WO2014124907A1 - Verfahren und schleifwerkzeug zum hochgenauen centerless-schleifen von wellenteilen mit hoher oberflächengüte - Google Patents

Verfahren und schleifwerkzeug zum hochgenauen centerless-schleifen von wellenteilen mit hoher oberflächengüte Download PDF

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Erwin Junker Grinding Technology AS
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    • B24D5/066—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental with segments mounted axially one against the other

Definitions

  • the invention relates to a method and a grinding tool for high-precision centerless grinding of wavy workpieces with high surface quality, in particular piston pins, shock absorber parts and piston rods for hydraulic or pneumatic cylinders.
  • high precision ground shaft parts with high surface quality wavy parts are to be understood in the context of this invention, the surface qualities and roundness tolerances about 1 ⁇ and below.
  • shock absorber parts and piston rods for printing cylinder very high demands are placed on the shape tolerance and surface quality, resulting from the demand for an extremely reliable operation in use.
  • the first abrasive is CBN and grinds the gauge with a high chip volume per unit time and the second abrasive is diamond and is used to that at most a very small, in any case significantly lower cutting volume is ground than that which is ground with the CBN grinding area.
  • the diamond grinding area for achieving a very precise surface quality can also be used with preference for the fact that the machining volume to be ground in the manner of superfishing is very low or even approaches zero, for example in the sense of sparking off, so that only smoothing, Polishing is performed.
  • Superfinishing is to be understood in the context of this invention, a Feinstschleifen.
  • Figure 1 the basic arrangement of grinding wheel, regulating wheel and grinding wavy workpiece for centerless grinding according to the invention
  • FIG. 3B shows a grinding wheel according to FIG. 3A, but with two conical grinding regions of different cone angle according to the invention
  • FIG. 1 shows the basic structure of a grinding machine for a continuous centerless grinding with a grinding tool 1 according to the invention.
  • the workpiece 16 rests on a guide ruler, not shown here, and is conveyed through the grinding gap between the grinding tool 1 and the regulating wheel 15 during grinding.
  • the grinding tool 1 has - as well as the regulating wheel - two grinding areas 3, 4 and rotates about its axis of rotation 2.
  • the grinding tool 1 and the regulating wheel 15 rotate in opposite directions and promote during grinding the workpiece 16 in a continuous process through the grinding gap between the grinding tool 1 and regulating wheel 15 according to the indicated arrow through.
  • the workpiece 16 is likewise set in rotation by the engagement of grinding tool 1 and regulating wheel 15.
  • the respective grinding portions 3 of the grinding tool 1 and 15a of the regulating wheel 15 are tapered, and the grinding portion 4 of the grinding tool 1 and the grinding portion 15b of the regulating wheel 15 are cylindrical or nearly cylindrical.
  • the regulating wheel 15 is preferably designed as a one-piece regulating wheel (corundum grinding wheel with rubber binding). It is dressable in shape, preferably with a diamond fleece.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a continuous centerless grinding in a side view of such a grinding machine.
  • a grinding gap is defined, in which the workpiece 16 to be ground is supported on a guide or support ruler 17 during grinding.
  • X1 and X2 show the infeed directions for the grinding spindle X1 and the control spindle X2. This basic structure is known and is used for continuous centerless grinding machines in this form.
  • FIG. 5 shows a grinding tool 1 according to the invention.
  • This grinding tool 1 has an inlet region, which is tapered and, in the present exemplary embodiment, is formed from four individual partial grinding wheels 5, 6, 7, 8.
  • the conical grinding area accordingly consists of four grinding areas 3a, 3b, 3c, 3d and represents the workpiece (not shown here) the inlet area, wherein all four partial grinding wheels 5, 6, 7, 8 have the same cone angle.
  • the four partial grinding wheels 5, 6, 7, 8 all have the same abrasive coating 13, which has ceramic bonded CBN as abrasive.
  • the specification of the grinding lining of the respective partial grinding wheel can already be selected differently.
  • the specifications of the respective abrasive coating such as its grain size, concentration, concentration distribution, bond, etc., as well as the respective cone angle can be different.
  • the first part grinding wheel or the plurality of first part grinding wheels generally has a larger cone angle than the subsequent part grinding wheels. The smaller the cone angle of a partial grinding wheel, the lower the cutting volume to be ground by this partial grinding wheel.
  • the grinding tool according to the invention to set the grinding wheel specifications optimally to the result to be ground.
  • the first two partial grinding wheels can preferably be designed for very high machining performance, the two following partial machining
  • grinding wheels with a smaller cone angle have a lower cutting performance but are already designed for better dimensional accuracy and surface quality.
  • the difference in diameter of the conically-trued partial grinding wheels has at least the diameter-related grinding allowance of the workpiece.
  • the conicity of the partial grinding wheels can be dressed by means of a diamond wheel and, depending on the application, can be easily changed by means of a CNC-controlled dressing program stored in a grinding machine provided with the grinding tool according to the invention.
  • an abrasive an abrasive with a synthetic resin bond can be provided for the part-grinding wheels with conical contour instead of ceramically bonded CBN.

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Abstract

Es wird ein Schleifwerkzeug (1) zum hochgenauen Centerless-Schleifen im Durchlaufverfahren für wellenförmige Werkstücke (16) beschrieben, welches zumindest einen konischen (3) und einen zylindrischen Schleifbereich (4) aufweist. Der konische Schleifbereich (3) ist mit seinem ersten Schleifbelag (13) hauptsächlich für das Abschleifen größerer Zerspanvolumina vorgesehen, wohingegen der zylindrische Schleifbereich (4) mit seinem zweiten Schleifbelag (14) hauptsächlich für das Erzielen höchster Oberflächengüten vorgesehen ist, ohne dass mit letzterem größere Zerspanvolumina abzutragen sind. Die Schleifbeläge (13, 14) unterscheiden sich zumindest hinsichtlich des verwendeten Schleifmittels, wobei vorzugsweise im konischen Bereich CBN und im zylindrischen Bereich Diamant vorgesehen sind. Des Weiteren ist ein Verfahren beschrieben, welches mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug (1) arbeitet und die wellenförmigen Werkstücke (16) schleift. Aufmaß und Oberflächengüte werden zumindest zeitweise simultan geschliffen.

Description

VERFAHREN UND SCHLEIFWERKZEUG ZUM HOCHGENAUEN CENTERLESS- SCHLEIFEN VON WELLENTEILEN MIT HOHER OBERFLÄCHENGÜTE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Schleifwerkzeug zum hochgenauen Centerless- Schleifen von wellenförmigen Werkstücken mit hoher Oberflächengüte wie insbesondere Kolbenbolzen, Stoßdämpferteile und Kolbenstangen für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Unter hochgenau geschliffenen Wellenteilen mit hoher Oberflächengüte sollen im Rahmen dieser Erfindung wellenförmige Teile verstanden werden, deren Oberflächengüten und Rundheitstoleranzen ca. 1 μηι und darunter aufweisen. Insbesondere für Kolbenbolzen, Stoßdämpferteile und Kolbenstangen für Druckzylinder sind sehr hohe Anforderungen an die Formtoleranz und Oberflächengüte zu stellen, welche sich aus der Forderung nach einem extrem zuverlässigen Betrieb im Einsatz ergeben. So sind beispielsweise bei den wellenförmigen Stoßdämpferteilen bei den Stoßdämpfern Dichtelemente vorgesehen, welche auf den Oberflächen dieser Stoßdämpferteile gleiten und eine zuverlässige Abdichtung von innen nach außen wie auch von außen nach innen gewährleisten müssen. Für Kolbenbolzen ergeben sich diese hohen Qualitätsanforderungen unter anderem aus der Tatsache, dass bei geringeren Oberflächengüten und Formtoleranzen als den oben angegebenen die Betriebseigenschaften verschlechtert sind.
Bekannt ist, dass sich die erforderlichen Oberflächengüten und Formtoleranzen durch Schleifen mit bekannten Schleifscheiben, welche neben der hohen Oberflächengüte auch eine vernünftige Zerspanungsleistung erbringen sollen, nicht herstellen lassen. Trotz der Tatsache, dass viele solche Wellenteile in hohen Stückzahlen benötigt werden, preisgünstig und mit möglichst geringer Taktzeit gefertigt werden sollen, wird bei bekannten Verfahren und Maschinen der Kompro- miss zwischen hoher Zerspanungsleistung und hoher Oberflächengüte dadurch geschlossen, dass die hohen Zerspanungsleistungen mit herkömmlichen Schleifmaschinen in durchaus guter Qualität hergestellt werden, dass aber die geforderten hohen Oberflächengüten in einer der Schleifmaschine nachgeordneten weiteren Maschine in einem Superfinish-Prozess erzeugt werden. Selbst wenn eine kombinierte Maschine vorstellbar wäre, welche in einer ersten Station das Schleifen realisiert und in einer zweiten Station den Superfinish-Prozess ausführt, liegt immer noch der entscheidende Nachteil vor, dass die Werkstücke zumindest zwei Bearbeitungsstationen durchlaufen müssen und somit allein durch das Umspannen ein Verlust an Ferti- gungsgenauigkeit auftritt. Bei der Fertigung auf zwei unterschiedlichen Fertigungsmaschinen ist a) ein höherer Platzbedarf erforderlich, sind b) die Kosten des Weiteren erheblich höher und sind c) zusätzlich zwischen den beiden Maschinen entsprechende Handlingsysteme erforderlich.
Zwischen den einzelnen Arbeitsfolgen muss in der Regel zusätzlich ein Pufferspeicher vorgesehen werden, was die Fertigungskosten weiter erhöht.
Um dennoch die Herstellungskosten und einen kurzen und einfachen Materialfluss in der Her- Stellung der Werkstücke realisieren zu können, ist es bekanntermaßen erforderlich, die Anzahl der Fertigungsschritte auf ein Minimum zu reduzieren. Damit lässt sich bei den bekannten Maschinen und Herstellungsverfahren eine verhältnismäßig kostengünstige Fertigung der wellenförmigen Werkstücke mit zumindest für eine Reihe von Anwendungen zufriedenstellender Genauigkeit an Oberflächengüte und Formtoleranz erreichen. Insbesondere ist dies durch Center- less-Schleifen gelungen. Beim Centerless-Schleifen werden die wellenförmigen Bauteile häufig im Durchlaufverfahren bearbeitet. Die vorstehend angegebenen Genauigkeitsbereiche von sogar auch unter 1 μηι sind damit jedoch nicht erreichbar.
Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Centerless-Schleifmaschine ist in Seitenansicht bei- spielhaft in Figur 4 dargestellt. Dabei ruht das zu schleifende Werkstück auf einer Auflage, welche auch als Lineal bezeichnet wird, und wird zwischen jeweils im Eingriff mit diesem Werkzeug befindlicher Schleifscheibe und Regelscheibe geschliffen. Da Schleifscheibe und Regelscheibe gegensinnig drehen, kann die im Allgemeinen im Durchmesser gegenüber der Regelscheibe größere Schleifscheibe das Werkstück entsprechend schleifen. Solche stabile Centerless- Schleifmaschinen sind bekannt wie beispielsweise durch die Maschine der JUPITER-Baureihe der Anmelderin.
Um die unterschiedlichen Schleifaufgaben - einerseits eine möglichst hohe Abtragsleistung zur Verringerung der Taktzeit und andererseits eine gute Oberflächengüte - zu erreichen, ist bei- spielsweise in G 89 04 986.1 ein aus nebeneinander aufgereihten und axial gegeneinander verspannten Schleifscheiben zu einem Schleifscheibenpaket zusammengefasstes Schleifwerkzeug bekannt, bei welchem der Schleifbelag durch verschiedene Körnungen ein und desselben Schleifmittels von Scheibe zu Scheibe unterschiedlich ausgebildet ist. In DE 295 16 264 U1 bzw. DE 195 33 836 B4 ist eine Schleifscheibe beschrieben, bei welcher innerhalb ihres Schleifbelages die physikalischen Eigenschaften der Belagbestandteile in axialer Richtung unterschiedlich und damit an die in axialer Richtung unterschiedliche Schleifbelastung angepasst sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Konzentration der Körner in axialer Richtung veränderlich, vorzugsweise linear veränderlich, ausgebildet ist. Damit soll das Verschleißverhalten des Schleifbelags an das abzuschleifende Aufmaß des Werkstückes angepasst werden.
In DE 38 1 1 584 A1 ist eine Schleifscheibe zum Tiefschleifen beschrieben, bei welcher unterschiedlichen Flächenabschnitten der Schleifscheibe verschiedene Aufgaben zukommen. Es werden also bei dieser bekannten Schleifscheibe Teile der Schleiffläche unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Belastungen unterschiedlich gestaltet und zwar hinsichtlich der verwende- ten Diamantkorngrößen in diesen Abschnitten sowie deren Konzentration. Damit soll die Hauptzerspanungsarbeit durch den in Vorschubrichtung zunächst eingreifenden Teil der Schleifscheiben-Schleiffläche geleistet werden, während der nachfolgende Teil weitgehend die Oberflächengüte bestimmen soll. Dies soll mit einer Zone mit grobem Diamant und einer nachgelagerten Zone mit feinkörnigem Diamant realisiert werden.
In DE 24 62 847 C2 sind ein Verfahren zur Honbearbeitung und eine Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei welchem bzw. welcher mittels eines einen konischen und einen zylindrischen Schleifbereich aufweisenden Werkzeuges insbesondere Bohrungen geschliffen werden sollen. Dieses Werkzeug zerspant in der konischen Zone mit hoher Wirksam- keit und erzeugt in der zylindrischen, auf das Fertigmaß eingestellten Zone die gewünschte Oberfläche. Der Schneidbelag ist im Bereich der konischen Zone von einer gröberen Qualität zur Erzielung einer höheren Abtragsleistung als in der zylindrischen Zone.
Aus dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es somit bekannt, innerhalb einer einzigen Schleifscheibe die Konzentration und Größe der Schleifkörner entsprechend den
Schleifanforderungen zu variieren, um unterschiedliche Schleifaufgaben mit einer Schleifscheibe zu realisieren. Des Weiteren ist es aus diesem Stand der Technik bekannt, Schleifscheiben mit einem konischen Abschnitt zur Erzielung hoher Abtragsleistungen und einem zylindrischen Abschnitt zur Erzielung entsprechender Oberflächengüten einzusetzen.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und ein Schleifwerkzeug zur Realisierung des Verfahrens zum hochgenauen Centerless-Schleifen von Wellenteilen, insbesondere von Kolbenbolzen, Stoßdämpferteilen und Kolbenstangen für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, bereitzustellen, mittels welchen kurze Taktzeiten und geringe Maschinenkosten erreicht sowie die Vermeidung von die Genauigkeit negativ beeinflussenden Umspannoperationen vermieden werden können. Diese Aufgabe wird mit einem Schleifwerkzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche definiert.
Erfindungsgemäß wird ein Schleifwerkzeug zum hochgenauen Centerless-Schleifen von wellenförmigen Werkstücken bereitgestellt. Insbesondere für wellenförmige Werkstücke wie Kolbenbolzen, Stoßdämpferteile oder Kolbenstangen für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, sind höchste Anforderungen an Formgenauigkeit und Oberflächengüte gegeben. Dieses erfindungs- gemäße Schleifwerkzeug weist bezüglich seiner Drehachse zwei Schleifbereiche auf, einen konischen Schleifbereich und einen zylindrischen Schleifbereich, wobei letzterer sich axial an den konischen Schleifbereich anschließt. Der konische Schleifbereich ist dabei so ausgebildet, dass er zum Schleifen einer hohen Abtragsleistung vorgesehen ist, was mit einem ersten Schleifbelag realisiert wird. Der zylindrische Schleifbereich ist so ausgebildet, dass er zum Schleifen einer hohen Oberflächengüte des Werkstückes vorgesehen ist und einen zweiten Schleifbelag aufweist. Erfindungsgemäß unterscheiden sich der erste und der zweite Schleifbelag zumindest hinsichtlich ihrer jeweiligen Schleifmittel. Vorzugsweise sind auch Bindung und Belagspezifikation des jeweiligen Schleifbelags des ersten und des zweiten Schleifbelags unterschiedlich. Vorzugsweise können auch Schleifmittel, Bindung und Belagspezifikation und gege- benenfalls auch noch weitere physikalische oder chemische Eigenschaften des ersten und des zweiten Schleifbelags unterschiedlich sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn für den ersten Schleifbelag CBN als Schleifmittel und für den zweiten Schleifbelag Diamant als Schleifmittel verwendet werden. Unter unterschiedlichen Schleifmitteln sollen solche verstanden werden, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Schleifeigenschaften aufweisen.
Das Schleifwerkzeug mit seinem konischen und seinem zylindrischen Schleifbereich ist dafür vorgesehen, dass das Werkstück an einem feststehenden Schleifwerkzeug vorbeibewegt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug wird ein wellenförmiges Werkstück im Durchlauf- verfahren geschliffen. Das bedeutet, dass das Werkstück beim einmaligen Zurücklegen des Bewegungsweges, welcher der Schleifwerkzeugbreite entspricht, fertiggeschliffen ist. Fertigschleifen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das wellenförmige Werkstück mit höchster Genauigkeit hinsichtlich Maßhaltigkeit, Formhaltigkeit und Oberflächengüte fertiggestellt ist. Die vorzugsweise Ausgestaltung des zweiten Schleifbelags mit dem Schleifmittel Diamant bringt in überraschender weise den Effekt der höchstgenauen Oberflächengüte, und zwar an einem wellenförmigen Werkstück sogar aus in der Regel normalem Stahl. Für das Schleifen von nor- malem Stahl ist laut Wissen des Durchschnittsfachmanns ein Schleifmittel Diamant ungeeignet. Denn Stahl besitzt eine hohe Affinität zu Kohlenstoff. Da Diamant aus reinem Kohlenstoff besteht, eignet er sich nicht zur Bearbeitung von Stahl. Bedingt durch die hohen Temperaturen beim Schleifprozess entzieht Stahl dem Diamanten Kohlenstoffatome. Dadurch wird das Dia- mant-Schleifkorn zersetzt. Damit wäre der Verschleiß einer derartigen Schleifscheibe bzw. eines derartigen Schleifbelags unvertretbar hoch. In überraschender weise hat sich nun dennoch gezeigt, dass bei der bevorzugten Kombination von CBN für den konischen Schleifbereich und Diamant für den zylindrischen Schleifbereich beste Schleifergebnisse hinsichtlich Maßhaltigkeit, Formhaltigkeit und Oberflächengüte erzielt werden.
Wenn im Durchlaufverfahren bzw. im Centerless-Schleifen mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug geschliffen wird, dann ist das Schleifwerkzeug vorzugsweise aus zumindest zwei Teil- Schleifscheiben aufgebaut, von denen die erste Teil-Schleifscheibe den konischen Schleifbereich und die zweite Teil-Schleifscheibe den zylindrischen Schleifbereich ausbilden, wobei beide Teil-Schleifscheiben vorzugsweise miteinander so verspannt sind, dass sie ohne Bildung eines Schleifspaltes, d.h. spaltlos, aneinandergrenzen. Unter„spaltlos" soll im Rahmen dieser Erfindung nahezu aneinandergrenzend verstanden werden. Im Falle von den genannten zwei Teil- Schleifscheiben werden diese mit ihren Grundkörpern auf der Schleifspindel so verspannt, dass sich ihre Grundkörper berühren, die Schleifbeläge aber im verspannten Zustand der Teil- Schleifscheiben einen geringen Abstand von z. B. ca. 0,2 bis 0,3 mm zueinander aufweisen. Dies ist nötig, damit im verspannten Zustand keine seitlichen Spannungen in die Schleifbeläge eingeleitet werden.
Ein wesentlicher Vorteil eines derartigen erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges besteht darin, dass für die Herstellung des wellenförmigen Werkstückes in höchster Genauigkeit verringerte Taktzeiten und damit eine erhebliche Kostenersparnis und in Summe eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit einhergehen, was insbesondere bei in großen Stückzahlen mittels des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges herzustellenden Werkstücken von Bedeutung ist. Der konische Schleifbereich des Schleifwerkzeuges ist für hohe Zerspanleistungen ausgelegt, während der zweite, zylindrische Schleifbereich vorzugsweise so ausgebildet ist, dass damit entweder nur ein sehr geringer Schleifabtrag oder kein nennenswerter Schleifabtrag realisiert wird, sondern lediglich ein Feinstschleifen oder gar nur eine Oberflächenglättung durch Polieren im Sinne eines sogenannten Ausfunkprozesses erfolgt.
Vorzugsweise ist das Schleifwerkzeug als Schleifscheibenpaket ausgebildet, bei welchem die einzelnen, das Schleifwerkzeug ausmachenden Teil-Schleifscheiben miteinander bzw. gegenei- nander verspannt sind und bei welchem der konische Schleifbereich durch zumindest zwei erste Teil-Schleifscheiben gebildet wird. Der Vorteil, dass der konische Schleifbereich durch zumindest zwei erste Teil-Schleifscheiben aufgebaut ist, besteht darin, dass vorzugsweise einerseits beide erste Teil-Schleifscheiben einen voneinander abweichenden Konuswinkel aufweisen kön- nen und andererseits besser herstellbar und montierbar sind. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, auch noch den hohen Materialabtrag sozusagen gestuft vorzunehmen, so dass bei der ersten Teil-Schleifscheibe, welche mit dem zu schleifenden Werkstück beim Schleifvorgang zuerst in Eingriff gelangt, ein größeres Zerspanvolumen realisiert wird, wohingegen die sich daran anschließende weitere erste Teil-Schleifscheibe mit einem geringeren Konuswinkel ein geringes Zerspanvolumen als das der zuerst in Eingriff gelangendem Teil-Schleifscheibe realisiert, so dass vor dem Schleifen durch den zylindrischen Bereich in dem konischen Schleifbereich mit dem geringeren Konuswinkel geringere Schleifkräfte in das Werkstück eingebracht werden und so ein besserer Übergang in den zylindrischen zweiten Schleifbereich des Schleifwerkzeuges gewährleistet ist.
Es ist auch möglich, das Schleifwerkzeug einteilig auszubilden, so dass der erste und der zweite Schleifbelag auf dessen Grundkörper so axial nebeneinander angeordnet sind, dass kein Spalt vorhanden ist, sondern beide Schleifbeläge unmittelbar aneinandergrenzen, ohne dass ein Spalt vorhanden und ohne dass eine Stufe ausgebildet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum hochgenauen Centerless- Schleifen für ein wellenförmiges Werkstück, insbesondere von Kolbenbolzen, Stoßdämpferteilen oder Kolbenstangen für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird mit einem einzigen Schleifwerkzeug, das einen konischen Schleifbereich mit einem
Schleifbelag mit einem ersten Schleifmittel und einen axial sich daran anschließenden zylindrischen Schleifbereich mit einem Schleifbelag mit einem zweiten Schleifmittel aufweist, das hochgenau zu schleifende Werkstück in einem Durchlauf in einer einzigen Aufspannung so geschliffen, dass Aufmaß und Oberflächengüte des Werkstückes zumindest zeitweise simultan in einem einzigen Durchlauf und damit in einer einzigen Maschine geschliffen werden. Der Vorteil besteht darin, dass gegenüber im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren, bei denen stets zwei Maschinen, zumindest jedoch zwei Stationen, erforderlich waren, durch das erfindungsgemäße Verfahren neben der Platzersparnis auch eine erhebliche Reduzierung des Investitionsaufwandes und damit der Kosten einhergeht, was insbesondere bei der Herstellung von hochgenauen wellenförmigen Werkstücken in hohen Stückzahlen von Bedeutung ist.
Vorzugsweise ist das erste Schleifmittel CBN und schleift das Aufmaß mit einem hohen Zerspanvolumen je Zeiteinheit und ist das zweite Schleifmittel Diamant und wird dafür eingesetzt, dass allenfalls ein sehr geringes, jedenfalls deutlich niedrigeres Zerspanvolumen geschliffen wird als jenes, welches mit dem CBN-Schleifbereich geschliffen wird. Der Diamant- Schleifbereich zur Erzielung einer höchstgenauen Oberflächengüte kann weiter bevorzugt auch dafür eingesetzt werden, dass das damit zu schleifende Zerspanvolumen in der Art des Superfi- nishing sehr gering ist oder sogar beispielsweise im Sinne eines Ausfunkens gegen null geht, so dass lediglich ein Glätten, Polieren durchgeführt wird. Unter Superfinishing soll im Rahmen dieser Erfindung ein Feinstschleifen verstanden werden.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : die prinzipielle Anordnung von Schleifscheibe, Regelscheibe und zu schleifendem wellenförmigen Werkstück für das Centerless-Schleifen gemäß der Erfindung;
Figur 2: die Anordnung einer Regelscheibe mit geneigter Achse zum Erzielen einer Vorschubbewegung für das wellenförmige Werkstück beim Centerless-Schleifen mit einem Schleifwerkzeug gemäß der Erfindung; Figur 3A: eine Schleifscheibe mit einem konischen und einem zylindrischen Schleifbereich für ein Centerless-Schleifen im Durch lauf verfahren gemäß der Erfindung;
Figur 3B: eine Schleifscheibe gemäß Figur 3A, jedoch mit zwei konischen Schleifbereichen unterschiedlichen Konuswinkels gemäß der Erfindung;
Figur 4: eine prinzipielle Darstellung einer Centerless-Schleifanordnung in Seitenansicht gemäß dem Stand der Technik; und
Figur 5: ein Schleifwerkzeug gemäß der Erfindung für das Durchführen eines erfindungsgemä- ßen Schleifverfahrens .
Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Schleifmaschine für ein Durchlauf-Centerless- Schleifen mit einem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug 1 . Das Werkstück 16 liegt auf einem hier nicht gezeigten Führungslineal auf und wird beim Schleifen durch den Schleifspalt zwischen dem Schleifwerkzeug 1 und der Regelscheibe 15 durchgefördert. Das Schleifwerkzeug 1 weist - ebenso wie die Regelscheibe - zwei Schleifbereiche 3, 4 auf und rotiert um ihre Drehachse 2. Das Schleifwerkzeug 1 und die Regelscheibe 15 rotieren in entgegengesetzten Richtungen und fördern während des Schleifens das Werkstück 16 im Durchlaufverfahren durch den Schleifspalt zwischen Schleifwerkzeug 1 und Regelscheibe 15 entsprechend dem angegebenen Pfeil hindurch. Wie in Figur 1 angegeben wird das Werkstück 16 durch den Eingriff von Schleifwerkzeug 1 und Regelscheibe 15 ebenfalls in Rotation versetzt.
Die jeweiligen Schleifbereiche 3 des Schleifwerkzeugs 1 und 15a der Regelscheibe 15 sind konisch abgerichtet, und der Schleifbereich 4 des Schleifwerkzeuges 1 und der Schleifbereich 15b der Regelscheibe 15 sind zylindrisch oder nahezu zylindrisch abgerichtet. Die Regelscheibe 15 ist vorzugsweise als einteilige Regelscheibe (Korrund-Schleifscheibe mit Gummibindung) aus- gebildet. Sie ist in ihrer Form abrichtbar, vorzugsweise mit einem Diamantvlies.
Figur 2 zeigt eine Ansicht einer Regelscheibe 15 aus der Richtung des Schleifwerkzeuges 1 (ohne dessen Darstellung) bei zum Schleifen im Durchlauf-Centerless-Schleifen eingeschwenkter Regelscheibe 15. Ansonsten entspricht der prinzipielle Aufbau dem in Figur 1 Erläuterten. Die Neigung der Regelscheibe 15 bewirkt ein Durchfördern des Werkstückes 16 durch den (nicht dargestellten) Schleifspalt zwischen Schleifwerkzeug 1 und Regelscheibe 15.
In Figur 3A ist in übertrieben dargestelltem Konuswinkel die prinzipielle Schleifscheibenkontur mit dem Schleifscheibenbereich 3 mit konisch abgerichteter Kontur (Schleifbelag 13) und dem Schleifscheibenbereich 4 mit zylindrisch abgerichteter Kontur (Schleifbelag 14) dargestellt.
In Figur 3B ist ein Schleifwerkzeug 1 als Schleifscheibenpaket dargestellt, welches aus drei Teil- Schleifscheiben 5, 6, 9 zusammengesetzt ist. Die Konuswinkel α, ß der Teil-Schleifscheiben 5, 6 sind in übertriebener Darstellung gezeigt. Das als Schleifscheibenpaket ausgebildete Schleif- Werkzeug 1 weist zwei Schleifbereiche 3a, 3b auf, welche konisch abgerichtet sind und jeweils einen anderen Konuswinkel α bzw. ß aufweisen. Die konische Kontur mit den Schleifbereichen 3a, 3b bildet den Schleifscheibeneinlauf, und die zylindrische Kontur mit dem Schleifbereich 4 bildet den Teil des Schleifwerkzeugs 1 , mit welchem die Oberflächengüte des wellenförmigen Werkstückes erzielt wird. Die Breite der jeweiligen Teil-Schleifscheiben 5, 6, 9 kann je nach Ein- satzzweck unterschiedlich gewählt werden. Für die einzelnen Teil-Schleifscheiben 5, 6 kann auch die Körnung verschieden sein, um eine optimale Anpassung an die jeweiligen Schleifaufgaben zu erzielen. Auch kann die Körnungskonzentration im Schleifbelag der jeweiligen Teil- Schleifscheiben 5, 6 variieren, vorzugsweise linear zu- oder abnehmend in axialer Richtung. Auch die Konuswinkel α und ß können je nach Aufmaß und damit zu schleifendem Zerspanvo- lumen in Abhängigkeit von beispielsweise den Materialeigenschaften variiert werden. Unabhängig davon, ob das Schleifwerkzeug 1 aus einem einzigen Grundträger besteht oder aus mehreren einzelnen Teil-Schleifscheiben zu einem Schleifscheibenpaket zusammengefasst ist, kön- nen die jeweiligen Breiten der Schleifbereiche 3a, 3b, 4 durch das Abrichten des Schleifwerkzeuges 1 an die technologischen Erfordernisse angepasst werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist α größer als ß, so dass beim Schleifen die erste 5 der beiden ersten Teil- Schleifscheiben 5, 6 ein größeres Zerspanvolumen abträgt als die zweite 6 der beiden ersten Teil-Schleifscheiben 5, 6.
Figur 4 zeigt eine prinzipielle Darstellung für ein Durchlauf-Centerless-Schleifen in einer Seitenansicht einer derartigen Schleifmaschine. Zwischen der Schleifscheibe 1 und der Regelscheibe 15 ist ein Schleifspalt definiert, in welchem das zu schleifende Werkstück 16 während des Schleifens auf einem Führungs- oder Auflagelineal 17 abgestützt ist. X1 und X2 zeigen die Zustellrichtungen für die Schleifspindel X1 und die Regelspindel X2. Dieser prinzipielle Aufbau ist bekannt und wird für Durchlauf-Centerless-Schleifmaschinen in dieser Form angewendet.
In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug 1 dargestellt. Dieses Schleifwerkzeug 1 weist einen Einlaufbereich auf, welcher konisch abgerichtet ist und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus vier einzelnen Teil-Schleifscheiben 5, 6, 7, 8 ausgebildet ist. Der konische Schleifbereich besteht demgemäß aus vier Schleifbereichen 3a, 3b, 3c, 3d und stellt für das Werkstück (hier nicht dargestellt) den Einlaufbereich dar, wobei alle vier Teil-Schleifscheiben 5, 6, 7, 8 denselben Konuswinkel aufweisen. Die vier Teil-Schleifscheiben 5, 6, 7, 8 weisen alle denselben Schleifbelag 13 auf, welcher als Schleifmittel keramisch gebundenes CBN aufweist. Mit diesen Teil-Schleifscheiben 5, 6, 7, 8 wird mit ihrer konischen Einlaufkontur im Wesentlichen das Schleifaufmaß an dem zu schleifenden Werkstück bei relativ hohem Zerspanvolumen abgeschliffen. Je nachdem, welcher Anteil des Aufmaßes durch eine jeweilige Teil-Schleifscheibe abgeschliffen werden soll, kann bereits die Spezifikation des Schleifbelags der jeweiligen Teil- Schleifscheibe unterschiedlich gewählt werden. Je nach Materialbeschaffenheit und Abmessung der zu schleifenden Werkstücke können die Spezifikationen des jeweiligen Schleifbelages wie deren Körnungsgröße, Konzentration, Konzentrationsverteilung, Bindung etc. wie auch der je- weilige Konuswinkel unterschiedlich sein. Bei unterschiedlichem Konuswinkel der Teil- Schleifscheiben hat die erste Teil-Schleifscheibe oder haben die mehreren ersten Teil- Schleifscheiben im Allgemeinen einen größeren Konuswinkel als die nachfolgenden Teil- Schleifscheiben. Je kleiner der Konuswinkel einer Teil-Schleifscheibe ist, umso geringer ist das durch diese Teil-Schleifscheibe zu schleifende Zerspanvolumen. Somit ist es mit dem erfin- dungsgemäßen Schleifwerkzeug möglich, die Schleifscheibenspezifikationen optimal auf das zu schleifende Ergebnis einzustellen. Insbesondere können beispielsweise die ersten beiden Teil- Schleifscheiben vorzugsweise auf sehr hohe Zerspanleistung, die beiden nachfolgenden Teil- Schleifscheiben mit geringerem Konuswinkel auf eine demgegenüber geringere Zerspanungsleistung, jedoch bereits auf eine bessere Maßhaltigkeit und Oberflächengüte ausgelegt sein. Je nach Anzahl und Ausbildung der Teil-Schleifscheiben kann die Variation der Zerspanungsleistung von Teil-Schleifscheibe zu Teil-Schleifscheibe bewusst gestuft oder im Wesentlichen stu- fenlos realisiert werden. Der Durchmesserunterschied der konisch abgerichteten Teil- Schleifscheiben weist zumindest das auf den Durchmesser bezogene Schleifaufmaß des Werkstückes auf. Die Konizität der Teil-Schleifscheiben ist mittels eines Diamantrades abrichtbar und kann je nach Anwendungsfall über ein in einer mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug versehenen Schleifmaschine gespeichertes Abrichtprogramm CNC-gesteuert leicht geändert werden. Als Schleifmittel kann für die Teil-Schleifscheiben mit konischer Kontur anstelle von keramisch gebundenem CBN auch ein Schleifmittel mit Kunstharzbindung vorgesehen sein.
Die in Figur 5 dargestellten Teil-Schleifscheiben 9, 10 haben eine zylindrische Form. Sie sind in eine solche zylindrische Form abgerichtet und weisen daher einen konstanten bzw. nahezu konstanten Durchmesser auf.
Mit diesen Teil-Schleifscheiben 9, 10 wird die Oberfläche am wellenförmigen Werkstück, das der Einfachheit halber in Figur 5 nicht gezeigt ist, feinstgeschlichtet bzw. einem Superfinishing unterzogen, und zwar mit den beiden Schleifbereichen 4a, 4b. Durch dieses Feinstschleifen wird die gewünschte hohe Oberflächengüte erzeugt. Auch in den Schleifbereichen 4a, 4b kann die Körnung oder deren Konzentration der Diamantkörner in Abhängigkeit von der jeweiligen Schleifaufgabe variierend ausgebildet sein, z. B. in axialer Richtung linear zu- oder abnehmend.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Teil-Schleifscheiben 9, 10 Diamant- Schleifscheiben mit einer keramischen Bindung oder einer Kunstharzbindung. Durch den in Figur 5 beschriebenen Aufbau ist es beispielsweise möglich, das gesamte Schleifscheibenpaket abzurichten. Durch die Integration der ein Superfinishing bzw. Feinstschleifen ausführenden Teil-Schleifscheiben 9, 10 in das Schleifwerkzeug 1 , welches durch die Teil-Schleifscheiben 5, 6, 7, 8 maßgeblich für den Materialabtrag des Aufmaßes am Werkstück zeichnet, ist es möglich, den kompletten Vorgang des Superfinishens auf einer weiteren Maschine oder einer weiteren Station auf einer Maschine einzusparen. Somit werden nicht nur kurze Taktzeiten sondern auch erhebliche Kosteneinsparungen mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug erzielt.
Der in Figur 5 unten dargestellte Pfeil zeigt die Förderrichtung des Werkstückes relativ zum Schleifwerkzeug 1 . Bezüglich dieser Förderrichtung sind den Diamant-Teil-Schleifscheiben 9, 10 CBN-Teil-Schleifscheiben vorangestellt, welche - wie bereits erwähnt - hauptsächlich das Material des Aufmaßes des Werkstückes zerspanen, und es wird die Maß- und Formgenauigkeit zumindest grob hergestellt. Die Diamant-Teil-Schleifscheiben 9, 1 0 sind demgegenüber sozusagen„für den letzten Schliff" bezüglich der Maß- und Formgenauigkeit sowie für das Herstellen der geforderten hohen Oberflächengüte zuständig. Indem das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug 1 in einem Schleifscheibenpaket auf der mit der Drehachse 2 rotierenden Schleifspindel 1 1 mehrere Schleifscheiben mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften mittels eines Spannflansches 1 2 verspannt zusammenfasst, ist für das Centerless-Schleifen im Durchlaufverfahren eine hochgenaue Maß- und Formhaltigkeit sowie Oberflächengüte erzielbar. Ein derartiges Schleifwerkzeug in Form einer kompakten Schleifscheibe großer Breite für das Abtragen eines grö ßeren Zerspanvolumens und gleichzeitig für das Erzielen einer hohen Oberflächengüte bietet die Möglichkeit gro ßserientechnischer Anwendungen bei höchsten Qualitätsanforderungen.
Bezuqszeichenliste
1 Schleifwerkzeug
2 Drehachse
3
3a
3b > erste Schleifbereiche
3c
3d zweite Schleifbereiche
erste Teil-Schleifscheiben
Figure imgf000014_0001
9 zweite Teil-Schleifscheiben
10 }
1 1 Schleifspindel
12 Spannflansch
13 erster Schleifbelag
14 zweiter Schleifbelag
15 Regelscheibe
15a erster Schleifbereich der Regelscheibe
15b zweiter Schleifbereich der Regelscheibe
16 Werkstück
17 Führungs- oder Auflagelineal

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Schleifwerkzeug (1 ) zum hochgenauen Centerless-Schleifen eines wellenförmigen Werkstückes, mit einem bezüglich seiner Drehachse (2) konischen (3) und sich daran axial anschließenden zylindrischen Schleifbereich (4), wobei der konische Schleifbereich (3) zum Schleifen einer hohen Abtragsleistung mit einem ersten Schleifbelag (13) und der zylindrische Schleifbereich (4) zum Schleifen einer hohen Oberflächengüte mit einem zweiten Schleifbelag (14) ausgebildet sind und der erste (13) und der zweite Schleifbelag (14) zumindest hinsichtlich ihrer Schleifmittel unterschiedlich sind.
Schleifwerkzeug (1 ) nach Anspruch 1 , bei welchem der erste (13) und der zweite Schleifbelag (14) hinsichtlich Bindung und Belagspezifikation unterschiedlich sind.
Schleifwerkzeug (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchen als Schleifmittel der erste Schleifbelag (13) CBN und der zweite Schleifbelag (14) Diamant aufweist.
Schleifwerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches aus zumindest zwei Teil- Schleifscheiben (5 bis 10) aufgebaut ist, deren erste Teil-Schleifscheibe (5 bis 8) den konischen Schleifbereich (13) und deren zweite Teil-Schleifscheibe (9, 10) den zylindrischen Schleifbereich (14) bilden, wobei beide Teil-Schleifscheiben (5 bis 10) spaltlos aneinander grenzen.
Schleifwerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches aus einem Schleifscheibenpaket aufgebaut ist und bei welchem der konische Schleifbereich (13) durch zumindest zwei erste Teil-Schleifscheiben (5, 6; 7, 8) gebildet ist.
Schleifwerkzeug (1 ) nach Anspruch 5, bei welchem beide erste Teil-Schleifscheiben (5, 6; 7, 8) einen voneinander abweichenden Konuswinkel aufweisen.
Schleifwerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches einteilig ausgebildet ist und der erste (13) und der zweite Schleifbelag (14) spaltlos axial nebeneinander angeordnet sind.
8. Schleifwerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, bei welchem der erste (13) und der zweite Schleifbelag (14) auf einem integral ausgebildeten Grundkörper angeordnet sind.
Verfahren zum hochgenauen Centerless-Schleifen eines wellenförmigen Werkstückes, insbesondere von Kolbenbolzen oder Stoßdämpferteilen, bei welchem mittels eines konischen Schleifbereiches mit einem ersten Schleifmittel und mittels eines axial daran anschließenden zylindrischen Schleifbereiches mit einem zweiten Schleifmittel eines einzigen Schleifwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Durchlauf Aufmaß und Oberflächengüte des Werkstückes zumindest zeitweise simultan geschliffen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem als erstem Schleifmittel mit CBN und als zweitem Schleifmittel mit Diamant geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem der CBN-Schleifbereich das Aufmaß bei einem ersten, hohen Zerspanvolumen je Zeiteinheit im Wesentlichen auf Endmaß und der Diamant-Schleifbereich die Oberflächengüte bei einem zweiten, niedrigeren als dem ersten Zerspanvolumen oder bis nahezu gegen null gehenden Zerspanvolumen schleifen.
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