DE10151611A1

DE10151611A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Werkstückoberflächen

Info

Publication number: DE10151611A1
Application number: DE2001151611
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Lierath; Yevgen Krylov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Zum Schleifen insbesondere hochharter Werkstückoberflächen ist ein Verfahren geeignet, bei dem die Bindung einer metallisch gebundenen Diamantschleifscheibe während des Schleifvorganges unter Verwendung einer Impulsstromquelle und eines Festschmiermittels und -dielektrikums durch Funkenabtrag kontinuierlich zurückgesetzt und geschärft wird. DOLLAR A Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Schleifeinrichtung, deren wesentlicher Bestandteil eine Halterung für die Zuführung des Festschmiermittels und -dielektrikums ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird der Feststoff in Form eines drehbar gelagerten Rädchens in stetigem Kontakt zur Schleifscheibenoberfläche gehalten. Die Menge des zugeführten Festschmiermittels und -dieketrikums kann variiert und optimal auf den Schleifprozess abgestimmt werden (Fig. 1 und 2). DOLLAR A Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung zum Funken-Diamantschleifen und -Profilieren verbinden sich Vorteile der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsprozesses (Schleifzeit und -kosten) und der Qualität der Werkstückoberflächen (Rauheit, Restspannungen), der Erhöhung der Schleifscheibenstandzeit sowie der Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs. DOLLAR A Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf flüssige Kühlschmiermittel und -dielektrika mit Gefährdungspotenzialen für die Umwelt, die Maschine und den Menschen verzichtet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Werkstückoberflächen mit einer metallisch gebundenen Schleifscheibe, bei der in einen Spalt zwischen der Schleifscheibe und mindestens einer stromleitenden Elektrode ein Festschmierstoff und -dielektrikum eingeführt wird und die Schleifscheibe unter dem Einfluss eines von der Elektrode nach der Schleifscheibe fließenden elektrischen Stromes geschärft wird. Als stromleitende Elektrode kann bei dieser Vorrichtung unter anderem ein stromleitendes Werkstück dienen.

Derartige Vorrichtungen und ihnen zugrunde liegende Schleifverfahren sind seit mehreren Jahrzehnten bekannt. So wird z. B. gemäß der EP909611 ein flüssiges elektrolytisches Kühlschmiermittel sowohl in die Schleifzone zwischen Schleifscheibe und Werkstück als auch in den Spalt zwischen Schleifscheibe und einer separaten Elektrode eingebracht. Mittels einer Stromquelle wird ein elektrischer Strom durch das Werkstück, die Elektrode, das elektrolytische Kühlschmiermittel und die Schleifscheibe geleitet. Dadurch erfolgt eine elektroerosive Behandlung der Schleifscheibe, die somit geschärft wird. Die elektroerosive Behandlung der Schleifscheibe kann vor, während und/oder nach dem Schleifvorgang kontinuierlich oder in Intervallen durchgeführt werden. Die Schärfe der Schleifscheibe kann hiermit über eine lange Zeitdauer konstant gehalten werden.

Um die Maßhaltigkeit der mittels derartiger Vorrichtungen geschliffenen Werkstücke zu verbessern, hat es nicht an Vorschlägen gefehlt, die Einsatzbedingungen des flüssigen elektrolytischen Kühlschmiermittels zu optimieren, z. B. durch Beeinflussung der Stärke des Schmiermittelfilms (z. B. CH 478625). Jedoch sind derartige Maßnahmen stets mit einem relativ hohen technischen Aufwand verbunden, insbesondere wenn eine Anpassung an wechselnde Prozesszustände beim Schleifen erforderlich ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem der Schärfvorgang und damit auch der Schleifvorgang optimiert werden kann, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsverfahrens, die Oberflächengüte und die Genauigkeit der geschliffenen Werkstücke und die Standzeit der Schleifscheiben verbessert werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Elektrode als stromleitendes zu bearbeitendes Werkstück oder eine metallische Unterlage bei nicht stromleitendes zu bearbeitendes Werkstück vorgesehen, die an die Schleifscheibe herangeführt wird, so dass ein Spalt gebildet wird. In den Spalt wird ein Festschmiermittel und -dielektrikum eingebracht. Mitteis einer Stromquelle wird ein Impulsstrom erzeugt, dessen Impulse durch die Elektrode, das Festschmiermittel und -dielektrikum auf die Bindung der Schleifscheibe mittels Entladungen wirken. Dadurch erfolgt eine elektroerosive bzw. Funken-Behandlung der Schleifscheibe, die somit geschärft wird. Die Schärfe der Schleifscheibe kann hiermit über eine lange Zeitdauer konstant gehalten werden. Die Bearbeitungszeit und -kosten für die Werkstücke werden minimal, und die Qualität der Werkstücke wird optimiert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welcher der gewünschte Schleifvorgang und die elektroerosive Behandlung der Schleifscheibe in optimaler Weise ausgeführt werden kann, was erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 13 erreicht wird.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:

Während des Schleifvorganges rollt der mindestens in seinem Umfangsbereich aus Festdielektrikum oder einer Kombination eines Festschmiermittels und eines Festdielektrikums bestehende Körper auf der Schleiffläche der Schleifscheibe ab und trägt dabei eine einstellbare Menge dieser Stoffe auf die Schleiffläche auf. Mittels der Stromquelle wird ein Impulsstrom erzeugt, dessen Impulse durch die Elektrode, das Festschmiermittel und -dielektrikum auf die Bindung der Schleifscheibe mittels Entladungen wirken. Dadurch erfolgt eine elektroerosive bzw. Funken-Behandlung der Schleifscheibe, die somit geschärft wird. Die elektroerosive Behandlung der Schleifscheibe kann vor, während und/oder nach dem Schleifvorgang kontinuierlich oder in Intervallen durchgeführt werden. Ein Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Notwendigkeit entfällt, flüssige Kühlschmiermittel und Dielektrika anzuwenden und diese dann später zu Entsorgen. Außerdem gewährleistet das kreisringförmig aufgebrachte Festschmiermittel und -dielektrikum eine bessere Kontaktierung mit der Schleifscheibenoberfläche, und hat deswegen auch Vorteile gegenüber stiftförmigen Festschmiermitteln und -dielektrika.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Menge des auf die Schleifscheibe aufgetragenen Festdielektrikums bzw. die Menge der Kombination aus Festschmiermittel und Festdielektrikum mittels Änderung des Neigungswinkels γ (9) des drehbar gelagerten Körpers (7) und/oder dessen Anpressdruck an die Schleiffläche (5) sehr dynamisch den Prozessbedingungen anpassbar (Fig. 1).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken mit Stromerzeugungsmittel und der Festschmiermittel und -dielektrikums- Zuführeinrichtung;

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Variante des Profilschleifens und die elektroerosive Behandlung der Profilschleifscheiben.

Die Schleifeinrichtung 1 umfasst, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine Schleifscheibe 2, die in einem nicht dargestellten Maschinenrahmen gelagert ist, und die mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotors in bekannter Weise rotierend antreibbar ist. In das Spannmittel 3 ist das Werkstück 4 einspannbar.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Werkstück 4 beispielsweise eine Wendeschneidplatte, die umfangsgeschliffen werden soll. Hierzu ist die Schleifscheibe 2 als Topfschleifscheibe ausgebildet. Die Spannmittel sind in bekannter Weise so ausgebildet, dass mit der Schleifoberfläche 5 der Schleifscheibe 2 alle für die Wendeschneidplatte erforderlichen Schleifverfahren durchgeführt werden können.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Spannmittels 3 ist im Bereich der Schleifscheibe eine Halterung 6 für das Festschmiermittel und -dielektrikum angebracht. Das Festschmiermittel, das gleichzeitig als Dielektrikum wirkt, ist in kreisringförmiger Gestaltung dargestellt. Das mit Festschmiermittel und -dielektrikum beaufschlagte Rädchen 7 steht in Kontakt mit der Schleifoberfläche 5. Die Last 8, die variiert werden kann, gewährleistet die notwendige Anpresskraft des Rädchens 7 an die Schleifoberfläche 5.
Die Änderung des Neigungswinkels 9 ist für die Intensität der Schmierwirkung der Schleifoberfläche verantwortlich.
Unter Neigungswinkel ist in diesem Fall der Winkel zwischen der Fläche, in der sich das Rädchen befindet, und dem aus dem Kontaktpunkt kommenden Geschwindigkeitsvektor der Schleifscheibe v_C1 zu verstehen.
In derselben Fläche befindet sich auch der Geschwindigkeitsvektor des Rädchens v_C2, der auch aus dem Kontaktpunkt dieses Rädchens und der Schleifscheibe kommt. Von der Größe des Winkels hängt der Unterschied zwischen diesen beiden Geschwindigkeitsvektoren ab.
Die Elektrode 10 ist über Leitmittel 11 mit dem negativen Pol einer Stromquelle 14 verbunden. Der positive Pol der Stromquelle 14 ist über weitere Leitmittel 13 mit Bürsten 12 verbunden, die in bekannter Weise mit der Achse der Schleifscheibe 2 in Kontakt sind.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann die vorgeschlagene Methode des Schleifens zur Profilerzeugung und -korrektur angewendet werden.
Die Schleifscheibe 2 wird durch eine Profilscheibenelektrode 15 elektroerosiv abgerichtet und geschärft. Hierbei wird z. B. ein Formdrehmeißel 15, der die Konturen der abzurichtenden Schleifscheibe 2 widerspiegelt, direkt auf der Maschine nachgearbeitet. Festschmiermittel- und -dielektrikumrädchen 7 stehen wiederum in Kontakt mit der Schleifscheibe.
Der positive Pol der Stromquelle 14 ist über weitere Leitmittel 13 mit Bürsten 12 verbunden, die in bekannter Weise mit der Achse der Schleifscheibe 2 in Kontakt sind. Der Stromfluss erfolgt somit von der Stromquelle über die weiteren Leitmittel 13 auf die Bürsten 12, die Achse der Schleifscheibe auf der Schleifscheibe 2 und gelangt in den Elektrodenspalt.
Die Stromquelle 14 versorgt über Leitmittel 11 die Elektrode 10, die als Kathode arbeitet, mit einem gepulsten Gleichstrom, dessen Intensität von der durchzuführenden Arbeit abhängig ist und -dielektrikums.

Claims

1. Verfahren zum Schleifen von Oberflächen von Werkstücken mit einer metallisch gebundenen Schleifscheibe, welche durch eine elektroerosive Behandlung, die mittels einer Elektrode, die an die Schleifscheibe herangeführt wird, so dass zwischen E- lektrode und Schleifscheibe ein Spalt gebildet wird, einem in den Spalt eingegebenen Festschmiermittel- und -dielektrikum und einer Stromquelle, mittels welcher ein durch die Elektrode, das Festschmiermittel und die Schleifscheibe Entladungen auf die Bindung der Schleifscheibe initiiert werden, geschärft wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schleif- bzw. Schärfvorgangs ein stromleitendes zu bearbeitendes Werkstück oder eine metallische Unterlage bei nichtstromleitendem zu loearbeitendem Werkstück gleichzeitig als eine Elektrode dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleif- bzw. Schärfvorgang mit getrennt stehender Elektrode oder ohne funktionieren kann, wobei in letzterem Fall das zu bearbeitende Werkstück diese Funktion übernimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe vor dem ersten Schleifeinsatz einer elektroerosiven Vorbehandlung unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe beim Schleifeinsatz einer elektroerosiven Behandlung unterzogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schleif- bzw. Schärfvorgang Festschmiermittel und -dielektrikum auf der Basis der künstlichen Naturkohlenwasserstoffe oder ihrer Gemische verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Festschmiermittel und -dielektrikum die Form eines Stäbchens, einer kreisringförmigen Scheibe (Rädchen) oder einer Stange annehmen kann.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Festschmiermittel und -dielektrikum immer in Kontakt mit der Arbeitsoberfläche der Schleifscheibe steht und ihre Oberfläche schmiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierintensität durch die Änderung des Neigungswinkels des Festschmiermittels und -dielektrikums regulierbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gerade oder profilierte Schleifscheiben angewendet werden können, und dass das Profil des Fest- Schmiermittels und -dielektrikums an das Arbeitsprofil der Schleifscheibe in bekannter Weise angepasst werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Festschmiermittel und -dielektrikum zum Endprofilieren (zur Profilerzeugung und -korrektur) geeignet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphit-Profilscheibenelektrode mit Hilfe eines Profilwerkzeugs direkt auf der Maschine nach bearbeitet werden kann.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass unter hohen Impulsleistungen eine Schruppbearbeitung der Schleifscheibe durchgeführt werden kann, während danach bei reduzierter Impulsleistung fein profiliert wird, was nun aufgrund der überwiegend schleifenden Bearbeitung eine genauere Profilerzeugung bei relativ geringerem Schleifscheibenverschleiß zulässt.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schleifeinrichtung, in welcher eine Schleifscheibe gelagert ist, die mittels eines Antriebsmotors rotierend antreibbar ist, ein Spannmittel zur Halterung eines zu schleifenden Werkstücks, eine Elektrodenhalterung, eine Halterung für einen drehbar gelagerten Körper (Rädchen), der während des Schleifvorgangs mindestens teilweise auf der Schleiffläche der Schleifscheibe abrollt und der Zuführung eines Festdielektrikums oder einer Kombination eines Festschmiermittels und eines Festdielektrikums dient, eine Stromquelle zur Erzeugung eines Stroms, welcher über Leitmittel durch die Elektrode und Schleifscheibe geleitet wird, umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Festschmiermittels und -dielektrikums unter anderem für die Verringerung der Reibungskoeffizienten, folglich zur Reduzierung der Wärmeentstehung, und zur Initiierung der Entladungen dient.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungsquelle einen gepulsten Gleichstrom liefert.