FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN 3178 / Fachgruppe Maschinenbau/Verfahrenstechnik Herausgegeben vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. W ilfried Konig Dipl. -Ing. Klaus Henn Laboratorium f11r Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Lehrstuhl fUr Technologie der Fertigungsverfahren Mehrstufige ProzeBftihrung beim spitzenlosen Schleifen im Durchlaufverfahren Westdeutscher Verlag 1984 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Konig, Wilfried: Mehrstufige Prozessfuhrung beim spitzenlosen Schleifen im Durchlaufverfahren / Wilfried Konig; Klaus Henn. - Opladen : Westdeutscher Verlag, 1984. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 3178 : Fachgruppe Maschi nenbau, Verfahrenstechnik) ISBN 978-3-531-03178-1 ISBN 978-3-322-87721-5 (eBook) DOl 10.1007/978-3-322-87721-5 NE: Henn, Klaus:; Nordrhein-Westfalen: Forschungsberichte des Landes ... © 1984 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Herstellung: Westdeutscher Verlag ISBN 978-3-531-03178-1 - III - Inhalt 1. Einleitung 1 2. Kenngr613en des Verfahrens 3 3. Verschlei13 6 3.1 Verschlei13mechanismen und -formen 6 3.2 Verschlei13me13- und -kenngr613en 14 3.3 Bisherige Untersuchungen tiber das Schleifscheiben verschlei13verhalten beim spitzenlosen Durchlauf schleifen 19 3.4 Verschlei13entwicklung beim Au13enrund-Umfang Langsschleifen zwischen Spitzen 21 3.5 Ubertragung der Erkenntnisse auf das spitzenlose Durchlaufschleifen 25 4. Vor- und Randbedingungen der experimentellen Un- tersuchungen 29 4.1 Versuchsmaschine und Me13mittel 29 4.2 Gestaltung des Schleifspalts 34 4.2.1 Schleifspaltau sle gung 40 4.2.2 Geometrische Stabilitat 41 4.2.3 Abrichtbedingungen 46 4.3 Verschlei13me13vorrichtung 48 5. Experimentelle Untersuchungen 51 5.1 Verschlei13entwicklung und Arbeitsergebnis bei ein- stufiger Proze13fiihrung 51 5.1.1 Profilanderung der Schleifscheibe 51 - IV - 5.1.2 Schleifscheibenverschlei13volumen 53 5.1. 3 A btra gsve rhiilt nis 57 5.1. 4 Ve rschlei13volumenstrom 63 5.1. 5 Kreisformabweichung und Mittenrauhwert 70 5.2 Verschlei13entwicklung und Arbeitsergebnis bei zwei- stufiger Proze13fUhrung 76 5.2.1 ProfiHinderung der Schleifscheibe 76 5.2.2 Schleifscheibenverschlei13volumen 82 5.2.3 Abtragsverhiiltnis 85 5.2.4 Verschlei13volumenstrom 89 5.2.5 Kreisformabweichung und Mittenrauhwert 93 6. Entwicklung eines Rechenprogramms zur Ermittlung des Verschleil3es und zeitlichen Anderung des Schei- benprofils 99 6.1 Herleitung eines Verschlei13modells 99 6.2 Herleitung eines Funktionsansatzes fUr die Ver- schlei13berechnung 105 6.3 Kopplung von Modell und Funktionsansatz 112 6.4 Uberpriifung der Ergebnisse des Rechenprogramms 116 7. Zusammenfassung 125 8. Literatur 129 - 1 - 1 . Einlei tung Das spitzenlose Schleifen bietet sowohl im Einstech- als auch im Durch laufverfahren eine Reihe von Vorteilen gegeniiber dem Auf3enrund-Um fangsschleifen zwischen Spitzen. Diese Vorteile liegen in den spezifi schen Eigenschaften dieses Verfahrens. 1m Vergleich zu den anderen Rundschleifverfahren sind keine Zentrie rungen am Werkstiick sowie keinerlei Einspannvorrichtungen an der Ma schine erforderlich. Die Fiihrung des Werkstiicks wird, wie Bild 1 zeigt, Wer1<stOck ge5Chwindigkeit Bild 1: Verfahrensprinzip und Anordnung von Werkstiick, Schleif-, Regelscheibe und Auflageschiene beim spitzenlosen Schleifen durch Auflageschiene und Regelscheibe relativ zur Schleifscheibe er reicht. Die Drehbewegung sowie den beim Durchlaufschleifen notwen digen Langsvorschub iibertragt die Regelscheibe kraftschliissig auf das Werkstiick. - 2 - Weitere technologische und wirtschaftliche Vorziige findet man vor aHem beim spitzenlosen Durchlaufschleifen. Die kontinuierliche Vorschubbewe gung erm6glicht bei diesem Verfahren unbegrenzt schleifbare Werkstiick langen. Durch die linienf6rmige Abstiitzung des Werkstiicks k6nnen zu dem hohe Schni'.tkrafte aufgenommen werden. so da13 auch bei schlanken Werkstiicken gro13e Zeitspanungsvolumina erreichbar sind. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens unterstreicht der bereits o. e. Wegfall aHer Vorarbeiten zum Spannen der Werkstiicke. Durch den gleichma13igen Langsvorschub ist au13erdem ein sehr einfacher Werk stiickwechsel m6glich. wodurch eine voHautomatische Zu- und Abfiih rung der Werkstiicke und damit eine Maschinenverkettung weitgehend erleichtert werden. Zusatzlich bringen die beim Durchlaufverfahren verwendeten gro13en Scheibenbreiten (bis b = 600 mm) mit ihrer Unterteilung in Schleif- s und Ausfunkzone. im Vergleich zu anderen Verfahren. gr613ere Ab- richtintervaHe. d. h. h6here Standzeiten ohne Ma13abweichungen mit sich. Nachteilig wirken sich dagegen die langen Riist- und Einrichtzeiten der Maschine aus. so da13 das Verfahren fast ausschlie13lich im Bereich der Massenproduktion. wie Walz-. Nadellager- und Automobilindustrie An wendung findet. Daher soIl. aufbauend auf alteren Untersuchungen /1-7/ in der vor lie genden Arbeit durch das Aufzeigen systematischer Zusammenhange zwi schen den SteH- und Kenngr613en und dem Arbeitsergebnis die Leistungs fahigkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter gesteigert werden. - 3 - 2. KenngroBen des Verfahrens Auf der Grundlage der in vorangegangenen Untersuchungen vorgenomme nen "Analyse der VerfahrensgroBen" / 6, 7/ sind in diesem Kapitel noch einmal kurz die Kenngro13en fiir das spitzenlose Durchlaufschleifen her geleitet und beschrieben. Die EinfluBgroBen auf den Proze13 unterscheiden sich nach System-, Steil und Storgro13en, aus deren Zusammenwirken im Proze13ablauf selbst die Ausgangsgro13en in Form des Arbeitsergebnisses entstehen. Als SystemgroBen bezeichnet man alle maschinen-, werkstiick-, schleif und regelscheibenbezogenen GroBen, die aufgrund der Gegebenheiten konstant vorgegeben sind. Genannt werden miissen in diesem Zusammen hang auch die Systemgro13en der Auflageschiene, Abrichtwerkzeuge und Kiihlschmierung. In die Gruppe der SteilgroBen ordnen sich aile die Va riablen ein, mit denen der ProzeB im Sinne der Bearbeitungsaufgabe sy stematisch zu beeinflussen ist. Die spezieil beim spitzenlosen Schleifen vorliegenden vielfaltigen Ver kniipfungen von System- und StellgroBen lassen sich durch entsprechen de KenngroBen verdeutlichen, so daB die Wirkstruktur des Prozesses durchschaubar wird. Neben diesen KenngroBen gibt es noch Funktionskomplexe, die dem Pro ze13 vorgelagert sind und eigene Gesetzma13igkeiten besitzen. Dazu ge hort zum Beispiel das Abrichten der Regelscheibe, die Abrichtbedin gungen der Schleifscheibe oder auch die geometrische Stabilitat beim Schleifen /2, 6/. Die jeweils in einem Funktionskomplex zusammenge faBten System- und SteilgroBen hangen direkt voneinander ab und be stimmen wie die bereits genannten Kenngro13en den Proze13ablauf nach verschiedenen Wirkmechanismen. - 4 - Folgende Grai3en sind zur Bildung der Kenngroi3en heranzuziehen: - werkstiickbezogene Systemgroi3en - VVerkstuckdurchmesser d w - Bearbeitungslange 1 - VVerkstucklange 1 w - werkstiickbezogene Stellgroi3en - Aufmai3 z - regelscheibenbezogene Systemgroi3en - Regelscheibendurchmesser d r - regelscheibenbezogene Stellgroi3en - Regelscheibendrehzahl n r - Regelscheibenneigungswinkel a r - schleifscheibenbezogene Stellgroi3en - effektive Schleifbreite bseff Die Berechnungsformeln sowie die Verkniipfungen der sich aus den Sy stem- und Stellgroi3en ableitenden Kenngroi3en zeigt Bild 2. - 5 - !!U.Zt!!HlJmgDlllwDlD Z"Z~ Ywt ) (Z" a w Bild 2: Von System- und Stellgroi3en hergeleitete Kenngroi3en - 6 - 3. VerschleiB 3.1 VerschleiBmechanismen und -formen Die Ursache fUr die verschiedenen beim Schleifen auftretenden Ver schleiBmechanismen liegt in den thermischen und mechanischen Bean spruchungen. die auf das Schleifkorn wirken. Diese Beanspruchungen lassen sich zum einen auf die ProzeBkinematik zuriickfilhren. sie han gen aber auch von den Eigenschaften des zu schleifenden Werkstoffs (Zusammensetzung. Harte) sowie der verwendeten Schleifscheibe (Schleifmittel. Kornung. Hartegrad. Gefiige und Bindung) abo 1m folgenden soll zunachst auf den Schneideneingriff der Kornschneide und anschlieBend auf den EinfluB des Werkstoffs bzw. des Werkzeugs eingegangen werden. Die Kornschneide dringt auf einer sehr flachen Bahn in das Werkstiick ein und lost dort nach einer Phase elastischer Verformung plastisches FlieBen des Werkstoffs aus (Bild 3). Da wegen der Schneidenrundung nur ein geringer Wirkrichtungswinkel vorliegt. wird der Werkstoff le diglich zur Seite verdrangt und bildet Aufwiirfe oder lund flieBt unter der Schneide hindurch zu deren Freiflache. Erst wenn die Schneide so tief in das Werkstiick eingedrungen ist. daB die Spanungsdicke hcu der sog. Schnitteinsatztiefe T" entspricht. be ginnt die eigentliche Spanbildung /8-101. Da im weiteren Verlauf so wohl Verdrangungs- als auch Spanbildungsvorgange ablaufen. ergibt sich als effektive Spanungsdicke h ff < h (Bild 3). cu e cu Die bei der Spanbildung wirkende Schnittkraft zerfallt in die beiden Kom ponenten F tS (in Schnittrichtung) und F nS (normal zur Schnittrichtung).