt und werden
vorzugsweise mittels automatischer Werkzeugwechsler zugestellt.
Der Werkzeugschlitten kann auch so ausgerüstet sein, dass dieser selbsttätig einen
Werkzeugwechsel durchführt.
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Die
Universalschleifmaschine ist mit einer Lünette ausgerüstet, die
z.B. während
des Schleifens des Werkstückes
zwischen den Spitzen der Spitzenschleifeinrichtung oder zwischen
der feststehenden Spannvorrichtung und einer Spitze der Spitzenschleifeinrichtung
eine Abstützung
des Werkstückes übernimmt.
Die Universalschleifmaschine ist vorzugsweise mit zwei Abrichtvorrichtungen
ausgerüstet,
da auch Bearbeitungsvorgänge
wie Schruppen und Schlichten durchgeführt werden.
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Die
vorgeschlagene Universalschleifmaschine zeichnet sich durch einen
einfachen Aufbau aus und ermöglicht
eine allseitige Bearbeitung der Werkstücke. In einer Maschine können mit
sehr geringem Aufwand, Umspannen und Drehung des Werkstückes um
180°, nunmehr
auch die Werkstückflächen bearbeitet
werden, die zuvor als Einspannflächen
benötigt
wurden. Sie ermöglicht
alle erforderlichen Schleifarbeiten, wie rund, längs oder schräg, an Profilen,
wie z.B. Hülsen,
Rohren und Stempeln.
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen
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1 die
Universalschleifmaschine in vereinfachter schematischer Darstellung
als Vorderansicht
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2 die
Anordnung der Spannvorrichtungen als Einzeldarstellung und
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3 bis 8 die
einzelnen Bearbeitungsvorgänge
zum Schleifen einer Hülse,
in vereinfachter schematischer Darstellung.
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Die
in 1 gezeigte Universalschleifmaschine weist einen
Maschinenständer
auf. Dieser ist mit einem in drei Achsen X, Y, Z verfahrbaren Werkzeugschlitten 1 ausgerüstet. Der
Schlitten 1 besitzt an seinem zum Werkstück zeigenden
Abschnitt einen in der Längsmittelachse
angeordneten, um 180° drehbaren
Schlittenkopf 2. Am Schlittenkopf 2 sind gegen-überliegend
jeweils eine Spindel 3 und 4 zur Aufnahme der
Schleifwerkzeuge 7, 8 zum Außen- und Innenschleifen angeordnet.
Der Maschinenständer
ist mit mehreren Spannvorrichtungen 10, 12, 13 zur
wechselseitigen Aufnahme des Werkstückes 15 ausgerüstet. Die
Spitzenschleifeinrichtung 10 besitzt zwei in einer Richtung,
in y-Richtung, unabhängig voneinander,
getrennt verfahrbare Spitzen 10a, 10b, die auch
eine Rotation des Werkstückes 15 ermöglichen,
wenn dieses eingespannt ist. Das Werkstück 15 wird, insbesondere
zur Bearbeitung der Umfangsfläche,
zwischen den beiden Spitzen 10a, 10b eingespannt.
Weiterhin sind zwei stationäre
Spannvorrichtungen, eine Magnetplatte 12 und ein radial
verstellbares Spannfutter 13 vorgesehen, die jeweils eine zentrale Öffnung 12a bzw. 13a besitzen.
Die Magnetplatte 12 ist ringförmig ausgebildet und besitzt
eine zentrale Öffnung 12a.
Die Längsmittelachsen
M der beiden feststehenden Spannvorrichtungen 12 und 13 und
die Längsmittelachse
der beiden Spitzen 10a, 10b der Spitzenschleifeinrichtung 10 liegen
auf einer Geraden. Die Spannvorrichtungen 12, 13 und
die Spitzenschleifeinrichtung 10 besitzen eine gemeinsame
Längsmittelachse
M. Das Spannfutter 13 ist zwischen der Magnetplatte 12 und
der Spitzenschleifeinrichtung 10 angeordnet. Die verfahrbare
Spitzenschleifeinrichtung 10 hat zusätzlich noch die Funktion, das
Werkstück 15 an
eine der beiden stationären Spannvorrichtungen 12, 13 zu übergeben
bzw. von diesen zu übernehmen.
Hierzu wird die Spitzenschleifeinrichtung 10 mit dem eingespannten
Werkstück 15 in
Richtung zur Spannvorrichtung 12 oder 13 gefahren,
wobei die benachbarte Spitze 10a durch die Öffnungen 13a bzw. 13a und 12a bewegt
wird. Soll das Werkstück
stirnseitig an der Magnetplatte 12 gespannt werden, so
wird die Spitzenschleifeinrichtung 10 so weit verfahren,
bis die Stirnseite des Werkstückes 15 an
der Magnetplatte 12 anliegt. Die Magnetplatte 12 übernimmt
die Spannfunktion für das
Werkstück 15 und
die Spitzen 10a, 10b der Spitzenschleifeinrichtung
können
in die Öffnungsstellung bewegt
werden. Bedingt durch die fluchtende Anordnung der Spannvorrichtungen 12, 13 und
der Spitzenschleifeinrichtung 10 wird gewährleistet,
dass das Werkstück 15 immer
in exakt zentrischer Lage, also mittig, an die jeweilige Spannvorrichtung übergeben wird.
Das Werkstück 15 kann
an der Magnetplatte 12 einseitig gespannt werden, wobei
eine Stirnseite des Werkstückes 15 die
Spannfläche
bildet.
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Zusätzlich kann
das gegenüberliegende Ende
des Werkstückes 15 noch
mittels der Spitze 10b der Spitzenschleifeinrichtung 10 fixiert
werden. Außerdem
kann das Werkstück 15 auch
umfangsseitig in dem Spannfutter 13 gespannt werden. Die
unterschiedlichen Einspannmöglichkeiten
für das
Werkstück 15,
ohne zusätzliche
Hilfsmittel, ermöglichen eine
erhöhte
Flexibilität
hinsichtlich der anfallenden Schleifarbeiten und führen zu
deutlich kürzeren
Umspannzeiten. Für
den ersten Schleifvorgang wird das Werkstück 15 mittels einer
als Roboter ausgebildeten Greifereinheit 9 in der Regel
zuerst zur Spitzenschleifeinrichtung 10 transportiert.
Mittels der Greifereinheit 9 kann das Werkstück 15 zwischen
zwei Bearbeitungsvorgängen
um 180° gedreht
werden, sodass mit geringem Aufwand, alle Flächen des Werkstückes 15 in
einer Maschine bearbeitet werden können. Für den Fall, dass lange Wellen
oder Rohre zu bearbeiten sind, ist zusätzlich noch eine Lünette 14 zu
deren Abstützung
angeordnet. Diese kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn das
Werkstück 15 beidseitig
eingespannt, zwischen den Spitzen 10a, 10b der
Spitzenschleifeinrichtung 10 oder zwischen der feststehenden
Spannvorrichtung 12 oder 13 und der Spitze 10b der
Spitzenschleifeinrichtung 10, oder einseitig eingespannt,
bearbeitet wird. Die Universalschleifmaschine ist mit getrennten
Werkzeugspeichern 5 und 6 für die erforderlichen Außen- 7 bzw.
Innenwerkzeuge 8 ausgerüstet.
Für jeden
Werkzeugspeicher 5, 6 ist ein in der Zeichnung
nicht dargestellter automatischer Werkzeugwechsler vorgesehen.
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Die
Greifereinheit 9 übernimmt
das jeweilige Werkstück
von einem Speicherband, transportiert es zwischen die geöffneten
Spitzen der Spitzenschleifeinheit, dreht erforderlichenfalls das
Werkstück
im Arbeitsraum in die gewünschte
Position und übergibt nach
Abschluss aller Bearbeitungsvorgänge
das Werkstück
wieder an ein weiteres Speicherband.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Universalschleifmaschine an einem Beispiel
zur Bearbeitung eines hülsenförmigen Werkstückes 15 aus Stahl
näher erläutert.
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Die
Hülse 15 wird
mittels der Greifereinheit 9 in die Einspannposition bewegt
und zwischen den Spitzen 10a, 10b der Spitzenschleifeinrichtung 10 eingespannt.
Die Spindeln 3, 4 des Werkzeugschlittens 1 sind
durch den Wechsler mit Werkzeugen 7a, 8a für den ersten
Schleifvorgang bestückt.
Im Werkzeugspeicher 5 für
die Außenwerkzeuge 7 befinden sich
weitere Werkzeuge 7b, 7c, 7d, und 7e.
Der Werkzeugspeicher 6 für die Innenwerkzeuge enthält weitere
Werkzeuge 8b, 8c, 8d, 8e, 8f,
die im vorliegenden Fall zur Bearbeitung der Hülse 15 nicht benötigt werden.
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Der
Schlitten 1 wird in Richtung Hülse 15 bewegt, wobei
das erste Außenwerkzeug 7a an
der Planseite 15a der Hülse 15 positioniert
wird. Im ersten Bearbeitungsvorgang wird mit dem Außenwerkzeug 7a die
linke Stirn- bzw. Planseite 15a der Hülse 15 angeschliffen,
wie in 3 gezeigt. Danach wird der Werkzeugschlitten 1 in
Y-Richtung zurückgefahren,
ein Werkzeugwechsel durchgeführt,
und das zweite Außenwerkzeug 7b bis
an die Umfangsfläche der
Hülse 15 bewegt,
um in einem zweiten Bearbeitungsvorgang die Hülse 15 auf den gewünschten
Außendurchmesser
zu schleifen (4). Anschließend wird ein erneuter Werkzeugwechsel
durchgeführt, der
Schlittenkopf 2 um 90° geschwenkt,
und in einem dritten Bearbeitungsvorgang mit dem dritten Außenwerkzeug 7c ein
Längsprofil
am Außenumfang
der Hülse 15 bearbeitet
(5).
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Danach
wird die Spitzenschleifeinrichtung 10 in Richtung zur ringförmigen Magnetplatte 12 verfahren,
so weit, bis die linke, angeschliffene Stirnseite 15a der
Hülse 15 an
der Magnetplatte 12 anliegt. Dabei wird die Spitze 10a weiter
durch die zentrale Öffnung 12a der
Magnetplatte 12 bewegt. Die Magnetplatte 12 übernimmt
die Spannfunktion für
die Hülse 15,
die jetzt einseitig, mit ihrer linken Stirnseite an der Magnetplatte 12 fixiert
ist. Die Spitzen 10a, 10b der Spitzenschleifeinrichtung 10 werden
in ihre Endlage zurückgefahren
und befinden sich nicht mehr im unmittelbaren Arbeitsraum. Der Werkzeugschlitten 1 wird
wieder in seine Ausgangsposition zurück gefahren. Es wird ein erneuter
Werk zeugwechsel vorgenommen und der Schlitten 1 in Querrichtung
bewegt, bis das vierte Außenwerkzeug 7d vor
der noch unbearbeiteten rechten Stirnseite 15b der Hülse 15 positioniert
ist. Im vierten Bearbeitungsvorgang wird die rechte Stirnseite 15b plangeschliffen
(6).
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Zum
nachfolgenden Innenschleifen, dem fünften Bearbeitungsvorgang (7),
wird der Schlittenkopf um 180° gedreht,
sodass das Innenschleifwerkzeug 8a die erforderliche Schleifposition
einnimmt. Durch die erforderliche Vorschubbewegung des Schlittens 1 wird
der gewünschte
Innendurchmesser geschliffen. Abhängig vom Innenprofil können mehrere
Schleifvorgänge
mit unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt werden, falls dies erforderlich
ist.
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Danach
werden die Spitzen 10a, 10b der Spitzenschleifeinrichtung 10 wieder
in den Arbeitsraum gefahren und übernehmen
das Spannen der Hülse 15,
die unmittelbar danach von der Magnetplatte 8 freigegeben
wird. Anschließend
wird die Spitzenschleifeinrichtung 10 in eine Übergabeposition bewegt,
in der der Greifer 9 die Hülse 15 übernimmt. Die
Spitzenschleifeinrichtung 10 wird geöffnet, der Greifer 9 dreht
die Hülse 15 um
180° und
die Hülse 15 wird
wieder in der Spitzenschleifeinrichtung 10 beidseitig gespannt.
Die Spitzenschleifeinrichtung 10 fährt in Richtung Magnetplatte 12,
so weit, bis die rechte, plangeschliffene Stirnseite 15b der
Hülse 15 an
der Magnetplatte 12 anliegt. Dabei wird die Spitze 10a durch
die zentrale Öffnung 12a der
Magnetplatte 12 bewegt und die Hülse 15 mit der plangeschliffenen Stirnseite 15b an
der Magnetplatte 12 gespannt. Nach einem erneuten Werkzeugwechsel
wird im siebenten Bearbeitungsvorgang (8) die einseitig
an der Magnetplatte 12 gespannte Hülse 15 mittels des Außenwerkzeuges 7e auf
Länge geschliffen.
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Abschließend wird
die fertig bearbeitete Hülse 15 wieder
in der Spitzenschleifeinrichtung 10 gespannt, die Magnetplatte
deaktiviert und die Spitzenschleifeinrichtung 10 in die
Entladeposition gefahren, in der der Greifer 9 den weiteren
Abtransport der Hülse 15 übernimmt.