DE2302703C3 - Maschine zum Feinschleifen, insbesondere Läppen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Feinschleifen, insbesondere Läpper-, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Maschine zum Feins iileifen ist aus der GB-PS 10 87 992 bekannt Bei dieser Maschine besitzt ein Werkstückhalter ungefähr den halben Durchmesser des Bearbeitungswerkzeugs und ist von diesem über ein drehbares Kupplungsorgan angetrieben, das an den jeweiligen Umfangen angreift Folglich dreht der Werkstückhalter mit nahezu der doppelten Geschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges. Ein Punkt auf der zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks in dem Werkzeughalter beschreibt daher auf der Oberfläche des Werkzeugs eine Ellipse, wodurch das Werkzeug lediglich im Bereich dieser Ellipse und außerordentlich ungleichmäßig beansprucht wird. Ferner ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Werkzeug in Größe und Richtung stark unterschiedlich, so daß sich ein sehr ungleichmäßiges Schleifen bzw. Glätten ergibt.

Aus den US-PS 21 35 065 und US-PS 24 50 742 sind ferner Maschinen zum Feinschleifen bzw. Läppen bekannt, bei denen zwischen Werkstück und Werkzeug eine Relativbewegung in Form einer einer nicht definierten Drehbewegung überlagerten Hin- und Herbewegung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die sich sowohl durch gleichmäßiges Schleifen bzw. Glätten des Werkstückes als auch durch gleichmäßige Beanspruchung des Werkzeugs und große Gesamtschleifwege auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Maschine mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß die Differenz zwischen den Drehzahlen von Bearbeitungswerkzeug mehr als 0% und höchstens 30% der Werkstückdrehzahl beträgt, wird durch die Abweichung der Drehzahl von derjenigen des Werkstücks erreicht, daß das Werkzeug gleichmäßig beansprucht wird, während durch die obere Grenze der Drehzahldifferenz sichergestellt ist, daß die Relativgeschwindigkeitsvektoren zwischen Werkstück und Werkzeug hinreichend parallel und annähernd gleich groß bleiben, so daß ein sehr gleichmäßiges Schleifen bzw. Glätten erreicht wird. Durch das Überlagern des relativen Hin- und Herschwenkrns auf

■ο die beiden Drehbewegungen ergibt sich eine beträchtliche Vergrößerung der Gesamtschleifwege, wodurch Auswirkungen unvermeidbarer Ungleichmäßigkeiten des Werkzeugs auf die Glättungsgleichmäßigkeit auf ein Mindestmaß verringert werden, weil irgendein beliebi ger Punkt auf dem Werkzeug eine größere Fläche am Werkstück erfaßt

Vorteilhafterweise wird das Hin- und Herschwenken dadurch ausgeführt, daß die Welle des Bearbeitungswerkzeugs an einem Ende eines Tisches gelagert ist, der schwenkbar angelenkt ist und dessen anderes Ende gabelförmig ausgebildet ist und mit einem umlaufenden Exzenter in Eingriff steht

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert

F i g. 1,2 und 3 sind Ansichten der Schleifbahnen eines bestimmten, in schleifendem Kontakt mit dem Werkzeug befindlichen Punktes des Werkstücks;

Fig.4 ist eine Teilschnitt-Vorderansicht einer be-

kannten Maschine;

Fig.5 sind Vektoren der Geschwindigkeit an verschiedenen Punkten des Werkstücks in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine;

M F i g. 6 ist eine Ausführungsform der Maschine, wobei F i g. 6 (a) eine Seitenansicht und F i g. 6 (b) eine Draufsicht auf einen Teil der Darstellung gemäß

F i g. 6 (a) zeigt.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen geometrischen Ort des

Werkstücks relativ zum rotierenden Werkzeug bei Veränderungen der Drehzahl des Werkstücks und der Drehzahl des Werkzeugs. Wenn das Werkzeug vom Radius r^ um seinen Punkt O\ mit einer Winkelgeschwindigkeit ω₂ und das Werkstück vom Radius η um seinen Punkt O2 mit einer Winkelgeschwindigkeit <ύ\ gedreht wird, wird infolge der in F i g. 2 gezeigten Rotation der Koordinatenachsen von Punkten auf dem Radius η des Werkstücks eine Bahn beschrieben, die durch folgende Beziehungen gegeben ist:

X = T₁ COS(f»| — H)₂) t + d COS n>₂t

y = /·, sin ((/>, —

— dsm Ot₁I

Demgemäß ist die von einem Punkt (x, y) des Werkstücks beschriebene Bahn bei übereinstimmenden Drehzahlen für das Werkstück und für das Werkzeug, das heißt bei wi = ω₂, durch die Gleichung

gegeben, die einem bestimmten Kreis entspricht, wie er in F i g. 3 mit Λ bezeichnet ist. Wenn i»\ = 1,05 ω₂ beträgt, das heißt, wenn die Drehzahlen des Werkstücks e und des Werkzeugs um 5% voneinander abweichen, verläuft die Bahn gemäß Gleichung (1) wie in F i g. 3 mit f(f\ bis /"^bezeichnet, wobei /neunzehn Spiralstücke wie f\ bis U

umfaßt Wenn α)|=2ω₂ beträgt, das heißt, das Werkstück und das Werkzeug um 50% in der Drehzahl voneinander abweichen, wird nach F i g. 3 bei g eine Ellipse beschrieben.

Durch Bestimmung der Drehzahl des Werkzeugs und der Drehzahl des Werkstückhalters kann somit die Schleifbahn bzw. der Schleifweg des Werkstücks auf dem Werkzeug länger gemacht werden.

Die Herstellung einer übermäßigen Differenz zwischen den Drehzahlen bedeutet jedoch ein Hindernis für das gleichförmige Schleifen des Werkstücks und stellt den angestrebten Erfolg in Frage, so daß eine so große Differenz nicht vorgesehen werden darf. Versuche haben ergeben daß eine ausreichende Schleifgenauigkeit am Werkstück dann aufrechterhalten werden kann, wenn die Differenz zwischen den beiden Drehzahlen innerhalb von 30% bleibt Es ist natürlich möglich, unter Preisgabe der Schleifgenauigkeit eine größere Differenz der beiden Drehzahlen vorzusehen. Je größer die Differenz an sich ist, desto länger ist die für den zu verhindernden einseitigen Werkzeugschliff verantwortliche Bahn der Werkstückpunkte.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf F i g. 4 der Antriebsmechanismus der Hauptteile einer bekannten Antriebsmaschine beschrieben, bei der eine Schleifscheibe Verwendung findet

Die Schleifscheibe ist mit 4 bezeichnet und abnehmbar auf einer Schleifscheibenwelle 7 montiert Eine für die Schleifscheibe vorgesehene Abdeckung ist mit 8 bezeichnet Zusammenhängende Teile des Schleifmaschinenkörpers sind mit 9, 13 und 16 bezeichnet und tragen mit Hilfe von Kugellagern 10 od. dgl. die Schleifscheibenwelle 7. An dieser ist eine Riemenscheibe It befestigt, die über einen Riemen 12 mit der Riemenscheibe 15 an der Welle eines Motors 14 zum Antrieb der Schleifscheibenwelle 7 verbunden ist. Es ist klar, daß anstelle der Riemenscheiben 11 und 15 und des Riemens 12 auch andere Mittel zur Kraftübertragung Verwendung finden können. Ein Werkstückhalter 5, der das Werkstück 6 festhält ist am Ende eines in axialer Richtung beweglichen Schafts 18 einer Weile 17 angebracht. Zur Durchführung der vertikalen Bewegung ist ein Hebel 19 am in axialer Richtung beweglichen Schaft 18 montiert, der mit Hilfe eines Stifts 20 gegen Federwirkung 22 verschwenkbar am Teil 13 des Mar,chinenkörpers befestigt ist und an dessen Ende ein U-förmiger Abschnitt 21 ausgebildet ist. Der in axialer Richtung bewegliche und von der Welle 17 angetriebene Schaft 18 wird durch Betätigung des Hebels 19 in axialer Richtung bewegt, um das am Ende des Werkstückhalters 5 montierte Werkstück 6 mit der Oberfläche der Schleifscheibe 4 in schleifende Berührung zu bringen. Die Welle 17 wird über Kugellager od. dgl. verdrehbar im Teil 16 getragen und von einem Riemen 26 angetrieben, der eine an der Welle 17 montierte Riemenscheibe 24 mit einer Riemenscheibe 25 verbindet, die am Motor 27 zum Antrieb der Welle befestigt ist. Der Motor 27 ist ebenfalls am Teil \S des Maschinenkörpers angebracht Natürlich kann die Übertragung der Antriebskraft des Motors 27 auch mit anderen Übeftfägüngsmitteln Vorgenommen werden.

Bei der Herstellung der Schleifberührung des Werkstücks 6 mit der Schleifscheibe 4 werden die beiden Motoren 14 und 27 oder ein darüber hinaus noch vorgesehenes Untersetzungsgetriebe so gesteuert, daß das Werkstück und die Schleifscheibe denselben Drehsinn und nahezu dieselbe Drehzahl aufweisen, wodurch das Schleifen und Glätten an jedem Punkt der zu bearbeitenden Oberfläche gleichförmig und nahezu mit derselben Geschwindigkeit bewirkt wird.

Es ist offensichtlich, daß anstelle der Schleifscheibe auch ungebundenes körniges Schleifmittel in Verbindung mit einer Läppscheibe' eingesetzt werden kann, um eine Läppmaschine zu erhsjten, die von derselben Idee wie die oben beschriebene Maschine Gebrauch macht, und daß, wenn die Drehgeschwindigkeit der Schleifscheibe und des Werkiiltücks gesteigert und der ίο Schleifscheibe oder dem Werkstückhalter eine Verschiebebewegung mitgeteilt wird, um den Abstand d zwischen der Achse der Schleifscheibe und der des Werkstückhakers zu verändern, eine Flächenschleifmaschine erhalten wird, die dieselbe Idee verwirklicht wie die oben beschriebene Maschine.

Gemäß der obigen Ausführungsform wird das Werkstück bei unveränderbarer relativer Lage des Schaftes des Werkstückhalters und des Schafts des rotierenden Werkzeugs geschliffen. Die erfindungsgemäße Maschine wird unter Beibehaltung der beinahe übereinstimmenden Drehzahlen auf .•sr Basis verwirklicht werden, daß der Werkstücknal:er und das rotierende Werkzeug relativ zueinander hin und herschwingen.

F i g. 5 zeigt die Verhältnisse im Fall der zusätzlichen Anwendung einer Hin- und Herbewegung des Werkstücks mit einer Geschwindigkeit Va neben der gleichgerichteten Drehbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks mit derselben Drehzahl. Genauer gesagt wird das Zentrum Oi der Rotation des Werkstückhalters einer Hin- und Herbewegung mit einer Geschwindigkeit Va gegenüber dem Zentrum O\ der Rotation der Oberfläche 1 der Schleifscheibe und einer geeigneten Periodendauer, die natürlich veränderbar sein kann, ausgesetzt Die Hin- und Herbewegung wirkt sich auf beide Drehbewegungen aus, so daß der Vektor der Relativgeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt auf der zu bearbeitenden Oberfläche 2 des Werkstücks mit Va zusammengesetzt werden muß, und in beiden Richtungen mit einer Schwingperiodendauer bewegt wird, die der von Va entspricht, was in Fi g. 5 gezeigt ist.

Infolge der Addition der Hin- und Herbewegung führen die Vektoren der Relativgeschwincligkeit in bestimmten Punkten der zu schleifenden Fläche des Werkstücks, gemäß Fig.!) die Vektoren VIa, V2a, V3a, alle gleichzeitig eine Schwingbewegung von gleicher Größe und Richtung aus, so daß die Relativgeschwindigkeit in den Werkstückpunkten eine angemessene Zeit nach Beginn des Schleifens immer dieselben sind, das heißt, der Geamtschleifweg, der durch Integration der Geschwindigkeiten über die gesamte Schleifzeit erhaiten wird, wird auch derselbe, so d:iü un völlig gleichförmiges Schleifen und Glätten bewerkstelligt werden kann. Es ist offensichtlich, daß eine derartige Schwingbewegung nicht auf eine nach rechts und nach links ,gerichtete Bewegung, wie vorstehend anhand der F i g. 5 beschrieben, beschränkt ist. Der Werkstückhalter kann in eine bogenförmige fto Schwingbewegung um einen Punkt Ch versetzt werden, der, wie in F i g. 5 dargestellt, nicht auf Oj Ch üegt, und es ist leicht, der Feinstbearheitungsmaschine eine solche Konstruktion zu geben, die eine derartige bogenförmige Schwingbewegung erlaubt. In diesem Falle führt der fts Werkstückhalter sehe Bewegung bogenweise um den Punkt Ch aus, so daß theoretisch betrachtet Va anteilig mit der Entfernung vom Punkt O) variiert Diese Veränderung wirkt sich praktisch jedoch nicht aus,

solange die Abmessungen des Werkstückhalters nicht extrem groß sind.

Wenn der rotierende Schaft des Werkstückhalters und der rotierende Schaft des Werkzeugs wie oben beschrieben einer relativen Schwingbewegung ausgesetzt sind und die Drehzahl des Werkstückhalters mit der des Werkzeugs übereinstimmt, entsteht durch den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eine Bahn auf dem Werkzeug, auf deren Fläche das Schleifen beschränkt ist, was einen einseitigen Abschliff erzeugt. Dieser Nachteil kann jedoch durch einen geringfügigen Unterschied zwischen beiden Drehzahlen vermieden werden.

In F i g. 6 ist eine Konstruktion dargestellt, bei der ein Hin- und Herschwingen auf einem Schwingschaft vorgesehen ist, wobei F i g. 6 (a) eine Seitenansicht und F i g. 6 (b) eine Draufsicht auf den Schwingantrieb zeigt. Elemente, die denen in Fig.4 entsprechen, sind mit

Konstruktion wird die Schleifscheibe gedreht und zur Erzeugung einer Schwingbewegung um die in F i g. 5 gezeigte Achse Ch hin und her schwenkbar gelagert. Ein Schwingtisch 39 trägt die Schleifscheibe 4 und ist mit einem Motor 37 mit Riemenscheibe 38 zum Antrieb der Schleifscheibe versehen. Der Schwingtisch sitzt auf dem Schwingschaft 40, der um seine Achse verschwenkbar ist und von einem Körper 43 getragen wird, der dem vorgenannten Teil 9 des Maschinenkörpers entspricht. Am anderen Ende des Schwingtisches 39 ist ein gabelähnlicher Abschnitt 41 ausgebildet. Mit der ^o Ausnehmung in diesem gabelähnlichen Abschnitt befindet s>ch ein Exzenterzapfen 42 im Eingriff, dessen Durchmesser nahezu der Breite der Ausnehmung entspricht. Der Exzenterzapfen 42 ist auf der Welle eines Motors 44 zur Erzeugung der Schwingbewegung is montiert, der seinerseits am Körper 43 befestigt ist. Die Exzentrizität von der Drehachse des Motors beträgt E. Ihre Größe ist selbstverständlich einstellbar.

Wenn der Motor 44 läuft, rotiert der Exzenterzapfen

und beschreibt einen Kreis mit dem Radius E, so daß dci gabelähnliche Abschnitt 41 des Schwingtisches 39, wit mit dem Pfeil B in F i g. 6 (b) angedeutet, um die Achse des Schwingschafts 40 hin und her schwingt. DemgemäO schwingt auch das andere Ende des Schwingtisches nämlich der die Schleifscheibe tragende Teil um der Schwingschaft 40. Die Amplitude dieser Schwingbewe gung kann durch Änderung der Exzentrizität de« Exzenterzapfens oder des Abstandes vom Schwing schaft zum gabelähnlichen Abschnitt und dem die Schleifscheibe tragenden Teil eingestellt werden. Au! diese Weise wird der Schleifscheibe sowohl eine Drehbewegung als auch eine Schwingbewegung erteilt.

Die vorstehende Konstruktion zeigt eine Ausfüh rungsform der Maschine. Die beschriebene Schleifschei be kann jedoch auch durch eine Läppscheibe ersetz werden, um eine körniges Schleifmittel in ungebundene! Form verwendende Läppmaschine zu realisieren Parijhpr hinaus ist es möglich, die körniges Schleifmitte verwendenden Werkzeuge, wie eine Schleifscheibe odei eine Läppscheibe, und den Werkstückhalter mit Hilf« eines einzigen Antriebs anzutreiben. Obwohl bei dei beschriebenen Ausführungsform entweder das Schleif werkzeug oder der Werkstückhalter dazu bestimmt isl sowohl eine Drehbewegung als auch eine Schwingbe wegung auszuführen, ist es auch möglich, so zi konstruieren, daß beide in demselben Drehsinn und mi nahezu derrilben Drehzahl rotieren und gleichzeitij einer Schwingbewegung ausgesetzt werden.

Alle diese Merkmale wirken in der beschriebene! Weise und führen zu einer Feinstbearbeitungmaschine mit der extrem hohe Oberflächngüte erzielt werdei kann, indem ungleichmäßige Schleifwege, wie sie voi herkömmlichen Maschinen dieser Art bekannt sine durch gleiche Gesamtschleifwege ersetzt werden, um die als Läppmaschine, Flächenschleifmaschine, Superfi nishmaschine und dergleichen eingesetzt werden kam und daher eine Verbesserung der Fertigung und de Qualität der Produkte ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Maschine zum Feinschleifen, insbesondere Läppen, mit einem drehantreibbaren Bearbeitungswerkzeug in Form einer Stirnschleifscheibe oder Läppscheibe zum Bearbeiten von ebenen Werkstückflächen und einem drehantreibbaren Werkstückhalter, dessen Wellenachse bezüglich der WeUenachse des Bearbeitungswerkzeuges versetzt ist, wobei das Bearbeitungswerkzeug und der Werkstückhalter in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Drehzahlen von Bearbeitungswerkzeug (1, 4) und Werkstück (6) mehr als 0% und höchstens 30% der Werkstückdrehzahl beträgt und daß die Welle (7) mit dem Bearbeitungswerkzeug auf einer bogenförmigen Bahn bezüglich der stationären Werkstückhalterwelle (17) um eine zur Welle (7) parallele Achse (40) hin- und herscfewenkbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) des Bearbeitungswerkzeugs an einem Ende eines Tisches (39) gelagert ist, der schwenkbar angelenkt ist und dessen anderes Ende (41) gabelförmig ausgebildet ist und mit einem umlaufenden Exzenter (42) in Eihgriff steht