EP3698919B1

EP3698919B1 - Verfahren zum abrichten eines schleifwerkzeugs

Info

Publication number: EP3698919B1
Application number: EP19158274.1A
Authority: EP
Inventors: Martin Schweizer
Original assignee: Klingelnberg AG
Current assignee: Klingelnberg AG
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: CH715886A2; US20200262028A1; EP3698919A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrichten eines Schleifwerkzeugs mittels einer Werkzeugmaschine, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen eines abrichtbaren Schleifwerkzeugs; Abrichten des Schleifwerkzeugs mittels einer Formabrichtrolle, wobei das an dem Schleifwerkzeug zu erzeugende Werkzeugprofil durch einen Kontakt zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle entlang einer Abrichtbahn gebildet wird, wobei ein Abfahren der Abrichtbahn automatisiert mithilfe von zwei oder mehr NC-Achsen der Werkzeugmaschine erfolgt, die eine Relativbewegung zwischen dem Schleifwerkzeug und der Formabrichtrolle erzeugen. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in JP5608623 B2 beschrieben.
Abrichtverfahren der voranstehend genannten Art dienen dazu, Schleifwerkzeuge zur Feinbearbeitung oder Hartfeinbearbeitung von Werkstücken, wie Zahnrädern oder dergleichen, zu schärfen und zu formen.
Um während des Schleifens des zu bearbeitenden Werkstücks mit dem abgerichteten Schleifwerkzeug eine hohe Präzision mit möglichst geringen Abweichungen von der geforderten Soll-Geometrie zu erreichen, muss auch das der Schleifbearbeitung vorhergehende Abrichten des Schleifwerkzeugs hochgenau ablaufen. So ist ersichtlich, dass sich eine unzureichende Maßgenauigkeit der im Abrichtvorgang erzeugten Schleifwerkzeuggeometrie unmittelbar in Fertigungsabweichungen des mit dem Schleifwerkzeug zu schleifenden Werkstücks niederschlagen kann.
Beim Abrichten des Schleifwerkzeugs erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem abzurichtenden, rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle mithilfe von NC-Achsen einer Werkzeugmaschine. Die Abrichtbahn, die den formgebenden Kontakt zwischen der Abrichtrolle und dem Schleifwerkzeug beschreibt, wird daher mithilfe der NC-Achsen abgefahren. Fehler in den Achsbewegungen dieser NC-Achsen wirken sich folglich nachteilig auf die Profiltreue des erzeugten Schleifwerkzeugprofils aus, so dass auch die Bearbeitungsgenauigkeit des mit dem in dieser Weise abgerichteten Schleifwerkzeug zu bearbeitenden Werkstücks beeinträchtigt wird.
Eine häufig auftretende Abweichung der Ist-Position von der SollPosition in den Achsbewegungen der NC-Achsen entsteht, wenn eine oder mehrere der beteiligten NC-Achsen während des formgebenden Kontakts zwischen der Formabrichtrolle und der Schleifscheibe aus dem Stillstand heraus oder mit einer Richtungsumkehr bewegt werden müssen. In beiden Fällen muss die betreffende NC-Achse aus einem Zustand der Haftreibung in einen Zustand der Gleitreibung beschleunigt werden, so dass eine Unstetigkeit im zeitlichen Verlauf der wirkenden Kräfte bzw. ein Ruck entsteht (Stick-Slip-Effekt).
Ein Beispiel eines solchen Bahnfehlers einer Werkzeugmaschine während des Abrichtvorgangs, der aus einer Richtungsumkehr einer NC-Achse resultiert, ist in Fig. 1 dargestellt. Die NC-Achse in einer Y-Richtung (Y-Position) ist durch eine Linearachse realisiert. Die in Fig. 1 gezeigte Y-Position repräsentiert daher der Verfahrweg dieser Linearachse in mm. Eine NC-Achse in einer Z-Richtung (Z-Position) ist durch eine weitere Linearachse realisiert. Die in Fig. 1 gezeigte Z-Position repräsentiert daher der Verfahrweg dieser weiteren Linearachse in mm.
Die Kurve mit dem Bezugszeichen 1 repräsentiert den vorgegebenen Soll-Weg, der zum Abfahren einer Abrichtbahn als Relativbewegung zwischen einer Abrichtrolle und einem abzurichtenden Schleifwerkzeug mittels der Linearachsen in Y-Richtung und Z-Richtung realisiert werden soll. Die Kurve mit dem Bezugszeichen 2 beschreibt den Ist-Weg, der tatsächlich von den NC-Achsen in Y-Richtung und Z-Richtung verwirklicht wird.
Der Soll-Weg 1 hat ein lokales Minimum 3, so dass die Linearachse der Y-Richtung einen Richtungswechsel durchführen muss, um den Soll-Weg 1 abzufahren. Während des Richtungswechsels kommt die Linearachse der Y-Richtung zum kurzzeitigen Stillstand und gerät in einen Zustand der Haftreibung, so dass ausgehend von dem lokalen Minimum 3 eine wachsende Abweichung des Ist-Wegs 2 vom Soll-Weg 1 zu erkennen ist, wobei die Linearachse der Y-Richtung bei einem Wert von ca. 287,962 mm verharrt, während sich die Linearachse der Z-Richtung kontinuierlich weiterbewegt. Auf diese Weise entsteht eine Soll-Ist-Abweichung der Y-Position von ca. 0,004 mm, deren Betrag durch den Doppelpfeil 4 veranschaulicht ist.
Es versteht sich, dass der mit Fig. 1 für zwei Linearachsen beschriebene nachteilige Effekt einer Richtungsumkehr bzw. eines Stillstands einer NC-Achse ebenfalls für einen Stillstand oder eine Drehrichtungsumkehr einer Schwenkachse oder Drehachse besteht, die im Zusammenwirken mit einer oder mehreren Linear- und/oder Schwenkachsen das Abfahren einer Abrichtbahn erzeugt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Abrichten eines Schleifwerkzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, das die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere eine erhöhte Genauigkeit beim Abrichten eines Schleifwerkzeugs ermöglicht.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wir gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Abrichten eines Schleifwerkzeugs mittels einer Werkzeugmaschine angegeben, mit den Verfahrenssch ritten :

Bereitstellen eines abrichtbaren Schleifwerkzeugs;
Abrichten des Schleifwerkzeugs mittels einer Formabrichtrolle,
- wobei das an dem Schleifwerkzeug zu erzeugende Werkzeugprofil durch einen Kontakt zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle entlang einer Abrichtbahn gebildet wird,
- wobei ein Abfahren der Abrichtbahn automatisiert mithilfe von zwei oder mehr NC-Achsen der Werkzeugmaschine erfolgt, die eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugen; wobei
während des Abfahrens der Abrichtbahn und während die Formabrichtrolle mit dem Schleifwerkzeug formgebend in Kontakt ist, vorgesehen ist,
und wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.

Dadurch, dass keine der zum Abfahren der Abrichtbahn verwendeten NC-Achsen zum Stillstand kommt oder eine Richtungsumkehr durchführt, können ein Haftreibungszustand für die jeweiligen NC-Achsen und die damit einhergehenden Abweichungen vermieden werden. Insbesondere werden die NC-Achsen während des Abfahrens der Abrichtbahn ausschließlich in einem Zustand der Gleitreibung verfahren.
Wenn vorliegend von denjenigen NC-Achsen gesprochen wird, welche das Abfahren der Abrichtbahn bzw. die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugen, so handelt es sich dabei nicht um die Spindelantriebe, welche die Formabrichtrolle und das Schleifwerkzeug in Rotation um ihre jeweilige Werkzeug- bzw. Werkstückspindelachse versetzen, sondern um diejenigen NC-Achsen, die eine Verschiebung eines Kontaktpunkts oder Kontaktbereichs im formgebenden Kontakt zwischen dem Schleifwerkzeug und der Formabrichtrolle bewirken, wie z.B. Linear- oder Schwenkachsen.
Die genannten NC-Achsen können kartesischen Koordinaten entsprechend angeordnete Linearachsen sein.
Die NC-Achsen können alternativ oder ergänzend Linearachsen aufweisen, die geneigt und/oder windschief zueinander orientiert sind.
Die NC-Achsen können Dreh- und/oder Schwenkachsen aufweisen.
Der Begriff "Formabrichtrolle" bedeutet vorliegend, dass das Profil des abzurichtenden Schleifwerkzeugs kinematisch, d.h. durch eine Relativbewegung der Formabrichtrolle gegenüber der Schleifscheibe erzeugt wird, wobei insbesondere kein Linien- sondern ein Punktkontakt zwischen der Formabrichtrolle und dem Schleifwerkzeug besteht. Im Gegensatz zu einer Profilabrichtrolle, die das Profil der Schleifscheibe im Linienkontakt allein durch ihre Profilform vorgibt, weist die hier genannte Formabrichtrolle daher nicht das Profil der Schleifscheibe als dem Abrichtwerkzeug inhärente Negativform auf.
Es kann vorgesehen sein, dass eine der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Linearachse ist.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass eine der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Schwenkachse oder Drehachse ist.
Die Abkürzung "NC" steht in bekannter Weise für "Numeric Control" und ist im Rahmen dieses Textes so zu verstehen, dass die betreffende NC-Achse mithilfe einer Maschinensteuerung verfahrbar ist, insbesondere im Rahmen eines vollautomatischen Programmablaufs.
Wenn vorliegend von einer NC-Achse gesprochen wird, so handelt es sich dabei um eine Einrichtung zum Verstellen einer Relativposition des Werkzeugs, hier die Abrichtrolle, gegenüber dem Werkstück, hier das Schleifwerkzeug, oder umgekehrt. Eine solche NC-Achse hat üblicherweise einen Antrieb, der ein bewegliches Element über einen vorgegebenen Winkel- und/oder Längenbereich bewegen kann. Hierzu ist das bewegliche Element entlang einer Führung bewegbar und/oder drehbar gelagert. Die Lagerung oder Führung des betreffenden beweglichen Elements kann hydrodynamisch, hydrostatisch, aerostatisch oder wälzend ausgeführt sein. Als Beispiel für eine Linearführung kann ein entlang einer Gleitschiene translatorisch verfahrbarer Gleitschlitten genannte werden.
Wenn vorliegend von einer NC-Achse gesprochen wird, die eine Linearachse ist, so handelt es sich dabei beispielsweise um eine Linearachse bzw. Lineareinheit mit Spindelantrieb, Kugelgewindetrieb, Zahnriemenantrieb, Direktantrieb oder dergleichen.
Wenn vorliegend von einer NC-Achse gesprochen wird, die eine Drehachse oder Schwenkachse ist, so handelt es sich dabei beispielsweise um eine Drehachse oder Schwenkachse mit elektromotorischem, hydraulischem oder pneumatischem Drehantrieb, insbesondere Drehantriebe nach dem Steilgewindeprinzip oder dem Zahnstangenritzelprinzip.
So kann beispielsweise eine Spindel, die die rotierende Abrichtrolle trägt, mittels zwei oder mehr Linearachsen und/oder Schwenkachsen in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine verschiebbar und/oder verschwenkbar sein, um eine Relativbewegung in Bezug zu dem abzurichtenden Schleifwerkzeug auszuführen. Weiter kann alternativ oder ergänzend eine Spindel, die das rotierende Schleifwerkzeug trägt, mittels zwei oder mehr Linearachsen und/oder Schwenkachsen in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine verschiebbar und/oder schwenkbar sein, um eine Relativbewegung in Bezug zu dem Abrichtwerkzeug auszuführen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das abrichtbare Schleifwerkzeug eine abrichtbare Schleifscheibe ist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann demnach die Genauigkeit beim Abrichten der Schleifscheibe verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens hat die Schleifscheibe ein Scheibenprofil, deren Scheibenprofilquerschnitt mindestens ein lokales Minimum und/oder mindestens ein lokales Maximum aufweist, wobei das lokale Minimum und/oder lokale Maximum in einem kontinuierlichen Überlauf abgerichtet werden.
Wenn vorliegend von einem "kontinuierlichen Überlauf" gesprochen wird, so bedeutet dies, dass die Abrichtrolle das lokale Minimum und/oder lokale Maximum des Scheibenprofilquerschnitts des abzurichtenden Schleifwerkzeugs ohne ein Absetzen oder Abheben der Abrichtrolle von dem Schleifwerkzeug im dauerhaften formgebenden Kontakt abrichtet. Der Scheibenprofilquerschnitt wird daher nicht segmentiert, z.B. in einen steigenden Bereich bis hin zu einem Maximum und einen fallenden Bereich, der ausgehend von dem Maximum in einem zweiten Überlauf bzw. einer zweiten Zustellung abgerichtet wird. Vielmehr wird vorliegend das betreffende lokale Minimum und/oder lokale Maximum des Scheibenprofilquerschnitts des abzurichtenden Schleifwerkzeugs in einem stetigen Kontakt zwischen den Abrichtrolle und dem Schleifwerkzeug überfahren bzw. abgerichtet.
Soweit hier von einem Querschnitt oder Profilquerschnitt eines Schleifwerkzeugs gesprochen wird, so handelt es sich um eine Schnittebene, die die Rotationsachse der Spindel des um diese Rotationsachse rotierenden Schleifwerkzeugs umfasst.
Insbesondere beim Abrichten von Profilquerschnitten mit lokalem Maximum und/oder lokalem Minimum besteht die in Fig. 1 skizzierte Problemstellung, dass eine der beteiligten NC-Achsen das lokale Minimum und/oder lokale Maximum des Profilquerschnitts durch eine Richtungsumkehr abbildet. Erfindungsgemäß wird ein derartiger Profilquerschnitt nunmehr gezielt ohne Stillstand oder Richtungsumkehr einer der NC-Achsen erzeugt, um die Abweichungen von der Sollgeometrie des zu erzeugenden Scheibenprofilquerschnitts gering zu halten.
Eine Richtungsumkehr einer der NC-Achsen, welche die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugt, kann insbesondere dadurch vermieden werden, dass zusätzliche NC-Achsen eingesetzt werden, deren Bewegungen zum Erzeugen einer Abrichtbahn überlagert werden.
Soll beispielsweise ein Scheibenprofilquerschnitt einer Schleifscheibe mit einem lokalen Minimum bzw. einer Senke abgerichtet werden, kann dies gemäß dem Stand der Technik durch eine zweidimensionale Abrichtbahn erreicht werden, die den Profilquerschnitt in der Schnittebene identisch nachzeichnet. In diesem Fall beinhaltet die Abrichtbahn das lokale Minimum des Profilquerschnitts. Soweit diese Abrichtbahn nunmehr mit z.B. zwei zueinander senkrecht angeordneten Linearachsen abgefahren wird, muss eine dieser Achsen das Minimum der Abrichtbahn durch eine Richtungsumkehr abbilden (vgl. Fig. 1).
Dies kann erfindungsgemäß z.B. dadurch vermieden werden, dass die Abrichtbahn des an sich zweidimensional abrichtbaren Scheibenprofilquerschnitts dreidimensional gestaltet wird, so dass beim Abrichten zusätzlich eine Bewegung quer zur zuvor beschrieben Schnittebene stattfindet. Die Abrichtbahn verläuft demnach nicht nur zweidimensional in radialer und axialer Richtung der Schleifscheibe, sondern ist zudem auch über einen um die Rotationsachse der Schleifscheibe gemessenen Winkelbereich umfangsseitig umlaufend erstreckt. So kann das hier diskutierte Scheibenprofil mit lokalem Minimum beispielsweise mithilfe von drei Linearachsen entlang einer Abrichtbahn ohne lokales Minimum abgefahren werden, so dass keine der drei Linearachsen eine Richtungsumkehr durchfährt oder zum Stillstand kommt.
Eine Weiterbildung des Verfahrens ist demnach gekennzeichnet durch ein Profil des Schleifwerkzeugs, dessen Profilquerschnitt ein oder mehr lokale Minima und/oder lokale Maxima aufweist und durch eine zweidimensionale Achsbewegung mittels zweier NC-Achsen einer Werkzeugmaschine abrichtbar ist, wobei zusätzlich eine weitere dritte Achse verwendet wird, um das Abrichten entlang einer dreidimensionalen Abrichtbahn durchzuführen.
Es versteht sich, dass die voranstehenden Ausführungen zu dem Scheibenprofilquerschnitt mit lokalem Minimum und den beteiligten Linearachsen beispielhaft zu verstehen sind und sich gleichermaßen Fallkonstellationen mit Schleifwerkzeugprofilquerschnitten mit ein oder mehreren lokalen Minima und/oder ein oder mehreren lokalen Maxima angeben lassen und hierbei NC-Linearachsen und/oder NC-Schwenkachsen und/oder NC-Drehachsen eingesetzt werden, um in einer überlagerten Bewegung ein Abrichten des Profils des Schleifwerkzeugs zu ermöglichen, wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das Schleifwerkzeug eine abrichtbare Schleifschnecke. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann demnach die Genauigkeit beim Abrichten der Schleifschnecke verbessert werden.
Die Schleifschnecke hat insbesondere ein Schleifschneckenprofil, deren Schneckenprofilquerschnitt eine Mehrzahl lokaler Minima und/oder lokaler Maxima aufweist, wobei wenigstens ein lokales Minimum und/oder ein lokales Maximum in einem kontinuierlichen Überlauf abgerichtet werden.
Die voranstehenden, mit Bezug zur Schleifscheibe getroffenen Ausführungen zur Bedeutung des kontinuierlichen Überlaufs gelten hier gleicherma-ßen. So werden Minima und Maxima des betreffenden Schneckenprofilquerschnitts insbesondere ohne ein Segmentieren im Bereich der Minima bzw. Maxima abgerichtet.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine oder mehr der NC-Achsen Linearachsen sind, wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden Linearachsen eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer oder gleich 1 µm/s ist, insbesondere größer oder gleich 10 µm/s ist. So wird vermieden, dass die jeweilige Linearachse während des Abfahrens der Abrichtbahn bzw. während die Abrichtrolle mit dem Schleifwerkzeug im formgebenden Kontakt ist, in einen Zustand der Haftreibung kommt. Es versteht sich, dass die betreffende Linearachse während des Abrichtens bzw. des Abfahrens der Abrichtbahn im formgebenden Kontakt ausschließlich in eine Richtung verfahren wird - d.h. ohne Richtungsumkehr.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine oder mehr der NC-Achsen Drehachsen oder Schwenkachsen sind, wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden Drehachsen oder Schwenkachsen eine Drehgeschwindigkeit oder Schwenkgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer oder gleich 1*10^-6 °/s ist, insbesondere größer oder gleich 10*10^-6 °/s ist.
Die Erfindung kann z.B. mithilfe dreier Linearachsen realisiert werden, die einem kartesischen Koordinatensystem entsprechend angeordnet sind.
Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann die Erfindung mithilfe von Linearachsen realisiert werden, die geneigt und/oder windschief angeordnet sind, d.h. insbesondere nicht senkrecht aufeinander stehend angeordnet sind.
Alternativ oder ergänzend können Schwenk- und/oder Drehachsen eingesetzt werden, um die erfindungsgemäße Lehre zu realisieren.
Maßgeblich ist dabei jeweils nicht die relative Anordnung der jeweiligen NC-Achsen oder inwieweit eine betreffende NC-Achse eine rotatorische und/oder translatorische Relativbewegung bewirkt, sondern dass die erfindungsgemäß geforderte Bedingung erfüllt ist, dass während des Abfahrens der Abrichtbahn und während die Formabrichtrolle mit dem Schleifwerkzeug formgebend in Kontakt ist, vorgesehen ist, dass jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1: die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung anhand zweier Linearachsen;
Fig. 2A: ein Schleifwerkzeugprofilquerschnitt eines Schleifwerkzeugs;
Fig. 2B: eine Seitenansicht des Schleifwerkzeugs aus Fig. 2A;
Fig. 2C: der Schleifwerkzeugprofilquerschnitt aus Fig. 2A mit einer Abrichtrolle;
Fig. 2D: eine Seitenansicht des Schleifwerkzeugs aus Fig. 2C mit der Abrichtrolle in zwei Positionen;
Fig. 2E: eine weitere Seitenansicht des Schleifwerkzeugs aus Fig. 2C mit der Abrichtrolle in zwei Positionen;
Fig. 3: eine dreidimensionale Darstellung zweier Abrichtbahnverläufe entlang einer Oberfläche des Schleifwerkzeugs.

Fig. 1 ist eingangs bereits diskutiert worden, um die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung aufzuzeigen. Zusammenfassend soll eine Abweichung 4 des Ist-Wegs 2 vom Soll-Weg 1 durch eine Vermeidung einer Richtungsumkehr einer NC-Achse - gemäß Fig. 1 der Y-Achse - vermieden werden. Eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung bedeutet bezogen auf das Beispiel gemäß Fig. 1 daher, dass das betreffende Schleifwerkzeug derart abgerichtet wird, dass der Soll-Weg für keine der beteiligten NC-Achsen in Y-Richtung und Z-Richtung ein lokales Minimum aufweist, obschon der Profilquerschnitt der abzurichtenden Schleifscheibe ein solches lokales Minimum hat. Anhand der Fig. 2A - 2E und Fig. 3 wird exemplarisch eine Lösung dieser Problemstellung aufgezeigt.
Fig. 2A zeigt einen Schleifwerkzeugprofilquerschnitt 10 eines abrichtbaren Schleifwerkzeugs 12. Der hier gezeigte Schleifwerkzeugprofilquerschnitt 10 kann ein Ausschnitt eines Teils eines Profilquerschnitts einer Schleifschnecke sein, deren Profilquerschnitt sich insgesamt über ein Mehrfaches des in Fig. 2A gezeigten Ausschnitts in positive und negative z-Richtung weiter erstreckt. Der hier gezeigte Schleifwerkzeugprofilquerschnitt 10 kann ein Ausschnitt eines Profilquerschnitts einer Schleifscheibe sein, die sich ebenfalls über den in Fig. 2A gezeigten Ausschnitt in positive und negative z-Richtung weiter erstreckt. Der hier gezeigte Schleifwerkzeugprofilquerschnitt 10 kann der Profilquerschnitt einer Schleifscheibe sein.
Die mit "Z" bezeichnete Koordinatenachse (Z-Achse) repräsentiert einerseits eine Koordinate des in Fig. 2A gezeigten kartesischen Koordinatensystems X,Y,Z. Andererseits repräsentiert "Z" eine NC-Linearachse einer Werkzeugmaschine 14, die eine lineare bzw. translatorische Bewegung des Schleifwerkzeugs 12 entlang der Koordinatenrichtung "Z" ermöglicht. Dies gilt gleicherma-ßen für die Achsen X und Y, so dass das kartesische Koordinatensystem X,Y,Z nicht lediglich als virtuelles Bezugssystem zu verstehen ist, sondern von drei senkrecht zueinander orientierten NC-Linearachsen X,Y,Z aufgespannt ist.
Der Schleifwerkzeugprofilquerschnitt hat ein lokales Minimum 16, das in der Seitenansicht gemäß Fig. 2B durch die gestrichelte Kreislinie dargestellt ist.
Soweit nunmehr dieses Schleifprofil 10 mit einer Formabrichtrolle 18 gemäß Fig. 2C abgerichtet werden soll, wird die Formabrichtrolle 18 üblicherweise zweidimensional, d.h. ausschließlich innerhalb der von der Y-Achse und Z-Achse aufgespannten Y-Z-Ebene bewegt und zwar von einem ersten Kontaktpunkt 20, hin zu einem zweiten, im Minimum 16 liegenden Kontaktpunkt 22 bis zum Kontaktpunkt 24. Die so entstehende, durch die Hohlpfeile angedeutete Abrichtbahn bildet daher den Profilquerschnitt des Schleifwerkzeugs 12 in der Y-Z-Ebene identisch ab. Die Linearachse Y durchläuft die geschilderte, nachteilige Richtungsumkehr. Die durch die Hohlpfeile und Kontaktpunkte 20, 22, 24 repräsentierte Abrichtbahn ist daher nicht erfindungsgemäß.
Es versteht sich, dass die beschriebene Abrichtbahn einen kontinuierlichen Überlauf entlang des Profils des Schleifwerkzeugs 12 darstellt und die Kontaktpunkte 20, 22, 24 lediglich als Stützstellen zur Veranschaulichung des Verlaufs der kontinuierlichen Abrichtbahn dienen. Die Relativbewegung könnte alternativ ausgehend von dem Kontaktpunkt 24 über den Kontaktpunkt 22 hin zu dem Kontaktpunkt 20 verlaufen.
Erfindungsgemäß wird nunmehr eine dreidimensionale Abrichtbahn 26 verwendet, um das Schleifwerkzeug 12 abzurichten.
Hierzu wird zusätzlich zur Bewegung in Y-Richtung und Z-Richtung eine Bewegung in X-Richtung überlagert. Dabei weist die eine Abrichtbahn 26, die durch die Vollpfeile und die Kontaktpunkte 28, 30, 32 repräsentiert wird, kein lokales Minimum auf. Die Abrichtbahn kann daher ohne Richtungsumkehr und Stillstand einer der Linearachsen X,Y,Z kontinuierlich abgefahren werden, wobei dennoch das lokale Minimum des Profilquerschnitts 10 in einem kontinuierlichen Überlauf abgerichtet wird.
Mit anderen Worten wird die Formabrichtrolle 18 entlang eines Profils der Schleifscheibe R(Z) zusätzlich in Umfangsrichtung des Schleifwerkzeugs bewegt, wir durch den Winkel α angedeutet.
Es wird daher ein Verfahren zum Abrichten des Schleifwerkzeugs 12 mittels der Werkzeugmaschine 14 durchgeführt, mit den Verfahrensschritten.
Bereitstellen des abrichtbaren Schleifwerkzeugs 12; Abrichten des Schleifwerkzeugs 12 mittels der Formabrichtrolle 18, wobei das an dem Schleifwerkzeug 12 zu erzeugende Werkzeugprofil 10 durch einen Kontakt zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug 12 und der rotierenden Formabrichtrolle 18 entlang einer Abrichtbahn 26 gebildet wird, wobei ein Abfahren der Abrichtbahn 26 automatisiert mithilfe von drei NC-Achsen X,Y,Z der Werkzeugmaschine 14 erfolgt, die eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug 12 und der rotierenden Formabrichtrolle 18 erzeugen; und wobei während des Abfahrens der Abrichtbahn 26 und während die Formabrichtrolle 18 mit dem Schleifwerkzeug 12 formgebend in Kontakt ist, vorgesehen ist, dass jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug 12 und der rotierenden Formabrichtrolle 18 erzeugenden NC-Achsen X, Y, Z eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen X, Y, Z eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.
Fig. 2E veranschaulicht drei Positionen der Formabrichtrolle 18, die die Abrichtbahn 26 im kontinuierlichen formgebenden Kontakt mit dem Schleifwerkzeug einnimmt in einer Übersichtsdarstellung.
In Fig. 3 ist eine Gegenüberstellung der zweidimensionalen, nicht erfindungsgemäßen Abrichtbahn und der dreidimensionalen, erfindungsgemäßen Abrichtbahn gezeigt. Die Formabrichtrolle ist zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht in Fig. 3 dargestellt.
Wiederum repräsentieren die hohlen Kreise und Pfeile die nicht erfindungsgemäße, zweidimensionale Abrichtbahn entlang der schraffierten Oberfläche des abzurichtenden Schleifwerkzeugs 12 und die vollen Kreise und Pfeile repräsentieren die erfindungsgemäße Abrichtbahn zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. R(z) ist der Radius des Schleifwerkzeugs.
Um die erforderlichen Verfahrwege der Linearachsen X,Y,Z für die zweidimensionale und die dreidimensionale Abrichtbahn zu verdeutlichen, sind die Abrichtbahnen auf die Y-Z-Ebene und die X-Z-Ebene projiziert worden. Es ist ersichtlich, dass die Y-Achse für die zweidimensionale Abrichtbahn eine Richtungsumkehr durchführen muss, um vom Punkt 22 den Punkt 24 anzufahren. Weiter ist erkennbar, dass für die zweidimensionale Abrichtbahn keine Bewegung der X-Achse erforderlich ist. Das Profil des Schleifwerkzeugs 12 ist daher in einer zweidimensionalen Bewegung abrichtbar.
Erfindungsgemäß wird die Abrichtbahn 26 gemäß der ausgefüllten Kreise 28, 30, 32 gewählt, wobei die Abrichtbahn 26 in ihrer Projektion auf die Y-Z-Ebene und die X-Z-Ebene kein lokales Minimum aufweist. Jede der beteiligten Linearachsen X,Y,Z wird daher ausschließlich in einer Richtung verfahren, so dass die Abrichtbahn 26 ohne Stillstand oder Richtungswechsel einer der dir Relativbewegung zwischen der Formabrichtrolle und dem Schleifwerkzeug erzeugenden NC-Achsen X,Y,Z abgefahren wird.
Zur Bestimmung einer erfindungsgemäßen Abrichtbahn kann daher folgende Bedingung aufgestellt werden "DY/DZ<=0 und DX/DZ>=0": solange DR/DZ <= 0: X=0, Y(Z)=R(Z), Z=Z(T) und YMIN = Min(Y(Z)); wenn DR/DZ > 0: X(Z)=SQRT(R²(Z)-YMIN²), Y(Z)=YMIN, Z=Z(T), wobei T der Prozesszeit entspricht, so dass Z als Leitachse zur Synchronisation der beteiligten NC-Achsen fungiert.
Die einem kartesischen Koordinatensystem entsprechende Anordnungen dreier Linearachsen X, Y, Z ist lediglich beispielhaft zu verstehen und dient der Veranschaulichung des der Erfindung zugrundliegenden Prinzips.
Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele kann die Erfindung mithilfe von Linearachsen realisiert werden, die geneigt und/oder windschief zueinander angeordnet sind, d.h. insbesondere nicht senkrecht aufeinander stehend angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend können Schwenk- und/oder Drehachsen eingesetzt werden, um die erfindungsgemäße Lehre zu realisieren.
Maßgeblich ist dabei nicht die relative Anordnung der jeweiligen NC-Achse oder inwieweit die betreffende NC-Achse eine rotatorische und/oder translatorische Relativbewegung bewirkt, sondern dass die erfindungsgemäß geforderte Bedingung erfüllt ist, dass während des Abfahrens der Abrichtbahn und während die Formabrichtrolle mit dem Schleifwerkzeug formgebend in Kontakt ist, vorgesehen ist, dass jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden NC-Achsen eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.

Bezugszeichen

1: Soll-Weg
2: Ist-Weg
3: lokales Minimum
4: Abweichung / Doppelpfeil
10: Schleifwerkzeugprofilquerschnitt, Werkzeugprofil
12: Schleifwerkzeug / Schleifscheibe / Schleifschnecke
14: Werkzeugmaschine
16: lokales Minimum
18: Formabrichtrolle
20: Kontaktpunkt
22: Kontaktpunkt
24: Kontaktpunkt
26: Abrichtbahn
28: Kontaktpunkt
30: Kontaktpunkt
32: Kontaktpunkt
X: Linearachse, Koordinatenachse
Y: Linearachse, Koordinatenachse
Z: Linearachse, Koordinatenachse

Claims

Verfahren zum Abrichten eines Schleifwerkzeugs mittels einer Werkzeugmaschine, mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines abrichtbaren Schleifwerkzeugs (12);

- Abrichten des Schleifwerkzeugs (12) mittels einer Formabrichtrolle (18),
- wobei das an dem Schleifwerkzeug zu erzeugende Werkzeugprofil (10) durch einen Kontakt zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug (12) und der rotierenden Formabrichtrolle (18) entlang einer Abrichtbahn (26) gebildet wird,

- wobei ein Abfahren der Abrichtbahn automatisiert mithilfe von zwei oder mehr NC-Achsen (X, Y, Z) der Werkzeugmaschine (14) erfolgt, die eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug (12) und der rotierenden Formabrichtrolle (18) erzeugen;
dadurch gekennzeichnet, dass

- während des Abfahrens der Abrichtbahn (26) und während die Formabrichtrolle (18) mit dem Schleifwerkzeug (12) formgebend in Kontakt ist, vorgesehen ist,

- dass jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug (12) und der rotierenden Formabrichtrolle (18) erzeugenden NC-Achsen (X, Y, Z) eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer null ist, wobei keine dieser NC-Achsen (X, Y, Z) eine Richtungsumkehr durchführt oder zum Stillstand kommt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
- abrichtbare Schleifwerkzeug (12) eine abrichtbare Schleifscheibe (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Schleifscheibe (12) ein Scheibenprofil (10) hat, deren Scheibenprofilquerschnitt (12) mindestens ein lokales Minimum und/oder mindestens ein lokales Maximum aufweist,

- wobei das lokale Minimum und/oder lokale Maximum in einem kontinuierlichen Überlauf abgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
- Schleifwerkzeug (12) eine abrichtbare Schleifschnecke (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Schleifschnecke (12) ein Schneckenprofil (10) hat, deren Schneckenprofilquerschnitt eine Mehrzahl lokaler Minima und/oder lokaler Maxima aufweist,

- wobei wenigstens ein lokales Minimum und/oder ein lokales Maximum in einem kontinuierlichen Überlauf abgerichtet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- ein Profil (10) des Schleifwerkzeugs (12) , dessen Profilquerschnitt (10) ein oder mehr lokale Minima und/oder lokale Maxima aufweist und durch eine zweidimensionale Achsbewegung mittels zweier NC-Achsen (Y, Z) einer Werkzeugmaschine abrichtbar ist,

- wobei zusätzlich eine weitere dritte Achse (X) verwendet wird, um das Abrichten entlang einer dreidimensionalen Abrichtbahn (26) durchzuführen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug (12) und der rotierenden Formabrichtrolle (18) erzeugenden NC-Achsen (X, Y, Z) eine Linearachse ist
und/oder

- eine der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug (12) und der rotierenden Formabrichtrolle (18) erzeugenden NC-Achsen eine Schwenkachse oder Drehachse ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine oder mehr NC-Achsen Linearachsen (X, Y, Z) sind, wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden Linearachsen (X, Y, Z) eine Achsgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer oder gleich 1 µm/s ist, insbesondere größer oder gleich 10 µm/s ist,
und/oder

- eine oder mehr NC-Achsen Drehachsen oder Schwenkachsen sind, wobei jede der die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Schleifwerkzeug und der rotierenden Formabrichtrolle erzeugenden Drehachsen oder Schwenkachsen eine Drehgeschwindigkeit oder Schwenkgeschwindigkeit aufweist, deren Betrag größer oder gleich 1*10^-6 °/s ist, insbesondere größer oder gleich 10*10^-6 °/s ist.