DE4401548B4 - Schleifvorrichtung für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken mittels Schleifbändern - Google Patents

Schleifvorrichtung für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken mittels Schleifbändern Download PDF

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Abstract

Schleifmaschine für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken mittels Schleifbändern nach DE 44 00 791 C2 , insbesondere von Zylinderrollen-, Kegelrollen- und sphärischer Lager, wie Rillenkugel- und Pendelrollenlager, sowie Kugeloberflächen, mit der Werkstückform entsprechenden nicht umlaufenden Schleifbandträgern, die an die Werkstückoberfläche angedrückt werden, wodurch das Schleifband die Werkstückoberfläche bearbeitet, wenn sich das Werkstück dreht und in Richtung seiner Drehachse oszilliert, dadurch gekennzeichnet, dass ein ferromagnetisches Schleifband (SF) von einem magnetischen Schleifbandträger (3) durch magnetische Zugkräfte (F) werkstückformgerecht fixiert und gegen die sich relativ bewegende Werkstückoberfläche gedrückt wird und gleichzeitig der magnetische Schleifbandträger (3) gemeinsam mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) gegenüber der Werkstückoberfläche oszillierende, geradlinige oder kreisförmige Bewegungen ausführt, wobei das ferromagnetische Schleifband (SF) aus einem Magazin entnommen und von einer magnetischen Positioniereinrichtung (4) auf den magnetischen Schleifbandträger (3) positioniert wird und nach magnetischer Fixierung paßgenau von einer Schleidvorrichtung (4.2) der Schleifmaschine abgeschnitten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrische und symmetrischen Werkstücken mittels Schleifbändern nach DE 44 00 791 C2 gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Schleifvorrichtungen sind beispielsweise aus der US 4.682 444 , der DE 38 41 976 C1 und der DE 36 39 264 A1 bekannt.
  • Bei bisher bekannten Vorrichtungen zur Feinstbearbeitung von Laufflächen an Zylinderrollen-, Kegelrollen- und sphärischen Lagern, wie z.B. Rillenkugeln- und Pendelrollenlager wurde bisher der Abtrag überwiegend durch keramisch gebundene Schleifkörper (Steine) erreicht, die gegen die sich drehenden Werkstückoberflächen gedrückt wurden.
  • Eine solche Vorrichtung wurde von der Firma Thielenhaus/Wuppertal beschrieben (Patent Nr. DE 38 41 976 C1 ), wobei der Werkstoffabtrag durch die keramisch gebundenen Vor- und Fertigfinishsteine erreicht wurde, die gegen das sich drehende Werkstück (Nocke) gedrückt werden.
  • Bei dieser Feinstbearbeitungsmethode mit keramisch gebundenen Schleifkörpern (Finish-Steine) passen sich der Stein und die Werkstückoberfläche bei der Bearbeitung gegenseitig an, wodurch bekanntlicherweise bisher beste Ergebnisse hinsichtlich der Oberflächenqualität (Rauhigkeit), Rundheit und Form erzielt werden konnten.
  • Der Anwender keramisch gebundener Steine mußte aber bekanntlich auch viele Nachteile in Kauf nehmen, die sich aus der physikalischen Natur der keramischen Werkstoffe des Bindematerials ergaben, wie z.B. der geringen Duktilität des keramischen Werkstoffes (Bindung des Steines) und der sich daraus ergebenden aufwendigen Handhabung. Weiterhin ergeben sich aufwendige Vorbereitungsarbeiten beim Umgang mit Steinen, weil diese bekanntlich meist aus dem Vollen zugesägt werden müssen und im Steinhalter genau und druckfrei eingepaßt werden müssen. Weiterhin nutzen sich Steine im Bearbeitungsprozeß ab, müssen deshalb von Zeit zu Zeit nachgestellt werden. Steine können in ihrem Aufbau und in der Zusammensetzung ihrer keramischen Bindung variieren, d.h. nach verfahrensbedingter Abnutzung kann in der keramischen Bindung eine Stelle zum Eingriff auf dem Werkstück kommen, die härter oder weicher ist, wodurch sich schwerwiegende Änderungen des Schnittverhaltens des Steines ergeben, wodurch wiederum sich die Qualität der Oberfläche ändern kann, bzw. es zum Steinbruch kommen kann.
  • Die beschriebenen Ergebnisse bei Anwendung von Vorrichtungen die mit keramisch gebundenen Schleifsteinen (Finishsteine) und die mit dieser Methode einhergehenden Nachteile ergeben Handlungsbedarf zur Behebung dieser Nachteile.
  • Das Hauptpatent DE 44 00 791 betrifft eine Schleifmaschine für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Lagerflächen an Kurbel-, Nocken- und Getriebewellen und die Bearbeitung von sonstigen gekrümmten Werkstückoberflächen mittels Schleifbändern, mit der Werkstückform entsprechenden nicht umlaufenden Schleifbandträgern, die an die Werkstückoberfläche angedrückt werden, wodurch das Schleifband die Werkstückoberfläche bearbeitet, wenn sich das Werkstück dreht und in Richtung seiner Drehachse oszilliert. Bei dieser Schleifmaschine ist der magnetische Schleifbandträger beweglich gesteuert im Maschinengestell gelagert.
    •
  • Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Schleifmaschine zur Feinstbearbeitung von Werkstückoberflächen so zu gestalten, dass bei optimaler Formübertragung vom Werkzeug auf das Werkstück bei hoher Abtragsleistung, Oberflächenqualität (Rauhigkeit) und Querform das Werkzeug einfach automatisch zu handhaben und zu magazinieren ist, bzw. automatisch positioniert und gewechselt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit der Gestaltung einer gattungsgemäßen Schleifmaschine gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 unter Anwendung magnetischer Zugkraft (F) gelöst.
  • Bekannterweise kann man unter Anwendung der magnetischen Induktion (B) große magnetische Zugkräfte (F) auf kleinen Flächen/Querschnitten (A) erreichen, wie z.B. in Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, Band 11, Seite 863, Auflage 1961, dargestellt.
  • Bei Bedarf kann der magnetische Schleifbandträger (3) zusätzlich selbständige Relativbewegungen gegenüber der Werkstückoberfläche ausführen:
    • – bei Zylinderrollen- und Kegelrollenlagern, eine Oszillation in Richtung der Drehachse des Werkstückes,
    • – bei Rillenkugel- und Pendelrollenlagern, kreisförmige Schwingbewegungen um das Zentrum des Kreisbahnprofiles,
    • – bei Kugeln eine kreisförmige Drehbewegung in der Senkrechten über der Kugeldrehachse.
  • Bei Lagerflächen an Kegelrollen- und Zylinderrollenlagern wird durch die Oszillation des ferromagnetischen Schleifbandträgers bei schmalem ferromagnetischen Schleifband (SF) und bei konstanter Andruckkraft (P) sowie verschieden langen Abtragszeiten auf den einzelnen Laufbahnabschnitten ein unterschiedlicher Werkstoffabtrag erreicht, wodurch die Querform in Richtung der Werkstückdrehachse beliebig gestaltet werden kann (hohl, ballig oder logarithmisch).
  • Beispiel:
  • Ein Elektromagnet mit der tragenden Polfläche A = 1 cm2 (10–4 m2) und B = 16 000 G (1,6 Tesla) kann wie beschrieben Eisen mit ca. einer Zugkraft F = 100 N anziehen.
  • Diese magnetischen Zugkräfte (F) sind die Grundlage der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    Figure 00050001
    wobei bedeutet:
    F – Magnetische Zugkraft (N)
    B – Magnetische Induktion (Vs/m2)
    μo – Magnetische Feldkonstante
    A – Querschnitt/Polfläche (m2)
  • Wie aus 1 ersichtlich, wird das magazinierte ferromagnetische Schleifband (SF) durch eine magnetische Zuführ- und Positioniereinrichtung (4) aus einem Magazin (M) entnommen, auf dem magnetischen Schleifbandhalter (3) positioniert und mittels eines werkstückformgerechten Kalibrierteil (4.3) angedrückt. Durch Einschaltung/Umpolung der magnetischen Zugkräfte (F) wird das ferromagnetische Schleifband (SF) auf dem magnetischen Schleifbandträger (3) fixiert u. v. Bandschneider abgetrennt. Danach wird der magnetische Schleifbandträger (3) zusammen mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche mittels gesteuerter Zustellkraft (P) aufgesetzt. Die Bearbeitung beginnt bei drehendem Werkstück und oszillierenden, kreisförmig schwingenden bzw. drehenden Werkzeug.
  • Nach der Bearbeitung wird das Werkzeug vom Werkstück gesteuert abgehoben, die magnetischen Zugkräfte im magnetischen Schleifbandträger (3) umgepolt und damit das ferromagnetische Schleifband und der ferromagnetische Werkstoffabtrag abgestoßen.
  • Ausgehend von einer erfindungsgemäßen Gestaltung einer Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von Werkstückoberflächen ergeben sich gegenüber den bisher üblichen Vorrichtungen, mit keramisch gebundenen Steinen folgende Vorteile:
    • 1. Formgetreue Feinstbearbeitung bei sehr guter Abtragsleistung und Oberflächenqualität (Rauhigkeit) durch Anwendung von ferromagnetischen Schleifbändern (SF), die mittels magnetischer Schleifbandträger (3) werkstückformgerecht fixiert werden, d.h. das ferromagnetische Schleifband (3) erbringt die gleiche Qualität wie ein keramisch gebundener Stein und überbietet diese wie folgt.
    • 2. Einfache Handhabung des Werkzeuges – ferromagnetisches Schleifband (SF) durch automatische Magazinierung und Positionierung auf werkstückformgerechten magnetischen Schleifbandträger (3).
    • 3. Hohe Abtragsleistung durch erfindungsgemäße Anwendung des ferromagnetischen Schleifbandes (SF), welches reproduzierbar an jeder Stelle gleich scharf ist und sich nicht wie ein Stein zusetzen kann.
    • 4. Einfache Lagerhaltung des Werkzeuges (ferromagnetisches Schleifbandes) – im Gegensatz zur Vielfalt der erforderlichen, unterschiedlichen Steinspezifikation – gibt es erfindungsgemäß bedeutend weniger erforderliche Typen des ferromagnetischen Schleifbandes hinsichtlich erforderlicher Trägerwerkstoffe und Schleifkorngrößen.
    • 5. Durch erfindungsgemäße Gestaltung der magnetischen Schleifbandhalter (4), siehe 2, ist es möglich, auf kleinstem Raum durch Mehrfachschleifbandträger verschiedene Schleifbandspezifikationen zu positionieren.
    • 6. Durch Oszillation des ferromagnetischen Schleifbandträgers kann bei entsprechender Steuerung des Zeitablaufs der Bearbeitung an verschiedenen Stellen der Werkstückoberfläche verschieden großer Materialabtrag erfolgen. Dadurch kann bei der Bearbeitung von Laufbahnen bei Zylinderrollen- und Kegelrollenlager die Querform des Werkstückes beliebig gestaltet werden. (ballig, hohl, logarithmisches Profil)
    • 7. Erfindungsgemäßer sparsamer Werkzeugverbrauch – es verbleiben keine Schleifbandreste.
    • 8. Preisgünstige Werkzeuggestaltung bei teueren Schleifkörpern (z.B. Diamant) – bei Steinen entstehen hier teuere Abfälle und Reste.
    • 9. Kleinere Bauweise der magnetischen Schleifbandträger ermöglicht die Innenbearbeitung in kleinen Bohrungen bzw. die Anwendung von Mehrfachbandträgern wie z. B. dreifach mit magnetischem Schleifbandträger (4) mit drei verschiedenen Schleifbandkörnungen so z.B. zwei verschiedene für die Vorbearbeitung und eine für die Fertigbearbeitung.
    • 10. Das ferromagnetische Schleifband kann wegen Punkt (3) nach Abtragen der "Schleifhaut" (siehe 5) weiterhin abtragen – im Gegensatz dazu setzt hier üblicherweise der keramish gebundene Stein auf, d.h. der Stein kann nicht weiter abtragen.
  • Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
  • 1
  • Darstellung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Beispiel: Zylinderrollenlager-Ring):
    • 1
    Planscheibe/Aufnahme über Reibung und Zentrierung
    2
    Werkstück/Zylinderrollenlager Innenring
    3
    Magnetischer Schleifbandträger
    4
    Positioniereinrichtung
    4.1
    Kalibrierstück
    4.2
    Magnetischer Schleifbandzuführer
    4.3
    Bandschneider
    5
    Werkzeugträger
    FS
    ferromagnetisches Schleifband
    M
    Magazin
  • Ablauf – Bearbeitung
  • Ein Innenring eines Zylinderrollenlagers (2) wird auf der im Maschinengestell drehbar gelagerten Planscheibe (1) mittels Zentriervorrichtung (5 – 2) aufgenommen und mittels Andruckrollen (6 – 2) über Reibung zur Drehung gebracht.
  • Der Werkzeughalter (5) wird über maschineninterne Steuerung an der Positioniereinrichtung (4) angelegt und von dort wird aus dem Magazin (M) mittels magnetischem Bandzuführer (4.3) das ferromagnetische Schleifband (SF) über der Fläche des magnetischen Schleifbandträgers positioniert und mittels Kalibrierstück (4.1) dort angelegt.
  • Bei Einschaltung bzw. Umpolung der magnetischen Zugkräfte (F) wird das ferromagnetische Schleifband (SF) auf dem magnetischen Schleifbandträger fixiert. Durch maschineninterne Steuerung wird der Werkzeugträger (5) mit ferromagnetischem Schleifband (SF) gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche (2) aufgesetzt. Das Werkstück wird in Drehung versetzt, während der magnetische Schleifbandträger mit ferromagnetischem Schleifband in Richtung der Werkstückdrehachse oszillierend über die Werkstückoberfläche geführt wird. Bei gleichbleibend gesteuerter Andruckkraft (P) und variabler Verweildauer des ferromagnetischen Schleifbandes auf den betreffenden Flächenteilen des Werkstückes, erfolgt in Abhängigkeit der unterschiedlichen Verweildauer ein unterschiedlicher Werkstoffabtrag, d.h. die Querform/Profil des Werkstückes kann gesteuert verändert werden (ballig, hohl oder logarithmisch).
  • Nach Bearbeitung wird der Werkzeugträger (5) von der Oberfläche des Werkstückes weggeführt und die magnetischen Zugkräfte (F) umgepolt. Dadurch wird das abgenutzte ferromagnetische Schleifband mit daran haftenden ferromagentischem Werkstoffabtrag weggeschleudert. Danach wird weitergetaktet.
  • 2
  • Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgelegt für die Bearbeitung von Zylinderrollenlager – bzw. Kegelrollenlager-Ringen:
    • I
    Bearbeitung von Außendurchmessern
    II
    Bearbeitung von Innendurchmessern
    1
    Planscheibe/Aufnahme des Werkstücks
    2
    Werkstück/Zylinderrollenlager- Ring
    3
    Werkzeugträger
    4
    Magnetischer Schleifbandträger für Innenflächen
    5
    Magnetischer Schleifbandträger für Außenflächen
    6
    Zentrierrollen
    7
    Andruckrollen
    MS
    Magnetspulen
    SF
    Ferromagnetisches Schleifband
    a
    Hauptbewegungsrichtung des Werkzeugträgers
    b
    Oszillation des Werkzeugträgers
    P
    Andruckkraft
    F
    Magnetische Zugkräfte
  • Ablauf – Bearbeitung
  • Bei diesem Beispiel ist der Werkzeugträger mit magnetischem Schleifbandträger für die Innen- und Außenbearbeitung bestückt.
  • In Position I und II des Werkzeugträgers wird in einer Bearbeitungsstation nacheinander die Innen- und Außenfläche des Zylinderrollenlagerrings bearbeitet, ohne daß das Werkstück umgespannt oder weitergetaktet werden braucht.
  • 3
  • Erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung für die Bearbeitung von sphärischen Lagerbahnen wie z.B. an einem 2–reihigem Pendelrollenlager Innenring:
    • 1
    Planscheibe/Aufnahme des Werkstückes
    2
    Werkstück/2-reihiges Pendelrollenlager Innenring
    3
    Werkzeugträger/Kreisschwinger
    4
    Magnetischer Schleifbandträger
    5
    Andruckrolle
    6
    Zentrierrolle
    S
    Mittelpunkt des kreisförmigen Laufbahnprofiles – Drehpunkt des
    Kreisschwingers
    P
    Andruckkraft
    F
    Magnetische Zugkräfte
  • Ablauf – Bearbeitung
  • Bei der Bearbeitung von sphärischen Laufbahnen muß ein flexibles ferromagnetisches Schleifband verwendet werden, d.h. ein Schleifband mit einer Trägerschicht, die sich der sphärischen Form des Werkstückes/Laufbahn bzw. der sphärischen Form des dazugehörigen magnetischen Schleifbandträgers anpassen kann. Solche ferromagnetischen Schleifbänder wurden im Zusatz P 44 02 032.5 zur Patentanmeldung Nr. P 44 00 791.4 beschrieben.
  • 4
  • Erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung für die Bearbeitung von Kugelflächen:
    • 1
    Werkstück/Kugel
    2
    Walzenstuhl/4-Punktauflage der Kugel
    3
    Magnetischer Schleifbandträger/eine magnetische Topfscheibe oder
    Segmente
    4
    Werkzeugträger/Spindel
    5/6
    Aufnahme der Kugel zwischen den Spitzen
    MS
    Magnetspule
    FS
    Ferromagnetisches Schleifband
  • Ablauf – Bearbeitung
  • Bei der Bearbeitung von Kugelflächen kann die Kugel zwischen Spitzen oder auf einen Walzenstuhl aufgenommen werden, die/der im Maschinengestell gelagert sind.
  • Der magnetische Schleifbandträger kann als topfförmiger Träger oder als Einzelsegmente ausgeführt sein, die an der Spindel/Werkzeugträger befestigt sind, die sich in 90° zur Drehachse der Kugelachse (sich mit ihr schneidend) dreht. Auch bei dieser Ausführung werden ferromagnetische Schleifbandabschnitte durch magnetische Zugkräfte auf den magnetischen Schleifbandträgern fixiert. Dazu ist auf Grund der sphärischen Kugelflächen wiederum flexibles ferromagnetisches Schleifband zu verwenden.

Claims (7)

  1. Schleifmaschine für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken mittels Schleifbändern nach DE 44 00 791 C2 , insbesondere von Zylinderrollen-, Kegelrollen- und sphärischer Lager, wie Rillenkugel- und Pendelrollenlager, sowie Kugeloberflächen, mit der Werkstückform entsprechenden nicht umlaufenden Schleifbandträgern, die an die Werkstückoberfläche angedrückt werden, wodurch das Schleifband die Werkstückoberfläche bearbeitet, wenn sich das Werkstück dreht und in Richtung seiner Drehachse oszilliert, dadurch gekennzeichnet, dass ein ferromagnetisches Schleifband (SF) von einem magnetischen Schleifbandträger (3) durch magnetische Zugkräfte (F) werkstückformgerecht fixiert und gegen die sich relativ bewegende Werkstückoberfläche gedrückt wird und gleichzeitig der magnetische Schleifbandträger (3) gemeinsam mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) gegenüber der Werkstückoberfläche oszillierende, geradlinige oder kreisförmige Bewegungen ausführt, wobei das ferromagnetische Schleifband (SF) aus einem Magazin entnommen und von einer magnetischen Positioniereinrichtung (4) auf den magnetischen Schleifbandträger (3) positioniert wird und nach magnetischer Fixierung paßgenau von einer Schleidvorrichtung (4.2) der Schleifmaschine abgeschnitten wird.
  2. Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Schleifband (SF) eine ferromagnetische Trägerschicht beinhaltet.
  3. Schleifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem werkstückformgerechten magnetischen Schleifbandträger (3) Elektro- oder Permanentmagnete enthalten sind, die das ferromagnetische Schleifband (SF) beim Bearbeitungsvorgang entsprechend der Werkstückform durch magnetische Zugkräfte fixieren.
  4. Schleifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Vorrichtung mehrere magnetische Schleifbandträger (3), Magazine (M), Positioniereinrichtungen (4) mit Schneidvorrichtung (4.2) und magnetischen Bandzuführer (4.3) und Kalibrierstücke (4.4) gehören.
  5. Schleifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Schleifbandträger in einem Werkzeughalter (5) oder in einem Maschinengestell beweglich gelagert ist und mit steuerbarer Anpreßkraft (P) zusammen mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) gegen das sich relativ bewegende Werkstück (2) gedrückt wird.
  6. Schleifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Positioniereinrichtung (4) das ferromagnetische Schleifband (SF) mit einem der Werkstückform entsprechenden Kalibrierstück (4.3) auf den magnetischen Schleifbandträger (3) positioniert wird.
  7. Schleidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Schleifbandträger in seiner werkstückgerechten Form einem Abdruck der Oberfläche des Werkstückes entspricht, das heißt bei konkaver Werkstückoberfläche – gleich konvex ist, oder bei konvexer Werkstückoberfläche – gleich konkav ist, oder bei ebener Werkstückoberfläche – gleich eben ist.
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