DE1652137A1

DE1652137A1 - Vibrationsschleif-Verfahren und -Maschine

Info

Publication number: DE1652137A1
Application number: DE19671652137
Authority: DE
Inventors: Loring Coes Jun
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1970-05-14
Also published as: US3451171A; DE6603477U; CH482503A; SE340935B; GB1207170A; FR1548746A

Description

BERLIN SS 8 MÜNCHEN 27

II^II Dr.-Ing. HANS RUSCHKE DlpUng. HEINZ AOULAR

^1Zr PATENTANWÄLTE

Berlin Weit 74 94 Mönchen 682 77 Bankkonto: _ _ _ _ . _ _ Bankkonto: Bank f. Handel u. Industrie 1 RR/ 1 I/ Dreadner Bank Depoaitenkaete 82 I U V X. I v/ # Manchen Berlin 33 Dep.-Kaste LeopoldstraBe Teplitzer StraBe 42 Kto. 69 515 Kto. 82 7006 _# Telearamm-Adreeae: TelegrammAdreM.: Qu.ck.tar München Quadratur Berlin ^^

N 50!

ö7bi

Norton Company, Worcester 6, Massachusetts, V.St.A.

Yibrationsschleif-verfahren und -maschine

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbesserungen in Verfahren und Maschinen für Schleifscheiben.

Bei den früheren Schleifverfahren und -maschinen ist festgestellt worden, daß der Schleifgrad einer Schleifscheibe unter konstanten Druckbedingungen mit der Anwendungszeit abnimmt. Die Maschinenbedienungen haben Handverfahren zur Unterbrechung der konstanten Druckberührung zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück entwickelt, um die Abnahme im Schleifgrad aufzuheben.

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Das einfachste Verfahren zur Unterbrechung der Druckberührung ist die aufeinanderfolgende Trennung der sich schnell drehenden Scheibe von dem Werkstück, aber dies erfordert die dauernde Aufmerksamkeit des Arbeiters. In einem anderen Verfahren wird das Werkstück mit einem Hammer angeschlagen, um dem Werkstück eine Schwingung zu erteilen. Die Schwingungsbewegung ist auoh durch Anstoßen der Schleifscheibe mit dem Werkstück erzeugt worden, aber bei den beiden letzterwähnten Verfahren besteht die Möglichkeit einer Gefahr für die Arbeiter infolge des Springens und Brechens der Schleifacheiben.

Ee besteht daher der Bedarf für ein Schleifverfahren, welches die Bildung der intermittierenden Druckberührung zwischen einer schnell umlaufenden Schleifscheibe und einem Werkstück verbessert.

Gemäß der Erfindung ist ein Schleifverfahren geschaffen, in welchem die Berührung eines Werkstückes mit einer Schleifscheibe mit einer regelmäßigen Frequenz verändert wird, die von der Umlauffrequenz verschieden ist.

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Se ist auch eine Schleifmaschine vorgesehen, die eine umlaufende Schleifscheibe und eine Einrichtung aufweist, UH die Berührung der Scheibe mit einem Werkstück ■it einer regelmäßigen Frequenz zu ändern.

Durch diese Technik wird gewöhnlich eine Abnahme in der Länge der ununterbrochenen Bahn der einzelnen Schleifkörner über das Werkstück und eine Verringerung in der Stauberoeion der Soheibe sowie eine Zunahme in dem Schleifrerhältnis bewirkt.

Mit der Änderung in der Berührung ist sowohl eine wirkliche Trennung der Soheibe und des Werkstückes als auch eine Änderung des Druckes gemeint, mit welchem die Soheibe angelegt wird.

Nachfolgend sind Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert, in welchen sindι Fig. 1 eine sohematisohe Seitenansicht einer Schleifscheibe nach Verwendung in der in Fig. 5 gezeigten Schleifmaschine, wobei die Abnutzung über einen Teil des Umfanges aus Gründen der Deutlichkeit übertrieben dargestellt ist,

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Fig. 2 eine Schrägansicht einer Schleifmaschinenart, bei

der von der Erfindung Gebrauch gemacht ist, Fig. 3 und 4 die graphische Darstellung einiger der durch

die Erfindung erzeugten verbesserten Ergebnisse und Fig. 5 eine teilweise ausgebrochene Seitenansicht, die

eine andere Schleifmaschinenart mit der Erfindung zeigt.

Die Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 5 erklärt. Die auf dem Fußboden angebrachte Schleifmaschine nach Fig. 5 hat einen ortsfesten Motor 5, der betriebsmäßig mit der Schwenk- und Bockwelle θ und der Spindel 7 durch biegsame Antriebe, wie Riemen, verbunden ist. Die Schleifscheibe 10 und ein Zahnrad 14» welches beispielsweise vierzehn Zähne aufweist, sind beide zur Drehung mit der Spindel 7 befestigt. Ein zweites Zahnrad 12 mit zwölf Zähnen steht mit dem Zahnrad I4 im Eingriff und wird durch dasselbe angetrieben. Das Zahnrad 12 ist absichtlich so hergestellt, daß es um seine Drehachse herum unausgeglichen ist und für diesen Zweck ist ein exsentrisch angeordnetes Gewicht 13 an dem Zahnrad 12 befestigt.

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Im Betrieb wird die Scheibe mit einer Kraft f_ an das Werkstück angelegt, und es wird eine gesteuerte intermittierende Druckberiihrung zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück aufrechterhalten. Der intermittierende Druck wird durch den Umlauf des exzentrisch belasteten Zahnrades 12 erzeugt, und wenn die Schleifscheibe sich dreht, rückt der Bereich der maximalen Druokberührung mit einem gleich.förmigen Ausmaß rund um den Umfang der Scheibe« vorzugsweise in der Drehrichtung der Scheibe, vor. Bevor die Berührung zwischen dem Werkstück und dem Scheibenumfang an irgendeinem Funkt an dem Umfang wiederholt wird, macht

An
die Scheibe eine große\zahl von Drehungen.

Die fortlaufenden Berührungspunkte sind in Fig. 1 gezeigt, wie sie längs Radiallinien 1, 2, 5, 4 usw. mit einem Winkel·^erscheinen, die zwischen den Berührungen bestimmt sind. An den Berührungspunkten wird ein höherer Einheitsdruck zwischen dem Rad und dem Werkstück ohne Überschreitung der verfügbaren Kraft ungeachtet der Größe des Werkstückes ausgeübt. Die durch die relative Ein- und-Ausbewegung der Scheibe bewirkte intermittierende Berührung

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verringert die ununterbrochene Bahn der einzelnen Schleifkörner, welche das Werkstück berühren, mit einer sich daraus ergebenden Verminderung in der Stauberosion und eine Zunahme in dem Schleifverhältnis.

In der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, die Schleifscheibe und die Yibratorantriebe so zu kuppeln, daß das Verhältnis der Scheibenvibrationsfrequenz zu der Scheibenumlauffrequenz etwas größer als eins ist. Wenn dieses Verhältnis eine klein· ganze Zahl oder ein einfacher kleiner Bruch ist, sucht die Arbeit fortschreitend holperig zu werden und führt zum Klemmen, Festlaufen und gewöhnlich zum Bruch der Schleifscheibe.

Wenn das Spindelzahnrad N₁ Zähne und das unausgeglichene Zahnrad N₂ Zähne hat, dann ist mit einer Umlaufgeschwindigkeit von w U.p.m. die Vibrations- oder Schwingungsfrequenz w N₁Zn₂ Zyklen pro Minute, rfenn, wie bevorzugt, N₁ "/> N₂ ist, dann findet jeder aufeinanderfolgende Stoß unter eines Winkelet = (N₁ - N_g) 36O /N₁ Grad in Front von dem vorhergehenden Stoßpunkt statt.

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In der in Fig. 2 gezeigten Trennmaschine hat das direkt durch den Motor 15 angetriebene Zahnrad 60 sechzig Zähne, .nährend das Zahnrad 6t auf der Scheibenspindel, welches mit des Zahnrad 60 im Eingriff steht, einundsechzig Zähne hat. Der Motor 15 treibt das unausgeglichene Zahnrad 6o an, welches seinerseits das Zahnrad 61 auf der Soheibenspindel antreibt, wobei gleichzeitig die geforderte Vibration oder Schwingung erzeugt wird. Die Zahnräder 12 in Fig. 5 und die Zahnräder 60 in Fig. 2 können entweder durch Anbringung τοη Bleigewichten 13 in exzentrischen Stellungen unausgeglichen sein, oder aber indem man die Zahnräder mit exzentrisch angeordneten hindurchgehenden Löchern versieht.

In der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion ist die motorangetriebene Scheibe 6 nicht direkt auf der Schleifscheibenspindel, wie bei 7 in Fig. 5» montiert. Im Gegensatz su Fig. 2 hat die Anordnung naoh Fig. 5 den Vorteil, daB die "Kraft des Motors nicht durch Zahnräder übertragen su werden brauoht. Obwohl die Anordnung nach Fig. 2 für eine kleine oder leichte Maschine zufriedenstellend ist, ist es in einer großen schweren Maschine, z.B. in einer auf dem Fußboden stehenden Schleifmaschine, besser, den

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Motor, «ie in Fig. 5 gezeigt ι ortsfest zu halten, so daß er keinen Teil des vibrierenden Systemes bildet. Sie Schleifscheibe wird dann durch eine Zwischendoppelscheibe θ auf der Schwenkachse des Schwingrahmens angetrieben.

In der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion, wo die - Zahnräder 60 und 61 sechzig bzw. einundeechzig Zähne haben, ist der Stoßvoreilwinkel^XT 5,9° zum Unterschied von 51,4° in Fig. 5, wo die Zahnräder 12 und 14 zwölf bzw. vierzehn Zähne haben.

Mit dem Motor in Fig. 2, der mit einer Geschwindigkeit von 15ΟΟ U.p.m. läuft, vibriert die Scheibenmotorverbindung mit einer Frequenz von 1525 Zyklen / Minute.

Sie folgenden bevorzugten spezifischen Arbeitsausführungen erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Sie in Fig. 2 gezeigte Trennmaschine wird durch einen Induktionsmotor von I/3 FS angetrieben, der mit der Scheibenspindel über einen Riemen verbunden ist, wobei die Spindelgeschwindigkeit 15ΟΟ U.p.m. beträgt. Mit dem Spindelzahnrad von einundsechzig Zähnen und dem unausgeglichenen Zahnrad von sechzig Zähnen beträgt der

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Voreilwinkel 5»9°· Die Scheiben - Motorverbindung vibriert um ihren Schwenkpunkt mit einer Frequenz von 1525 Zyklen / Minute.

Mit der Maschine wurden Trennteste durchgeführt, wobei Metalle und Keramiken geschnitten wurden, und zwar mit dem unausgeglichenen Zahnrad 60 im Eingriff und außer Eingriffi um die Schwingungs- oder Vibrationswirkung zu zeigen. Die benutzten Schleifscheiben waren Trennscheiben, die aus denen ausgewählt wurden, die in "Abrasives and Grinding Wheels, Copyright 1954, 1957 and 1958 by Norton Company, Worcester, Massachusetts, 1965 edition" offenbart sind·

Eine Reihe von Schnitten wurde an Nateo Keramikteilen ausgeführt, wobei eine Trennscheibe 20,32 cm (8") Außendurchmesser, 1,59 mm (1/16") dick, 31,75 mm (1 1/4") Innendurchmesser mit einer Bezeichnung 37 C 36 MOR - 30 benutzt wurde. Die Schleifscheibe wurde unter den folgenden Bedingungen benutztt

Scheibenspindelzahnrad 61 Zähne Unausgeglichenes Zahnrad 60 Zähne

Unausgeglichenheitsausmaß 366 gm.cm.

Vertikalkraft 3,63 kg Schleifzeit 30 sek.

Spindelgeschwindigkeit I5OO U.p.m.

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Es wurden acht Schnitte «it der gleichen Scheibe abwechselnd zwischen Vibration und Nichtvibration in aufeinanderfolgenden Schnitten ausgeführt.

Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle I aufgeführt!

Tabelle I

Schnitt	Vib.	Ober	Ab	Schnitt	G	)	O.57O	Schneid-
		flächen	nutzung „ (6,45 c* )	(6,45 cm²;		O.368	S^rad _2/ (6,45 cm /
No.		Geschwin	(in.²)	(in.²)		O.54O	mizx j (in. /min)
		digkeit der Schleif			0.559
	nein	scheibe 30,48 cm/Mi nute (Peet/Minu- te)	1.24	o,	0.294	Ο.916
1	ja	2940	1.92	0.	O.254	1.416
CM	nein	2890	1.57	0.	O.25O	Ο.932
3	ja	2850	2.04	o.	0.222	1.466
4	nein	2780	1.68	0.	Ο.99Ο
5	ja	2705	2.48	0.	1.264
ON	nein	2650	2.28	0.	1.050
7	ja	2560	5.01	0.	1.340
8	2470
.458
.708
.466
• 755
• 495
.652
.525
.670

In der vorstehenden Tabelle ist das Schleifverhältnis G gleich dem Volumen des Materialschnittes über dem Volumen der Scheibenabnutzung. Um außerdem die Vergleichsdaten der Tabelle I und die Vibrationsvorteile gegen keine

Vibration zu erläutern, wurden die in Fig. 3 und 4 gezeigten Kurven aufgezeichnet.

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In Fig· 3 ist su sehen, daß der Sohneidgrad mit Vibration etwa 1-1/2 Mal dem herkömmlichen normalen Gr.ad ist. In Fig« 4 ist auch zu ethen, daß diese Zunahme im Sohneidgrad mit keiner sichtbaren Aufgabe im Schleifverhält nie ausgeführt ist. Sie Schneidkosten sind daher um etwa 1/3 redusiert.

Beispiel 2

£· wurde eine Reihe von* Schnitten an CR. - Stahl Ton 25,4 ■■ Durohmesser ausgeführt, wobei die Trennmaschine naoh Beispiel 1 mit dem unausgeglichenen Zahnrad im Eingriff und außer Eingriff benutzt wurde. Die gleichgroße Schleifscheibe wurde mit zwei verschiedenen Schleifscheibenangaben, wie folgt, unter den folgenden Bedingungen benutzt t

Soheibenspindelzahnrad	61 Zähne	,45 cm²)
Unausgeglichenes Zahnrad	60 Zähne	(in.²)
Unausgegliohenheitsausmaß	366 gm.cm.
Vertikalkraft	3,63 kg
Ho. Schnitte/Zustand	20 (-15,7 x 6

Spindelgeschwindigkeit	15OO U.p.m.

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	Vib.	Zeit (min. «	Tabelle II	ö	Schnitt grad _ (6,45 cm /std) (in. ²Ar)	Aus sehen
Scheiben angabe	ja	20.49	Soheiben- } abnutzung (6,45 cm²) (in.²)	.74	46.O	Rein
A56ROR-3O	nein	27.87	9.02 1	.84	33· β	Leichter örat und Ver brennung
A56ROR-5O	ja	16.57	8.51 1	.1	57-0	Il Il
A46T6B9	nein	22.92	0.68 25	.2	41.0	Schwerer Grat und Ver brennung
A46T6B9		O.65 24

Es ist ersichtlich, daß die Vibrationsbenutzung in jedem Falle die Schneidzeit um mehr als 25% bei keiner Aufgabe im Schleifverhältnis 6 verringert hat. Die Schneidkosten sind daher um 25 $ vermindert. Die Vibrationsbenutzung verbesserte in beiden Fällen das erzeugte Aussehen.

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Claims

Patentansprüche

1. Schleifverfahren, in welchem die Berührung eines Werkstückes mit einer Schleifscheibe verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung mit einer regelmäßigen, von der Umlauffrequenz verschiedenen Frequenz verändert wird. ■

2. Schleifverfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Berührungsänderungsfrequenz gröfer als die Umlauffrequenz ist.

3· Schleifverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsänderungsfrequenz eine Reihe von Berührungsänderungspunkten ergibt, die voneinander durch Radien im Abstand angeordnet sind, welche einen spitzen Winkel bilden.

4. Schleifmaschine mit drehbarer Schleifscheibe und einem Berührungsalternator zur Änderung der Berührung der Scheibe mit einem Werkstück, daduroh gekennzeichnet, daß der Berührungsalternator (12,6O) mit einer regelmäßigen Frequenz betätigbar ist, die von der umlauffrequenz der Scheibe (10) verschieden ist.

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5. Schleifmaschine nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungsalternator (12,60) durch einen Antrieb (5»¹5) ^für die Scheibe angetrieben wird.

6. Schleifmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Alternator ein unausgeglichenes mit der Scheibe in einem schwenkbar angebrachten Rahmen montiertes Drehteil (12,6o) ist, welches mit eine-r von der Scheibe (10) verschiedenen Umlauffrequenz angetrieben werden kann.

7» Schleifmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil ein unausgeglichenes Zahnrad (I2,6o) ist, welches mit einem zweiten Zahnrad (14,61) von abweichender Zähnezahl im Eingriff steht, das antriebsmäßig mit der Scheibe (10) verbunden ist.

8. Schleifmaschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Antiebsmotor (13) an dem Rahmen zum Antrieb des unausgeglichenen Zahnrades (6o) angebracht ist.

9* Schleifmaschine nach Anspruch 7r dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor (5) auf einem ortsfesten Sockel angebracht und antriebsmäßig mit dem zweiten Zahnrad (14) verbunden ist.

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