-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen,
die ein Kühlmittelfluid
verwendet. Insbesondere betrifft sie eine Verbesserung an einem
als Vollschnittschleifen bezeichneten Prozess, mittels welchem eine
sehr hohe Materialentfernungsrate erzielt wird.
-
Vollschnittschleifen
ist ein Tiefschleif- oder Vollschleifvorgang, welcher oft das Schleifen
einer vollständigen
Profiltiefe aus einem Festkörper
in einem einzigen Durchgang erlaubt. Das zu bearbeitende Werkstück wird
auf einer Abrichtplatte befestigt, welche der rotierenden Schleifscheibe
mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird. Die Materialentfernungsrate
ist durch die Größe und Anzahl
von Spannuten in der Oberfläche
des Rades in Verbindung mit einer Anzahl anderer Faktoren festgelegt. Eine
hohe Entfernungsrate kann erzielt werden, aber der Prozess kann
ausreichend Reibungshitze erzeugen, um die Werkstückoberfläche zu verbrennen
und die Scheibe zu beschädigen.
Eine Vergrößerung der Scheibenschleiftiefe
hat bisher eine verringerte Werkstückvorschubgeschwindigkeit oder
die Durchführung
des Vorgangs in zwei oder mehr Durchgängen erfordert.
-
Verbesserungen
haben sich durch die Bereitstellung eines ausreichenden Kühlmittelstroms auf
den Scheibenkontaktbereich, welcher eine Werkstückkühlung und Schleifscheibenkühlung und
effiziente Reinigung sicherstellt, herausgestellt. Es ist allgemein
bekannt, Strahlreinigungsdüsen
zu verwenden, die Kühlmittel
nahe an die Scheibenoberfläche in
großen
Volumina liefern. Der Typ und die Zusammensetzung der Scheibe werden
sorgfältig
für den Typ
des zu schleifenden Materials für
das akzeptabelste Gleichgewicht zwischen Materialentfernungsrate
und Scheibenverschleiß ausgewählt.
-
Die
Entfernung von Metallmaterial von einem Werkstück mit höheren Raten kann eine erhebliche Menge
an Kühlmittel
erfordern, das genau und in ausreichenden Mengen an dem und quer
zu dem gesamten Profil der Grenzfläche zwischen dem Metallbearbeitungswerkzeug
und dem Werkstück
zugeführt
werden muss. Typischerweise wird die Kühlmitteldüse manuell von einer Bedienungsperson
auf der Basis von Erfahrung und Abschätzung einer Ausrichtung und
Position, die den Kühlmittelstrom
zu dem Metallbearbeitungswerkzeug liefert, positioniert. Das erhebliche
Volumen und der Druck des Kühlmittelstroms
während
des Schleifvorgangs überfluten
beispielsweise den Schleifabschnitt, und verdecken jede Sicht auf
die genaue Auftreffposition des Kühlmittels und die Bearbeitungsstelle.
Oft weist, wenn der Kühlmittelstrom
nicht genau auf die Bearbeitungsstelle geliefert wurde, das bearbeitete
Werkstück
Fehler aufgrund einer zu hohen Wärmeentwicklung
oder Materialentfernung auf und muss nachgearbeitet oder verschrottet
werden.
-
Daher
sind weitere Verbesserungen erforderlich, um sicherzustellen, dass
ein ausreichender Kühlmittelstrom
genau und in ausreichenden Mengen quer zu dem Profil der Bearbeitungsstelle
zwischen dem Metallbearbeitungswerkzeug und dem Werkstück geliefert
wird.
-
FR 2 828 654 beschreibt
kohärente
Strahldüsen
zum Aufbringen eines Kühlmittels
in Schleifanwendungen und ist mit einem Laserzeiger ausgestattet.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Metallbearbeitungsvorrichtung
zum Entfernen von Metall von einem Werkstück, aufweisend: 1) einen Halter
für ein
Werkstück,
2) ein Metallbearbeitungswerkzeug, das so eingerichtet ist, dass
es an dem Werkstück entlang
einer Bearbeitungsstelle angreift, um Metall von dem Werkstück zu entfernen;
3) eine Kühlmitteldüse zum Ausgeben
eines Stroms eines Kühlmittelfluids,
wobei die Düse
einen Düsenkörper mit
einem Strömungskanal
und einer Laserbohrung aufweist, in welchem der Strömungskanal
einen Einlass und einen Auslass hat, und die Laserbohrung eine Sichtlinie
mit dem Strömungskanalauslass
hat, und einen herausnehmbar in die Laserbohrung eingesetzten sichtbaren
Laser, welcher mit dem Düsenkörper zusammenarbeitet,
um die Düse
visuell in Bezug auf das Metallbearbeitungswerkzeug zu positionieren, wodurch
der ausgegebene Strom des Kühlmittelfluids
auf die Bearbeitungsstelle gerichtet werden kann.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Kühlmitteldüse mit Laserzieleinrichtung
zur Verwendung bei der Aufbringung von Kühlmittelfluid auf eine Bearbeitungsmaschine
zum Entfernen von Metall von einem Werkstück an einer Bearbeitungsstelle,
aufweisend: 1) einen Kühlmitteldüsenkörper mit
einem Strömungskanal
und einer Laserbohrung, wobei der Strömungskanal einen Einlass und
einen Auslass hat, und die Laserbohrung eine Zugangsöffnung in
der Außenoberfläche des
Düsenkörpers bildet
und eine Sichtlinie mit dem Strömungskanalauslass
(29) hat, und 2) einen herausnehmbar in die Laserbohrung eingesetzten
sichtbaren Laser, welcher mit dem Düsenkörper zusammenarbeitet, um die
Düse visuell
in Bezug auf die Bearbeitungsmaschine zu positionieren, wodurch
der Strom des Kühlmittelfluids
auf die Bearbeitungsstelle gerichtet werden kann.
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Metallbearbeitungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung, dargestellt als eine Schleifscheibe zum
Entfernen von Metall aus einem Werkstück mit einer Düse mit Laserzieleinrichtung
mit einem darin positionierten Laser mit sichtbarem Licht, zeigt.
-
2 die
schematische Darstellung von 1 zeigt,
während
die Kühlmitteldüse einen
Kühlmittelfluidstrom
ausgibt.
-
3 eine
Querschnittsansicht durch die Kühlmitteldüse mit Laserzielvorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt, welche einen darin positionierten
sichtbaren Laser enthält.
-
4 die
Querschnittsansicht der Kühlmitteldüse von 2 zeigt,
bei der der sichtbare Laser entfernt und durch einen Dichtungsstopfen
ersetzt ist.
-
5 eine
schematische Darstellung einer alternativen Kühlmitteldüse mit Laserzieleinrichtung der
Erfindung mit dem darin positionierten Laser mit sichtbarem Licht
zeigt.
-
6 die
schematische Darstellung von 5 zeigt,
während
die Kühlmitteldüse einen
Kühlmittelfluidstrom
ausgibt.
-
Eine
Vielzahl von Metallbearbeitungswerkzeugen kann zum Entfernen von
Material von einem Werkstück
verwendet werden. Ein typisches Metallbearbeitungswerkzeug zum Entfernen
von Material ist eine Schleifvorrichtung, insbesondere eine Schleifscheibe.
Die Schleifscheibe wird zum Entfernen von Material von einem Werkstück auf der
Basis des Profils des Außenumfangs
der Scheibe verwendet. Eine typische Schleifscheibe kann ein ebenes Profil
aufweisen oder das Profil kann gekrümmt, geradlinig oder eine Kombination
von beiden sein. Typischerweise ist das Profil eines Querschnittes
der Schleifscheibe über
ihren gesamten Umfang identisch. Der Wertebereich der Oberflächengeschwindigkeit
für den
Typ der verwendeten Schleifscheibe, innerhalb welchem eine Verbesserung
erzielt wurde, reichte von etwa 10 m pro Sekunde bis zu etwa 80
m pro Sekunde.
-
1 und 2 stellen
eine Metallbearbeitungsanordnung dar, die ein Metallbearbeitungswerkzeug
enthält,
das als eine in der Richtung des Pfeils 4 rotierende Schleifscheibe 2 für einen
Angriff an einem Werkstück 6 dargestellt
ist, das in die rotierende Scheibe 2 in der Relativrichtung
des Pfeils 8 bewegt werden kann. Der dargestellte Vorgang
ist im Fachgebiet als "Gleichlaufschleifen" in einem Kontaktbereich
der Schleifscheibe bekannt. Es hat sich herausgestellt, dass die
Erfindung genauso gut bei "Gegenlaufschleifen" arbeitet. Im Wesentlichen
ist der Prozess der Erfindung eine weiter entwickelte Form des Prozesses,
der als Vollschnittschleifen bekannt ist, obwohl dieses als eine
etwas unzutreffende Bezeichnung betrachtet werden kann, da die Verbesserung
zu einem sehr viel schnelleren Entfernung von Werkstückmaterial
führt.
-
Die
Schleifscheibe 2 ist auf einer rotierenden Spindel 10 montiert,
die von einem Werkzeugträger oder
Spannfutter 12, welche Teil einer Standard-Mehrachsenmaschine
ist, gelagert. Das Werkstück 6 ist
in einer Position zur Bearbeitung mittels einer Befestigungsvorrichtung 14,
dargestellt als ein Paar von Befestigungsträgern 14a und 14b auf
einer Oberfläche
eines Bearbeitungstisches 16 befestigt. Da die Erfindung
als ein "Einmal-Durchlauf"-Schleifprozess gedacht
ist, ist die Breite der Schleifscheibe so eingerichtet, dass sie
der Breite der erforderlichen geschliffenen Oberfläche entspricht.
Das Werkstück wird
bei der Bearbeitungsstelle 19 in die rotierende Schleifscheibe
geführt
und durch diese bearbeitet.
-
Ein
typischer Schleifvorgang beinhaltet das Schleifen der distalen Spitze
einer in einem Gasturbinentriebwerk verwendeten Turbinenlaufschaufel.
-
Während des
Schleifvorgangs wird, gemäß Darstellung
in 2, ein Strom 18 eines flüssigen Kühlmittels,
das typischerweise aus einem wasserlöslichen Öl besteht, von der Düse 20 ausgegeben und
auf die Bearbeitungsstelle 19 auf dem Umfang der Scheibe 2 gerichtet.
Die Düse 20 ist
der Auslass eines geschlossenen Kühlmittelzuführungs-, Sammel- und Filtrationssystems.
Das von der Scheibe ausgeworfene verbrauchte Kühlmittel wird in einem (nicht
dargestellten) Sumpf in dem unteren Teil der Maschine gesammelt
und durch ein effizientes Filtersystem geführt, um Schmutz bis zu einer
Partikelgröße von typischerweise
wenigstens etwa 10 μm
zu entfernen.
-
Zusammen
mit dem (nicht dargestellten) Filtrationssystem ist ein (ebenfalls
nicht dargestelltes) Hochdruckpum pensystem vorhanden, das Kühlmittel unter
Druck an den Einlass 28 der Düse 20 liefert. Gemäß Darstellung
in 3 wird das Kühlmittel
an den Einlass 28 über
einen Hochdruckschlauch 31 an einen an dem Einlass 28 befestigten
Einlassanschluss 32 mit einem Druck von bis zu 100 bar,
typischerweise 70 bar bei einer Strömungsrate von etwa 60 Litern
pro Minute geliefert.
-
Die
Kühlmitteldüse gibt
einen Kühlmittelstrom
bei hoher Geschwindigkeit und hohem Druck aus. Während des Schleifvorgangs trifft
der Kühlmittelstrom
die Schleifscheibe bei hoher Geschwindigkeit. Die sich ergebenden
Kollision des Kühlmittelstroms
mit hoher Geschwindigkeit, mit der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden
Schleifscheibe, bewirkt, dass das auftreffende Kühlmittelfluid in allen Richtungen
gespritzt und verteilt wird, was eine Wolke aus kühlendem
Nebel und Tröpfchen
erzeugt, welche nahezu vollständig
die Sichtbarkeit des Bearbeitungsvorgangs verhindern.
-
Trotzdem
kann ein genaues Zielen des Kühlmittelstroms
auf die Bearbeitungsstelle wichtig zum Erzielen eines effektiven
und genauen Schleifvorgangs sein. Wenn das Kühlmittel nicht korrekt auf
alle notwendigen Abschnitte der Schleifscheibe geleitet wird, kann
sich ein fehlerhafter Schleifvorgang aus einer Überhitzung und übermäßigen Metallentfernung von
dem Werkstück
ergeben.
-
Da
die hohen Betriebsgeschwindigkeiten ein Zielen oder Ausrichten des
Kühlmittelstroms
auf den Zielabschnitt der Schleifscheibe verhindern, nachdem der
Schleifvorgang begonnen hat, wurde die vorliegende Erfindung entwickelt,
um die Düsenanordnung
vor dem Beginn des Kühlmittelstroms
und dem Schleifvorgang genau zu positionieren. 1 stellt die
Metallbearbeitungsanordnung vor dem Start des Schleifvorgangs dar.
Um sicherzustellen, dass die Düse 20 den
Strahl des (in 2 dargestellten) Kühlmittels 18 an
die korrekte Stelle der Schleifscheibe 2, dargestellt als
Bearbeitungsstelle 19, lenkt, ist die Düse 20 mit einer Laserbohrung 22 versehen,
in welcher ein Laser 40 mit sichtbarem Licht positioniert werden
kann. Die Laserbohrung 22 ist so ausgeführt, dass sie den Laser 40 in
einer festen Position aufnimmt und herausnehmbar befestigt. In dieser
festen Position kann der sichtbare Laser einen Strahl mit sichtbarem
Licht entlang einer Linie 23 emittieren.
-
Die
Laserbohrung 22 ist innerhalb der Düse 20 zum zusammenwirkenden
Positionieren der Laservorrichtung 40 mit dem Auslass 29 gestaltet.
Insbesondere arbeitet der entlang der Linie 23 emittierte Laserlichtstrahl
mit einem Strombezugspunkt 25 auf dem Umfang des Auslasses 29 zusammen,
um eine Zieleinrichtung zum visuellen Positionieren und Führen des
anschließenden
Kühlmittelstroms 18 aus
der Düse 20 zu
der Schleifscheibe 2 bereitzustellen. Typischerweise erfordert
der Metallbearbeitungsvorgang, dass das Profil des emittierten Stroms 18 des Kühlmittels
mit der Bearbeitungsstelle 19 auf dem Umfang der Schleifscheibe 2 übereinstimmt.
Um eine korrekte Orientierung der Düse und Ausrichtung des Profils
des Kühlmittelstroms
zu dem Profil der Bearbeitungsstelle sicherzustellen, hat die Maschinenschnittstelle 19 ein
Profil mit wenigstens einem Bearbeitungsbezugspunkt 15.
Typischerweise sind der Bearbeitungsbezugspunkt 15 und
der Strombezugspunkt auf den Profilen ihrer entsprechenden Bearbeitungsstelle 19 und
dem Düsenauslass 18 in
einer zusammenwirkenden und im Wesentlichen ähnlichen Lage positioniert.
Der Bearbeitungsbezugspunkt 15 wird ausgewählt, wodurch,
wenn der von der Düse 20 mit
der Laser zieleinrichtung entlang der Linie 23 emittierten
sichtbare Lichtstrahl zu dem Bearbeitungsbezugspunkt 15 ausgerichtet
ist oder darauf liegt, korrekt für
den anschließenden
Metallbearbeitungsvorgang gezielt und orientiert ist.
-
Gemäß Darstellung
in 1 wird die Düse 20 mit
dem in die Laserbohrung 22 eingesetzten Laser 40 manuell
positioniert, wodurch der sichtbare Laserstrahl entlang der Linie 23 durch
oder entlang sowohl dem Strombezugspunkt 25 als auch dem
Bearbeitungsbezugspunkt 15 verläuft. In dieser Position ist
die Kühlmitteldüse korrekt
und optimal für
den anschließenden
Metallbearbeitungsvorgang vorpositioniert. Es ist dann sichergestellt,
dass die vorpositionierte und ausgerichtete Kühlmitteldüse korrekt und effektiv den
Strom 18 des Kühlmittelfluids
auf die Bearbeitungsstelle 19 während des Schleifvorgangs ausgibt.
-
Die
Kühlmitteldüse 20 ist
unmittelbar an dem Umfang der Scheibe 2 positioniert, um
den Hochdruckstrom 18 des Kühlmittels auf die Scheibe in
einer im Wesentlichen radialen Richtung zu dem Scheibenumfang an
einen Punkt vor der Bearbeitungsstelle 19 zu liefern. Typischerweise
ist ein (nicht dargestellter) Unterstützungsständer vorgesehen, auf welchem
die Kühldüse befestigt
ist. Der Unterstützungsständer ist
so eingerichtet, dass er eine Aufwärts/Abwärts-, Vorwärts/Rückwärts-, Links/Rechts-Bewegung
und ein Schwenken der Kühlmitteldüse für ein optimales
Kühlverhalten
ermöglicht.
Die Düse
ist typischerweise für
eine unabhängige
Bewegung in Bezug auf das Werkstück
und die Schleifscheibe eingerichtet. Bevorzugt kann die Düsenanordnung
in allen Richtungen bewegt oder gedreht werden, und kann so orientiert
oder positioniert werden, dass sie den Kühlmittel strom an die Schleifscheibe
ohne Störung
durch das Werkstück ausgibt.
-
In
der in 2 dargestellten Ausführungsform leitet der Düsenströmungskanal
einen Strom 18 des Kühlmittels
in der Form eines Blattes oder Fächers
an den Umfang der Scheibe, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung
des Kühlmittels auf
der Bearbeitungsstelle 19 der Scheibe zu erzielen. Die
Düse kann
alternativ so aufgebaut sein, dass sie einen emittierten Kühlmittelstrom
mit einem Querschnittsprofil einer Vielzahl von Formen liefert.
In einem typischen Vorgang ist das Profil und die Größe des Kühlmittelstroms
so eingerichtet, dass es mit dem Profil und der Größe der Bearbeitungsstelle
des Bearbeitungswerkzeuges übereinstimmt,
so dass konstant Fluid auf diesen Abschnitt des Metallbearbeitungswerkzeuges,
wie z.B. die Schleifscheibe, geliefert wird, die das Metall von
dem Werkstück
entfernt. Typischerweise können
Düsenstrahlprofile
geradlinig, rechteckig, rund, oval oder gekrümmt sein.
-
Die
Düse 20 ist
so eingerichtet und angeordnet, dass sie den Strom 18 des
Kühlmittelfluids
auf den Umfang der Scheibe an dem Auftreffpunkt quer zur vollen
Breite der Scheibe leitet. In einigen Vorgängen bevorzugt man es, dass
Kühlmittelfluid
in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Umfang der Scheibe
zuzuführen.
-
Obwohl
die in 1 dargestellte Kühlmitteldüse 20 so eingerichtet
ist, dass sie einen Kühlmittelstrom
emittiert, der sich von dem Auslass der Düse nach außen auffächert oder erweitert, kann
die Düse auch
so eingerichtet sein, dass sie das Profil des emittierten Kühlmittelstroms 18 auf eine
konstante Querschnittsgröße und Form
gemäß Darstellung
in 6 beschränkt.
-
Die
Ausführungsform
ist in 5 mit dem in der Laserbohrung 22 der
Düse positionierten
sichtbaren Laser 40 zum korrekten Zielen und Positionieren der
Düse 20 wie
hierin vorstehend beschrieben dargestellt. Die Düse 20 besitzt ein
Profil am Auslass 29, das angenähert rechteckig mit einer Breite
und einer Höhe
ist. Der zu dem Auslass 29 führende Strömungskanal ist mit parallelen
Seitenwänden
und einem konstanten Querschnittsprofil eingerichtet, was einen
emittierten Kühlmittelstrom 18 mit
einem Profil mit derselben Breite und Höhe bereitstellt.
-
Eine
typische Kühlmitteldüse mit Laserzielvorrichtung
ist in im Querschnitt in 3 dargestellt. Die Kühlmitteldüse 20 weist
einen Düsenkörper mit einem
Einlass 28, Auslass 29 und einem den Einlass mit
dem Auslass verbindenden Strömungskanal 27 auf.
Die Geometrie des Einlasses 28, die Innenoberfläche des
Fluidkanals 27 und der Auslass 29 sind so eingerichtet,
dass sie ein profiliertes Muster des emittierten Kühlmittelstroms 18 (dargestellt
in 2) erzeugen. Auslegungskriterien können die
Konfiguration der Innenoberfläche
des Fluidkanals beinhalten, um eine Turbulenz des Fluids bei seinem
Durchlauf durch die Düse
zu begrenzen, um dadurch zu bewirken, dass das strömende Kühlmittel
mit einem speziellen Kühlmittelstromprofil übereinstimmt.
In einer Ausführungsform
ist die Düse
so eingerichtet, dass sie die Kühlmittelflüssigkeit
dadurch in einer laminaren Strömung
führt,
wenn das Kühlmittel
die Düse durchläuft und
verlässt.
-
Die
Kühlmitteldüse 20 besitzt
einen Körper 21 mit
einer Laserbohrung 22, die eine Öffnung 24 durch eine
Außenoberfläche 26 des
Düsenkörpers bildet,
welche mit dem Fluidströmungskanal 27 in Fluidverbindung
steht. Die Laserbohrung 22 ist typischerweise zu einer Übergangsstelle
mit dem Kühlmittelströmungskanal 27 der
Düse 20 hin
verjüngt, und
schneidet diese. Die Laserbohrung 22 ist so eingerichtet,
dass sie eine Laservorrichtung 40 gemäß Darstellung in den 1 und 3 aufnimmt.
-
Typischerweise
ist die Düse 20 für eine Entnahme
des Lasers 40 aus der Laserbohrung 22 und für die Einführung eines
entfernbaren Stopfens 50 in die Laserbohrung 22 während Schleifoperationen
gemäß Darstellung
in den 2, 4 und 6 eingerichtet.
Typischerweise besitzt der entfernbare Stopfen 50 ein distales
Ende 52, das durch die Laserbohrung 22 hindurch
vorsteht. Das distale Ende 52 des entfernbaren Stopfens 50 weist
typischerweise eine stopfenseitige Fläche 56 auf, die mit
der Innenoberfläche
des Strömungskanals 27 der
Düse 20 entlang
einer Grenzfläche 30 zwischen
dem Strömungskanal 27 und
der Laserbohrung 22 zusammenwirkt. Die stopfenseitige Fläche 56 bildet
die Form der Innenoberfläche
des Strömungskanals 27 nach,
die entfernt worden ist, als die Laserbohrung 22 in dem Düsenkörper 21 hergestellt
wurde.
-
Die
Laserbohrung 22 ist so eingerichtet, dass sie wenigstens
eine Sichtlinie von der Laserbohrung 22 zu dem Strömungskanalauslass 29 bereitstellt. Typischerweise
weisen die Laserbohrung 22 und die Laservorrichtung 40 eine
zylindrische Form auf, obwohl auch andere Formen verwendet werden
können.
Ebenso weist der Stopfen 50 einen Körperabschnitt 51 mit
im Wesentlichen derselben Form wie der Laser auf, und ist so eingerichtet,
dass er an eine (nicht dargestellte) in der Laserbohrung 22 angeordnete
Dichtung passt. Der Stopfen 50 besitzt typischerweise eine
Einrichtung für
einen Eingriff mit der Innenoberfläche der Laserbohrung 22,
wie z.B. einen Satz von Gewindegängen 58,
die mit entsprechenden Gewindegängen 38 in
der Laserbohrung 22 übereinstimmen.
Zur leichten Entfernung besitzt der Stopfen 50 typischerweise
einen Handgriff 59 an einem proximalen Ende 54,
das sich von dem Düsenabschnitt
für eine
leichte Einführung
und Entfernung des Stopfens erstreckt.
-
Eine
typische Kühlmitteldüse der vorliegenden
Erfindung ist von Innatech, LLC of Rochester, MI beziehbar.
-
Die
Laservorrichtung 40 kann jeder Laser sein, welcher einen
sichtbaren Laserstrahl emittiert. Die Farbe und Größe des emittierten
Laserstrahls kann jede Art sein, welche aus einem Abstand von wenigstens
etwa 2 m sichtbar ist. Typischerweise ist der Laser ein roter Diodenlaser
zum Emittieren eines sichtbaren roten Laserstrahls. Der Laser kann
beispielsweise mittels Batterien und eines manuellen Ein/Aus-Schalter
batterieversorgt sein, oder kann über eine Energieversorgungsleitung
von einer entfernten elektrischen Energiequelle versorgt und gesteuert
werden.
-
Ein
typisches Beispiel eines sichtbaren Lasers ist der MLM (3/4 Inch
Durchmesser), der von FP-Industries, Cabano, Quebec, Kanada beziehbar ist.
-
Es
wird ferner ein Verfahren einer Verwendung eines sichtbaren Lasers
zum Ausrichten eines Kühlmittelstroms
offenbart, der von einer Düse
auf die Bearbeitungsstelle eines Metallschleifwerkzeuges ausgegeben
wird, wenn ein Bear beitungsvorgang an einem Werkstück ausgeführt wird.
In einem typischen Verfahren wird das Werkstück in einem Halter auf dem
Tisch einer Metallschleifvorrichtung befestigt. Das Werkstück und ein
rotierendes Schleifwerkzeug sind für einen Angriff an einer Bearbeitungsstelle
zum Entfernen von Metall von dem Werkstück eingerichtet. Die Bearbeitungsstelle
weist ein spezifisches Grenzflächenprofil
auf, das mit dem Profil des Außenumfangs
der Schleifscheibe übereinstimmt,
und das Bearbeitungsprofil auf dem Werkstück nach der Fertigstellung
bildet. Die Positionierungsbewegung des Werkstückes und des Schleifwerkzeuges
in Bezug zueinander wird typischerweise von einer computerisierten
Steuerung ausgeführt. Eine
Düse zum
Leiten eines Kühlmittelfluidstroms
ist so befestigt, dass sie den Kühlmittelfluidstrom
während
des Metallbearbeitungsvorgangs an die Metallbearbeitungsstelle liefert.
Die Düse
ist so eingerichtet, dass sie eine Laserbohrung bereitstellt, in
welche ein sichtbarer Laser für
Zwecke der Positionierung der Düse
eingesetzt werden kann. Die Bedienungsperson setzt den sichtbaren
Laser vor dem Betrieb ein, der sichtbare Laser arbeitet mit der
Düse zusammen,
wodurch die Ausrichtung und Positionierung des von dem Laser emittierten
Laserstrahls das Ziel des sich ergebenden Kühlmittelstroms anzeigt, der aus
der Strömungsdüse während des
Betriebs ausgegeben wird. Der Laserstrahl ist dafür eingerichtet, genau
die Ausrichtung des Kühlmittelstroms,
der von der positionierten Kühlmitteldüse ausgegeben
wird, zu reproduzieren. Nachdem die Düse korrekt ausgerichtet und
positioniert und in ihrer Stellung befestigt ist, entfernt die Bedienungsperson
die Laservorrichtung aus der Laserbohrung und setzt den Stopfen ein,
der die Laserbohrung während
des Schleifvorgangs verschließt,
und verhindert, dass Kühlmittelfluid
aus der Kühlmitteldüse während des
Betriebs austritt. Die Bedie nungsperson kann zu jedem Zeitpunkt die
Positionierung und Orientierung der Düsen erneut prüfen, indem
er den Stopfen entfernt und den Laser wieder einsetzt.
-
Das
Verfahren beinhaltet die Ausrichtung des Laserstrahls entlang einer
Linie, welche durch den Strombezugspunkt und dem Bearbeitungsbezugspunkt
gemäß der hierin
vorstehenden Beschreibung verläuft.
Dieses ermöglicht
die Positionierung und Ausrichtung der Strömungsdüse so, dass das Profil des
Kühlmittelstroms
mit dem Profil der Bearbeitungsschnittstelle übereinstimmt oder dazu ausgerichtet
ist.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Düse
eine getrennte Laserbohrung bereitstellen, die nicht mit an den
Fluidkanal der Düse
angrenzt oder in Verbindung steht. In dieser Ausführungsform durchdringt
die Laserbohrung einen hinteren Abschnitt der Düse und verläuft vollständig durch einen vorderen Abschnitt
der Düse,
typischerweise unmittelbar benachbart zu der Auslassöffnung der
Düse. Der
emittierte sichtbare Strahl aus dem in die Laserbohrung eingesetzten
Laser verläuft
durch die Auslassöffnung
der Laserbohrung und ist auf die Metallbearbeitungsmaschine gerichtet.
Der Winkel des emittierten Laserstrahls kann zu dem Winkel des aus der
Düse emittierten
Kühlmittelstroms
parallel sein.
-
In
der vorstehenden Ausführungsform
kann die Ausgabe- oder
Auslassöffnung
der Laserblende mit einem Klarglasmaterial abgedeckt sein, welches das
Passieren des Laserstrahls dadurch ermöglicht, welches aber verhindert,
dass Kühlmittelfluid
zurück in
die Öffnung
der Laserbohrung spritzt.
-
Die
vorliegende Erfindung wird in die Praxis unter Verwendung einer
mehrachsigen Fräsmaschine
umgesetzt, die dafür
eingerichtet ist, unter Verwendung einer Schleifscheibe anstelle
des normalen Fräswerkzeugs
zu arbeiten. Ein Hauptgrund für
die Verwendung dieser Mehrachsenmaschine dieser Art ist die Fähigkeit,
komplexe Oberflächenprofile
auf dem geschliffenen Werkstoff zu reproduzieren, obwohl dieser
spezielle Punkt außerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Es dürfte sich
daher verstehen, dass die relativen Bewegungen der Schleifscheibe
und des Werkstücks
zusammengesetzte Bewegungen unabhängig davon sein können, dass
die beigefügte
Zeichnung zur Vereinfachung eine derartige Relativbewegung als geradlinig darstellt.