Aufnahmen von wellenförmigen Werkstücken mit dem Längen-Durchmesser-Verhältnis < 3

Verschiedenartigste Werkstücke können durch die unterschiedlichen Schleifverfahren auf Rundschleifmaschinen hergestellt werden.

Für die Automobilindustrie werden auf diese Weise gehärtete Kurbelwellen oder Nockenwellen hergestellt. Weiterhin werden Zahnräder, Kurbelwellen, Anlasserwellen und Bauteile für Kugel- und Gleitlager aller Art rund geschliffen. Pumpengehäuse für Dieseleinspritzanlagen erfordern höchste Rundheits- und Oberflächengüte an den Funktionsflächen. Diese Güte ist nach derzeitigem technischem Stand nur durch den Schleifprozess oder Honen in Serie herstellbar. In Einzelteilfertigung und Kleinserienfertigung werden beispielsweise Maschinenlemente wie Spindeln, Pinolen oder Spannelemente hergestellt.

In Rundschleifprozessen können die Wellen je nach ihrem Längen/Durchmesserverhältnis abgestützt werden. Werkstücke mit einem Längen/Durchmesserverhältnis zwischen 3 und 10 sind mit einer Spitze und einem entsprechend gearbeiteten Zentrum oder auch mit Lünetten abgestützt.

Wellen deren Längen/Durchmesserverhältnis > 10 beträgt, müssen zur Spitze zusätzlich mit einer Lünette abgestützt werden. Abhängig von der Eigensteifigkeit der Wellen, muss bei der axialen Einbringung durch eine Spitze die Axialkraft mit Bedacht eingebracht werden. Bei einem Ausknicken der Wellen durch zu große Axialkraft erhält das Werkstück unzulässige Koaxialitätsfehler. Durch Reduzierung der axialen Abstützkräfte und durch Einsatz von Lünetten kann dies weitgehend vermieden werden.

Kurze Werkstücke werden je nach Anwendungsfall in verschiedensten Spannmitteln aller möglichen Bauarten gespannt. Die Spannmittel werden hinsichtlich der Anforderungen an Genauigkeit, Spänesicherheit, Lebensdauer und Flexibilität gewählt. Die Auswahl der Aufnahmen geht dabei von ausrichtbaren Backenfutter mit verstellbaren Backen über Magnetspanntechnik in der Einzelfertigung bis zum komplexen Spannzangenfutter für eine sichere Serienfertigung.

Um höchste Rundlaufgenauigkeiten zu erreichen, werden Backenfutter und Spannzangenfutter üblicherweise in Spannlage ausgeschliffen oder ausgerichtet. Auf Magnetspannplatten werden die Werkstücke einzeln ausgerichtet. Dabei richtet der Maschinenbediener die Werkstücke durch Klopfen mit einem rückschlagfreien Hammer unter Rotation μm-genau aus.

Der beispielhaft aufgezeigte Pumpenkörper wird in der Serienfertigung durch die Spannung in einem Spannzangenfutter hergestellt (Abb. 13.50). Speziell dieses Spannzangenfutter ist hinsichtlich der Bearbeitungsaufgabe mit verschiedenen zusätzlichen Funktionen, außer dem eigentlichen Spannvorgang, ausgestattet.

Der Spannkopf wird durch die Kupplung in den Kegel der Spannmittelaufnahme gezogen. Durch den axialen Niederzug während dieser Spannbewegung wird das Werkstück sicher auf die geschliffene Anlagefläche mitgenommen. Die integrierten Luftanlagekontrollbohrungen an der Planfläche des Werkstückanschlages dienen als Überwachung. Liegt das Werkstück axial am Anschlag an, wird dies über das Luftanlagekontrollgerät, das mit der Maschine verbunden ist, an die Maschinensteuerung gemeldet. Erst wenn diese Freigabe erfolgt ist, kann der Schleifprozess beginnen. Während des Innenschleifprozesses wird durch den zweiten Kanal des Drehverteilers das Spülmedium zur Spülung der axialen Werkstückbohrung gebracht.

Im Flanschbereich des Spannmittels wird ein Ringsensor am rotierenden Spannmittel angebracht. Auf dem Spindelstock wird der Körperschall berührungslos durch einen zweiten Sensor abgegriffen. Der Körperschallsensor wird zur Anschleifüberwachung, Kollisionsüberwachung und zur Beobachtung des Arbeitsprozesses eingesetzt. Auf dem Spannmittel sind der Abrichtring und das Abrichtflies für die Schleifscheibe und den Schleifstift angebracht. Das aufgezeigte Membranspannfutter eignet sich besonders für höchste Reproduktionsgenauigkeit (Abb. 13.51). Die Spannkraft wirkt bei dieser Futterart vergleichbar einer umgekehrten Tellerfeder. Die Spannbacken sitzen auf der Membran und werden durch axiales Aufdrücken durch einen Spannzylinder um den Anschraubpunkt der Membran geöffnet. Um eine Dauerfestigkeit der Membran zu erhalten, darf diese maximal bis zur Elastizitätsgrenze aufgedrückt werden. Die Spannkraft erfolgt nun durch das axiale Zurückfedern der Membran.

Ist hinter dem Spannmittel ein doppelt wirkender Spannzylinder integriert, wird die Spannkraft durch Ziehen an der Membran noch erhöht.Membranspannfutter haben auf Grund der nur minimal bewegten Teile die besondere Eigenschaft, dass eine Verschmutzung der Spannmimik kaum auftreten kann. Eine prozesssichere Fertigung ist gewährleistet.

Kugellagerringe werden am Außen- oder Innendurchmesser mittels des Schuhschleifverfahrens geschliffen. Dabei wird das Werkstück durch die Magnetscheibe axial auf die Planseite gezogen. Der Mittelpunkt des Werkstückes befindet sich dabei immer über der rotierenden Achse der Spindel. Das Werkstück erfährt durch das radiale Abstützen auf den Schuhen immer die Kraft auf die Mittelachse der Spindel. Die Schleifscheibe schleift somit immer den höchsten Punkt des rotierenden Werkstückes ab. Dieses Verfahren sichert eine Rundheit des Werkstückes von unter 1 μm (Abb. 13.52).

Nullpunktsysteme sind auf Rundschleifmaschinen inzwischen ebenfalls etabliert. Dabei kann auf Grund der Teilevielfalt einer Firma in kürzester Zeit ein komplettes Spannmittel gewechselt werden. Je nach System sind nahezu alle Spannmittel adaptierbar.

Bei dem vorliegenden Beispiel ist das Nullpunktspannsystem durch Überbestimmung einer Kugelmatte radial und axial über einen Kegel definiert (Abb. 13.53). Auf die Maschinenspindel wird ein Grundflansch montiert. Ein Bajonettadapter wird mit der Zugstange verbunden und durch den Grundflansch positioniert. Die zu wechselnden Spannmittel werden axial aufgesetzt und um 15° verdreht aufgesetzt. Mittels einer Schraube im Grundflansch wird das Spannmittel über Keilschieber axial in den Grundflansch gezogen und über die einvulkanisierte Kugelmatte zentriert. Die Wechselzeit zwischen den Spannmitteln beträgt weniger als eine Minute. Die Wechselgenauigkeit bei diesem System ist kleiner 3 μm. Die Betätigung des jeweiligen Spannmittels erfolgt mit einem über den Bajonettadapter eingekuppelten Zugrohr der Maschine.

In der Einzelteilfertigung wird häufig das Kleben der Werkstücke auf einen Werkstückträger eingesetzt. Verschiedene Gründe für das aufwändige Aufkleben der Werkstücke sind:

Als Kleber zwischen Werkstück und Trägerplatte wird im Regelfall ein 2-Komponenten-Kleber eingesetzt. Diese Kleber, auch Reaktionskleber genannt, enthalten einen Binder und einen Härter. Der Binder enthält die noch unverzweigten Monomere, die durch den Härter eine chemische Reaktion bewirken. Durch diese chemische Reaktion, das heißt durch die Zugabe des Härters, wird aus dem Monomer ein Polymer. Während der Reaktionszeit, auch Topfzeit genannt, wird aus dem flüssigen Gemisch ein fester Werkstoff.

Der Werkstückträger wird dann mit einem beliebigen Spannmittel gespannt. Dieses Verfahren eignet sich nur für kleine Serien, da der ‘Aufspannvorgang‘ relativ zeitintensiv ist. Jedes aufgeklebte Werkstück muss dann nochmals auf dem weiter zu verwendeten Spannmittel ausgerichtet werden.