DE10354767B4 - fine grinding machine - Google Patents
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Abstract
Feinschleifmaschine mit einer Werkzeugträgerscheibe (1), die eine plan bearbeitete Tragfläche aufweist und über einen Antrieb (2) um eine senkrecht auf dieser Tragfläche stehende Scheibendrehachse (3) drehbar ist; einem Schleifband (6), das während der Feinbearbeitung mit einer Vakuum- oder elektromagnetische Spannung zur Unterstützung der Haftung des Schleifbandes (6) auf der Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1) kontinuierlich von einer abtriebsseitig an der Werkzeugträgerscheibe (1) gelagerten Schleifband-Abwickelrolle (7) abgezogen, gleitend über die Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1) gezogen und von einer angetriebenen, antriebsseitig an der Werkzeugträgerscheibe (1) gelagerten Schleifband-Aufwickelrolle (8) aufgewickelt wird; zumindest einem zur Aufnahme von zumindest einem Werkstück (15) ausgelegten Werkstückhalter (11), der oberhalb von der Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1) oder von dem Schleifband (6) angeordnet und drehbar um eine parallel zur Scheibendrehachse (3) liegende Werkstückdrehachse (12) gelagert ist; und mit einer das zumindest eine Werkstück (15) zur Reduktion seiner Werkstückhöhe senkrecht zur Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1) beaufschlagenden Druckeinrichtung (17, 18, 19, 20), wobei die Werkzeugträgerscheibe (1) mit dem Schleifband (6) und der Einrichtung (30) zur Ausübung einer vertikalen, normal zur Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1) gerichteten Schwingbewegung ein erstes Werkzeugsystem (100) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Werkzeugsystem (200) mit einer Werkzeugträgerscheibe (1'), einem Schleifband (6'), einer Druckeinrichtung und einer Einrichtung (30') zur Ausübung einer vertikalen, normal zur Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe (1') und normal zur Werkstückoberfläche gerichteten, mechanischen Schwingbewegung des Schleifbandes (6') auf der dem ersten Werkzeugsystem (100) gegenüberliegenden Seite des Werkstückes (15) angeordnet ist.Fine grinding machine with a tool carrier disc (1) having a plane-machined support surface and about a drive (2) about a perpendicular to this support disc rotation axis (3) is rotatable; a sanding belt (6), which during the finishing with a vacuum or electromagnetic tension to support the adhesion of the abrasive belt (6) on the support surface of the tool carrier disc (1) continuously from a driven on the tool carrier disc (1) mounted abrasive belt unwinding (7 ), slid over the support surface of the tool carrier disc (1) and wound by a driven, on the drive side on the tool carrier disc (1) mounted abrasive belt take-up reel (8); at least one workpiece holder (11) designed to receive at least one workpiece (15) and arranged above the supporting surface of the tool carrier disk (1) or the grinding belt (6) and rotatable about a workpiece axis of rotation (12) lying parallel to the disk axis of rotation (3) is stored; and with a pressure device (17, 18, 19, 20) which acts on at least one workpiece (15) to reduce its workpiece height perpendicular to the support surface of the tool carrier disk (1), the tool carrier disk (1) being connected to the abrasive belt (6) and the device ( 30) for exerting a vertical, normal to the support surface of the tool carrier disc (1) directed oscillating movement forms a first tool system (100), characterized in that a second tool system (200) with a tool carrier disc (1 '), a grinding belt (6'), a pressure device and a device (30 ') for exerting a vertical, normal to the support surface of the tool carrier disc (1') and normal to the workpiece surface directed, mechanical oscillating movement of the abrasive belt (6 ') on the first tool system (100) opposite side of the workpiece ( 15) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Feinschleifmaschine gemäß dem Oberbegriff nach Patentanspruch 1. The invention relates to a fine grinding machine according to the preamble of
Bei der Planbearbeitung hochwertiger Bauteile kommt der Läppkinematik (Lappen, Polieren, Feinschleifen) eine besondere Bedeutung zu. Mit keinem anderen Fertigungsverfahren lassen sich bessere Werte hinsichtlich Ebenheit, Planparallelität und Rauheit erreichen. Nachteile der konventionellen Läppbearbeitung mit losem Korn sind jedoch die relativ langen Bearbeitungszeiten, eine aufwendige Werkstückreinigung, hohe Entsorgungskosten der eingesetzten Läppsuspensionen sowie eine schlechte Automatisierbarkeit des Prozesses. Mit dem üblichen Feinschleifen unter Verwendung gebundenen Korns lassen sich zwar höhere Schnittgeschwindigkeiten und Zerspanungsvolumina erreichen, die höhere Wirtschaftlichkeit wird jedoch durch einige systemimmanente Nachteile wieder eingeschränkt: Da die verwendeten Schleifmittel-Schleifscheiben oder Pellets während der Bearbeitung verschleißen, müssen die Schleifwerkzeuge häufig profiliert und geschärft werden; dies ist aufgrund der Härte der Schneidkörner und der notwendigen Formgenauigkeit sehr aufwendig. Außerdem verläuft der Feinschleifprozess mit massiven Schleifscheiben oder Pellets infolge von Werkzeugverschleiß und Spanraumzusetzungen mit Schleifpartikeln instationär mit einer mit zunehmender Schleifdauer abnehmenden Zerspanrate.When planing high-quality components, lapping kinematics (cloth, polishing, fine grinding) are of particular importance. No other manufacturing process can achieve better levels of flatness, parallelism and roughness. Disadvantages of conventional lapping with loose grain, however, are the relatively long processing times, a complex workpiece cleaning, high disposal costs of the Läppsuspensionen used and a poor automation of the process. Although higher speeds and cutting volumes can be achieved with conventional fine grinding using bonded grain, the higher efficiency is again limited by some inherent disadvantages: since the grinding wheels or pellets used wear during machining, the grinding tools often have to be profiled and sharpened ; This is very expensive due to the hardness of the cutting grains and the necessary dimensional accuracy. In addition, the fine grinding process with solid grinding wheels or pellets due to tool wear and Spanraumzusetzungen with abrasive particles transiently with a decreasing with increasing grinding time cutting rate.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feinschleifmaschine zu entwickeln, die die Vorteile einer Läppbearbeitung aufweist, ohne jedoch deren Nachteile in Kauf nehmen und die zu höheren Zerspanraten sowie zu einer mikroskopisch veränderten Oberflächentopographie führt.The invention has for its object to develop a fine grinding machine, which has the advantages of a lapping, but without their disadvantages accept and leads to higher Zerspanraten and a microscopically altered surface topography.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Feinschleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a fine grinding machine with the features of
Durch die erfindungsgemäße Feinschleifmaschine ist es möglich, Flachbauteile beidseitig zu bearbeiten. Dazu ist es vorgesehen, dass dem ersten Werkzeugsystem, das eine Werkzeugträgerscheibe, ein Schleifband und eine Einrichtung zur Ausübung einer vertikalen, normal zur Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe gerichteten, mechanischen Schwingbewegung des Schleifbandes aufweist, ein zweites Werkzeugsystem gegenübergestellt ist, wobei das zweite Werkzeugsystem auf der dem ersten Werkzeugsystem gegenüberliegenden Seite des Werkstückes angeordnet ist. Das zweite Werkzeugsystem besitzt die gleichen Bewegungsmöglichkeiten wie das erste Werkzeugsystem und ist gespiegelt zu der Ebene, in der das Werkstück liegt, angeordnet.The fine grinding machine according to the invention makes it possible to machine flat components on both sides. For this purpose, it is provided that the first tool system, which has a tool carrier disc, a grinding belt and a device for exercising a vertical, normal to the support surface of the tool carrier disc directed, mechanical oscillating movement of the grinding belt, a second tool system is juxtaposed, wherein the second tool system on the first tool system opposite side of the workpiece is arranged. The second tool system has the same possibilities of movement as the first tool system and is mirrored to the plane in which the workpiece is located.
Mit dem erfindungsgemäßen Maschinenkonzept wird ein neues Feinbearbeitungsverfahren auf der Basis der Planbearbeitung mit Läpp-Kinematik in Kombination mit Schleifmitteln auf Unterlage ermöglicht. Dabei werden die Vorteile der Bearbeitung mit gebundenem Korn mit denen der Schleifbänder kombiniert. Das Schleifmittel auf Unterlage wird während der Feinschleifbearbeitung kontinuierlich von einer Schleifbandrolle am Abtrieb abgewickelt, langsam durch einen Werkzeugvorschubantrieb über die Trägerscheibe geführt und an der Werkzeugvorschubantriebsseite auf eine weitere Schleifbandrolle aufgewickelt. Um ein unkontrolliertes Abwickeln des Schleifbandes zu verhindern, kann der Abtrieb mit einer Bremseinrichtung, z. B. einer Lamellenbremse versehen sein. Die Haftung des Schleifbandes auf der Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe kann zusätzlich durch Vakuumspannung oder elektromagnetisch unterstützt werden.With the machine concept according to the invention, a new finishing method based on the plan processing with lapping kinematics in combination with abrasives on a base is made possible. The advantages of working with bonded grain are combined with those of the grinding belts. The coated abrasive is continuously unwound from the abrasive tape roll at the output during the finishing grinding operation, slowly guided by the tool feed drive over the carrier disk, and wound on the tool feed drive side onto another abrasive tape roll. To prevent uncontrolled unwinding of the sanding belt, the output can with a braking device, for. B. be provided a multi-disc brake. The adhesion of the abrasive belt on the support surface of the tool carrier disk can be additionally supported by vacuum or electromagnetically.
Die Werkzeugsysteme führen eine vertikal, normal zur Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe bzw. zur Werkstückoberfläche gerichtete, mechanische Schwingbewegung aus, wobei die Einrichtung zur Erzeugung der mechanischen Schwingbewegung als ein Piezo-Aktor ausgebildet sein kann. Durch eine derartige, vertikale, mechanische Schwingbewegung der Werkzeugsysteme erhält man zusätzlich zu der parallel zur Werkstückoberfläche erfolgenden Ritzbewegung der Schneidkörner noch normal zur Werkstückoberfläche gerichtete Schleifkornschwingungen geringer Amplitude, die Mikrorisse in der Werkstückoberfläche erzeugen und so zu höheren Zerspanraten sowie zu einer mikroskopisch veränderten Oberflächentopographie führen.The tool systems execute a vertical, normal to the support surface of the tool carrier disk or to the workpiece surface directed, mechanical swinging motion, wherein the means for generating the mechanical swinging motion may be formed as a piezoelectric actuator. By means of such a vertical, mechanical oscillatory movement of the tool systems, in addition to the scribing movement of the cutting grains parallel to the workpiece surface, low-amplitude abrasive particle oscillations are produced which produce microcracks in the workpiece surface and thus lead to higher chip removal rates and to a microscopically altered surface topography.
Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Stelleinrichtung zur Ausübung einer Vertikalbewegung des zweiten Werkzeugsystems vorgesehen ist. Somit kann das zweite Werkzeugsystem neben der Schwingungsbewegung eine Vertikalbewegung ausführen bzw. mit einer Schleifnormalkraft beaufschlagt werden, um somit eine Zweiseitenbearbeitung zu gewährleisten und eine Reduktion der Werkstückhöhe zu ermöglichen.It is further provided that an adjusting device is provided for exercising a vertical movement of the second tool system. Thus, the second tool system in addition to the oscillatory motion perform a vertical movement or be acted upon with a grinding normal force, thus ensuring a two-sided machining and to allow a reduction of the workpiece height.
Die Stelleinrichtung kann kraft- oder weggebunden arbeiten. Bei einer kraftgebundenen Ausführung kann beispielsweise über eine hydraulische Übertragung der Schleifkraft die Vertikalbewegung eingestellt werden, alternativ kann bei einer weggebundenen Stelleinrichtung die Schleifkraft über ein Gewindespindel-Muttersystem aufgebracht werden. Für den Fall einer kraftgebundenen Stelleinrichtung ist die Schleifkraft die Stellgröße und die sich einstellende Werkstückhöhenreduktion die Ergebnisgröße. Im Falle einer weggebundenen Stelleinrichtung wird ein definierter Weg vorgegeben, und es resultiert eine Schleifkraft als Ergebnisgröße. The adjusting device can work force or tied away. In a power-bonded design, for example, via a hydraulic transmission of the grinding force, the vertical movement can be adjusted, alternatively, the grinding force can be applied via a threaded spindle nut system at a weggebundenen actuator. In the case of a force-applied actuating device, the grinding force is the manipulated variable and the resulting workpiece height reduction is the result. In the case of a tied-off adjusting device, a defined path is given, and a grinding force results as a result.
Vorteilhafterweise sind der Werkstückhalter im Werkstückhaltering drehbar angeordnet, um eine gleichmäßige Bearbeitung des Werkstückes zu ermöglichen. Vorteilhafterweise ist ein Werkstückhalterantrieb vorgesehen, so dass sich die Werkstücke, die sich zwischen den Trägerscheiben befinden, parallel zu den Werkzeugträgerscheiben drehen können. Der Werkstückhalter und der Werkstückhaltering sind dabei so dimensioniert, dass die oberen und unteren Oberflächen der Werkstücke durch das Schleifband bearbeitet werden können, wobei die Schleifkraft über die obere Trägerscheibe eingeleitet wird. Eine Möglichkeit der Realisierung des Werkstückhalterantriebs besteht in einem Riemenantrieb.Advantageously, the workpiece holder in the workpiece retaining ring are rotatably arranged to allow uniform machining of the workpiece. Advantageously, a workpiece holder drive is provided so that the workpieces located between the carrier disks can rotate parallel to the tool carrier disks. The workpiece holder and the workpiece retaining ring are dimensioned so that the upper and lower surfaces of the workpieces can be processed by the grinding belt, wherein the grinding force is introduced via the upper carrier disk. One possibility of realizing the workpiece holder drive is a belt drive.
Der Werkstückhaltering ist vorteilhafterweise drehbar an dem Maschinengestell befestigt, so dass das gesamte Werkstückhaltesystem, bestehend aus Werkstückhaltering, Werkstückhalter und Werkstückhalteantrieb verschwenkbar um eine Achse parallel zur Drehachse des Werkstückhalters verschwenkt werden kann. Hierdurch kann das Werkstückhaltesystem in den Spalt zwischen den Trägerscheiben hinein- und hinausgeschwenkt oder kontinuierlich hindurch geführt werden.The workpiece retaining ring is advantageously rotatably mounted on the machine frame, so that the entire workpiece holding system, consisting of Werkstückhaltering, workpiece holder and workpiece holding drive can be pivoted about an axis parallel to the axis of rotation of the workpiece holder. As a result, the workpiece holding system can be pivoted into and out of the gap between the carrier disks or guided continuously therethrough.
Alternativ zu dem Einsatz eines Schleifbandes mit einer Abwickelrolle und einer Aufwickelrolle kann das Schleifband auch als Endlosschleifband ausgebildet sein.As an alternative to the use of an abrasive belt with a take-off roll and a take-up roll, the abrasive belt can also be designed as a continuous sanding belt.
Durch die Ausführung der Feinschleifmaschine als eine Zweiträgerscheibenmaschine können kürzere Bearbeitungszeiten realisiert werden. In Verbindung mit einem schwenkbaren Werkstückhaltesystems ist zudem eine verbesserte Automatisierbarkeit des Werkstückwechsels möglich.By the execution of the fine grinding machine as a double-carrier disc machine shorter processing times can be realized. In addition, an improved automation of the workpiece change is possible in conjunction with a pivotable workpiece holding system.
Die Drehzahlen der Werkzeugträgerscheibe, der Werkstücke bzw. ihrer Werkstückhalter sowie der Schleifbandvorschub lassen sich vorzugsweise unabhängig voneinander einstellen. Durch die Relativbewegung zwischen Werkzeug (Schleifband) und Werkstück wird die für die Zerspanung der Werkstücke erforderliche Schnittgeschwindigkeit erzeugt.The speeds of the tool carrier disk, the workpieces or their workpiece holder and the grinding belt feed can preferably be set independently. The relative movement between the tool (grinding belt) and the workpiece produces the cutting speed required for machining the workpieces.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn die genannte Druckeinrichtung zur Reduktion der Werkstückhöhe kraftgebunden arbeitet, wobei der Schleifdruck pneumatisch, hydraulisch oder mittels Gewichtskraft über eine Druckplatte auf das zumindest eine Werkstück übertragen wird. Hierbei ist die Schleifnormalkraft Stellgröße und die Zerspanrate Ergebnisgröße. Es ist aber auch möglich, dass die genannte Druckeinrichtung zur Reduktion der Werkstückhöhe weggebunden, z. B. über ein Gewindespindel-Muttersystem arbeitet.According to the invention, it is expedient if the said pressure device operates in a force-bearing manner to reduce the workpiece height, the grinding pressure being transmitted pneumatically, hydraulically or by means of weight via a pressure plate to the at least one workpiece. The grinding normal force is the manipulated variable and the machining rate the result. But it is also possible that said pressure device weggebunden to reduce the workpiece height, z. B. works via a threaded spindle nut system.
Es ist vorteilhaft, wenn der zumindest eine Werkstückhalter einen Werkstückhaltering und zumindest eine Aussparung zur spannungsfreien Aufnahme eines Werkstückes aufweist. Dabei kann jeder Werkstückhalter einen eigenen Drehantrieb aufweisen.It is advantageous if the at least one workpiece holder has a workpiece retaining ring and at least one recess for tension-free mounting of a workpiece. Each workpiece holder can have its own rotary drive.
Bei dem erfindungsgemäßen Maschinenkonzept können vorzugsweise handelsübliche, qualitativ hochwertige Schleifmittel auf flexibler, inkompressibler Polyesterunterlage eingesetzt werden. Dabei liegt dem Maschinenkonzept die Idee zugrunde, die jeweils für die Form und für die Rauheit der Werkstücke verantwortlichen Erzeugungskomponenten voneinander zu trennen. Diese Trennung wird durch die Verwendung von Schleifmittel auf Unterlage erreicht, wobei sich das Schleifband auf der Tragfläche der Werkzeugträgerscheibe abstützt und über diese geführt wird. Die Rauheit wird also durch das Schleifband erzeugt, die Form hingegen durch die Werkzeugträgerscheibe. Da Letztere bei dem Bearbeitungsvorgang nicht zerspant wird, bleibt ihre Form erhalten, so dass ein profilierendes Konditionieren entfällt. Durch den Schleifbandvorschub kann ein quasistationäres Prozessverhalten erzielt werden, da ständig frisches Schneidkorn nachgeführt wird. Hierdurch ergibt sich ein linearer Zerspanungsvolumenverlauf über der Zeit und eine insgesamt höhere Zerspanrate.In the machine concept according to the invention, commercially available, high-quality abrasives may preferably be used on flexible, incompressible polyester backing. The machine concept is based on the idea of separating the production components responsible for the shape and the roughness of the workpieces from each other. This separation is achieved by the use of abrasive on pad, wherein the abrasive belt is supported on the support surface of the tool carrier and is guided over this. The roughness is thus generated by the abrasive belt, while the shape is generated by the tool carrier disk. Since the latter is not machined during the machining process, its shape is maintained, so that a profiling conditioning is eliminated. Through the grinding belt feed a quasi-stationary process behavior can be achieved, as constantly fresh cutting grain is tracked. This results in a linear machining volume curve over time and an overall higher machining rate.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, ein Schleifband einzusetzen, das über seine Bandlänge einen hinsichtlich Schleifmittelart, -größe, -verteilung, -bindung, -schichtung und/oder Bindungsstruktur kontinuierlich oder stufenweise variierenden Schleifbandaufbau aufweist. Hierdurch können mehrere Prozessstufen, z. B. Schrupp- und Schlichtprozesse, bei einer Maschineneinstellung realisiert werden.According to the invention, it is possible to use a sanding belt which has a length of abrasive tape which varies continuously or stepwise in terms of its abrasive tape length, size, distribution, bonding, layering and / or bonding structure. This allows multiple process stages, eg. As roughing and finishing processes, be realized at a machine setting.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the following figures. Show it:
Die
Die in der
Vorgesehen ist ferner ein Schleifband
Die dargestellte Feinschleifmaschine weist ferner zwei Werkstückhalter
Die Werkzeugträgerscheibe
Auf der dem Werkstück
Das zweite Werkzeugsystem
Da die Werkstücke
In der
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