Verfahren zum Umfangsprofilieren eines Werkstückes

Abstract

 Bisher wurden über mechanische Hebeltriebe und Kurven­scheiben, welche auf ihrem Umfang die Schleifkurve ab­gebildet hatten, die notwendigen Relativbewegungen zwischen Werkstück (2) und Schleifscheibe (1) erzeugt. Um größere Leistungen bei gleichzeitig besserer Schleif­qualität zu erreichen, wurde demgegenüber mit Hilfe elektronischer Getriebe auf der Schleifscheibe (1) die Hinter­schliffkurve mittels einer Abrichtrolle (3) ein- oder mehr­mals konvex abgebildet. Anschließend wird der Hinter­schliff des Werkstückes (2) bei jeweils definierter translatorischer, rotatorischer und winkelabhängiger Lage­beziehung zwischen Werkstück (2) und Schleifscheibe (1) her­gestellt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umfangsprofilieren eines Werkstückes, insbesondere zum Herstellen einer archimedischen Hinterschliffkurve an einem Fräser oder Gewindebohrer.

[0002] Um in einem Werkstück eine vorgebbare Form, wie z.B. die archimedische Hinterschliffkurve an Abwälz- und Gewindefräsern oder an Gewindebohrern zu erzeugen, werden bisher mechanische Vorrichtungen eingesetzt. Von einer Kurvenscheibe mit der auf ihrem Umfang abgebildeten Schleifkurve werden über Hebeltriebe die notwendigen Hubbewegungen des Wertstückes oder der Schleifscheibe erzeugt. Bedingt durch Kraft- und Schwingungsprobleme translatorisch bewegter Massen, sind der Arbeitsge­schwindigkeit und der Qualität bei diesen mechanischen Hebeltrieben Grenzen gesetzt. Bei der Erprobung eines mechanisch gesteuerten Hinterschliffes ergab sich bei­spielsweise eine Grenzleistung von 1500 Hub/min, weil dann Schwingungen und Resonanzfrequenzen auftraten, welche eine weitere Steigerung nicht zuließen. Außer­dem ist die Maschinenumrüstung zur Herstellung unterschied­licher Werkstücke sehr aufwendig.

[0003] Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine vorgegebene geometrische Form mit kompliziertem Verlauf, wie eine archimedische Hinterschliffkurve an Fräsern und Bohreren, mit möglichst hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleich­zeitig hoher Konturgenauigkeit und Oberflächenqualität zu erzeugen. Zur Lösung dieser Aufgabe, werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen.

[0004] Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Arbeitsprinzip sind die translatorischen Bewegungszyklen während des Schleifprozesses eleminiert, wodurch Schleifgeschwindig­keiten von 60 m/s und höher ermöglicht werden. Durch den Einsatz elektronischer Getriebe ist auch das Koppeln und Entkoppeln einander zugeordneter Achsen möglich, ohne daß die Abhängigkeitsbeziehungen zueinander ver­loren gehen. Dadurch können das Schrupp- oder Leistungs­schleifen und das Schlicht- oder Qualitätsschleifen unter den jeweils optimalen Bedingungen und mit hoher Genauig­keit durchgeführt werden.

[0005] Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

[0006] Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der drei elektronisch ge­koppelten Achsen von Abrichtrolle, Schleifscheibe­und Werkstück

Fig. 2 Eine vergrößerte Darstellung eines Teilaus­schnittes eines Gewindebohrers und den zuge­hörigen Hinterschliffgrößen.

Fig. 3 Schematische Darstellung einer Schleifvor­richtung und der zugehörigen Steuerung.

[0007] Die Schleifscheibe 1 ist an ihrem Umfang mit der dem zu schleifenden Werkstück 2 (Gewindebohrer) angepaßten Hinterschliffkurve versehen. Die Hinterschliffkurve der Schleifscheibe 1 wird durch die Diamant-Abrichtrolle 3 erzeugt. Hierzu wird die Diamant-Abrichtrolle 3 über entsprechende Antriebe in die jeweils gewünschte Lage zur rotierenden Schleifscheibe gebracht, wobei der Synchronlauf durch eine elektronische Steuerung sicher­gestellt wird. Die jeweilige Hubbewegung H der Abricht­rolle 3 entspricht dem der auf dem Schleifscheibenum­fang gewünschten konvexen Hinterschliffkurve. Die Hinterschliffkurve kann auf dem Umfang der Schleifscheibe einmal oder auch mehrmals abgebildet werden. In Fig. 1 ist die 2-malige Abbildung angedeutet, während der Ge­windebohrer über seinen Umfang vier Hinterschliffkurven aufweist.

[0008] Während der Profilierung der Schleifscheibe 1 führt so­mit lediglich die Abrichtrolle 3 neben der rotorischen Bewegung eine Hubbewegung aus. Beim eigentlichen Schleif­prozess dagegen, rotieren die Schleifscheibe 1 und das Werkstück 2 synchronisiert um die feststehenden Rotationsachsen 4 bzw. 5 und die Schleifscheibe 1 voll­zieht aufgrund der konvexen Profilierung ihres Um­fanges eine relative Bewegung zur Werkstückachse.

[0009] Die auf der Schleifscheibe 2x aufgebrachte Hinter­schleifkurve hat die Funktion r = f (ϑ, k) wobei k die Anzahl der konvexen Hinterschleifkurven auf 360° ist (im vorliegenden Falle = 2). Mit α ₁ ist ein Sicherheitsbereich angedeutet, während α ₂ den Sicherheitsbereich einschließlich Hinterschleifab­schnitt und α ₃ einschließlich des Nutenabschnittes an­deutet. Im Nutenabschnitt wird die Hinterschleifkurve wieder auf den Ausgangspunkt A_S zurückgeführt.

[0010] In Fig. 2 ist in größerem Maßstab ein Kurvenverlauf und deren einzelne Abschnitte und Größen dargestellt, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist.

[0011] Die Hinterschliffgröße H bzw. h max sind innerhalb be­stimmter Werte programmierbar.

[0012] Anhand der schematischen Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird nachfolgend der technologische Ab­lauf der Herstellung eines Gewindes mit Hinterschliff erläutert.

[0013] Zunächst werden die Achslagen von Diamant-Abrichtrolle 3 und Schleifscheibe 1 mittels einer CNC-Steuerung und eines elektronischen Getriebes über die zugehörigen Motore (M4 und M5 für die Diamant-Abrichtrolle 3 sowie M8 für die Schleifscheibe 1) und die Meßwertgeber WM5 bzw. WM8 in definierte Abhängigkeit synchronisiert und die Schleifscheibe mit der Hinterschleifkurve profiliert.

[0014] In einem ersten Arbeitsgang (Schruppschleifen) wird nunmehr das Gewinde in das Werkstück 2 geschliffen. Der Hinterschliff muß dabei noch nicht erfolgen. So wie vor­her die Achslagen von Diamant-Abrichtrolle und Schleif­scheibe in definierte Abhängigkeit zueinander gebracht wurden, werden jetzt auch die Motore M1 und M2 für die Werkstückbewegung und M8, M3 für die Schleifscheibenbe­wegung sowie die zugehörigen Meßwertgeber WM1, WM2, WM8 und WM3 in definierte Abhängigkeit gebracht. Synchroni­sation besteht zwischen M1 und M2. Bei gleichzeitigem Abrichten der Schleifscheibe und Hinterschleifen des Werkstückes müssen auch noch die Motore M5 und M8 in Synchronisation mit M1 und M2 sein und der Motor M4 aktiviert sein. Das Abrichten der Schleifscheibe mittels der Diamant-Abrichtrolle kann nach oder auch während des Schruppschleifens durchgeführt werden.

[0015] Das Gewinde wird in einem weiteren Arbeitsgang durch Schlichtschleifen mit der ein- oder mehrgängigen Schleif­scheibe einschließlich Hinterschliff fertiggeschliffen. Dabei sind die Motore M2, M1, M3 und M8 sowie die zuge­ordneten Meßwertgeber in definierte Abhängigkeit gebracht und es besteht Synchronisation zwischen den Motoren M1, M2 und M8.

[0016] Nach dem Schlichtschleifen erfolgt der Werkstückwechsel, und das Schruppschleifen des neuen Werkstückes kann im wesentlichen ohne vorangegangenen Abrichtvorgang durch­geführt werden.

[0017] Der Werkstückwechsel erfolgt lageorientiert, indem mit dem ersten Schleifprozess die in Fig. 1 eingezeichneten Ausgangspunkte AW für das Werkstück und AS für die Schleifscheibe fixiert sind und die Bezugsbasis für alle Abhängigen Bewegungen bilden. Die Durchmesserände­rungen der Schleifscheibe durch Verschleiß und Abrichten wird in der Automatisierungseinrichtung bei der Be­stimmung der definierten Abhängigkeiten der gesteuerten Achsen berücksichtigt.

[0018] Durch ältere Vorschläge ist es bereits bekannt, mechanische Getriebe durch elektronische Getriebe zu ersetzen und eine elektronische Nachführung des Werkstückes gegenüber dem Werkzeug zu erreichen. Im Lageregelkreis des Werk­stückes wird dabei ein der Drehung des Werkzeuges proportionale Größe als Sollwert vorgegeben. Gegebenen­falls werden auch noch weitere Bewegungen in weiteren Achsen des Werkzeuges additiv überlagert. Dabei soll auch die durch die physkialischen Verhältnisse bedingte Differenz zwischen momentaner Sollposition und gewünschter Istposition (Schleppabstand) durch eine errechnete repräsentative Korrekturgröße ausgeglichen werden, indem diese der Führungsgröße aufgeschaltet wird. Beim Ge­windebearbeiten mehrgängiger Gewinde auf numerisch ge­steuerten Werkzeugmaschinen ändert sich der Schleppab­stand, wenn die Schnitte der einzelnen Gewindegänge nicht mit gleicher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Ein Ausgleich kann gemäß einer älteren Anmeldung erfolgen, indem man den augenblicklichen Drehwinkel um einen Wert kompensiert, der sich aus dem Schleppfehler des Vor­schubes und der Gewindesteigung errechnet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Umfangsprofilieren eines Werkstückes mittels einer Schleifscheibe, u.a. zum Herstellen einer archimedischen Hinterschliffkurve an einem Fräser oder Gewindebohrer,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Hinterschliffkurve auf dem Umfang der Schleif­scheibe (1) ein- oder mehrmals konvex abgebildet wird und

b) die Profilform des Werkstückes (2) durch Winkel­synchronlauf der Schleifscheibe (1) mit dem Werk­stück (2) und durch steigungssynchronen Vorschub der Längs­achse mit der Werkstückdrehung, die Schleifscheiben­form auf die Werkstückform übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der konvexen Profilform auf dem Umfang der Schleifscheibe (1) mittels einer Abrichtrolle (3) erfolgt, welche durch definiert vorgegebene translatorische und rotatorische Relativbewegung auf den Schleifscheibenumfang einwirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit vom Ablauf des Schleifprozesses auf die Relativbewegungen zwischen den Achsen von Werkstück (2), Schleifscheibe (1) und/oder Abricht­rolle (3) Synchronisationsbedingungen vorgegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
gekennzeichnet, durch ein elektronisches Steuerungssystem, welches den Winkel- und Wegsynchronlauf zwischen Schleif­scheibendrehung, Werkstückdrehung und Vorschubbewegung in den gegebenen Lageachsen sicherstellt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Achsen als Leit­achse für die übrigen, bei verschiedenen Drehzahlen ohne geschwindigkeitsabhängigen Schleppabstandsversatz folgenden Bewegungen dient.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronlauf-Startpunkt programmierbar und einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegverhältnis der Leit­achse zu den Folgeachsen programmierbar und einstellbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der synchrone Mitlauf jeder Achse einzeln ein- bzw. ausschaltbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitweise Aufhebung der Synchronisationsbedingungen reversibel ist.

Zeichnung