DE2346431A1

DE2346431A1 - Verfahren und vorrichtung zum abschleifen einer oberflaeche

Info

Publication number: DE2346431A1
Application number: DE19732346431
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Buehler Ltd
Current assignee: Buehler Ltd
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2346431B2; CA989178A; DE2346431C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abschleifen einer Oberfläche Die Erfindung betrifft ein Abschleifsystem und insbesondere ein Verfahren zur Durchführung eines kontrollierten Abschielfens, wie beispielsweise einer Polierbearbeitung eines Werkstückes über einer vorbestimmten Werkstückoberfläche und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim kontrollierten Abschleifen einer Oberfläche eines Werk-Stückes einschließlich des Profilierens und des Fassonierens einer Oberfläche oder des fortschreitenden Polierens einer Oberfläche verwenden die meisten Verfahren einen drehbaren Werktisch oder einen drehbaren Kopf, an dem eine Schleifoberfläche oder ein Poliertuch befestigt ist oder der mit einem Schleif- oder Poliermittel beschichtet ist. Ein Problem, welches bei diesen bekannten Abschleifverfahren auftritt, ist die Dispersion von fließenden Abschleifmitteln aus dem Bearbeitungsbereich heraus und zwar hauptsächlich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft. Wegen der dynamischen Bedingungen ist es im allgemeinen nicht möglich, ausreichend dicke Pasten zusammen mit sich drehenden Schleifrädern zu verwenden, um eine feine Polierarbeit durchzuführen.
Die Verwendung einer im allgemeinen kreisförmigen Einwirkung in zahlreichen bekannten Verfahren führt dazu, daß merkliche Richtungscharakteristiken des Abschleifens erzeugt werden und diese sind im allgemeinen unerwünscht und schwierig zu entfernen wie aufeinanderfolgende, reduzierte Abschleifstufen.
Durch die Erfindung wird eine nicht drehende, translatorische Haupteinwirkung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchgeführt und diese sichert ein effektives Abschleifen und eine zweite Verschiebung oder translatorische Einwirkung, um einen Bewegungshub eines Abschleifkopfes in kontrollierter Beziehung über die Oberfläche des Werkstückes zu erreichen, so daß die Oberfläche des Werkstückes einer zusammengesetzten Bewegung ausgesetzt wird, die sich verändernde Richtungs- und Geschwindigkeitskomponenten aufweist, um ein Abschleifen entlang einer sich kontinuierlich ändernden Bewegungsrichtung zu erzeugen, wodurch die Ricbtungsspurerzeugung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Es ist ein Verfahren zum Abschleifen einer Oberfläche eines Körpers vorgesehen und zwar dadurch, daß eine kontrollierte Bewegung zwischen zwei Oberflächen von erheblich unterschiedlicher Größe erzeugt wird, die in einer eingestellten oder kontrollierten Schleifbeziebung zueinander montiert sind, wobei eine vorbestimmte Belastung aufgebracht wird, um die Oberfläche in schleifender Beziehung gegeneinander zu drücken, und wobei eine relative Bewegung mit hoher Geschwindigkeit und kurzen Bewegungsbahnen erzeugt wird und zwar in wiederholter Abschleifbeziehung zu einem Körper und wobei gleichzeitig eine relative Bewegung bei einer geringeren Geschwindigkeit zwischen den Körpern erzielt wird, wobei der abschleifende Körper einen schnellen Arbeitshub aufweist, der kontinuierlich seine Bewegung mit geringer Geschwindigkeit ändert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines kappen- oder schalenartigen Schleifkopfes, der eine Tasche für ein Schleifmittel oder ein Schmiermittel enthält, wobei die Ausbildung derart ist, daß im wesentlichen konstante Zustände des Mediums oder eine konstante Zufuhr des Schmiermittels erzielt wird.
Die gesteuerte oder kontrollierte Wirkung eines kleinen Arbeitskopfes mit einer relativ schnellen Arbeitswirkung und die gesteuerte langsamere Translationsbewegung ermöglicht das Polieren von irregulären Formen in einer zufriedenstellenden Weise.
Durch die reguläre oder regulierte Verteilung der Arbeitshubbewegungen über die Oberfläche des Werkstückes hinweg, wie es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, wird eine zufriedenstellende Verwendung mit weniger harten Materialien möglich gemacht, ohne daß ein Abschleifen in einer irregulären Form oder in Form einer Erosion durchgeführt wird.
Durch die Erfindung wird eine #bschleifeinrichtung geschaffen, die erste und zweite Oberflächenberührungseinrichtungen hat, Belastungseillrichtungen, um diese beiden Oberflächen aufeinanderzu zu drücken und zwar in eine eingestellte Schleifbeziehung, wobei Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, um eine Oberfläche im Abrieb gegenüber der anderen Oberfläche anzutreiben, wobei ein erster Mechanismus vorgesehen ist, der eine erste Bewegung mit höherer Geschwindigkeit erzeugt, wodurch eine lokalisierte Abschleifbewegung hoher Geschwindigkeit zwischen den beiden Oberflächen erzielt wird und wobei wenigstens ein zweiter Mechanismus, der eine zweite Bewegung erzeugt, vorgesehen ist, um den Einwirkungsbereich des ersten Mechanismus auszudehnen, wodurch eine Abschleifbewegung hoher Geschwindigkeit und eine Translationsbewegung niedriger Geschwindigkeit erzeugt wird und zwar zwischen diesen beiden Oberflächen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Aufbringung einer konstanten gesteuerten Belastung auf den Arbeitskopf, wo es im Extremfall unter dem Einfluß einer ununterbrochenen hydrodynamischen Hubkraft durch die Anwesenheit und die Wirkung von fluiden abrasiven Medien innerhalb des Arbeitskopfes das Abheben des Arbeitskopfes von der zu bearbeitenden Oberfläche ermöglicht. In Fällen, in denen die Arbeitsbelastung diesen Zustand erzeugt, wird die Polierbewegung unter dem Einfluß der Viskosität des Polierpastenmediums fortgesetzt, während das Abheben des Arbeitskopfes von der Oberfläche verhindert, daß Schleifmittelteilchen zwischen dem Kopf und der bearbeiteten Oberfläche sich ansammeln, so daß Verkratzungen im wesentlichen ausgeschaltet werden.
Zusätzlich zu den vorstehenden Merkmalen werden Vorteile in der Steuerung der Aufsetzung des Arbeitskopfes auf das Werkstück erreicht, wobei der Oberflächenbereich des Kopfes, der vom Werkstück bedeckt wird, ausgedehnt wird und wobei Polierpaste innerhalb der ausgesparten Oberfläche des Werkzeugkopfes gehalten wird und wobei das Material innerhalb dieser Aussparung in einem gut gemischten Zustand gehalten wird und wobei Schleifmittelteilchen im Polierbereich verteilt werden.
Dadurch, daß eine variable Verarbeitungsbelastung vorgesehen ist, ist es möglich, eine gewünschte Betriebsfolge durchzuführen und zwar mit einem minimalen Arbeitsaufwand> so daß eine komplette Folge vom Abschleifen bis zum Polieren einzig und allein unter hydrodynamischen Kräften durchgeführt werden kann, ohne daß es notwendig ist, den Schleifgrad zu ändern oder eine Umstellung aus der Schleifbearbeitung in die Polierbearbeitung vorzunehmen, wie es bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist.
Durch die Erfindung wird ein wirksames Abschleifen ermöglicht und unmittelbar ein Polieren mit linearen Oberflächengeschwindigkeiten in der Größenordnung von 22,5 m pro Minute und zwar im Gegensatz zu der üblichen Läppradbewegung, die bei einem Antrieb mit 200 U/min Läppgeschwindigkeiten von 120 m pklo Minute erzeugt.
Ein weiterer und nicht vorhersehbarer Vorteil der Erfindung besteht in der Ausprägung einer zweiten Verschiebung auf eine primäre Schleifbewegung, wodurch die selektive Vorschubbewegung des Arbeitskopfes verändert wird, so daß kontinuierliche Anderungen der Schleifpunkte erzeugt werden, wodurch das Schleifen gegenüber dem gleichförmigen, in einer Richtung verlaufenden Schleifen von bekannten Schleifrädern verbessert wird.
Die Verwendung eines kleinen Arbeitskopfes führt zu geringen Trägheitsbelastungen und kleinen Oberflächen und dies führt wieder zu klein gebauten Einheiten und zu Materialkosteneinsparungen.
Die Erfindung betrifft somit ein Schleifgerät zum Polieren von Werkstücken, welches einen sich nicht drehenden Schleifkopf aufweist, wobei dieser eine erste Bewegung mit hoher Geschwindigkeit durchführt, um ein örtliches umlaufendes Schleifen oder eine örtliche umlaufende Schleifbewegung durchzuführen und wobei dieser eine zweite Translationsbewegung mit relativ geringer Geschwindigkeit durchführt, um eine Oberflächenabdeckung des Wekstückes, das poliert oder geschliffen werden soll, zu erzielen. Die Belastung des Kopfes gegen das Werkstück kann wahlweise während des Betriebes der Maschine verändert werden.
Die Erfindung soll in der folgenden Bes#chreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile im Schnitt dargestellt sind, Fig. 2 eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine, wobei der Arbeitskopf und ein Werkstück dargestellt sind, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen typischen Arbeitsbahnverlauf, Fig. 4 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 eine Schnittansicht der Vorrichtung von einer Seite aus gesehen, Fig. 6 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 7-7 der Fig. 5, Fig. 8 eine allgemeine Ansicht des Einstellmechanismus für die Belastung des Arbeitskopfes und Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Schleifkammer, wobei drei Werkstückhalter vorgesehen sind.
Es sei zuerst auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 Bezug genommen. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 10 mit einer Deckelplatte 10' auf Es handelt sich hierbei um eine flache Deckelplatte für eine stationäre Schleifkan#er 12, über die ein Tuch 15 oder ein anderes geeignetes Material gespannt ist, welches durch einen Ring 14 festgespannt gehalten wird der über dem Bogen 13 liegt und der in einer Einspannstellung mittels Schrauben 14 gehalten wird, die sich durch das Tuch hindurcherstrecken und die in die Basis 12 eingespannt sind.
Der Bauteil 12 besteht aus einer Kammes für eine abrasive oder schleifende Substanz 15, die irgendeine geeignete Konsistenz haben kann. Dieser Bauteil ist auf dem Deckel 10' derart angeordnet, daß ein Vorsprung 23 (Fig 5) in eine Aussparung 21 im Bauteil 12 eingreift. Der Bauteil 12 wird gegen eine Drehung durch eine Reibung zwischen der Unterseite des Bauteils und dem Deckel 10' festgehalten. Fig. 4 zeigt eine Scheibe 20, die eine Aussparung im Boden aufweist, um ein Werkstück 24 so aufzunehmen, daß dieses gegen das Schleiftuch in der Basis 12anliegt.
Ein exzentrischer Arm 18 ist vorgesehen, der von Motoren 26 und 30 angetrieben wird, und dieser Arm 18 weist einen Kopf 16 auf, der sich lose in eine öffnung in der Oberfläche des Blockes 20 hineinerstreckt, so daß im Betrieb der Block 20 eine Bahn beschreibt, die im wesentlichen gleich derjenigen ist, die in Fig. 3 gezeigt ist, und es handelt sich hierbei um eine typische zusammengesetzte Umlaufbahn eines Arbeitskopfmittelpunktes gegenüber einem Werkstück.
Fig. 1 zeigt einen Elektromotor 26, der einander Umlaufantriebe mittels eines Treibriemens 28 antreibt.
Es sei nunmehr auf die Fig. 5, 6 und 7 Bezug genommen. Die Motoren 26 und 30 treiben Treibriemen 28 und 32 an. Eine Antriebsachse 34 ist in Bezug auf eine innere Riemenscheibe 36 exzentrisch angeordnet, wobei diese vom Treibriemen 28 angetrieben wird. Die innere Riemenscheibe 36 ist ihrerseits exzentrisch gegenüber der äußeren Riemenscheibe 38angeordnet, die vom Treibriemen 32 angeordnet wird. Die Ausgangsriemenscheibe 46 des Motors 26 wird direkt vom Motor angetrieben, während in der Basis des Motors 30 ein Zwischengetriebe 32 angeordnet ist, welches einen Ausgang mit niedriger Drehzahl für die Riemenscheibe 50 erzeugt.
Ein äußeres Lager 60 des Antriebs ist an Zapfen 62 mittels Einspannstücken 64 und Muttern 66 montiert oder durch andere Befestigungsmittel.
Der Achsabschnitt 34 des Armes 18 ist nach unten mittels einer Zugfeder 68 vorgespannt. Das untere Ende dieser Zugfeder wird durch einen Hebel 70 getragen. Der Hebel 70 ist an einem Träger 72 verschwenkbar und erstreckt sich durch die Vorderseite des Gehäuses hindurch zu einem Handgriff 74 hin (Fig. 1 und 5). Der Hebel 70 liegt gegen eine Gewindewelle 76 an, die wahlweise durch einen Servomotor 86 gedreht wird, der eine Steuerung 82 aufweist, die in Fig. 1 mit Automatik bezeichnet ist, um anzuzeigen, daß eine automatische Abnahme der Schleifbelastung durch die Feder 68 erzeugt wird und zwar durch ein kontinuierliches Anheben des Armes 70 infolge einer Drehung der Welle 76. Eine Feder 77 hält einen Messerkantenabschnitt 79 des Hebels 70 in Anlage gegen das Gewinde der Welle 76, um eine Handeinstellung mittels des Handgriffes 74 zu ermöglichen.
Der Rahmen 17 weist ein oberes Element 18 und ein unteres Element 19 auf und wird in Querrichtung durch Führungen 90 gehalten, wodurch eine Gleitbewegung und eine Schwingbewegung relativ zu den Führungen möglich ist. Die zusammengesetzte Bewegung, die durch die beiden Riemenscheiben 36 und 38 auf die Welle 34 übertragen wird, wird als Schwing- und Gleitbewegung auf den Rahmen 17 übertragen, der im wesentlichen die Bewegung der Achse 34 am Kopf 16 verdoppelt.
Die Spannung, die durch die Feder 68 erzeugt wird, und die auf die Achse 34 einwirkt, erscheint als nach unten gerichtete Belastung am Kopf 16.
Die hydrodynamischen Kräfte, die dazu dienen, den Kopf 16 während des Betriebes anzuheben, versetzen wenigstens teilweise die Last, die durch die Feder 68 erzeugt wird. Die exzentrische Montage der Riemenscheibe 36 kann es erforderlich machen, daß ein elastischer Treibriemen 28 vorgesehen ist, gegen den eine elastisch vorgespannte und nicht dargestellte Leerlaufwalze anliegt, um eine feste Anlage des Antriebes zu erreichen.
Fig. 9 zeigt ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung derart ausgebaut ist, daß mehr als ein Werkstück gleichzeitig verwendet wird, und zwar dadurch, daß ein Kopf 16 verwendet wird, der mehrere Kopfansätze aufweist.

Claims

Patent ansprüche

Verfahren zum Schleifen einer Oberfläche, bei dem eine eingestellte Schleifbewegung zwischen zwei Körpern erzeugt wird die gegeneinander anliegende Oberflächen von erheblich unterschiedlicher Größe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Last aufgebracht wird, um diese Oberflächen in Schleifanlage gegeneinander zu drücken, daß eine relativ schnelle erste Bewegung dem ersten Körper erteilt wird und daß gleichzeitig eine zweite weniger schnelle Bewegung zw sehen diesen Körpern ilberlagert wird, um einen vergrößerten Kontaktbereich eines der Körper in Schleifanlage über eine vergrößerte Oberfläche des anderen Körpers zu erzielen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegung eine nicht drehende kreisförmige Verschiebungsbewegung mit einem ersten festen Verschiebungsradius ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bewegung mit geringerer Geschwindigkeit eine sich nicht drehende kreisförmige Verschiebungsbewegung mit einem zweiten festen Verschiebungsradius ist, der gleich oder größer oder geringer als der erste Radius ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß fortschreitend die Belastung vermindert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung ausreichend vermindert wird, damit sich die eine Oberfläche gegenüber der anderen Oberfläche abheben kann, wobei eine Schleifwirkung zwischen diesen Oberflächen unter der hydraulischen Wirkung einer fluiden Verbindung aufrechterhalten wird, die zwischen diesen beiden Körpern eingeschlossen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Belastung ausreichend vermindert wird, um eine Abhebung der einen Oberfläche von der anderen zu ermöglichen und zwar durch eine selbst induzierte hydrodynamische Hubkraft, die durch die Wirkung der Pastenviskosität erzeugt wird.
7. Vorrichtung zum Schleifen, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Kontaktoberfläche, Einrichtungen, die diese beiden Oberflächen zueinander hin drücken und zwar in eingestellter Schleifbeziehung, einen zusammengesetzten Antrieb, der eine relative Bewegung zwischen diesen Oberflächen erzeugt, wobei ein erster Antrieb vorgesehen ist, der eine erste, schnelle lokalisierte relative Schleifbewegung erzeugt und wobei wenigstens ein zweiter Antrieb vorgesehen ist, um mit einer geringeren Geschwindigkeit dieser Deckungsfläche der ersten Bewegung auszudehnen, so daß eine zusammengesetzte schnelle Schleifbewegung und eine geringere Translationsbewegung zwischen diesen beiden Oberflächen erzeugt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb eine erste UmlauTverschiebungsvorrichtung aufweist, um eine nicht rotierende Umlaufbewegung der einen Oberfläche zu erzeugen, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die erste Vorrichtung mit einer ersten Umlaufgeschwindigkeit anzutreiben.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekénnzeichnet, daß der zweite Antrieb zweite Umlaufverschiebungsmittel aufweist, die die ersten Verschiebungsmittel in einen kreisförmigen Umlauf von größerem Durchmesser verschieben als dem Durchmesser des ersten#Umlaufs und wobei der zweite Antrieb die zweite Umlaufeinrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit antreibt als mit der ersten Umlaufgeschwindigkeit.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch starre Verbindungen, die den ersten Antrieb und den zweiten Antrieb derart verbinden, daß eine Bewegungsbahnsteuerung der einen Oberfläche erfolgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Oberfläche einen Abschleifkopf aufweist und eine kappenförmige Aussparung aufweist, die zur zweiten Oberfläche hinweist und die eine Schleifflüssigkeit enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsvorrichtung eine elastische Lastübertragungseinrichtung aufweist, die eine Last auf eine der Oberflächen überträgt und daß Mittel vorgesehen sind, um eine ausgewählte Last auf die Lastübertragungseinrichtung aufzubringen, wobei die Last zwischen diesen Oberflächen variiert werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung an einem Träger montiert ist, um eine Verschwenkung und eine Gleitbewegung des Gestänges zu ermöglichen.
14. Schleifvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusammengesetzte Schleifbewegung auf einen Gegenstand, der abgeschliffen werden soll, mittels eines Schleifkopfes übertragen wird, daß der Kopf eine napfförmige Aussparung aufweist, die ein Schleifmediuin aufnimmt, daß der Gegenstand an einem im wesentlichen starren langgestreckten Rahmen montiert wird, der gleitbar und schwenkbar zwischen seinen Enden montiert ist, daß eine Achse vorgesehen ist, die sich von dem Rahmen erstreckt, daß ein erster exzentrischer Drehantrieb die Achse berührt und mit einer ersten Geschwindigkeit antreibt, daß ein zweiter exzentrischer Drehantrieb vorgesehen ist, um dem Kopf eine zweite Kreisbewegungskomponente zu erteilen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um den zweiten exzentrischen Antrieb mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die geringer ist als die erste Geschwindigkeit.
15. Schleifvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Feder, die die Achse in axialer Richtung belastet, einet beweglichen Hebel, der in einer eine Vorspannung ermöglichenden Weise mit der Feder verbunden ist und mit einer Führungseinrichtung, um wahlweise diesen Hebel zu belasten.

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