[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen
von in einer Schleifmaschine um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen
Werkstücken, wobei eine Schleifscheibe längs der Drehachse des Werkstückes vorgeschoben
und entsprechend dem zu schleifenden Umfangsprofil radial verstellt wird.
[0002] Beim Profilschleifen von drehkörpern werden bisher Schleifscheiben eingesetzt, deren
Kontur dem zu schleifenden Profil entspricht. Schleifscheiben, die so breit wie das
Profil sind, haben den Nachteil, daß sie das Werkstück unter sogenannter "Linienberührung"
und entsprechend hohen Radialkräften beschleifen, was zur Folge hat, daß das Kühlmittel
nicht optimal zur Wirkung kommt. Um die Erwärmung vom Werkstück in Grenzen zu halten,
wird im allgemeinen auch wegen der großen Masse einer solchen Schleifscheibe mit relativ
niedrigen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet. Dies hat eine relativ lange Bearbeitungsdauer
zur Folge, welche die Werkstückkosten entsprechend erhöht.
[0003] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Rund- bzw. Drehschleifen von rotationssymmetrischen,
um ihre Längsachse drehbar eingespannten Werkstücken anzugeben, wobei jedes Werkstück
schonend in kürzester Zeit geschliffen werden kann und sich andererseits die Schleifscheibe
schichtweise sukzessiv längs ihres Umfangs gleichmäßig abnutzen kann.
[0004] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der oben umrissenen Art so gelöst, daß die
stirnseitig schleifende Schleifscheibe mit einer im wesentlichen ebenen Mantellinie
so gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt wird, daß die Schleifscheibe
beim Schleifvorgang den Werkstückumfang im Bereich seines fertigen (geringsten) Durchmessers
lediglich in einen auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegenden Punkt berührt,
wobei die Mantellinie der Schleifscheibe mit der geschliffenen Werkstückfläche einen
Freiwinkel einschließt, so daß die angrenzende fertig geschliffene Fläche nicht weiter
von der Schleifscheibe erfaßt wird.
[0005] Die Schleifmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem mit seinen beiden
Enden drehbaren in einen Halter eingespannten rotationssymmetrischen Werkstück und
einer von einer Schleifspindel getragenen und angetriebenen Schleifscheibe, welche
längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbar und entsprechend dem gewünschten
zu schleifenden Profil des Schleifstückes radial verstellbar ist, ist so ausgebildet,
daß die Schleifscheibe eine im wesentlichen ebene Mantellinie aufweist und daß die
Schleifscheibe in Bezug'auf das Werkstück schief angeordnet ist.
[0006] Zweckmäßig ist diese Anordnung dadurch geschaffen, daß der Schleifscheibenmantel
zylindrisch ist und die Achse der Schleifscheibe mit der Werkstücklängsachse einen
Winkel größer als 0 einschließt.
[0007] Vorteilhaft sind die Achsen der eine konische Mantelfläche aufweisenden Schleifscheibe
und des Werkstückes windschief zueinander angeordnet. Dabei kann die Anordnung auch
so getroffen sein, daß die Schleifspindelachse gegenüber der Werkstücklängsachse horizontal
und vertikal geschwenkt und eingestellt ist. Unter dem Ausdruck "im wesentlichen ebene
Mantelfläche" sollen auch die Flächen fallen, welche geradlinig verlaufen oder einen
großen Radius aufweisen.
[0008] Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß unter
Senkung der Werkzeugkosten eine erhebliche Verkürzung der Schleifzeit bei sehr geringer
Wärmeentwicklung erfolgt. Abgesehen davon, daß eine Wärmestauung im Werkstück vermieden
wird, weil bei Verwendung einer flachen Schleifscheibe wesentlich konzentrierter als
bislang möglich abgekühlt werden kann, wird das Werkstück keinen extremen radialen
Schleifdrücken ausgesetzt, weil erstens die jeweils pro Zeiteinheit mit dem Werkstück
in eingriff stehende aktive Fläche der Schleifscheibe relativ gering ist und darüber
hinaus ein wesentlicher Teil der Schleifdrücke in Achsrichtung übertragen wird. Deshalb
kann mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden, weil im Gegensatz
zum herkömmlichen Schleifen die Kräfte, die rechtwinklig zur Achse wirken, nur einen
Bruchteil ausmachen und diese Kräfte in einem Punkt des Werkstückumfanges wirken,
der auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegt. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß sich die Schleifscheibe nach einer Seite hin in Form einer dünnen Schicht
gleichmäßig abnutzt. Es läßt sich also mathematisch feststellen, wann vom Schleifscheibenumfang
eine Schicht abgetragen worden ist, damit sie anschließend nachgerichtet werden kann.
Für den Fall, daß der Schleifkörper mit einem Borazon-Belag versehen ist, ist die
Standzeit wesentlich erhöht.
[0009] Aufgrund der schiefen bzw. windschiefen Anordnung von Schleifscheibe zu dem zu bearbeitenden
Werkstück ergibt sich zwischen Mantellinie und Umfangslinie des Werkstückes ein Freiwinkel,
der bewirkt, daß die Schleifscheibe nur an der vorgesehenen Stelle auf das Werkstück
einwirkt, ansonsten jedoch Platz gelassen wird, so daß die Schleifscheibe beim weiteren
Schleifvorgang nicht noch einmal das fertige Profil beschleifen kann. Während also
erfindungsgemäß entsprechend der gewünschten Zustelltiefe die Schleifscheibe mit einer
schrägen Stirnfläche am Werkstück angreift, der abschließende Durchmesser des Werkstückes
von der Schleifscheibe jedoch lediglich durch Punktberührung geschliffen wird, ist
nach "Fertigungstechnik und Betrieb" Nr. 23, Heft 3, 1973, S.166-171 die Schleifanordnung
so getroffen, daß die Schleifscheibenachse und die Werkzeugachse parallel in einer
Ebene liegen und die Schleifscheibe mit zwei Mantellinien.an dem Werkstück angreift.
[0010] In der DDR-PS 29 342 ist eine Polierschleifeinrichtung für runde symmetrische und
asymmetrische dünnwandige Werkstücke beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, daß
sie in ihren Bewegungskomponenten annähernd denen einer Handschleifpolierung entspricht,
d.h. also das Werkstück führt laufend eine pendelnde Schwenkbewegung bei Änderung
der Vorschubrichtung der Poliervorrichtung aus. In dieser Druckschrift ist zwar eine
Schrägstellung von Polierschleifscheibe zu Werkstückachse angegeben, wobei diese Schrägstellung
offensichtlich nur die Bedeutung hat, daß das Werkstück genau so intensiv wie von
Hand poliert werden kann. Zur Schaffung eines Freiwinkels zwischen einer stirnseitig
arbeitenden Schleifscheibe und dem Werkstück und zur sukzessiven gleichmäßigen Abnutzung
der Schleifscheibe, ohne dauernd abrichten zu müssen, gibt diese Druckschrift keinen
Hinweis.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert.
[0012] In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf die Anordnung eines Schleifkörpers zum Werkstück,
wobei die Schleifkörperdrehadhse gegen die Werkstücklängsachse horizontal geschwenkt
ist,
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Schleifscheibenachse
vertikal gegen die Werkstücklängsachse geschwenkt ist,
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht nach Fig. 1 mit zu 10% abgenutzter Schleifscheibe,
Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei der Abnutzungsgrad der Schleifscheibe
höher ist,
Fig. 5 schematisch eine an einem rotationssymmetrischen werkstück angesetzte Schleifscheibe,
Fig. 6 bis 8 verschiedene schematische Darstellungen in Draufsicht, in denen die Abnutzungsweise
der Schleifscheibe gezeigt ist,
Fig. 9 eine Teilansicht von Werkstück und Schleifscheibe, wobei ein Freiwinkel α sich
durch Schrägstellung der Schleifscheibe zum rotationssymmetrischen Werkstück ergibt,
Fig. 10 eine Frontansicht von Werkstück und Scheibe entsprechend Pfeil A in Fig. 9
[0013] In Fig. 1 ist ein rotationssymmetrischer Drehkörper, nämlich ein Werkstück 1 gezeigt,
an welchem ein Schleifkörper in der Form einer schmalen Schleifscheibe 2 angreift.
Die Rotationsachse 2a dieser Schleifscheibe 2 ist gegen die Werkstücklängsachse 4
um einen Winkel ß horizontal geschwenkt. In Fig. 2 ist erkennbar, daß durch Vertikalschwenkung
der Schleifscheibendrehachse 2a gegen die Werkstückachse 4 ein weiterer Verschränkungswinkel
α gegeben ist. Die Schrägstellung von Schleifscheibe zu Werkstück während des Schleifens
wird nachfolgend anhand Fig. 3 und 4 deutlicher erläutert.
[0014] Nach Fig. 3 und 4 greift die Schleifscheibe 1, welche eine im wesentlichen ebene
Mantelfläche aufweist, in einem Winkel an dem Umfang des Werkstückes an, von welchem
entsprechend der Schleifscheibe s ein bestimmter Teil des Umfanges abgeschliffen werden
soll. Zu Beginn bildet sich eine Schrägfläche F aus, mit welcher die Schleifscheibe
an dem abzutragenden Teil L des Werkstückes angreift, während aufgrund der besonderen
Anordnung der Schleifscheibe zum Werkstück ein (nicht gezeigter erkennbarer) Freiwinkel
zwischen der geraden Mantellinie 11 der Schleifscheibe und der fertig geschliffenen
Umfangsfläche U des Werkstückes 1 vorhanden ist, so daß, wenn der Umfang U einmal
fertig geschliffen ist, er nicht weiter mit der Schleifscheibe in Berührung kommt.
Während hier ein beträchtlicher Teil des Druckes der Schleifscheibe über die Linie
L nach Fig. 3 in Achsrichtung abgeleitet wird, wirkt die radial gerichtete Schleifkraftkomponente
lediglich in dem Punkt auf das Werkstück ein, welcher in Fig. 6 bis 8 mit 1a bezeichnet
ist. Die Stirnfläche F wandert während des weiteren Schleifens entgegen der Vorschubrichtung
der Schleifscheibe zum freien Rand der Scheibe hin, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht
ist, in welcher die Schleifscheibe bereits zu 80% in Form einer Schicht abgenutzt
ist. In Fig.4 ist die schräge Stirnfläche der Schleifscheibe mit F1 bezeichnet.
[0015] In Fig. 6 bis 8 ist schematisch eine vereinfachte Darstellung der Abnutzung der Schleifscheibe
wiedergegeben, in welcher der zwischen der geraden Mantellinie M der Schleifscheibe
2 und der Umfangslinie U des Werkstückes 1 des bereits fertig geschliffenen Durchmessers
des Werkstückes 1 abgebildete Freiwinkel nicht gezeigt ist. Nach Fig. 6 wirkt die
Schleifscheibe 2 mit ihrer schrägen Stirnfläche F gegen die Bearbeitungsschicht B
des Werkstückes 1 entsprechend der gewünschten Schleiftiefe S. Mit den Pfeilen ist
die radiale Zustellung und die Axialbewegung der Schleifscheibe 2 gegenüber dem Werkstück
1 angedeutet. Bei dem Schleifvorgang nach Fig. 6 bis 8 wird jedoch nicht nur der Durchmesser
des Werkstückes 1 um die doppelte Schleiftiefe verringert, sondern die Schleifscheibe
2 nutzt sich während des Schleifvorganges sukzessiv in Form einer Schicht ab, die
der Schleiftiefe S entspricht. Beim Schleifen selbst wirkt ein erheblicher Teil der
Schleifdrücke in axialer Richtung, während die Radialkomponente dieser Kräfte von
der Schleifscheibe 2 auf das Werkstück 1 lediglich in dem Punkt 1a übertragen wird.
Die Schleifscheibe 2 weist also an der Stelle 1a mit dem Werkstück eine Punktberührung
auf, so daß das Werkstück selbst keinen wesentlichen radialen Druckkräften ausgesetzt
ist. Dieser Punkt 1a liegt auf einer Senkrechten zur Werkstücklängsachse an der Stelle,
an welcher das Werkstück 1 von der Scheibe gerade fertiggeschliffen wird. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist dies die Umfangslinie U in Fig. 7, während der Umfangsabschnitt
U1 (Fig. 6) des Werkstückes 1 noch abzuschleifen ist. Die Abnutzung der Schleifscheibe
erfolgt also gleichmäßig in Form einer der Schleiftiefe entsprechenden Schicht S,
so daß so lange, wie diese Schicht noch nicht vollständig abgetragen ist, die Schleifscheibe
auch nicht nachgerichtet oder neu zugestellt zu werden braucht. Unter Bezugnahme auf
Fig. 3 und 4 bedeutet dies also, daß so lange ein Abschnitt X1 bzw. X2 der Mantelfläche
der Schleifscheibe zum Schleifvorgang zur Verfügung steht, im Gegensatz zu bisherigen
Schleifverfahren nicht dauernd abgerichtet werden muß.
[0016] Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist ein sehr schonendes Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen
von Werkstücken möglich, weil im Gegensatz zu bekannten Rundschleifverfahren, bei
denen die Kräfte zu über 90% im rechten Winkel zur Werkstückachse einwirken, die Radialkräfte
aufgrund der Punktberührung von Schleifscheibe 2 und Werkstück 1 im Punkt 1a lediglich
über diesen Punkt zur Einwirkung gelangen, während der Hauptteil der Kraft aufgrund
der schrägen Stirnfläche in Achsrichtung übertragen wird.
[0017] In Fig. 9 und 10 ist die vereinfachte Anordnung von Schleifscheibe zu Werkstück gezeigt,
wobei nach Fig. 9 der Freiwinkel α eingezeichnet ist, so daß der im Bereich des fertigen
Durchmessers des Werkstückes 1 liegende Teil der Schleifscheibe nicht mehr mit der
schon beschliffenen Fläche in Eingriff gelangen kann. Auch hier ist deutlich gezeigt,
wie sich die Schleifscheibe 2 längs ihrer schrägen Stirnfläche gleichmäßig in Form
einer Schicht abnutzt, wenn sie in Richtung des in Fig. 9 gezeigten Pfeiles gegen
das sich drehende Werkstück bewegt wird.
[0018] Bei der Darstellung nach Fig. 10 ist deutlich erkennbar, daß die Schleifscheibe 2
den fertigen Durchmesser (Umfangslinie U) fertig arbeitet, indem sie nur über den
Punkt 1a auf das Werkstück einwirkt, während die übrige Schleifkraft über die schräge
Stirnfläche F der Scheibe gegen den noch abzutragenden Umfang des Werkstückes wirkt.
[0019] Eine Möglichkeit eines Profilschleifens ist in Fig. 5 gezeigt, bei welcher die windschiefe
Anordnung von Schleifkörperdrehachse 2a und Werkstücklängsachse 4 hervorgehoben ist.
Hier wird eine über einen programmierbaren Computer numerisch gesteuerte Schleifmaschine
verwendet, wobei der axiale Vorschub der Schleifscheibe und deren radiale Zustellung
ebenfalls durch ein Computerprogramm gesteuert werden. Dadurch wird eine sehr präzise
Führung der Schleifscheibe nach Maßgabe des gewünschten Profils ermöglicht, so daß
auf technisch nicht aufwendige Weise das als Ausführungsbeispiel in Fig. 5 gezeigte
Profil am Werkstückumfang gearbeitet werden kann.
[0020] Die erzielbaren Vorteile lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
1) Kurze Schleifzeit (ca. 1o-25%);
2) geringe Wärmeentwicklung;
3) hohe Drehzahl des Werkstückes möglich;
4) hohe Schleifscheibendrehgeschwindigkeit möglich;
5) relativ schmale Schleifscheibe.
1. Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-Profilschleifen von in einer Schleifmaschine
um ihre Längsachse drehbar eingespannten rotationssymmetrischen Werkstücken, wobei
eine Schleifscheibe längs der Drehachse des Werkstückes vorgeschoben und entsprechend
dem zu schleifenden Umfangsprofil radial verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die stirnseitig schleifende Schleifscheibe mit einer im wesentlichen eben verlaufenden
Mantellinie so gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche geführt wird, daß die Schleifscheibe
beim Schleifvorgang den Werkstückumfang im Bereich seines fertigen Durchmessers lediglich
in einem auf der Senkrechten zur Werkstücklängsachse liegenden Punkt berührt, und
daß die Mantellinie der Schleifscheibe mit der Umfangslinie der geschliffenen Werkstückfläche
einen Freiwinkel einschließt, so daß die angrenzende fertig geschliffene Fläche nicht
weiter von der Schleifscheibe erfaßt wird.
2. Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit seinen
beiden Enden drehbaren in einem Halter eingespannten rotationssymmetrischen Werkstück
und einer von einer Schleifspindel getragenen und angetriebenen Schleifscheibe, welche
längs der Drehachse des Werkstückes verschiebbar und entsprechend dem gewünschten
zu schleifenden Profil des Schleifstückes radial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleifscheibe (2) eine im wesentlichen ebene Mantellinie (11) aufweist, und
daß die Schleifscheibe (2) in Bezug auf das Werkstück (1) schief angeordnet ist.
3. Schleifmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifscheibenmantel
(11) zylindrisch ist und die Achse (2a) der Schleifscheibe (2) mit der Werkstücklängsachse
(4) einen Winkel größer als Null einschließt.
4. Schleifscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Achsen
der eine konische Mantelfläche aufweisenden Schleifscheibe (2) und des Werkstückes
(1) windschief zueinander angeordnet sind.