DE1277700B - Schleifmaschine mit Ultraschallgenerator - Google Patents

Schleifmaschine mit Ultraschallgenerator

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DE1277700B
DE1277700B DES81410A DES0081410A DE1277700B DE 1277700 B DE1277700 B DE 1277700B DE S81410 A DES81410 A DE S81410A DE S0081410 A DES0081410 A DE S0081410A DE 1277700 B DE1277700 B DE 1277700B
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DE
Germany
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hub
grinding
grinding wheel
flange
grinding machine
Prior art date
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Pending
Application number
DES81410A
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English (en)
Inventor
Richard N Roney
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendix Corp
Original Assignee
Bendix Corp
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Publication date
Application filed by Bendix Corp filed Critical Bendix Corp
Publication of DE1277700B publication Critical patent/DE1277700B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

  • Schleifmaschine mit Ultraschallgenerator # Es ist eine Schleifmaschine bekannt, bei der zwecks Verbesserung der Schleifwirkung irn Sinn einer glatt',ren Werkstückoberfläche die Schleifscheibe wähiend ihrer Umdrehung in Richtung ihrer Achse eine e szillierende Bewegung ausführt, die von einem an c er Antriebsspindel der Schleifscheibe befestigten 1, #Itraschallgenerator erzeugt wird. Im Gegensatz # gzu bezweckt die vorliegende Erfindung nicht das l',','Orzeugen von Längsschwingungen einer Schleifeibe.
  • Es ist ferner eine Schleifmaschine bekannt, in eren Schleifscheibe radiale Schwingungen erzeugt rerden. Dazu dienen in die Schleifsäheibe, eingesetzte, arallel zur Schleifscheibenachse angeordnete Bolzen i #s magnetostriktivem Werkstoff, z. B. Nickel, die von einem Magnetfeld hoher Frequenz zu radialen hwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen erden an die Schleifscheibe übertragen, so daß diese i # ihrer radialen Ebene zwischen zwei unterschied-1 chen Durchmessern schwingt. Dadurch wird die 1 chleifwirkung, insbesondere auch bei sehr harten Werkstoffen, gegenüber den bekannten Schleifeaschinen wesentlich erhöht. Nachteilig ist dabei der e 1 eheblidhe Bauaufwand für die Schleifscheibe infolge er eingesetzten Bolzen sowie unter Umständen auftketende asymmetrische Verhältnisse bei Ausfall bzw. ungleichmäßiger Verteilung der in die Schleifscheibe eingesetzten Bolzen.
  • Ferner ist ein Ultraschallwerkzeug bekannt, bei dem dem Werkzeughalter von einem Ultraschallgpnerator ebenfalls Längsschwingungen aufgedrückt werden. In einem rechten Winkel zum Werkzeugh#Iter ist in einem Punkt größter Amplitude der Längsschwingung das Werkzeug eingespannt, das somit ebenfalls zu Längsschwingungen angeregt wird und zum Schneiden von Innengewinden dienen kann.
  • Es ist aus der Physik des Schalls bekannt, daß bei einem longitudinal schwingenden zylindrischen Stab jeweils ein Schwingungsbauch der Längsschwingung an den beiden Enden des Stabes auftritt, wenn die änge des Stabes gleich der halben Wellenlänge ist uhd der Stab an beiden Enden frei schwingen kann. In der Mitte des Stabes ergibt sich dann ein Knotenpunkt der Längsschwingung. Es läßt sich feststellen, daß in dem Knotenpunkt in der Mitte des Stabes eine Kontraktion im Durchmesser auftritt. Die Größe dieser Kontraktion ist abhängig von der Schwingungsamplitude, dem Stabdurchmesser und der Poisson-Zahl, die das Verhältnis von Durchmesseränderung zu Längenänderung angibt. Die Kontraktion in Xädialrichtung läßt sich errechnen. Bei ansteigenden Di#rchmessem des Stabes ergibt sich ein Ansteigen der radialen Amplitude. Die Amplitude erreicht ein Maximum bei einem Durchmesser, der abhängig von der Schwingungsfrequenz ist, wobei die Frequenz der Längsschwingung im Stab gleich der radialen Resonanzfrequenz des Stabes ist. Es lassen sich somit Radialschwingungen in einem Stab erzeugen, der von einem Ultraschallgenerator zu Längsschwingungen angeregt ist. Diese Radialschwingungen treten im Bereich der Knotenpunkte der Längsschwingung auf.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Radialschwingungen in der Schleifscheibe einer Schleifmaschine in einfacher und zweckmäßiger Weise zu erzeugen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Anwendung einer Ultraschall-Schwingungseinrichtung, bei der die axialen Längsschwingungen infolge Querkontraktion bzw. Querverdickung in einem Schwingungsknoten zur radial gerichteten Schwingung führen, an einer Schleifmaschine mit rotierend angetriebener, zwischen Antriebsende und Schleifscheibennabe den Ultraschallgenerator tragenden Schleifspindel unter Anordnung der Radialebene von Nabe und Schleifscheibe in Schwingungsknoten gelöst.
  • Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß zur Erzeugung von radialen Schwingungen in einer Schleifmaschine die Schleifscheibe sehr einfach ausgebildet sein kann. Ferner vermittelt die Schleifmaschine gemäß der Erfindung eine sehr gute Schleifwirkung, ohne daß die Werkstückoberfläche unzulässig erhitzt oder beschädigt wird. Die Abnutzung der Schleifscheibe ist vermindert. Die erhöhte Schleifwirkung trifft insbesondere beim Schleifen von sehr harten Werkstoffen ein. Die Durchmesseränderung der Schleifscheibe beim Schwingen in radialer Richtung ist über den gesamten Umfang hinweg völlig gleichmäßig. Schließlich ist auch die Anpassung des Ultraschallgenerators erleichtert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schleifmaschine, F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Antrieb der Schleifmaschine nach F i g. 1, F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Schleifscheibe und ihre Nahe, F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 2, F i g. 5 eine schematische Darstellung der Schleifscheibe und F i g. 6 und 7 Schnitte von zwei anderen Ausführungsarten der Schleifscheibennabe.
  • Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Schleifmaschine, die mit Ultraschallschwingungen arbeitet, einen Ständer 10 mit Schienen, längs denen der Schlitten 12 auf bekannte Art mittels eines Handrades 14 vertikal verschoben werden kann. Der Arbeitstisch 16 kann in horizontaler Richtung auf den Ständer 10 zu oder von ihm weg auf Schienen 18 gleitend bewegt werden. Diese Anordnung des Arbeitstisches und der Schleifmaschine ist bekannt. Ein zu bearbeitendes Werkstück W ist auf dem Arbeitstisch befestigt und 'kann erforderlichenfalls durch einen vom Arbeitstisch getragenen Schwinger T, selbst Ultraschwingungen unterworfen werden.
  • Das Teil D für den Antrieb besitzt (F i g. 2) eine Schleifspindel 20, die sich um ihre Längsachse 22 dreht. Die Länge dieser Schleifspindel ist derart bemessen, daß, wenn sie mit ihrem Teil G mit dem Ultraschallgenerator T2 verbunden ist, ihr äußeres Ende 26 eine Schwingung mit einer Frequenz von ungefähr 20 000 Hz ausführt und sich in einem Schwingungsbauch befindet. Das Ende 24 der Schleifspindel ist an dem Ultraschallgenerator T2 befestigt.
  • Die Schleifspindel 20 hat einen Flansch 28. Dieser Flansch schneidet die Achse 22 der Schleifspindel 20 genau in einem Knotenpunkt der Schwingung. Bekanntlich ruft ein Zusammenpressen in einer Richtung eine Ausdehnung in einer dazu senkrechten Richtung in einem Werkstück hervor. Das gegenseitige Verhältnis ergibt sich unter anderem aus der Poisson-Zahl. Da der Flansch 28 genau in der die Achse 22 in einem Knotenpunkt schneidenden Ebene gelegen ist, ergeben sich keine Schwingungen längs der Achse, aber Radialschwingungen in dem Tragflansch als Ergebnis der Wirkung des Schwingers T.. Dieser Flansch 28 ist an einem Lagerring 32 unter Zwischenschaltung eines Ringes 34 aus schwingungsdämpfendem Material mittels Schrauben 36 befestigt. Auf diese Art sind die auf den Lagerring 32 übertragenen Schwingungen minimal.
  • Der Lagerring 32 besitzt eine Ringnut 38 mit einer Umfangsfläche 40, die in einem zweiteiligen Lagerkörper, dessen einer Teil 46 mit dem Kopf 12 der Maschine fest verbunden ist und dessen zweiter Teil 48 (F i g. 4) mittels Schraubenbolzen 50 an seinem Platz gehalten ist, drehbar gelagert ist. Die Schmierung des Lagers erfolgt durch den Eintritt 52 über Kanäle 54, 56, 58 und 60 und den Austritt 62. Dichtringe 64 sind an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilen des Lagerkörpers 44 angeordnet, um das Lecken von Schmiermittel zu vermeiden.
  • Der Lagerring 32 wird durch einen zylindrischen Teil 66 in Rotation versetzt, der den Ultraschallgenerator T, umgibt, und dessen entgegengesetztes Ende von einem Lagerbock 68 getragen ist. Der zylindrische Teil 66 ist an einem Ende durch ein Abschlußstück 70, an dem eine Tragnabe 72 mittels Schraubenbolzen 74 befestigt ist, abgeschlossen. Die Tragnabe 72 besitzt eine Verlängerung 76 verringerten Durchmessers, die sich in der Lagerhülse 78 des Lagerbockes 68 drehen kann. Eine Schulter 80 und eine Zwischenscheibe 82 auf der einen Seite und ein Bund 84 und eine Zwischenscheibe 86 auf der anderen Seite verhindern Längsbewegungen der Nabe 72. Auf dem Grund des Absatzes 90, 94 ist eine Riemenscheibe 92 angeschraubt. Isolierstoffteile 100 sind zwischen den Schleifringen 96 und 98 für den elektrischen Anschluß des Ultraschallgenerators angeordnet, der mit einer Wechselspannungsquelle durch Bürsten 116 über Leitungen 118, 120 verbunden ist.
  • Der Ultraschallgenerator T, wird durch ebene Lamellen 104 aus magnetostriktivem Material gebildet, die starr, z. B. durch Löten, an der Stirnfläche 24 der Schleifspindel 20 befestigt sind.
  • Die Schleifscheibe A ist am Umfang der Nabe 122 auf einem Flansch 124 starr befestigt. Die Nabe 122 ist lösbar an der Stimfläche 26 der Schleifspindel 20 befestigt. Der Flansch 124 liegt in einer Radialebene, in der die Längsschwingungen einen Knoten bilden. Die, radialen Schwingungen werden deshalb in dem radialen Flansch 124 erzeugt und quer durch diesen auf die Schleifscheibe A übertragen.
  • Damit die Schwingungen von dem metallischen Teil des Flansches 124 auf die Schleifscheibe A wirksam übertragen werden, wird die mechanische Impedanz Z" der Schleifscheibe A gleich der Impedanz der Nahe Zh gewählt. Diese Impedanzen sind durch die folgenden Formeln gegeben (F i g. 5): Hierbei ist X, er Radius eines gedachten Flansches, der eine der Periode der Längsschwingung in der Nabe entsprechende Periode der Radialschwingung besitzt; X# der Außenradius einer Schleifscheibe, die eine der Schwingungsperiode der Nahe entsprechende Periode besitzt; A" die Umfangsfläche einer Nabe, die einer Nabe mit den gewünschten Abmessungen entspricht; AW die Umfangsfläche der Nabe; Yh der Young-Modul des Nabenwerkstoffes; Y" der Young-Modul der Schleifscheibe; Ch die Schallgeschwindigkeit im Nabenwerkstoff; C, die Schallgeschwindigkeit in der Schleifscheibe; W, die Winkelfrequenz (23tf) der Schwingung des gedachten Systems Generator-Nabe in einem einzigen Werkstoff; W#, die Winkelfrequenz (2nf) der gewünschten Schwingung der zusammengesetzten Nabe; X" die Änderung für die Größe X, um X der Schleifscheibe mitX", = X2 - (X, - Xl), bei Zh = Z" zu erzielen. Zur Verbindung zwischen Schleifscheibe und Nabe kann ein festes Bindemittel, z. B. Epoxyharz mit niedriger Polymerisationstemperatur, nämlich unter der bei 60" C, verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise sind die Umfangsflächen der 1 c ei s eibe A und des Flansches 124 kegelstumpförmig und einander angepaßt. Dann wird das Bindeittel, das auf jede der Flächen vor dem Verbinden ufgetragen wird, im Augenblick des Verbindens nicht on diesen Flächen weggewischt, was der Fall wäre, lenn die Flächen zylindrisch sind; ein Winkel von ngefähr 100 ist ausreichend. Ferner ist eine rauhe Infangsfläche des Flansches 124 günstig.
  • In F i g. 3 ist eine zusätzliche Lagerung dargestellt, ie aus einem Bolzen 132 besteht, welcher in eine ängsbohrung 128 greift, die bis zur Flanschebene 1 ingearbeitet ist. Ein Kunststofflagerring 130 ist auf ein äußeren Ende des Bolzens 132 angeordnet und egen Verschiebungen in Achsrichtung durch eine chulter 134 des Schaftes 132 und durch das Stirn-##ride der Bohrung 128 gesichert. Der Bolzen 132 hat einen Bund 136 für die Befesti ng am Träger 138. 9u Gemäß der Ausführungsart nach F i g. 6 hat die metallische Nabe 144 der Schleifscheibe einen inneren Teil 145 und einen gegenüber diesem durch einen gingspalt 147 getrennten äußeren Teil 146. Die Querschnittsfläche des ringförmigen äußeren Teils 146 ist gleich derjenigen des inneren Teils 145, und der Ringspalt 147 legt die Radialebene, in der sich die Schleifscheibe befindet, genau in Höhe eines Knotenpunktes 148 der Längsschwingung in der Nabe fest.
  • Gemäß der Ausführungsart nach F i g. 7 hat die Nabe 150 eine Aushöhlung 152, deren Scheitel im axialen Knotenpunkt bei 153 in der Ebene der Schleifscheibe 154 liegt. Bei dieser Ausführungsart ist die Schleifscheibe an einem gesonderten metallischen kegeligen Ring 156 befestigt, der zusammen mit dem Schleifring 154 an der Nabe durch einen mittels Schraubenbolzen 159 befestigten Ring 158 starr, aber lösbar gehalten wird.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Anwendung einer Ultraschall-Schwingungseinrichtung, bei der die axialen Längsschwingungen infolge Querkontraktion bzw. Querverdickung in einem Schwingungsknoten zu radial gerichteten Schwingungen führen, an einer Schleifmaschine mit rotierend angetriebener, zwischen Antriebsende (92) und Schleifscheibennabe (122) den Ultraschallgenerator (T.) tragenden Schleifspindel (72, 66, 20) unter Anordnung der Radialebene von Nabe, (122, 144, 150) und Schleifscheibe (A) im Schwingungsknoten.
  2. 2. Schleifinaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (122, 144, 150) einen sich radial erstreckenden, die Schleifscheibe tragenden Flansch (124, 155) mit kegelstumpfföriniger Umfangsfläche aufweist. 3. Schleifmasdhine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (122, 144, 150) mit einem an einem Lagerring (32) befestigten zweiten Flansch (28) des Schleifspindelteils (20) verbunden ist, dessen Radialebene in einem Knotenpunkt der Längsschwingungen liegt. 4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (122, 144, 150) an der Stirnseite (26) der mit dem Flansch (28) versehene Antriebsspindel lösbar befestigt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 743 212, 915 769; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1796 111; USA.-Patentschriften Nr. 2 695 478, 2 968 152-, Zeitschrift Machinery vom 20.12.1957, S. 1443, 1444; Lehfeld, Ultraschall in der Feinbearbeitung, DEVA-Fachverlag, 1957, S. 64 bis 66; J. Matauschek, Einführung in die Ultraschalltechnik, VEB-Verlag Technik Berlin, II. Auflage, August 1961, S. 33 bis 35 und 77 bis 80.
DES81410A 1961-09-13 1962-09-12 Schleifmaschine mit Ultraschallgenerator Pending DE1277700B (de)

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Citations (5)

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DE743212C (de) * 1940-07-28 1943-12-20 Gewerkschaft Mathias Stinnes Vorrichtung zum Schneiden von Objekten mit Hilfe schwingender, durch Schallsender angetriebener Messer
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