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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer rotationssymmetrischen
Fläche an einem Werkstück,
wobei zur Fertigung
der rotationssymmetrische Fläche am Werkstück
zunächst durch Hartdrehen eine Halbfertig-Fläche
erzeugt wird und danach durch Schleifen aus der Halbfertig-Fläche
die fertige rotationssymmetrische Fläche erzeugt wird,
und
wobei das Verfahren so geführt wird, dass die fertige rotationssymmetrische
Fläche vorgegebene Maße, vorgegebene Form- und
Lagetoleranzen sowie vorgegebene Oberflächentoleranzen
einhält.
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Eine
derartiges Verfahren wird beispielsweise mit „STRATOS"-Maschinen
betrieben, die im Firmenprospekt „STRATOS Schleifen,
Hartdrehen und mehr", Studer Schaudt GmbH, Stuttgart, 10/2002, beschrieben
sind.
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Im
Maschinenbau werden in vielfältiger Weise Werkstücke
mit rotationssymmetrischen Flächen benötigt, etwa
in Lagern und Getrieben. Rotationssymmetrische Flächen
treten beispielsweise auf als Planflächen, Konusflächen
und Bohrungen, etwa an Getrieberädern.
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Werkstücke,
und damit auch die rotationssymmetrischen Flächen an Werkstücken,
müssen für eine vorgesehene Verwendung, etwa den
Einbau in einer Maschine, vorgegebenen Maßen und Toleranzen
genügen; diese sind in der Regel in einer Konstruktionszeichnung
verzeichnet. Hält ein Werkstück die vorgegebenen
Toleranzen nicht ein, so ist es für die vorgesehen Verwendung
unbrauchbar und muss nachbearbeitet oder verworfen werden. Für
rotationssymmetrische Flächen an einem Werkstück
werden typischerweise Maße, Form- und Lagetoleranzen und
Oberflächentoleranzen vorgegeben.
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Rotationssymmetrische
Flächen werden im Stand der Technik, beispielsweise mit
einer oben erwähnten STRATOS-Maschine, durch eine Kombination
von Hartdrehen und nassem Schleifen gefertigt. Dabei erfolgt durch
das Hartdrehen zunächst eine grobe Vorbearbeitung des Werkstücks,
wobei noch ein erhebliches Aufmass (meist um 1/10 mm) verbleibt.
Die nach dem Hartdrehen vorliegende Halbfertig-Fläche hält
weder die vorgegebenen Maße einschließlich der
Form- und Lagetoleranzen, noch die vorgegebenen Oberflächentoleranzen
ein. Erst durch das nachfolgende Nassschleifen wird die Einhaltung der
vorgegebenen Maße und Toleranzen bei der fertigen rotationssymmetrischen
Fläche erreicht.
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Nachteilig
bei diesem Verfahren sind die hohen Kosten bei der nassen Schleifbearbeitung,
insbesondere durch den Verbrauch an Kühlschmierstoff und
durch den Verschleiß an der Schleifschneide.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, mit
dem rotationssymmetrische Flächen an einem Werkstück
mit weniger Kosten hergestellt werden können.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird auf überraschend einfache, aber wirkungsvolle
Art gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Hartdrehen als trockenes Hartdrehen
ausgeführt wird, wobei die durch das Hartdrehen erzeugte
Halbfertig-Fläche bereits die vorgegebenen Maße
sowie die vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen einhält,
und dass das nachfolgende Schleifen als trockenes Schlichtschleifen
ausgeführt wird.
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Im
Rahmen der Erfindung erfolgt der allergrößte Teil
des Materialabtrags am Werkstück schon beim Hartdrehen,
und der Materialabtrag beim Schleifen wird auf ein Minimum reduziert.
Dies wird dadurch möglich, dass das Hartdrehen mit einer
so großen Präzision (Präzisionshartdrehen)
geführt wird, dass die vorgegebenen Maße einschließlich
zumindest der Form- und Lagetoleranzen der zu fertigenden rotationssymmetrischen
Fläche bereits an der Halbfertig-Fläche eingehalten
werden. Dazu wird eine Drehmaschine mit hoher Maschinensteifigkeit, kurzem
Kraftfluss und geringen Eigenschwingungen eingesetzt; ein temperaturisolierter
Spänetrichter sowie ein Monoblock-Maschinenbett und ein
kompletter Maschinenfahrständer in Mineralguss können
ebenfalls zur Einhaltung der erforderlichen Fertigungsgenauigkeit
beitragen. Beim anschließenden Schleifen braucht das Werkstück
nur noch so weit nachbearbeitet werden, dass auch alle vorgegebenen
Oberflächentoleranzen eingehalten werden, wozu ein sehr
geringer Materialabtrag genügt, meist mit weniger als 5 μm
Schleifabtrag (d. h. Zustellweg der Schleifschneide ab Kontakt der
Schleifschneide zur Materialoberfläche des Werkstücks).
Die vorgegebenen Oberflächentoleranzen geben in der Regel
maximal zulässige Oberflächenrauhigkeiten und
maximal zulässige Oberflächenwelligkeiten sowie einen
Typ von Oberflächenstruktur (gerichtet/ungerichtet, evtl. mit
maximalem Ausrichtungsgrad) vor.
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In
aller Regel dient das Schlichtschleifen im Rahmen der Erfindung
nur der Einstellung einer gewünschten Oberflächenstruktur
(nämlich einer ungerichteten Oberflächenstruktur,
wie sie für das Schleifen typisch ist) und/oder dem Reduzieren
der Oberflächenwelligkeit. Beim herkömmlichen
Hartdrehen entsteht eine gerichtete Oberflächenstruktur,
welche Rillen ausbilden kann. Für viele Anwendungen sind solche
Rillen am Werkstück unerwünscht, da sie beispielsweise
zum Ausfördern von Schmieröl führen können.
Durch Hartdrehen mit einer geometrisch bestimmten Schneide kann
auch eine periodische Oberflächenwelligkeit entstehen.
Die periodische Oberflächenwelligkeit ist ebenfalls für
viele Anwendungen unerwünscht, da sie zu Werkstückvibrationen
führen kann. Falls beim Hartdrehen des Werkstücks
Randzonenbeschädigungen (etwa Neuhärtungs- und
Anlasszonen an der Werkstückoberfläche) aufgetreten
sind, können diese ebenfalls durch das Schlichtschleifen
entfernt werden.
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Aufgrund
des geringen Materialabtrags beim dem Hartdrehen nachfolgenden Schlichtschleifen kann
auf den Einsatz eines Kühlschmiermittels beim Schleifen
verzichtet werden. Die beim Schlichtschleifen entstehende Prozesswärme
ist vernachlässigbar bzw. kann auch durch das Werkstück
selbst und die umgebende Luft abgeführt werden; Materialschäden in
Form von Neuhärtungs- oder Anlasszonen werden durch das
Schlichtschleifen nicht eingebracht. Ein übliches Zeitspanvolumen
beim Schlichtschleifen im Rahmen der Erfindung beträgt
dabei 0,05 bis 0,2 mm3/(mm·s),
bevorzugt 0,1 mm3/(mm·s). Ebenfalls ist
die Standzeit der Schleifschneide erhöht, da beim Schleifen
je Werkstück weniger Material abgetragen zu werden braucht.
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Bei
herkömmlichem (grobem) Hartdrehen und Nassschleifen entfallen
ca. 14–17% der Fertigungskosten eines Werkstücks
auf den Gebrauch von Kühlschmierstoffen und deren Wartung
sowie Entsorgung; diese Kosten können durch die Erfindung
eingespart werden. Durch den Verzicht auf flüssiges Kühlmittel
wird auch der Flächenbedarf der Werkstückbearbeitung
verringert (insbesondere keine Kühlmittelaufbereitungs-
oder Filteranlage), die Umwelt wird entlastet (Keine Kühlschmierstoffentsorgung
nötig) und eine Gesundheitsgefährdung der Fertigungsmitarbeiter
wird vermieden (mögliche Hauterkrankungen durch Kontakt
mit Kühlschmierstoffen).
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Im
Rahmen der Erfindung findet zwischen (Präzisions-)Hartdrehen
und Schlichtschleifen kein weiterer Materialabtrag durch andere
Bearbeitungsverfahren statt.
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Bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens
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Bei
einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesehen, dass die für die fertige rotationssymmetrische
Fläche vorgegebenen Oberflächentoleranzen eine
vorgegebene Oberflächenrauhigkeit, eine vorgegebene Oberflächenwelligkeit
und eine vorgegebene Oberflächenstruktur umfassen, und
dass erst durch das Schlichtschleifen die vorgegebene Oberflächenrauhigkeit, die
vorgegebene Oberflächenwelligkeit und die vorgegebene Oberflächenstruktur
der fertigen rotationssymmetrischen Fläche hergestellt
werden. Bei dieser Variante beschränken sich die Präzisionsanforderungen
an das Hartdrehen auf die Einhaltung der vorgegebenen Maße
sowie der Form- und Lagetoleranzen, was die Verfahrensführung
vereinfacht und den apparativen Aufwand verringert.
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Eine
alternative, ebenfalls bevorzugten Verfahrensvariante ist dadurch
gekennzeichnet, dass die für die fertige rotationssymmetrische
Fläche vorgegebenen Oberflächentoleranzen eine
vorgegebene Oberflächenrauhigkeit, eine vorgegebene Oberflächenwelligkeit
und eine vorgegebene Oberflächenstruktur umfassen, dass
die durch das Hartdrehen erzeugte Halbfertig-Fläche auch
bereits die vorgegebene Oberflächenrauhigkeit einhält,
und dass durch das nachfolgende Schlichtschleifen die vorgegebene
Oberflächenwelligkeit und die vorgegebene Oberflächenstruktur
der fertigen rotationssymmetrischen Fläche hergestellt
werden. Bei dieser Variante ist der Aufwand (und Materialabtrag)
beim trockenen Schlichtschleifen minimiert, so dass dieses Verfahren besonders
schnell und verschleißarm für die Schleifschneide
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Verfahrensvariante erfolgen das Hartdrehen und
das Schlichtschleifen auf derselben Drehmaschine und in derselben
Aufspannung des Werkstücks. Dadurch kann Umrüstzeit
eingespart werden; die Bearbeitung des Werkstücks ist besonders
schnell.
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Bevorzugt
ist weiterhin eine Verfahrensvariante, bei der für den
Schleifabtrag SA des Schlichtschleifens gilt: SA ≤ 10 μm,
bevorzugt SA ≤ 5 μm, und besonders bevorzugt SA ≤ 2 μm.
Ein Schleifabtrag in dieser Größenordnung reicht
im erfindungsgemäßen Verfahren aus, um rotationssymmetrische
Flächen an Werkstücken mit üblichen Genauigkeitsanforderungen
(Toleranzbändern) zu fertigen.
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Bevorzugt
ist auch eine Verfahrensvariante, bei der für die Rauhtiefe
Rz der Halbfertig-Fläche gilt: Rz ≤ 5 μm. Wird das Hartdrehen
so genau geführt, dass die Rauhtiefe danach schon so gering
ist wie in dieser Variante angegeben, so ist regelmäßig
die Einhaltung der gesamten Oberflächentoleranzen bei sehr
geringem Materialabtrag im Schlichtschleifen möglich.
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Besonders
bevorzugt ist dabei eine Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei dem für den Schleifabtrag SA des Schlichtschleifens
und die Rauhtiefe Rz der Halbfertig-Fläche
gilt: SA ≤ Rz. Mit anderen Worten
beschränkt sich in dieser Variante der Materialabtrag beim
Schlichtschleifen auf das Abtragen von Spitzen im Oberflächenprofil.
Dies ist bei besonders geringem Verschleiß für
die Schleifschneide möglich; Vollmaterial wird nicht abgetragen. Der
Traganteil der Oberfläche kann somit gesteigert werden.
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Vorteilhaft
ist weiterhin eine Verfahrensvariante, bei der durch das Schlichtschleifen
Randzonenbeschädigungen von der Halbfertig-Fläche
abgetragen werden. Randzonenbeschädigungen (etwa Neuhärtungs-
und Anlasszonen), die beim Hartdrehen entstanden sind (etwa durch
lokale Werkstückerwärmung), reichen in der Regel
nur geringfügig ins Material hinein (ca. 1–2 μm)
und können somit im Rahmen des Schlichtschleifens beseitigt
werden; durch Abtrag der Randzonenbeschädigung können die
Oberflächeneigenschaften (insbesondere die Härte
und Abriebfestigkeit) vereinheitlicht und verbessert werden.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der das Hartdrehen
mit einer geometrisch bestimmten Schneide, insbesondere einer CBN-Schneide,
erfolgt. CBN-Schneiden (CBN = kubisches Bornitrid) sind in der Praxis
als verschleißarm bewährt und wegen ihrer großen
Härte für die Bearbeitung vieler Materialien geeignet.
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Eine
bevorzugte Weiterentwicklung dieses Verfahrens sieht vor, dass durch
das Schlichtschleifen eine periodisch auftretende Welligkeit der
Halbfertig-Fläche verkürzt und vermindert wird.
Häufig wird nach dem Hartdrehen mit einer geometrisch bestimmten
Schneide eine Oberflächenwelligkeit registriert, die über
der zulässigen (vorgegebenen) Toleranz liegt. Durch das
Schlichtschleifen kann diese leicht beseitigt werden.
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Bevorzugt
ist es weiterhin, wenn das Schlichtschleifen mit einer geometrisch
unbestimmten Schneide, insbesondere einer CBN-Schneide oder einer
PKD-Schneide, erfolgt. Die Schleifpartikel von geometrisch unbestimmten
Schleifschneiden sorgen für eine oftmals erwünschte
ungerichtete Oberflächenstruktur. Die geometrisch unbestimmte Schneide
kann insbesondere ausgebildet sein als Schleifscheibe, Schleifdorn,
oder Kombischleifscheibe mit geradem und konischem Abschnitt. Die
Materialien CBN und PKD (PKD = polykristalliner Diamant) haben sich
in der Praxis als verschleißarm bewährt und können
wegen der großen Härte für die Bearbeitung
vieler Werkstückmaterialen eingesetzt werden.
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Besonders
bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der das Schlichtschleifen
als Einstech-Schlichtschleifen nur durch Anlegen einer Schleifschneide
an die Halbfertig-Fläche erfolgt. Dieses Vorgehen ermöglicht
eine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit beim Schlichtschleifen.
Die Schleifschneide (der Schleifkörper) wird dabei im Wesentlichen
senkrecht zur lokalen Oberfläche des Werkstücks
bewegt (zugestellt), und insbesondere nicht parallel zur lokalen
Oberfläche vorgeschoben. Für die Fertigung größerer
Flächen wird die Schleifschneide gegebenenfalls mehrfach
angesetzt. Als Alternative zu dieser Variante kann jedoch auch eine Bewegung
der Schleifschneide parallel zur lokalen Oberfläche (meist
in der axialen z-Richtung) im eingestochenen Zustand erfolgen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Verfahrensvariante
ist die Schleifschneide mittels piezoelektrischen Elementen geführt.
Durch die piezoelektrischen Elemente ist der zeitliche Kräfteverlauf
beim Schlichtschleifen präzise einstellbar; die Steuerung
kann als kraftgeführtes Schleifen erfolgen.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Weiterentwicklung der obigen Verfahrensvariante
ist die Schleifschneide an einem elastisch nachgiebigen Element
ausgebildet. Über das elastisch nachgiebige Element bzw.
dessen Positionierung relativ zum Werkstück kann eine Kontrolle
der Schneidkraft erfolgen. Die erwartete Biegung des elastisch nachgiebigen
Elements wird dabei in Gestaltung und Ausrichtung der Schleifschneide
einbezogen, um die zu fertigende Geometrie des Werkstücks
präzise wahren zu können.
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Bevorzugt
ist weiterhin eine Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der die Form- und Lagetoleranzen jeweils ein Toleranzband
mit einer Breite TBB aufweisen, wobei gilt: TBB ≤ 20 μm,
bevorzugt TBB ≤ 10 μm, und besonders bevorzugt
TBB ≤ 2 μm. Man beachte, dass die Halbfertig-Fläche
bereits die Form- und Lagetoleranzen einhält. Der Schleifabtrag
SA im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dann erfindungsgemäß betragsmäßig
kleiner als die Breite des Toleranzbandes TBB im selben lokalen
Bereich des Werkstücks, ansonsten würden durch
den Schleifabtrag SA die vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen (zu
denen auch absolute Ober- und Untergrenzen gehören, etwa
für einen Radius) wieder verlassen.
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Bei
einer bevorzugten Verfahrensvariante umfassen die Form- und Lagetoleranzen
Toleranzen bezüglich Rundheit und/oder Zylindrizität
und/oder Konizität. Mit diesen Angaben lassen sich die
meisten rotationssymmetrischen Flächen ausreichend gut beschreiben.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die
noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln
für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung
finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen,
sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die
Schilderung der Erfindung.
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Zeichnung und detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht eines Werkstücks, an dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine rotationssymmetrische Fläche gefertigt wird;
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2a das
Ergebnis einer Profilmessung bei einer rotationssymmetrischen Fläche
nach einem erfindungsgemäßen Hartdrehen;
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2b das
Ergebnis einer Profilmessung bei einer rotationssymmetrischen Fläche
nach einem erfindungsgemäßen Trockenschleifen;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht einer Kombischleifscheibe zur Verwendung
im Rahmen der Erfindung;
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4 eine
schematische Ansicht einer Schleifscheibe an einem elastisch nachgiebigem
Element.
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Die 1 illustriert
in stark schematisierter Querschnittsdarstellung den Ablauf des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung einer
rotationssymmetrischen Fläche an einem Werkstück 1.
Die zu fertigende rotationssymmetrische Fläche ist eine
radial äußere Fläche des bezüglich
einer Achse A rotationssymmetrischen, scheibenförmigen
Werkstücks 1. Man beachte die radiale Richtung
r. In 1 ist zur Vereinfachung nur eine Hälfte
des Werkstücks gezeigt.
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Für
die zu fertigende rotationssymmetrische Fläche besteht
eine Maßvorgabe einschließlich einer Form- und
Lagetoleranz-Vorgabe, was sich insbesondere in einem einzuhaltenden
Bereich des Radius der zu fertigenden Fläche zwischen den
absoluten Radiuswerten rmin und rmax über die dargestellte axiale
Länge manifestiert, vgl. auch die gestrichelten Linien.
Der Abstand zwischen rmin und rmax stellt eine Toleranzbandbreite
TBB bezüglich des Radius der zu fertigenden Fläche
dar.
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Das
Werkstück 1 beginnt das Verfahren als Rohteil
mit einer radial äußeren Roh-Fläche 2.
Im ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt
erfolgt ein trockenes Präzisions-Hartdrehen. Am Ende dieses
Hartdrehens weist das Werkstück 1 die Halbfertig-Fläche 3 auf.
Erfindungsgemäß hält die Halbfertigfläche 3 schon
die Maßvorgabe einschließlich vorgegebener Form-
und Lagetoleranzen ein: Der Radius der Halbfertig-Fläche
liegt überall zwischen rmin und rmax.
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Allerdings
weist die Halbfertig-Fläche 3 noch eine unerwünschte
periodische Welligkeit entlang der axialen Richtung A auf (Man beachte,
dass die Gestalt der Oberfläche in 1 übertrieben
dargestellt ist). Gemäß den Vorgaben zu den einzuhaltenden Oberflächentoleranzen
muss diese Welligkeit noch beseitigt werden.
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An
das Hartdrehen schließt sich nun ein trockenes Schlichtschleifen
an. Bei diesem Schlichtschleifen erfolgt noch ein minimaler Materialabtrag, entsprechend
dem Schleifabtrag SA. Der Schleifabtrag SA wird gemessen vom ersten
Kontakt einer Schleifschneide bis zum Ende der Zustellung der Schleifschneide
zum Werkstück. Der erste Kontakt der Schleifschneide mit
der halbfertigen Fläche 3 kann beispielsweise
akustisch bestimmt werden.
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Beim
Schlichtschleifen in 1 wird nur die Oberflächenwelligkeit
der Halbfertigfläche 3 abgetragen. Nach dem Ende
des Schlichtschleifens liegt am Werkstück 1 die
fertige rotationssymmetrische Fläche 4 vor.
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Die
fertige rotationssymmetrische Fläche 4 hält
nicht nur die vorgegebenen Maße einschließlich der
vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen (hier repräsentiert
durch den Bereich zwischen rmin und rmax des Radius) ein, sondern
ist auch frei von Oberflächenwelligkeit, so dass auch die
vorgegebenen Oberflächentoleranzen für das fertige
Werkstück 1 eingehalten werden. Da die vorgegebenen
Maße einschließlich Form- und Lagetoleranzen bereits
vor dem Schlichtschleifen eingehalten wurden, konnte der Schleifabtrag
SA sehr gering gehalten werden. Tatsächlich muss sogar
im erfindungsgemäßen Verfahren der Schleifabtrag
SA gering gehalten werden: ein großer Schleifabtrag SA
nach dem „Hartdrehen auf Maß" würde wieder
zum Verlassen der vorgegebenen Maße und/oder zum Verlassen
der Toleranzbandbreite der vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen
nach unten führen; das Werkstück würde
unweigerlich und unwiederbringlich zu klein werden.
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2a und 2b illustrieren
die erfindungsgemäße Einstellung der Oberflächenstruktur an
einer rotationssymmetrischen Fläche (Außenmantelfläche)
eines kreiszylindrischen Werkstücks.
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Das
Werkstück wurde zunächst erfindungsgemäß mit
einem Präzisionshartdrehen bearbeitet. Die nach dem Hartdrehen
vorliegende Fläche weist das Oberflächenprofil
gemäß dem Diagramm von 2a auf
(Rechtswertachse: axiale Position gemessen über 4,80 mm,
Hochwertachse: radiale Position). Es sind regelmäßig
beabstandete Spitzen und Täler erkennbar. Die Rauhtiefe
(Intervallbreite Spitze zu Tal) beträgt ca. 1,5 μm.
Es liegt eine gerichtete Oberflächenstruktur vor.
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Nach
dem Trockenschleifen weist das Werkstück das in 2b dargestellte
Oberflächenprofil auf (die Bemaßungen von 2b und 2a sind gleich).
Bis auf wenige einzelne Spitzen und Täler ist die Rauhtiefe
nach dem Trockenschleifen vergleichbar mit der Rauhtiefe nach dem
Präzisionshartdrehen, jedoch besteht keine Regelmäßigkeit
mehr im Wechsel zwischen Spitzen und Tälern. Dies ist eine Folge
der unregelmäßigen, gekörnten Oberfläche der
Schleifschneide. Es liegt eine ungerichtete Oberflächenstruktur
(stochastische Oberfläche) vor.
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Durch
das Präzisionshartdrehen können die Maße
einer rotationssymmetrischen Fläche mitsamt Form- und Lagetoleranzen
genauso exakt eingestellt werden wie mit Schleifen. Die Einstellung
der Oberflächentoleranzen (insbesondere bezüglich
Welligkeit und Struktur) jedoch bleibt erfindungsgemäß dem
Schlichtschleifen überlassen. Ein Schleifabtrag SA, der
ungefähr der Rauhtiefe Rz nach
dem Hartdrehen entspricht, erzeugt bereits eine völlig
neue Oberflächenstruktur.
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Die 3 zeigt
schematisch ein stiftartiges Schleifwerkzeug, welches im Rahmen
der Erfindung eingesetzt werden kann. Das Schleifwerkzeug weist einen
Aufnahmestift 31 auf, mit dem das Schleifwerkzeug in einer
Werkzeugspindel bzw. dessen Spannfutter gehalten und rotiert werden
kann. Am unteren Ende des Schleifwerkzeugs befinden sich zwei Schleifschneiden-Abschnitte.
Der obere, zylindermantelartige Abschnitt 32 ist für
Bohrungsschleifen ausgebildet, und der untere, kegelmantelartige
Abschnitt ist für Konusschleifen ausgebildet. Beide Schleifschneiden-Abschnitte 32, 33 sind
mit CBN-Schleifpartikel (Körnern) mit einer Partikelgröße von
ca. 0,5–1 μm besetzt. Beide Schleifschneidenabschnitte 32, 33 stellen
geometrisch unbestimmte Schneiden dar.
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4 zeigt
stark schematisiert die erfindungsgemäße Bearbeitung
eines Werkstücks 1 mit einer geometrisch unbestimmten
Schleifschneide 41. Das Werkstück 1 weist
eine zu bearbeitende, rotationssymmetrische Halbfertigfläche 3 auf
und ist drehbar um die Achse A in einer Werkstückspindel
(nicht dargestellt) gelagert.
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Die
Schleifschneide 41 ist an einem elastisch nachgiebigen
Element 42 befestigt; das elastisch nachgiebige Element 42 ist
hier eine Welle, die die Schleifschneide 41 mit einem Spannfutter 43 verbindet.
Durch das Spannfutter 43 kann die Schleifschneide 41 in
Rotation 44 versetzt werden. Das Spannfutter 43 ist
weiterhin in zwei Richtungen horizontal (x) und vertikal (z) verfahrbar.
Im kräftefreien Zustand wäre das Element 42 gerade.
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Im
gezeigten Zustand ist das elastisch nachgiebige Element 42 jedoch
leicht durchgebogen, wodurch eine elastische Kraft aufgebracht wird,
die die Schleifschneide 41 an das Werkstück 1 presst.
Durch die x-Position des Spannfutters 43 kann (bei bekanntem
E-Modul des Elements 42) der Anpressdruck der Schleifschneide 41 eingestellt
werden. Erfindungsgemäß werden dabei die Geometrie
von Schleifschneide 41 und Element 42 sowie die
elastischen Eigenschaften des elastisch nachgiebigen Elements 42 (d. h.
die Geometrie bei Durchbiegung unter Last) berücksichtigt,
um eine präzise Bearbeitung des Werkstücks 1 bzw.
der zu fertigenden rotationssymmetrischen Fläche zu gewährleisten.
Man beachte, dass die Durchbiegung des elastischen Elements 42 stark übertrieben
in 4 dargestellt ist.
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Während
die Schleifschneide 41 mit dem Werkstück 1 in
Kontakt ist, wird diese bevorzugt nur in x-Richtung (d. h. im Wesentlichen
senkrecht zur zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 3)
zugestellt. Um die Halbfertig-Fläche 3 über
ihre gesamte Erstreckung zu bearbeiten, wird die Schleifschneide 41 bevorzugt
nur im vom Werkstück 1 abgehobenen Zustand in
z-Richtung (d. h. im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 3)
verfahren. Dies verbessert die Kontrolle über den Schleifvorgang,
und insbesondere die Kontrolle über den lokalen Schleifabtrag.
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Zusammenfassend
beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung einer rotationssymmetrischen
Fläche an einem Werkstück, wobei das Werkstück
zunächst mittels Hartdrehen auf die Endmaße abgedreht
wird (entsprechend den Toleranzvorgaben für Form und Lage),
und in einem anschließenden Trockenschleifen nur noch eine
Oberflächenbehandlung vorgenommen wird, die die Maße
des Werkstücks nicht mehr merklich verändert.
Der Schleifabtrag bleibt unter der Breite des Toleranzbandes für die
Maße. Dadurch kann auf Kühlschmierstoffe beim Schleifen
verzichtet werden, was die Fertigungskosten senkt sowie die Umwelt
und die Gesundheit von Mitarbeitern schont.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „STRATOS
Schleifen, Hartdrehen und mehr", Studer Schaudt GmbH, Stuttgart,
10/2002 [0002]