EP0257381B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abrichten von Schleifscheiben - Google Patents

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EP0257381B1
EP0257381B1 EP87111290A EP87111290A EP0257381B1 EP 0257381 B1 EP0257381 B1 EP 0257381B1 EP 87111290 A EP87111290 A EP 87111290A EP 87111290 A EP87111290 A EP 87111290A EP 0257381 B1 EP0257381 B1 EP 0257381B1
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EP
European Patent Office
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dressing
dressing tool
piezoelectric element
tool
grinding wheel
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EP87111290A
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EP0257381A1 (de
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Hans Kurt Tönshoff
Thomas Grabner
Harald Gosebruch
Jürgen Jendryschik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Original Assignee
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 and a device for dressing grinding wheels with diamond or cubic crystalline boron nitride as an 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 inadequate 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. As a result, previously obtained values for setting the dressing tool cannot be reproduced.
  • a dressing step means the delivery of a dressing tool per dressing process.
  • a total dressing infeed should be two 1 1m, it is advisable to split this size into several individual infeeds of smaller dimensions, such as four individual infeeds of 0.5 1 1m each, since under these conditions much better dressing infeeds can be achieved than with just 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 a contact between the dressing tool and the grinding wheel is determined by measuring the electrical voltage of a piezoelectric element connected to the dressing tool and that the extent of further advancement of the dressing tool after the machine slide is stopped by the Applying a certain electrical voltage to the piezoelectric element is determined, the size of which is proportional to the extent of the 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 external 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 delivery amounts is higher than in conventional delivery systems, since the piezo elements can be coupled directly to the dressing tool, so that position errors resulting from insufficient rigidity of a delivery system or result from the guidance and drive behavior, without influencing the dressing result, since the machine-side feed slide does not have 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.
  • a diamond cup wheel 5 is provided, which is connected to a drive spindle 6.
  • 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 infeed of the dressing tool 5 before the start of the dressing process takes place via the carriage 8 in the direction of the arrow 12. If there is a contact between the dressing tool 5 and the grinding wheel 1, pressure builds up on the piezo elements 9 which act in the flow of force lie between the dressing tool 5 and the carriage 8 carrying this. 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 simultaneously, a voltage can be applied to the piezo elements 9 via a voltage source 18 and the line 15 from outside, which 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 size of the voltage applied, it having to be taken into account that work is carried out with a high voltage in the order of magnitude of a maximum of approximately 5,000 volts.
  • the arrangement makes it possible, for example, for a total dressing infeed of 2.0 1 1m to carry out 4 individual infeeds of the order of 0.5 11m, 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 low.
  • 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 in addition to the example shown.

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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 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 11m reproduzierbar zu ermöglichen, wobei unter einer Abrichtzustellung die Zustellung eines Abrichtwerkzeuges je Abrichtvorgang zu verstehen ist. Soll eine gesamte Abrichtzustellung zwei 11m betragen, so ist es zweckmäßig, wenn diese Größe aufgeteilt wird in mehrere Einzelzustellungen von kleinerem Ausmaß wie beispielsweise vier Einzelzustellungen von jeweils 0,5 11m, 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 äu- βeren 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 Abrichtzustellgrö- ßen 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 hervertahrbar ist. Die Schleifscheibe 1 rotiert entsprechend dem Pfeil 4.
  • Zum Abrichten der Schleifscheibe 1 ist eine Diamant-Topfscheibe 5 vorgesehen, die mit einer Antriebsspindei 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 au-Ben 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 11m 4 Einzelzustellungen durchzuführen in der Größenordnung von jeweils 0,5 11m, 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 eingesetzt, 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 aekennzeichnet, daß das Ausmaß der Zustellung des Abrichtwerkzeuges beim Abrichten durch das Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung von einer Spannungsquelle (18) an das piezoelektrische Element (9) 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.
EP87111290A 1986-08-19 1987-08-05 Verfahren und Vorrichtung zum Abrichten von Schleifscheiben Expired EP0257381B1 (de)

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