Verfahren und Vorrichtung zum Schärfen einer Schleifscheibe

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schärfen und Reinigen von Schleifscheiben mit Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid als Schleifmittel mittels eines Schärfblockes dessen Vorschubkraft voreingestellt wird sowie eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens, ausgehend vom Stand der Tecknik gemäß US-A-4182 082.

[0002] Schleifscheiben mit Diamant oder kubischkristallinem Bornitrid als Schleifmittel haben sich aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit und weiterer technologischer und wirtschaftlicher Vorteile für die Zerspannung vieler, insbesondere sehr harter Eisen- und Nichteisenwerkstoffe durchgesetzt. Prinzipielle probleme, verbunden mit einem hohen technischen und finanziellen Aufwand bereitet jedoch die Einsatzvorbereitung, d. h. das Profilieren und Schärfen dieser Schleifscheiben. Dies gilt insbesondere für profilierte Schleifscheiben, deren Verschleiß nicht durch Nachführen eines Stellwertes der Maschine kompensiert werden kann, sondern zu einem Formfehler am Werkstück führt. Diese Schleifscheiben müssen daher in bestimmten Zyklen neu profiliert werden.

[0003] Für das profilieren von Diamant- und Bornitridschleifscheiben steht heute eine Vielzahl von Profilierverfahren zur Verfügung. Die Wahl des Profilierverfahrens richtet sich nach dem Kornmaterial wie Diamant oder Bornitrid, nach dem Bindungsmaterial und nach der Profilform der Schleifscheibe.

[0004] Viele Profilierverfahren, insbesondere die, die mit einer Diamantrolle, Diamantleiste oder einem Diamantblock oder mit sonstigen diamantbestückten Profilierwerkzeugen arbeiten, aber auch solche, die mit rotierender Siliziumkarbid- oder Korundschleifscheibe als Profilierwerkzeug arbeiten, hinterlassen nach dem Profilieren eine Schleifscheibenoberfläche, die für das Schleifen, insbesondere mit hohen Abtragraten, zu glatt ist. Der Kornüberstand über der Bindung ist zu gering, so daß zwischen den Körnern nicht ausreichend Raum für die Abfuhr von Spänen und die Zufuhr von Kühlschmierstoff zur Verfügung steht. Die Schleifscheibe muß daher außerdem in vielen Fällen nach dem Abrichten noch geschärft werden. Dieser Vorgang, der auch mit Aufreißen, Aufrauhen, Freiziehen oder Offnen bezeichnet wird, bewirkt ein Zurücksetzen der Bindung gegenüber den Schleifmittelkornspitzen, wobei keine, oder nur eine unwesentliche Anzahl der Diamant- oder Bornitridkörner ausbrechen sollen, um die Kontur der Schleifscheibe nicht zu verändern.

[0005] Dafür hat sich insbesondere das Schärfen mit Schärfblock aus Korund oder/und Siliziumkarbid in keramischer oder bakelitischer Bindung aufgrund seiner verfahrensspezifischen Vorteile durchgesetzt. Dabei wird der Schärfblock im Durchlauf (wie Tiefschleifen) oder durch Eintauchen (wie Tauchschleifen) der Schleifscheibe zugeführt.

[0006] Die Anwendung bekannter Verfahren ist jedoch problematisch. Das beruht unter anderem darauf, daß bei einer relativgroßen Vorschubgeschwindigkeit des Schärfsteines mehr abgetragen würde, als abgeführt werden kann zu Beginn des Schärfvorganges. Dabei treten auch relativ große Kräfte auf. Durch diese großen Kräfte werden wiederum die feinen Profile zu stark verschliessen bzw. allgemein zu stark angegriffen. Andererseits ist es jedoch wünschenswert, beim Schärfen ein bestimmtes Spankammervolumen zu schaffen bzw. Spankammern von einer bestimmten Größe; welche optimal sind für die spätere Benutzung der Schleifscheiben.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schärfen mit Schärfblock zu schaffen, das bei möglichst geringem Aufwand an Schärfblockmaterial und möglichst kurzer Schärfzeit einen vorgegebenen Spanraum zwischen den Diamant- oder Bornitridkörnern der Schleifscheibe reproduzierbar erzeugt, ohne daß die Schleifscheibe während des Schärfens durch zu hohe Kräfte zwischen Schärfblock und Schleifscheibe beschädigt oder in unzulässiger Weise mechanisch oder thermisch beeinflußt wird, um eine technologische und wirtschaftliche Verbesserung gegenüber bekannten Schärfverfahren zu schaffen. Darüber hinaus soll eine Schärfvorrichtung geschaffen werden, die den geforderten Schärfvorgang auf Produktionsschleifmaschinen ermöglicht.

[0008] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem eingangs gennanten Verfahren dadurch gelöst, daß die Vorschubgeschwindigkeit bei Erreichen der voreingestellten maximalen Vorschubkraft soweit reduziert wird, daß die eingestellte maximale Vorschubkraft nicht überschritten wird und daß die Vorschubgeschwindigkeit auf einem voreingestellten Sollwert durch Regelung konstant gehalten wird, sobald die Vorschubkraft unterhalb der voreingestellten maximalen Vorschubkraft liegt.

[0009] Das Schärfen mit Schärfblock mit konstanter Vorschubkraft hat den Vorteil, daß eine Überlastung des Schleifscheibengefüges infolge zu hoher Anfangskräfte nicht auftreten kann, da sich die Vorschubgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt der eingestellten Vorschubkraft anpaßt. Die Einstellung der Kraft kann z. B. durch Pneumatik, Hydraulik oder Gewichte erfolgen. Durch die Anwendung der optimalen Vorschubkraft kann die Rauheit der Schleifscheibe der Schleifaufgabe angepaßt werden, wobei höhere Vorschubkräfte zu einer höheren Rauheit der Schleifscheibe führen, die für das Schleifen mit großen Abtragleistungen erforderlich ist. Je nach Auswahl der Größe der Vorschubkraft entstehen hierbei jedoch sehr lange Schärfzeiten, wenn die Schleifscheibe sehr glatt profiliert wurde. In diesem Fall liegt der Schärfblock sehr lange am Schleifbelag an, ohne abrasiv zu wirken. Für einen kurzen und reproduzierbaren Ablauf des Schärfvorganges ist daher die Schleifscheibe so zu profilieren, daß durch eine ausreichende Rauheit des Schleifbelages der sofortige Abrieb des Schärfblocks gewährleistet ist.

[0010] Neben dieser nicht immer zu erfüllenden Forderung steht ein weiterer gravierender Nachteil. Die eingestellte Vorschubkraft wirkt nur über die Regulative Schleifscheibenbreite, Zerspanbarkeit der Bindung, Kühlschmierbedingungen usw. auf die Vorschubgeschwindigkeit ein, die die Größe des erzeugten Spanraums bestimmt. Zusammenhänge zwischen Vorschubkraft und entstehendem Spanraum gelten daher nur für den Einzelfall und sind nicht übertragbar und damit nur schwierig systematisierbar und sehr störanfällig. Dies gilt insbesondere beim Einsatz unterschiedlich profilierter Schleifscheiben. prinzipiell unvereinbar hinsichtlich einer optimalen Prozeßauslegung sind die Zusammenhänge, daß eine kurze Schärfdauer eine hohe Schärfkraft zu Prozeßbeginn erfordert, eine hohe Schärfkraft jedoch anschließend zu einer unzulässig hohen Vorschubgeschwindigkeit führen kann.

[0011] Ein Schärfen mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit gewährleistet hingegen unabhängig von den Randbedingungen, daß sich der der Vorschubgeschwindigkeit entsprechende Spanraum in der Schleifscheibe einstellt. Hierbei können jedoch unzulässig hohe Kräfte zwischen Schärfblock und Schleifscheibe in der Anfangsphase des Schärfprozesses auftreten. Hierdurch ist eine Überlastungsgefahr insbesondere bei sehr glatt profilierter Schleifscheibe gegeben.

[0012] Je nach Art der Schleifscheibe und der Größe des zu erzeugenden Spanraums ist es möglich, daß weder das Schärfen mit konstanter Vorschubkraft noch das Schärfen mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit einen sachgerechten Ablauf des Schärfvorganges ermöglicht.

[0013] Überraschend stellte sich heraus, daß das erfindungsgemäße Schärfverfahren auch bei schwierig zu schärfenden Schleifscheiben einerseits durch eine konstante Vorschubgeschwindigkeit in der Endphase des Schärfvorgangs, andererseits durch eine einstellbare Vorschubkraft zu Beginn des Schärfvorgangs zu besonders guten Schärfergebnissen bei sehr kurzen Schärfzeiten führt, ohne daß die Schleifscheibe beschädigt oder unzulässig beeinflußt wird.

[0014] Wenn erfindungsgemäß die Vorschubgeschwindigkeit zunächst begrenzt wird auf eine vorher einstellbare Kraft, so ist dazu folgendes zu berücksichtigen. Haben sich danach zwischen den Schleifkörnern Spanräume geöffnet, so würden bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit die auftretenden Kräfte kleiner, weil einmal die Reibungsfläche geringer ist und andererseits die Späne besser abgeführt werden können zwischen der Schleifscheibe und dem Schärfstein. Wird nunmehr die Kraft begrenzt auf einen feststehenden bzw. gleichbleibenden Wert, so wächst die Vorschubgeschwindigkeit fortlaufend an in Abhängigkeit von der weiteren Ausbildung oder Vergrößerung der Spanräume zwischen den Körnern. Bei langsamer Vorschubgeschwindigkeit würden sich die Spanräume nicht weiter vergrößern, da der Abtrag an dem Stein gerade so groß ist, daß er durch die Spanräume abgeführt werden kann. Nach einem Vorliegen kleiner Spanräume zwischen den Körnern, kann die Vorschubgeschwindigkeit größer werden ohne daß eine bestimmte Kraft überschritten wird. Dann tritt der Zeitpunkt ein, zu dem die Spanräume so groß sind, daß bei Vorliegen der maximalen Kraft die höchste Vorschubsgeschwindigkeit erreicht ist.

[0015] Wird nach Erreichen der maximalen Kraft die dann gegebene Vorschubgeschwindigkeit eingehalten, so fällt die Kraft wiederum ab, weil die Spanräume noch vergrößert werden. Wird ein größeres Spankammervolumen gewünscht, so wäre die Vorschubgeschwindigkeit auf einen höheren Wert einzustellen.

[0016] Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens unfasst die in Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale.

[0017] Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen lassen sich diese Erkenntnisse nicht ausnutzen, weil dort der Schärfstein entweder mit konstanter Kraft zugeführt wird oder mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit, ohne daß eine Abhängigkeit gegeben war zwischen der einen und der anderen Größe.

[0018] Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: Die Abhängigkeit der Vorschubkraft von der Vorschubgeschwindigkeit im Diagramm;

Figur 2: die Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit von der Schärfzeit im Diagramm und

Figur 3: eine Vorrichtung zum Schärfen in schematischer Darstellung.

[0019] Von Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Einhaltung von Verhältnissen, welche in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind.

[0020] Nach Figur 1 wird die Vorschubgeschwindigkeit v_solI unterhalb eines einstellbaren Wertes F_max der Vorschubkraft konstant gehalten. Oberhalb dieses Wertes wird die Vorschubgeschwindigkeit nahezu null.

[0021] Die in Figur 1 gestrichelt eingetragene Charakteristik, wie sie z. B. durch einfache Dämpfungsglieder realisiert werden kann, ist im erfindungsgemäßen Sinne unvorteilhaft, da sie auch unterhalb des maximal zulässigen Kraftwertes F_max eine Geschwindigkeitsänderung mit steigender oder fallender Kraft hervorruft und die von der Vorschubgeschwindigkeit abhängige Ausbildung des Spanraums der Schleifscheibe bereits bei geringen, die Vorschubkraft beeinflussenden Prozeßstörungen nicht reproduzierbar erreicht wird.

[0022] Die erfindungsgemäße Geschwindigkeits/ Kraftcharakteristik führt zu dem in Figur 2 dargestellten, als optimal anzusehenden Verlauf von Vorschubkraft und -geschwindigkeit über der Schärfzeit. Zu Beginn des Schärfvorgangs erreicht die Vorschubkraft ihren eingestellten maximal zulässigen Wert F_max'

[0023] Die Vorschubgeschwindigkeit v nimmt dabei anfangs sehr niedrige Werte an und steigert sich dann allmählich entsprechend dem gerade erreichten aktuellen Schärfzustand der Schleifscheibe und dem daraus resultierenden Kraft/Geschwindigkeitsverhältnis. Sobald die Vorschubkraft den Maximalwert unterschreitet, erreicht die Vorschubgeschwindigkeit ihren Sollwert v_s,₁₁ und behält diesen im folgenden unabhängig vom weiteren Verlauf der Vorschubkraft bei. Ein Vergleich von Schärfergebnissen zeigte, daß bei dieser Charakteristik überraschend reproduzierbare Ergebnisse erreicht sind.

[0024] Bei der praktischen Anwendung wird in einem ersten Gerät die maximale Kraft eingestellt und in einem zweiten Gerät die Vorschubgeschwindigkeit. Beispielsweise wird die Vorschubgeschwindigkeit eingestellt auf 100 mm pro Minute und die Kraft auf 100 Newton, wobei auszugehend ist, daß die Vorschubgeschwindigkeit möglichst 100 mm pro Minute betragen soll. Ergeht aber eine Rückmeldung, daß die Kraft zu groß wird bzw. 100 Newton überschreitet, so wird die Vorschubgeschwindigkeit soweit begrenzt, daß nur 100 Newton auftreten. Die Vorschubgeschwindigkeit braucht deshalb nicht besonders von außen geregelt zu werden, sondern stellt sich automatisch ein jeweils nach dem Wert der vorhandenen Kraft. Die Vorschubgeschindigkeit versucht andererseits stets ihr Maximum zu erreichen. Beendet wird dieser Vorgang, wenn die Spanräume so groß sind, daß sie das bei der vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit abzutragende Material des Steines ohne weiteres abführen. Das drückt sich aus in einem Abfall der angezeigten Kraft. Die maximale eingestellte Vorschubgeschwindigkeit wird also dann erreicht, wenn die tatsächlich vorhandene Kraft unter die maximale Kraft absinkt.

[0025] Gerätetechnisch läßt sich das erfindungsgemäße Schärfverfahren entsprechend der in der Figur 3 wiedergegebenen Form realisieren. Die Schleifscheibe 1 soll durch den Schärfblock 2 geschärft werden. Dieser wird von einem Pneumatikkolben 3 gegen die Schleifscheibe gedrückt. Die maximal zulässige Vorschubkraft ergibt sich in Abhängigkeit von der Kolbenfläche A₁ durch den Luftdruck p_l. Mechanisch gekoppelt mit dem Pneumatikkolben 3 ist ein Hydraulikkolben 4. Der Hydraulikzylinder 6 bildet mit dem Stromregler 5 ein geschlossenes System, in dem während der Vorschubbewegung das Hydrauliköl von einer Kolbenseite durch den Stromregler auf die andere Kolbenseite fließt. Der Stromregler regelt dabei unabhängig vom Differenzdruck zwischen den beiden Flächen des Hydraulikkolbens und damit unabhängig von der Reaktionskraft zwischen Schleifscheibe und Schärfblock den Öldurchfluß und damit die Vorschubgeschwindigkeit.

[0026] Eine derartige Vorrichtung hat nur einen geringen Platzbedarf und einen sehr großen Wertebereich der Steilgroßen, wodurch eine optimale Anpassung an alle praktisch auftretenden Einsatzfälle gewährleistet ist. Vorteilhaft ist darüber hinaus der Einsatz von Druckluft als Energieträger, da diese in der Regel im Aufstellungsbereich von Werkzeugmaschinen zur Verfügung steht und keine Anschlußprobleme bereitet.

[0027] Das erfindungsgemäße Schärfverfahren läßt sich auch mit hier nicht näher erläuterten hydraulischen, mechanischen, elektromagnetischen oder magnetischen Antrieben verwirklichen, wobei je nach Antriebsart auch kraft- und geschwindigkeitsregulierende Feder-, Dämpfer-oder kombinierte Feder/Dämpfersysteme oder Stromregler eingesetzt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zum Schärfen und Reinigen von Schleifscheiben (1) mit Diamant oder kubischkristallinem Bornitrid als Schleifmittel mittels eines Schärfblockes (2), dessen Vorschubkraft (F_max) voreingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit (V) bei Erreichen der voreingestellten maximalen Vorschubkraft (F_max) soweit reduziert wird, daß die eingestellte maximale Vorschubkraft (F_max) nicht überschritten wird, und daß die Vorschubgeschwindigkeit (V) auf einem voreingestellten Sollwert durch Regelung konstant gehalten wird, sobald die Vorschubkraft (F) unterhalb der voreingestellten maximalen Vorschubkraft (F_max) liegt.

2. Vorrichtung zum Schärfen einer Schleifscheibe (1) mit Diamant oder kubisch- kristallinem Bornitrid als Schliefmittel unter Verwendung eines Schärfblockes (2) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei miteinander gekoppelte Antriebe für den Schärfblock (2) aufweist, von denen mit dem einen Antrieb (4) die Vorschubgeschwindigkeit (V) und mit dem anderen Antrieb die Vorschubkraft (F) zu steuern ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antriebe jeweils mindestens einen Arbeitskolben (3,4) aufweisen, deren Kolbenstangen miteinander mechanisch gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Antriebe einen Pneumatikzylinder mit Kolben (3) aufweist.

Claims

1. Method of sharpening and cleaning a grinding wheel (1) with diamond or cubical crystalline boron nitride as grinding agent by means of a sharpening block (2), the feed motion force (F_max) of which is preadjusted, characterized in that the feed rate (V) when reaching the preadjusted maximum feed motion force (F_max) is reduced so that the adjusted maximum feed motion force (F_max) is not exceeded and that the feed rate (V) is kept constant by controlling at a preadjusted nominal value as soon as the feed motion force (F) is inferior to the preadjusted maximum feed motion force (Fmax).

2. Device for sharpening a grinding wheel (1) with diamond or cubical crystalliine boron nitride as grinding agent by using a sharpening block (2) to perform the method according to claim 1, characterized in that the device presents two gears joined together for the sharpening block (2), the one of which (4) controls the feed rate (V) and the other the feed motion force (F).

3. Device according to claim 2, characterized in that each of both gears presents at least one working piston (3,4), the piston rods of which are joined together mechanically.

4. Device according to claim 3, characterized in that one of the gears presents a penumatic cylinder with piston (3).

Revendications

1. Procédé pour l'affûtage et le nettoyage d'une meule (1) avec diamant ou nitrure de bore cristallin cubique comme matière pour affûter au moyen d'un bloc d'affûtage (2) dont la force d'avancement (F_max) est préréglée, caractérisé en ce que la vitesse d'avancement (V) en atteignant la force d'avancement maximale préréglée (F_max) est réduite de manière à ne pas dépasser la force d'avancement maximale réglée (F_max) et que la vitesse d'avancement (V) est maintenue constante par réglage sur une valeur de consigne réglée dès que la force d'avancement (F) est située en dessous de la force d'avancement maximale préréglée (F_max).

2. Dispositif pour l'affûtage d'une meule (1) avec diamant ou nitrure de bore cristallin cubique comme matière pour affûter utilisant un bloc d'affûtage (2) pour réaliser le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif présente deux commandes reliées l'une à l'autre pour le bloc d'affûtage (2) dont l'une (4) commande la vitesse d'avancement (V) et l'autre la force d'avancement (F).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des deux commandes présente au moins un piston moteur (3,4) dont les tiges de piston sont reliées l'une à l'autre de manière mécanique.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des commandes présente un cylindre pneumatique avec piston (3).

Zeichnung