EP0346425B1

EP0346425B1 - Verfahren zum abrichten einer schleifscheibe

Info

Publication number: EP0346425B1
Application number: EP89900576A
Authority: EP
Inventors: Horst Josef Wedeniwski
Original assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2008-12-21
Also published as: DE3889655D1; WO1989005711A1; EP0346425A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks durch Erzeugen des eine Haupt- und eine Nebenschneidefläche sowie gegebenenfalls eine Freifläche aufweisenden Umfangsprofils einer Schleifscheibe, bei dem eine Abrichtrolle mittels einer numerisch gesteuerten Mehrkoordinaten-Bewegungseinheit entlang einer rohen Oberfläche der Schleifscheibe zur Erzeugung eines vorgegebenen Umfangsprofils der Schleifscheibe bewegt wird, sowie durch nachfolgendes Hochgeschwindigkeits-Schälschleifen des Werkstücks mit hohem Zeitspanungsvolumen, bei welchem Schälschleifen die Hauptschneidefläche der Schleifscheibe mit großer axialer Vorschubgeschwindigkeit einen helikoidalen Übergang zwischen Rohmaß und Fertigmaß erzeugt, und die Nebenschneidefläche auf dem Fertigmaß des Werkstücks aufliegt.
Es ist bekannt, Schleifscheiben an ihren bearbeitenden Umfangsflächen mit einem vorgegebenen Umfangsprofil zu versehen, um vorgegebene Umfangsprofile von Werkstücken in einem Arbeitsgang schleifen zu können. So kann man beispielsweise beim Einstechschleifen eine Ringnut vorgegebener Breite und mit vorgegebener Hohlkehle im Übergang von der zylindrischen Grundfläche zu den radialen Seitenflächen dadurch in einem einzigen Arbeitsgang schleifen, daß man die Schleifscheibe an ihrem Außenumfang mit einem Umfangsprofil versieht, das gerade den Abmessungen der Kontur der Ringnut entspricht. Entsprechendes gilt für verschiedene Außenrundschleifvorgänge, bei denen z.B. Büchsen, Flansche und dgl. mit nahezu beliebigen rotationssymmetrischen Konturen in einer Aufspannung geschliffen werden, indem man zuvor die Schleifscheibe mit einem entsprechenden negativen Umfangsprofil versieht.
Allgemeine Verfahren der vorstehend genannten Art sind aus dem "Handbuch der Fertigungstechnik" von G. Spur und Th. Stöferle, Band 3/2, Carl Hanser Verlag, München, 1980, Seite 151 bis 157 bekannt.
Um das gewünschte Umfangsprofil an der Schleifscheibe zu erzeugen, gibt man der numerisch gesteuerten Mehrkoordinaten-Bewegungseinheit der Abrichtrolle einen Datensatz ein, der den Raumkoordinaten des zu schleifenden Werkstückprofils entspricht. In Abhängigkeit von dem Datensatz wird dann die Abrichtrolle so über die Umfangsfläche der Schleifscheibe geführt, daß das gewünschte Umfangsprofil entsteht. Auf diese Weise ist es möglich, Schleifscheiben für eine bestimmte Bearbeitungsaufgabe vorzubereiten oder zwischen aufeinanderfolgenden gleichartigen Bearbeitungsvorgängen abzurichten.
Es ist andererseits bekannt, in der numerischen Steuerung einer Schleifmaschine, d.h. bei der Einstellung des Bewegungsablaufs zwischen Werkstück und Schleifscheibe, Verfahrensparameter in die Steuerung mit einzubeziehen, um den Schleifvorgang auf diese Weise zu optimieren. So ist es bekannt, in eine numerische Steuerung der Schleifmaschine Datensätze einzugeben, welche die Geometrie des Werkstücks wiedergeben, dessen Materialeigenschaften, die angestrebte Oberflächengüte des Werkstücks sowie Materialeigenschaften der Schleifscheibe selbst. Die numerische Steuerung der Schleifmaschine berechnet daraus die Steifigkeit und damit die Nachgiebigkeit des Werkstücks. Bekannte Steuerungen haben ferner die Eigenschaft, die Steifigkeit der Schleifmaschine selbst zu berücksichtigen und auf diese Weise insgesamt zu ermitteln, welcher Druck auf das Werkstück ausgeübt werden darf, um die vorgegebenen Parameter, insbesondere Maßhaltigkeit und Oberflächengüte, zu erzielen.
Aus der GB-A-986 427 ist ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks bekannt, bei dem eine Schleifscheibe mit konusförmigem Schleifbereich eingesetzt wird. Die Länge des konusförmigen Schleifbereichs macht etwa die Hälfte der Schleifscheibenbreite aus. Die genannte Länge wird durch den Konuswinkel und die Gesamtschnittiefe sowie wiederum durch die Spänetiefe und den Vorschub pro Schleifscheibenumdrehung bestimmt. Da die Gesamtbreite der Schleifscheibe während eines Prozesses konstant ist, wird somit die Länge der Nebenschneidefläche entgegengesetzt zur Konuslänge in Abhängigkeit von den genannten Parametern dimensioniert.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art daningehend weiterzubilden, daß bereits beim Abrichten der Schleifscheibe und nicht erst beim Schleifen Spezifikationen eines Schleifvorganges berücksichtigt werden können, so daß hierdurch die Gesamtsteuerung der Schleifmaschine, insbesondere der Bewegungsablauf während des Schleifvorgangs, unbeeinflußt bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwecks Vorgabe des Umfangsprofils in Abhängigkeit der Ausführungsbedingungen des nachfolgenden, mittels der Schleifscheibe an dem Werkstück auszuführenden Hochgeschwindigkeits-Schälschleifvorganges, nämlich eines als Maß der zu erzielenden Oberflächengüte vorgegebenen Rauhtiefenwertes sowie von den die Schleif-Verhältnisse bestimmenden Prozeßparametern, insbesondere des Überdeckungsgrades der Nebenschneidefläche bei Rotation des Werkstücks, des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe und Werkstück, des Durchmessers des Werkstücks, der axialen Zustellgeschwindigkeit von Werkstück relativ zur Schleifscheibe und der Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe, die axiale Länge der Nebenschneidefläche dimensioniert wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil erstmalig eine Abrichtstrategie eingesetzt wird, bei der in die Formgebung der Schleifscheibe nicht nur die Werkstückgeometrie sondern auch Prozeßparameter, d.h. Bahngeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten, Materialeigenschaften, Oberflächengüten und dgl. eingehen. Auf diese Weise wird eine völlig neue Dimension der Steuerung von Schleifvorgängen zur Verfügung gestellt, weil man sich, wie bereits erwähnt wurde, bisher darauf beschränkt hat, den Abrichtvorgang an der Schleifscheibe ausschließlich im Lichte der Werkstückgeometrie zu sehen und eine prozeßparameterabhängige Steuerung lediglich für den Bewegungsablauf der Schleifmaschine selbst, nicht jedoch für den Bewegungsablauf der Abrichtrolle, vorzusehen.
Praktische Versuche haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen neuartigen Abrichtstrategie bereits vor Beginn des eigentlichen Schleifvorgangs, d.h. vor Beginn der Werkstückbearbeitung, die erforderlichen Einflußgrößen berücksichtigt werden können, so daß die nachfolgende numerische Steuerung der Werkzeugmaschine entsprechend einfacher gestaltet werden kann. Dies wirkt sich vor allem auch deshalb aus, weil die Bewegungseinheiten für eine Abrichtrolle aufgrund der geringeren zu bewegenden Massen wesentlich einfacher herzustellen und zu handhaben sind als die Bewegungseinheiten der Schleifscheiben- sowie der Werkstückspindel.
Bei der Erfindung wird ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifscheibe für einen nachfolgenden Hochgeschwindigkeits-Schälschleifvorgang (Außenrundschleifen mit hohem Zeitspanungsvolumen) eingesetzt, bei dem eine Hauptschneidefläche der Schleifscheibe mit großer axialer Vorschubgeschwindigkeit einen helikoidalen Übergang zwischen Rohmaß und Fertigmaß erzeugt und eine Nebenschneidefläche auf dem Fertigmaß des Werkstücks aufliegt. Erfindungsgemäß wird in diesem Falle die axiale Lage der Nebenschneidefläche in Abhängigkeit von den Prozeßparametern eingestellt.
Dies hat den Vorteil, daß für diesen Anwendungsfall die Formgebung der Schleifscheibe so optimiert werden kann, daß für eine vorgegebene Oberflächengüte ein Schleifvorgang eingestellt wird, der die gewünschte Oberflächengüte bei minimaler Bearbeitungszeit erzeugt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die axiale Länge der Nebenschneidefläche nach der Beziehung:

dimensioniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei unterschiedlichen Bauformen von Schleifscheiben anwenden, bei denen entweder die Schleifscheibenachse zur Achse des Werkstücks geneigt oder aber zu dieser parallel verläuft.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Umfangsprofil der Schleifscheibe derart erzeugt, daß die Hauptschneidefläche mit der Achse des Werkstücks einen Winkel von 90° einschließt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß im wesentlichen axiale Kräfte auf das Werkstück ausgeübt werden, so daß sowohl die Wärmeentwicklung wie auch die Durchbiegung des Werkstücks infolge radialer Belastung minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber mit Vorteil auch bei solchen Gegebenheiten einsetzen, bei denen die Hauptschneidefläche derart erzeugt wird, daß sie entlang einer zu einer radialen Richtung geneigten Richtung am helikoidalen Übergang anliegt.
Zwar entstehen bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens größere Radialkräfte, man hat jedoch mit dem Neigungswinkel der Hauptschneidefläche einen weiteren frei wählbaren Parameter zur Verfügung, um den Schleifvorgang zu optimieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine äußerst schematisierte Gesamtansicht einer Schleifmaschine zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2: in stark vergrößertem Maßstab den Eingriffsbereich einer Schleifscheibe beim HochgeschwindigkeitsSchälschleifen zur Erläuterung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3: eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4: eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch für eine noch andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Schleifmaschine üblicher Bauart, bei der eine Schleifspindel 11 eine Schleifscheibe 12 um eine Schleifscheibenachse 13 mit einer Drehzahl n_s dreht. Unter Berücksichtigung eines Schleifscheibendurchmessers d_s ergibt sich daraus eine Bahngeschwindigkeit v_s am Außenumfang der Schleifscheibe 12.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schleifscheibenachse 13 um einen Winkel 14 zu einer Werkstückachse 15 geneigt, wie dies an sich bekannt ist.
Ein Werkstück 20 ist zwischen einem üblichen Spannfutter 21 einer Werkstückspindel und einer Körnerspitze 22 eingespannt.
Das Werkstück 20 kann mittels eines in Fig. 1 nicht näher dargestellten Antriebs mit einer axialen Vorschubgeschwindigkeit v_z entlang seiner Achse verschoben werden. Es versteht sich, daß alternativ dazu auch das Werkstück 20 stillstehen und die Schleifscheibe 12 in Richtung der Werkstückachse 15 verschoben werden kann, wenn dies im Einzelfall günstiger ist.
Das Werkstück 20 wird vom Spannfutter 21 mit einer Drehzahl n_w gedreht, was bei einem Werkstückdurchmesser d_w zu einer Bahngeschwindigkeit v_w an der Peripherie des Werkstücks 20 führt.
Mit M sind in Fig. 1 die Materialeigenschaften des Werkstücks 20 bezeichnet, also insbesondere dessen Elastizitätsmodul, Zähigkeit usw., während mit O eine angestrebte Oberflächengüte am bearbeiteten Werkstück 20 symbolisiert werden soll.
Die Schleifscheibe 12 ist zunächst mit rohen, konischen Oberflächen 30 und 31 versehen, von denen jeweils Mantellinien parallel bzw. senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 20 verlaufen.
Um die rohen Oberflächen 30, 31 mit einem gewünschten Umfangsprofil zu versehen, ist eine Abrichtrolle 40 vorgesehen. Die Abrichtrolle 40 ist bevorzugt von doppelkonischer Gestalt mit zwei Konusflächen 41, 42, die sich entlang einer Umfangslinie 43 unter einem spitzen Winkel schneiden. Im Bereich der Umfangslinie 43 ist die Abrichtrolle 40 mit Diamanten 44 besetzt. Eine Welle 45 der Abrichtrolle 40 ist an eine Antriebsverbindung 46 angeschlossen, die zu einem Drei-Koordinaten-Antrieb 47 führt.
Der Antrieb 47 ist so ausgelegt, daß er nicht nur die Drehzahl n der Abrichtrolle 40 sondern auch deren Lage im Raum nach drei Raumkoordinaten beliebig einstellen kann.
So kann der Antrieb 47 über die Verbindung 46 die Abrichtrolle 40 beispielsweise in Fig. 1 in der Vertikalen bewegen, wie mit einem Pfeil 48 angedeutet. In diesem Falle kann die Abrichtrolle 40 die rohe Oberfläche 30 der Schleifscheibe 12 abrichten.
Der Antrieb 47 kann über die Antriebsverbindung 46 die Abrichtrolle 40 aber auch beispielsweise um 90° drehen und in einer zur Werkstückachse 15 parallelen Richtung verfahren, wie mit einem Pfeil 49 in Fig. 1 angedeutet. Mit einer derartigen Bewegungsbahn kann dann die zweite rohe Oberfläche 31 der Schleifscheibe 12 bearbeitet werden.
Es versteht sich jedoch, daß neben diesen einfachen linearen Bewegungsvorgängen der Abrichtrolle 40 auch beliebige geneigte oder gekrümmte Bewegungsbahnen ausgeführt werden können, wie dies von Mehrkoordinatenantrieben an sich bekannt ist.
Zur Steuerung des Antriebs 47 dient ein Steuergerät 55, das über eine Vielzahl von Eingängen 56 sowie über einen Ausgang 57 verfügt, der mit dem Antrieb 47 verbunden ist.
An den Eingängen 56 liegen Signale an, die beispielsweise durch manuelle digitale Vorwahl oder aber auch durch Sensoren als Zustandsparameter erfaßt wurden.
Aus den Eingangssignalen ermittelt das Steuergerät 55 ein Umfangsprofil für die Schleifscheibe 12, das dann nachfolgend durch Betätigen des Antriebs 47 mittels der Abrichtrolle 40 an der Schleifscheibe 12 erzeugt wird.
Fig. 2 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel eines derartigen Abrichtvorganges.
Das Werkstück 20 ist in der Darstellung der Fig. 2 bereits teilweise bearbeitet und man erkennt in der linken Hälfte der Fig. 2 mit 60 ein Rohmaß des noch unbearbeiteten Werkstücks 20, während in der rechten Hälfte der Fig. 2 mit 61 ein Fertigmaß symbolisiert ist.
Die Schleifscheibe 12 ist bei dieser Variante mit drei konischen Oberflächen 62, 63, 64 versehen. Die erste konische Oberfläche 62 dient in diesem Fall als Hauptschneide, die zweite konische Oberfläche 63 als Nebenschneide und die dritte konische Oberfläche 64 als nicht im Eingriff befindliche Rückfläche der Schleifscheibe 12. Durch die Wirkung der Hauptschneidefläche 62 entsteht ein helikoidaler Übergang 66 zwischen Rohmaß 60 und Fertigmaß 61. Je nachdem, wie die Drehzahl n_w und die vorschubgeschwindigkeit v_z eingestellt werden, ergibt sich eine Überdeckung u, d.h. die Steigung des von der Hauptschneidefläche 62 erzeugten schraubenförmigen helikoidalen übergangs 66.
Die Nebenschneidefläche 63 liegt über eine axiale Länge l_N auf dem Fertigmaß 61 des Werkstücks 20 auf.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Hauptschneidenwinkel mit 90° angesetzt, so daß die Hauptschneidefläche 62 entlang einer radialen Linie am helikoidalen übergang 66 anliegt. Die dritte konische Oberfläche 64 schließt mit dem Fertigmaß 61 des Werkstücks 20 hingegen einen Freiwinkel κ' ein.
Die zuvor erläuterte Abrichtstrategie geht nun so vor, daß sie aus den genannten Prozeßparametern vorzugsweise die Länge l_N der Nebenschneidefläche 63 und ggf. zusätzlich die Winkel κ und κ' ermittelt, so daß die Abrichtrolle 40 dann das sich daraus ergebende Umfangsprofil an der Schleifscheibe 12 erzeugen kann.
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Bearbeitungsvorgang kann bevorzugt mit folgenden Parametern ablaufen:
Als Abrichtwerkzeug werde eine Diamantformrolle mit der Bezeichnung SG71P-200-1,7 verwendet. Die Rolle habe einen Durchmesser D_R von 200 mm. Die Korngröße d_K der Diamanten betrage 200 µm. Die Kornverteilung sei statistisch gestreut. Die Packungsdichte betrage 50 Δ /cm³ im Positivverfahren. Die Bindung sei galvanisch und die Belagdicke sei einschichtig 0,85 x2, wobei die Belaghöhe 10 mm beträgt.
Als Schleifwerkzeug werde eine CBN-Schleifscheibe mit der Typenbezeichnung B 151MSS387V420 verwendet. Der Schleifscheibendurchmesser D_s betrage 600 mm. Die Korngröße d_K der CBN-Körner betrage 151 µm. Es bestehe eine metallische Bindung MSS mit einer Konzentration von 42 % Vol. Der Grundkörper der Schleifscheibe bestehe aus Stahl und der Kantenradius r betrage 2 mm.
Für den Schleifprozeß seien eine Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit v_s von 140 m/s, ein Werkstückdurchmesser d_w von 30 mm, ein Aufmaß a von 1 mm, eine Bearbeitungslänge L von 120 mm, eine Oberflächengüte R_a von 0,8 µm vorgegeben und das Material des Werkstückes sei normal zerspanbar mit einem Kennwert q von 70.
Der Kennwert q bezeichnet das Geschwindigkeitsverhältnis von Schleifscheibe und Werkstück. Dieser Kennwert wird nach der Zerspanbarkeit des Werkstoffes des Werkstückes bestimmt. Die Zerspanbarkeit metallischer Werkstoffe wird wesentlich von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Gefügeausbildung beeinflußt. Die Gefügeausbildung hängt wiederum von der Herstellung des Werkstoffes (Gießen, Warm- oder Kaltumformung) sowie von angewandten Nachbehandlungen (Härten, Glühen) ab. Die Werkstoffe mit hohem Legierungsgehalt, die zusätzliche Carbide enthalten, ergeben durch unterschiedliches Verformungsvermögen verschiedene Spanarten, die das Verhalten der Zerspanbarkeit bestimmen. Kurzspanende oder langspanende Werkstoffe lassen sich sinnvoll nach dem Geschwindigkeitsverhältnis zuordnen, wenn man die Zerspanbarkeit anhand der Härte und Zähigkeit betrachtet. Vergleicht man die Zerspanbarkeit der verschiedenen Werkstoffe nach diesem Kriterium, so ergibt sich mit steigendem Gehalt an Carbiden (Zementit) und ein quasi homogenes Feingefüge (Martensit) ein größeres Geschwindigkeitsverhältnis.
In der Praxis kann man für das Geschwindigkeitsverhältnis q folgende Bereiche definieren:
56 < q ≦ 70 für schwer zerspanbare Werkstoffe
70 < q ≦ 140 für normal zerspanbare Werkstoffe
140 < q ≦ 280 für gut zerspanbare Werkstoffe.
Bei dem vorliegenden Beispielsfall wird die Geometrie der Schleifscheibe durch den erfindungsgemäßen Abrichtvorgang dadurch definiert, daß eine Länge l_N der Nebenschneide eingestellt wird. Dies geschieht im vorliegenden Beispiel nach der Beziehung:

Bei diesem Ausdruck ist q, wie erwähnt, das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe und Werkstück. Für die nachfolgende Beispielsrechnung sei q = 70 angenommen.
Die Größe d_w ist der Werkstückdurchmesser und für das nachfolgende Beispiel werde von einem Wert d_w = 30 mm ausgegangen.
Die Größe v_s ist die Schleifscheiben-Umfangsgeschwindigkeit. Für das nachfolgende Beispiel wird von einem Wert v_s = 140 m/s ausgegangen.
Mit U ist in der oben angegebenen Beziehung der sogenannte Überdeckungsgrad bezeichnet, der sich deswegen ergibt, weil die Nebenschneide der Länge l_N bei Rotation des Werkstückes und axialer Zustellung jeweils Bereiche erfaßt, die bei der vorhergehenden Umdrehung des Werkstückes ebenfalls teilweise bereits von der Schleifscheibe erfaßt worden waren. Für den Überdeckungsgrad U gilt die Beziehung:

In dieser Beziehung ist r der Kantenradius des Schleifwerkzeuges, und für das vorliegende Beispiel sei von einem Wert r = 2 mm ausgegangen.
Mit R_t ist die angestrebte Rauhtiefe des geschliffenen Werkstückes bezeichnet und für das nachfolgende Beispiel wird von einem Wert R_t = 6,4 µm ausgegangen.
Der Wert k ist eine dimensionsbehaftete Konstante, die für das vorliegende Berechnungsbeispiel mit k = 1 mm/Umdrehung angenommen wird.
Aus den vorstehend genannten Größen errechnet sich dann ein Überdeckungsgrad U = 3,125.
In der oben angegebenen Beziehung für die Lange l_N der Nebenschneide ist v_fa die axiale Zustellgeschwindigkeit, für die die Beziehung:

gilt.
In dieser Beziehung ist n_w die Werkstückdrehzahl. Wenn die Schleifscheiben-Umfangsgeschwindigkeit v_s mit dem Betrag 140 m/s angenommen wird und das Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis q einen Wert von 70 hat, so ergibt dies eine Werkstückumfangsgeschwindigkeit v_w von 2 m/s. Mit einem Werkstückdurchmesser d_w von 30 mm errechnet sich dann nach den bekannten Beziehungen die Werkstückdrehzahl n_w = 1273,88 Umdrehungen/Minute.
Mit dem vorstehend angegebenen Wert und der bereits erläuterten Konstante k = 1 mm/Umdrehung errechnet sich dann die axiale Zustellgeschwindigkeit zu v_fa = 636,94 mm/min..
Setzt man die berechneten Werte des Überdeckungsgrades U und der axialen Zustellgeschwindigkeit v_fa in die oben angegebene Beziehung für die Länge l_N der Nebenschneide ein, so ergibt sich schlußendlich ein Wert:
l_N = 1,562 mm.
Der Freiwinkel κ' wird in der Praxis so klein wie möglich eingestellt, beispielsweise mit einem Winkel κ' = 1°. Der Grund dafür, den Freiwinkel κ' so klein einzustellen, ist folgender:
Die Schleifscheibe wird bei dem Verfahren nicht nur ein einziges Mal zugestellt, bevor sie überhaupt in den Einsatz gelangt, sie muß vielmehr auch später während des Einsatzes, wie allgemein üblich, abgerichtet werden, damit die Schleifeigenschaften der Schleifscheibe auch nach längerer Benutzung erhalten bzw. wieder hergestellt werden.
Wenn nun aber die Schleifscheibe im Bereich der Nebenschneide in eine Richtung senkrecht zu dieser abgerichtet wird, so vergrößert sich die Länge l_N der Nebenschneide, weil sich an die Hebenschneide rückwärtig der weitere Abschnitt unter dem Freiwinkel κ' anschließt. Um zu erreichen, daß die Länge l_N der Nebenschneide konstant bleibt, muß daher zusätzlich die Hauptschneide abgerichtet werden, um auf diese Weise die axiale Länge l_N der Nebenschneide wieder zu verkürzen. Man kann nun zeigen, daß bei gleich großer Zustellung des Abrichtwerkzeuges an der Hauptschneide und an der Nebenschneide, wie dies ohnehin aus technologischen Gründen gewünscht wird, die Länge l_N der Nebenschneide dann unverändert bleibt, wenn der Freiwinkel κ' so klein wie möglich eingestellt wird, beispielsweise im Bereich 1° bis 3°.
Für die Steuerung des Schleifwerkzeuges werden daher im genannten Beispielsfall die Größen l_N = 1,562 mm und κ' = 1° vorgegeben.
Beim Abrichten beträgt die Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit v_sd zweckmäßigerweise etwa 30 m/s. Das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe und Abrichtrolle q_D wird zum Beispiel auf den Wert 0,8 festgelegt. Bei diesen Werten ergibt sich eine Oberflächenstruktur der Schleifscheibe, die gerade der gewünschten Wirkrauhtiefe R_t von 6,4 µm entspricht.
Unter Berücksichtigung eines Schleifscheibendurchmessers D_s von 600 mm errechnet sich aus der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit v_sd und dem Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis q_D eine Schleifscheibendrehzahl n_s von 955,42 min⁻¹. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abrichtrolle v_R berechnet sich in entsprechender Weise zu 24 m/s. Die Drehzahl der Abrichtrolle berechnet sich dann mit einem Rollendurchmesser D_R von 200 mm zu 2293 min⁻¹.
Die Werte für die axiale und die radiale Zustellung ergeben sich in der Praxis aus der Korngröße d_K, die im vorliegenden Falle 0,2 mm betragen kann, multipliziert mit einem konstanten Faktor. Die axiale Zustellung s_D ergibt sich dann mit einem Faktor 0,4 zu 0,08 und die radiale Zustellung a_D in entsprechender Weise zu 0,005.
Aus der axialen Zustellung s_d pro Schleifscheibenumdrehung und der Schleifscheibendrehzahl n_s errechnet sich dann die Zustellgeschwindigkeit der Abrichtrolle v_fd zu 76,43 mm/min.
Mit den vorstehend für einen Beispielsfall errechneten Werten steuert nun die Schleifmaschine mit dem Steuergerät 55 die Abrichtrolle 40 beispielsweise aus einer Position in Fig. 1 rechts von der Schleifscheibe 12 in einen Punkt, der in Verlängerung der dritten konischen Oberfläche 64 der Schleifscheibe 12 liegt. In dieser Position werden die Schleifscheibe 12 und die Anrichtrolle 40 in Rotation versetzt und gleichzeitig ein Kühlmittel zugeführt. Aus dem ersten Punkt in Verlängerung der dritten konischen Oberfläche 64 wird nun die Abrichtrolle 40 in einer X-Z-Steuerung entlang der dritten konischen Oberfläche 64 geführt, bis ein Punkt am Übergang von der dritten konischen Oberfläche 64 zur zweiten konischen Oberfläche 63, d.h. der Nebenschneide, erreicht ist. Die Schleifscheibe wird nun entlang der Nebenschneide über die Länge l_N geführt und zwar in Z-Richtung, wie mit dem Pfeil 49 in Fig. 1 angedeutet. Nach Durchlaufen der Länge l_N wird die Steuerung wiederum umgeschaltet, so daß die Abrichtrolle 40 in X-Richtung, d.h. in Richtung des Pfeiles 48 in Fig. 1 entlang der Hauptschneide 30 verfahren wird.
Das Steuergerät 55 verfährt nun die Abrichtrolle 40 im Eilgang wieder zurück an den Ausgangspunkt.
Die auf diese Weise konditionierte Schleifscheibe 12 wird nun zum Hochgeschwindigkeits-Umfangsschleifen eingesetzt, wobei sich aus den bekannten Beziehungen für das bezogene Zeitspanvolumen Q'_w ein Wert von 981,05 mm³/mm s ergibt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit v_w des Werkstückes bei 2 m/s und demzufolge die Drehzahl n_w des Werkstückes bei 1273,88 U/min. liegt. Daraus ergibt sich die Zustellung pro Durchgang a_e mit 0,5 mm, woraus folgt, daß bei dem vorgegebenen Aufmaß von 1 mm insgesamt zwei Durchgänge erforderlich sind.
Aufgrund der Länge l_N der Nebenschneide von 1,562 mm ergibt sich dann bei den genannten Prozeßparametern gerade die gewünschte Oberflächengüte.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 besteht ein Unterschied insofern, als der Hauptschneidenwinkel κ nicht mehr 90° sondern beispielsweise 45° beträgt, so daß der helikoidale Übergang 66' als schraubenförmig gewundene Konusfläche entsteht. In diesem Falle hat man durch freie Wahl des Hauptschneidenwinkels α noch einen dritten Parameter neben l_N und α', um optimale Verfahrensbedingungen zu erzeugen.
Schließlich zeigt Fig. 4 noch eine weitere Variante, die sich von den bisher geschilderten dadurch unterscheidet, daß die Schleifscheibenachse parallel zur Werkstückachse verläuft. Infolgedessen ist die Nebenschneidefläche 63'' eine kreiszylindrische Umfangsfläche. Die Hauptschneidefläche 62'' kann, wie in Fig. 4 dargestellt, eine konische Fläche sein, so daß ein Hauptschneidenwinkel α entsteht, der kleiner als 90° ist. Selbstverständlich kann aber die Hauptschneidefläche bei diesem Ausführungsbeispiel eine radiale, d.h. ebene, Fläche sein, so daß sich auch hier ein Hauptschneidenwinkel α von 90° einstellen würde.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele nur eine kleine Auswahl aus den möglichen alternativen Lösungen darstellen, die im Rahmen der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung realisiert werden können. Es versteht sich ferner, daß sich die geschilderten Ausführungsbeispiele auf den Fall der Bearbeitung von metallischen Werkstücken, insbesondere Wellen, Zapfen und dgl., beziehen, durch geeignete Einstellung der Prozeßgrößen läßt sich jedoch auch eine Anpassung an andere Werkstückarten vornehmen.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell unabhängig davon, welche Art von Schleifscheiben verwendet wird. Allerdings ist bei dem angestrebten Hochgeschwindigkeits-Schälschleifverfahren, bei dem die Differenz von Rohmaß 60 und Fertigmaß 61 in der Größenordnung von einigen Millimetern liegen kann, eine Schleifscheibe 12 bevorzugt, die zumindest an ihrem Umfang mit CBN-Kristallen (CBN = cubic boron nitride) versehen ist.

Claims

Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks (20) durch Erzeugen des eine Haupt- und eine Nebenschneidefläche (62, 63) sowie gegebenenfalls eine Freifläche (64) aufweisenden Umfangsprofils einer Schleifscheibe (12), bei dem eine Abrichtrolle (40) mittels einer numerisch gesteuerten Mehrkoordinaten-Bewegungseinheit (46, 47) entlang einer rohen Oberfläche (30, 31) der Schleifscheibe (12) zur Erzeugung eines vorgegebenen Umfangsprofils der Schleifscheibe (12) bewegt wird, sowie durch nachfolgendes Hochgeschwindigkeits-Schälschleifen des Werkstücks (20) mit hohem Zeitspanungsvolumen, bei welchem Schälschleifen die Hauptschneidefläche (62) der Schleifscheibe (12) mit großer axialer Vorschubgeschwindigkeit (v_z) einen helikoidalen Übergang (66) zwischen Rohmaß (60) und Fertigmaß (61) erzeugt, und die Nebenschneidefläche (63) auf dem Fertigmaß (61) des Werkstücks (20) aufliegt, dadurch gekennzeichent, daß zwecks Vorgabe des Umfangsprofils in Abhängigkeit der Ausführungsbedingungen des nachfolgenden, mittels der Schleifscheibe (12) an dem Werkstück (20) auszuführenden Hochgeschwindigkeits-Schälschleifvorganges, nämlich eines als Maß der zu erzielenden Oberflächengüte vorgegebenen Rauhtiefenwertes (R_z) sowie von den die Schleifverhältnisse bestimmenden Prozeßparametern, insbesondere des Überdeckungsgrades (U) der Nebenschneidefläche (63) bei Rotation des Werkstücks (20), des Verhältnisses (q) der Umfangsgeschwindigkeiten von Schleifscheibe (12) und Werkstück (20), des Durchmessers (d_w) des Werkstücks (20), der axialen Zustellgeschwindigkeit (v_fa) von Werkstück (20) relativ zur Schleifscheibe (12) und der Umfangsgeschwindigkeit (v_s) der Schleifscheibe (12), die axiale Länge (l_N) der Nebenschneidefläche (63) dimensioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (l_N) der Nebenschneidefläche (63) nach der Beziehung:
dimensioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umfangsprofil (62 bis 64) der Schleifscheibe (12) derart erzeugt wird, daß die Hauptschneidefläche (62) mit der Achse (15) des Werkstücks (20) einen Winkel (κ) von 90° einschließt.