DE3136441C2

DE3136441C2 - Vorrichtung zum Rundschleifen von Werkstücken

Info

Publication number: DE3136441C2
Application number: DE19813136441
Authority: DE
Inventors: Josef Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Müller
Original assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE3136441A1; JPS5859759A; CH657557A5

Abstract

Das Verfahren zum Rundschleifen von Werkstücken wird mit einer Schleifscheibe ausgeführt, deren schleifende Mantelfläche über ihre größte axiale Erstreckung abgeschrägt ist. Das Werkstück wird mit einer vom Volumen des Materialabtrags abhängigen Einstechgeschwindigkeit so weit zugestellt, bis die das Ende des abgeschrägten Bereiches bildende Stirnkante der Schleifscheibe die Werkstückoberfläche berührt, so daß mittels des zylindrischen Teiles der Schleifscheibe eine Werkstoffschicht bestimmter Dicke durch Einstechen abgetragen wird. Anschließend wird das Werkstück in Richtung seiner Längsachse vorgeschoben, wobei die abgeschrägte Mittelfläche der Schleifscheibe über ihre ganze Breite Material abträgt und die abgeschliffene Werkstückoberfläche von der zylindrischen Mantelfläche nachbearbeitet wird. Mit diesem Verfahren kann in einem Hub eine Materialmenge abgetragen werden, die der Werkstoffzugabe oder doch einem verhältnismäßig großen Bruchteil dieses Maßes entspricht. Dadurch wird im Vergleich zu dem bekannten Längsschleifverfahren, das zum Erreichen des Fertigmaßes eine große Anzahl von Hüben erfordert, eine wesentliche Zeitersparnis erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rundschleifen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zum Rundschleifen von Wellen und dgl. werden bisher zylindrische Schleifscheiben eingesetzt, deren axiale Breite deutlich kleiner als die des Werkstückes ist. Mit diesen Schleifscheiben wird entweder im Einstechschleifverfahren oder im Längsschleifverfahren gearbeitet. Um die Vorteile dieser beiden Verfahren zu vereinen, insbesondere um die Maschinenzeiten zu verkürzen, wurde das Schälschleifen entwickelt, das beispielsweise in der DDR-Zeitschrift »Fertigungstechnik und Betrieb 23« (1973, Heft 3. Seiten 166 bis 171) beschrieben ist.

Beim Schälschleifverfahren wird mit einer Schleifscheibe gearbeitet, die einen zylindrischen und einen kegeligen Teil aufweist. Das Bearbeitungsverfahren entspricht im wesentlichen dem Längsschleifen, wobei der kegelige Teil der Schleifscheibe beim Axialvorschub des Werkstückes den Hauptabtrag übernimmt, während der nachfolgende zylindrische Teil der Schleifscheibe zum Ausschleifen dient. Der kegelige Teil der Schleifscheibe ist dabei in Abhängigkeit von der verlangten Schnittiefe abgeschrägt, der Schrägungswinkel α beträgt in der Regel 1,5°.

Die anfänglich in das Schälschleifen mit kegeligem und zylindrischem Schleifscheibentei! gesetzten Erwartungen wurden nicht erfüllt, da bei Erhöhung des Zerspanvolumens pro Zeiteinheit die Werkstückqualität erheblich nachläßt, was durch Schlicht- und Aussc,:leifarbeiten kompensiert werden muß. Diese Arbeiten sind zeitaufwendig, so daß der ursprünglich beabsichtigte Bearbeitungszeitgewinn im Endeffekt nicht zum Tragen kommt.

Ausgehend vom letztgenannten Stand der Technik i:?gt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Rundschleifen von Werkstücken so auszubilden, daß die Maschinenzeiten der Werkstücke deutlich gesenkt werden können, wobei die Qualität des bearbeiteten Werkstückes mindestens genau so hoch wie die mit bekannten Schleifverfahren bearbeiteten Werkstücke sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine im Vergleich zu der bekannten Schälschleifvorrichtung erheblich kürzere Bearbeitungszeit und somit auch eine wesentlich niedrigere Maschinenzeit pro Werkstück. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes um beispielsweise acht bis zehnmal höher gewählt werden als bei der bekannten Vorrichtung zum Schälschleifen. Hierdurch wird die Zerspanleistung beträchtlich erhöht, was zu einer Verkürzung der Bearbeitungszeit führt; die Oberflächenqualität der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeiteten Werkstücke ist sehr hoch und entspricht der. die mit den aus der Einleitung bekannten Verfahren erzielbar ist.

Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der eif'ndungsgemäßen Vorrichtung.

Anspruch 2 kennzeichnet den vorteilhaften Bereich des Verhältnisses zwischen Gesamtbreite der Schleifscheibe und Teilbreite der zylindrischen Mantelfläche. Durch eine Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die Materialzugabe des Werkstückes in nur einem Arbeitsgang vollständig abtragbar ist, wodurch ein besonders wirtschaftlicher Einsatz der Vorrichtung erreicht wird. Eine Ausbildung gemäß Anspruch 4 stellt die Oberflächenqualität des Werkstückes sicher, da hierdurch die Überschliffzahl mindestens 1 beträgt.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der erf^:ndungsgemäßen Vorrichtung und stellen die Arbeitsweise der Vorrichtung stark vereinfacht dar; die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Anwendung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Die schematischen Darstellungen zeigen
F i g. 1 ein zylindrisches Werkstück mit Bund, das von der erfindungsgemäßen Schleifscheibe bearbeitet wird, F i g. 2 eine Darstellung gemäß F i g. 1 mit verschobener Lage des Werkstückes,

F i g. 3 eine Darstellung gemäß F i g. 1 in der Endstellung des Werkstückes nach Beendigung der axialen Vorschubbewegung.

b5 Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schleifscheibe 1 mit zylindrischem Teil 2 und kegeligem Teil 3 bei der Bearbeitung eines Werkstückes 10, das in bekannter Weise zwischen nicht dargestellten Spitzen an den

Stirnspitzen des Werkstückes 10 eingespannt ist. Das hier beispielhaft dargestellte Werkstück 10 ist eine Welle, die einen Bund 12 aufweist und um ihre Achse 11 rotiert. Die Schleifscheibe 1 ist zum Rundschleifen der Welle 10 vorgesehen und weist eine Gesamtbreite B auf. Sie ist auf einer Breite b zylindrisch ausgebildet und im übrigen Bereich 3 ihrer Mantelfläche (Breite B—b) konisch abgeschrägt. Beim Schleifen werden Werkzeug 1 und Werkstück 10 in bekannter Weise gleichsinnig angetrieben, wobei die Welle 10 durch axialen Vorschub in Richtung V (Fig. 1) über die gesamte Länge des zu bearbeitenden Teiles 13 rundgeschliffen wird, wie anhand der F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt ist. Der zu bearbeitende Teil 13 der Welle 10 hat eine axiale Länge, die größer als die Gesamtbreite B der Schleifscheibe 1 ist. Mit ζ ist in Fi g. 1 die Materialzugabe des Werkstükkes 10 bezeichnet, die von der Schleifscheibe 1 abzutragen ist, um das gewünschte Fertigmaß m zu erreichen. Da ζ auf den Durchmesser des Werkstückes 10 bezogen ist, ergibt sich eine beim Rotieren des Werkstückes 10 abzutragende radiale Materiaizugabe z/2, wie in Fig. i dargestellt ist. In der in F i g. 1 dargestellten Ausführung sind die Breite (B—b) des kegeligen Teils 2 und der Winkel α der Schleifscheibe 1 so gewählt, daß die Materialzugabe ζ in einem Arbeitsgang von der Schleifscheibe 1 abgetragen wird; hierzu muß bei vorbestimmtem Winkel α die Schleifscheibe so ausgebildet sein, daß die Differenz zwischen ihrem größten Durchmesser d_s \ und ihrem kleinsten Durchmesser d_S2 (s. F i g. 1) der Materiaizugabe ζ entspricht. Der Durchmesser d_s\ entspricht dem Durchmesser des zylindrischen Teils 2 der Schleifscheibe 1, der kleinste Durchmesser d_S2 ist an der von dem zylindrischen Teil 2 abgewandten Ende des kegeligen Teils 3 der Schleifscheibe 1. Wenn die Durchmesserdifferenz d_s\ — d_S2 kleiner als die Materialzugabe ζ ist, muß der zu bearbeitende Teil 13 der Welle 10 in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen abgeschliffen werden, die Zahl der Arbeitsgänge ergibt sich dann entsprechend aus dem ganzzahlig aufgerundeten Quotienten von Materialzugabe ζ und der Durchmesserdifferenz ds I — ds 2-

Zu Beginn der Bearbeitung wird die Welle 10 mit dem (nicht dargestellten) Maschinentisch in Richtung R auf die rotierende Schleifscheibe 1 zugestellt, so daß das Material zunächst im Einstechvorgang abgetragen wird, bis die in F i g. 1 dargestellte Stellung erreicht ist. An der Übergangsstelle der Welle 10 zwischen Bund 12 und dem zu bearbeitenden Teil 13 ist eine Nut 14 vorhanden, so daß sich an dieser Stelle ein Überstand der Schleifscheibe ergibt, der eine saubere Oberflächenbearbeitung bis zu dem dem Blind zugekehrten Wellenende erlaubt.

Die Zustellung in Richtung R (Einstechgeschwindigkeit) erfolgt hier prinzipiell wie beim Einstechschleifen; die Einstechgeschwindigkeit v/ ergibt sich in bekannter Weise, nach dem das relative Zeitspannungsvolumen Z' in Abhängigkeit von der gewünschten Oberflächengüte bestimmt wurde nach folgender Formel

v, = [mm/mm]

i/„ · π

Z' ist dabei das relative Zeitspannungsvolumen in mm³/s · mm und d_w der Werkstückdurchmesser an der Bearbeitungsstelle in mm. Beträgt Z' beispielsweise 4 mmVs ■ mm, so ergibt sich eine Einstechgeschwindigkeit Vf bei einem Werkslückdurchmesser von 50 mm zu 1.52 mm Dro Minute.

Wenn die Endlage nach F i g. 1 durch Einstechschleifen erreicht ist, wird das rotierende Werkstück 10 mit dem Maschinentisch in Richtung V vorgeschoben. Dabei trägt die Schleifscheibe 1 auf ihrer gesamten konisehen Breite (B—d) Material ab; eine Mittelstellung ist in Fig.2 dargestellt. Aufgrund der konischen Ausbildung des einen Teils 3 der Schleifscheibe ergibt sich beim axialen Vorschub des Werkstückes ein radialer Vorschub zwischen Schleifscheibe 1 und Werkstück 10.

Die beiden Vorschubgeschwindigkeiten vyund v, stehen gemäß der Schleifscheibengeometrie in folgender Abhängigkeit:

tan ff

d_si

2{B- b)

Daraus foigt

V, = Vy · 2 ■

B - b ä,\ - d_l2

Aus dem genannten formelmäßigen Zusammenhang ergibt sich, daß die maximale axiale Vorschubgeschwhidigkeit durch die höchst zulässige radiale Vorschubgeschwindigkeit v_f — die bereits beim Einstechen bestimmt wurde — festgelegt ist. Wie der formelmäßige Zusammenhang weiterhin zeigt, kann die axiale Vorschubgeschwindigkeit v, um so größer gewählt werden, je kleiner der Winkel oc des kegeligen Teils 3 der Schleifscheibe 1 ist.

Um nicht nur die Bearbeitungszeit, sondern auch die Maschinenzeit eines Werkstückes zu verkürzen, wird mit der dargestellten Schleifscheibe 1 die gesamte Materialzugabe ζ des zu bearbeitenden Teils 13 in einem Arbeitsgang abgenommen. Hierzu ist die Schleifscheibe so ausgebildet, daß ihre Durchmesserdifferenz d₅\ — dsl der Materialzugabe ζ entspricht (s. Fig. 1). Hiernach ergibt sich die Formel für die axiaie Vorschubgeschwindigkeit v,

_Vl-v_f.2-2^- (4)

Die axiale Vorschubgeschwindigkeit ist also um den Faktor 2 · großer als die Einstechgeschwindigkeit

Vf. Hat beispielsweise die Schleifscheibe eine Gesamthrei.i ß von 70 mm und einen zylindrischen Bereich 2 mit einer Breite b von 10 mm, so ergibt sich für eine Werkstoffzugabe ζ — 0,3 mm der Faktor 400 für das Verhältnis zwischen axialer Vorschubgeschwindigkeil Vi und d_s Einsteciigeschwindigkei t v/.

Bei der Wahl des Verhältnisses zwischen Gesamtbreite B und Teilbreite b der Schleifscheibe 1 ist folgendes zu berücksichtigen;

Der Faktor, um den die axiale Vorschubgesriiwindigkeit v, erhöht werden kann (ohne daß die zulässige Ein Stechgeschwindigkeit Vf überschritten wird), ist um so größer, je kleiner der Winkel α ist, je langer also die Strecke B—b im Verhältnis zur Werkstoffzugabe ζ ist. Das absolute Maß der Teilbreite b ist ebenfalls bestimmend für die axiale Vorschubgeschwindigkeit V₁. Die maximal zu wählende Vorschubgeschwindigkeit ist pro-

portional zur Schleifscheibenteilbreite b und zur Drehzahl des Werkstückes sowie umgekehrt proportional zur Oberschliffzahl u.

Für die zu erzielende Oberflächengüte des Werkstükkes ist die Oberschliffzahl u bekannterweise von entscheidender Bedeutung. Sie gibt an, wie oft ein Punkt der Werkstückoberfläche bei einem Hub von der Schleifscheibe überschliffen wird und errechnet sich aus der axialen Vorschubgeschwindigkeit v,, der Werkstückdrehzahl n_w und der Schleifscheibenbreite b (hier ist nur die Breite b des zylindrischen Teils 2 der Schleifscheibe entscheidend). Der formelmäßige Zusammenhang ergibt sich wie folgt:

wobei

und die Relativbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück in der beim Längsschleifverfahren üblichen Weise auszuführen sind. Ist die Werkzeugmaschine auch zum Schleifen von unrunden Formen eingerichtet, wobei das Werkstück beispielsweise polygonalen Querschnitt hat, so können auch Werkstücke mit einer erfindungsgcmäß ausgebildeten Schleifscheibe hciii'hcitcl werden. Solche Werkzeugmaschinen sind an sich bekannt; sie haben beispielsweise einen schrägstehenden

ίο Support oder Maschinentisch, wodurch die notwendige Lagerung und Zustellung ermöglicht wird.

Mit der erfindungsgemäßen Schleifscheibe wird der Hauptmaterialabtrag während des axialen Vorschubs vom kegeligen Teil 3 der Scheibe 1 übernommen, wobei der zylindrische Teil 2 dem Ausschleifen dient und die Oberflächengüte erheblich verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5 =

(5)

s ist hierbei der axiale Vorschub pro Werkstückumdrehung.

Die Überschliffzahl muß mindestens u = 1 betragen, d. h. der axiale Vorschub s pro Werkstückumdrehung darf nicht größer als die Breite des zylindrischen Teils 2 der Schleifscheibe 1 sein, um sicherzustellen, daß jeder Punkt des Werkstückes vom zylindrischen Teil 2 bearbeitet wird. Da die Überschliffzahl υ ä 1 sein muß, kann die Teilbreite b der Schleifscheibe nicht beliebig klein gewählt werden, da sonst der Faktor, um den die axiale Vorschubgeschwindigkeit v, erhöht werden kann, niedriger liegen würde als der sich aus dem Winkel λ ergebende Faktor 2 . Der zu dem oben angegebenen

Beispiel errechnete Faktor 400 wird erreicht, wenn die

l"*M UlZM Ll I XUl. ..,'.-A .,nA A\a VkwaUiiUl AaC

WUCI 31-IlllllZ.aiII — 1 gl-nailll rriiuuiluui^ ^i wJt.«iii GvS

Werkstückes 60 U/min beträgt.

In Fig.3 ist die Relativlage zwischen Werkstück 10 und Schleifscheibe 1 am Ende des Vorschubweges dargestellt. Der zylindrische Teil 2 der Schleifscheibe 1 soll das Wellenende um das Maß ü überlaufen, so daß gewährleistet ist. daß der zu bearbeitende Teil 13 der Welle 10 über seine gesamte Länge von dem zylindrischen Teil 2 der Schleifscheibe bearbeitet wird, um eine gleichmäßig hohe Oberflächengüte zu erreichen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine im Vergleich zu bekannten Schälschleifvorrichtungen (Kegelwinkel χ = 1.5° und b > B—b) wesentlich kürzere Bearbeitungszeit erreicht, die axiale Vorschubgeschwindigkeit v, kann beispielsweise um 8 bis lOmal höher gewählt werden als bei den bekannten Schälschleifverfahren.

Der in den Figuren dargestellte Winkel α ist übertrieben groß, der tatsächliche Winkel α muß so gewählt sein, daß tan λ s 0,01 ist, der Winkel χ also kleiner als etwa 0,5° ist. Des weiteren ist die Schleifscheibe 1, wie dargestellt, so ausgebildet, daß der kegelige Bereich 3 eine größere Breite (B—b)a\s der zylindrische Bereich 2 aufweist. Das Verhältnis zwischen Gesamtbreite B und Breite b der zylindrischen Mantelfläche soll zwischen 5 :1 liegen, als besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis von 7 :1 erwiesen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zum Außenrundschleifen von zylindrischen Werkstücken geeignet, es können auch kegelförmige Werkstücke bearbeitet werden, wobei die Lagerung des Werkstückes

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Rundschleifen von Werkstükken, mit einer rotierenden Schleifscheibe, deren als Schleiffläche ausgebildete Mantelfläche nur über eine Teilbreite ihrer Gesamtbreite zylindrisch und über die restliche Breite unter einem Winkel (λ) kegelig abgeschrägt ist, und deren gesamte Mantelfläche von einem gleichfalls rotierenden Werkstück Material abträgt, wobei die Schleifscheibe zunächst mit einer vorgegebenen Einstechgeschwindigkeit (vf) bis zum Erreichen eines Werkstückmaßes im Bereich des zylindrischen Mantelabschnittes der Schleifscheibe zugestellt wird, und anschließend mit dem kegeligen Mantelabschnitt durch eine Vorschubbewegung in Richtung der Längsachse des Werkstückes Material über dessen ganze Länge auf dasselbe Endmaß wie im zylindrischen Bereich abgetragen wird, .dadurch gekennzeichnet, daß der kegelige Bereich (3) der Schleifscheibe (1) eine größere Breite hat als der zylindrische Bereich (2), und daß der zwischen der zylindrischen und der kegeligen Mantelfläche gebildete Winkel (a)so dimensioniert ist, daß tan a S 0,01 ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Gesamtbreite (B) der Schleifscheibe (1) und der axial gemessenen Teilbreite (b) der zylindrischen Mantelfläche (2) zwischen 5 :1 und 30 :1, vorzugsweise etwa 7:1, beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen größtem und kleinstem Durchmesser (d_s\ — d&) der Schleifscheibe (1) der für das AL;ragen auf Fertigmaß vorgegebenen Materialzugabe (z) des Werkstückes entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gemessene Teilbreite (b) des zylindrischen Bereiches (2) der Schleifscheibe (1) mindestens so groß, vorzugsweise größer, wie bzw. als der Axialvorschub (s)pro Werkstückumdrehung beim Schleifvorgang ist.