EP0312830A1 - Verfahren zum Aussenrundschleifen von Werkstücken - Google Patents

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EP0312830A1 EP88116430A EP88116430A EP0312830A1 EP 0312830 A1 EP0312830 A1 EP 0312830A1 EP 88116430 A EP88116430 A EP 88116430A EP 88116430 A EP88116430 A EP 88116430A EP 0312830 A1 EP0312830 A1 EP 0312830A1
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    • 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
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • 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
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/04—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally

Definitions

  • the invention relates to a method for external cylindrical grinding of workpieces with a workpiece diameter (d w ), in which a grinding wheel with a grinding wheel peripheral speed (v s ) bears against the workpiece rotating in opposite directions with a workpiece peripheral speed (v w ) and the Grinding wheel and the workpiece with a feed speed (v fa ) are parallel to the axis of the workpiece relative to each other, wherein the grinding wheel rotates about an axis which is at an angle to the axis of the workpiece and the grinding wheel has a first and a second conical peripheral portion, such that the first circumferential section with a first surface abuts a helicoidal machining surface and the second circumferential section with a second surface abuts an axial circumferential surface of the workpiece.
  • the desired surface roughness can be specified in a wide range in the range of values mentioned.
  • a degree of coverage is determined from the desired surface roughness with the help of empirically obtained relationships as an auxiliary variable, which in turn allows the axial length of the first surface to be determined via the geometry and the operating parameters of the workpiece and grinding wheel. This length can then be adjusted by a suitable choice of the grinding wheel, so that only minimal radial compressive forces, which correspond to the axial length of the first surface, have to be used for the desired surface roughness.
  • a helicoidal machining surface 16 is located between the sections 12 and 13, the oversize being denoted by a.
  • the first and the second conical section 40, 41 form an angle of 90 ° to one another, while the third conical section 42 is slightly flatter than the second conical section 41.
  • the grinding wheel 30 lies against the workpiece 10 in such a way that the first conical section 40 (main cutting surface) with a first surface 44 abuts the helicoidal machining surface 16 and the second conical section 41 with a second surface 45 of the second, machined peripheral surface 15 of the workpiece 10.
  • the third conical section 42 its third surface 46 has a clearance angle 47 to the second, machined peripheral surface 15.
  • This degree of coverage (u) is a direct measure of the surface roughness that can be achieved (R z ) if the peripheral speed (v s ) of the grinding wheel 30 is also taken into account.
  • the dependency of the degree of coverage (u) on the surface roughness (R z ) can be represented by parameterization according to the circumferential speed (v s ) of the grinding wheel 30 in a family of curves, as is shown by way of example and extremely schematically in FIG. 2 for a specific material . It can be clearly seen from FIG. 2 that the surface roughness (R z ) becomes better, ie less, the greater the degree of coverage (u) the higher the peripheral speed (v s ) of the grinding wheel 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

Ein Verfahren dient zum Außenrundschleifen von Werkstücken (10). Eine Schleifscheibe (30) wird an das sich gegenläufig drehende Werkstück (10) angelegt und mit einer Vorschubgeschwindigkeit parallel zur Achse (11) des Werkstücks (10) zugestellt. Die Schleifscheibe (30) dreht sich um eine Achse (31), die unter einem Winkel (32) zur Achse (11) des Werkstücks (10) angestellt ist. Um bei hohen Zerspanungsleistungen Werkstückoberflächen von geringer Rauhigkeit, insbesondere ohne spiralförmige Oberflächenrillen zu erzeugen, wird zunächst aus einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit empirisch ein Überdeckungsgrad als Hilfsgröße ermittelt und dann mittels einer Formel die axiale Länge der ersen Oberfläche bestimmt und eingestellt. Das Verfahren wird in einem Wertebereich eingesetzt, bei dem Werkstückdurchmesser von 5 bis 250 mm auftreten, die Schleifscheibe (30) sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/s und das Werkstück sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 65 bis 200 m/s dreht und die axiale Zustellung mit einer Geschwindigkeit von 150 bis 2000 mm/min erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Außenrundschleifen von Werkstücken mit einem Werkstück-Durchmesser (dw), bei dem eine Schleifscheibe mit einer Schleifscheiben-Umfangsgeschwin­digkeit (vs) an dem sich gegenläufig mit einer Werkstück-­Umfangsgeschwindigkeit (vw) drehenden Werkstück anliegt und die Schleifscheibe und das Werkstück mit einer Vorschubge­ schwindigkeit (vf a) parallel zur Achse des Werkstücks relativ zueinander zugestellt werden, wobei die Schleifscheibe sich um eine Achse dreht, die unter einem Winkel zur Achse des Werk­stücks angestellt ist und die Schleifscheibe einen ersten und einen zweiten konischen Umfangsabschnitt aufweist, derart, daß der erste Umfangsabschnitt mit einer ersten Oberfläche an einer helikoidalen Zerspanungsfläche und der zweite Umfangs­abschnitt mit einer zweiten Oberfläche an einer axialen Um­fangsfläche des Werkstücks anliegt.
  • Verfahren der vorstehend genannten Art sind allgemein bekannt und werden in der Regel zum sogenannten "Einstechschleifen" eingesetzt. Beim herkömmlichen Einstechschleifen werden ver­hältnismäßig geringe Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe und Werkstück eingestellt, beispielsweise Umfangsgeschwindig­keiten in der Größenordnung von 40 m/s.
  • Es ist ferner bekannt, das vorstehend erläuterte Verfahren zum Schälschleifen einzusetzen, bei dem durch die axiale Vorschubbewegung der Außenumfang des Werkstücks von einem Rohmaß auf ein Sollmaß bei verhältnismäßig hohen Zerspanungs­leistungen abgeschliffen wird. Die axiale Vorschubgeschwindig­keit ist in diesem Falle außerordentlich gering und liegt im Bereich von einigen mm/min.
  • Andererseits ist ein Hochgeschwindigkeits-Schleifverfahren bekannt, bei dem eine Schleifscheibe von verhältnismäßig geringer Dicke (beispielsweise 8 mm) verwendet wird, die derart angestellt ist, daß sie mit einer Stirnfläche an einer radialen Schulterfläche des Werkstücks zwischen Rohmaß und Endmaß anliegt, während ihre Umfangs-Mantelfläche gegenüber der fertig bearbeiteten axialen Umfangsfläche des Werkstücks unter einem Freiwinkel angestellt ist.
  • Obwohl auch mit diesen bekannten Hochgeschwindigkeits-Schleif­verfahren verhältnismäßig hohe Zerspanungsleistungen erzielt werden können, hat dieses bekannte Verfahren den Nachteil, daß aufgrund der praktisch punktförmigen Anlage der Schleif­scheibe am Fußpunkt der radialen Stirnfläche des Werkstücks im Übergang zur bereits fertig bearbeiteten Umfangsfläche eine spiralförmig gerillte Oberfläche des Werkstücks entsteht, die für viele Anwendungen nicht akzeptabel ist.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei hohen Zerspanungsleistungen eine gleichmäßige fein bearbeitete Oberfläche ohne Oberflächenspiralen mit vorgegebener Oberflächengüte entsteht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit (Rz) des Werkstücks ein Überdeckungsgrad (u) der Schleifscheibe bestimmt und alsdann die axiale Länge (lN) der ersten Oberfläche nach der Beziehung:
    Figure imgb0001
     eingestellt wird, wobei (q) der Quotient (Vs/vw) der Umfangs­geschwindigkeiten von Schleifscheibe und Werkstück ist und vorzugsweise die folgenden Wertebereiche eingestellt sind:
    dw = 5 bis 250 mm
    vs = 100 bis 300 m/s
    vw = 65 bis 200 m/min
    vf a = 150 bis 2000 mm/min.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. In dem angestrebten Wertebereich mit den extrem hohen Umfangsgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwin­digkeiten können Zerspanungsleistungen erzielt werden, die den Zerspanungsleistungen klassischer spanabhebender Bear­beitungsverfahren mit definierter Schneidenoberfläche (Drehen, Fräsen) ebenbürtig sind. Dabei ergeben sich jedoch die Vorteile des Bearbeitungsverfahrens mit nicht-definierter Schneidenober­fläche (Schleifen), weil nämlich beim Schleifen lediglich sehr kleine kornartige Schleifspäne anfallen. Bei den anderen spanabhebenden Bearbeitungsverfahren mit definierter Schneiden­oberfläche, insbesondere beim Drehen, fallen im Gegensatz dazu verhältnismäßig große und lange Späne an, die sich beim Drehen als sogenannte Wickelspäne bemerkbar machen können und nach dem heutigen Entwicklungsstand eine automatisierte Ferti­gung mit Drehbearbeitung verhindern. Selbst bei modernen Drehmaschinen muß nämlich eine Überwachungsperson bereitstehen, um im Falle des Auftretens von Wickelspänen mittels eines Hakens das Werkstück von den Wickelspänen zu befreien.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein Stirnumfangs-­Schleifverfahren mit Längsvorschub, mit Zerspanung durch geometrisch unbestimmte Schneiden. Das Bearbeitungsaufmaß weist eine große Schnittiefe auf, die etwa 100 bis 1.000 mal größer ist als beim herkömmlichen Längsschleifen. Eine Haupt­schneidenfläche wirkt als Stirnseite des Schleifkörpers, wobei die axiale Zustellung etwa 10 bis 100 mal größer ist als beim herkömmlichen Längsschleifen. Beim Umfangsschliff wird durch eine Nebenschneidenfläche eine Glättwirkung erzielt, wobei die axiale Länge der Nebenschneidenfläche durch Qualifizierung der technologischen Wirkmechanismen bestimmt wird.
  • Da dies beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich ist, eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren völlig neue Perspektiven für automatisierte Fertigungen in Bereichen, die bislang eine Domäne der Dreh- und Fräsbearbeitung waren.
  • Von besonderem Vorteil ist dabei, daß in dem genannten Werte­bereich die gewünschte Oberflächenrauhigkeit in einem weiten Bereich vorgegeben werden kann. Aus der gewünschten Oberflächen­rauhigkeit wird nämlich mit Hilfe empirisch gewonnener Bezie­hungen als Hilfsgröße ein Überdeckungsgrad ermittelt, der seinerseits über die Geometrie und die Betriebsparameter von Werkstück und Schleifscheibe die axiale Länge der ersten Oberfläche zu ermitteln gestattet. Diese Länge kann dann durch geeignete Wahl der Schleifscheibe eingestellt werden, so daß für die jeweils gewünschte Oberflächenrauhigkeit nur minimale radiale Druckkräfte, die der axialen Länge der ersten Oberfläche entsprechen, aufgewendet werden müssen.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­stehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht von oben, stark schematisiert, zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • Fig. 2 eine Kurvenschar zur Erläuterung der empirischen Abhängigkeit des Überdeckungsgrades (u) von der Oberflächenrauhigkeit (Rz) und der Schleifscheiben­umfangsgeschwindigkeit (Vs).
  • In Fig. 1 bezeichnet 10 ein rotationssymmetrisches Werkstück, das eine Längsachse 11 aufweist. Ein erster Abschnitt 12 des Werkstücks 10 weist eine erste Umfangsfläche 13 mit einem Rohmaß auf. Ein zweiter Abschnitt 14 des Werkstücks 10 ist bereits bearbeitet und seine zweite Umfangsfläche 15 weist das gewünschte Endmaß auf.
  • Zwischen den Abschnitten 12 und 13 befindet sich eine helikoi­dale Zerspanungsfläche 16, wobei das Aufmaß mit a bezeichnet ist.
  • Das Werkstück 10, das einen Durchmesser (dw) aufweist, ist um die Achse 11 in Richtung eines ersten Pfeils 17 (Z-Achse) drehbar, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Drehzahl eingestellt wird, die einer Umfangsgeschwindigkeit von 65 bis 200 m/s bei Werkzeugdurchmessern (dw) von 5 bis 250 mm entspricht.
  • Das Werkstück 10 ist relativ zu einer Schleifscheibe 30 ver­fahrbar. Vorzugsweise wird das Werkstück 10 axial in Richtung eines zweiten Pfeils 35 verfahren. Die Vorschubgeschwindigkeit vf a des Werkstücks 10 beträgt dabei etwa 150 bis 2.000 mm/min. Das üblicherweise verwendete Koordinatensystem X-Y-Z ist ebenfalls in Fig. 1 eingetragen.
  • Die Schleifscheibe 30 weist eine Achse 31 auf, die unter einem Winkel 32 in der Größenordnung von 30° (vorzugsweise 26° 34′) zur Achse 11 des Werkstücks 10 angestellt ist. Die Schleif­scheibe 30 sitzt auf einer antreibbaren Welle 33, die sich in Richtung eines dritten Pfeils 34 um die Achse 31 dreht.
  • Bei einem Schleifscheibendurchmesser in der Größenordnung von 600 mm wird die Drehzahl der Schleifscheibe 30 so eingestellt, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit (vs) im Bereich von 100 bis 300 m/s liegt.
  • Die Schleifscheibe 30 weist, von ihren radialen Stirnflächen ausgehend, als Hauptschneidenfläche einen ersten konischen Abschnitt 40, als Nebenschneidenfläche einen zweiten konischen Abschnitt 41 und einen dritten konischen Abschnitt 42 auf.
  • Der erste und der zweite konische Abschnitt 40, 41 schließen zueinander einen Winkel von 90° ein, während der dritte konische Abschnitt 42 geringfügig flacher als der zweite konische Abschnitt 41 verläuft.
  • Wie aus Fig. 1 deutlich erkennbar ist, liegt die Schleifscheibe 30 derart am Werkstück 10 an, daß der erste konische Abschnitt 40 (Hauptschneidenfläche) mit einer ersten Oberfläche 44 an der helikoidalen Zerspanungsfläche 16 und der zweite konische Abschnitt 41 mit einer zweiten Oberfläche 45 an der zweiten, bearbeiteten Umfangsfläche 15 des Werkstücks 10 anliegt. Infolge des flacheren Verlaufs des dritten konischen Abschnitts 42 weist dessen dritte Oberfläche 46 zur zweiten, bearbeiteten Umfangsfläche 15 einen Freiwinkel 47 auf.
  • Die Anordnung ist so gewählt, daß der zweite konische Ab­schnitt 41 (Nebenschneidenfläche) mit seiner zweiten Oberfläche 45 über eine axiale Länge (lN) an der zweiten, bearbeiteten Umfangsfläche 15 des Werkstücks 10 anliegt.
  • Man kann nun einen Überdeckungsgrad (u) definieren, der dem Quotienten der axialen Länge (lN) der zweiten Oberfläche 45 zur Zustellung in Richtung des dritten Pfeils 35 entspricht, wobei diese Zustellung ihrerseits gleich dem Quotienten der Vorschubgeschwindigkeit (vf a) und der Drehzahl des Werkstücks ist.
  • Dieser Überdeckungsgrad (u) ist ein direktes Maß für die erzielbare Oberflächenrauhigkeit (Rz), wenn man die Umfangs­geschwindigkeit (vs) der Schleifscheibe 30 mit in die Überlegung einbezieht. Die Abhängigkeit des Überdeckungsgrades (u) von der Oberflächenrauhigkeit (Rz) läßt sich, unter Parametrierung nach der Umfangsgeschwindigkeit (vs) der Schleifscheibe 30 in einer Kurvenschar darstellen, wie sie für einen bestimmten Werkstoff beispielhaft und äußerst schematisiert in Fig. 2 dargestellt ist. Man erkennt aus Fig. 2 deutlich, daß die Oberflächenrauhigkeit (Rz) umso besser, d.h. geringer wird, je größer der Überdeckungsgrad (u) je höher die Umfangs­geschwindigkeit (vs) der Schleifscheibe 30 ist.
  • Wird nun eine bestimmte Oberflächenqualität eines Werkstücks gewünscht, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus der gewünschten Rauhigkeit (Rz) der zugehörige Überdeckungsgrad (u) unter Berücksichtigung der Umfangsgeschwindigkeit (vs) der Schleifscheibe 30 ermittelt werden. Dieser sich ergebende Überdeckungsgrad (u) wird nun in die folgende Formel:
    Figure imgb0002
     eingesetzt. Es ergibt sich dann die axiale Länge (lN), die gerade noch erforderlich ist, um bei den jeweils vorliegenden Betriebsparametern, nämlich den Umfangsgeschwindigkeiten (vs , vw) von Schleifscheibe 30 und Werkstück 10 dem Werkstück­durchmesser (dw) und der Vorschubgeschwindigkeit (vf a) die gewünschte Oberflächenrauhigkeit (Rz) zu erzeugen, wobei zu der o.g. Formel zu berücksichtigen ist, daß die dort genannte Hilfsgröße (q) dem Quotienten (vs/vw) der Umfangsgeschwindigkeit von Schleifscheibe 30 und Werkstück 10 entspricht.
  • Es versteht sich, daß das vorstehend erläuterte Verfahren nur als Beispiel für den Fall zu verstehen ist, daß bei vorgegebener Oberflächenrauhigkeit (Rz) die axiale Länge (lN) der zweiten Oberfläche 45 bestimmt und eingestellt werden kann. Selbstver­ständlich kann aber nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine andere Kombination von Verfahrensparametern vorgegeben bzw. eingestellt werden, wobei zur wechselseitigen Bestimmung der Verfahrensparameter die oben erläuterten empirischen Abhängigkeiten und Gleichungen verwendet werden, ohen daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Außenrundschleifen von Werkstücken (10) mit einem Werkstückdurchmesser (dw), bei dem eine Schleifscheibe (30) mit einer Schleifscheiben-Umfangs­geschwindigkeit (vs) an dem sich gegenläufig mit einer Werkstück-Umfangsgeschwindigkeit (vw) drehenden Werkstück (10) anliegt und die Schleifscheibe (30) und das Werk­stück (10) mit einer Vorschubgeschwindigkeit (vf a) parallel zur Achse (11) des Werkstücks (10) relativ zueinander zugestellt werden, wobei die Schleifscheibe (30) sich um eine Achse (31) dreht, die unter einem Winkel (32) zur Achse (11) des Werkstücks (10) angestellt ist und die Schleifscheibe (30) einen ersten und einen zweiten konischen Umfangsabschnitt (40, 41) aufweist, derart, daß der erste Umfangsabschnitt (40) mit einer ersten Oberfläche (44) an einer helikoidalen Zerspanungs­fläche (16) und der zweite Umfangsabschnitt (41) mit einer zweiten Oberfläche (45) an einer axialen Umfangs­fläche (15) des Werkstücks (10) anliegt, dadurch gekenn­zeichnet, daß aus einer vorgegebenen Oberflächenrauhig­ keit (Rz) des Werkstücks (10) ein Überdeckungsgrad (u) der Schleifscheibe (10) bestimmt und alsdann die axiale Länge (lN) der ersten Oberfläche (45) nach der Beziehung:
Figure imgb0003
 eingestellt wird, wobei (q) der Quotient (vs/vw) der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe (30) und Werkstück (10) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Wertebereiche eingestellt sind:
dw = 5 bis 250 mm
vs = 100 bis 300 m/s
vw = 65 bis 200 m/min
vf a = 150 bis 2000 mm/min.
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