Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE 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).
