METHOD AND DEVICE FOR HIGH-SPEED PROFILE GRINDING OF DYNAMICALLY BALANCED WORKPIECES

Abstract: In a method and a device for high-speed profile grinding of rotating, clamped, dynamically balanced workpieces, a grinding wheel with a generating line running essentially in a planar manner is guided towards the workpiece surface to be machined in such a way that the grinding wheel, during the grinding operation, touches the workpiece periphery in the area of its finished diameter merely at a point lying on the normal to the longitudinal axis of the workpiece, the generating line of the grinding wheel enclosing a clearance angle with the peripheral line of the ground workpiece surface. <IMAGE>

Description: Beschreibung 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. 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. 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 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. 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. 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. 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. 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 ex termen 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. 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.166171 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. 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. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf die Anordnung eines Schleifkörpers zum Werkstück, wobei die Schleifkörperdrehachse gegen die Werkstück längsachse horizontal geschwenkt ist, Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Schleifscheibenachse ver tikal 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 rotationssymmetri schen 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 Schleif scheibe, wobei ein Freiwinkel sich durch Schrägstellung der Schleifscheibe zum rota tionssymmetrischen Werkstück ergibt, Fig. 10 eine Frontansicht von Werkstück und Scheibe entsprechend Pfeil A in Fig. 9 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# gegeben ist. Die Schrägstel- lung von Schleifscheibe zu Werkstück während des Schleifens wird nachfolgend anhand Fig. 3 und 4 deutlicher erläutert. Nach Fig. 3 und 14 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 Mantel linie 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 la 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.14 ist die schräge Stirnfläche der Schleifscheibe mit F1 bezeichnet. 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 la mit dem Werkstück eine Punktberührung auf, so dass das Werkstück selbst keinen wesentlichen radialen Druckkräften ausgesetzt ist. Dieser Punkt la 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 14 bedeutet dies also, dass so lange ein Abschnitt X1 bzw. X2 der Mantelfläche der Schleifscheibe zum Schleifvorgang zur Ver fügung steht, im Gegensatz zu bisherigen Schleifverfahren nicht dauernd abgerichtet werden muss. 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 la lediglich über diesen Punkt zur Einwirkung gelangen, während der Hauptteil der Kraft aufgrund der schrägen Stirnfläche in Achsrichtung übertragen wird. In Fig. 9 und 10 ist die vereinfachte Anordnung von Schleifscheibe zu Werkstück gezeigt, wobei nach Fig. 9 der Freiwinkel g 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. 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. 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. Die erzielbaren Vorteile lassen sich folgendermassen zusammenfassen: 1) Kurze Schleifzeit (ca. 10-25); 2) geringe Wärmeentwicklung; 3) hohe Drehzahl des Werkstückes möglich; hohe Schleifscheibendrehgeschwindigkeit möglich; 5) relativ schmale Schleifscheibe.

Claims: Method for the high-speed profile-grinding of rotationally symmetrical workpieces, which are clamped in a grinding machine so as to be rotatable about their longitudinal axis, a grinding wheel being advanced along the rotary axis of the workpiece and being radially adjusted according to the dimension to be ground, the grinding wheel facing, with its end face, the region of the workpiece to be ground, and, during constant advancement, the grinding wheel which grinds with its end face being guided with a straight generatrix towards the workpiece face to be processed, so that the effective end face travels longitudinally of the generatrix of the grinding wheel such that the grinding wheel is uniformly worn-down successively in layers along its circumference, the grinding wheel during the grinding operation merely being in contact with the circumference of the workpiece in the region of its finished diameter at a point situated on the line perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece, and the generatrix of the grinding wheel forming a clearance angle with the circumferential line of the ground workpiece face, so that the grinding wheel no longer engages with the adjacent, definitively ground face. Method according to claim 1, characterised in that the clearance angle is formed by a conically trimmed grinding wheel. Method according to claim 1, characterised in that the clearance angle is formed by a cylindrically trimmed grinding wheel, the axis of which forms with the longitudinal axis of the workpiece an angle which is greater than zero. Method according to claim 1, characterised in that the clearance angle is formed by the offset disposition of the axes of the grinding wheel and the workpiece relative to each other. Apparatus for accomplishing the method according to claim 4, having a rotationally symmetrical workpiece, which is rotatable by its two ends and is clamped in a holder, and a driven grinding wheel, which is supported by a grinding spindle and is displaceable longitudinally of the rotary axis of the workpiece and is radially adjustable according to the desired profile of the workpiece to be ground, characterised in that the apparatus is so adapted that the grinding wheel has a straight generatrix and, in its unused state, the point of contact between the circumference of the grinding wheel and the diameter of the finished workpiece is disposed on a lateral face of the abrasive coating, the effective end face of the grinding wheel (2) lying in the plane of this lateral face of the abrasive coating. Apparatus according to claim 5, characterised in that the grinding wheel (2) has a conical surface. Apparatus according to claim 5, characterised in that the grinding wheel (2) has a cylindrical surface. Apparatus according to claim 5, characterised in that the abrasive coating is formed from borazone. Apparatus according to claim 5, characterised in that the axis of the grinding wheel is pivoted in two planes relative to the longitudinal axis of the workpiece.

Inventors: JUNKER, ERWIN
Applicants: JUNKER, ERWIN
Application year: 1985
Main classification: B24B5
IPC codes: B24B5