DE-102024132549-A1 - VERFAHREN ZUM HOCHPRÄZISEN SCHLEIFEN VON WERKSTÜCKEN SOWIE SCHLEIFMASCHINE ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS

Abstract

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Schleifmaschine werden hochpräzise Werkstücke 1 geschliffen, wobei ein Werkstückspindelstock 3 mit einer Werkstückspindel 2 zum Schleifen das Werkstück 1 eingespannt wird und mittels einer HF-Schleifspindel 5 mit einer darauf aufgespannten Schleifscheibe 6 das Werkstück 1 entsprechend geschliffen und nach entsprechendem Verschleiß der Schleifscheibe 6 bzw. des Schleifbelags 13 der Schleifscheibe 6 mittels einer Abrichteinheit 7 abgerichtet wird. Erfindungsgemäß richtet die Abrichteinheit 7 die Schleifscheibe 6 mittels einer Abrichtscheibe 9, welche auf einer HF-Abrichtspindel 8 aufgespannt und angetrieben wird, ab. Die Bauelemente der Abrichteinheit 7 sind zumindest teilweise aus CFK-Material und dabei derart ausgebildet, dass die Abrichtspindel 8 durch eine gezielte Wärmeleitung in den CFK-Bauelementen deren Wärmeausdehnung nahezu unterbindet und ein gegenüber Stahl deutlich höheres Schwingungsdämpfungs- und Steifigkeitsverhalten realisiert. Mittels der CFK-Bauelemente wird eine jeweilige Spindel 5, 8 wärmedehnungsfrei und in hohem Maße schwingungsdämpfend ausgebildet.

Inventors

• Joachim Himmelsbach

Assignees

• ERWIN JUNKER MASCHINENFABRIK GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (13)

1. Verfahren zum hochpräzisen Schleifen von Werkstücken, bei welchem das Werkstück (1) mittels eines eine Werkstückspindel (2) aufweisenden Werkstückspindelstockes (3) zum Schleifen eingespannt und mittels einer HF-Schleifspindel (5) mit einer Schleifscheibe (6) geschliffen und die Schleifscheibe (6) mittels einer Abrichteinheit (7) abgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Abrichteinheit (7) die Schleifscheibe (6) mittels einer eine Abrichtscheibe (9) aufweisende HF-Abrichtspindel (8) abrichtet, deren Bauelemente zumindest teilweise aus CFK-Material derart ausgebildet sind, dass die Abrichtspindel (8) durch gezielte Wärmeleitung in den CFK-Bauelementen deren Wärmeausdehnung nahezu unterbindet und ein gegenüber Stahl deutlich höheres Schwingungsdämpfungs- und Steifigkeitsverhalten realisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Schleifspindel (5) zumindest teilweise CFK-Bauelemente aufweist, mittels welcher das Werkstück (1) mittels der Schleifscheibe (6) nahezu wärmedehnungsfrei und mit einem gegenüber Stahl deutlich höheren Schwingungsdämpfungs- und Steifigkeitsverhalten geschliffen wird, wobei das Schleifen und das Abrichten im Sinne eines einheitlichen Gesamtprozesses mit zumindest gegenseitiger Drehzahlabstimmung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Werkstückspindel (2) zumindest teilweise CFK-Bauelemente aufweist, mittels welcher das Werkstück (1) unter gezielter Wärmeleitung in den CFK-Bauelementen frei von Wärmezufuhr in die das Werkstück (1) spannende Werkstückspindel (2) gehalten wird, wobei ein gegenüber Stahl deutlich höheres Schwingungsdämpfungs- und Steifigkeitsverhalten realisiert wird und das Schleifen, das Abrichten und das Aufgespanntsein des Werkstückes (1) im Sinne eines einheitlichen Gesamtprozesses mit zumindest gegenseitiger Drehzahlabstimmung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Abrichten der Schleifscheibe (6) durch eine auf der Werkstückspindel (2) aufgespannte Abrichtscheibe (9) vorgenommen wird.
5. Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Schleifspindelstock (4) mit einer eine Schleifscheibe (6) tragenden HF-Schleifspindel (5), ein Werkstückspindelstock (3) mit einer Werkstückspindel (2) zum Aufspannen des Werkstückes (1) und einer Abrichteinheit (7) mit einer ein Abrichtwerkzeug (9) tragenden Abrichtspindel (8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , dass zumindest die Abrichtspindel (8) CFK-Bauelemente aufweist, welche nahezu wärmedehnungsfrei und schwingungsdämpfender als Stahl sind.
6. Schleifmaschine nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die HF-Schleifspindel (5) derartige CFK-Bauelemente aufweist, dass in die HF-Schleifspindel (5) mittels eines Motorantriebs eingebrachte Wärme so ableitbar ist, dass die HF-Schleifspindel (5) nahezu ausdehnungsfrei ist, wobei die CFK-Bauelemente schwingungsdämpfender als Stahl sind.
7. Schleifmaschine nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Werkstückspindel (2) derartige CFK-Bauelemente aufweist, dass seitens ihres Motorantriebs in die Werkstückspindel (2) eingetragene Wärme nicht oder nahezu nicht in eine Aufnahme des Werkstückes (1) und auch nicht in das Werkstück (1) eingeleitet wird und so die Werkstückspindel (2) und auch das Werkstück (1) nahezu wärmedehnungsfrei gehalten werden, wobei die CFK-Bauelemente der Werkstückspindel (2) schwingungsdämpfender als Stahl sind.
8. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass Schleifspindelwelle (14) der Schleifspindel (5) und Abrichtspindelwelle (10) der Abrichtspindel (8) von einer CFK-Hohlwelle (12) umhüllt sind.
9. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Schleifspindel (5) in ihrer Nase ein Auswuchtsystem aufweist.
10. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abrichtspindel (8) ein Auswuchtsystem aufweist.
11. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest die CFK-Bauelemente der Schleifspindel (5) und die der Abrichtspindel (8) modular und einschließlich ihrer Anzahl konstruktiv einheitlich einander entsprechend aufgebaut sind.
12. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass das Abrichtwerkzeug (9) einen Durchmesser im Bereich von 100 bis 180 mm und das Abrichten der Schleifscheibe (6) mit einer Drehzahl im Bereich von 8.000 bis 20.000 min -1 erfolgt.
13. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die Werkstückspindel (2) derart ausgebildet ist, dass ein Drehzahlbereich und ein Durchmesserbereich abgedeckt sind, die den Abrichtparametern entsprechen, und dass die Werkstückspindel (2) das Abrichtwerkzeug (9) zum Abrichten der Schleifscheibe (6) trägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hochpräzisen Schleifen von Werkstücken gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff von Anspruch 5. Die Anforderungen an mittels Schleifen hergestellter Werkstücke nehmen permanent zu, so dass die Anforderungen an deren Herstellung und an die Schleifmaschinen, mit denen hochpräzise Werkstücke hergestellt werden, ebenfalls höher werden. Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung der Qualität der Schleifergebnisse durch eine weitere Verbesserung der Schleifscheiben, Abrichtwerkzeuge und Werkstücke tragenden Motorspindeln. Die Verbesserung der Maschinenkonstruktionen zur Erzielung weiter verbesserter und hochpräziserer Werkstücke wurden in jüngster Zeit bei den Schleifspindeln versucht. Die Schleifspindeln arbeiten in sehr hohen Drehzahlbereichen, was zwar hochqualitative Schleifergebnisse ermöglicht, was aber die Anforderungen an die Konstruktion derartiger Schleifspindeln enorm erhöht. Dazu gehören entsprechende Lagerungen, da die Drehzahlen für derartige Schleifspindeln im Sinne von sogenannten HF-Schleifspindeln in den Bereichen zwischen 8.000 min-1 und 10.000 min-1 mit einer Orientierung auf bis zu 30.000 min-1 ausgelegt sind. Da beim Schleifen große Schleifkräfte, um hohe Schleifleistungen zu erzielen, durch die Schleifscheibe auf die Schleifspindel ausgeübt werden, spielt der Eintrag von auch antriebsbedingter Wärmenergie in die Schleifspindel einen wichtigen Ansatzpunkt, konstruktive Änderungen vorzunehmen, damit selbst bei den angestrebten hohen Drehzahlen hochpräzise Schleifergebnisse erzielt werden. Diese konstruktiven Veränderungen bzw. konstruktiven Verbesserungen an den Schleifspindeln beziehen sich darauf, dass zunehmend eine Tendenz zu verzeichnen ist, diese Schleifspindeln zumindest teilweise mit faserverstärkten Kunststoffmaterialien zu versehen, so dass wesentliche Bauelemente wie auch komplette derartige, vom Durchschnittsfachmann als Motorspindel bezeichnete Schleifspindeln eingesetzt werden, mittels welchen wärmebedingte Dehnungen, welche zu fehlerhaften Schleifergebnissen führen können, weitestgehend vermieden, zumindest erheblich reduziert werden können. Diese Optimierungen der beschriebenen Motorspindeln werden im Stand der Technik ausschließlich auf Schleifspindeln angewendet. Es liegt die Meinung vor, die Schleifspindeln hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus und des Einsatzes von CFK-Materialien zu verbessern, damit die Fehler, die mit einer Schleifspindel trotz höchster Präzision in der Fertigung und Konstruktion auf das Werkstück übertragen werden und damit die Schleifqualität negativ beeinträchtigen, bei den Schleifspindeln reduziert werden, weil diese mit den höchsten Drehzahlen arbeiten und für den gesamten Herstellungsprozess von hochpräzise geschliffenen Werkstücken konstruktiv und funktionell den größten Einfluss haben. Wenn im Stand der Technik Motorspindeln angesprochen sind, so bezieht sich dieser Begriff auf Schleifspindeln, was von der Erkenntnis herrührt, dass die Schleifspindeln mit einer verbesserten Konstruktion am ehesten zur weiteren Verbesserung der Qualität der zu schleifenden Werkstücke führen können. In DE 10 2019 203 078 A1 ist eine vornehmlich zum Fräsen eingesetzte Motorspindel beschrieben, bei welcher faserverstärkte Kunststoffmaterialien bisher üblicherweise verwendete Stahlteile ersetzen. Diese bekannte Motorspindel weist Bauelemente aus verschiedenen CFK-Materialien auf, wobei zumindest zwei unterschiedliche derartige CFK-Materialien eingesetzt werden, um Wärmeleitungskoeffizienten, Steifigkeit und / oder Wärmeausdehnungskoeffizienten entsprechend zu beeinflussen, um das Fräsergebnis zu verbessern. Durch eine gezielte, eigenschaftsindividuelle Anpassung von bestimmten Bereichen bzw. Bauteilen einer derartigen bekannten Motorspindel, welche in Drehzahlbereichen von über 30.000 bis hin zu 60.000 Umdrehungen pro Minute arbeitet, ergeben sich zahlreiche Vorteile wie beispielsweise auch verbesserte Schwingungsdämpfungen und höhere dynamische Steifigkeiten im Sinne einer für diese extrem hohen Drehzahlen erforderliche starre Lagerung durch die gezielte Auswahl spezieller CFK-Kunststoffmaterialien. Dabei wird gezielt der Wärmetransport von einem jeweiligen Lagerinnenring zu einem mittleren Bereich über eine Distanzhülse beeinflusst. In DE 10 2017 120 523 A1 ist eine Motorspindel beschrieben, welche als Schleifspindelhülse gedacht ist, bei welcher eine Schleifscheibe auf einen Konus aufsetzbar ist. Bei dieser bekannten Motorspindel wird durch den Einsatz von CFK-Bauteilen, wie beispielsweise Gehäuse, Lagerschilde, Schleuderscheibe, Distanzhülse, Rotorträger und Abdeckkappe, das Gewicht der gesamten Motorspindel reduziert und dadurch eine höhere Präzision der gefertigten Werkstücke erreicht. Ebenso ist in DE 10 2013 109 947 A1 eine für Drehmaschinen und Schleifmaschinen geeignete Motorspindel beschrieben, welche eine Schleifspindel ist und bei w