WO2006125528A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SCHLEIFEN DER AUßENUMFANGSFLÄCHE EINES WELLEN- BZW. WALZENFÖRMIGEN WERKSTÜCKES - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SCHLEIFEN DER AUßENUMFANGSFLÄCHE EINES WELLEN- BZW. WALZENFÖRMIGEN WERKSTÜCKES Download PDF

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André KUCKUK
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    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent

Definitions

  • the invention relates to a method for grinding, in particular for plunge grinding of the outer peripheral surface of a shaft or roller-shaped workpiece held at least on one side with a rotating grinding wheel, and to a device for carrying out the method.
  • shafts also includes rollers.
  • the outer surface of the shaft is subjected to a grinding process, since high demands are placed on its surface quality and dimensional stability.
  • the so-called bending of the workpiece is a significant limitation of the cutting process, because it is known that the shaft can bend laterally during external grinding when the grinding wheel acts on the peripheral surface of the shaft. At the same time, the holding force between the clamping points is reduced, in which the shaft is held. Since the tension of the workpiece between the tips takes place only by axial clamping forces, the grinding normal force is inclined without workpiece support to push the workpiece out of the clamping position. This often leads to the finished shaft deviating from the ideal cylindrical shape. Thus, when grinding without workpiece support, the cutting performance is also limited by the possible clamping force. Furthermore, the shaft gets in the machining process in self-excited transverse vibrations and rattles during the grinding process. This results in so-called chatter marks on the peripheral surface of the shaft, which significantly reduce the surface quality and make the shaft useless for many applications. In addition, the grinding process is slowed down.
  • the shaft is often supported by one or more setting sticks or so-called lunettes on its outer circumference.
  • pegs or lunettes are usually made of steel columns that serve as a support of the shaft to be processed.
  • steel rivets or lunettes lead to running marks on the shaft, which reduce the surface quality.
  • Stands or lunettes can also not be used at the axial position of the shaft to be machined, where the grinding forces act.
  • a method and a device for grinding a rotating roller with an elastic buttstock support is known.
  • the roller is tensioned at its tip ends between two tips of a work headstock and a tailstock of a grinding machine for grinding its outer surface by means of a CBN grinding wheel.
  • at least one padding body made of an elastic solid material or an elastic outer skin filled with an elastic pressure medium in the circumferential area opposite the grinding wheel is placed against the roller to be ground, the rotating grinding wheel and the rotating roller being longitudinally displaced Roller to be moved at the outer periphery relative to each other.
  • This is a passive, namely pneumatic or elastic workpiece support during the grinding process.
  • the invention is based on the object to provide a method and an apparatus for grinding, in particular for Einstechschleifen the outer peripheral surface of an at least one side held wave-shaped or cylindrical workpiece with a rotating grinding wheel, which increases the Zerspan intricate while reducing the processing time by reducing the Allow deflection of the workpiece due to the acting grinding normal force.
  • the invention is based on the finding that the bending of a workpiece due to the attack of the machining tool can cause a considerable impediment in the machining process, which must be eliminated by active support of the workpiece.
  • NC axis is understood to mean an axis of a numerically controlled machine whose positioning and movement are programmed by direct input of measured values and controlled by an NC grinding machine.
  • the support element acts simultaneously with the grinding wheel on the outer peripheral surface of the workpiece to be machined.
  • the speed of the feed movement of the support element along the NC axis corresponds to the speed of the penetration of the grinding wheel.
  • the movement of the support element is made mechanically, pneumatically or hydraulically.
  • this active workpiece support is suitable for damping vibrations occurring during grinding of the at least one side held largely cylindrical workpiece. Due to the fact that the support element in the outer peripheral region opposite the grinding wheel is set against the workpiece to be ground, the transverse vibrations of the
  • This method is particularly advantageous for grinding operations in which the workpiece is held at its front ends between points.
  • it can also be used for grinding operations in which the workpiece is held against rotation only at one point; for example in a chuck of the grinding machine.
  • an exact dimensional accuracy and surface quality of the workpiece to be machined are guaranteed.
  • a device for grinding in particular for plunge grinding of the outer circumferential surface of a shaft-shaped or cylindrical workpiece held at least on one side with a rotating grinding wheel, during which the workpiece is clamped between points of a holder or in the chuck of the grinding machine. machine is clamped and along a transverse to the longitudinal axis of the workpiece aligned NC axis, a support member opposite to the feed direction of the grinding wheel is movable, wherein the support element is diametrically opposed to the point of engagement of the grinding wheel.
  • the support element may be formed as a sliding shoe.
  • the support member may be formed as at least one support roller.
  • a control device for adjusting the setting force of the support element against the outer peripheral surface of the workpiece to be machined can be provided.
  • Fig. 1 shows an apparatus for carrying out a method for grinding the outer peripheral surface of a workpiece with a grinding wheel according to the invention
  • Fig. 2 shows a device according to FIG. 1, but in which the workpiece is clamped only on one side in a chuck.
  • a support element 9 is arranged, which is formed for example as a sliding shoe. This support element 9 is employed against the workpiece 3 to be machined.
  • an NC axis 10 is provided, which is characterized by an X1 axis of the grinding wheel 1 and a coaxially extending X2 axis of the support element 9.
  • the arrow 11 shows the plunge or feed movement of the grinding wheel 1 and the arrow 12 the contrary to this fende feed movement of the supporting element 9.
  • the support element 9 is connected to a control device 13, shown schematically, which serves to adjust the contact force of the support element 9 against the outer peripheral surface of the workpiece 3 to be machined.
  • the control device 13 moves the support element 9 diametrically to the feed movement of the grinding wheel 1, so that the workpiece 3 advantageously undergoes no bending or bending.
  • Fig. 2 shows a similar structure as Fig. 1, but the workpiece 3 is clamped here with one of its two axial ends in a chuck 14 of the grinding machine. As can be clearly seen, a diameter reduction was achieved on the workpiece 3 in the region of the grinding wheel 15 by means of its plunge grinding process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen- bzw. walzenförmigen Werkstücks (3) mit einer rotierenden Schleifscheibe (1), sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Um eine Steigerung der Zerspanleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Bearbeitungszeit durch Verringerung der Abbiegung des Werkstückes (3) infolge der einwirkenden Schleifnormalkraft zu ermöglichen, wird entlang einer quer zur Längsachse (8) des Werkstückes (3) ausgerichteten NC-Achse (10) ein Stützelement (9) entgegengesetzt (Pfeil 12) zur Vorschubrichtung (11) der Schleifscheibe (1) bewegt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen der Außenumfangsfläche eines wellen- bzw. walzenförmigen Werkstückes
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen bzw. walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
In verfahrenstechnischen Produktionsprozessen werden vielfach massive oder rohrförmige Wellen und Walzen benötigt, die eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen müssen. Im Folgenden bezieht der Begriff Wellen auch Walzen ein. Zu diesem Zweck wird die Außenoberfläche der Welle einem Schleifprozess unterworfen, da an ihre Oberflächengüte und an ihre Maßhaltigkeit hohe Anforderungen gestellt werden.
Die so genannte Abbiegung des Werkstückes stellt eine wesentliche Beschränkung des Zerspanungsprozesses dar, denn bekanntermaßen kann sich die Welle beim Außenschleifen seitlich abbiegen, wenn die Schleifscheibe auf die Umfangsfläche der Welle einwirkt. Gleichzeitig wird die Haltekraft zwischen den Spannspitzen reduziert, in denen die Welle gehalten wird. Da die Spannung des Werkstückes zwischen den Spitzen nur durch axiale Spannkräfte erfolgt, ist ohne Werkstückunterstützung die Schleifnormalkraft geneigt, das Werkstück aus der Spannposition herauszudrücken. Dies führt häufig dazu, dass die fertige Welle von der idealen Zylinderform abweicht. Somit ist beim Schleifen ohne Werkstückunterstützung die Zerspanleistung auch durch die mögliche Spannkraft begrenzt. Weiterhin gerät die Welle beim Bearbeitungsvorgang in selbst erregte Querschwingungen und rattert beim Schleifvorgang. Dadurch entstehen so genannte Rattermarken an der Umfangsfläche der Welle, welche die Oberflächenqua- lität erheblich verringern und die Welle für viele Anwendungen unbrauchbar machen. Darüber hinaus wird der Schleifprozess verlangsamt.
Damit ein Ausbiegen der Welle beim Schleifen deren Außenoberfläche möglichst verhindert werden kann, wird die Welle häufig durch einen oder mehrere Setzstöcke bzw. so genannte Lünetten an ihrem Außenumfang abgestützt. Solche Setzstöcke bzw. Lünetten bestehen in der Regel aus Stahlstützen, die als Auflage der zu bearbeitenden Welle dienen. Allerdings führen solche aus Stahl bestehenden Setzstöcke bzw. Lünetten zu Laufspuren an der Welle, welche die Oberflächenqualität verringern. Setzstöcke bzw. Lünetten können darüber hinaus nicht an der axialen Position der zu bearbeitenden Welle eingesetzt werden, an der die Schleifkräfte wirken.
Aus der WO2004/007145 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen einer rotierenden Walze mit einer elastischen Setzstockauflage be- kannt. Die Walze wird an ihren stimseitigen Enden zwischen zwei Spitzen eines Werkstückspindelstockes und eines Reitstockes einer Schleifmaschine zum Schleifen deren Außenoberfläche mittels einer CBN-Schleifscheibe gespannt. Beim Schleifvorgang wird mindestens ein Polsterkörper aus einem e- lastischen Vollmaterial oder einer elastischen, mit einem elastischen Druckme- dium gefüllten Außenhaut in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Um- fangsbereich an die zu schleifende Walze angestellt, wobei die rotierende Schleifscheibe und die rotierende Walze in Längsrichtung der Walze an deren Außenumfang relativ zueinander bewegt werden. Damit erfolgt eine passive, nämlich pneumatische bzw. elastische Werkstückunterstützung während des Schleifprozesses. Zum Schleifen werden in einer einzigen Aufspannung jeweils eine Schleifscheibe für das Vorschleifen und das Fertigschleifen verwendet. Die Aufspannung der beiden Schleifscheiben wird entsprechend dem jeweiligen Arbeitsgang verstellt. Nachteilig ist auch hier eine längere Bearbeitungszeit der Walze, die sich durch das Umstellen der Aufspannung der beiden Schleifscheiben ergibt. Des Weiteren kann die passive Werkstückunterstϋtzung funktionsbedingt keine Schwingungen dämpfen. Darüber hinaus ist eine Leistungssteigerung des Schleifprozesses durch die passive Werkstückunterstützung geringer als durch eine aktive Unterstützung. Im Übrigen ist diese Lösung nur für Schleifverfahren vorgesehen, bei dem die Länge der Walze einem Vielfachen der Schleifscheibenbreite entspricht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellenförmigen bzw. walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe zu schaffen, die eine Steigerung der Zerspanleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Bearbeitungszeit durch Verringerung der Ausbiegung des Werkstückes infolge der einwirkenden Schleifnormalkraft ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Abbiegung eines Werkstückes durch den Angriff des Bearbeitungswerkzeuges eine erhebliche Behin- derung im Zerspanungsvorgang bewirken kann, die durch aktive Unterstützung des Werkstückes beseitigt werden muss.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass entlang einer quer zur Längsachse des Werkstückes ausgerichteten NC-Achse ein Stützelement entgegengesetzt zur Vorschubrichtung der Schleifscheibe bewegt wird. Unter dem Begriff NC-Achse wird im Sinne der Erfindung eine Achse einer numerisch gesteuerten Maschine verstanden, deren Positionierung und Bewegung durch direkte Eingabe von Messwerten programmiert und durch eine NC- Schleifmaschine gesteuert wird.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung. Demgemäß ist zunächst vorgesehen, dass das Stützelement diametral zum Eingriffspunkt der Schleifscheibe bewegt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkt das Stützelement gleichzeitig mit der Schleifscheibe auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes ein. Dabei entspricht die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Stützelementes entlang der NC-Achse der Geschwindigkeit der Einstechbewegung der Schleifscheibe.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Bewegung des Stützelementes mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgenommen wird.
Durch dieses Verfahren erfolgt eine aktive Unterstützung des zu bearbeitenden Werkstückes, insbesondere einer Welle oder Walze, die massiv oder hohl ausgebildet sein kann. Dabei werden die rotierende Schleifscheibe und das zumindest einseitig gehaltene Werkstück diametral zueinander bewegt. Gleichzeitig erfolgt eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Vorschubbewegung des Stützelementes entlang der NC-Achse entgegen der Vorschubbe- wegung der Schleifscheibe, wobei die NC-Achse quer, also rechtwinklig zur Längsachse des Werkstückes ausgerichtet ist.
Dadurch wird eine Abbiegung bzw. ein Herausdrücken des zu bearbeitenden Werkstückes aus der Spannposition infolge der einwirkenden Schleifnormal- kraft und damit dessen außerzylindrische Verformung während des Schleifprozesses, insbesondere des Einstechschleifens, verhindert, da das Stützelement den nicht im Schleifvorgang verbrauchten Anteil der Schleifnormalkraft auf- nimmt. Dies wiederum führt zu einer Steigerung der Zerspanleistung bei gleichzeitiger Verringerung der Bearbeitungszeit des Werkstückes.
Darüber hinaus ist diese aktive Werkstückunterstützung geeignet, beim Schlei- fen auftretende Schwingungen des zumindest einseitig gehaltenen weitgehend zylindrischen Werkstückes zu dämpfen. Dadurch, dass das Stützelement in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Außenumfangsbereich an das zu schleifende Werkstück angestellt wird, werden die Querschwingungen des
Werkstückes sowie Schleifscheibenschwingungen aufgefangen. Deshalb er- folgt keinerlei Rattern des Werkstückes, so dass in vorteilhafter Weise auch keine Rattermarken und Oberflächenschädigungen auftreten.
Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für Schleifvorgänge geeignet, bei denen das Werkstück an seinen stirnseitigen Enden zwischen Spitzen gehal- ten wird. Es kann jedoch auch für Schleifvorgänge genutzt werden, bei denen das Werkstück nur an einer Stelle drehfest gehalten wird; beispielsweise in einem Spannfutter der Schleifmaschine. Weiterhin werden eine exakte Maßhaltigkeit und Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstückes gewährleistet.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellenförmigen bzw. walzenförmigen Werkstückes mit einer rotierenden Schleifscheibe, bei der das Werkstück während des Schleifens zwischen Spitzen einer Halterung oder im Spannfutter der Schleif- maschine eingespannt ist und entlang einer quer zur Längsachse des Werkstückes ausgerichteten NC-Achse ein Stützelement entgegengesetzt zur Vorschubrichtung der Schleifscheibe bewegbar ist, wobei das Stützelement diametral zum Eingriffspunkt der Schleifscheibe liegt.
Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Stützelement als Gleitschuh ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Stützelement als mindestens eine Stützrolle ausgebildet sein. Des Weiteren kann eine Steuereinrichtung zum Einstellen der Anstellkraft des Stützelementes gegen die Außenumfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückes vorgesehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an zwei Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Schleifen der Außenumfangsfläche eines Werkstückes mit einer Schleifscheibe gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 , bei der das Werkstück jedoch nur einseitig in einem Spannfutter eingespannt ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß Fig. 1 verfügt eine nicht näher gezeigte Schleifmaschine über eine Schleifscheibe 1 , die um eine Mittenachse 2 rotiert. Die Schleifscheibe 1 ist mit einem wellenförmigen bzw. walzenförmigen Werkstück 3 in Eingriff bringbar, um dessen Außenoberfläche zu schleifen. Das Werkstück 3 ist zwischen einer Spitze 4 eines Reitstockes 6 und einer Spitze 5 eines Spindelstockes 7 der Schleifmaschine eingespannt und rotiert um seine Längsachse 8.
Diametral gegenüber der Schleifscheibe 1 ist eine Stützelement 9 angeordnet, das beispielsweise als Gleitschuh ausgebildet ist. Dieses Stützelement 9 ist gegen das zu bearbeitende Werkstück 3 angestellt.
Weiterhin ist eine NC-Achse 10 vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine X1 -Achse der Schleifscheibe 1 und eine koaxial dazu verlaufende X2-Achse des Stützelementes 9. Der Pfeil 11 zeigt die Einstech- bzw. Vorschubbewegung der Schleifscheibe 1 und der Pfeil 12 die entgegengesetzt dazu verlau- fende Vorschubbewegung des Stϋtzelementes 9.
Das Stützelement 9 ist mit einer schematisch dargestellten Steuereinrichtung 13 verbunden, die zum Einstellen der Anstellkraft des Stützelementes 9 gegen die Außenumfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 3 dient. Während des Schleifvorganges bewegt die Steuereinrichtung 13 das Stützelement 9 diametral zur Vorschubbewegung der Schleifscheibe 1 , so dass das Werkstück 3 vorteilhaft keine Abbiegung bzw. Durchbiegung erfährt.
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 1 , jedoch ist das Werkstück 3 hier mit einem seiner beiden axialen Enden in ein Spannfutter 14 der Schleifmaschine eingespannt. Wie deutlich erkennbar ist, wurde an dem Werkstück 3 im Bereich der Schleifscheibe 15 durch deren Einstechschleifvorgang eine Durchmesserreduzierung erzielt.
Bezugszeichenliste
1 Schleifscheibe
2 Mittenachse
3 Werkstück
4 Spitze des Reitstockes
5 Spitze des Spindelstockes
6 Reitstock
7 Spindelstock
8 Längsachse
9 Stϋtzelement
10 NC-Achse
11 Vorschubbewegung der Schleifscheibe
12 Vorschubbewegung des Stützelementes
13 Steuereinrichtung
14 Spannfutter
15 Schleifscheibe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Au- ßenumfangsfläche eines zumindest einseitig gehaltenen wellen- bzw. walzenförmigen Werkstücks (3) mit einer rotierenden Schleifscheibe (1), dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer quer zur Längsachse (8) des Werkstücks (3) ausgerichteten NC-Achse (10) ein Stützelement (9) entgegengesetzt (Pfeil 12) zur Vorschubrichtung (11) der Schleifscheibe (1) bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) diametral zum Eingriffspunkt der Schleifscheibe (11) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch.1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) gleichzeitig mit der Schleifscheibe (1 ) auf die zu bearbeitende Außenumfangsfläche des Werkstückes (3) einwirkt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Stützelementes (9) entlang der NC-Achse (10) der Geschwindigkeit der Einstechbewegung der Schleifscheibe (1 ) entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Bewegung des Stützelementes (9) mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgt.
6. Vorrichtung zum Schleifen, insbesondere zum Einstechschleifen der Außenumfangsfläche eines wellen- bzw. walzenförmigen Werkstücks (3) mit einer rotierenden Schleifscheibe (1), bei der das Werkstück (3) während des Schleifens zwischen Spitzen (4, 5) einer Halterung (6, 7) oder im Spannfutter (14) der Schleifmaschine eingespannt ist, und entlang einer quer zur Längsachse (8) des Werkstücks (3) ausgerichteten NC- Achse (10) ein Stützelement (9) entgegengesetzt ( Pfeil 12) zur Vorschubrichtung (11 ) der Schleifscheibe (1 ) bewegbar ist, wobei das Stützelement (9) diametral zum Eingriffspunkt der Schleifscheibe (1 ) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) als Gleitschuh ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) als mindestens eine Stützrolle ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (13) zum Einstellen der Anstellkraft des Stützelementes (9) gegen die Außenumfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstü- ckes (3). vorgesehen ist.
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