DE3731292A1 - Vorrichtung zum innenrundschleifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenrund­ schleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken, mit einer längs der Drehachse des Werkstückes verschieb­ baren und entsprechend dem zu schleifenden Innenprofil ra­ dial zustellbaren Schleifscheibe.

Beim Innenschleifen von Drehkörpern werden in der Regel Schleifscheiben mit einem Verhältnis von Durchmesser/Länge < 0,3 eingesetzt. Schleifscheiben, die so breit sind, haben den Nachteil, daß sie das Werkstück unter sogenannter "Linienberührung" und entsprechend hohen Radialkräften be­ schleifen, was zur Folge hat, daß das Kühlmittel nicht opti­ mal zur Wirkung kommt. Um die Erwärmung vom Werkstück in Grenzen zu halten, wird im allgemeinen mit relativ nie­ drigen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet. Dies hat eine relativ lange Bearbeitungsdauer zur Folge, welche die Werkstückkosten entsprechend erhöht.

In der DD-PS 29 342 ist eine Polierschleifeinrichtung für runde symmetrische und asymmetrische dünnwandige Werkstücke beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, daß sie in ihren Bewegungskomponenten annähernd denen einer Handschleifpolie­ rung entspricht, d.h. also das Werkstück führt laufend eine pendelnde Schwenkbewegung bei Änderung der Vorschubrichtung der Poliervorrichtung aus.

In dieser Druckschrift ist zwar eine Schrägstellung von Polierscheibe zu Werkstückachse angegeben, wobei diese Schrägstellung offensichtlich nur die Bedeutung hat, daß das Werkstück genauso intensiv wie von Hand poliert werden kann. Zur Schaffung eines Freiwinkels im erfindungsgemäßen Sinne einer stirnseitig arbeitenden Schleifscheibe und dem Werkstück und zur sukzessiven gleichmäßigen Abnutzung der Schleifscheibe, ohne dauernd abrichten zu müssen, gibt diese Druckschrift keinen Hinweis.

Des weiteren ist es aus der DE-PS 34 35 313 bekannt, ein Außenrundschleifen von rotationssymmetrischen Werkstücken mit einer windschief montierten Spindel auszuführen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Innenrundschleifen der eingangs umris­ senen Art anzugeben, mit welcher jedes Werkstück schonend in kürzester Zeit geschliffen werden kann.

Diese Aufgabe wird beim Innenrundschleifen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schleifscheibe eine im wesentlichen eben verlaufende Mantellinie aufweist, die unter Einschluß eines geringen Freiwinkels gegen die zu beararbeitende Werk­ stückfläche geführt ist, wobei die nur stirnseitig am Werk­ stück anliegende Schleifscheibe die fertig geschliffene Werk­ stückfläche punktförmig berührt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß unter Senkung der Werkzeugkosten eine er­ hebliche Verkürzung der Schleifzeit bei sehr geringer Wärme­ entwicklung erfolgt. Abgesehen davon, daß eine Wärmestauung im Werkstück vermieden wird, weil bei Verwendung einer fla­ chen Schleifscheibe wesentlich konzentrierter als bislang mög­ lich abgekühlt werden kann, wird das Werkstück keinen ex­ tremen radialen Schleifdrücken ausgesetzt, weil erstens die jeweils pro Zeiteinheit mit dem Werkstück in Eingriff ste­ hende aktive Fläche der Schleifscheibe relativ gering ist und darüber hinaus ein wesentlicher Teil der Schleifdrücke in Achsrichtung übertragen wird.

Um ein Optimum an Schleifleistung und Schleifgüte zu erreichen, wird das zweckmäßige Verhältnis des Schleifscheibendurch­ messers und des Innendurchmessers des zu bearbeitenden zylindrischen Hohlkörpers ermittelt, da dieses Verhältnis die Eingriffsfläche der Schleifscheibe am Werkstück be­ stimmt. Weitere mitbestimmende Parameter sind dabei
die erreichbare Drehzahl von Werkstück und Schleif­ scheibe,
die Eintauchtiefe (Zustelltiefe),
der Werkstoff,
die Schleifscheibenspezifikation,
die Vorschubgeschwindigkeit und
der Schwenkwinkel.

Unter Optimierung der obengenannten Parameter kann mit rela­ tiv hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden, weil im Gegensatz zum herkömmlichen Schleifen die Kräfte, die rechtwinklig zur Achse wirken, nur einen Bruchteil ausma­ chen und diese Kräfte in einem Punkt des Werkstückumfanges wirken, der auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Schleif­ scheibe nach einer Seite hin in Form einer dünnen Schicht, nämlich schichtweise sukzessiv längs ihres Umfanges, gleich­ mäßig abnutzt. Es läßt sich also vorher feststellen, wann vom Schleifscheibenumfang eine Schicht abgetragen worden ist, damit sie anschließend nachgerichtet werden kann. Für den Fall, daß der Schleifkörper mit einem sogenannten CBN- Belag versehen ist, ist die Standzeit wesentlich erhöht.

Aufgrund der schiefen bzw. windschiefen Anordnung von Schleifscheibe zu dem zu bearbeitenden Werkstück ergibt sich zwischen Mantellinie und Innenumfangslinie des Werk­ stückes ein Freiwinkel, der im Bereich von 0,06° bis 0,2° bewirkt, daß die Schleifscheibe nur an der vorgesehenen Stelle auf das Werkstück einwirkt, ansonsten jedoch Platz gelassen wird, so daß die Schleifscheibe beim weiteren Schleifvorgang nicht noch einmal das fertige Innenprofil beschleifen kann.

Der Fehler, der durch den Freiwinkel bei seitlicher Abnutzung der Schleifscheibe entsteht, liegt im µ-Bereich und ist vernachlässigbar gering.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt auf die An­ ordnung der Schleifscheibe zum Werkstück, wobei die Schleifscheibendrehachse gegen die Werkstücklängsachse horizontal geschwenkt ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei der Abnutzungsgrad der Schleifscheibe 10% bzw. 80% beträgt,

Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Schleifscheibendrehachse vertikal gegen die Werkstücklängsachse geschwenkt ist, gemäß der Linie B-B in Fig. 6,

Fig. 6 und 7 schematisch eine an den Innenumfang des rota­ tionssymmetrischen Werkstückes angesetzte Schleifscheibe,

Fig. 8 eine Teilansicht von Werkstück und Schleif­ scheibe, wobei ein Freiwinkel γ sich durch Schrägstellung der Schleifscheibe zum rota­ tionssymmetrischen Werkstück ergibt,

Fig. 9 eine Ansicht von Werkstück und Scheibe entsprechend Pfeil C in Fig. 6.

In Fig. 1 und 2 ist ein rotationssymmetrischer hohler Dreh­ körper, nämlich ein Werkstück 1 gezeigt, an welchem eine schmale Schleifscheibe 2 angreift. Die Rotationsachse 2 a dieser Schleifscheibe 2 ist gegen die Werkstücklängsachse 4 um einen Winkel β horizontal geschwenkt. In Fig. 5 ist er­ kennbar, daß durch Vertikalschwenkung der Schleifscheiben­ drehachse 2 a gegen die Werkstückachse 4 ein weiterer Ver­ schränkungswinkel α gegeben ist. Die Schrägstellung von Schleifscheibe zu Werkstück während des Schleifens wird nachfolgend anhand Fig. 3 und 4 deutlicher erläutert.

Nach Fig. 3 und 4 greift die Schleifscheibe 2, welche eine im wesentlichen ebene Mantelfläche aufweist, in einem Winkel an dem Innenumfang U 1 des Werkstückes an, von welchem entsprechend der Schleifscheibe s ein bestimmter Teil der Manteldicke abgeschliffen werden soll. Dabei liegt die Drehachse der Schleifscheibe 2 a um das Maß D zur Werkstück­ drehachse versetzt (Fig. 5).

Dies ist erforderlich, um ein Freiwerden der Schleifscheibe im fertig geschliffenen Bereich bei windschiefer Anordnung der Drehachsen 2 a und 4 zu erreichen. Zu Beginn bildet sich eine Schrägfläche F aus, mit welcher die Schleifscheibe an dem abzutragenden Teil L des Werkstückes angreift, wäh­ rend aufgrund der besonderen Anordnung der Schleifscheibe zum Werkstück ein Freiwinkel γ zwischen der geraden Mantel­ linie M der Schleifscheibe und der fertig geschliffenen Flä­ che U des Werkstückes 1 vorhanden ist, so daß, wenn die Fläche U einmal fertig geschliffen ist, sie nicht weiter mit der Schleifscheibe in Berührung kommt. Während hier ein be­ trächtlicher Teil des Druckes der Schleifscheibe über die Linie L nach Fig. 3 in Achsrichtung abgeleitet wird, wirkt die radial gerichtete Schleifkraftkomponente lediglich in dem Punkt auf das Werkstück ein, welcher in Fig. 2, 3, 4 und 8 mit 1 a bezeichnet ist. Die Stirnfläche F wandert während des weiteren Schleifens entgegen der Vorschubrichtung der Schleif­ scheibe zum freien Rand der Scheibe hin, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, in welcher die Schleifscheibe bereits zu 80% in Form einer Schicht abgenutzt ist. In Fig. 4 ist die schräge Stirnfläche der Schleifscheibe mit F 1 bezeichnet.

In Fig. 3 und 4 ist schematisch eine vereinfachte Darstel­ lung der Abnutzung der Schleifscheibe wiedergegeben, in wel­ cher zwischen der geraden Mantellinie M der Schleifscheibe 2 und der Umfangslinie U des Werkstückes 1 des bereits fer­ tig geschliffenen Durchmessers des Werkstückes 1 ein Frei­ winkel γ vorhanden ist. Nach Fig. 3 und 8 wirkt die Schleif­ scheibe 2 mit ihrer schrägen Stirnfläche F gegen die Be­ arbeitungsschicht B des Werkstückes 1 entsprechend der ge­ wünschten Schleiftiefe S. Mit den Pfeilen ist die radiale Zu­ stellung und die Axialbewegung der Schleifscheibe 2 gegenüber dem Werkstück 1 angedeutet. Bei dem Schleifvorgang nach Fig. 3 und 4 wird jedoch nicht nur der Bohrungsdurchmesser des Werkstückes 1 um die doppelte Schleiftiefe vergrößert, sondern die Schleifscheibe 2 nutzt sich während des Schleif­ vorganges sukzessiv in Form einer Schicht L ab, die der Schleiftiefe S entspricht. Beim Schleifen selbst wirkt ein erheblicher Teil der Schleifdrücke in axialer Richtung, wäh­ rend die Radialkomponente dieser Kräfte von der Schleif­ scheibe 2 auf das Werkstück 1 lediglich in dem Punkt 1 a über­ tragen wird. Die Schleifscheibe 2 weist also an der Seite 1 a mit dem Werkstück eine Punktberührung auf, so daß das Werk­ stück selbst keinen wesentlichen radialen Druckkräften aus­ gesetzt ist. Dieser Punkt 1 a liegt auf einer Senkrechten zur Werkstücklängsachse an der Stelle, an welcher das Werkstück 1 von der Scheibe gerade fertiggeschliffen wird. In dem ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist dies die Innenumfangslinie U, während der Innenumfangsabschnitt U 1 des Werkstückes 1 noch abzuschleifen ist. Die Abnutzung der Schleifscheibe erfolgt also gleichmäßig in Form einer der Schleiftiefe ent­ sprechenden Schicht S, so daß so lange, wie diese Schicht noch nicht vollständig abgetragen ist, die Schleifscheibe auch nicht nachgerichtet oder neu zugestellt zu werden braucht. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 bedeutet dies al­ so, daß so lange ein Abschnitt X 1 bzw. X 2 der Mantelfläche der Schleifscheibe zum Schleifvorgang zur Verfügung steht, im Gegensatz zu bisherigen Schleifverfahren nicht dauernd ab­ gerichtet werden muß.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist ein sehr schonendes Hochgeschwindigkeits-Innenschleifen von Werkstücken möglich, weil im Gegensatz zu bekannten Innenrundschleifverfahren, bei denen die Kräfte zu über 90% im rechten Winkel zur Werk­ stückachse einwirken, die Radialkräfte aufgrund der Punkt­ berührung von Schleifscheibe 2 und Werkstück 1 im Punkt 1 a lediglich über diesen Punkt zur Einwirkung gelangen, während der Hauptteil der Kraft aufgrund der schrägen Stirnfläche in Achsrichtung übertragen wird.

In Fig. 9 ist ein Schnitt nach Pfeilrichtung C in Fig. 6 gezeigt. Hier ist schraffiert die Angriffsfläche A der Schleifscheibe dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Flächengröße von den drei Parametern Schleifscheiben­ durchmesser, Werkstückinnendurchmesser und Schleifzustel­ lung S abhängig ist. Diese Parameter lassen sich für die jeweilige Schleifaufgabe optimieren. E ist hier die Ring­ fläche die sich infolge der Zustellung ergibt. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines optimalen Verhältnisses von Schleifscheibendurchmesser zu Innendurchmesser des zu bearbeitenden hohlen Werkstückes und der mitbestimmenden Parameter wiedergegeben:

Durchmesser der Schleifscheibe:|30 mm
Bohrungsdurchmesser des Werkstückes:	50 mm
Erreichbare Drehzahl des Werkstückes:	6 000¹/min
Erreichbare Drehzahl der Schleifscheibe:	80 000¹/min
Maximale Eintauchtiefe (Zustelltiefe):	0,2 mm
Verwendete Schleifscheibe:	CBN
Vorschubgeschwindigkeit von Werkstück gegen Schleifscheibe:	3 mm/s
Schwenkwinkel:	0,2°

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Innenrundschleifen von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken, mit einer längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbaren und entsprechend dem zu schleifenden Innenprofil radial zustellbaren Schleif­ scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (2) eine im wesentlichen eben ver­ laufende Mantellinie aufweist, die unter Einschluß eines geringen Freiwinkels gegen die zu bearbeitende Werkstück­ fläche geführt ist, wobei die nur stirnseitig am Werkstück (4) anliegende Schleifscheibe (2) die fertig geschliffene Werkstückfläche punktförmig berührt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel durch eine zylindrisch abgerichtete Schleifscheibe (2) gebildet ist, deren Achse (2 a) mit der Werkstücklängsachse (4) einen Winkel größer als Null ein­ schließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel durch windschiefe Anordnung der Achsen der Schleifscheibe (2) und des Werkstücks (1) zueinander gebildet ist, wobei der Kontaktpunkt der Schleifscheibe am Werkstück um das Maß D zur Werkstück-Mittelachse versetzt ist (Fig. 5).

4. Verwendung einer Schleifvorrichtung mit einer längs der Drehachse eines drehbar eingespannten rotationssymme­ trischen Werkstückes verschiebbaren und entsprechend dem zu schleifenden Profils axial und radial zustellbaren Schleifscheibe, wobei die Schleifscheibe eine im wesentli­ chen eben verlaufende Mantellinie aufweist, die unter Ein­ schluß eines geringen Freiwinkels je von maximal 0,2° gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt ist, wobei die nur stirnseitig am Werkstück anliegende Schleifscheibe die fertig geschliffene Werkstückfläche punktförmig berührt, zum Innenrundschleifen von länglichen Hohlkörpern.