EP4149717B1

EP4149717B1 - Vorrichtung und verfahren zum schleifen und honen sowie verwendung der vorrichtung

Info

Publication number: EP4149717B1
Application number: EP21722762.8A
Authority: EP
Inventors: Tobias KRONACHER; Frank JOCHMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2041-04-16
Also published as: EP4149717A1; CN115397611A; WO2021228311A1; JP2023518321A; JP7432003B2; ES2978940T3; CN115397611B; DE102020113216A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen und anschließenden Honen eines Werkstücks. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines kombinierten Schleif- und Honverfahrens.
Die DE 41 24 454 A1 offenbart eine Einrichtung zum Schleifen und Honen in einer Aufspannung. Hierbei sind eine Schleifeinheit und eine Kurzhubhoneinheit entweder parallel nebeneinander oder auf einem Rundschalttisch angeordnet. Zur Spannung des Werkstücks soll unter anderem eine Rollenspanneinrichtung mit Spannrollen und einem Stützgleitschuh geeignet sein.
Eine weitere Werkstückaufnahmevorrichtung zur kombinierten Schleif- und Honbearbeitung ist in der DE 40 05 911 C1 beschrieben. In diesem Fall wird ein Wälzlageraußenring als Werkstück bearbeitet. Eine Aufnahme für die Schleifbearbeitung ist als Gleitschuhaufnahme ausgebildet und gegenüber einer Aufnahme für die Honbearbeitung versetzt angeordnet. Das Werkstück wird zwischen den beiden Bearbeitungsschritten Schleifen und Honen von der Schleifaufspannung in die Honaufspannung mittels einer das Werkstück beim Schleifen antreibenden Spindel axial bewegt.
Die DE 860 468 B offenbart eine Einrichtung zum Spitzenlosschleifen zylindrischer Flächen, wobei davon ausgegangen wird, dass sich für das Außenschleifen eine Anordnung bewährt hat, bei welcher das Werkstück während der Schleifbearbeitung durch eine antreibende Regelscheibe und ein Stützlineal geführt wird. Grundsätzlich ist das Stützlineal durch eine Stützrolle ersetzbar. In der DE 860 468 B wird vorgeschlagen, das Werkstück zwischen drei im Kreis um das Werkstück angeordneten Führungskörpern zu führen und zu drehen, wobei die Führungskörper in veränderbarem, aber unter sich im Wesentlichen gleichem Abstand von der Mitte des Führungssystems gehalten sind. Einer der Führungskörper kann als Treibrolle ausgebildet sein.
Ein Verfahren zum spitzenlosen Schräg-Einstechschleifen ist beispielsweise in der DE 199 40 685 A1 beschrieben. Mit diesem Verfahren wird ein Werkstück bearbeitet, welches zwei zylindrische Abschnitte aufweist, die durch einen konischen Abschnitt miteinander verbunden sind.
In der DE 195 37 855 A1 ist ein Verfahren zum Schleifen von Steuerkanten einer Brennkraftmaschine beschrieben. Hierbei ist zum spitzenlosen Schleifen der Steuerkanten des Werkstücks, hier einer Steuerbuchse, das Werkstück in Gleitschuhen aufgenommen. Gleichzeitig kontaktiert das Werkstück zwei Andrückrollen, welche auf den Stirnseiten der Schleifscheibe angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schleif- und Honbearbeitung von Werkstücken gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei unter Bedingungen der Serienfertigung eine besonders rationelle und prozesssichere Bearbeitung angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Schleifen und Honen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Schleifen und Honen gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Schleif- und Honverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Schleif- und Honvorrichtung und umgekehrt.
Die Schleif- und Honvorrichtung umfasst eine Schleifscheibe, eine Regelscheibe, welche ein Werkstück antreibt, ein zur Führung des rotierenden Werkstücks vorgesehenes Einstichlineal, sowie einen Honsteinhalter, welcher verstellbar am Einstichlineal gehalten ist und der Halterung eines Honsteins dient, mit welchem das Werkstück bearbeitbar ist.
Was die Anordnung von Schleifscheibe und Regelscheibe im Raum betrifft, existieren keine prinzipiellen Einschränkungen. Beispielsweise ist die Rotationsachse der Schleifscheibe oberhalb der Rotationsachse der Regelscheibe angeordnet, sodass man insgesamt von einer vertikalen Vorrichtung spricht. Alternativ kann die Vorrichtung zum spitzenlosen Schleifen und kombiniertem Honen in horizontaler Weise aufgebaut sein. Die Begriffe "Honsteinhalter" und "Honstein" sind weit auszulegen. Dementsprechend ist unter "Honsteinhalter" jegliche Vorrichtung zu verstehen, welche ein zum Honen verwendetes Element, beispielsweise ein Honband, gegen die Werkstückoberfläche presst.
Allgemein umfasst das Schleif- und Honverfahren folgende Schritte:

Bereitstellung einer Schleif- und Honvorrichtung, welche eine Schleifscheibe, eine Regelscheibe, ein zum Führen eines um seine eigene Achse rotierenden Werkstücks ausgebildetes Einstichlineal, sowie eine in das Einstichlineal integrierte Vorrichtung zum Andrücken eines Honsteins umfasst,
Bearbeitung eines Werkstücks durch Schleifen, indem das Werkstück im Schleifspalt zwischen der Schleifscheibe und der Regelscheibe, welche das Werkstück antreibt, mittels des Einstichlineals geführt wird,
zumindest geringfügige Entfernung des Werkstücks von der Schleifscheibe, wobei der Kontakt des Werkstücks zur Regelscheibe erhalten bleibt,
Andrücken des Honsteins gegen das im Einstichlineal geführte, durch die Regelscheibe angetriebene Werkstück.

Das Werkstück wird somit bei der Schleifbearbeitung und bei der Honbearbeitung durch ein und dasselbe Element, nämlich die Regelscheibe, angetrieben. Eine gesonderte Honmaschine ist nicht erforderlich. In leicht abgewandelter Verfahrensführung kann der Honstein bereits dann an das rotierende Werkstück angelegt werden, wenn die Bearbeitung durch die Schleifscheibe noch nicht vollständig abgeschlossen ist, insbesondere während des Ausfunkens. Ebenso ist es möglich, den Honstein bereits dann an das Werkstück anzupressen, wenn eine Schlichtbearbeitung durch die Schleifscheibe noch nicht abgeschlossen ist.
Während der Honbearbeitung bleibt die Positionierung des Honsteinhalters im einfachsten Fall unverändert. Ebenso sind Verfahrensvarianten realisierbar, in welchen der Honstein während des Honens in Längsrichtung des rotierenden Werkstücks oszilliert. Eine solche Oszillation ist beispielsweise durch pneumatische, hydraulische oder mechanische Vorrichtungen bewerkstelligbar.
Unabhängig davon, ob der Honsteinhalter lediglich zum Anpressen des Honsteins an die Werkstückoberfläche bei ansonsten unveränderter Positionierung des Honsteins vorgesehen ist, oder in Längsrichtung der Rotationsachse des Werkstücks oszilliert, kann der Honsteinhalter schwenkbar am Einstichlineal angebracht sein. In diesem Fall wird auch von einem Honsteinarm gesprochen. Durch Federbelastung des Honsteinarms kann dafür gesorgt werden, dass der Honstein während der Schleifbearbeitung von der Werkstückoberfläche beabstandet ist. Das spätere Anpressen des Honsteins an die Werkstückoberfläche gegen die Federkraft kann beispielsweise mit Hilfe eines pneumatischen oder elektromechanischen Aktuators erfolgen.
Um das Werkstück zunächst während der Schleifbearbeitung und anschließend während der Honbearbeitung rotierbar zu führen, kann durch das Einstichlineal eine Tasche zur Aufnahme des Werkstücks ausgebildet sein, wobei der Honsteinhalter dazu vorgesehen ist, einen Honstein durch eine Öffnung in einer Wandung der Tasche hindurch gegen das Werkstück zu drücken.
Eine besonders gleichmäßige Honbearbeitung eines rotationssymmetrischen, um seine eigene Mittelachse rotierenden Werkstücks ist in Ausgestaltungen gegeben, in welchen der Honstein um eine Kippachse, welche parallel zur Schwenkachse des Honsteinhalters angeordnet ist, frei kippbar ist. Die freie Kippbarkeit bezieht sich hierbei nicht auf eventuelle Beschränkungen des Kippwinkels, sondern darauf, dass keine gesonderten Mittel, welche eine Kippbewegung des Honsteins erzeugen, vorgesehen sind. Vielmehr stellt sich der Kippwinkel selbsttätig ein, indem der Honstein an der Werkstückoberfläche anliegt.
Die Schleif- und Honvorrichtung eignet sich besonders zur Bearbeitung von Wälzkörpern. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Zylinderrollen, Kegelrollen oder Tonnenrollen. Optional erfolgt eine Mehrteilebearbeitung. In einem solchen Fall kann ein Einstichlineal zur gleichzeitigen Führung mehrerer Werkstücke ausgebildet sein. Das Honen kann im Fall einer Mehrteilebearbeitung entweder mit einem einzigen Honstein für sämtliche gleichzeitig in der Bearbeitung befindlichen Werkstücke oder mit einem Honstein pro Werkstück erfolgen. In beiden Fällen erfolgt ein simultanes Honen mehrerer Werkstücke, wobei diese Werkstücke zuvor - ebenfalls gleichzeitig - einer Schleifbearbeitung unterzogen wurden. In allen Fällen sind sehr feine Werkstückoberflächen herstellbar, wie sie ansonsten nur mit Hilfe einer gesonderten Honmaschine erzeugbar sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils grob vereinfacht:

Fig. 1: eine Schleif- und Honvorrichtung in schematisierter perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: die Schleif- und Honvorrichtung in Seitenansicht,
Fig. 3: ein Einstichlineal der Schleif- und Honvorrichtung in Draufsicht,
Fig. 4: das Einstichlineal mit einem eine Schleifscheibe kontaktierenden Werkstück in perspektivischer Ansicht.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Schleif- und Honvorrichtung umfasst ein Schleifaggregat 2, welches im Ausführungsbeispiel als Vertikalmaschine aufgebaut ist. Ein Einstichlineal 3 ist der Schleif- und Honvorrichtung 1 zuzurechnen und im Schleifbetrieb zwischen einer Schleifscheibe 4 und einer Regelscheibe 5 angeordnet. Im Einstichlineal 3 wird ein Werkstück 8, bei welchem es sich um einen Wälzkörper handeln kann, geführt, wobei das Werkstück 8 durch die Regelscheibe 5 angetrieben, dass heißt in Rotation versetzt, wird. Das Werkstück 8 ist willkürlich mit einem gestuften Durchmesser dargestellt. Ein in den Figuren 1 und 2 lediglich andeutungsweise dargestelltes Maschinengestell der Schleif- und Honvorrichtung 1 ist mit 6 bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine vertikal ausgerichtete Montageplatte, vor welcher die Schleifscheibe 4 ebenso wie die Regelscheibe 5 angeordnet ist. Die Rotationsachsen der Regelscheibe 5 sowie der Schleifscheibe 4 sind horizontal ausgerichtet, wobei sich die Rotationsachse der Schleifscheibe 4 oberhalb der Rotationsachse der Regelscheibe 5 befindet.
Das Einstichlineal 3 wird nicht nur beim Schleifen des Werkstücks 8, sondern auch bei einer anschließenden Honbearbeitung genutzt. Zu diesem Zweck weist das Einstichlineal 3 einen Honsteinhalter 9 auf, der auch als Honsteinarm bezeichnet wird. Ein am Honsteinhalter 9 gelagerter Honstein ist mit 10 bezeichnet. Ein längliches, flaches Grundelement 11 des Einstichlineals 3 wird auch als Einstichlineal im engeren Sinne bezeichnet. Das Grundelement 11 ist an einer seiner Längsseiten mit einem Ansatzelement 12 verbunden, welches auch als Vorlineal bezeichnet wird. Das Ansatzelement 12 umfasst ein Brückenelement 13, welches zwei Brückenfüße 14, 15 aufweist, die fest mit dem Grundelement 11 verbunden sind. Mittig zwischen den Brückenfüßen 14, 15 ist eine Mittelstrebe 16 angeordnet, welche rechtwinklig vom Grundelement 11 absteht und ebenfalls fest mit diesem verbunden ist. In einem über das Brückenelement 13 hinausragenden Abschnitt der Mittelstrebe 16 befindet sich ein Mittelbolzen 17, an welchem der Honsteinarm 9 schwenkbar gelagert ist. Die entsprechende Schwenkachse ist mit SWA bezeichnet und stellt eine Flächennormale derjenigen Fläche dar, in welcher das streifenförmige Grundelement 11 liegt.
Eine Feder 18, bei welcher es sich im Ausführungsbeispiel um eine Schraubenfeder handelt, ist derart zwischen das Brückenelement 13 und den Honsteinarm 9 gespannt, dass ein auf den Honsteinarm 9 wirkendes Drehmoment erzeugt wird, welches in Richtung eines Abhebens des Honsteins 10 vom Werkstück 8 wirkt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich das Werkstück 8 in einer Aussparung 23 befindet, welche innerhalb des Einstichlineals 3 zwischen dem leistenförmigen Grundelement 11 und dem Ansatzelement 12 gebildet ist.
Die Schleifbearbeitung wird durchgeführt, während der Honstein 10 vom Werkstück 8 abgehoben ist. Nachdem durch das Schleifen die Endmaßposition erreicht wurde, wird das Einstichlineal 3 derart verlagert, dass das Werkstück 8 den Kontakt zur Schleifscheibe 4 verliert, jedoch weiterhin durch die Regelscheibe 5 angetrieben wird. In diesem Zustand wird ein pneumatischer Aktuator 19, welcher dem Einstichlineal 3 zuzurechnen ist, betätigt, so dass eine Kolbenstange 21, welche etwa orthogonal zum Honsteinarm 9 sowie zum Grundelement 11 ausgerichtet ist, gegen einen Anschlagabschnitt 22 des Honsteinarms 9 fährt und diesen damit geringfügig um die Schwenkachse SWA verschwenkt. Ein Druckluftzylinder 20 des Aktuators 19 ist fest mit dem Grundelement 11 des Einstichlineals 3 verbunden. Druckluftanschlüsse sind in den Figuren 3 und 4 nicht dargestellt.
Der Honstein 10 ist an einem Bolzen 25 im Honsteinarm 9 gelagert und durchdringt einen Schlitz 24, das heißt eine Öffnung, im Brückenelement 13. Wie aus Figur 3 hervorgeht, ragt der Honstein 10 etwas in die auch als Tasche bezeichnete Aussparung 23 hinein, welche zur Aufnahme des Werkstücks 8 vorgesehen ist. Durch den Bolzen 25 ist eine zur Schwenkachse SWA parallele Kippachse KA gebildet, welche eine zumindest geringfügige Verkippung des Honsteins 10 gegenüber dem Honsteinarm 9 ermöglicht, so dass der Honstein 10 bei Betätigung des Aktuators 19 gleichförmig an die gesamte Mantelfläche des Werkstücks 8 angepresst wird. Die Dauer der Honbearbeitung ist ebenso wie andere Bearbeitungsparameter durch die Maschinensteuerung der Schleif- und Honvorrichtung 1 einstellbar.

Bezugszeichenliste

1 Schleif- und Honvorrichtung
2 Schleifaggregat
3 Einstichlineal
4 Schleifscheibe
5 Regelscheibe
6 Maschinengestell
7 Montageplatte
8 Werkstück, Wälzkörper
9 Honsteinhalter, Honsteinarm
10 Honstein
11 Grundelement des Einstichlineals
12 Ansatzelement, Vorlineal
13 Brückenelement
14 Brückenfuß
15 Brückenfuß
16 Mittelstrebe
17 Mittelbolzen
18 Feder
19 Aktuator
20 Druckluftzylinder
21 Kolbenstange
22 Anschlagabschnitt
23 Tasche, Aussparung im Einstichlineal für das Werkstück
24 Öffnung, Schlitz im Brückenelement
25 Bolzen
KA Kippachse
SWA Schwenkachse

Claims

Vorrichtung zum Schleifen und Honen, mit
- einer Schleifscheibe (4),

- einer Regelscheibe (5),

- einem zur Führung eines Werkstücks (8) vorgesehenen Einstichlineal (3),

- einem Honsteinhalter (9),
dadurch gekennzeichnet, dass der Honsteinhalter (9) verstellbar am Einstichlineal (3) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Honsteinhalter (9) schwenkbar am Einstichlineal (3) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Honsteinhalter (9) in einer ersten Richtung federbelastet und in der Gegenrichtung durch einen Aktuator (19) verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (19) als am Einstichlineal (3) befestigter pneumatischer Aktuator ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einstichlineal (3) eine Tasche (23) zur Aufnahme des Werkstücks (8) ausgebildet ist, wobei der Honsteinhalter (9) dazu vorgesehen ist, einen Honstein (10) durch eine Öffnung (24) in einer Wandung der Tasche (23) hindurch gegen das Werkstück (8) zu drücken.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Honstein (10) um eine Kippachse (KA), welche parallel zur Schwenkachse (SWA) des Honsteinhalters (9) angeordnet ist, frei kippbar ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Schleifen und Honen eines Wälzkörpers (8).
Verfahren zum Schleifen und Honen, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellung einer Schleif- und Honvorrichtung (1), welche eine Schleifscheibe (4), eine Regelscheibe (5), ein zum Führen eines Werkstücks (8) ausgebildetes Einstichlineal (3), sowie eine in das Einstichlineal (3) integrierte Vorrichtung mit einem verstellbaren Honsteinhalter (9) zum Andrücken eines Honsteins (10) umfasst

- Bearbeitung eines Werkstücks (8) durch Schleifen, indem das Werkstück (8) im Schleifspalt zwischen der Schleifscheibe (4) und der Regelscheibe (5), welche das Werkstück (8) antreibt, mittels des Einstichlineals (3) geführt wird,

- zumindest geringfügige Entfernung des Werkstücks (8) von der Schleifscheibe (4), wobei der Kontakt des Werkstücks (8) zur Regelscheibe (5) erhalten bleibt,

- Andrücken des Honsteins (10) gegen das im Einstichlineal (3) geführte, durch die Regelscheibe (5) angetriebene Werkstück (8).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbearbeitung erfolgt, während der Honstein (10) durch Federkraft vom Werkstück (8) abgehoben ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Honbearbeitung bei pneumatischem, die Federkraft überwindenden Anpressen des Honsteins (10) gegen das Werkstück (8) erfolgt.