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Verfahren zum Rundschleifen
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von Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rundschleifen
von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist das Längsschleifen.
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Hierbei wird eine zylindrische Schleifscheibe verwendet, deren Mantelfläche
die Schleiffläche bildet und deren Breite wesentlich geringer ist als die Länge
des zu schleifenden Werkstückes. Das in einem Maschinentisch gelagerte und um seine
Längsachse rotierende Werkstück wird mit dem Maschinentisch an der Schleifscheibe
entlang geführt,wobei von seiner Oberfläche Werkstoff in einer Dicke abgetragen
wird, die dem Maß der Zustellung entspricht. Da das Werkstück rotiert und gleichzeitig
in Richtung seiner Längsachse bewegt wird, verläuft die Schleiffläche auf der Werkstückoberfläche
wendelförmig. Dabei müssen der Längsvorschub und die Umfangsgeschwindigkeit bzw.
die Drehzahl des Werkstückes derart aufeinander abgestimmt sein, daß die 'dungaider
wendelförmigen Schleifbahn mindestens aneinander anschließen ; zweckmäßig sollen
sie einander überdecken.
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Der Längsvorschub je Werkstückumdrehung, der sogenannte Seitenvorschub,
muß also gleich oder kleiner sein als die Scheibenbreite. Das Verhältnis von Schleifscheibenbrette
zu Seitenvorschub wird als Uberschliffzahl bezeichnet. Je größer die Uberschliffzahl
ist, umso besser ist das Schleif ergebnis hinsichtlich der verbleibenden Rauhtiefe
am Werkstück, weil die Scheibe dann auf einem großen Teil ihrer Breite die Werkstückoherfläche
nachbearbeitet und glättet.
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Die eigentlichc Zerspanungsarbeit wird dann aber hauptsächlich von
der in Vorschubrichtung liegenden Schleifscheibenkante
geleistet,
die daher hoch beansprucht ist. Aus diesem Grund kann das Maß der Zustellung nur
sehr klein sein, so daß das Werkstück mehrfach an der Schleifscheibe entlang geführt
werden muß. Sobald das Werkstück über seine ganze Länge an der Schleifscheibe entlang
geführt worden ist, also einen Hub ausgeführt hat, wird die nächste Zustellbewegung
ausgelöst. Es ist auch möglich, jeweils nur nach Beendigung eines Vorlaufes und
eines Rücklaufes, also nach einem Doppelhub, erneut zuzustellen. Bis zum Erreichen
des vorgegebenen Endmaßes sind oft 30 Hübe und mehr erforderlich, woraus sich eine
erhebliche Bearbeitungsdauer ergibt.
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Ein anderes bekanntes Rundschleifverfahren ist das Einstechschleifen.
Hierbei ist die Scheibenbreite größer als die axiale Erstreckung der zu bearbeitenden
Werkstückoberfläche; die Schleifscheibe und das Werkstück werden in Längsrichtung
nicht gegeneinander bewegt, sondern die Schleifscheibe dringt stetig radial in das
rotierende Werkstück ein, bis das Fertigmaß erreicht ist. Mit diesem Einstech-Schleifverfahren
können nur kurze Werkstücke über ihre ganze Länge gleichzeitg fertig bearbeitet
werden, da die mögliche Schleifscheibenbreite begrenzt ist. Bei längeren Werkstücken
kann mit diesem Verfahren auch stufenweise gearbeitet werden. Es werden dabei nacheinander
axial hintereinander liegende Bereiche des Werkstückes geschliffen.
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Die Zeitdauer der gesamten Bearbeitung des Werkstückes kann im Vergleich
zum Längsschleifen zwar verkürzt werden, jedoch sind zusätzliche Positionierarbeiten
erforderlich.
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Außerdem muß als letzter Arbeitsvorgang in mindestens einem Hub längsgeschliffen
werden, um eine ausreichende Oberflächengüte zu erreichen.
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Ist die Schleifstelle nur etwas breiter als die verwendete Schleifscheibe'
so kann das Einstech-Schleifverfahren ebenfalls angewendet werden. Hierbei wird
ein Ende des Werkstückes durch Einstechschleifen auf das Fertigmaß bearbei-
tet,
und der Rest der Werkstücklänge wird mit der einseitig etwas angeschrägten Schleifscheibe
durch langsames Vorschub ben in Längsrichtung abgespant. Die im Verhältnis zur Scheibenbreite
nur kurze Schrägläche liegt dabei überwiegend frei, so daß die Schnittkräfte ausschließlich
am Übergangsbereich von der Schrägfläche zur zylindrischen Scheibenfläche auftreten
und der Längsvorschub daher nur mit außerordentlich geringer Geschwindigkeit möglich
ist. Im Vergleich zu dem Mehrfach-Einstechen wird daher bei diesem Verfahren kein
Zeitgewinn erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rundschleifen von Werkstücken
mit erheblich geringerem Zeitaufwand zu ermöglichen, als es die bekannten Verfahren
zulassen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Rundschleif-Verfahren erlaubt das Abtragen des
Werkstoffes um ein im Vergleich zum Längsschßeifverfahren wesentlich größeres Maß,
sogar um das Maß der vollständigen Schleif zugabe, in einem Arbeitsgang, der über
die gesamte Länge des Werkstückes dem Einstechschleifen entspricht, wobei das Werkstück
trotzdem wesentlich länger sein kann als die Schleifscheibe breit ist. Die Zustellung
geschieht zunächst radial zur Schleifscheibe, wie es beim Eins.echschleifen üblich
ist; dabei wird vom Endbereich der Schleifscheibe, der parallel zu der dem Endmaß
entsprechenden Werkstückoberfläche verläuft, die Oberfläche des Werkstückes auf
das vorgegebene Maß fertig bearbeitet. Die winklig zu diesem Endbereich velaufende
Mantelfläche der Schleim scheibe ergibt eine entsprechend geformte, normalerweise
also konische Oberfläche des Werkstückes. Bei der anschliessenden Vorschubbewegung
wird dann der Werkstoff von der Werkstückoberfläche stetig zunehmend abgetragen,
was ebenfalls einem Einstechvorgang entspricht. Da sich dieser Bereich der Schleifscheibe
über deren größte Breite erstreckt,
kann die Vorschubbewegung ein
Mehrfaches der Einstechgeschwindigkeit betragen. Entscheidend ist dabei, daß nicht
nur die in Vorschubrichtung vorne liegende Kante der Schleifscheibe beansprucht
wird, sondern der gesamte abgeschrägte Bereich des Schleifscheibenmantels beim Abspanen
wirksam ist. Es kann darum mit nur einem Hub oder jedenfalls nur wenigen Hüben das
Fertigmaß des Werkstückes erreicht werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
die auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnen.
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Im folgenden werden zwei bekannte Verfahren und im Vergleich hierzu
das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung näher erläutert. In jeweils
schematischer Darstellung zeigt: Fig. 1 ein zylindrisches Werkstück mit der zugehörigen
zylindrischen Schleifscheibe zur Erläuterung des Längsschleifverfahrens, Fig. 2
ein zylindrisches Werkstück mit verdicktem, ebenfalls zylindrischem Bund und eine
in Vorschubrichtung abgeschrägte Schleifscheibe zur Erläuterung eines der bekannten
Einstech-Schleifverfahren, Fig. 3 ein zylindrisches Werkstück mit Bund und die zugehörige
Schleifscheibe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 4 eine Darstellung
entsprechend Fig. 3 mit vorgeschobener Lage des Werkstückes, Fig. 5 eine Darstellung
entsprechend Fig. 3 in der Endstellung des Werkstückes nach
Beendigung
der Vorschubbewegung.
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In Fig. 1 ist schematisch eine zylindrische Welle 1 gezeigt, die das
zu bearbeitende Werkstück darstellt und in bekannter Weise zwischen feststehenden
Spitzen 2 und 3 um ihre Längsachse 4 rotierend gelagert ist. Eine Schleifscheibe
5 ist um ihre Achse 6 ebenfalls rotierend gelagert.
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Sie ist an ihrer Mantelfläche mit einer Vielzahl von Schleifkörnern
versehen, die mit ihren Kanten gleichzeitig und in rascher Folge Werkstoff von dem
Werkstück 1 abheben.
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Die Welle 1 wird mittels eines - nicht dargestellten - Maschinentisches
in Richtung des Doppelpfeiles V abwechselnd vor- und zurückverfahren, so daß sie
jeweils mit ihrer ganzen Länge an der Schleifscheibe 5 vorbeigeführt wird.
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Zur Erläuterung der beiden Endlagen ist die Schleifscheibe 5 in der
einen Endstellung und als gestrichelt angedeutete Scheibe 5' in der anderen Endstellung
des Werkstückes schematisch angedeutet. Daraus ist ersichtlich, daß das Werkstück
in seiner Endstellung die Scheibe um ein bestimmtes überlaufmaß passiert hat, so
daß die Wellenenden mit derselben Häufigkeit von der Scheibe erfaßt werden wie der
mittlere Bereich der Welle. Bei diesem Längsschleifen entsteht eine wendelförmige
Schleifbahn, deren Breite der Scheibenbreite b entspricht.
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Für die erzielte Oberflächengüte des Werkstückes ist die Überschliffzahl
u von wesentlicher Bedeutung. Sie gibt an, wie oft ein Punkt der Werkstückoberfläche
bei einem Hub von der Schleifscheibe überschliffen wird und errechnet sich aus dem
Längsvorschub je Werkstückumdrehung, der auch als Seitenvorschub bezeichnet wird,
der Werkstückdrehzahl und der Scheibenbreite. Für den Seitenvorschub s gilt die
Beziehung
wobei vt die Vorschubgeschwindigkeit des Maschinentisches, also
des Werkstückes ist und nw die Werkstückdrehzahlbedeutet. Bei gegebener Breite b
der Schleifscheibe errechnet sich die überschliffzahl b = bs (2) 5 Die überschliffzahl
muß mindestens u=1 betragen, d. h. der Seitenvorschub s darf nicht größer sein als
die Scheibenbreite b,da anderenfalls nicht jeder Punkt der Werkstückoberfläche von
der Schleifscheibe überschliffen würde.
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Die Schleifscheibe 5 wird bei jeder Hubumkehr um ein bestimmtes aß
zugestellt, welches die Dicke der abzutragenden Oberflächenschicht des Werkstückes
bestimmt. Dieses Zustellmaß kann bei dem beschriebenen Längsschleifverfahren nur
sehr gering sein und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,01 mm bei üblichen
Werkstoffen und Schleifbedingungen. Da die Gesamtdicke des abzutragenden Werkstoffes
ein Vielfaches dieses Zustellmaßes beträgt, muß die Hubzahl des Werkstückes entsprechend
groß sein.
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Aus Fig. 2 ist ein bekanntes Einstechverfahren ersichtlich mit der
Besonderheit, daß außer der Einstechbewegung auch eine Längsbewegung des Werkstückes
ausgeführt wird Fig. 2 zeigt eine zylindrische Welle 7, die einen Bund 7a aufweist
und um ihre Längsachse 8 rotierend angetrieben ist Die Welle wird von einer Schleifscheibe
9 rundgeschliffen, die eine Gesamtbreite b hat. Die wirksame Breite b1 der Schleifscheibe
ist geringer, weil der Scheibenmarltel auf einer Breite b2 konisch abgeschrägt ist.
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Die Welle 7 wird in Richtung des Pfeiles R, also radial zur Schleifscheibe
9 zugestellt, wobei sie mit ihrem Bund 7a an der einen Stirnfläche der Schleifscheibe
entlang geführt wird. Bei diesem Einstechen der Schleifscheibe in die Welle 7 wird
der Werkstoff in einer bestimmten Dicke spiralförmig abgetragen, wobei die Länge
der I3earbeitungszone der Breite
bl der Scheibe 9 entspricht. Die
Einstechgeschwindigkeit ist proportional dem abzutragenden Werkstoffvolumen und
umgekehrt proportional zum Schleifdurchmesser des Werkstückes. Bei Beendigung des
Einstechvorschubes ist das Fertigmaß des Wellendurchmessers auf der Breite bl bzw.
der entsprechenden Länge der Welle erreicht. Anschließend wird die Welle in Richtung
des Pfeiles V vorgeschoben, um sie auch auf dem restlichen Teil ihrer Länge fertig
zu bearbeiten. Dabei liegt die Unterkante 9a der Schleifscheibe infolge der konischen
Abschrägung frei, und der Schleifbelag kommt nur im Ubergangsbereich 9b mit dem
abzutragenden Werkstoff in Eingriff. Da diese Schleiffläche sehr schmal ist, kann
der Vorschub der Welle 7 nur mit sehr geringer Geschwindigkeit ausgeführt werden,
so daß sich eine erhebliche Bearbeitungszeit ergibt, die umso größer ist, je länger
die Welle ist. Dieses Verfahren ist darum nur für kurze Werkstücke geeignet, die
auf ihrer größten Länge im Einstechverfahren, also mit der Breite b1 der Schleifscheibe
bearbeitet werden können. Das Verfahren ist daher auch nur für solche Einsatzfälle
angewendet worden.
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In den Fig. 3 bis 5 ist eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Es wird eine Welle 10 rundgeschliffen, die einen Bund 10a
aufweist und um ihre Achse 11 rotiert. Zur Bearbeitung ist eine Schleifscheibe 12
~vorgesehen, die eine Gesamtbreite B hat. Die Schlc?i#f;cileibe ist auf einer Breite
b zylindrisch und im übrigen Bereich ihrer Mantelfläche konisch abgeschrägt. Der
Winkel oL dieser Konizität ist in der Zeichnung wesentlich vergrößert dargestellt,
um das erfindungsgemäße Verfahren z zu verdeutlichen. Er ist so gewählt, daß der
Abstand 2 2 zwischen dem vorgegebenen Endmaß m und der Stirnkante 12a der Schleifscheibc
dem radialen Maß der Material zugabe Z entspricht, die wie üblich auf den Wellendurchmesser
bezogen ist und die abzutragende Werkstoffschicht bezeichnet. Anz stelle des Maßes
2 kann auch ein Bruchteil dieses Maßes gewählt werden, so daß das Endmaß nicht in
einem Hub, son-
dern in mehreren Hüben erreicht wird, deren Anzahl
dem gewählten Bruchteil entspricht.
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Zu Beginn der Bearbeitung wird die Welle 10 mit dem (nicht dargestellten)
Maschinentisch in Richtung R auf die Schleifscheibe 12 zugestellt, so daß das Material
zunächst im Einstechvorgang abgetragen wird, bis die in Fig. 3 dargestellte Stellung
erreicht ist. An der Übergangsstelle der Welle 10 zum Bund 10a ist eine Nut 1Ob
vorhanden, so daß sich an dieser Stelle ein Überstand der Schleifscheibe ergibt,
der eine saubere Oberflächenbearbeitung bis zum dem Bund zugekehrten Wellenende
erlaubt.
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Die Einstechgeschwindigkeit wird nach der Menge des in der Zeiteinheit
abzutragenden Materials errechnet. Sie ergibt sich aus der Formel
worin z' das relative Zeitspanungsvolumen in mm3/s ~ mm und d der Durchmesser des
Werkstückes in mm ist. Beträgt z' beispielsweise 4 (in der angegebenen Dimension),
so ergibt sich eine Einstechgeschwindigkeit Vf bei einem Scheibendurchmesser von
50 mm zu 1,52 mm/min.
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Wenn die Endlage nach Fig. 3 durch Einstechen erreicht ist, wird das
rotierende Werkstück 10 mit dem Maschinentisch in Richtung V vorgeschoben. Dabei
trägt die Scheibe auf ihrer gesamten konischen Breite Material ab; eine Mittelstellung
ist in Fig. 4 dargestellt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Maschinentisches kann
erheblich größer gewählt werden als die Einstechgeschwindigkeit Diese Vorschubgeschwindigkeit
vt errechnet sich nach der Formel
Die Vorschubgeschwindigkeit ist also um den Faktor 2 B-b z größer
als die Einstechgeschwindigkeit. Hat beispielsweise die Schleifscheibe eine Gesamtbreite
B von 70 mm und auf ihrem zylindrischen Bereich eine Breite b von 10 mm, so ergibt
sich für eine Werkstoff zugabe z =0,3 mm der Faktor 400 für das Verhältnis zwischen
Vorschubgeschwindigkeit vt zu Einstechgeschwindigkeit Vf.
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Bei der Wahl des Verhältnisses zwischen der Gesamtbreite B und der
Teilbreite b der Schleifscheibe ist folgendes zu berücksichtigen: Der Faktor, um
den die Einstechgeschwindigkeit zur Bemessung der Vorschubgeschwindigkeit erhöht
werden kann, ist umso größer, je kleiner der Winkel oC ist, je länger also die Strecke
B - b im Verhältnis zur Werkstoffzugabe z ist. Das absolute Maß der Teilbreite b
ist ebenfalls bestimmend für die Vorschubgeschwindigkeit v-.
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Die maximal zu wählende Vorschubgeschwindigkeit ist proportional zur
Schleifscheibenbreite b und zur Drehzahl des Werkstückes sowie umgekehrt proportional
zur überschliffzahl. Da die Überschliffzahl > 1 sein muß, kann die Teilbreite
b der Schleifscheibe nicht beliebig klein gewählt werden, da sonst der Faktor, um
den die Einstechgeschwindigkeit erhöht werden kann, niedriger liegen würde als der
aus dem Winkel OC zu errechnende Betrag. Der zu dem oben angegebenen Beispiel errechnete
Faktor 400 wird erreicht, wenn die Über schliff zahl ='1 gewählt wird und die Drehzahl
des Werkstückes 60 U/min beträgt.
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In Fig. 5 ist die Relativlage zwischen Werkstück und Schlifscheibe
am Ende des Vorschubweges dargestellt. Der zylindrische Teil der Schleifscheibe
soll das Wellenende um ein Maß ü überlaufen, das ausreicht, um auch dieses Wellenende
einwandfrei rundzuschleifen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erheblich geringere
Bearbeitungsdauer erreicht, als es bei dem bekannten Längsschleifverfahren möglich
ist, wie es anhand der
Fig. 1 erläutert wurde. Dort kann zwar die
Vorschubgeschwindigkeit vt größer gewählt werden als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
jedoch beruht dies darauf, daß die abzutragende Materialmenge für jeden Hub wesentlich
geringer gewählt werden muß als das Maß 2 ~ So wären bei 2 dem angegebenen Beispiel
30 Hübe erforderlich, die zwar jeweils mit der 7fachen Geschwindigkeit ausgeführt
werden könnten, verglichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, jedoch wegen der
großen Anzahl der Hübe eine wesentlich höhere Gesamtschleifzeit ergeben. Für das
angenommene Beispiel. wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur ein Viertel der
Gesamtzeit benötigt.
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Im Vergleich zu dem anderen bekannten Verfahren, bei dem eine lange
Welle durch aufeinander#folgendes Einstechen fertig bearbeitet wird, ergibt sich
ebenfalls eine Zeitersparnis. Bei diesem bekannten Verfahren wird zwar bei jedem
Einstechen das Endmaß erreicht, jedoch muß das Werkstück für jeden Einstechvorgang
neu positioniert werden, und überdies ist als Endbearbeitung noch ein Vorschub im
Längsschleifverfahren erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur zum Außenrundschleifen
von zylindrischen Werkstücken anwendbar.
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Vielmehr können auch Werkstücke mit kegelförmiger Oberfläche in der
erfindungsgemä#en Weise bearbeitet werden, wobei die lagerung des Werkstückes und
die Relativbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück in der beim Längsschleifverfahren
üblichen Weise auszuführen sind. Ist die Werkzeugmaschine auch zum Schleifen von
unrunden Formen eingerichtet, wobei das Werkstück beispielsweise polygonalen Querschnitt
hat, so können auch solche Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw.
mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schleifscheibe bearbeitet werden. Solche
Werkzeugmaschinen sind an sich bekannt; sie haben beispielsweise einen schrägstehenden
Support oder Maschinentisch, wodurch die notwendige Lagerung und Zustellung er-
möglicht
wird.
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