DE3628143A1 - Verfahren und vorrichtung zum abrichten von schleifscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrich­ ten von Schleifscheiben mit Diamant oder kubisch kristallinem Bornitrid als Schleifmittel, mit einem Diamantabrichtwerkzeug, das mit einem verfahrbaren Maschinenschlitten verbunden ist, dessen Zustellgeschwindigkeit voreinstellbar ist.

Bekannt ist, daß für die Zustellung eines Ab­ richtwerkzeuges eine elektromechanische An­ triebseinheit verwendet wird. Dabei kann eine NC-Steuerung oder eine CNC-Steuerung ausgenutzt werden. Derartige Einrichtungen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig. Ein wesentlicher Mangel liegt darin, daß die Zustellung vielfach nicht so genau bewirkt wird wie es wünschens­ wert ist, aufgrund von Fehlern, die sich aus mechanischer Reibung ergeben sowie einer unge­ nügenden Steifheit der Abtriebssysteme. Darüber hinaus können sich Wärmeeinflüsse wie beispiels­ weise Temperaturerhöhungen im Arbeitsraum oder auch Temperaturschwankungen der Schleifscheibe auf die Genauigkeit der Zustellung unvorteilhaft auswirken. Da sich die Schleifscheibe infolge ihrer Erwärmung beim Einsatz ausdehnt, befindet sie sich für einen erneuten Abrichtvorgang nach ihrer Rückstellung in die Abrichtstellung in einer anderen Lage als derjenigen, in der sie ursprünglich unter geringerer Temperatur abgerichtet wurde. Dadurch sind zuvor gewonnene Werte für die Einstellung des Abrichtwerkzeuges nicht reproduzierbar. In der Schleiftechnik besteht jedoch ein Bedürfnis danach, Abrichtzu­ stellungen von unter Umständen noch weniger als zwei µm reproduzierbar zu ermöglichen, wobei unter einer Abrichtzustellung die Zustellung eines Abrichtwerkzeuges je Abrichtvorgang zu verstehen ist. Soll eine gesamte Abrichtzustel­ lung zwei µm betragen, so ist es zweckmäßig, wenn diese Größe aufgeteilt wird in mehrere Einzelzustellungen von kleinerem Ausmaß wie beispielsweise vier Einzelzustellungen von jeweils 0,5 µm, da unter diesen Verhältnissen wesentlich bessere Abrichtzustellungen erzielt werden können, als bei nur einer größeren Zu­ stellung. In der Praxis ist derartiges bisher aber vielfach nicht realisierbar, da sich das Zuordnungssystem zwischen Schleifscheibe und Abrichtwerkzeug insbesondere durch thermisch bedingte Verformungen fortlaufend ändert. Ein Abrichtergebnis, das reproduzierbar sein soll, setzt daher die genaue Kenntnis der räumlichen Zuordnung zwischen der Schleifscheibe und dem Abrichtwerkzeug voraus sowie die Ausnutzung eines Zustellsystems mit höchster Positionierge­ nauigkeit. Dabei ist unter Reproduzierbarkeit in diesem Zusammenhang zu verstehen, daß fort­ laufend sichergestellt ist, auch unter verschie­ denen äußeren Umständen beim Abrichten die gleiche Wirkung hervorzurufen wie bei vorausge­ gangenen Abrichtvorgängen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abrichten von Schleif­ scheiben zu schaffen, durch deren Anwendung sich reproduzierbare Ergebnisse von höchster Genauigkeit erzeugen lassen. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß das Eintreten einer Berührung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifscheibe durch das Messen der elektri­ schen Spannung eines mit dem Abrichtwerkzeug verbundenen piezoelektrischen Elementes ermit­ telt wird und daß danach das Ausmaß der weiteren Zustellung des Abrichtwerkzeuges nach einer Stillsetzung des Maschinenschlittens durch das Anlegen einer bestimmten elektrischen Span­ nung an das piezoelektrische Element bestimmt wird, deren Größe proportional ist zu dem Aus­ maß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges. Die Erfindung macht sich damit zwei bekannte piezo­ elektrische Effekte zunutze, nämlich zum einen die Erkenntnis, daß ein piezoelektrischer Werk­ stoff bei einer mechanischen Beanspruchung durch äußere Kräfte eine dazu proportionale elektrische Spannung erzeugt und zum anderen die Erkenntnis, daß beim Anlegen einer elektri­ schen Spannung an einem piezoelektrischen Kri­ stall oder eine Keramik sich dieser ausdehnt. Dabei wird die erste Erkenntnis ausgenutzt, um die Stellung des Abrichtwerkzeuges aufzufin­ den, in der eine Berührung mit der Schleifscheibe vorliegt und die zweite Erkenntnis, um nach Erreichen einer Kontaktstellung zum Abrichten eine Zustellung des Abrichtwerkzeuges her­ vorzurufen, deren Ergebnis unabhängig ist von äußeren Einflüssen wie einer mangelnden Steifheit der Antriebseinrichtung oder Temperaturunterschieden. Dabei läßt sich das Phänomen ausnutzen, daß sich durch eine Vielzahl von in einem Stapel angeordneten piezoelektrischen Elementen wie Quarzkristallen oder Keramiken Dehnungen und damit Zustellgrößen von mehreren 100-stel mm realisieren lassen. Bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Sensor- und Zustellsystem können ein oder mehrere Stapel von piezoelektri­ schen Keramiken oder Kristallen in den Kraft­ fluß zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Ma­ schinenschlitten oder dem Maschinengestell ohne größeren Aufwand konstruktiv integriert werden, so daß auch die Steuerung der Zustellung von größeren und schwereren Abrichtwerkzeugen wie Profilabrichtrollen unter höchster Genauigkeit und der Ausnutzung zuvor gewonnener Ergebnisse erfolgen kann. Das ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß für den eigentlichen Abricht­ vorgang die Position des Maschinenschlittens nicht mehr verändert zu werden braucht, weil seine Stellung zum Zeitpunkt der Berührung des Abrichtwerkzeuges mit der Schleifscheibe eindeu­ tig das Zuordnungssystem zwischen diesen beiden Teilen festlegt und Abrichtzustellgrößen danach realisiert werden, in dem an die Piezoelemente elektrische Spannungen angelegt werden, deren Größe entsprechend sich die Piezoelemente ausdeh­ nen. Dadurch lassen sich verschiedene Vorteile ausnutzen.

Grundsätzlich ermöglichen Piezoelemente wesent­ lich kleinere Zustellbeträge, welche reprodu­ zierbar sind, als konventionelle elektromechani­ sche Zustellsysteme. Die Reproduzierbarkeit der Zustellbeträge liegt dabei höher als bei konventionellen Zustellsystemen, da die Piezo­ elemente unmittelbar an das Abrichtwerkzeug gekoppelt sein können, so daß Lagefehler, die sich aus mangelnden Steifigkeiten eines Zustell­ systems ergeben oder aus dem Führungs- sowie Antriebsverhalten resultieren, ohne Einfluß auf das Abrichtergebnis bleiben, da während des Abrichtens oder für ein Abrichten der ma­ schinenseitige Zustellschlitten nicht verfahren zu werden braucht.

Weitere Merkmale der Erfindung und ein Ausfüh­ rungsbeispiel derselben sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung weist eine Schleifscheibe 1 mit einer Schleif­ spindel 2 auf, die entsprechend dem Doppelpfeil 3 hin- und herverfahrbar ist. Die Schleifscheibe 1 rotiert entsprechend dem Pfeil 4.

Zum Abrichten der Schleifscheibe 1 ist eine Diamant-Topfscheibe 5 vorgesehen, die mit einer Antriebsspindel 6 verbunden ist. Die Achse der Spindel 6 mit der Topfscheibe 5 ist schräg ge­ stellt zu der Achse der Schleifscheibe 1.

Die Abrichtscheibe 5 ist über einen Halter 7 mit einer Montageplatte 8 verbunden, die einen Bestandteil eines verstellbaren Maschinenschlit­ tens darstellt. Die Verbindung ist hergestellt durch einen Stapel 10 von einzelnen Piezoelemen­ ten 9, die aus scheibenförmigen Piezokristallen wie Quarzkristallen bestehen können. Die einzel­ nen Piezoelemente 9 liegen in einem Gehäuse 11, das mit einem Anschluß 13 für zwei Leitun­ gen 14 und 15 versehen ist.

Die Zustellung des Abrichtwerkzeuges 5 vor Be­ ginn des Abrichtvorganges erfolgt über den Schlitten 8 in der Richtung des Pfeiles 12. Stellt sich eine Berührung ein zwischen dem Abrichtwerkzeug 5 und der Schleifscheibe 1, so baut sich ein Druck auf die Piezoelemente 9 auf, die in dem Kraftfluß zwischen dem Ab­ richtwerkzeug 5 und dem dieses tragenden Schlit­ tens 8 liegen. Durch diesen Druck wird eine elektrische Spannung ausgelöst, die über die Leitung 14 auf ein Schaltschütz 16 gegeben wird, der beim ersten Auftreten einer Spannung den Schalter 17 öffnet und damit den Vorschub des Schlittens 8 bzw. seine Zustellung unter­ bricht. Unmittelbar anschließend oder gleichzei­ tig kann über eine Spannungsquelle 18 und die Leitung 15 von außen eine Spannung auf die Piezoelemente 9 angelegt werden, welche deren Ausdehnung in Umkehrung des vorbeschriebenen Piezoeffektes hervorruft. Das Ausmaß dieser Ausdehnung entspricht der weiteren Zustellung des Abrichtwerkzeuges und läßt sich genau im voraus bestimmen durch die Größe der angelegten Spannung, wobei zu berücksichtigen ist, daß mit einer Hochspannung gearbeitet wird in der Größenordnung von maximal etwa 5000 Volt.

Die Anordnung ermöglicht es beispielsweise, für eine gesamte Abrichtzustellung von 2,0 µm 4 Einzelzustellungen durchzuführen in der Größenordnung von jeweils 0,5 µm, in deren Verlauf die Schleifscheibe 1 hin- und herverfah­ ren wird entsprechend dem Doppelpfeil 3, so daß die Belastung des Abrichtwerkzeuges und der Schleifscheibe 1 verhältnismäßig gering bleibt.

Es versteht sich, daß als Abrichtwerkzeug 5 auch andere Diamantwerkzeuge in Betracht kommen und zwar sowohl rotierende Abrichtwerkzeuge wie auch stehende Diamantwerkzeuge, z. B. Ein­ zeldiamanten. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, auch eine profilierte Schleifschei­ be mit einem Einzelabrichtdiamanten zu bearbei­ ten, der über eine CNC-Steuerung entsprechend dem Verlauf des Profiles der Schleifscheibe gesteuert wird, wobei fortlaufend ein sich aus der jeweiligen angelegten Spannung ergeben­ der Anpreßdruck aufrecht erhalten bleibt, wel­ cher der Zustellgröße proportional ist. Dafür kann die Achse der Abrichtspindel 6 senkrecht zu der Achse der Schleifspindel 2 stehen. Werden größere oder schwerere Abrichtwerkzeuge einge­ setzt, so können ergänzend zu dem dargestellten Beispiel mehrere Stapel 10 von Piezoelemente zwischen dem Halter 7 und seinem Träger 8 ange­ ordnet sein.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben mit Diamant oder kubisch kristallinem Borni­ trid als Schleifmittel, mit einem Diamantab­ richtwerkzeug (5), das mit einem verfahrbaren Maschinenschlitten (8) verbunden ist, dessen Zustellgeschwindigkeit voreinstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreten einer Berührung zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) mit der Schleifscheibe (1) durch Messung der elektrischen Spannung eines mit dem Abrichtwerkzeug (5) verbundenen piezoelektri­ schen Elementes (9) ermittelt wird und das Ausmaß der weiteren Zustellung des Abricht­ werkzeuges (5) nach einer Stillsetzung des Maschinenschlittens (8) durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das piezoelektrische Element (9) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausmaß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges (5) beim Abrichten durch eine stufenweise Erhöhung der am piezo­ elektrischen Element (9) angelegten elektri­ schen Spannung erfolgt.

3. Vorrichtung zum Abrichten von Schleifscheiben mit einem Diamantabrichtwerkzeug, das mit einem Maschinenschlitten für seine Zustellung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrisches Element (9) im Kraft­ fluß zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) und seinem Maschinenschlitten (8) angeordnet ist, das über eine Kraftmeßeinheit (16) die Berührung des Abrichtwerkzeuges (5) mit der Schleifscheibe (1) anzeigt und da­ danach durch Anlegen einer elektrischen Spannung das Ausmaß der Zustellung des Ab­ richtwerkzeuges (5) bestimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere piezoelektrische Ele­ mente (9) gemein in einem Stapel (9) angeord­ net sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere aus piezoelektrischen Elementen (9) zusammengesetzte Stapel (10) im Kraftfluß zwischen der Halterung (7) des Abrichtwerkzeuges (5) und dem Maschinen­ schlitten (8) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrische Elemente (9) Quarzkristalle oder Keramiken vorgesehen sind.