CNC-Schleifmaschinen: Hochpräzise Werkzeuge für Effizienz & Automatisierung

Entwicklung zum CNC-Schleifen

Seit den Anfängen des Schleifens strebten Forscher danach, den Prozess in immer kürzerer Zeit bei zufriedenstellender Qualität durchzuführen. Die technologisch fortschrittlichsten Schleifmaschinen heute sind hochmoderne CNC-Schleifmaschinen. CNC steht für „Computerized Numerical Control“ und ermöglicht die vollautomatische Teilebearbeitung. Selbst bei komplexesten Geometrien – Kurbelwellen, Nockenwellen, Ventile, Kugellager, Antriebswellen – ist zuverlässiges, schnelles und automatisiertes CNC-Schleifen heute Standard.

Neben der hohen Bearbeitungskapazität während des eigentlichen Schleifprozesses sind auch Be- und Entladen der Werkstücke oft vollautomatisch über Beladesysteme realisiert. Dies nennt sich „mannlose Fertigung“ – gelegentliche Kontrolle der Maschine oder des Prozesses genügt. Für den Bearbeitungsprozess selbst ist die ständige Anwesenheit eines Bedieners an der CNC-Schleifmaschine nicht mehr erforderlich.

Maschinenbaugruppen im Detail

In CNC-Schleifmaschinen kommen diverse mechanische und elektronische Systeme zum Einsatz. Entsprechend komplex sind Aufbau und Steuerung. Wichtige Komponenten werden im Folgenden näher beschrieben.

Antrieb

Der Antrieb einer CNC-Schleifmaschine muss vielfältigen Belastungen standhalten und effizient arbeiten. Um den erforderlichen Vorschub pro Umdrehung des Werkzeugs sowie eine konstante Schleifscheibengeschwindigkeit – und damit konstante Schnittgeschwindigkeit – insbesondere im Werkstückkontakt aufrechtzuerhalten, muss der Antrieb das erforderliche Drehmoment kontinuierlich und zuverlässig bereitstellen. Hohe Drehmomente und Drehzahlen erfordern hohen Wirkungsgrad, der hauptsächlich durch Elektromotoren, seltener hydraulische oder pneumatische Antriebe bereitgestellt wird. Trotz signifikanter Leistungsabgabe müssen Antriebsmotoren oder Spindeln an CNC-Schleifmaschinen nahezu spielfrei sein, um axiale und radiale Verlegung der Antriebswelle und damit der Schleifscheibe zu verhindern. Zu viel Spiel verschlechtert die Bearbeitungsgenauigkeit.

Schleifscheibe

Die Schleifscheibe ist das eigentliche Werkzeug einer CNC-Schleifmaschine. Schleifscheiben sind rotationssymmetrische Werkzeuge, deren Schleifkörner durch ein Bindemittel zusammengehalten werden. Die scharfen Kanten der Schleifkörner tragen beim Kontakt mit dem Werkstück Material durch Mikroschnitte ab. Schleifscheiben sind hochkomplexe Werkzeuge. Die Wahl der richtigen Schleifscheibe ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg des Schleifvorgangs.

Steuerungssystem

Die Steuerung aller Bewegungen und Bearbeitungsprozesse in der CNC-Schleifmaschine erfolgt computergestützt und vollautomatisch durch zwei unabhängige Steuerungssysteme:

• Computerized Numerical Control (CNC)

Das CNC-System übernimmt alle Steuerungsaufgaben, die mit der Teilebearbeitung zusammenhängen: Bearbeitungsschrittfolgen, Zielmaße des Fertigteils. Dank CAM (Computer-Aided Manufacturing) kann das CNC direkt mit den für die Bearbeitung nötigen Konstruktionsdaten versorgt werden. Alternativ lassen sich die Daten manuell über eine Eingabemaske direkt an der Maschine eingeben. Während des Schleifens steuert das CNC-System bis zu sechs Achsen gleichzeitig.

• Programmable Logic Control (PLC)

Das PLC-System der CNC-Schleifmaschine ist für alle Aufgaben der Peripheriesteuerung und -überwachung zuständig: Kühlmittelzufuhr, Antriebsüberwachung etc. Der PLC-Controller arbeitet im Hintergrund und wird vom Maschinenhersteller an die Maschine angepasst.

Maschinenbett

Das Maschinenbett bildet das Fundament des CNC-Bearbeitungsraums. Hier sind Antriebs- und Hilfsaggregate montiert. Zudem werden hier Späne und Kühlschmierstoff abgeführt. Die zuverlässige Späne- und Reststoffentsorgung ist essenziell für den störungsfreien Betrieb. Bettspüldüsen spülen Rückstände gemeinsam mit dem Kühlschmierstoff aus der Maschine.

Kühlschmierstoffdüsen

Durch den Schleifprozess entsteht viel Wärme, die das Werkstück schädigen kann. Schleifbrand entsteht, wenn zu viel Prozessenergie in das Werkstück eingeleitet wird. Eine zuverlässige Prozesskühlung in der CNC-Schleifmaschine ist daher unverzichtbar. Sie wird durch Kühlschmierstoffdüsen realisiert, die das Medium direkt in die Bearbeitungszone lenken. Die Düsen werden über das Zufuhrsystem vom Zentralanschluss der Maschine versorgt.

Beladesysteme

Automatisches Be- und Entladen ist Voraussetzung für den mannlosen Betrieb. Das Beladesystem platziert das Werkstück in der Maschine und entnimmt es nach der Bearbeitung. Als Greifersysteme können Beladeeinheiten von oben in den Bearbeitungsraum zugreifen. Auch Industrieroboter sind einsetzbar. Die automatisierte Teilezufuhr verkürzt die Rüst- und Wechselzeiten erheblich.

Abrichtvorrichtung

Da Schleifscheiben im Betrieb verschleißen, muss ihre Geometrie und Schneidfähigkeit ohne Scheibenwechsel wiederhergestellt werden. Hierfür dienen Abrichthalter. Die Abrichtwerkzeuge in diesen Haltern sind in der Regel härter als die Schleifscheibe, sodass sie Material von der Schleifscheibe abtragen können, bis die gewünschte Geometrie und Schneideigenschaft wiederhergestellt ist. Die Abrichteinrichtung kann mit stationären Abrichtwerkzeugen (Abrichtplatten) oder rotierenden Werkzeugen (Profil- oder Formrollierer) bestückt sein. Abrichtvorgänge unterbrechen den Schleifprozess und finden daher in der Nichtproduktionszeit statt.

CNC-Schleifanwendungen

In erster Linie werden Teile geschliffen, die hohe Anforderungen an Maß- und Formgenauigkeit sowie Oberflächenqualität stellen.

Weiterführende Informationen zu CNC-Flachschleifmaschinen

1. Wer benötigt Flachschleifmaschinen?
2. Die kritische Kettenkomponente in der Metallbearbeitung: CNC-Flachschleifmaschine