EP0209634B1 - Verfahren zum Umfangsprofilieren eines Werkstückes - Google Patents

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EP0209634B1
EP0209634B1 EP86104574A EP86104574A EP0209634B1 EP 0209634 B1 EP0209634 B1 EP 0209634B1 EP 86104574 A EP86104574 A EP 86104574A EP 86104574 A EP86104574 A EP 86104574A EP 0209634 B1 EP0209634 B1 EP 0209634B1
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EP
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workpiece
grinding wheel
grinding
movements
translatory
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Georg Becker
Herbert Basilowski
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Buderus Schleiftechnik GmbH
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Buderus Schleiftechnik GmbH
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    • B24B53/06—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels
    • B24B53/08—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels controlled by information means, e.g. patterns, templets, punched tapes or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B3/00—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools
    • B24B3/02—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools of milling cutters
    • B24B3/04—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools of milling cutters of plain milling cutters
    • B24B3/045—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools of milling cutters of plain milling cutters of milling cutters with helical cutting edges
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    • B24B3/00—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools
    • B24B3/18—Sharpening cutting edges, e.g. of tools; Accessories therefor, e.g. for holding the tools of taps or reamers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an Archimedean relief grinding curve on a workpiece, such as a milling cutter or tap.
  • DE-C-743 646 describes a grinding wheel for regrinding thread milling cutters.
  • the relief grinding curve is shown convex twice on the circumference of the grinding wheel, so that the thread profile can be ground by angular synchronism of the grinding wheel and workpiece.
  • a mechanical coupling of the grinding wheel, workpiece and dressing roller is not provided, however, and nothing is said about the type of control of the elements coupled to one another.
  • the invention is based on the task of generating a predetermined geometric shape with a complicated course, such as an Archimedean relief grinding curve on milling cutters and drills, with the highest possible machining speed with high contour accuracy and surface quality.
  • a complicated course such as an Archimedean relief grinding curve on milling cutters and drills
  • the translatory movement cycles are eliminated during the grinding process, as a result of which grinding speeds of 60 m / s and higher are made possible.
  • the use of electronic gears also enables the coupling and uncoupling of axes assigned to one another without the interdependency relationships being lost. As a result, roughing or power grinding and finishing or quality grinding can be carried out under the optimum conditions and with high accuracy.
  • the grinding wheel 1 is provided on its circumference with the relief grinding curve adapted to the workpiece 2 to be ground (tap).
  • the relief grinding curve of the grinding wheel 1 is generated by the diamond dressing roller 3.
  • the diamond dressing roller 3 is brought into the desired position in relation to the rotating grinding wheel by means of appropriate drives, the synchronous operation being ensured by an electronic control.
  • the respective stroke movement H of the dressing roller 3 corresponds to the convex relief curve desired on the circumference of the grinding wheel.
  • the relief grinding curve can be mapped once or several times on the circumference of the grinding wheel. In Fig. 1 the 2-time figure is indicated, while the tap has four relief grinding curves over its circumference.
  • the dressing roller 3 executes a lifting movement in addition to the rotor movement.
  • the grinding wheel 1 and the workpiece 2 rotate synchronously about the fixed axes of rotation 4 and 5, and the grinding wheel 1 executes a relative movement to the workpiece axis due to the convex profile of its circumference.
  • ⁇ 1 a safety area is indicated, while ⁇ 2 indicates the safety area including the grinding section and ⁇ 3 including the groove section. In the grooved section, the relief curve is returned to the starting point A S.
  • the relief grinding size H or h max can be programmed within certain values.
  • the axis positions of the diamond dressing roller 3 and grinding wheel 1 are controlled by means of a CNC and an electronic gear via the associated motors (M4 and M5 for the diamond dressing roller 3 and M8 for the grinding wheel 1) and the sensors WM5 or WM8 synchronized in a defined dependency and the grinding wheel profiled with the relief grinding curve.
  • a first step (rough grinding), the thread is now ground into the workpiece 2.
  • the relief grinding does not have to be done yet.
  • the motors M1 and M2 for workpiece movement and M8, M3 for the grinding wheel movement as well as the associated sensors WM1, WM2, WM8 and WM3 are now also in a defined relationship brought.
  • M1 and M2 When dressing the grinding wheel and grinding the workpiece, the M5 and M8 motors must also be in synchronization with M1 and M2 and the M4 motor must be activated.
  • the grinding wheel can be dressed using the diamond dressing roller after or during rough grinding.
  • the thread is finish-ground in a further operation by finish grinding with the single or multi-start grinding wheel including relief grinding.
  • the motors M2, M1, M3 and M8 and the assigned sensors are brought into a defined relationship and there is synchronization between the motors M1, M2 and M8.
  • the workpiece After finishing grinding, the workpiece is changed, and the rough grinding of the new workpiece can be carried out essentially without a previous dressing process.
  • the workpiece change takes place in a position-oriented manner in that the starting points AW for the workpiece and AS for the grinding wheel, which are drawn in in FIG. 1, are fixed with the first grinding process and form the reference basis for all dependent movements.
  • the changes in diameter of the grinding wheel due to wear and dressing are taken into account in the automation device when determining the defined dependencies of the controlled axes.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer archimedischen Hinterschliffkurve an einem Werkstück, wie einem Fräser oder Gewindebohrer.
  • Um in einem Werkstück eine vorgegebene Form, wie die archimedische Hinterschliffkurve an Abwälz- und Gewindefräsern oder an Gewindebohrern zu erzeugen, werden bisher mechanische Vorrichtungen eingesetzt. Von einer Kurvenscheibe mit der auf ihrem Umfang abgebildeten Schleifkurve werden über Hebeltriebe die notwendigen Hubbewegungen des Werkstückes oder der Schleifscheibe erzeugt. Bedingt durch Kraft- und Schwingungsprobleme translatorisch bewegter Massen, sind der Arbeitsgeschwindigkeit und der Qualität bei diesen mechanischen Hebeltrieben Grenzen gesetzt. Bei der Erprobung eines mechanisch gesteuerten Hinterschliffes ergab sich beispielsweise eine Grenzleistung von 1500 Hub/min, weil dann Schwingungen und Resonanzfrequenzen auftraten, welche eine weitere Steigerung nicht zuließen. Außerdem ist die Maschinenumrüstung zur Herstellung unterschiedlicher Werkstücke sehr aufwendig.
  • In der DE-C-743 646 ist eine Schleifscheibe zum Hinterschleifen von Gewindefräsern beschrieben. Auf dem Umfang der Schleifscheibe ist die Hinterschliffkurve zweimal konvex abgebildet, sodaß durch Winkelsynchronlauf von Schleifscheibe und Werkstück das Gewindeprofil geschliffen werden kann. Eine maschinelle Kopplung von Schleifscheibe, Werkstück und Abrichtrolle ist aber nicht vorgesehen und über die Art der Steuerung der miteinander gekoppelten Elemente ist nichts ausgesagt. Heute werden aber an die Leistungsfähigkeit von Schleifeinrichtungen sehr hohe Anforderungen gestellt, welche mit mechanisch gesteuerten Einrichtungen nicht erzielt werden können, auch dann nicht,wenn man eine Schleifscheibe verwendet auf deren Umfang die Hinterschliffkurve konvex abgebildet ist.
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine vorgegebene geometrische Form mit kompliziertem Verlauf,wie eine archimedische Hinterschliffkurve an Fräsern und Bohreren, mit möglichst hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Konturgenauigkeit und Oberflächenqualität zu erzeugen.
    Zur Lösung dieser Aufgabe, werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen.
  • Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Arbeitsprinzip sind die translatorischen Bewegungszyklen während des Schleifprozesses eleminiert, wodurch Schleifgeschwindigkeiten von 60 m/s und höher ermöglicht werden. Durch den Einsatz elektronischer Getriebe ist auch das Koppeln und Entkoppeln einander zugeordneter Achsen möglich, ohne daß die Abhängigkeitsbeziehungen zueinander verloren gehen. Dadurch können das Schrupp- oder Leistungsschleifen und das Schlicht- oder Qualitätsschleifen unter de jeweils optimalen Bedingungen und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es Zeigen:
    • Fig. 1
    Prinzipdarstellung der drei elektronisch gekoppelten Achsen von Abrichtrolle, Schleifscheibe und Werkstück.
    Fig. 2
    Eine vergrößerte Darstellung eines Teilausschnittes eines Gewindebohrers und den zugehörigen Hinterschliffgrößen.
    Fig. 3
    Schematische Darstellung einer Schleifvorrichtung und der zugehörigen Steuerung.
  • Die Schleifscheibe 1 ist an ihrem Umfang mit der dem zu schleifenden Werkstück 2 (Gewindebohrer) angepaßten Hinterschliffkurve versehen. Die Hinterschliffkurve der Schleifscheibe 1 wird durch die Diamant-Abrichtrolle 3 erzeugt. Hierzu wird die Diamant-Abrichtrolle 3 über entsprechende Antriebe in die jeweils gewünschte Lage zur rotierenden Schleifscheibe gebracht, wobei der Synchronlauf durch eine elektronische Steuerung sichergestellt wird. Die jeweilige Hubbewegung H der Abrichtrolle 3 entspricht dem der auf dem Schleifscheibenumfang gewünschten konvexen Hinterschliffkurve. Die Hinterschliffkurve kann auf dem Umfang der Schleifscheibe einmal oder auch mehrmals abgebildet werden. In Fig. 1 ist die 2-malige Abbildung angedeutet, während der Gewindebohrer über seinen Umfang vier Hinterschliffkurven aufweist.
  • Während der Profilierung der Schleifscheibe 1 führt somit lediglich die Abrichtrolle 3 neben der rotorischen Bewegung eine Hubbewegung aus. Beim eigentlichen Schleifprozess dagegen, rotieren die Schleifscheibe 1 und das Werkstück 2 synchronisiert um die feststehenden Rotationsachsen 4 bzw. 5 und die Schleifscheibe 1 vollzieht aufgrund der konvexen Profilierung ihres Umfanges eine relative Bewegung zur Werkstückachse.
  • Die auf der Schleifscheibe 2x aufgebrachte Hinterschleifkurve hat die Funktion r = f (ϑ, k) wobei k die Anzahl der konvexen Hinterschleifkurven auf 360° ist (im vorliegenden Falle = 2). Mit α ₁ ist ein Sicherheitsbereich angedeutet, während α ₂ den Sicherheitsbereich einschließlich Hinterschleifabschnitt und α ₃ einschließlich des Nutenabschnittes andeutet. Im Nutenabschnitt wird die Hinterschleifkurve wieder auf den Ausgangspunkt AS zurückgeführt.
  • In Fig. 2 ist in größerem Maßstab ein Kurvenverlauf und deren einzelne Abschnitte und Größen dargestellt, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist.
  • Die Hinterschliffgröße H bzw. h max sind innerhalb bestimmter Werte programmierbar.
  • Anhand der schematischen Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird nachfolgend der technologische Ablauf der Herstellung eines Gewindes mit Hinterschliff erläutert.
  • Zunächst werden die Achslagen von Diamant-Abrichtrolle 3 und Schleifscheibe 1 mittels einer CNC-Steuerung und eines elektronischen Getriebes über die zugehörigen Motore (M4 und M5 für die Diamant-Abrichtrolle 3 sowie M8 für die Schleifscheibe 1) und die Meßwertgeber WM5 bzw. WM8 in definierte Abhängigkeit synchronisiert und die Schleifscheibe mit der Hinterschleifkurve profiliert.
  • In einem ersten Arbeitsgang (Schruppschleifen) wird nunmehr das Gewinde in das Werkstück 2 geschliffen. Der Hinterschliff muß dabei noch nicht erfolgen. So wie vorher die Achslagen von Diamant-Abrichtrolle und Schleifscheibe in definierte Abhängigkeit zueinander gebracht wurden, werden jetzt auch die Motore M1 und M2 für die Werkstückbewegung und M8, M3 für die Schleifscheibenbewegung sowie die zugehörigen Meßwertgeber WM1, WM2, WM8 und WM3 in definierte Abhängigkeit gebracht. Synchronisation besteht zwischen M1 und M2. Bei gleichzeitigem Abrichten der Schleifscheibe und Hinterschleifen des Werkstückes müssen auch noch die Motore M5 und M8 in Synchronisation mit M1 und M2 sein und der Motor M4 aktiviert sein. Das Abrichten der Schleifscheibe mittels der Diamant-Abrichtrolle kann nach oder auch während des Schruppschleifens durchgeführt werden.
  • Das Gewinde wird in einem weiteren Arbeitsgang durch Schlichtschleifen mit der ein- oder mehrgängigen Schleifscheibe einschließlich Hinterschliff fertiggeschliffen. Dabei sind die Motore M2, M1, M3 und M8 sowie die zugeordneten Meßwertgeber in definierte Abhängigkeit gebracht und es besteht Synchronisation zwischen den Motoren M1, M2 und M8.
  • Nach dem Schlichtschleifen erfolgt der Werkstückwechsel, und das Schruppschleifen des neuen Werkstückes kann im wesentlichen ohne vorangegangenen Abrichtvorgang durchgeführt werden.
  • Der Werkstückwechsel erfolgt lageorientiert, indem mit dem ersten Schleifprozess die in Fig. 1 eingezeichneten Ausgangspunkte AW für das Werkstück und AS für die Schleifscheibe fixiert sind und die Bezugsbasis für alle Abhängigen Bewegungen bilden. Die Durchmesseränderungen der Schleifscheibe durch Verschleiß und Abrichten wird in der Automatisierungseinrichtung bei der Bestimmung der definierten Abhängigkeiten der gesteuerten Achsen berücksichtigt.
  • Durch ältere Vorschläge ist es bereits bekannt, mechanische Getriebe durch elektronische Getriebe zu ersetzen und eine elektronische Nachführung des Werkstückes gegenüber dem Werkzeug zu erreichen. Im Lageregelkreis des Werkstückes wird dabei ein der Drehung des Werkzeuges proportionale Größe als Sollwert vorgegeben. Gegebenenfalls werden auch noch weitere Bewegungen in weiteren Achsen des Werkzeuges additiv überlagert. Dabei soll auch die durch die physkialischen Verhältnisse bedingte Differenz zwischen momentaner Sollposition und gewünschter Istposition (Schleppabstand) durch eine errechnete repräsentative Korrekturgröße ausgeglichen werden, indem diese der Führungsgröße aufgeschaltet wird. Beim Gewindebearbeiten mehrgängiger Gewinde auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen ändert sich der Schleppabstand, wenn die Schnitte der einzelnen Gewindegänge nicht mit gleicher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Ein Ausgleich kann gemäß einer älteren Anmeldung erfolgen, indem man den augenblicklichen Drehwinkel um einen Wert kompensiert, der sich aus dem Schleppfehler des Vorschubes und der Gewindesteigung errechnet.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer archimedischen Hinterschleifkurve an ein Werkstück wie einem Fräser oder Gewindebohrer mittels einer Schleifscheibe, auf deren Umfang die Hinterschliffkurve ein- oder mehrmals mit Hilfe einer Abrichtrolle konvex abgebildet wird, und wobei die Profilform des Werkstückes durch Winkelsynchronlauf der Schleifscheibe mit dem Werkstück erzeugt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Abrichten der Schleifscheibe (1) und das Hinterschleifen des Werkstückes (2) gleichzeitig erfolgt, indem in Abhängigkeit vom Ablauf des Schleifprozesses über Antriebsmotore (M 1 und M 2) für die Werkstückbewegung, (M 3 und M 8) für die Schleifscheibenbewegung sowie (M 4 und M 5) für die Abrichtrollenbewegung Relativbewegungen zwischen den Achsen von Werkstück (2) Schleifscheibe (1) und Abrichtrolle (3) und Synchronisationsbedingungen vorgegeben werden, derart daß
    a) durch Winkelsynchronlauf der Schleifscheibe (1) mit dem Werkstück (2) und durch steigungssynchronen Vorschub der Längsachse des Werkstückes mit der Werkstückdrehung die Schleifscheibenform auf die Werkstückform übertragen wird,
    b) gleichzeitig die Abbildung der konvexen Profilform auf den Umfang der Schleifscheibe (1) durch definiert vorgegebene translatorische und rotatorische Relativbewegung der Abrichtrolle (3) auf den Schleifscheibenumfang erfolgt, wobei
    c) ein elektronisches Steuerungssystem den Winkel- und Wegsynchronlauf zwischen Schleifscheibendrehung, Werkstückdrehung und Vorschubbewegung in den gegebenen Lageachsen sicherstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
    eine der Achsen als Leitachse für die übrigen, bei verschiedenen Drehzahlen ohne geschwindigkeitsabhängigen Schleppabstandsversatz folgenden Bewegungen dient.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß
    der Synchronlauf-Startpunkt programmierbar und einstellbar ist.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß
    das Wegverhältnis der Leitachse zu den Folgeachsen programmierbar und einstellbar ist.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß
    der synchrone Mitlauf jeder Achse einzeln ein- bzw. ausschaltbar ist.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß
    die zeitweise Aufhebung der Synchronisationsbedingungen reversibel ist.
EP86104574A 1985-06-27 1986-04-03 Verfahren zum Umfangsprofilieren eines Werkstückes Expired - Lifetime EP0209634B1 (de)

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AT86104574T ATE73035T1 (de) 1985-06-27 1986-04-03 Verfahren zum umfangsprofilieren eines werkstueckes.

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DE19853522977 DE3522977A1 (de) 1985-06-27 1985-06-27 Verfahren zum umfangsprofilieren eines werkstueckes
DE3522977 1985-06-27

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EP0209634A2 EP0209634A2 (de) 1987-01-28
EP0209634A3 EP0209634A3 (en) 1989-05-10
EP0209634B1 true EP0209634B1 (de) 1992-03-04

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