DE19715064A1 - Polishing spindle with active magnetic bearing - Google Patents

Polishing spindle with active magnetic bearing

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DE19715064A1
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DE1997115064
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Peter-Klaus Prof Dr Sc T Budig
Ralf Dr Ing Werner
Volker Dr Ing Herold
Dieter Dr Ing Bergner
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ELEKTRISCHE AUTOMATISIERUNGS U
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ELEKTRISCHE AUTOMATISIERUNGS U
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
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    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
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    • B24B47/10—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces
    • B24B47/12—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces by mechanical gearing or electric power

Abstract

The polishing spindle has a drive motor in magnetic bearings which take up radial and axial forces. The position and the pressing force of the motor shaft carrying the polishing tool can be influenced in the radial and axial directions. The radial and axial magnetic bearings are electrically stimulated so that the shaft bearing can be set to an approximately null deviation with respect to the geometric centre of the bearing.

Description

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Gegenstand der Erfindung ist eine spezielle Polierspindel, bei der durch eine entsprechende Ausführung der Lagerung (aktive Magnetlagerung) verschiedene Teilfunktionen einer Polierspindel (Antrieb, Lagerung, Überlagerung mehrerer Bewegungskomponenten sowie Aufbringung der Axialkraft) in einem System integriert sind. Vorzugsweise wird die derartige Spindel zum Polieren eingesetzt. Denkbar sind aber auch Anwendungen z. B. beim Entgraten.The invention relates to a special polishing spindle, in which by a corresponding execution of the bearing (active magnetic bearing) different Sub-functions of a polishing spindle (drive, storage, overlaying several Motion components and application of the axial force) integrated in one system are. The spindle of this type is preferably used for polishing. Are conceivable but also applications such. B. when deburring.

Polierverfahren werden zur Erzeugung bzw. Glättung verschiedener Funktions-flächen eingesetzt.Polishing processes are used to create or smooth various functional surfaces used.

Diese erzeugten Flächen können folgende Funktionen erfüllen:
These generated surfaces can perform the following functions:

  • - Sichtflächen (möglichst strukturlos oder mit gezielt anisotroper Oberflächenstruktur), z. B. Lackoberflächen, bei denen ein möglichst absatzfreier Übergang zwischen bearbeiten und angrenzender Fläche angestrebt wird- visible surfaces (as structurally as possible or with a targeted anisotropy Surface structure), e.g. B. lacquered surfaces in which a possible sales-free The transition between working and adjacent surface is sought
  • - Kontaktflächen d. h. Flächen, die mit festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen statisch oder dynamisch in Kontakt kommen und dabei ein bestimmtes Verhalten zeigen; z. B. Gleitflächen, Dichtflächen, Strömungsflächen an oder in hydraulischen oder pneumatischen Komponenten, Abformflächen (z. B. in Spritzgießwerkzeugen oder Umformwerkzeugen),- contact surfaces d. H. Areas covered with solid, liquid or gaseous substances come into static or dynamic contact and thereby a certain behavior demonstrate; e.g. B. sliding surfaces, sealing surfaces, flow surfaces on or in hydraulic or pneumatic components, impression surfaces (e.g. in injection molds or forming tools),
  • - optisch wirksame Oberflächen (optische Funktionsflächen) Bei der hochgenauen Bearbeitung von optischen Funktionsflächen, die eine Wirkung im Zusammenhang mit der Lichtausbreitung (Reflexion, Brechung) ausüben sollen, wird neben der guten Glättung (geringe Rauheit) auch eine gezielte Beeinflussung der Makrogeometrie (Formgenauigkeit) bezweckt. Ein typisches Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Polierspindel wird beim sogenannten rechnergesteuerten lokalen Korrekturpolieren gesehen.- optically effective surfaces (optical functional surfaces) In the high-precision machining of optical functional surfaces, the one Effect in connection with the propagation of light (reflection, refraction) in addition to good smoothing (low roughness) targeted influencing of the macro geometry (shape accuracy). A typical application of the polishing spindle according to the invention is in seen so-called computer-controlled local correction polishing.
Bekannte Lösungen/Stand der TechnikKnown solutions / state of the art

Die Realisierung eines Spindelsystems für das Polieren erfordert die Schaffung folgender Teilfunktionen:
The implementation of a spindle system for polishing requires the creation of the following sub-functions:

  • - Antrieb und Lagerung
    • bekannte Lösungen für Antriebe:
    • - elektrisch
    • - pneumatisch
    • - hydraulisch
    • bekannte Lösungen für Spindellagerungen:
    • - Gleitlager
    • - Wälzlager
    • - hydrostatisch und -dynamische Lager
    • - aerostatische und -dynamische Lager
    • - aktive und passive Magnetlager (bisher für andere Bearbeitungsspindeln)
    - Drive and storage
    • Known solutions for drives:
    • - electrical
    • - pneumatic
    • - hydraulic
    • Known solutions for spindle bearings:
    • - Bearings
    • - Roller bearing
    • - hydrostatic and dynamic bearings
    • - aerostatic and dynamic bearings
    • - active and passive magnetic bearings (previously for other machining spindles)
  • - Erzeugung einer Axialkraft zum Aufbau eines definierten Polierdruckes
    • bekannte Lösungen:
    • - durch Gewicht
    • - durch Federkraft
    • - hydraulisch
    • - pneumatisch
    - Generation of an axial force to build up a defined polishing pressure
    • known solutions:
    • - by weight
    • - by spring force
    • - hydraulic
    • - pneumatic
  • - Überlagerung mehrerer Bewegungen (Polierkinematik), um die gewünschten Bearbeitungsergebnisse (Oberflächenstruktur) zu erreichen
    • bekannte Lösungen:
    • - translatorisch schwingende Bewegung mit frei beweglichem oder angetriebenem Polierwerkzeug
    • - exzentrische Rotation mit frei beweglichem oder angetriebenem Polierwerkzeug (Zweifachrotation) (Siehe Bild)
    - Superposition of several movements (polishing kinematics) to achieve the desired machining results (surface structure)
    • known solutions:
    • - translatory oscillating movement with freely movable or driven polishing tool
    • - eccentric rotation with freely movable or driven polishing tool (double rotation) (see picture)
Wesen der ErfindungEssence of the invention

Im Grundaufbau wird auf bekannte Ausführungen magnetisch gelagerter Spindeln mit integriertem Antrieb zurückgegriffen.The basic structure is based on known versions of magnetically mounted spindles integrated drive.

Diese bestehen überlicherweise aus mindestens zwei Radiallagern und einem Axiallager.These usually consist of at least two radial bearings and one Thrust bearing.

Diesen Komponenten sind jeweils entsprechende Positionsmeßsysteme, Spulesysteme und Regelungssysteme zur Beeinflussung der Lage des Rotors zugeordnet.Corresponding position measuring systems, coil systems, are in each case these components and control systems for influencing the position of the rotor.

Im Gegensatz zu bekannten Lösungen (z. B. Fräs- oder Schleifspindeln) wird jedoch nicht das Hauptaugenmerk auf eine hohe Steife in axialer und radialer Richtung gelegt, sondern ein möglichst großer Bewegungsbereich (entsprechend dem Lagerluftspalt in axialer bzw. radialer Richtung) angestrebt.In contrast to known solutions (e.g. milling or grinding spindles), however not focused on high rigidity in the axial and radial directions, but as large a range of motion as possible (corresponding to the bearing air gap in axial or radial direction).

Die Realisierung einer Polierspindel mit aktiver Magnetlagerung ermöglicht folgende vorteilhaft Merkmale:
The realization of a polishing spindle with active magnetic bearings enables the following advantageous features:

  • - freiwählbare/frei programmierebare planare Bewegung, die z. B. auch während eines Bearbeitungsprozesses einfach verändert werden kann
    z. B. Zweifach-Rotation mit wählbarem Exzenter
    radiale Oszillation mit feststehender oder rotierender Bewegungsrichtung
    Überlagerung mehrerer Oszillation mit unterschiedlicher Amplituden und Frequenzen rotierende Ellipse
    Zufallsbewegung (günstig für isotrope Oberflächenstruktur)    - freely selectable / freely programmable planar movement, which, for. B. can also be easily changed during a machining process
    e.g. B. Double rotation with selectable eccentric
    radial oscillation with fixed or rotating direction of movement
    Superposition of several oscillations with different amplitudes and frequencies rotating ellipse
    Random movement (favorable for isotropic surface structure)

Dabei können alle Bewegungen mit frei beweglichem oder angetriebenem Polier­ werkzeug kombiniert werden.
All movements can be combined with freely moving or driven polishing tools.

  • - feinfühlige, freiprogrammierbare Axialkraft
    Die Axialkraft kann auf bestimmt Werte entsprechend dem angestrebten Bearbeitungsergebnis fest eingestellt werden. Denkbar ist auch eine Veränderung der Axialkraft während der Bearbeitung im Sinne einer Regelung.    - sensitive, freely programmable axial force
    The axial force can be set to certain values according to the desired machining result. A change in the axial force during machining is also conceivable in the sense of a regulation.
  • - gegebenenfalls kann die Spindel, sofern es eine Bearbeitungsaufgabe erfordert in begrenzten Bereichen definiert geneigt (schräggestellt) werden.- If necessary, the spindle, if it requires a machining task in limited areas are defined inclined (inclined).

Claims (11)

1. Polierspindel zur Bearbeitung von vorzugsweise optischen Oberflächen aber auch anderen durch Polieren zu bearbeitenden Oberflächen dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor in magnetischen Lagern zur Aufnahme radialer und axialer Kräfte gelagert ist und daß die Lage und die Anpreßkraft der das Polierwerkzeug tragenden Wellen des Antriebsmotors in radialer und axialer Richtung beeinflußt werden kann.1. Polishing spindle for processing preferably optical surfaces but also other surfaces to be processed by polishing, characterized in that the drive motor is mounted in magnetic bearings for receiving radial and axial forces and that the position and the contact pressure of the polishing tool carrying shafts of the drive motor in radial and axial direction can be influenced. 2. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen und axialen magnetischen Lager elektrisch erregt sind, so daß die Lage der Welle gegenüber den geometrischen Lagermitten mit der Abweichung nahezu Null eingestellt werden kann.2. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that the radial and axial magnetic bearings are electrically excited so that the position of the shaft relative to the geometric bearing centers with the deviation almost zero can. 3. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen und axialen magnetischen Lager es gestatten, durch Veränderung der Erregung die Lage der Wellenmitte gegenüber der geometrischen Lagermitte zu verändern.3. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that the radial and axial magnetic bearings allow changing the position of the excitation To change the shaft center compared to the geometric center of the bearing. 4. Polierspindel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß radiale periodische Bewegungen der Welle mit vorgebbarer Frequenz, Amplitude und Bewegungsbahn realisiert werden können.4. Polishing spindle according to claim 1 and 2, characterized in that radial periodic movements of the wave with predeterminable frequency, amplitude and Trajectory can be realized. 5. Polierspindel nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß stochastische radiale Bewegungen der Welle realisiert werden können wobei Frequenz, Amplitude und Bewegungsbahn einzeln, paarweise oder insgesamt stochastisch geregelt sind.5. Polishing spindle according to claim 1 and 4, characterized in that stochastic radial movements of the shaft can be realized with frequency, amplitude and trajectory are regulated individually, in pairs or in total stochastically. 6. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axiale Bewegungen der Welle realisiert werden.6. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that axial movements of the Shaft can be realized. 7. Polierspindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Bewegungen der Welle periodisch verlaufen und in der Frequenz und Amplitude einstellbar sind7. Polishing spindle according to claim 6, characterized in that the axial Movements of the wave run periodically and in frequency and amplitude are adjustable 8. Polierspindel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß axialen Bewegungen der Welle in der Frequenz und/oder Amplitude stochastisch verlaufen. 8. Polishing spindle according to claim 7, characterized in that axial movements the frequency and / or amplitude of the wave are stochastic.   9. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben elektrisch erregten Lagern auch permanentmagnetisch erregte Lager vorhanden sind. In der Form, daß ein oder beide radialen Lager und/oder das axiale Lager permanent­ magnetisch erregt sind.9. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that in addition to electrically excited bearings are also permanently magnetically excited bearings. In the Form that one or both radial bearings and / or the axial bearing permanent are magnetically excited. 10. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung geforderter Oberflächenqualität der rotierenden Bewegung der das Polierwerkzeug tragenden Welle Bewegungen in radialer und/oder axialer Richtung überlagert werden können, so daß das Polierwerkzeug räumliche Bewegungen ausführt und dabei gleichzeitig der Anpreßdruck des Polierwerkzeuges auf die zu polierende Oberfläche eingestellt werden kann.10. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that for the production required surface quality of the rotating movement of the polishing tool supporting shaft movements in the radial and / or axial direction superimposed can be so that the polishing tool performs spatial movements and at the same time the contact pressure of the polishing tool on the surface to be polished Surface can be adjusted. 11. Polierspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck mit den Magnetlagerkomponenten gemessen werden kann.11. Polishing spindle according to claim 1, characterized in that the contact pressure with the magnetic bearing components can be measured.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004089588A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Berstorff Gmbh Drive unit for a granulator
DE102006036004B4 (en) * 2006-05-24 2010-03-11 Thielenhaus Technologies Gmbh Process for surface finishing of planar surfaces of metallic or ceramic workpieces

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