EP0523496A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen Download PDFInfo
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- EP0523496A2 EP0523496A2 EP92111417A EP92111417A EP0523496A2 EP 0523496 A2 EP0523496 A2 EP 0523496A2 EP 92111417 A EP92111417 A EP 92111417A EP 92111417 A EP92111417 A EP 92111417A EP 0523496 A2 EP0523496 A2 EP 0523496A2
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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
- B24B53/013—Application of loose grinding agent as auxiliary tool during truing operation
Definitions
- a device and a method for the regeneration of rotating precise grinding tools with a dressing tool and loose abrasive suspended in liquid in a gap between the two are the subject of the patent application.
- the running accuracy of the rotating grinding tools is of crucial importance for achieving high accuracy in precision or ultra-precision grinding.
- the running accuracy of the grinding tools has so far been attempted to be achieved by shaping the grinding tools by means of a single-grain or multi-grain dressing device. Since such dressing devices theoretically only work in point or line contact, the cutting force during dressing concentrates on a small area where the dressing device and the grinding tool are subjected to high pressure. As a result of the small contact area, the dressing device and grinding tool cannot be supported sufficiently against one another.
- the dressing process is therefore very sensitive to process faults, such as impact errors on the grinding tool, vibrations, changes in cutting force, etc. This leads to very lengthy dressing processes or to an undesirably limited final run accuracy.
- the object is to provide a device and method for regenerating rotating, precise grinding tools, which result in significantly reduced shape errors of the grinding tool for grinding tools of various shapes with shortened processing times.
- the solution is achieved with a generic device with the characteristics of claim 1, that is, if the dressing tool approximately has the negative target shape of the grinding tool in a surface area and the dressing tool carries bound cutting grains in this surface area.
- the first feature eliminates the problems of line contact by extending to surface contact - indirectly via the loose abrasive. It is surprising to find that the assignment of the dressing tool with bonded abrasive grains, although these do not come into direct contact with the grinding tool, offers advantages in terms of removal performance, the suppression of periodic residual errors and in the service life of the dressing tool.
- Fig. 1 shows axially a section of a grinding tool designed as a grinding wheel (1) with bound abrasive grain (11) on its circumference.
- the grinding tool (1) is driven for grinding and dressing about the axis of rotation (12).
- a dressing tool (2) with a bonded abrasive grain (201) on its useful surface follows with a gap (120) as a negative the desired shape of the grinding tool (1), namely on a radially and axially extended useful surface.
- the dressing tool (2) can execute an oscillating movement perpendicular to the cutting plane by means of a drive (21).
- Loose abrasive (301) suspended in liquid is introduced from a feed pipe (3) into the gap (120) between the grinding tool (1) and the dressing tool (2). With this combination, the rotating grinding tool (1) is machined flat by the loose abrasive (301).
- the cutting forces are thus reduced compared to conventional dressing devices by distributing them on one surface and stochastically distributed by the loose abrasive (301).
- the additional movement of the dressing tool (2) means that any surface defects of the dressing tool (2) are not e.g. by constant deviating cutting force on a circumferential line to the grinding tool (1) because they are averaged.
- the coating of the dressing tool (2) with abrasive (201) on the one hand provides reinforcement against wear from the loose abrasive (301).
- the behavior of the loose abrasive (301) as it passes through the gap (120) is positively influenced, thus increasing the removal effect and the surface quality.
- the cutting force and ablation effect of the device can be selected by selecting the loose abrasive (301) as well as the coating of the dressing tool (2) with regard to material, grain size and concentration in the suspension as well as by the height of the gap (120) between the grinding tool (1) and the dressing tool ( 2) vary and adjust.
- Diamond is suitable as loose and bound abrasive (11,201,301), but also any other common abrasive or lapping agent.
- the thickness of the abrasive (201) on the dressing tool (2) is arbitrary, so that normal solid grinding wheels made of binder and abrasive grain are also suitable.
- FIG. 2a again shows an overall axial view of a device according to the invention with a cylindrical grinding tool (1), in which the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.
- 2b shows the same device in a radial view.
- the grinding wheel (1) sits on an axis (12) with a rotary drive and is turned during dressing as during grinding.
- a delivery device (13) is indicated schematically with the the position of the axis (12) can be adjusted in order to adjust the gap (120) (Fig. 1) and to compensate for the removal on the grinding surface (11) of the grinding tool (1) by the dressing process.
- the axially oscillating movement of the dressing tool (2) is realized, for example, as shown by a crank mechanism (21) in conjunction with a longitudinal guide (22).
- FIGS. 1, 2a, 2b show a variant for a grinding tool (1) in the form of a spherical layer in the axial (Fig. 3a) and radial section (3b)).
- the same parts are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1, 2a, 2b.
- the relative speed vector during the dressing process is not collinear with that during the grinding process. This prevents the formation of dressing structures on the tool surface, which can later be embossed on the workpiece to be machined.
- the dressing tool (2 ') is adapted to the shape of the spherical grinding surface (11') as a spherical cap.
- a rotary drive is provided here which rotates the dressing tool (2 ') about the axis (23).
- a diamond grinding wheel "Gresso D15A-C 100" from Ernst Winter and Sohn in 2000 Norderstedt 1 with 150mm diameter and 3mm width is dressed with a dressing tool (2 ') of 30mm diameter with a grain size of 200mesh at 200 revolutions per minute with a Gap (120) of less than 15 ⁇ m in height and with loose diamond of 20 ⁇ m grain, suspended in water, then, after normal wear of the grinding tool (1), a concentricity of the grinding wheel of approximately 0.2 ⁇ m is achieved within 10 minutes.
- This construction is also suitable for grinding tools (1 ') in the form of an eccentric spherical layer, with the axis (23) then having to be laterally offset accordingly.
- grinding tool (1, 1 ') can also be regenerated with the device according to the invention, in some cases without the additional movement of the dressing tool (2, 2'), after appropriate adaptation of the dressing tool (2, 2 ').
- Examples are truncated cone, double truncated cone, torus and barrel body, ellipsoid and paraboloid.
- FIGS. 4a and 4b An arrangement according to the invention for dressing a cup grinding wheel (1 ′′) with an annular grinding surface (11 ′′) and cup-shaped carrier is shown in FIGS. 4a and 4b.
- the dressing tool (2 '') is cylindrical and rests with its grinding surface (201 '') on the grinding surface (11 '') of the cup grinding wheel (1 '').
- Loose abrasive (301) is introduced into the gap between the grinding surfaces (11 '') and (201 '') through a pipe (3), as in the previous examples.
- the cup grinding wheel (1 '') rotates around the axis (12)
- the dressing tool (2 '') rotates around the axis (23), the direction of rotation can be opposite.
- the position of the axes (12) and (23) to each other can be adjusted as required.
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
Description
- Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen mit einem Abrichtwerkzeug und in Flüssigkeit suspendiertem losem Schleifmittel in einem Spalt zwischen beiden sind Gegenstand der Patentanmeldung.
- Aus der Patentschrift DD 244 518 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung für die Wiederherstellung von Anschrägungswinkel und Stirnbreite von Diamanttrennscheiben bekannt. Eine schleifmittelfreie Schleifform mit Kugelkalottengestalt bewirkt Linienkontakt entlang des ganzen Trennscheibenumfangs. Die Trennscheibe wird federnd und schwenkbar gehalten. Die Vorrichtung ist von der Schleifmaschine getrennt.
- Die Laufgenauigkeit der rotierenden Schleifwerkzeuge ist für das Erzielen hoher Genauigkeit beim Präzisions- bzw. Ultrapräzisionsschleifen von entscheidender Bedeutung. Die Laufgenauigkeit der Schleifwerkzeuge wurde bisher dadurch versucht zu erreichen, daß die Schleifwerkzeuge durch eine Einzelkorn- oder Mehrkornabrichtvorrichtung geformt wurden. Da solche Abrichtvorrichtungen theoretisch nur im Punkt- oder Linienkontakt arbeiten, konzentriert sich die Schnittkraft beim Abrichten auf eine kleine Fläche, wo die Abrichtvorrichtung und das Schleifwerkzeug mit hohem Druck belastet werden. Infolge der kleinen Kontaktfläche können sich Abrichtvorrichtung und Schleifwerkzeug zudem nicht ausreichend gegeneinander abstützen. Deshalb ist der Abrichtprozeß sehr empfindlich gegen Prozeßstörungen, wie z.B. am Schleifwerkzeug vorhandene Schlagfehler, Schwingungen, Veränderungen der Schnittkraft etc. Dies führt in Folge zu sehr langwierigen Abrichtprozessen bzw. zu einer unerwünscht limitierten Endlaufgenauigkeit.
- Aufgabe ist es, Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen anzugeben, die für Schleifwerkzeuge vielfältiger Formen bei verkürzten Bearbeitungszeiten wesentlich reduzierte Formfehler des Schleifwerkzeugs ergeben.
- Die Lösung wird mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht, also wenn das Abrichtwerkzeug in einem Flächenbereich angenähert die negative Soll-Form des Schleifwerkzeugs aufweist und das Abrichtwerkzeug in diesem Flächenbereich gebundene Schneidkörner trägt. Mit dem ersten Merkmal werden die Probleme bei Linienberührung durch Erweiterung auf Flächenberührung - indirekt über das lose Schleifmittel -beseitigt. Überraschend ist der Befund, daß die Belegung des Abrichtwerkzeugs mit gebundenen Schleifkörnern, obwohl diese nicht in direkten Kontakt zum Schleifwerkzeug treten, Vorteile bei der Abtragsleistung, der Unterdrückung periodischer Restfehler und bei der Standzeit des Abrichtwerkzeugs bietet.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7. Daß gemäß Anspruch 3 das Schleifwerkzeug auf der Arbeitsspindel verbleiben kann, ist besonders vorteilhaft, da Justierfehler beim Einspannen auf der Arbeitsspindel ausgeschlossen werden und Rüstzeiten für das Spannen auf zwei Maschinen entfallen.
- Verfahrenslösungen sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 10. Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abrichten von Diamantschleifscheiben für die duktile Bearbeitung optischer Gläser ist Gegenstand des Anspruchs 11.
- Mit der Zeichnung wird die Erfindung erläutert. Es zeigen schematisch
- Fig. 1
- einen Schnitt durch die Wirkzone der Vorrichtung in prinzipieller unmaßstäblicher Darstellung,
- Fig. 2a
- eine Vorrichtung mit zylindrischem Schleifwerkzeug, axial gesehen,
- Fig. 2b
- die Vorrichtung von Fig. 2a in radialer Ansicht,
- Fig. 3a
- eine Vorrichtung mit Schleifwerkzeug in Form einer Kugelschicht, axial gesehen im Schnitt,
- Fig. 3b
- die Vorrichtung von Fig. 3a in radialem Schnitt,
- Fig. 4a
- eine Vorrichtung mit Topfschleifscheibe mit kreisringförmiger Schleiffläche, axial gesehen,
- Fig. 4b
- die Vorrichtung von Fig. 4a in radialem Schnitt.
- Fig. 1 zeigt axial einen Ausschnitt eines als Schleifscheibe ausgebildeten Schleifwerkzeugs (1) mit gebundenem Schleifkorn (11) auf seinem Umfang. Um die Drehachse (12) wird das Schleifwerkzeug (1) zum Schleifen und Abrichten angetrieben.
- Ein Abrichtwerkzeug (2) mit gebundenem Schleifkorn (201) an seiner Nutzfläche folgt mit einem Spalt (120) als Negativ der Soll-Form des Schleifwerkzeugs (1), und zwar auf einer radial und axial ausgedehnten Nutzfläche. Durch einen Antrieb (21) kann das Abrichtwerkzeug (2) senkrecht zur Schnittebene eine oszillierende Bewegung ausführen.
- Aus einem Zufuhrrohr (3) wird loses Schleifmittel (301), in Flüssigkeit suspendiert, in den Spalt (120) zwischen Schleifwerkzeug (1) und Abrichtwerkzeug (2) eingebracht. Durch diese Kombination wird das rotierende Schleifwerkzeug (1) flächig durch das lose Schleifmittel (301) bearbeitet.
- Die Schneidkräfte werden so gegenüber herkömmlichen Abrichtvorrichtungen durch die Verteilung auf eine Fläche reduziert und durch das lose Schleifmittel (301) stochastisch verteilt.
- Systematisch über das Schleifwerkzeug (1) verteilte Fehler werden so wirksam verhindert. Die zusätzliche Bewegung des Abrichtwerkzeugs (2) bewirkt, daß sich eventuelle Oberflächenfehler des Abrichtwerkzeugs (2) nicht z.B. durch konstant abweichende Schneidkraft auf einer Umfangslinie auf das Schleifwerkzeug (1) übertragen, da sie ausgemittelt werden.
- Die Beschichtung des Abrichtwerkzeugs (2) mit Schleifmittel (201) bewirkt zum einen eine Armierung gegen Verschleiß durch das lose Schleifmittel (301). Zum anderen wird das Verhalten des losen Schleifmittels (301) beim Durchlaufen des Spalts (120) positiv beeinflußt und so die Abtragswirkung und die Flächengüte gesteigert. Schneidkraft und Abtragswirkung der Vorrichtung lassen sich durch Wahl des losen Schleifmittels (301) ebenso wie der Beschichtung des Abrichtwerkzeugs (2) hinsichtlich Werkstoff, Körnung und Konzentration in der Suspension sowie durch die Höhe des Spalts (120) zwischen Schleifwerkzeug (1) und Abrichtwerkzeug (2) variieren und einstellen. Als loses und gebundenes Schleifmittel (11,201,301) ist jeweils Diamant geeignet, daneben aber auch jedes andere gebräuchliche Schleifmittel bzw. Läppmittel.
- Die Dicke des Schleifmittels (201) auf dem Abrichtwerkzeug (2) ist beliebig, so daß auch normale massive Schleifscheiben aus Bindemittel und Schleifkorn geeignet sind.
- Fig. 2a zeigt nochmals eine axiale Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zylindrischem Schleifwerkzeug (1), bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, versehen sind. Daneben zeigt Fig. 2b die gleiche Vorrichtung in radialer Ansicht. Die Schleifscheibe (1) sitzt auf einer Achse (12) mit einem Drehantrieb und wird beim Abrichten wie beim Schleifen gedreht. Eine Zustelleinrichtung (13) ist schematisch angedeutet, mit der die Lage der Achse (12) verstellt werden kann, um den Spalt (120) (Fig. 1) einzustellen und den Abtrag an der Schleiffläche (11) des Schleifwerkzeugs (1) durch den Abrichtprozeß auszugleichen.
- Die axial oszillierende Bewegung des Abrichtwerkzeuges (2) wird beispielsweise wie dargestellt durch einen Kurbeltrieb (21) in Verbindung mit einer Längsführung (22) realisiert.
- Fig. 3a und 3b zeigen eine Variante für ein Schleifwerkzeug (1) in Form einer Kugelschicht in achsialem (Fig. 3a) und radialem Schnitt (3b)). Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1, 2a, 2b versehen.
- Bei dieser Variante wird erreicht, daß der Relativgeschwindigkeitsvektor beim Abrichtvorgang nicht kollinear ist mit jenem beim Schleifvorgang. Dadurch wird vermieden, daß Abrichtstrukturen auf der Werkzeugoberfläche entstehen, die sich später wieder auf das zu bearbeitende Werkstück abprägen können.
- Das Abrichtwerkzeug (2') ist der Form der kugeligen Schleiffläche (11') angepaßt als Kugelkalotte ausgeführt. Statt des oszillierenden Antriebs (21) des Beispiels Fig. 2a, 2b ist hier ein Drehantrieb vorgesehen, der das Abrichtwerkzeug (2') um die Achse (23) dreht.
- Wird beispielsweise eine Diamantschleifscheibe "Gresso D15A-C 100" der Firma Ernst Winter und Sohn in 2000 Norderstedt 1 mit 150mm Durchmesser und 3mm Breite abgerichtet mit einem Abrichtwerkzeug (2') von 30mm Durchmesser mit der Körnung 200mesh bei 200 Umdrehungen in der Minute mit einem Spalt (120) von weniger als 15µm Höhe und mit losem Diamant der Körnung 20µm, in Wasser suspendiert, dann wird nach normaler Abnutzung des Schleifwerkzeugs (1) innerhalb von 10 Minuten eine Rundlaufgenauigkeit der Schleifscheibe von ungefähr 0,2µm erreicht.
- Diese Konstruktion ist auch für Schleifwerkzeuge (1') in Form einer außermittigen Kugelschicht geeignet, wobei dann die Achse (23) entsprechend seitlich zu versetzen ist.
- Auch andere Formen des Schleifwerkzeuges (1,1') können, teils unter Verzicht auf die zusätzliche Bewegung des Abrichtwerkzeuges (2,2') mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach entsprechender Anpassung des Abrichtwerkzeuges (2,2') regeneriert werden. Beispiele sind Kegelstumpf, Doppelkegelstumpf, Torus und Tonnenkörper, Ellipsoid und Paraboloid.
- Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Abrichten einer Topfschleifscheibe (1'') mit kreisringförmiger Schleiffläche (11'') und topfförmigem Träger ist in Fig. 4a und 4b dargestellt. Das Abrichtwerkzeug (2'') ist zylindrisch und liegt stirnseitig mit seiner Schleiffläche (201'') an der Schleiffläche (11'') der Topfschleifscheibe (1'') an. Durch ein Rohr (3) wird wie in den vorhergehenen Beispielen loses Schleifmittel (301) in den Spalt zwischen den Schleifflächen (11'') und (201'') gegeben. Die Topfschleifscheibe (1'') rotiert um die Achse (12), das Abrichtwerkzeug (2'') rotiert um die Achse (23), die Drehrichtung kann gegenläufig sein. Die Stellung der Achsen (12) und (23) zueinander kann nach Bedarf eingestellt werden.
Claims (11)
- Vorrichtung zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen (1) mit einem Abrichtwerkzeug (2) und in Flüssigkeit suspendiertem losem Schleifmittel (301) in einem Spalt (120) zwischen beiden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) in einem Flächenbereich angenähert die negative Soll-Form des Schleifwerkzeugs (1) aufweist und das Abrichtwerkzeug (2) in diesem Flächenbereich gebundene Schneidkörner (201) trägt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) beim Regenerieren rotiert.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anbringung an einer Schleifmaschine, wobei das Schleifwerkzeug (1) beim Regenerieren auf der Arbeitsspindel verbleibt und die Vorrichtung Mittel aufweist zum Einbringen des Abrichtwerkzeugs (2) in die Position des Schleifguts, das sonst mit dem Schleifwerkzeug (1) bearbeitet werden kann.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) beim Regenerieren bewegt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 4 für zylindrische Schleifwerkzeuge (1) zum Abrichten der Mantelfläche (11), dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) eine Innenzylinderfläche und einen axial oszillierenden Antrieb (21) aufweist (Fig. 2a,b).
- Vorrichtung nach Anspruch 4 für Schleifwerkzeuge in Form einer Kugelschicht (1'), dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2') eine Innen-Kugelkalotte und einen radial zum Schleifwerkzeug (1) rotierenden Drehantrieb aufweist (Fig. 3a,3b).
- Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) auf einer Verschiebe- oder Verschwenkeinrichtung an einer das Schleifwerkzeug (1) tragenden Schleifmaschine angebracht ist und anstelle eines zu schleifenden Werkstücks in Wirkstellung zum Schleifwerkzeug (1) verschiebbar oder verschwenkbar ist.
- Verfahren zum Einstellen der Schnittkraft bei einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (120) zwischen Abrichtwerkzeug (2) und Schleifwerkzeug (1), die Korngröße und die Konzentration in der Suspension des losen Schleifmittels (301) eingestellt werden zur Variation der Schnittkraft.
- Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen (1) mit einem Abrichtwerkzeug (2) und in Flüssigkeit suspendiertem losen Schleifmittel (301), gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellbewegung beim Abrichten durch das Schleifwerkzeug (1) erfolgt.
- Anwendung von Vorrichtung oder Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Abrichten von Diamantschleifscheiben für die duktile Bearbeitung optischer Gläser.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Band 7, Nr. 145 (M-224)(1290), 24. Juni 1983; & JP - A - 58056767 (NITSUPEI SANGYO K.K.) 04.04.1983 * |
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