CH684321A5

CH684321A5 - Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine.

Info

Publication number: CH684321A5
Application number: CH1277/88A
Authority: CH
Inventors: Arthur Werner Staehli
Original assignee: Arthur Werner Staehli
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1994-08-31
Also published as: US5317837A; EP0364514A1; WO1989009679A1; EP0364514B1

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine zum Zubringen einer oberen Werkzeugscheibe in ihre Arbeitsposition gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zweischeibenläppmaschinen sind seit ca. 40 bis 50 Jahren bekannt. Zu bearbeitende Werkstücke werden dabei durch sogenannte Läuferscheiben mittels eines inneren und äusseren Stiftkranzes zwischen den zwei Werkzeugscheiben durchgezogen und bearbeitet. Mit Zweischeibenläppmaschinen ist es möglich, eine sehr grosse Parallelität der bearbeiteten Flächen der Werkstücke zu erreichen. Durch das Aufkommen von neuen Technologien, wie das Herstellen von Siliziumscheiben für integrierte Schaltungen, das Herstellen von Quarzen oder von feinsten Keramikplatten wurden auch an Läppmaschinen immer grössere Anforderungen gestellt. Insbesondere beim Bearbeiten von äusserst dünnwandigen Materialien ist der Arbeitsdrucksteuerung der oberen Werkzeugscheibe von Zweischeibenläppmaschinen die grösste Aufmerksamkeit zu schenken. Es werden heute Maschinen verlangt, bei denen die Zubringung der oberen Werkzeugscheibe möglichst rasch bis unmittelbar vor das Berühren der Werkzeugscheibe mit der Oberfläche der zu bearbeitenden Werkstücke erfolgt. Das Aufsetzen der oberen Werkzeugscheibe auf die Bearbeitungsoberfläche der Werkstücke soll aber möglichst fein, praktisch ohne Druck erfolgen. Während dem Bearbeiten der Werkstücke ist der Arbeitsdruck je nach Anwendungsfall nach bestimmten Vorschriften kontinuierlich zu steigern und am Ende der Bearbeitung wieder zu senken, um schiussendlich die obere Werkzeugscheibe, zum Entleeren der Läppmaschine, von den Werkstücken abzuheben und auf die Seite zu schwenken.

Bei heute bekannten Ausführungsarten von Zweischeibenläppmaschinen ist die obere Werkzeugscheibe in den meisten Fällen an einer motorisch antreibbaren und axial verschiebbaren Spindel aufgehängt. Die Spindel ist über einen Lagerbauteil mit einem radial schwenkbaren Säulenständer der Läppmaschine verbunden. Über einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinderantrieb, der an der genannten axial verschiebbaren Spindel angreift, ist die am unteren Ende der Spindel befestigte obere Werkzeugscheibe zum Werkstück zuführ-, aufsetz- und andrückbar. Der Zylinderantrieb muss das Gewicht der bis zu mehreren 1000 Newton schweren oberen Werkzeugscheibe zuerst kompensieren, die Werkzeugscheibe zum Werkstück zubringen, wie bereits geschildert langsam aufsetzen und mit der Belastung, durch Reduktion der Gewichtskompensation beginnen. Da heute Arbeitsdrücke bis zu einigen 10 000 Newton verlangt werden, ergeben sich einerseits schlecht kontrollierbare Andruckverhältnisse, wenn beim Aufheben der Gewichtskompensation der oberen Werkzeugscheibe durch Druckumkehr im Zylinderantrieb auf eine zusätzliche Belastung übergegangen wird und andererseits neigen die heutigen Maschinen dazu, dass sich der Säulenständer mit der radial ausgelegten oberen Werkzeugscheibe als Folge des enormen Arbeitsdruckes aufbäumt. In beiden Fällen ist eine Einbusse der Arbeitsgenauigkeit die Folge.

Eine weitere Ausführungsform gemäss der deutschen Offenlegungsschrift 3 520 713 A 1 versucht die genannten Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, dass die am unteren Ende einer in einem axial verschiebbaren Lagerbauteil gelagerten Spindel angebrachte obere Werkzeugscheibe an einem Ende eines zweiarmigen Hebels aufgehängt ist, während die pneumatisch wirkenden Verstellvorrichtungen am anderen Hebelende angreifen. Diese Ausführungsform ist sowohl mechanisch als auch steuerungstechnisch aufwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine zu schaffen, mit der die genannten Nachteile des Zubringens und Andrückens der oberen Werkzeugscheibe auf die Werkstückoberfläche nicht auftreten. Gegenüber den bekannten Ausführungsformen von Zweischeibenläppmaschinen ist die mit der erfindungsgemässen Einrichtung ausgerüstete Maschine konstruktiv wesentlich einfacher aufgebaut.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäss den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht mit Teilschnitten,

Fig. 2 eine Aufsicht und

Fig. 3 eine Vorderansicht der erfindungsgemässen Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine.

In den oben aufgelisteten Figuren ist eine Zweischeibenläppmaschine dargestellt, wobei darauf geachtet worden ist, dass vor allem die erfindungsge-mässe Einrichtung zum Zubringen einer oberen Werkzeugscheibe in ihre Arbeitsposition optimal ersichtlich ist und die übrigen Teile der Läppmaschine nur andeutungsweise vorhanden sind. Die Läppmaschine umfasst einen Säulenständer 3, der in einer Ständerführung 2 gelagert und geführt ist. Die Ständerführung 2 ist in nicht dargestellter Weise mit dem Rahmen der Maschine starr verbunden. Oben am Säulenständer 3 ist ein Balken 11 im wesentlichen rechtwinklig dazu angeordnet und ungefähr mittig schwenkbar gelagert. Der Balken 11 besteht aus zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Längsträgern 11a, die an ihrem hinteren Ende 28 durch Querträger 11 b und an ihrem vorderen Ende 13 durch einen Spindelstock 14 miteinander verbunden sind. Ungefähr mittig in Längsrichtung der Längsträger 11a gesehen, verläuft eine Achse 12 rechtwinklig zu den Längsträgern 11a durch je eine in letzteren und im Säulenständer angebrachte Bohrung. Durch die Achse 12 ist der Balken 11 schwenkbar gelagert. Der am vorderen Ende zwischen den Längsträgern 11a angeordnete Spindelstock 14 lagert die Werkzeugspindel 15. Am unteren Ende der genannten Werkzeugspindel 15 ist über einen Gelenkkopf 20 die obere Werkzeugscheibe 21 gelenkig befestigt. Beispielsweise ein

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Elektromotor als erstes Antriebsmittel 17 ist vorzugsweise am vorderen Balkenteil hinter dem Spindelstock 14 angeordnet und mit letzterem verbunden. Der Elektromotor 17 ist mit einem Reduktionsgetriebe 18 ausgerüstet und dient über ein Ubertragungsmittel 19, beispielsweise einen Riementrieb, zum Antreiben der Werkzeugspindel 15. Am oberen Ende der vorzugsweise eine Längsbohrung aufweisenden Werkzeugspindel 15 ist ein Sensor 16 zum Messen der Werkstückdicke, durch die erwähnte Bohrung hindurch, montiert. Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Werkzeugspindel 15 im Spindelstock 14 ohne die Möglichkeit einer axialen Verschiebung gelagert ist.

Der Säulenständer 3 weist in seinem oberen Bereich einen nach hinten weisenden, im wesentlichen parallel zum Balken 11 verlaufenden Gegenhalter 27 auf. Der Gegenhalter 27 umfasst zwei parallel zueinander verlaufende, mit dem Säulenständer 3 im wesentlichen tangential verbundene, einen Abstand zueinander aufweisende Träger 27a. Am hinteren Ende 28 des Balkens 11 ist zwischen den Längsträgern 11a über eine erste Lagerachse 31 ein erstes Verstellmittel 29 schwenkbar mit dem Balken 11 verbunden. Das erste Verstellmittel 29, das vorzugsweise einen pneumatischen oder einen hydraulischen Zylinderantrieb umfasst, ist auf seiner anderen Seite über eine zweite Lagerachse 32 zwischen den Trägern 27a mit dem Gegenhalter 27 verbunden. Das erste Verstellmittel 29 hat die Aufgabe, das Gewicht der oberen Werkzeugscheibe 21 von bis zu mehreren 1000 Newton zu kompensieren und den Balken 11 in einer im wesentlichen horizontalen Lage zu halten. Ein zweites Verstellmittel 30, das vorzugsweise ebenfalls aus einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinderantrieb besteht, ist wie eben beschrieben, über eine dritte Lagerachse 33 mit dem hinteren Balkenende 28 des Balkens 11 und über eine vierte Lagerachse 34 mit dem Gegenhalter 27 verbunden. Dieser Zylinderantrieb dient zur Steuerung des Arbeitsdruckes der oberen Werkzeugscheibe 21.

Eine am hinteren Ende 28 des Balkens 11 angeordnete Wegbegrenzungseinrichtung 37, 38, 41 hat zur Aufgabe, die Schwenkbewegung des Balkens 11 zu begrenzen. Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass die genannte Schwenkbewegung des Balkens 11 am vorderen Ende 13 höchstens 20 mm beträgt. Die Wegbegrenzungseinrichtung besteht aus einer Nut 41, die am hinteren Balkenende 28 in einen Querträger 11b des Balkens 11 eingearbeitet ist. Ein hakenförmig ausgebildetes Halteelement 37, das mit dem Gegenhalter 27 verstellbar verbunden ist, greift zur Begrenzung der Schwenkbewegung des Balkens 11 in die genannte Nut 41 ein. Mit einem im Gegenhalter 27 angeordneten verstellbaren Anschlag 38 lässt sich die Schwenkbewegung des Balkens 11 zusätzlich einstellen.

Der Säulenständer 3 weist an seinem unteren Ende eine konzentrisch angeordnete, mit einem Innengewinde versehene Bohrung 5 auf. Eine mittels beispielsweise einem Elektromotor 6 als zweitem Antriebsmittel über ein Getriebe 7 antreibbare Hubspindel 4 greift in das Gewinde der Bohrung 5

zum Heben und Senken des Säulenständers 3 ein. Der Motor 6 mit dem Getriebe 7 und der Hubspindel 4 sind mit dem Rahmen der Läppmaschine verbunden. Ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass eine funktionale Trennung zwischen dem Zubringen der Werkzeugscheibe 21 in ihre Arbeitsposition und dem Steuern des Arbeitsdruckes der Werkzeugscheibe 21 auf der Oberfläche der Werkstücke 23 besteht. Das Zubringen geschieht durch die Senkbewegung des Säulenständers 3 mittels der Hubspindel 4 und die Steuerung des Arbeitsdruckes erfolgt durch Beaufschlagen des Balkens 11 mit einer Auslenkkraft über den zweiten Zylinderantrieb 30.

Ein erstes Messmittel 8, das an der Ständerführung 2 angeordnet ist, erlaubt die vertikale Position des Säulenständers 3 zu messen. Mit einem zweiten Messmittel 39 ist die Schwenkbewegung und damit die Auslenkung des Balkens 11 messbar. Das erste und das zweite Messmittel 8, 39 sowie der Sensor 16 zum Messen der Werkstückdicke sind mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung der Läppmaschine verbunden. Die Steuereinrichtung verarbeitet die von den Messmitteln 8, 39 und vom Sensor 16 erhaltenen Signale zur Steuerung der Hubspindel 4 und der Zylinderantriebe 29, 30.

Zum einfachen Be- und Entladen der Läppmaschine ist das untere Ende des Säulenständers 3 an einen Schwenkzylinder 10 angeflanscht.

Der Schwenkzylinder 10 dient zum Ausschwenken des Säulenständers 3 mit der oberen Werkzeugscheibe 21. In der Fig. 2 ist die Ausschwenkstellung dargestellt. Zur Sicherung einer mit der Hubspindel 4 eingestellten vertikalen Position des Säulenständers 3 ist letzterer mittels einem in der Ständerführung 2 angeordneten Klemmzylinder 9 arretierbar.

Damit die obere Arbeitsscheibe 21 trotz der Schwenkbewegung des Balkens 11 immer eine zur unteren Arbeitsscheibe 22 parallele Position inne hat, ist die obere Werkzeugscheibe über einen Gelenkkopf 20 mit dem unteren Ende der Werkzeugspindel verbunden. In Anbetracht der nur sehr kleinen Schwenkbewegungen des Balkens 11 ist der dadurch erfolgende seitliche Versatz der oberen Werkzeugscheibe 21 zur unteren Werkzeugscheibe

22 vernachlässigbar.

Ein Läppvorgang mit der erfindungsgemässen Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine ist im folgenden beschrieben. Der Säulenständer 3 befindet sich in einer angehobenen Position und die obere Werkzeugscheibe 21 in der Ausschwenkstellung. Die zu bearbeitenden Werkstücke

23 werden in die Aufnahmeöffnungen der Läuferscheibe 24 auf die Oberfläche der unteren Werkzeugscheibe 22 gelegt. Mit dem Schwenkzylinder 10 wird die sich in der Ausschwenkstellung befindende obere Werkzeugscheibe 21 eingeschwenkt. Die Einschwenkstellung ist beispielsweise durch einen nicht dargestellten Anschlag so begrenzt, dass die beiden Werkzeugscheiben 21, 22 zentral über-einanderliegen. Als Zubringmass für die obere Werkzeugscheibe wird die Dicke der unbearbeite-

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ten Werkstücke plus eine Toleranz von vorzugsweise 0,2 mm in die nicht dargestellte Steuereinrichtung eingegeben. Über die Hubspindel 4 erfolgt die Schnellabsenkung der oberen Werkzeugscheibe 21 in Richtung Oberfläche der Werkstücke 23. Die Steuereinrichtung überwacht das Signal vom ersten Messmittel 8 und sorgt für den rechtzeitigen Stopp der Senkbewegung des Säulenständers 3, kurz bevor die obere Werkzeugscheibe 21 die Oberfläche der Werkstücke 23 berührt. Der erste Zylinderantrieb 29 hält dabei den Balken 11 dauernd in einer horizontalen Lage. Mit dem zweiten Zylinderantrieb 30 wird eine kleine, nach aufwärts gerichtete Kraft aufgeführt. Dadurch senkt sich die obere Werkzeugscheibe 21 langsam und ohne nennenswerten Arbeitsdruck auf die Oberfläche der Werkstücke 23. Durch die vorgängig in Rotation versetzte untere Werkzeugscheibe 22, des inneren Stiftkranzes 25 und/oder des äusseren Stiftkranzes 26 sowie der oberen Werkzeugscheibe 21 mittels dem Elektromotor 17, kann der Läppvorgang beginnen. Anhand eines zeitlichen Programmes, das beispielsweise in der nicht dargestellten Steuereinrichtung der Läppmaschine gespeichert ist, beginnt ein Läppvorgang abzulaufen, wobei die Steuereinrichtung die Werkstückdicke anhand des vom Sensor 16 gelieferten Signales dauernd überwacht und den Arbeitsdruck der Werkzeugscheibe 21 über den zweiten Zylinderantrieb 30 anhand des eingestellten, vom zu bearbeitenden Werkstück abhängigen Programmes steuert. Während des Bearbeitungsvorganges ist die vertikale Position des Säulenständers 3 mit dem Klemmzylinder 9 gesichert. Am Ende des Läppvorganges wird der Arbeitsdruck der oberen Werkzeugscheibe abgebaut und der Balken 11 durch den ersten Zylinderantrieb 29 in die horizontale Lage gebracht. Die Rotationsbewegungen der Werkzeugscheiben 21, 22, der Stiftkränze 25 und/oder 26 werden abgeschaltet. Nach dem Entlasten des Klemmzylinders 9 wird der Säulenständer 3 durch Betätigen der Hubspindel 4 angehoben. Mit dem Schwenkzylinder 10 wird die obere Werkzeugscheibe 21 wieder in die Ausschwenkstellung gebracht. Die Läppmaschine kann entladen und mit neuen, zu bearbeitenden Werkstücken 23 bestückt werden.

Die mit der erfindungsgemässen Einrichtung ausgerüstete Zweischeibenläppmaschine weist die folgenden zusätzlichen vorteilhaften Merkmale auf:

Durch die funktionale Trennung des Zubringens der oberen Werkzeugscheibe 21 in ihre Arbeitsposition mit der Hubspindel 4 und der Steuerung des Arbeitsdruckes über den Balken 11 mit dem zweiten Zylinderantrieb 30 ist es nicht mehr notwendig, die Werkzeugspindei 15 der oberen Werkzeugscheibe oder deren Lagerbauteil in axialer Richtung verschiebbar auszuführen. Dadurch werden die Lagerung, die Abdichtung gegen Öl und der Antrieb der oberen Werkzeugscheibe gegenüber bekannten Läppmaschinen wesentlich vereinfacht und verbilligt. Die Bauweise der oberen Werkzeugspindel wird verkürzt und das Durchführen vom Mess-Sen-sor 16 und von Kühlleitungen durch die Hohlspindel werden vereinfacht.

Durch die beiden Zylinderantriebe 29, 30 kann eine genaue Arbeitsdrucksteuerung der oberen Werkzeugscheibe 21 erfolgen, da der sonst übliche Verschiebezylinder mit dem bekannten nachteiligen Haftmoment (Slip-stik) und mit der während dem Arbeitsvorgang erfolgenden Druckumkehr wegfällt.

Eine bisher vorhandene Unfallquelle wird praktisch ausgeschaltet, da durch die Hubspindel 4 kein ungewolltes Absenken der oberen Werkzeugscheibe 21 mehr möglich ist.

Durch das Waagebalkenprinzip wird der Säulenständer 3 relativ wenig belastet. Das von anderen Ausführungsarten von Zweischeibenläppmaschinen her bekannte Aufbäumen des Säulenständers wird dadurch vermieden.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung an einer Zweischeibenläppmaschine zum Zubringen einer oberen Werkzeugscheibe (21) in ihre Arbeitsposition, mit einem festen oder radial schwenkbaren Säulenständer (3) und einem am Säulenständer (3) im wesentlichen rechtwinklig dazu angeordneten, ungefähr mittig schwenkbar gelagerten Balken (11) mit einer über eine Werkzeugspindel (15) durch ein erstes Antriebsmittel (17) antreibbaren oberen Werkzeugscheibe (21), dadurch gekennzeichnet, dass der Säulenständer (3) über eine mit einem zweiten Antriebsmittel (6) antreibbare Hubspindel (4) zum Ausführen von Zubringbewegungen der oberen Werkzeugscheibe (21) heb- und senkbar ist, dass die Werkzeugspindei (15) in einem starr mit dem vorderen Balkenende (13) verbundenen Spindelstock (14) achsial unverschiebbar gelagert ist, dass am hinteren Balkenende (28) ein erstes Verstellmittel (29) zum Beibehalten einer im wesentlichen horizontalen Lage des Balkens (11) angeordnet ist, und dass zwischen einem fest mit dem Säulenständer (3) verbundenen Gegenhalter (27) und dem hinteren Balkenende (28) ein zweites Verstellmittel (30) zum Steuern des Arbeitsdruckes der oberen Werkzeugscheibe (21 ) vorhanden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Versteilmittel (29, 30) pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung des Balkens (11) durch eine Wegbegrenzungseinrichtung (37, 38, 41 ) begrenzt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung des Balkens (11) an seinem vorderen Ende (13) höchstens 20 mm beträgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste An-triebsmittei (17) vorzugsweise am vorderen Balkenteil angeordnet und über ein Reduktionsgetriebe (18) sowie Übertragungsmittel (19) mit der Werkzeugspindei (15) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugscheibe (21) am unteren Ende der Werkzeugzeugspindel (15) gelenkig aufgehängt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass erste Messmittel

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(8) zum Messen der vertikalen Position des Säulenständers (3) vorhanden sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Messmittel (39) zum Messen der Schwenkbewegung des Balkens (11) vorhanden sind.

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