EP0257381A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abrichten von Schleifscheiben - Google Patents

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EP0257381A1
EP0257381A1 EP87111290A EP87111290A EP0257381A1 EP 0257381 A1 EP0257381 A1 EP 0257381A1 EP 87111290 A EP87111290 A EP 87111290A EP 87111290 A EP87111290 A EP 87111290A EP 0257381 A1 EP0257381 A1 EP 0257381A1
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dressing
dressing tool
electrical voltage
piezoelectric element
tool
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Hans Kurt Tönshoff
Thomas Grabner
Harald Gosebruch
Jürgen Jendryschik
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Saint Gobain Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
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Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/001—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces involving the use of electric current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method for dressing grinding wheels with diamond or cubic crystalline boron nitride as the abrasive, with a diamond dressing tool which is connected to a movable machine slide, the feed speed of which can be preset.
  • an electromechanical drive unit is used for the delivery of a dressing tool.
  • An NC control or a CNC control can be used.
  • Such devices are relatively expensive.
  • a major deficiency lies in the fact that the infeed is in many cases not effected as precisely as is desirable, owing to errors which result from mechanical friction and an unsafe one sufficient rigidity of the output systems.
  • heat influences such as temperature increases in the work area or temperature fluctuations of the grinding wheel can have a disadvantageous effect on the accuracy of the infeed. Since the grinding wheel expands as a result of its heating during use, it is in a different position for a new dressing process after its return to the dressing position than the one in which it was originally dressed at a lower temperature.
  • a dressing step means the delivery of a dressing tool per dressing process. If a total dressing step should be two ⁇ m, it is expedient if this size is divided into several individual steps of a smaller size, such as four individual steps of 0.5 ⁇ m each, since under these conditions significantly better dressing steps are achieved than with only a larger delivery. In practice, however, this has so far often not been possible, since the allocation system between the grinding wheel and the dressing tool changes continuously, in particular as a result of thermally induced deformations.
  • a dressing result which should be reproducible, therefore requires precise knowledge of the spatial assignment between the grinding wheel and the dressing tool as well as the utilization of a feed system with the highest positioning accuracy. Reproducibility in this context means that it is continuously ensured that, under different external circumstances, the same effect is produced during dressing as in previous dressing processes.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for dressing grinding wheels, the use of which can produce reproducible results of the highest accuracy. According to the invention it is provided that the occurrence of contact between the dressing tool and of the grinding wheel is determined by measuring the electrical voltage of a piezoelectric element connected to the dressing tool and that the extent of the further infeed of the dressing tool after the machine slide is stopped is determined by applying a specific electrical voltage to the piezoelectric element, the size of which is proportional to the extent of delivery of the dressing tool.
  • the invention thus makes use of two known piezoelectric effects, namely the knowledge that a piezoelectric material generates an electrical voltage proportional to it when subjected to mechanical stress by external forces, and the knowledge that when an electrical voltage is applied to a piezoelectric crystal or a ceramic that expands.
  • the first finding is used to find the position of the dressing tool in which there is contact with the grinding wheel, and the second finding is used to cause the dressing tool to be delivered after reaching a contact position for dressing, the result of which is independent of the outside Influences such as insufficient rigidity of the drive device or temperature differences.
  • piezoelectric elements such as quartz crystals or ceramics
  • a stack enable stretches and thus infeed sizes of several 100ths of a mm to be achieved.
  • one or more stacks of piezoelectric ceramics or crystals can be structurally integrated into the force flow between the dressing tool and the machine slide or the machine frame without great effort, so that the control of the delivery of larger and heavier dressing tools such as Profile dressing rolls can be carried out with maximum accuracy and the use of previously obtained results.
  • piezo elements enable much smaller delivery amounts that are reproducible than conventional electromechanical delivery systems.
  • the reproducibility of the infeed amounts is higher than with conventional infeed systems, since the piezo elements can be coupled directly to the dressing tool, so that position errors that result from insufficient stiffness of an infeed system or that result from the guidance and drive behavior have no influence on the dressing result , because the machine-side feed slide does not need to be moved during dressing or for dressing.
  • the arrangement shown in the drawing has a grinding wheel 1 with a grinding spindle 2, which can be moved back and forth in accordance with the double arrow 3.
  • the grinding wheel 1 rotates according to the arrow 4.
  • the axis of the spindle 6 with the cup wheel 5 is inclined to the axis of the grinding wheel 1.
  • the dressing wheel 5 is connected via a holder 7 to a mounting plate 8, which is part of an adjustable machine slide.
  • the connection is established by a stack 10 of individual piezo elements 9, which can consist of disk-shaped piezo crystals such as quartz crystals.
  • the individual piezo elements 9 lie in a housing 11 which is provided with a connection 13 for two lines 14 and 15.
  • the dressing tool 5 is delivered before the dressing process begins Carriage 8 in the direction of arrow 12. If there is contact between the dressing tool 5 and the grinding wheel 1, pressure builds up on the piezo elements 9 which lie in the flow of force between the dressing tool 5 and the carriage 8 carrying it. This pressure triggers an electrical voltage, which is passed via line 14 to a contactor 16, which opens switch 17 when voltage occurs for the first time and thus interrupts the advance of carriage 8 or its infeed. Immediately afterwards or at the same time, a voltage can be applied to the piezo elements 9 from the outside via a voltage source 18 and the line 15, which voltage causes their expansion in reverse of the piezo effect described above. The extent of this expansion corresponds to the further infeed of the dressing tool and can be determined precisely in advance by the magnitude of the voltage applied, it having to be taken into account that a high voltage of the order of magnitude of about 5,000 volts or less is used.
  • the arrangement makes it possible, for example, for a total dressing step of 2.0 ⁇ m to carry out 4 individual steps of the order of 0.5 ⁇ m, in the course of which the grinding wheel 1 is moved back and forth in accordance with the double arrow 3, so that the load on the dressing tool and the grinding wheel 1 remains relatively small.
  • the dressing tool 5 both rotating dressing tools and standing diamond tools, e.g. B. single diamonds.
  • the axis of the dressing spindle 6 can be perpendicular to the axis of the grinding spindle 2. If larger or heavier dressing tools are used, a plurality of stacks 10 of piezo elements can be arranged between the holder 7 and its carrier 8.

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Abstract

Das Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben erfolgt unter Einsatz eines Diamantabrichtwerkzeuges (5), das mit einem verfahrbaren Maschinenschlitten (8) verbunden ist. Dabei ist es ein Problem, reproduzierbare Ergebnisse von höchster Genauigkeit zu erhalten und zu verwerten. Dem wird dadurch Rechnung getragen, daß das Eintreten einer Berührung zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) und der Schleifscheibe (1) ermittelt wird durch ein Messen der elektrischen Spannung eines mit dem Abrichtwerkzeug (5) verbundenen piezoelektrischen Elementes (9). Das Ausmaß einer weiteren Zustellung des Abrichtwerkzeuges (5) erfolgt nach einer Stillsetzung des Maschinenschlittens (8) durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an das piezoelektrische Element (9). Dafür ist ein piezoelektrisches Element (9) vorgesehen, das im Kraftfluß zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) und dem Maschinenschlitten (8) angeordnet ist. Über eine Kraftmeßeinheit (16) läßt sich die Berührung des Abrichtwerkzeuges (5) mit der Schleifscheibe (1) anzeigen. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung läßt sich das Ausmaß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges (5) vorherbestimmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrich­ten 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 Ab­richtwerkzeuges eine elektromechanische An­triebseinheit 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 wünschens­wert ist, aufgrund von Fehlern, die sich aus mechanischer Reibung ergeben sowie einer unge­ nügenden Steifheit der Abtriebssysteme. Darüber hinaus können sich Wärmeeinflüsse wie beispiels­weise 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, Abrichtzu­stellungen 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 Abrichtzustel­lung 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 Zu­stellung. 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 Positionierge­nauigkeit. Dabei ist unter Reproduzierbarkeit in diesem Zusammenhang zu verstehen, daß fort­laufend sichergestellt ist, auch unter verschie­denen äußeren Umständen beim Abrichten die gleiche Wirkung hervorzurufen wie bei vorausge­gangenen Abrichtvorgängen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abrichten von Schleif­scheiben 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 elektri­schen Spannung eines mit dem Abrichtwerkzeug verbundenen piezoelektrischen Elementes ermit­telt wird und daß danach das Ausmaß der weiteren Zustellung des Abrichtwerkzeuges nach einer Stillsetzung des Maschinenschlittens durch das Anlegen einer bestimmten elektrischen Span­nung an das piezoelektrische Element bestimmt wird, deren Größe proportional ist zu dem Aus­maß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges. Die Erfindung macht sich damit zwei bekannte piezo­elektrische Effekte zunutze, nämlich zum einen die Erkenntnis, daß ein piezoelektrischer Werk­stoff bei einer mechanischen Beanspruchung durch äußere Kräfte eine dazu proportionale elektrische Spannung erzeugt und zum anderen die Erkenntnis, daß beim Anlegen einer elektri­schen Spannung an einem piezoelektrischen Kri­stall oder eine Keramik sich dieser ausdehnt. Dabei wird die erste Erkenntnis ausgenutzt, um die Stellung des Abrichtwerkzeuges aufzufin­den, in der eine Berührung mit der Schleifscheibe vorliegt und die zweite Erkenntnis, um nach Erreichen einer Kontaktstellung zum Abrichten eine Zustellung des Abrichtwerkzeuges her­vorzurufen, 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 angenordneten 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 piezoelektri­schen Keramiken oder Kristallen in den Kraft­fluß zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Ma­schinenschlitten 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 Abricht­vorgang die Position des Maschinenschlittens nicht mehr verändert zu werden braucht, weil seine Stellung zum Zeitpunkt der Berührung des Abrichtwerkzeuges mit der Schleifscheibe eindeu­tig 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 ausdeh­nen. Dadurch lassen sich verschiedene Vorteile ausnutzen.
  • Grundsätzlich ermöglichen Piezoelemente wesent­lich kleinere Zustellbeträge, welche reprodu­zierbar sind, als konventionelle elektromechani­sche Zustellsysteme. Die Reproduzierbarkeit der Zustellbeträge liegt dabei höher als bei konventionellen Zustellsystemen, da die Piezo­elemente unmittelbar an das Abrichtwerkzeug gekoppelt sein können, so daß Lagefehler, die sich aus mangelnden Steifigkeiten eines Zustell­systems ergeben oder aus dem Führungs- sowie Antriebsverhalten resultieren, ohne Einfluß auf das Abrichtergebnis bleiben, da während des Abrichtens oder für ein Abrichten der ma­schinenseitige Zustellschlitten nicht verfahren zu werden braucht.
  • Weitere Merkmale der Erfindung und ein Ausfüh­rungsbeispiel derselben sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung weist eine Schleifscheibe 1 mit einer Schleif­spindel 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 ge­stellt zu der Achse der Schleifscheibe 1.
  • Die Abrichtscheibe 5 ist über einen Halter 7 mit einer Montageplatte 8 verbunden, die einen Bestandteil eines verstellbaren Maschinenschlit­tens darstellt. Die Verbindung ist hergestellt durch einen Stapel 10 von einzelnen Piezoelemen­ten 9, die aus scheibenförmigen Piezokristallen wie Quarzkristallen bestehen können. Die einzel­nen Piezoelemente 9 liegen in einem Gehäuse 11, das mit einem Anschluß 13 für zwei Leitun­gen 14 und 15 versehen ist.
  • Die Zustellung des Abrichtwerkzeuges 5 vor Be­ginn 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 Ab­richtwerkzeug 5 und dem dieses tragenden Schlit­tens 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 unter­bricht. Unmittelbar anschließend oder gleichzei­tig 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 5.000 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 herverfah­ren 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. Ein­zeldiamanten. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, auch eine profilierte Schleifschei­be mit einem Einzelabrichtdiamanten zu bearbei­ten, der über eine CNC-Steuerung entsprechend dem Verlauf des Profiles der Schleifscheibe gesteuert wird, wobei fortlaufend ein sich aus der jeweiligen angelegten Spannung ergeben­der Anpreßdruck aufrecht erhalten bleibt, wel­cher 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 ange­ordnet sein.

Claims (4)

1. Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben mit Diamant oder kubisch kristallinem Borni­trid als Schleifmittel, mit einem Diamantab­richtwerkzeug (5), das mit einem verfahrbaren Maschinenschlitten (8) verbunden ist, dessen Zustellgeschwindigkeit voreinstellbar ist, und bei dem das Eintreten einer Berührung zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) mit der Schleifscheibe (1) durch Messung der elektri­schen Spannung eines mit dem Abrichtwerkzeug (5) verbundenen piezoelektrischen Elementes (9) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der weiteren Zustellung des Abrichtwerkzeuges (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 gekenn­zeichnet, daß das Ausmaß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges (5) beim Abrichten durch eine stufenweise Erhöhung der am piezoelek­trischen Element (9) angelegten elektrischen Spannung erfolgt.
3. Vorrichtung zum Abrichten von Schleifscheiben mit einem Diamantabrichtwerkzeug und mit einem piezoelektrischen Element (9), das im Kraftfluß zwischen dem Abrichtwerkzeug (5) und seinem Maschinenschlitten (8) angeord­net ist und über eine Kraftmeßeinheit (16) die Berührung des Abrichtwerkzeuges (5) mit der Schleifscheibe (1) anzeigt, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Ausmaß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges beim Abrichten durch das Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung bestimmt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß mehrere aus piezoelektrischen Elementen (9) zusammengesetzte Stapel (10) im Kraftfluß zwischen der Halterung (7) des Abrichtwerkzeuges (5) und dem Maschinen­schlitten (8) angeordnet sind.
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