DE3624472A1 - Verfahren und maschine zum schleifen von innengewinde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von In­ nengewinde, insbesondere von Kugelgewinde, mittels einer auf einer Schleifspindel angebrachten Schleifscheibe.

Die Erfindung betrifft aber auch eine Maschine zum Schlei­ fen von Innengewinde, insbesondere von Kugelgewinde, mit einer auf einer Schleifspindel angebrachten Schleifscheibe, die in das Innere eines Werkstückes einbringbar ist.

Die heutigen Innengewindeschleifmaschinen arbeiten meistens nur mit Korundschleifscheiben, die fast nur mit Radienab­ richtgeräten mit Einkorndiamant abgerichtet werden. Erfolgt in einigen Fällen ein Abrichten mit einer Diamant­ profilrolle, so muß deren Achse auf den Steigungswinkel eingestellt werden, unter welchem auch die Schleifspindel mit der Schleifscheibe angestellt ist, so daß die Diamant­ rollenachse parallel zur Schleifscheibenachse steht und somit das Profil der Diamantprofilrolle exakt auf die Schleifscheibe übertragen wird. Der Schleifwinkel, d. h. der Winkel zwischen der Schleifscheibenachse und der Werk­ stückachse, entspricht also hierbei dem Steigungswinkel des zu schleifenden Gewindes, während der Abrichtwinkel, d. h. der Winkel zwischen der Schleifscheibenachse und der Diamantrollenachse gleich Null ist.

Der Einsatz von leistungsfähigeren CBN-Schleifscheiben so­ wie deren Abrichten mit Diamantprofilrollen ist beim Innen­ gewindeschleifen in vielen Fällen aufgrund des hierfür zu schwachen Schleifdornes der Schleifspindel nicht bzw. nicht wirtschaftlich möglich. In Abhängigkeit von der Schleifwin­ kelstellung sowie vom Verhältnis der Gewindelänge zum Ge­ windekerndurchmesser ergibt sich der maximal mögliche Schleifdorndurchmesser. Bei einem langen Gewindeteil mit kleinem Gewindekerndurchmesser wird zwangsläufig ein sehr schwacher Schleifdorn notwendig werden. Zusätzlich ist noch zu berücksichtigen, daß der Schleifdorn nicht nur eine Schrägstellung infolge der Schleifwinkelstellung aufweist, sondern daß er in der Gewinde-Eingriffebene außermittig zum Gewinde steht und er somit noch mehr der Werkstückinnen­ wandung, d. h. dem Gewindekerndurchmesser, angenähert ist. Mit den deshalb vielfach erforderlichen Schleifdornen ge­ ringen Durchmessers gehen eine ganze Reihe von Nachteilen einher. So sind diese sehr schwingungsempfindlich, und ihre radiale Belastbarkeit ist deshalb sehr begrenzt. Auf­ grund einer sehr niedrig liegenden kritischen Drehzahl ist die Leistung gering. CBN-Schleifscheiben sind nicht wirt­ schaftlich einsetzbar, und die eingesetzten Korundschleif­ scheiben gewährleisten eine nur unbefriedigende Schleif­ leistung. Der Einsatz von CBN-Schleifscheiben verbietet sich dabei schon, weil diese aufgrund hoher Abrichtkräfte bei dünnen Schleifdornen kaum mit Diamantprofilrollen ab­ gerichtet werden können. Aufgrund nichtbefriedigender Schleifleistungen wird damit zwangsläufig die benötigte Innenschleifmaschinenkapazität, d. h. die Anzahl der er­ forderlichen Schleifmaschinen, relativ groß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Schleifen von Innengewinde, insbesondere von Kugelgewinde, weiter zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird das durch ein Verfahren dadurch er­ reicht, daß das Schleifen des Innengewindes bei einem Schleifwinkel der Schleifspindel erfolgt, der kleiner ist als der Steigungswinkel des zu schleifenden Gewindes, und daß beim Abrichten der Schleifscheibe eine Profilkorrektur vorgenommen wird.

Das Verfahren besteht weiterhin darin, daß die Schleifscheibe mit einer Diamantprofilrolle abgerichtet wird bei einem Abrichtwinkel, der größer ist als der Steigungswinkel des Gewindes.

Eine Innenschleifmaschine ist demnach erfindungsgemäß da­ durch gekennzeichnet, daß die Schleifspindel in einem Schleifwinkel zur Werkstückachse angeordnet ist, der klei­ ner als der Steigungswinkel des Gewindes ist, und daß eine Abrichteinrichtung vorgesehen ist, mit der eine entspre­ chende Profilkorrektur der Schleifscheibe durchführbar ist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Abrichtein­ richtung aus einer Diamantprofilrolle besteht, deren Achse in einem Abrichtwinkel zur Schleifspindel angeordnet ist, welcher größer ist als der Steigungswinkel.

Hierdurch ist es möglich, den Schleifdorndurchmesser er­ heblich zu vergrößern. Das bringt mit sich, daß die Stei­ figkeit an der Verbindungsstelle von Schleifspindel und Schleifdorn erhöht werden kann, beispielsweise durch die Verwendung eines Zentrierkegels und einer Plananlage, so daß nun eine stärker dimensionierte Schleifspindel über­ haupt erst sinnvoll wird. Das ermöglicht es praktisch, eine stärkere Einheitsschleifspindel für kleine und große Ge­ winde zu schaffen, so daß eine flexible Fertigung mit nur einer Schleifspindel bzw. mit einer sehr stark reduzierten Anzahl von Schleifspindelvarianten realisierbar ist. Außer­ dem sind Schleifscheiben für höhere Schleifleistungen ein­ setzbar. Da die kritische Schleifspindeldrehzahl der ver­ stärkten Schleifspindel höher liegt, wird die Schleiflei­ stung pro Maschine höher, so daß wesentlich weniger Ma­ schinenkapazität bei gleichem Produktausstoß erforderlich ist.

Eine günstige Ausführung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Diamantprofilrollenachse und die Werkstückachse horizontal und unschwenkbar angeordnet sind und daß die Schleifspindel in die Schleif- und in die Abrichtposition schwenkbar angeordnet ist.

Eine derartige Anordnung bedarf also lediglich einer Schleif­ spindelschwenkung, während eine Schwenkmöglichkeit für die Diamantprofilrollenachse nicht erforderlich ist. Bei Ver­ schwenken der Schleifspindel um einen Schleifwinkel (Schleif­ stellung) unterhalb einer Horizontalen, in der sowohl die Werkstückachse als auch die Diamantrollenachse liegen, ist für die Einstellung der Abrichtposition nur eine Verschwen­ kung der Schleifspindel um einen Abrichtwinkel nötig, der um einen durch die Größe des Schleifwinkels verminderten Betrag oberhalb der Horizontalen liegt. Somit wird die maximale Ausschwenkung der Schleifspindelachse um die Ho­ rizontale reduziert.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schleifscheibe aus kubischem Bornitrid (CBN) besteht. Wie schon erwähnt, lassen sich mit der Verstärkung des Schleifdornes und mit einer insgesamt stärkeren Schleif­ spindel leistungsfähigere Schleifscheiben einsetzen. CBN- Schleifscheiben werden also nun in ihrem Einsatz wirtschaft­ lich, da ihr Leistungspotential und ihre Vorteile ausge­ schöpft werden können.

Das Abrichten von CBN-Schleifscheiben mit einer Diamantpro­ filrolle wird infolge der Erfindung auch bei ungünstigen, aber relativ häufigen Fällen bezüglich des erwähnten Gewin­ deabmessungsverhältnisses (Gewindelänge : Gewindekerndurch­ messer) möglich. Dabei kommt es vorteilhafterweise auch zu einer Einsparung an Diamantprofilrollenvarianten, weil eine profilgleiche Diamantrolle, unabhängig vom Schleifscheiben- Schleifwinkel, sowohl für Außen- als auch für Innengewinde verwendbar ist. Vorteilhaft ist weiterhin ein geringerer Abrichtzeitanteil pro Werkstück, wofür die längere Stand­ zeit der CBN-Schleifscheibe und das schnellere Abrichten mit der Diamantprofilrolle ursächlich sind.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 das Schleifen des Innengewindes einer Kugelge­ windemutter,

Fig. 2 die Anordnung einer Schleifscheibe und einer Diamantprofilrolle zueinander für ein Abrich­ ten unter der für ein Schleifen nach Fig. 1 notwendigen Profilkorrektur,

Fig. 3 das Schleifscheibenprofil nach der Profilkorrek­ tur (idealisiert),

Fig. 4 die Lage einer Wälzkugel im Gewindeprofil ei­ ner Kugelgewindemutter,

Fig. 5 eine Ausführung einer Schleifanordnung mit Schleif- und Abrichtposition,

Fig. 6 eine Mehrprofildiamantrolle.

In Fig. 1 ist ein Werkstück 1, in diesem Falle eine Kugel­ gewindemutter 2, wie sie zum Beispiel für Kraftfahrzeug- Lenkspindeln verwendet wird, gezeigt, in welches ein Innen­ gewinde 3 geschliffen wird.

Da die Erfindung im wesentlichen bestimmt ist durch die Zu­ ordnung des Werkstückes 1, des Schleif- und des Abrichtwerk­ zeuges zueinander, soll der übrige maschinelle Teil einer von ihrem Aufbau her grundsätzlich bekannten Innenschleif­ maschine hier nicht gezeigt und beschrieben werden. Beim Schleifprozeß führt das Werkstück 1 eine rotierende Bewegung um seine Achse 4 aus. Hierzu ist das Werkstück mittels einer üblichen Spanneinrichtung am Werkzeugspindel­ stock gehaltert. Das Schleifwerkzeug besteht aus einer CBN- Schleifscheibe 6, die fest auf einem Schleifdorn 7 einer um ihre Achse 8 rotierenden Schleifspindel 9 angeordnet ist. Die Vorschubbewegung in X-Richtung kann in üblicher Weise durch eine Längsbewegung des Werkstückspindelstockes oder des Schleifspindelstockes, in welchem die Schleifspindel 9 gelagert ist, erfolgen.

Beim Schleifen eines Innengewindes 3 wurde in bisher übli­ cher Weise die Schleifscheibe 6 im Steigungswinkel γ des Gewindes 3 angestellt, d. h. der Schleifwinkel ε, den die Schleifspindelachse 8 gegenüber der Werkstückachse 4 einnahm, entsprach dem Steigungswinkel γ.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Schleifwinkel ε einge­ stellt, der um den Betrag δ kleiner ist als der Steigungs­ winkel γ des zu schleifenden Innengewindes 3, was in Fig. 1 gut erkennbar ist. Es wird deshalb beim Abrichten der Schleifscheibe 6 eine Profilkorrektur vorgenommen der­ art, daß, wie in der Fig. 2 ersichtlich ist, die Schleif­ scheibe 6 mit einer Diamantprofilrolle 1 abgerichtet wird, deren Achse 12 zur Schleifspindelachse 8 einen Abrichtwinkel ϕ einnimmt, der größer ist als der Steigungswinkel γ des Gewindes 3. Die erfindungsgemäßen Schleif- und Abrichtbe­ dingungen bestehen also darin, daß der Schleifwinkel ε kleiner und der Abrichtwinkel ϕ größer als der Steigungs­ winkel γ sind. Nach dem Abrichten entsteht ein korrigier­ tes Schleifscheibenprofil 6 a in Spitzbogenform, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist und wie es dem Kugelgewindeprofil entspricht, in welchem die zwischen der Kugelgewindemutter 2 und einer in dieser laufenden, nicht gezeigten Kugelge­ windespindel befindlichen Wälzkugeln 13 punktartige Berüh­ rungen mit den Profilflanken 14, 14 a haben (Fig. 4). In Fig. 5 ist nochmals der Gesamtzusammenhang zwischen Werkstück, Schleifwerkzeug und Abrichtwerkzeug gezeigt, wobei die Abrichtsituation als Vollinie und die Schleif­ situation gestrichelt dargestellt sind. Dabei stellt die hier gezeigte Anordnung eine günstige Ausführung dahinge­ hend dar, daß nur die Schleifspindel 7, 9 schwenkbar ausge­ bildet zu sein braucht. Die Werkstückachse 4 und die Dia­ mantrollenachse 12 liegen unverschwenkbar in der Horizon­ talen. Dabei liegt jedoch die Diamantrollenachse 12 - senk­ recht zur Zeichnungsebene gesehen - vor der Werkstückachse 4, denn das Abrichten der Innengewindeschleifscheibe 6 er­ folgt ja bekanntermaßen außerhalb des Werkstückes 1, d. h. die Schleifscheibe 6 muß herausgefahren und vor die Diamant­ rolle 11 gebracht werden. In der Schleifposition ist die Schleifspindel 7, 9 aus der Horizontalen nach unten ge­ schwenkt und nimmt zu dieser den Schleifwinkel ε ein. In die Abrichtposition wird die Schleifspindel 7, 9 aus dieser Stellung um den Abrichtwinkel d nach oben geschwenkt, so daß die maximale Ausschwenkung der Schleifspindel 7, 9 ge­ gen die Horizontale ϕ-ε beträgt.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die optimalen Einstell­ parameter, d. h. der Schleifwinkel ε und der Abrichtwinkel ϕ, für ein bestimmtes Werkstück nach einem bestimmten Algo­ rithmus individuell rechnerisch ermittelt werden. Der sich aus der Änderung des Schleifscheibenradius in­ folge des Abrichtens der Schleifscheibe ergebende Einfluß ist ebenfalls rechnerisch zu berücksichtigen. Mit kleiner werdender Schleifscheibenkrümmung muß nämlich der Abricht­ winkel ϕ geändert werden, während der gewählte Schleif­ winkel ε konstant bleibt.

Zusätzlich zu den bereits an anderer Stelle genannten, aus der durch die Erfindung möglichen Schleifdornverstärkung resultierenden Vorteilen, ergibt sich mit den Parametern ε<γ und ϕ<γ noch ein weiterer Vorteil. Es wird nämlich eine sogenannte Überdeckung der Schleifkornbahnen an den Gewindeprofilflanken erreicht, wodurch die Rauhtiefe deutlich kleiner wird. Der Überdeckungsgrad der Schleifkorn­ bahnen ist abhängig vom Vorhaltewinkel δ (Fig. 1), der sich als Differenz von Steigungswinkel γ und Schleifwin­ kel ε ergibt (ε=γ-ε).

Als Diamantprofilrolle 11 kann auch eine Mehrprofildiamant­ rolle 11 a verwendet werden, wie sie in der Fig. 6 gezeigt ist.

Eine solche Mehrprofildiamantrolle 11 a weist neben einem Innengewindeabrichtprofil 21, welches für das beschriebene erfindungsgemäße Innengewindeschleifen erforderlich ist, auch ein Abrichtprofil 22 für die zylindrische Mantellinie von Außenschleifscheiben, ein Abrichtprofil 23 für die planseitige Abrichtung von Außenrundschleifscheiben und ein Außengewindeabrichtprofil 24 auf.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schleifen von Innengewinde, insbesondere von Kugelgewinde, mittels einer auf einer Schleifspindel angebrachten Schleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifen des Innengewindes bei einem Schleifwinkel der Schleifspindel erfolgt, der kleiner ist als der Stei­ gungswinkel des zu schleifenden Gewindes, und daß beim Ab­ richten der Schleifscheibe eine Profilkorrektur vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe mit einer Diamantprofilrolle abgerichtet wird bei einem Abrichtwinkel, der größer ist als der Stei­ gungswinkel des Gewindes.

3. Maschine zum Schleifen von Innengewinde, insbesondere von Kugelgewinde, mit einer auf einer Schleifspindel ange­ ordneten Schleifscheibe, die in das Innere des Werkstückes einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleif­ spindel (7, 9) in einem Schleifwinkel (ε) zur Werkstück­ achse (4) angeordnet ist, der kleiner als der Steigungs­ winkel (γ) des Gewindes (3) ist, und daß eine Abricht­ einrichtung vorgesehen ist, mit der eine entsprechende Profilkorrektur der Schleifscheibe (6) durchführbar ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrichteinrichtung aus einer Diamantprofilrolle (11) besteht, deren Achse (12) in einem Abrichtwinkel (ϕ) zur Schleifspindel angeordnet ist, welcher größer ist als der Steigungswinkel (γ).

5. Maschine nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diamantprofilrollenachse (12) und die Werkstückachse (4) horizontal und unschwenkbar angeordnet sind und daß die Schleifspindel (7, 9) in die Schleif- und in die Abrichtposition schwenkbar angeordnet ist.

6. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (6) aus ku­ bischem Bornitrid (CBN) besteht.