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Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei einer bekannten Schleifmaschine dieser Art (DE-OS 29 12 814) ist der Stütz- und Führungskörper eine zylindrische Pinole, die die Schleifspindel im Bereich einer Mittenbohrung des Werkstückes umgibt. Die Schleifspindel trägt an ihrem einen Ende den der Neigung einer Ventilsitzfläche angepaßten Schleifkörper. Diese bekannte Schleifmaschine erfüllt jedoch bei Werkstücken mit relativ kleiner Mittenbohrung, deren Durchmesser beispielsweise etwa 6 mm oder weniger beträgt, nicht mehr die hohen Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit. Der Grund hierfür liegt in der mangelnden Stabilität dieser Anordnung.
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Es besteht jedoch, beispielsweise bei Einspritzpumpen- Düsen-Körpern, immer häufiger das Bedürfnis, Werkstücke mit sehr kleiner Mittenbohrung herzustellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitungsgenauigkeit der eingangs beschriebenen Schleifmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe ist bei einer Schleifmaschine der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Infolge der Führung des Werkstücks unmittelbar auf dem Schaft des Schleifkörpers kann bei der erfindungsgemäßen Schleifmaschine die Pinole entfallen und die außerhalb des Werkstückes liegende Schleifspindel einen wesentlich größeren Durchmesser als die Werkstückbohrung haben, was die Steifigkeit der Maschine und damit deren Bearbeitungsgenauigkeit wesentlich verbessert. Ferner können infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung auch herkömmliche, hochtourige und hochgenaue Schleifspindeln mit beispielsweise hydrostatisch oder aerostatisch ausgebildeter Lagerung und einer Drehzahl von 60.000 bis 100.000 U/min. verwendet werden.
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Aus der DE-OS 15 77 409 ist nun zwar bereits bekannt, Werkstücke der angegebenen Art mit als Schleifstift ausgebildeten Schleifkörpern zu bearbeiten, jedoch haben die Schäfte dieser Schleifkörper einen kleineren Durchmesser als deren Schleifköpfe und können daher nicht gleichzeitig als Stütz- und Führungskörper für das Werkstück dienen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:
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Fig. 1 den Arbeitsbereich einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifmaschine im Axialschnitt,
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Fig. 2 eine Ansicht des Arbeitsbereichs einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifmaschine,
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Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifmaschine in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 und
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Fig. 4 den Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt den Arbeitsbereich einer Schleifmaschine mit einem darin angeordneten Werkstück 1, das eine gehonte Mittenbohrung 2 und eine zu dieser konzentrische Ventilsitzfläche 3 hat, die mit der Schleifmaschine geschliffen werden soll. Zur Bearbeitung der Ventilsitzfläche 3 weist die Schleifmaschine einen als Schleifstift ausgebildeten Schleifkörper 6 auf, dessen vorderes Ende der Neigung der Ventilsitzfläche 3 angepaßt ist. Der Schleifkörper 6 hat einen Schaft 5, mit dem er in einer Schleifspindel 4 der Schleifmaschine fest sitzt. Der Schaft 5 ist dazu mit seinem freien Ende 26 außerhalb der Mittenbohrung 2 in einer zugehörigen Bohrung 27 der Schleifspindel 4 eingespannt. Der Schaft 5 ist zur Verbesserung seiner Festigkeit massiv ausgebildet und besteht vorzugsweise ganz aus Hartmetall und hat über seine ganze Länge gleichen kreisrunden Querschnitt. Sein Durchmesser ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Mittenbohrung 2 und wesentlich kleiner als der Durchmesser der Schleifspindel 4. Dieser Durchmesser beträgt ein Mehrfaches, im Ausführungsbeispiel etwa das Drei- bis Vierfache des Schaftdurchmessers. Infolge dieses großen Durchmessers hat die Schleifspindel 4 eine besonders hohe Steifigkeit, so daß der Schaft 5 selbst bei der Bearbeitung sehr kleiner Ventilsitzflächen sicher in der Schleifspindel 4 gehalten ist. Die Ventilsitzfläche 3 kann dadurch äußerst genau bearbeitet werden.
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Das Werkstück 1 wird zur Bearbeitung der Ventilsitzfläche 3 von Hand oder vorzugsweise durch eine an sich bekannte (nicht dargestellte) Einrichtung auf den Schaft 5 geschoben. Das Werkstück 1 ist dann in der fertig gehonten Mittenbohrung 2 am Schaft 5 sicher geführt und gehalten.
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Zur spielfreien Führung und Halterung des Werkstückes 1 ist ein als Rolle ausgebildetes Antriebsteil 9 vorgesehen, das an einer zur Mittenbohrung 2 konzentrisch verlaufenden Außenfläche 8 des Werkstückes 1 anliegt. Dadurch wird das Werkstück 1 gegen die Mantelfläche 7 des Schaftes 5 gedrückt und drehend angetrieben. Die Antriebsrolle 9 ist durch eine an sich bekannte (nicht dargestellte) Einrichtung, z.B. eine hydrostatische Kolben-Zylinder-Anordnung, in Richtung auf das Werkstück 1 (Pfeil 10) mit vorbestimmter, vorzugsweise stufenlos einstellbarer Kraft verschiebbar und mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Drehantrieb, z.B. einem Ölmotor, in Richtung des Pfeiles 11 angetrieben. Dadurch dreht sich das Werkzeug 1 in entgegengesetzter Richtung (Pfeil 13) zur Schleifspindel 4 (Pfeil 12), jedoch mit kleinerer Drehzahl, z.B. mit 200 bis 3.000 U/min.
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Um dem Werkstück 1 eine axial gerichtete Vorschubbewegung (Pfeil 25) zu erteilen, ist die Antriebsrolle 9 mit einem an sich bekannten Vorschubantrieb 14 verbunden, wodurch der Schleifkörper 6 an die Ventilsitzfläche 3 des Werkstückes 1 feinfühlig angestellt und der Schleifdruck stufenlos eingestellt werden kann.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist bei einer zweiten Ausführungsform die Achse 28 einer Antriebsrolle 9 a unter einem vorgegebenen spitzen Winkel 15, der vorzugsweise etwa 2° bis 5° beträgt, schräg zur Werkstückachse 29 angestellt, wodurch der Drehbewegung der Antriebsrolle 9 a eine axiale Bewegungskomponente in Richtung auf das Werkstück 1 (Pfeil 24) überlagert wird. Durch entsprechende Einstellung und Veränderung des Neigungswinkels 15 kann der Schleifdruck eingestellt werden. Anstelle der Antriebsrollen 9 oder 9 a kann auch ein entsprechend ausgebildeter Bandantrieb verwendet werden. Die Schleifmaschinen nach den Fig. 1 und 2 weisen ferner eine Kühlmittelanlage auf, von der lediglich eine Düse 18 dargestellt ist (Fig. 1), über die unter hohem Druck Schmier- und Kühlmittel in die Schleifzone 16 des Werkstückes 1 eingeleitet wird. Die Düse 18 liegt fluchtend mit geringem Abstand vor einer Werkstücköffnung 17, so daß der mit hohem Druck aus der Düse 18 austretende Kühlmittelstrahl direkt auf die Schleifzone 16 gerichtet ist.
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Durch den hohen Druck wird das Kühl- und Schmiermittel weiter in den in Vorschubrichtung 25 auf die Schleifzone 16 folgenden sichelförmigen Spalt 19 gedrückt, der zwischen der Mittenbohrung 2 und der Mantelfläche 7 verbleibt. In diesem Spalt 19 bildet das Kühl- und Schmiermittel einen Schmierkeil, der eine hydrostatisch wirkende Lagerung zwischen dem Schaft 5 und dem Werkstück 1 ergibt. Diese Lagerung ist sehr genau und gewährleistet eine sehr geringe Reibung zwischen dem Schaft 5 und dem Werkstück 1. Das Schmier- und Kühlmittel tritt anschließend an der der Schleifspindel 4 zugewandten Stirnseite 30 des Werkstückes 1 aus und wird über einen Abdeckteil 20 und eine Sammeleinrichtung 21 einer Rücklaufleitung 22 zugeführt. Die Sammeleinrichtung 21 ist als flacher, im Querschnitt etwa kreisrunder Kasten mit zwei koaxialen Durchtrittsöffnungen 31 und 32 in den einander gegenüberliegenden scheibenförmigen Seitenwänden ausgebildet. In die Durchtrittsöffnungen 31 und 32 ragen das Werkstück 1 bzw. die Spindel 4 mit ihren einander zugewandten Enden 33 und 34. Das Abdeckteil 20 ist ringförmig ausgebildet und flächig an der zugehörigen Stirnfläche 35 des Spindelendes 34 abgestützt. Das Abdeckteil 20 hat einen von der Spindel 4 weggebogenen Rand 36 und nur geringfügig kleineren Durchmesser als die Sammeleinrichtung 21, so daß die Spindel 4 einwandfrei gegenüber dem Kühl- und Schmiermittel abgedichtet ist. Die Rücklaufleitung 22 schließt an die zylindrische Außenwand 37 der Sammeleinrichtung 21 an und ist vorzugsweise einstückig mit dieser ausgebildet.
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Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, das Kühl- und Schmiermittel in umgekehrter Richtung strömen zu lassen. Zu diesem Zweck kann mit einem (nicht dargestellten) Finger, der in einen zwischen der Stirnfläche 35 der der Schleifspindel 4 und der gegenüberliegenden Stirnfläche 30 des Werkstückes 1 vorhandenen Zwischenraum 23 ragt, Kühlmittel unter hohem Druck direkt in den sichelförmigen Spalt 19 gespritzt werden. Das Schmiermittel passiert dann die Schleifzone 16 und tritt über die Werkstücköffnung 17 aus dem Werkstück 1 aus. Diese Schmiermittelführung hat den Vorteil, daß der Abrieb aus der Schleifzone 16 nicht in den Bereich der Lagerung und Führung des Werkstückes 1 gelangt, sondern unmittelbar durch die Werkstückbohrung 17 aus dem Werkstück 1 abtransportiert wird.
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Bei der Schleifmaschine nach den Fig. 3 und 4 wird die axial gerichtete Vorschubbewegung (Pfeil 39) von der Schleifspindel 4 a ausgeführt. Hierbei wird das Werkstück 1 in axialer Richtung durch ein Axiallager 40 gehalten, das als hydrostatisch wirkendes Drucklager ausgebildet und an der von der Schleifspindel 4 a abgewandten Stirnseite 41 des Werkstückes 1 angeordnet ist. In der Stirnseite 41 ist eine zur Kühl- und Schmiermitteldüse 18 a konzentrische Ringnut 42 vorgesehen, die über einen Zuführkanal 43 mit Druckflüssigkeit versorgt wird.
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Das Drucklager 40 und die Düse 18 a sind in einfacher Weise einstückig ausgebildet; als Druckflüssigkeit dient das Kühl- und Schmiermittel. Das hydrostatische Drucklager kann auch anders ausgebildet sein, indem beispielsweise nur eine Leitung für die Zuführung des Kühl- und Schmiermittels vorgesehen ist. Von dieser zweigt dann eine Zweigleitung ab, über die der Ringnut 42 ein Teilstrom des Schmiermittels zugeführt wird.
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Der Vorschub (Pfeil 39) der Schleifspindel 4 a bzw. die Einstellung eines optimalen Schleifdruckes kann einfach über den bei der Bearbeitung auftretenden Lagerdruck gesteuert werden. Hierzu wird der Lagerdruck durch eine Meßeinrichtung 44, beispielsweise ein Manometer, gemessen und einer Auswerte- und Stelleinrichtung 45 zugeführt, die mit dem Vorschubantrieb 46 für die Schleifspindel 4 a verbunden ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schleifspindel 4 a gegen einen (nicht dargestellten) festen Anschlag gefahren wird. Hierbei wird nur der Schaft 5 a im Eilgang in die Werkstückbohrung 2 eingefahren und danach beim Arbeitsvorschub das Drucklager 40 axial verschoben (Pfeil 47).
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In diesem Fall ist die Auswerteinheit 45 mit einem (nicht dargestellten) Vorschubantrieb für das Drucklager 40 wirkverbunden.
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Wie Fig. 3 weiter zeigt, hat der Schaft 5 a an beiden Enden jeweils eine Lagerfläche 7 a bzw. 7 b, die durch je einen Teilabschnitt 48 bzw. 49 begrenzt sind, in dem der Außendurchmesser des Schaftes 5 a durch Abdrehen verringert ist. Diese Lagerflächen 7 a, 7 b liegen jeweils an den Endbereichen der Mittenbohrung 2 an. Die Lagerflächen 7 a und 7 b haben in Umfangsrichtung mehrere, jeweils gleichen Abstand voneinander aufweisende Nuten 50, die sich in Achsrichtung des Schaftes 5 a bzw. der Schleifspindel 4 a erstrecken und schräg oder schraubenlinienförmig verlaufen, derart, daß jede Nut 50 einen Abschnitt eines mehrgängigen Steilgewindes bildet. Infolge dieser Ausbildung haben die Lagerflächen 7 a und 7 b jeweils mehrere Gleitflächen, wodurch das Werkstück 1 besonders gut geführt ist. Die Richtung der Nuten 50 ist an die Drehrichtung des Schaftes 5 a angepaßt, wodurch eine den Kühl- und Schmiermittelfluß in Strömungsrichtung (Pfeil 51) unterstützende Pumpwirkung entsteht. Die Nuten 50 schließen mit der Schaftachse 56 des Schleifkörpers 6 einen spitzen Winkel von etwa 15° ein. Außerdem fluchtet jeweils eine Nut der einen Lagerfläche 7 a im wesentlichen mit einer Nut der anderen Lagerfläche 7 b.
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Zur spielfreien Führung und Halterung des Werkstückes 1auf dem Schaft 5 a sind bei der Ausführungsform nach Fig. 4 zwei Antriebsrollen 9 b und 9 c vorgesehen, die an der Außenfläche 8 des Werkstückes 1 axial hintereinander anliegen, derart, daß sie sich, in Achsrichtung des Werkstückes 1 gesehen, teilweise überdecken. Die Antriebsrollen 9 b und 9 c sind ferner so angeordnet, daß ihre Berührungslinien 52 und 53 mit der Außenfläche 8 symmetrisch zu einer die Berührungslinie 54 des Schleifstiftes 5 a mit der Werkstückbohrung 2enthaltenen Längsmittelebene 55 des Werkstückes 1 liegen und die gedachten Tangentialebenen der Berührungslinien 52 und 53 mit der Berührungslinie 54 einen spitzen Winkel von etwa 60° einschließen.