Wie funktioniert eine Kreismesserschleifmaschine?

A Kreismesserschleifmaschine Dabei wird ein kreisförmiges (rotierendes) Schneidmesser auf einer Präzisionsspindel montiert, es mit kontrollierter niedriger Geschwindigkeit gedreht und eine rotierende Schleifscheibe in einem programmierten Winkel, einer Zustelltiefe und einer programmierten Verfahrgeschwindigkeit mit der Schneidkante des Messers in Kontakt gebracht. Die Schleifscheibe entfernt Mikroschichten aus Stahl von der Klingenkante in einer Abfolge von Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtdurchgängen, bis die Schneidfase wieder die angegebene Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit und den angegebenen Durchmesser aufweist. Der gesamte Prozess wird von drei voneinander abhängigen Systemen gesteuert – dem Schleifscheibenantrieb, dem Messerhalte- und Rotationsmechanismus und der CNC-Vorschubsteuerung – die in koordinierter Reihenfolge arbeiten, um eine wiederholbare, geometrisch genaue Schneidkante zu erzeugen.

Die Kreismesserschleifmaschine ist speziell für das Nachschleifen der kreisförmigen (scheibenförmigen) Schneidmesser konzipiert, die in Schneid- und Aufwickellinien in der Papier-, Film-, Folien-, Vliesstoff-, Klebeband-, Textil- und flexiblen Verpackungsverarbeitungsindustrie verwendet werden. Im Gegensatz zu Flachschleifmaschinen oder Rundschleifmaschinen ist sie speziell zum Halten, Drehen und Schleifen von Kreismessern mit extremer Konzentrizität konzipiert – denn ein Kreismesser, der bereits mit einem Rundlauffehler von 0,01 mm nachgeschliffen wurde, erzeugt auf einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitungslinie eine ungleichmäßige Schnittqualität. Das detaillierte Verständnis jeder Phase des Arbeitsprozesses ist die praktischste Möglichkeit, diese Maschinen korrekt zu spezifizieren, zu bedienen und zu warten.

Stufe 1 – Messermontage und Bezugspunkteinstellung

Jeder Schleifzyklus beginnt mit der Montage des Kreismessers auf der Maschinenspindel und der Festlegung des Schleifbezugspunkts – der Referenzposition, von der aus alle programmierten Zustellbewegungen gemessen werden. Diese beiden Schritte müssen korrekt durchgeführt werden, bevor mit dem Schleifen begonnen wird, da sich Fehler hier über den gesamten Schleifzyklus ausbreiten und dazu führen, dass das Messer seine Maßvorgaben nicht erfüllt, unabhängig davon, wie gut die Schleifdurchgänge selbst ausgeführt werden.

Spindel- und Dornsysteme

Die Montage des Kreismessers auf einem präzisionsgeschliffenen Spindeldorn erfolgt je nach Messerbohrungsdurchmesser und Maschinenkonstruktion mit einer von mehreren Spannmöglichkeiten:

• Spannzangenfutter: Beim Anziehen der Zugstange schließt sich eine Spannzange aus Federstahl konzentrisch an der Messerbohrung und zentriert das Messer auf der Spindelachse. Spannzangensysteme erreichen Rundlaufwerte von weniger als 0,003 mm TIR (Total Indicator Reading), wenn Spannzange und Bohrung sauber und unbeschädigt sind – entscheidend für die Rundlaufgenauigkeit des geschliffenen Messers.
• Hydraulischer Spanndorn: Eine Hydraulikflüssigkeitskammer erweitert eine Außenhülse, um die Messerbohrung zu greifen. Hydraulische Dorne bieten eine hervorragende Wiederholgenauigkeit der Zentrierung und werden bevorzugt für das Produktionsschleifen mehrerer identischer Messer verwendet, bei denen die Rüstzeit minimiert werden muss.
• Präzisions-Flanschdorn mit Spannmutter: Das Messer liegt an einer geschliffenen Flanschfläche an und wird durch eine Mutter axial geklemmt. Dieses System reagiert weniger empfindlich auf Schwankungen des Bohrungsdurchmessers und wird für Messer mit nicht standardmäßigen Bohrungsgrößen oder unregelmäßigen Bohrungszuständen aufgrund früherer Abnutzung verwendet.

Vor der Montage müssen sowohl die Oberfläche des Spindeldorns als auch die Messerbohrung von allen Spänen, Kühlmittelrückständen und Oberflächenverschmutzungen gereinigt werden. Ein Spänepartikel zwischen dem Dorn und der Bohrung verschiebt das Messer um die gesamte Partikeldicke außermittig – ein 0,05 mm großer Span erzeugt einen Rundlauffehler von 0,05 mm, was für Präzisionsmesser für Folien- oder Folienschneidemaschinen, bei denen die Toleranz typischerweise liegt, nicht akzeptabel ist weniger als 0,005 mm TIR .

Bezugspunktsetzung und Oberflächenprüfung

Sobald das Messer montiert ist, ermittelt die Maschine den Schleifbezugspunkt, indem sie die Messerfläche entweder mit einem Kontakttaster (einem gehärteten Stift, der die Messeroberfläche berührt und die Kontaktposition registriert) oder einem berührungslosen Sensor (Wirbelstrom oder Laser) abtastet. Die abgetastete Position teilt der CNC-Steuerung genau mit, wo sich die Messerfläche im Maschinenkoordinatensystem befindet, sodass die programmierte Gesamtzustellung (die abzutragende Stahlmenge) von der tatsächlichen Messerfläche und nicht von einer angenommenen Sollposition aus angewendet wird.

Dieser Bezugsschritt verhindert den häufigsten Fehler beim manuellen Schleifen – das Entfernen von zu viel oder zu wenig Material, weil der Bediener falsch einschätzt, wo die Scheibe das Messer zum ersten Mal berührt. Bei CNC-Kreismesserschleifmaschinen hat der Bezugssonde eine Auflösung von 0,001 mm oder besser Dadurch wird sichergestellt, dass der Schleifzyklus genau die programmierte Materialmenge entfernt, unabhängig von Schwankungen des Messerdurchmessers bei vorherigen Nachschleifvorgängen.

Stufe 2 – Die Schleifscheibe: Schleifwirkung und Materialabtrag

Die Schleifscheibe ist das primäre Schneidelement der Maschine. Es handelt sich um ein gebundenes Schleifwerkzeug – Millionen von Schleifkörnern, die in einer glasartigen, harzartigen oder metallgebundenen Matrix gehalten werden – das mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert. Jedes freiliegende Schleifkorn auf der Scheibenfläche fungiert als Einzelschneidewerkzeug und schneidet an der Kontaktstelle mit der Messerschneide einen mikroskopisch kleinen Messerstahlsplitter ab. Dies entspricht mechanisch dem herkömmlichen Drehen oder Fräsen, allerdings im Maßstab von Mikrometern pro Korn statt Millimetern pro Werkzeugdurchgang.

Schleifscheibengeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit

Die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe – die Geschwindigkeit der Felge am Kontaktpunkt mit dem Messer – ist der kritischste Betriebsparameter, der sowohl die Oberflächenbeschaffenheit als auch die Lebensdauer der Scheibe beeinflusst. Standard-Aluminiumoxid-Räder zum Kreismesserschleifen arbeiten mit Umfangsgeschwindigkeiten von 25 bis 35 m/s . CBN-Superschleifscheiben (kubisches Bornitrid) arbeiten bei 35 bis 60 m/s . Eine höhere Umfangsgeschwindigkeit erhöht die Anzahl der Schleifkorn-Stahl-Kontakte pro Sekunde, führt zu einer feineren Oberflächengüte und verringert die Spanlast pro Korn – was sowohl die Schleifgüte verbessert als auch die Lebensdauer der Scheibe verlängert.

Die Umfangsgeschwindigkeit wird wie folgt berechnet: V = pi x D x n / 60, wobei V die Umfangsgeschwindigkeit in m/s, D der Raddurchmesser in Metern und n die Raddrehzahl ist. Eine Scheibe mit 200 mm Durchmesser, die mit 2.865 U/min läuft, erreicht eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 30 m/s – die Mitte des optimalen Bereichs für Aluminiumoxidscheiben beim Schleifen von Werkzeugstahlmessern (Quelle: Norton Abrasives Grinding Application Guide, 2020).

Schleifkornarten für das Kreismesserschleifen

Für die meisten Rundmesser-Schleifanwendungen – HSS- und D2-Stahl-Schneidmesser für die Papier-, Folien- und Vliesstoffverarbeitung – Keramische Aluminiumoxidscheiben in den Körnungen 46 bis 80 zum Schruppen und 100 bis 220 zum Schlichten sind die Standardspezifikation. CBN-Scheiben eignen sich für Hochproduktionsanlagen, in denen eine große Anzahl gehärteter HSS-Messer geschliffen wird, wo eine längere Scheibenlebensdauer und schnellere Zykluszeiten die höheren Scheibenkosten ausgleichen.

Radflächengeometrie und Fasenbildung

Die Form der Schleifscheibenfläche – ob flach, abgewinkelt oder abgerundet – bestimmt direkt die an der Messerkante erzeugte Fasengeometrie. Eine flache Radfläche erzeugt eine flache Abschrägung; Eine abgerundete oder konkave Scheibenfläche erzeugt einen Hohlschliff – eine leicht konkave Abschrägung, die den eingeschlossenen Winkel an der Schneidkantenspitze verringert, während der Stahlrücken hinter der Kante erhalten bleibt. Hohlschliffe werden für Film- und Folienschneidemesser bevorzugt, da der reduzierte Spitzenwinkel eine schärfere Schneidwirkung mit weniger Widerstand an der Schlitzkante ermöglicht.

Der Fasenwinkel selbst – der Winkel zwischen der Scheibenfläche und der Messerfläche am Kontaktpunkt – wird durch Kippen des Schleifkopfes oder der Messerspindel in die erforderliche Winkelposition vor Beginn des Schleifzyklus eingestellt. Übliche eingeschlossene Fasenwinkel für kreisförmige Schneidmesser reichen von 30 Grad für Film- und Folienanwendungen bis 55 Grad für Papier und Karton , wobei der spezifische Winkel für jede Anwendung durch die Messerstahlsorte, das zu schneidende Substrat und die Liniengeschwindigkeit bestimmt wird.

Stufe 3 – Messerrotation während des Schleifens

Während die Schleifscheibe für den Schneidvorgang sorgt, muss sich das Kreismesser selbst beim Schleifen langsam drehen, damit die Scheibe schrittweise um die gesamten 360 Grad des Messerumfangs arbeitet. Durch diese Messerrotation unterscheidet sich eine Kreismesserschleifmaschine grundlegend von einem Flachmesserschärfer oder einem Standard-Flächenschleifer – das rotierende Werkstück erfordert ein spezielles Rotationsantriebssystem und eine konzentrizitätserhaltende Spindelkonstruktion, die für die Konstruktion der Maschine von zentraler Bedeutung sind.

Messerrotationsgeschwindigkeit

Das Messer dreht sich beim Schleifen typischerweise mit einer langsamen, kontrollierten Geschwindigkeit 3 bis 25 U/min abhängig vom Messerdurchmesser, der Schleifscheiben-Einstelltiefe und der gewünschten Oberflächengüte. Eine langsamere Rotation ermöglicht eine längere Kontaktzeit der Schleifscheibe pro Messerumfangseinheit und sorgt so für ein feineres Finish. Eine schnellere Rotation bewegt einen größeren Teil des Messers pro Zeiteinheit durch die Radkontaktzone, wodurch die Materialabtragsrate erhöht, aber die Oberflächenqualität verringert wird.

Bei einem Messer mit 200 mm Durchmesser, das mit 10 U/min geschliffen wird, bewegt sich der Messerumfang mit etwa 105 mm/s durch die Scheibenkontaktzone. Bei einem 450-mm-Messer beträgt die Umfangsgeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl 236 mm/s – was bedeutet, dass sich das Rad im Verhältnis zur Messeroberfläche tatsächlich schneller bewegt, was entweder eine langsamere Messerrotation oder eine höhere Umfangsgeschwindigkeit des Rads erfordert, um eine gleichwertige Oberflächenbeschaffenheit aufrechtzuerhalten. CNC-Rundmesserschleifmaschinen kompensieren dies automatisch, wenn der Messerdurchmesser in das Programm eingegeben wird, indem sie die Rotationsgeschwindigkeit anpassen, um bei verschiedenen Messergrößen eine konstante Oberflächengeschwindigkeit am Scheibenkontaktpunkt aufrechtzuerhalten.

Spindelrundlauf: Der kritische Konzentrizitätsparameter

Die Spindel, die die Messerrotation antreibt, muss das Messer während des Schleifens auf einer perfekt kreisförmigen Bahn halten. Jede Unrundheit (Exzentrizität) im Spindellager führt dazu, dass das Messer beim Drehen wackelt, was sich nach dem Schleifen direkt in einer Durchmesserschwankung am Messerumfang niederschlägt. Bei einem Gruppenschneider, bei dem der Durchmesser mehrerer Messer auf 0,01 mm genau übereinstimmen muss, ist der Spindelschlag der wichtigste begrenzende Faktor für die erreichbare Messerdurchmesserkonsistenz.

Bei hochwertigen Rundmesserschleifmaschinen wird der Spindelrundlauf angegeben weniger als 0,002 mm TIR Dies wird durch Präzisions-Schrägkugellager erreicht, die spielfrei vorgespannt sind, geschliffene Spindelzapfen und eine thermisch stabile Spindelgehäusekonstruktion. Diese Spezifikation wird während der Maschinenabnahmeprüfung mit einer hochauflösenden Messuhr oder einem Laserinterferometer überprüft und sollte im Rahmen der vorbeugenden Wartung der Maschine regelmäßig erneut überprüft werden, da der Lagerverschleiß mit der Zeit allmählich zu einem Rundlauffehler führt.

Stufe 4 – Das Vorschubkontrollsystem: Zufuhr- und Querachsen

Das Vorschubsystem ist der Mechanismus, der die Position, Geschwindigkeit und Tiefe der Schleifscheibe relativ zur Messerfläche zu jedem Zeitpunkt des Schleifzyklus steuert. Es besteht aus zwei unabhängigen linearen Bewegungsachsen, die zusammen alle Aspekte des Materialentfernungsprozesses definieren.

Die Zustellachse (X-Achse)

Die Vorschubachse bewegt die Schleifscheibe in Richtung der Messerfläche, bringt die Schleiffläche in Kontakt und schiebt sie nach jedem Durchgang um einen programmierten Schritt weiter, um aufeinanderfolgende Stahlschichten abzutragen. Die Zustellauflösung einer hochwertigen CNC-Kreismesserschleifmaschine beträgt 0,001 mm (1 Mikrometer) pro Schritt Dadurch kann das Schleifprogramm Zustellschritte von nur 0,001 mm für feinste Schlichtdurchgänge festlegen. Typische Zustellwerte je Schleifphase sind:

• Schruppdurchgänge: 0,01 bis 0,03 mm pro Durchgang – entfernt schnell den Großteil des abgenutzten oder beschädigten Materials; Die Oberflächenbeschaffenheit ist grob, aber die Genauigkeit ist in diesem Stadium nicht entscheidend
• Halbfertigdurchgänge: 0,005 bis 0,01 mm pro Durchgang – verfeinert die beim Schruppen erstellte Fasengeometrie; Die Oberflächenrauheit beginnt sich der endgültigen Spezifikation zu nähern
• Zieldurchgang: 0,001 bis 0,003 mm pro Durchgang – erzeugt die endgültige Oberflächenbeschaffenheit und Geometrie; In dieser Phase ist eine Oberflächenrauheit von Ra 0,2 bis 0,8 Mikrometer erreichbar
• Spark-Out-Pass: Keine zusätzliche Zustellung – die Scheibe überquert die Messerfläche, ohne weiter vorzurücken, wodurch die restlichen Schleifkräfte und die elastische Durchbiegung nachlassen und ein feineres Finish als beim letzten Zustellungsdurchgang allein erzielt wird

Die Querachse (Z-Achse)

Die Querachse bewegt die Schleifscheibe über die gesamte Breite der Messerfase und sorgt so bei jedem Durchgang für einen gleichmäßigen Materialabtrag über die gesamte Fasenbreite. Die Verfahrgeschwindigkeit ist ein kritischer Parameter, da sie sowohl die Materialabtragsrate als auch die Qualität der Oberflächengüte bestimmt:

• Eilgang (100 bis 400 mm/min): Wird bei Schruppdurchgängen für eine hohe Materialabtragsleistung verwendet; hinterlässt sichtbare Querspuren auf der Bodenoberfläche
• Langsamer Vorschub (20 bis 80 mm/min): Wird während der Enddurchgänge verwendet; Reduziert Querspuren und verbessert die Oberflächengleichmäßigkeit über die gesamte Fasenbreite
• Ausfunktraverse: Typischerweise mit der Geschwindigkeit der Endbearbeitung ohne Zustellung; Erzeugt die bestmögliche Oberflächengüte für die Schleifscheibenkörnung und Bindungsspezifikation

Beide Achsen werden auf CNC-Maschinen servoangetrieben, mit Positionsrückmeldung von Linear-Encodern oder auf Kugelumlaufspindeln montierten Drehgebern. Die CNC-Steuerung liest die Achsenpositionen in Echtzeit, vergleicht sie mit der programmierten Bahn und korrigiert jede Abweichung innerhalb von Millisekunden. Diese Positionsregelung mit geschlossenem Regelkreis ermöglicht die Zustellauflösung von 0,001 mm und die Konstanz der Verfahrgeschwindigkeit, die über Hunderte von Messerzyklen hinweg wiederholbare Schleifergebnisse liefert.

Stufe 5 – Das Kühlmittelsystem: Wärmemanagement während des Schleifens

Beim Schleifen entsteht durch Reibung und plastische Verformung des Metallspans eine starke lokale Hitze in der Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Messer. Ohne aktive Kühlung kann die Messerkantentemperatur auf ansteigen 300 bis 800 Grad Celsius innerhalb von Sekunden , deutlich über der Anlasstemperatur der meisten Werkzeugstähle, die für kreisförmige Schneidmesser verwendet werden (typischerweise 150 bis 200 Grad C für D2-Stahl bei 60 bis 62 HRC). Eine Überschreitung der Anlasstemperatur verringert die Härte eines Stahlbandes in der Nähe der Schneidkante – sichtbar als blaue oder braune Hitzefärbung auf der geschliffenen Oberfläche – wodurch eine weiche Zone entsteht, die im Betrieb schnell stumpf wird.

Vier Funktionen des Schleifkühlmittels

1. Wärmeabfuhr: Auf die Schleifkontaktzone gerichtetes Flutkühlmittel absorbiert Wärmeenergie von der Schnittstelle zwischen Schleifscheibe und Messer und transportiert sie vom Messer weg, bevor sie in die Stahlmasse gelangen und die Untergrundtemperatur über die Anlassschwelle anheben kann.
2. Spänespülung: Der Kühlmittelfluss entfernt Metallspäne und Schleifkornfragmente aus der Schleifzone. Ohne Spülen sammeln sich Späne zwischen der Scheibenfläche und der Messeroberfläche an, wodurch sie erneut geschnitten werden – was zusätzliche Wärme erzeugt und die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigt.
3. Radreinigung (Anti-Loading): Der kontinuierliche Kühlmittelfluss verhindert, dass sich Metallspäne in den Poren der Schleifscheibenoberfläche festsetzen – ein Zustand, der als Belastung bezeichnet wird –, was die Schneidleistung verringert und zusätzliche Wärme durch Reibung zwischen der verstopften Scheibe und der Messeroberfläche erzeugt.
4. Korrosionsschutz: Wasserbasierte Kühlmittel enthalten Rostschutzpakete, die sowohl die frisch geschliffene Messeroberfläche als auch die Stahlkomponenten der Maschine zwischen den Betriebssitzungen vor Rostbildung schützen.

Kühlmittelspezifikation und Wartung

Schleifkühlmittel für das Rundmesserschleifen ist typischerweise ein wasserlösliches Öl oder ein synthetisches Kühlmittel, das verdünnt wird 3 bis 8 % Konzentration in sauberem Wasser. Die Konzentration muss innerhalb dieses Bereichs gehalten werden: Eine zu starke Verdünnung verringert die Schmierfähigkeit und den Rostschutz. Eine zu hohe Konzentration erhöht die Schaumbildung, verringert die Effizienz der Wärmeübertragung und beschleunigt das biologische Wachstum im Sumpf. Der pH-Wert des Kühlmittels sollte dazwischen gehalten werden 8,5 und 9,5 – der alkalische Bereich, der das Bakterienwachstum hemmt und den besten Rostschutz für Stahlmesseroberflächen bietet (Quelle: IMTS Metalworking Fluid Management Guidelines, 2021).

Die Kühlmittelströmungsrate in der Schleifzone sollte ausreichen, um den Kontaktlichtbogen vollständig zu überfluten – normalerweise 10 bis 20 Liter pro Minute für Rundmesserschleifanwendungen. Unzureichender Durchfluss ist die häufigste Ursache für thermische Schäden (Verbrennungen) an Messerkanten beim Schleifen, selbst wenn die richtige Kühlmittelkonzentration eingehalten wird. Die Kühlmitteldüse sollte so nahe wie möglich am Kontaktpunkt Rad-Messer positioniert werden, um die Grenzluftschicht abzufangen, die das rotierende Rad mit sich führt – die sonst den Kühlmittelstrom von der kritischen Kontaktzone weglenken würde.

Stufe 6 – Scheibenabrichten: Aufrechterhaltung des Schnittzustands der Schleifscheibe

Während die Schleifscheibe schneidet, passieren nach und nach zwei Dinge: Die Schleifkörner verschleißen und werden rund (sie verlieren ihre Schnittschärfe) und Metallspäne setzen sich in den Poren der Scheibenoberfläche fest (Belastung). Beide Bedingungen verringern die Schneidleistung, erhöhen die Schleifkräfte, erhöhen die Wärmeentwicklung und verschlechtern die Oberflächengüte. Beim Radabrichten handelt es sich um den Prozess des Nachschärfens und erneuten Abrichtens der Radoberfläche, um ihren Schnittzustand wiederherzustellen.

Wie das Anziehen funktioniert

Ein Diamant-Abrichtwerkzeug – entweder ein Einspitz-Diamant, eine diamantimprägnierte Walze oder ein Mehrspitz-Diamantbündel – wird mit kontrollierter Vorschubgeschwindigkeit und Tiefe über die Scheibenfläche geführt. Das Diamantwerkzeug bricht die äußerste Schicht des Schleifkorns und der Bindungsmatrix auf, entfernt abgenutztes und belastetes Material und legt frisches, scharfes Schleifkorn darunter frei. Die Verfahrgeschwindigkeit des Diamanten über die Scheibe (Abrichtsteigung) steuert die resultierende Topographie der Scheibenfläche: Eine langsame Versetzung erzeugt eine glattere Scheibenfläche, die eine feinere Oberflächengüte erzeugt; Eine schnelle Verfahrbewegung erzeugt eine offenere, aggressivere Scheibenfläche, die das Material schneller entfernt, aber ein gröberes Finish hinterlässt.

Auf CNC-Rundmesserschleifmaschinen wird das Scheibenabrichten als Unterprogramm innerhalb des Schleifzyklus programmiert und automatisch in definierten Intervallen ausgeführt – entweder nach einer festgelegten Anzahl von Messerdurchgängen, nach einer festgelegten Gesamtschleifzeit oder wenn ein Spindellast- oder Schallemissionssensor erkennt, dass sich der Scheibenzustand unter einen Schwellenwert verschlechtert hat. Das automatische Abrichten eliminiert den Beurteilungsfehler des Bedieners, der die häufigste Ursache für eine inkonsistente Oberflächengüte bei manuellen Schleifvorgängen ist und stellt sicher, dass jedes Messer in einer Produktionscharge mit einer Scheibe in gleichwertigem Schnittzustand geschliffen wird.

Radverschleißkompensation

Bei jedem Abrichtzyklus wird ein kleiner Teil des Schleifscheibendurchmessers abgetragen. Wenn der Raddurchmesser abnimmt, verringert sich seine Umfangsgeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl (da V = pi x D x n / 60) und seine Position relativ zur Messerfläche ändert sich. Ohne Kompensation würde ein Schrumpfrad immer kleinere Messerschrägen erzeugen und mit immer geringerer Umfangsgeschwindigkeit arbeiten.

CNC-Rundmesserschleifmaschinen kompensieren den Scheibenverschleiß automatisch, indem sie die während der Abrichtzyklen abgetragene Gesamttiefe verfolgen und die Position der Zustellachse versetzen, um das korrekte Verhältnis zwischen Scheibe und Messer aufrechtzuerhalten. Dieser Radverschleißausgleich ist für den Bediener transparent – ​​die Maschine liefert unabhängig vom aktuellen Raddurchmesser weiterhin die richtige Messergeometrie, bis das Rad seinen minimalen nutzbaren Durchmesser erreicht und ersetzt werden muss. Zur MYD-Serie Kreismesserschleifmaschine Diese Kompensation erfolgt in Echtzeit, ohne dass zwischen den Radwechseln eine Bedienereingabe erforderlich ist.

Stufe 7 – Der komplette CNC-Schleifzyklus von Anfang bis Ende

Wenn man die einzelnen Systemkomponenten versteht, lässt sich der gesamte Schleifzyklus als integrierter Ablauf beschreiben. Bei einer CNC-Rundmesserschleifmaschine wird dieser Ablauf als Programm in der Maschinensteuerung gespeichert und automatisch ausgeführt, nachdem der Bediener das Messer bestückt und den Zyklus startet.

1. Programmabruf und Parametereingabe: Der Bediener ruft das gespeicherte Schleifprogramm für den Messertyp ab (oder erstellt ein neues Programm durch Eingabe von Messerdurchmesser, Fasenwinkel, Gesamtabtrag, Durchlaufplan und Scheibenspezifikation). Die Maschine stellt die Spindelneigung auf den programmierten Fasenwinkel ein und bewegt das Rad in die Startposition.
2. Messermontage und Antastung: Der Bediener montiert das Messer auf der Welle, reinigt die Passflächen und überprüft die sichere Klemmung. Die Maschine tastet die Messerfläche ab, um die Bezugsposition zu ermitteln und diese in das CNC-Koordinatensystem einzugeben.
3. Aktivierung des Kühlmittelsystems: Die Kühlmittelpumpe startet und der Durchfluss wird an der Schleifdüse überprüft, bevor sich die Scheibe zur Messeroberfläche bewegt. Lassen Sie niemals zu, dass das Rad das Messer berührt, ohne dass Kühlmittel fließt.
4. Radanfahrt und Luftschnitt: Die Schleifscheibe bewegt sich mit Eilgangsgeschwindigkeit auf die Messerfläche zu, bis sie die Annäherungsposition erreicht, und verlangsamt sich dann auf die Schleifvorschubgeschwindigkeit für den ersten Kontakt. Die Maschine erkennt den ersten Kontakt durch Spindellastüberwachung oder Schallemissionserkennung, bestätigt die Bezugsposition und beginnt mit der Zustellungsinkrementierung für den ersten Schruppdurchgang.
5. Schruppdurchgänge: Die CNC führt die programmierte Anzahl von Schruppdurchgängen mit der angegebenen Zustelltiefe pro Durchgang und Verfahrgeschwindigkeit aus. Das Messer rotiert durchgehend. Die Maschine überwacht die Spindellast während des Schruppens und kann die Zustelltiefe automatisch reduzieren, wenn die Last das programmierte Maximum überschreitet, wodurch sowohl das Messer als auch das Rad vor Überlastung geschützt werden.
6. Automatisches Anziehen (falls geplant): Nach der programmierten Anzahl von Schruppdurchgängen fährt die Scheibe in die Abrichtposition zurück und der Diamantabrichter fährt über die Scheibenfläche. Die Maschine registriert die Abrichttiefe und wendet den entsprechenden Ausgleichsversatz für den Scheibenverschleiß an, bevor sie in die Schleifposition zurückkehrt.
7. Halbfertigdurchgänge: Die Zustellung wird auf die Semi-Finishing-Spezifikation reduziert und die Verfahrgeschwindigkeit verringert. Das Messer dreht sich weiter. Diese Durchgänge verfeinern die Fasengeometrie und beginnen mit der Erzeugung der für die Endphase erforderlichen Oberflächenbeschaffenheit.
8. Finishing- und Spark-Out-Durchgänge: Die Zustellung reduziert sich auf den minimalen Schlichtschritt bzw. Null (Ausfeuerung). Die Verfahrgeschwindigkeit ist minimal. Die verbleibende elastische Auslenkung im Schleifsystem wird beim Ausfeuern aufgehoben und die Messeroberfläche erreicht die programmierte Ra-Finish-Spezifikation.
9. Radeinzug und Durchmessermessung: Die Schleifscheibe fährt in die Freistellungsposition zurück. Den Messerdurchmesser misst die Maschine mit einem integrierten Kontakttaster oder der Bediener misst ihn mit einem externen Mikrometer. Der gemessene Durchmesser wird mit dem Soll- und Toleranzband verglichen. Liegt der Wert innerhalb der Toleranz, ist der Zyklus abgeschlossen. Im Außenbereich werden zusätzliche Korrekturdurchgänge automatisch durchgeführt (bei vollautomatischen Systemen) oder der Bediener leitet einen Korrekturdurchgang ein (bei halbautomatischen Systemen).
10. Kühlmittelstopp und Messerentfernung: Nachdem die abschließende Messung bestätigt hat, dass das Messer innerhalb der Toleranz liegt, stoppt der Kühlmittelfluss, die Messerspindel wird bis zum Stillstand abgebremst und der Bediener entfernt das Messer, reinigt es und übergibt es an das Fertigteilregal.

Ein kompletter Zyklus dauert bei einem Standard-Rundmesser 3 bis 10 Minuten auf einer CNC-Maschine, abhängig vom erforderlichen Materialabtrag, dem Messerdurchmesser und der Oberflächenvorgabe. Dies ist mit 10 bis 25 Minuten für einen gleichwertigen manuellen Schleifvorgang zu vergleichen, mit dem zusätzlichen Vorteil einer gleichbleibenden Qualität, unabhängig vom Können des Bedieners oder der angehäuften Ermüdung.

CNC-Steuerung: Wie Programmierung wiederholbare Ergebnisse liefert

Der Übergang vom manuellen zum CNC-Rundmesserschleifen ist die einflussreichste Veränderung in Bezug auf Präzision und Produktivität, die im Werkzeugbau einer Verarbeitungsanlage möglich ist. Beim manuellen Schleifen muss ein erfahrener Bediener die Schnitttiefe, die Verfahrgeschwindigkeit und den Abschrägungswinkel für jedes Messer einstellen, und das Ergebnis variiert je nach Bediener und Schicht. Die CNC-Steuerung ersetzt alle diese manuellen Einstellungen durch gespeicherte Programme, die bei jedem Messerdurchlauf in jeder Schicht identische Ergebnisse liefern.

Was ein CNC-Schleifprogramm steuert

Ein komplettes CNC-Schleifprogramm für ein Kreismesser legt fest:

• Fasenwinkel (Grad von der Messerfläche, typischerweise 15 bis 28 Grad pro Seite für einen eingeschlossenen Winkel von 30 bis 55 Grad)
• Gesamtabtrag (mm) – die Gesamtzustellung vom Bezugspunkt zum Fertigmaß
• Anzahl der Schruppdurchgänge und Zustelltiefe pro Durchgang (mm)
• Anzahl der Vorschlichtdurchgänge und Zustelltiefe pro Durchgang (mm)
• Anzahl der Schlichtdurchgänge und Zustelltiefe pro Durchgang (mm)
• Anzahl der Ausfeuerdurchgänge
• Verfahrgeschwindigkeit für jede Schleifphase (mm/min)
• Messerrotationsgeschwindigkeit (U/min) für jede Schleifphase
• Scheibenumfangsgeschwindigkeit (m/s) für jede Schleifphase
• Abrichthäufigkeit (nach jeweils N Durchgängen oder nach jeweils N Messern)
• Abrichttiefe und Verfahrgeschwindigkeit
• Zielmesserdurchmesser und -toleranz (mm)
• Ein-/Ausschaltsequenz des Kühlmittels

Eine CNC-Kreismesserschleifmaschine der Mittelklasse im Handel 50 bis 200 komplette Messerprogramme Dadurch kann ein Werkzeugraum, der mehrere Verarbeitungslinien mit unterschiedlichen Messertypen bedient, in weniger als 2 Minuten zwischen Programmen wechseln – eine drastische Reduzierung der 15 bis 30 Minuten, die für die manuelle Einrichtung einer manuellen Schleifmaschine für einen anderen Messertyp erforderlich sind. Diese Programmspeicherfunktion ist besonders wertvoll in Anlagen, die Messer für Papier-, Film- und Folienlinien schleifen, die jeweils unterschiedliche Fasenwinkel und Oberflächenspezifikationen erfordern.

Bedienerschnittstelle und Qualitätsdatenaufzeichnung

Moderne CNC-Rundmesserschleifmaschinen verfügen über eine Touchscreen-Bedienoberfläche, die den Bediener mit minimalem Schulungsaufwand durch das Laden der Messer, die Programmauswahl und die Zyklusinitiierung führt. Qualitätsdaten – gemessener Messerdurchmesser, Schleifzykluszeit, Anzahl der durchgeführten Durchgänge sowie etwaige Alarme oder Abweichungen – werden automatisch für jedes Messer erfasst und können in ein Qualitätsmanagementsystem exportiert werden zur Rückverfolgbarkeit und Prozessanalyse. Dieser Datensatz unterstützt die statistische Prozesskontrollanalyse (SPC) der Messerschleifkonsistenz und ermöglicht es Werkzeugbauleitern, Trends wie Scheibenverschleißmuster, systematische Abschrägungswinkeldrift oder zunehmende Zykluszeiten zu erkennen, die auf die Notwendigkeit einer Maschinenkalibrierung oder eines Scheibenaustauschs hinweisen.

Fasenwinkeleinstellung: Geometrie des Schleifprozesses

Der Fasenwinkel des nachgeschliffenen Messers bestimmt dessen Schneidleistung an der Längsschneidelinie. Ein zu spitzer Winkel führt zu einer extrem scharfen Kante, die unter der Schnittbelastung harter oder dicker Substrat schnell stumpf wird und abplatzt. Ein zu stumpfer Winkel führt zu einer haltbaren, aber stumpfen Kante, die am geschlitzten Material schleift und ausgefranste Kanten erzeugt. Der richtige Fasenwinkel ist ein Kompromiss, der von der Messerstahlsorte, der Art und Dicke des Substrats sowie der Liniengeschwindigkeit bestimmt wird.

Der Fasenwinkel wird an der Maschine eingestellt, indem das Winkelverhältnis zwischen der Schleifscheibenfläche und der Messerfläche angepasst wird. Bei Maschinen mit neigbarem Spindelkopf neigt sich die Spindel um den programmierten Winkel relativ zur Radfläche. Bei Maschinen mit neigbarem Scheibenkopf neigt sich der Scheibenkopf relativ zur horizontalen Messerspindel. Beide Konfigurationen erzielen das gleiche geometrische Ergebnis – das Rad berührt die Messerfläche im programmierten Fasenwinkel –, aber die Konstruktion mit kippbarer Spindel wird im Allgemeinen wegen des besseren Zugangs zum Messer für Messungen und Inspektionen während des Zyklus bevorzugt.

Messergebnisse: So wird die Messerqualität nach dem Schleifen überprüft

Ein Messer auf die richtige Geometrie zu schleifen ist nur die halbe Arbeit – die Überprüfung, ob das Ergebnis den Spezifikationen entspricht, ist ebenso wichtig, insbesondere für Gruppenschneideanwendungen, bei denen die Durchmesserkonsistenz über einen Messersatz hinweg direkt die Schnittqualität in der Verarbeitungslinie bestimmt.

Durchmessermessung

Der Messerdurchmesser wird am Klingenrand mit einem Mikrometer, einem digitalen Messschieber oder einem integrierten Maschinentaster gemessen. Bei Gruppenmessersätzen müssen alle Messer im Satz auf den gleichen Durchmesser innerhalb der angegebenen Toleranz geschliffen sein – normalerweise /- 0,005 bis 0,01 mm für präzise Film- und Folienanwendungen und /- 0,02 bis 0,05 mm für die Standardpapierverarbeitung. Messer außerhalb dieses Toleranzbereichs führen zu ungleichmäßigen Schlitzbreiten und unterschiedlichem Verschleiß zwischen benachbarten Messern auf der Messerwelle.

Überprüfung des Fasenwinkels

Der Abschrägungswinkel wird mithilfe eines optischen Profilprojektors, eines Laser-Winkelmesssystems oder eines Präzisions-Abschrägungswinkelmessers überprüft, der an der Bodenfläche angebracht wird. Die Winkeltoleranz beträgt für die meisten Anwendungen /- 0,5 Grad vom angegebenen eingeschlossenen Winkel . Für das Schneiden von Batterieelektrodenfolien und pharmazeutischen Verpackungsfolienanwendungen, bei denen die Konsistenz der Kantengeometrie ein validierter Prozessparameter ist, sind engere Toleranzen von /- 0,25 Grad erforderlich.

Messung der Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenbeschaffenheit der geschliffenen Fase wird mit einem Kontaktprofilometer (Stiftinstrument) gemessen, das die geschliffene Oberfläche überquert und den Ra-Wert (arithmetischer Mittelwert der Rauheit) anzeigt. Der fertige Ra-Wert bestätigt, dass die richtige Schleifscheibenkörnung, Verfahrgeschwindigkeit und der richtige Ausfeuerzyklus angewendet wurden. Ein Ra-Wert, der höher als der angegebene Wert ist, weist auf unzureichende Schlichtdurchgänge, verunreinigtes Kühlmittel, eine belastete Radfläche oder eine zu hohe Verfahrgeschwindigkeit in der Schlichtphase hin.

Kantenintegrität – Visuelle und taktile Inspektion

Über die Maßmessungen hinaus muss die geschliffene Messerschneide auf Folgendes überprüft werden:

• Diermische Schäden (Brandflecken): Blaue oder braune Verfärbungen an der geschliffenen Fase weisen darauf hin, dass der Stahl beim Schleifen seine Anlasstemperatur überschritten hat – verursacht durch unzureichendes Kühlmittel, zu große Zustelltiefe oder Schleifen ohne Abrichten einer belasteten Scheibe. Verbrannte Kanten sind weich und müssen nachgeschliffen werden, bis alle Verfärbungen entfernt sind.
• Absplitterung oder Mikrobruch: Sichtbare Späne an der Schneidkantenspitze, verursacht durch Schlagschäden vor dem Schleifen, durch Schleifen spröder Hartmetallmesser mit zu großer Zustellung oder durch Thermoschock durch intermittierende Kühlmittelzufuhr. Abgebrochene Kanten erfordern einen zusätzlichen Materialabtrag, bis die Schadzone vollständig weggeschliffen ist.
• Grat an der Kantenspitze: Eine dünne Metallflosse, die durch den Schleifvorgang an der Schneide zurückbleibt, insbesondere am Übergang zwischen der Fase und der flachen Seite des Messers. Grate werden durch einen kurzen Hondurchgang mit einem feinkörnigen Stein oder einer Entgratungsfeile entfernt, die auf die flache Fläche aufgetragen wird, während das Messer flach auf einer Referenzfläche gehalten wird.

Wie die MYD-Serie in der Praxis funktioniert: Wichtige Designmerkmale

The Kreismesserschleifmaschine in der MYD-Serie implementiert alle oben beschriebenen Arbeitsprinzipien in einem speziell angefertigten Design, das für die Nachschleifanforderungen runder Schneidmesser moderner Verarbeitungsanlagen optimiert ist. Mehrere Konstruktionsmerkmale dieser Serie sind direkt relevant für das Verständnis, wie die Maschine ihre Leistungsspezifikation erfüllt:

Präzisions-Spindelmontage

Die MYD-Serie verwendet vorgespannte Schräglager in einem thermisch kompensierten Spindelgehäuse und erreicht eine Spindelrundlaufspezifikation von weniger als 0,002 mm TIR. Die Spindel wird von einem Servomotor mit variabler Geschwindigkeit und geschlossener Geschwindigkeitsregelung angetrieben, wodurch die programmierte Messerrotationsgeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen der Schleiflast während des Zyklus innerhalb von /- 1 U/min gehalten wird.

CNC-servobetriebene Vorschubachsen

Sowohl die Zustell- als auch die Querachse verwenden Präzisions-Kugelumlaufspindeln, die von Servomotoren mit linearem Encoder-Feedback angetrieben werden und die Positionsauflösung von 0,001 mm und die Positionswiederholgenauigkeit von weniger als 0,002 mm liefern, die für konsistente Ergebnisse des Messerdurchmessers über alle Produktionschargen hinweg erforderlich sind. Die Achsen sind durch abgedichtete Linearführungen geschützt, die trotz der bei Schleifvorgängen auftretenden Kühlmittel- und Spänebelastung ihre Präzision beibehalten.

Automatisches Radabrichten mit Kompensation

Der integrierte Diamantscheiben-Abrichter ist servogesteuert und als Teil des Schleifzyklus programmiert. Er wird in den in jedem Messerprogramm angegebenen Intervallen ausgeführt und wendet nach jedem Abrichtzyklus automatisch den Verschleißkompensationsversatz an. Dadurch wird sichergestellt, dass das erste Messer und das hundertste Messer in einer Produktionscharge die gleiche Schleifbehandlung erhalten, mit durchgehend gleichbleibenden Schleifscheiben-Schnittbedingungen.

Programmbibliothek und Datenaufzeichnung

Die Maschinensteuerung speichert bis zu 100 Messerprogramme, auf die über eine Touchscreen-Schnittstelle mit Eingabeaufforderungen zur Programmparameterüberprüfung zugegriffen werden kann, um Bedienerfehler bei der Programmauswahl zu reduzieren. Schleifzyklusdaten – Durchmessermessung, Zykluszeit, Durchgangsanzahl und etwaige Fehlercodes – werden automatisch in einem internen Protokoll aufgezeichnet, das über USB oder eine Netzwerkverbindung zur Integration in das Qualitätsmanagementsystem exportiert werden kann. Dieser Datensatz unterstützt die ISO 9001-Anforderungen an die Prozessdokumentation, die die meisten großen Betreiber von Verarbeitungsbetrieben heute von ihren Werkzeugbaubetrieben verlangen.

Häufige Schleifprobleme, Ursachen und Korrekturmaßnahmen

Um zu verstehen, wie die Maschine funktioniert, müssen Sie auch verstehen, was schief geht, wenn die Ausgabe nicht den Spezifikationen entspricht, und wie Sie die Grundursache identifizieren und beheben können: