DE2302703A1

DE2302703A1 - Feinstbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE2302703A1
Application number: DE2302703A
Authority: DE
Inventors: Haruo Ogawa
Original assignee: Canon Inc; Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Electronics Inc
Priority date: 1972-01-20
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE2302703C3; DE2302703B2; JPS5414357B2; JPS4877495A

Description

Feinstbearbe itungsmaschine Die Erfindung betrifft Feinstbearbeitungsmaschinen wie Läppmaschinen, Flächenfeinschleifmaschinen, Superfinis hmaschinen und dergleichen, bei denen ein körniges Schleifmittel auf dem Werkstück schleift.
Mit Läppen bezeichnet man einen Vorgang zur Feinstbearbeitung der Oberfläche eines Werkstllcks in der Weise, daß eine Mischung aus geeignetem körnigem Schleifmittel in ungebundener Form, das auch als Läppmittel bezeichnet wird und aus feinkörnigem Alundum, Carborund, Chromoxid, Eisenoxid oder dergleichen besteht, und Öl oder dergleichen zwischen das werkzeug und die feinst zu bearbeitende Oberfläche des 'Verkstücks eingebracht wird und das Werkstück mit geeignetem Druck gegen das ~~Ierkzeug gepreßt wird, oder daß eine Schleifscheibe in Drehung versetzt und in Schleifberuhrung mit dem Werkstück gebracht wird, um eine relative Bewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück herzustellen, wobei durch die Körnung eine sehr kleine Menge von Schnitzeln oder Spänen von der Werkstücksoberfläche abgeschliffen wird.
Ferner ist ein Verfahren bekannt, das eine Schleifscheibe verwendet, die der oben beim Läppen beschriebenen Scheibe genau gleicht, und nactem das Werkstück mit einem geeigneten Druck gegen das #Jerkzeug mit körnigem Schleifmittel in gebundener Form gepreßt wird, wobei das Werkzeug und das Werkstück angetrieben werden, um die relative Bewegung zu erzielen, so daß die Werkstücksoberfläche durch Abschleifen einer sehr kleinen Größe von Spänen feinstbearbeitet werden kann.
In der nachstehenden Beschreibung der Erfindung soll unter Feinstbearbeitungsmaschine sowohl eine solche verstanden werden, bei der das körnige Schleifmittel wie bei dem oben beschriebenen Läppen in freier Form vorgesehen ist, als auch eine solche, bei der das Schleifmittel in gebundener Form in einer Schleifscheibe vorgesehen ist.
Mit einer derartigen Feinstbearbeitungsmaschine kann ein Schleifen und Glätten auf der Außenfläche und der Stirnfläche eines zylindrischen werkstücks durchgeführt werden. Derartige körniges Schleifmittel verwendende Feinstbearbeitungsmaschinen werden ferner allgemein wie folgt eingeteilt: Im olgenden sind nerkömmliche Verfahren aufgeführt, nach denen bei rotierender Schleifscheibe (A) das '.erksttick in @ester Lage gegen die Schleifscheibe gedrückt wird, (B> das Werkstück von einer \Jerkstückhaltevorrichtung getragen und mit der Schleifscheibe in Berührung gebracht wird, am es unter Ausnützung der verschiedenen Geschwindigkeiten auf verschiedenen Radien der Scleifscheibe in Drehung zuversetzen, (O) das Werksttich auf der Werkstückhaltevo rrichtung montiert ist und von dieser 9n zur Schleifscheibendrehrichtung entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt wird.
Diese Klassifikation basiert auf Verfahren, die eine Schleifscheibe benutzen. Es kann aber auch in hierzu ganz ähnlicher Weise beim iiäppen klassifiziert enden.
Andererseits ist es bekannt, daß der Abtrag beim Schleifen und Glätten des Werkstücks durch die Schleifscheibe eine Funktion der Relativgeschwindigkeit und des Gesamtschleifweges zwischen Werkstück und Schleifscheibe darstellt, wobei mit Gesamtschleifweg diejenige Strecke gemeint ist, die das Verkstiack in schleifendem Kontakt mit der Schleifscheibe innerhalb der gesamten Bearbeitungszeit auf der Schleifscheibe zurücklegt.
Bei Durchführung jedes der obigen Verfahren mit einer der herkömmlichen Feinstbearbeitungsmaschinen lassen sich hinsichtlich einer gleichförmigen Schleifberührung mit der Oberfläche des blerkftücks keine befriedigenden Ergebnisse erzielen. Nach dem Verfahren (A), bei dem das werkstück gegen die Schleifscheibe gedrückt wird, sind unter den mit der Schleifscheibe in Schleifberührung stehenden Flächenbereichen des Werkstücks solche, die in der Nähe des Zentrums der Schleifscheibe auf einem kleineren Drehradius liegen als die weiter entfernt liegenden Bereiche, so daß die Relativgeschwindigkeit und der Schleifweg dort ebenfalls klein sind, was zu einem geringeren Abtrag der Schleifberührung führt als bei den Bereichen, die vom Drehzentrum weiter entfernt liegen, so daß es unmöglich ist, ein gleichförmiges Glätten und Schleifen zu erzielen. Ferner kann bei dem vorgenannten Verfahren (B) gesagt werden, daß die verschiedenen Plächenbereiche der Werkstücksoberfläche wahrscheinlich beinahe denselben Schleifweg auf der Schleifscheibe zurücklegen, es kann jedoch nicht gesagt werden, daß ein übereinstimmender Schleifweg bestimmt erhalten wird, da die Werkstückhaltevorrichtung zum Halten des Werkstücks'wie vorher erwähnt, nicht zwangsläufig angetrieben wird. Schließlich ist nach dem Verfahren (0), das eine Relativgeschwindigkeit ausnützt, ein Flächenbereich in der Nähe des Rotationszentrums der Werkstückhaltevorrichtung einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Relativgeschwindigkeit zur Schleifscheibe ausgesetzt, die kleiner ist als diejenige, der Flächenbereiche an der äußeren Peripherie ausgesetzt sind, so daß die einzelnen Flächenbereiche der Werkstücksoberfläche naturgemäß ungleichmäßig behandelt werden. Darüber hinaus besitzt im Falle der Montage des Werkstücks und seiner zwangsläufigen Rotation der Schleifweg von Flächenbereichen in der Nähe des Rotationszentrums der Werkstückhaltevorrichtung und weiter entfernt vom Rotationszentrum gewöhnlich verschiedene Gestalt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mit körnigem Schleifmittel arbeitende Feinstbearbeitungsmaschine anzugeben, die einen für alle Flächenbereiche dertlzierkstücksoberfläche im wesentlichen konstanten Schleifweg zwischen dem werkstück und der Körnung erzielen läßt, so daß alle Flächenbereiche gleichförmig geschliffen oder geglättet werden.
Weiter soll eine Feinstbearbeitungsmaschine der genannten Art angegeben werden, bei der die Schleifbewegung in Bezug auf die körnung an jedem Punkt des Werkstücks gleichförmig verteilt auf alle vorkommenden Richtungen durchgeführt wird, so daß alle Bereiche der zu bearbeitenden Werkstücksoberfläche gleichförmig geschliffen oder geglättet werden.
Schließlich soll die ,erfindungsgemäße Feinstbearbeitungsmaschine geeignet sein, alle Bereiche der Werkstücksoberfläche gleichförmig und mit hoher Geschwindigkeit zu schleifen und zu glätten.
Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, die Feinstbearbeitungsmaschine mit einer Werkstückhaltevorrichtung zum Halten des Werkstücks zu versehen, die zwangsläufig in derselben Richtung wie das rotierende Werkzeug (Schleifscheibe, Läppscheibe od.dgl.) rotiert und deren Drehzahl nahezu mit der des Werkzeugs übereinstimmt.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Feinstbearbeitungsmaschine, die mit körnigem Schleifmfttei ar beitet, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Werkstückhaltevorrichtung zum Halten des ierkstücks aufweist, die zwangsläufig in derselben Richtung und mit derselben Drehzahl rotiert wie das ';;erkzeug, und daß die WerkstUckhaltevorrichtung und das Werkzeug relativ zueinander hin und her schiebbar sind, so daß alle Flächenbereiche der zu bearbeitenden Werkstücksoberfläche gleichförmig und mit hoher Geschwindigkeit geschliffen und geglättet werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausftlhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht zur Analyse der Drehbewegung zwischen der Schleif scheibe und der Werkstückhaltevorrichtung einer herkömmlichen Feinstbearbeitungsmaschine, Fig. 2 den Vektor der Geschwindigkeit an einem Punkt P des 'werkstUcks zur Analyse der in Fig. 1 gezeigten Drehbewegung, Fig. 3 Vektoren der Geschwindigkeit an verschiedenen Punkt ten des Werkstücks in einer vorbekannten zwangsläufig angetriebenen Feinstbearbeitungsmaschine, Fig. 4 Vektoren der Geschwindigkeit an verschiedenen Punkt ten des Werkstücks in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine, Fig. 5 eine Vorderansicht in zum Teil geschnittener Darstellung einer Ausführungsform der erfindüngsgemäßen Beinstbearbeitungsmaschine, Fig. 6, 7 und 8 Ansichten der Söhleifbahnen eines bestimmten, in schleifendem Kontakt mit dem Werkzeug befindlichen Punktes des Werkstücks, Fig. 9 Vektoren der Geschwindigkeit an verschiedenen Punkten'des TterkstUcks in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine, Fig.10 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine, wobei Fig. 10 (a) eine Vorderansicht in Schnittdarstellung und Fig. 10 (b) eine Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 10 (a) zeigt, und Fig.11 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine, wobei Fig. 11 (a) eine Seitenansicht und Fig. 11 (b) eine Draufsicht auf ein Teil der Darstellung gemäß Fig. 11 (a) zeigt.
Die Fig. 1 bis 4 dienen der Erläuterung der Relativbewegung zwischen der Schleifseheibe und der Werkstückhaltevorrichtung während des Schleifens auf einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine. Unter Bezugnahme auf diese Figuren wird nachstehend das Prinzip der Schleifbearbeitung mit einer erfindungsgemäßen Feinstbearbeitungsmaschine beschrieben.
Die in Fig. 1 dargestellte chleifscheibe 1 wird mit Hilfe einer später beschriebenen Antriebsvorrichtung um den Punkt 01 gedreht. Eine rotierende Werkstückhaltevorrichtung 2 ist um einen Punkt 02 gegenüber der Schleifscheibe verdrehbar angeordnet. Das Werkstück 3, das an der Werkstückhaltevorrichtung befestigt ist, wird zusammen mit dieser gedreht. Da Fig.1 eine Draufsicht von der Oberseite der Werkstückhaltevorrichtùng her zeigt, sind die Schleifscheibe 1, das WerkstUckz3 und die Werkstückhaltevorrichtung 2 hintereinander in Richtung senktrecht zur Schleifebene angeordnet, wobei die Kontur des Werkstücks gestrichelt dargestellt ist. In einer wirklichen Maschine ist das Werkstück 3 an der Stirnseite der Werkstückhaltevorrichtung 2 gegenüber der Schleifscheibe 1 mechanlsch montiert oder unter Verwendung von Haftmitteln od. dgl.
festgemacht. Die Werkstückhaltevorrichtung ist so aufgebaut, daß sie mit Hilfe einer Feder od. dgl. gegen die Schleifscheibe gedrückt wird, so daß die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 3 mit der Oberfläche der Schleifscheibe in BerWhrung tritt. In Fig. 1 ist mit P ein Punkt der zu bearbeitenden Oberfläche eines solchen Werkstücks bezeichnet. Beide Rotationszentren 0 und °2 stellen feste Punkte dar. Es sei nun 1 02 angenommen, daß in Fig. 1 die Schleifscheibe 1 um ihren Punkt Ol gegen den Uhrzeigersinn mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, während die Werkstückhaltevorrichtung um ihren Punkt O, im Uhrzeigersinn das heißt also entgegengesetzt der Schleifscheibe, mit einer Winkelgeschwindigkeit c; 2 umläuft.
Zur Auffindung der Relativgeschwindigkeit infolge der relativen Bewegung zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück an einem Punkt P des Werkstücks in einem bestimmten Zeitaugenblick zeigt Fig. 2 ein Vektordiagramm, in dem beide Bewegungen als Vektoren dargestellt sind.
In derselben Figur ist der Punkt P in einem Polarkoordinatensystem dargestellt, in dem der Punkt P vom Ursprung Ol aus die Koordinaten ( r, ) erhält. Dynamisch gesehen beschreibt der Punkt P eine Bahn innerhalb des Schleifspalts (in diesem Fall handelt es sich um eine Schleifebene), wobei seine Position durch den vom Ursprung Ol ausgehenden Vektor r ausgedrückt wird, der daher auch als Positionsvektor bezeichnet wird. Um den Geschwindigkeitsvektor (oder die Geschwindigkeit) Vo1 im Punkt P zu erhalten, wird der Vektor r nach der Zeit differenziert. Die Größe des Geschwindigkeitsvektors Vo1, nämlich die Geschwindigkeit Vo ist bekanntlich r#1 s wenn P um Ol rotiert, und seine Richtung verläuft tangential zur Umlaufbahn.
Die Geschwindigkeitsvektoren Vo 1 und Vo2 der beiden Drehbewegungen um die Achsen der Schleifscheibe und der Werkstück haltevorrichtung, deren Abstand 01 02 gleich d ist, im Punkt P verlaufen wie in Fig. 2 darge- 01 stellt. Demgemäß wird der Geschwindigkeitsvektor der durch die beiden Bewegungen hervorgerufenen Relativbewegung, der mit V bezeichnet ist, wie in Fig. 2 dargestellt erhalten.
Wenn die Entfernung zwischen # 2 und dem Punkt P die Größe C hat und die Richtung einer kreisförmigen Drehbewegung im Uhrzeigersinn positiv angenommen wird, lassen sich die Beträge der beiden Geschwindigkeitsvektoren Vo1 und Vo2 folgendermaßen ausdrUcken: VO = r #1' Vo = - C 2 (1) Wenn der Winkel zwischen und die Größe Größe d besitzt, gilt: 2 1 2

c2 = r2 + d2 - 2 rd cos

2 2 2

r2 = c2 +d2- 2 Cd cos # (2)

d2 r2 + c2 2 2

d2 = r + 0 + 2 rO cos

r C d ~~~~~~ = (3) sin α sin # sin ( # +α) Dabei ist der Betrag des in Fig. 2 dargestellten Vektors V der Relativgeschwindigkeit durch folge#nden Ausdruck gegeben: V2 = Vo12 + Vo22 + 2Vo1.Vo2 cos (# +α) , (4) sodaß die Lösung dieser Gleichungen zu folgender Beziehung für V führt: In Fig. 3 sind Vektoren V1 bis V4 der Relativgeschwindig keit in Punkten P1 bis P4 der Fläche eines Werkstücks dargestellt, das mit einer konventionellen Feinstbearbeitungsmaschine, in der die Werkstückhaltevorrichtung einer zwangsläufigen Rotation unterworfen ist, bearbeitet wird, wobei für die Winkelgeschwindigkeiten #2 = 2#oi gilt.
Aus der Figur wird ersichtlich, daß die Geschwindigkeitsvektoren Vo21, Vo22 und Vo23 in denPunkten P1, P2 und P3 auf dem Umfang eines Kreises um O2 von gleicher Größe sind, wihrend die Geschwindigkeitsvektoren Vo11 Vo12 und Vo13 der Bewegung um Oi verschieden sind, was zu dem Ergebnis fUhrt,#daß die Vektoren V1, V2 und V3 sich gegenseitig nach Größe und Richtung unterscheiden. Es wird ferner deutlich, daß der Vektor V4 der Relativgeschwindigkeit für einen Punkt P, der nicht auf demselben Kreisumfang, sondern wie P4 auf einem anderen Radius liegt, sich ebenfalls nach Richtung und Größe von den anderen Relativgeschwindigkeitsvektoren für die Punkte P1 bis P3 unterscheidet. Dies gilt immer im Falle von -#2 f 0, was sich aus der obigen Gleichung (5) ohne weiteres ergibt.
Wenn jedoch wl 1 - #2 = O gilt, wird gemäß Gleichung (5) bei #1 = #2 ( ) für die Relativgeschwindigkeit der Ausdruck V = d# erhalten. Daraus wird ersichtlich, daß die Größe des Relativgeschwindigkeitsvektors im Punkt P immer konstant ist und weder von r noch von 8 abhängt, das heißt, unabhängig von der Lage des Punktes P ist. Ferner wird deutlich, daß der Relativgeschwindigkeitsvektor im Punkt P - ausgehend von über einstimmenden Winkelgeschwindigkeiten - mit zunehmender Differenz zwischen beiden inkelgeschwindigkaiten # 1und überaus stark durch r und a beeinflußt wird. Fig. 4 zeigt den oben beschriebenen Fall cw 1 = # 2 und ist der Fig. 3 angepaßt, um die Relativgeschwindigkeitsvektoren V< bis V4 aus den Geschwindigkeitsvektoren Vo11, bis Vo14' und Vo211 bis Vo214 der beiden Bewegungen in den Punkten P1 bis P4 darzustellen. Aus Fig. 4 wird klar, daß die Größe und die Richtung dieser Relativgeschwindigkeitsvektoren sowohl für die Punkte P1, P2 und P auf demselben Ereisumfang,als auch für 3 den Punkt P4 auf einem anderen Kreisumfang exakt übereinstimmen. Der Schleifkontakt zwischen der WerkstUcksoberfläche und der Schleifscheibe besitzt daher in jedem Punkt denselben Relativgeschwindigkeitsvektor, so daß auch der Schleifweg in jedem Punkt stets derselbe und damit gleichförmig ist.
Diese Analyse ist für die Schleifvorgänge mit konventionellen Feinstbearbeitungsmaschinen nicht durchgeführt worden. Wenn die ,ferkstUckhaltevorrichtung das Werkstück gemäß dem eingangs beschriebenen Verfahren (C) zwangsläufig entgegen der Drehrichtung der Schleifscheibe dreht, besitzen die Vektoren der Relativgeschwindigkeit an der zu bearbeitenden Oberfläche gemäß Gleichung (5) weder gleiche Größe noch gleiche Richtung, was unvermeidlich zu ungleichmäßigem Schleifen und Glätten führt.
Die Besonderheit der Erfindung liegt dagegen darin, daß unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Analyse die Drehrichtung der Schleifscheibe mit der Drehrichtung der Werkstückhaltevcrrichtung bzw. des Werkstücks selbst übereinstimmt, was bei den herkömmiichen Maschinen nicht der Fall ist, und daß darüber hinaus die Winkelgeschwindigkeiten bzw.
die Drehzahlen gleich gemacht sind.
Wie oben beschrieben, führt die Übereinstimmung der Drehzahl der Werkstuckhaltevorrichtung mit der des Werkzeugs dazu, daß.
die gesamte zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks unter idealen Bedingungen vollständig glatt geschliffen wird. Durch die Übereinstimmung der Drehzahlen stellt der Bereich, in dem das Werkstück mit dem rotierenden Werkzeug in Schleifberührung steht, eine vorgegebene Bahn dar. Das heißt, daß nur dieser spezielle Bereich auf dem Werkzeug zum Schleifen des.
Werkstücks ausgenützt wird, was im Ergebnis als einseitige Abnützung des rotierenden Werkzeugs erscheint.
Die Fig. 6 und 7 zeigen einen geometrischen Ort des Werkstücks relativ zum rotierenden Werkzeug infolge Veränderungen der Drehzahl des Werkstücks und der Drehzahl des Werkzeugs. Wenn das Werkzeug vom Radius r2 um seinen Punkt Oi mit einer Winkelgeschwindigkeit # 2 gedreht wird und das Werkstück vom Radius r1 um seinen Punkt O2 mit einer Winkelgeschwindigkeit ##, wird infolge der in Fig. 7 gezeigten Rotation der Koordinatenachsen von Punkten (x, y) auf dem Radius r1 des Werkstücks ein geometrischer Ort beschrieben, der durch folgende Beziehungen gegeben ist: X = r1 cos ( # 1 - #2)t + d cos # 2t 1 1 - 2)t + d cos £2t 1 y = r1 sin (# 1 - # 2)t - d sin # 2t Demgemäß ist der von einem Punkt (x, y) des Werkstücks beschriebene geometrische Ort bei übereinstimmenden Drehzahlen fUr das Werkstück und für das Werkzeug, das heißt bei #1 = # 2 ,durch die Gleichung (x ~r1)2 + y2 = d2 gegeben, die einen bestimmten Kreis, wie er in Fig. 8 mit h bezeichnet ist, beinhaltet. Wenn # 1 = 1,05#2 beträgt, das heißt, wenn die Drehzahlen des Werkstücks und des Werkzeugs um 5#o' voneinander abweichen, verläuft der geometrische Ort gemäß Gleichung 1 wie in Fig. 8 mit f (f1 bis f4) bezeichnet, wobei f 19 Spiralstücke, wie durch f1 bis f4 dargestellt, umfaßt. Wenn # 1 = 2 # 2 beträgt, das heißt das Werkstück und das Werkzeug' weichen um 50% in der Drehzahl voneinander ab, wird, wie in Fig. 8 bei g gezeigt, eine Ellipse beschrieben.
Durch Bestimmung der Drehzahl des Werkzeugs und der Drehzahl der Werkstückhaltevorrichtung kann der Schleifweg des Werkstücks auf dem Werkzeug länger gemacht werden.
Die Herstellung einer übermäßigen Differenz zwischen den Drehzahlen bedeutet jedoch ein Hindernis für das gleichförmige Schleifen des Werkstücks und stellt den primär angestrebten Erfolg in, Frage, so daß eine so große Differenz nicht vorgesehen werden darf. Versuche haben ergeben, daß eine ausreichende Schleifgenauigkeit am Werkstück dann aufrechterhalten werden kann, wenn die Differenz zwischen den beiden Drehzahlen innerhalb von 30V1-o' verbleibt. Es ist natürlich möglich, unter Preisgabe der Schleifgenauigkeit eine größere Differenz der beiden Drehzahlen vorzusehen. Je größer die Differenz an sich ist, desto länger ist die für den zu verhindernden einseitigen werkzeugabschliff verantwortliche Bahn des geometrischen Orts.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 der Antriebsmechanismus der Hauptteile der Feinstbearbeitungsmaschine beschrieben, bei der eine Schleifscheibe gemäß der Erfindung Verwendung findet.
Die Schleifscheibe ist mit 4 bezeichnet und abnehmbar auf einer Schleifscheibenspindel 7 mnntiert. Eine für die Schleifscheibe vorgesehene abdeckung ist mit 8 bezeichnet. Zusammenhängende Teile des Schle ifmaschineuikörpers sind mit 9, 13 und 16 bezeichnet und tragen mit Hilfe von Kugellagern 10 od. dgl. die Schleifscheibenspindel 7. An dieser ist eine Riemenscheibe 11 befestigt, die über einen Riemen 12 mit der Rianenscheibe 15 an der Welle eines Motors 14 zum Antrieb der Schleifscheibenspindel 7 verbunden ist. Es ist klar, daß anstelle der Riemenscheiben 11-und 15 und des Riemens 12 auch andere Mittel zur Kraftübertragung Verwendung finden können.
Eine Werkstückhaltevorrichtung 5, die das Werkstück 6 festhält, ist am Ende eines in axialer Richtung beweglichen Schafts 18 einer Spindel 17 angebracht. Zur Durchführung der vertikalen Bewegung ist ein Hebel 19 am in axialer Richtung beweglichen Schaft 18 montiert, der mit Hilfe eines Stifts 20 verschwenkbar am Teil 13 des Maschinenkörpers befestigt ist und an dessen Ende ein U-förmiger Abschnitt 21 ausgebildet ist. Der in axialer Richtung bewegliche und von der Spindel 17 angetriebene Schaft 18 wird durch Betätigung des Hebels 19 in axialer Richtung bewegt, um das Ilerksttlck 6 in der an seinem Ende montierten Werkstückhaltevorrichtung 5 mit der Oberfläche der Schleifscheibe 4 in schleifende BerWhrung zu bringen. Die Spindel 17 wird über Kugellager od.dgl.
verdrehbar im Teil 16 getragen und von einem Riemen 26 angetrieben, der eine an der Spindel 17 montierte Riemenscheibe 24 mit einer Riemenscheibe 25 verbindet, die am Motor 27 zum Antrieb der Spindel befestigt ist. Der Motor 27 ist ebenfalls am Teil 13 des Maschinenkörpers angebracht. Natürlich kann die Übertragung der Antriebskraft des Motors 27 auch mit anderen' tJbertragungsmitteln vorgenommen werden.
Bei der Herstellung der Schleifberührung des T;erkstUcks 6 mit der Schleifscheibe 4 werden die beiden Motoren 14 und 27 oder ein darüber hinaus noch vorgesehenes Untersetzungsgetriebe so gesteuert daß das Werkstück und die Schleifscheibe denselben Drehsinn und nahezu dieselbe Drehzahl aufweisen, wobei das Schleifen und Glätten an jedem Punkt der zu bearbeitenden Oberfläche gleichförmig und nahezu mit derselben Geschwindigkeit bewirkt wird.
Es ist offensichtlich, daß anstelle der Schleifscheibe auch ungebundenes körniges Schleifmittel in Verbindung mit einer Läppscheibe eingesetzt werden kann, um eine Läppmaschine zu erhalten, die von derselben Idee wie die oben beschriebene Maschine Gebrauch macht, und daß, wenn die Drehgeschwindigkeit der Schleifscheibe und des werkstücks gesteigert und der Schleifscheibe oder der Werkstückhaltevorrichtung eine Verschiebebewegung mitgeteilt wird, um den Abstand d zwischen der Achse der Schleifscheibe und der der WerkstUckhaltevorrichtung zu verändern, eine Flächenfeinschleifmaschine erhalten wird, die dieselbe Idee verwirklicht wie die oben beschriebene Maschine.
Gemäß der obigen Ausführungsform wird das Werkstück bei unveränderbarer relativer Lage des Schafts der erkstückhaltevorrichtung und des Schafts des rotierenden 'Werkzeugs geschliffen. Offensichtlich kann die Erfindung unter Beibehaltung der beinahe übereinstimmenden Drehzahlen auch auf der Basis verwirklicht werden, daß die erkstckhaltevorrichtung und das rotierende Werkzeug relativ zueinander hin und herschwingen.
Fig. 9 zeigt die Verhältnisse im Fall der zusätzlichen Anwendung einer Hin- und Herbewegung des Werkstücks mit einer Geschwindigkeit Va neben der gleichgerich#teten Drehbewegung der Schleifscheibe und des Werkstücks mit derselben Drehzahl, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Genauer gesagt wird das Zentrum # 2 der Rotation der erkstückhaltevorrichtung einer Hin- und Herbewegung mit einer Geschwindigkeit Va gegenüber dem Zentrum # 1 der Rotation der Schleifscheibe und einer geeigneten Periodendauer, die natürlich veränderbar sein kann, ausgesetzt. Die Hin- and Herbewegung wirkt sich auf beide Drehbewegungen aus, so daß der Vektor der Relativge#chwindigkeit an einem bestimmten Punkt auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks, der bisher, wie in Fig. 4 dargestellt, in vertikaler Richtung verlief, mit Va zusammengesetzt werden muß, und in beiden Richtungen mit einer Schwingperiodendauer Sewegt wird, die der von Va ents#richt, was in Fig. 9 gezeigt ist. Eine derartige Relativbewegung läßt sich bei einer Superfinishmaschine denken, und es ist klar, daß ein ähnliches Ergebnis gerade bei deren Anwendung auf die Schleifscheibe erhalten wird.
Infolge der Addition der Hin- und Herbewegung führen die Vektoren der Relativgeschwindigkeit in bestimmten Punkten der zu schleifenden Fläche des Werkstücks, gemäß Fig. 9 die Vektoren Vla, V2a, V3a und V4a, alle gleichzeitig eine Schwingbewegung von gleicher Größe und Richtung aus, so daß die Relativgeschwindigkeiten in den Werkstückspunkten eine angemessene Zeit nach Beginn des Schleifens immer dieselben sind, das heißt der Gesamtschleifweg, der durch Integration der Geschwindigkeiten über die gesamte Schleifzeit erhalten wird wird auch derselbe, so daR ein völlig gleichförmiges Schleifen und Glätten bewerkstelligt werden kann. Es ist offensichtlich, das eine derartige Vibration nicht auf eine nach rechts und nach links gerichtete Bewegung, wie vorstehend anhand der Fig. 9 beschrieben, beschränift ist. Beispielsweise kann die Werkstückshaltevorrichtung in eine bogenfbrmige Vibrationsbewegung um einen Punkt 03 versetzt werden, der, wie in Fig. 9 dargestellt, nicht auf 0 02 liegt und es ist leicht, der Feinstbearbeitungsmaschine eine solche Konstruktion zu geben, die eine derartige bogenförmige Vibration erlaubt. In diesem Falle führt die ;,Ierkzeughaltevorrichtung ihre Bewegung jedoch bogenweise um den Punkt 0 aus, 3 so daß theoretisch betrachtet Va anteilig mit der Entfernung vom Punkt 0 variiert. Diese Veränderung wirkt sich 3 praktisch jedoch nicht aussolange die Abmessungen der Werkstückhaltevorrichtung nicht extrem groß sind.
I#ennder rotierende Schaft der Werkstückhaftevorrichtung und der rotierende Schaft des vlerkzeugs wie oben beschrieben einer relativen Vibrationsbewegung ausgesetzt sind und die Drehzahl der Werkstückhaltevorrichtung mit der des ;4erkzeugs übereinstimmt, entsteht durch den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem '.«rerkstück eine Bahn auf dem Werkzeug, auf deren Fläche das Schleifen beschränkt ist, was einen einseitigen Abschliff erzeugt. Dieser Nachteil kann jedoch durch einen geringfügigen Unterschied zwischen beiden Drehzahlen vermindert werden.
In Fig. 10 ist ein Mechanismus zur Ausführung des in Fig. 9 gezeigten Prinzips mit den wesentlichen Antriebsteilen zur Erzeugung der Hin-und 1hr S eçng der S2~eS rstfflt.Figv 10 (a) zeigt eine Vorderansicht im Schnitt und (b) eine Seitenansicht dieses Mechanismus. Für Elemente, die denen in Fig. 5 entsprechen, sind dieselben Bezugsziffern verwendet. Das heißt, daß die Rotation der Schleifscheibe in ähnlicher ';Jeise wie bei der unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Konstruktion erzeugt wird. Es werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen beiden Konstruktionen beschrieben. Ein hin-und herbewegbarer tisch 29, der die Schleifscheibe mit ihrer Abdeckung 8 trägt und hin und her bewegt,ist über Rollen 30 auf dem Körper 28, der dem vorher erwähnten Teil 9 des Maschinenkörpers entspricht, verschiebbar montiert. In diesem hin und her bewegbaren Tisch 29 ist das eine Ende einer Verbindungsstange 33 gelagert, deren anderes Ende exzentrisch auf einer drehbaren Scheibe 34 montiert ist. Selbstverständlich kann der Betrag der Exzentrizität ihrer Montage 35 vom Drehzentrum der Scheibe 34 eingestellt werden. Diese Scheibe steht mit einem Motor 36 od. dgl. als Drehantrieb in Verbindung, wobei die Drehzahl mit Hilfe eines geeigneten Untersetzungsgetriebes zwischen der Scheibe und dem Antrieb veränderbar ist. Die Rotation der Scheibe 34 begründet eine Hin-und Herbewegung der Verbindungsstange 33, die ihrerseits die Bewegung des Tisches 29 in der mit dem Pfeil A in Fig. 10 (b) angezeigten Richtung veranlaßt.
Die in der Figur dargestellte Ausführungsform ist so konstruiert, daß der Motor 31 zum Antrieb der Schleifscheibe zusammen mit dem Tisch 29 hin und her bewegt wird und ein Riemen 12 zwischen der Riemenscheibe 32 am Motor 31 und der Riemenscheibe 11 wirkt, um die Drehung des Motors 31 auf die Schleifscheibe 4 zu übertragen. Demgemäß wird sowohl die Rotation der Schleifscheibe als auch deren Hin- und Herbewegung zur Werkstückhaltevorrichtung 5 hin und von dieser weg ausgeführt.
In Fig. 11 ist eine Konstruktion dargestellt, bei der anstelle der gemäß Fig. 10 vorgesehenen Hin- und Herbewegung ein Hin- und Herschwingen auf einem Schwingschaft vorgesehen ist, wobei Figur 11 (a) eine Seitenansicht und Fig. 11 (b) eine Draufsicht auf den Schwingantrieb zeigt. Elemente, die denen in den Fig. 5 und 10 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In der gezeigten Konstruktion wird die Schleifscheibe gedreht und zur Erzeugung einer Schwingbewegung um die in Fig. 9 gezeigte Achse 0 hin und 3 her schwenkbar gelagert. Ein Schwingtisch 39 trägt die Schleifscheibe 4 und ist mit einem Motor 37 zum Antrieb der Schleifscheibe versehen. Der Schwingtisch sitzt auf dem Schwingschaft 40, d*r um seine Achse verscsenkbar ist und von einem Körper 43 getragen wird, der dem vorgenannten Teil 9 des Xaschinenkörpers entspricht. Am anderen Ende des Schwingtisches 39 ist ein gabelähnlicher Abschnitt 41 ausgebildet.
Mit der Ausnehmung in diesem gabelähnlichen Abschnitt befindet sch ein Exzenterzapfen 42 im Eingriff, dessen Durchmesser nahezu der Breite der Ausnehmung entspricht. Der Exzenterzapfen 42 ist auf der elle eines Motors 44 zur Erzeugung der Schwingbewegung montiert, der seinerseits am Körper 43 befestigt ist. Die Dxzentrizität von der Drehachse des Motors beträgt E. Ihre Größe ist selbstverständlich einstellbar.
Venn der Motor 41s läuft, rotiert der Exzenterzapfen und beschreibt einen Kreis mit dem Radius E, so daß der gabelähnliche Abschnitt 41 des Schwingtisches 39, wie mit dem Pfeil B in Fig. 11 (b) angedeutet, um die Achse des Schwingschafts 40 hin und her schwing-t, Demgemäß schwingt auch das andere Ende des Schwingtisches, nämlich der die Schleifscheibe tragende Teil um den Schwingschaft 40. Die Amplitude dieser Schwingbewegung kann durch Änderung der Exzentrizität des Exzenüerzapfens oder des Abstandes vom Schwingschaft zum gabelähnlichen Abschnitt und dem die Schleifsoheibe tragenden Teil eingestellt werden. Auf diese )reise wird der Schleifscheibe sowohl eine Drehbewegung als auch eine Schwingbewegung erteilt.
Die vorstehenden Konstruktionen zeigen die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen der Feinstbearbeitungsmaschine.
Die beschriebene Schleifscheibe kann jedoch auch durch eine Läppscheibe ersetzt werden, um eine körniges Schleifmittel in ungebundener Form verwendende Läppmaschine zu realisieren.
Darüber hinaus ist es möglich, die körniges Schleifmittel verwendenden Werkzeuge wie eine Schleifscheibe oder eine Läppscheibe und die Werkstückhaltevorrichtung mit Hilfe ein und desselben Antriebs anzutreiben. Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen entweder das Schleifwerkzeug oder die Werkstückhaltevorrichtung dazu bestimmt ist,sowohl eine Drehbewegung als auch eine hin und her gehende Bewegung oder eine Vibrationsbewegung wie eine hin und her gehende Schwingbewegung auszuführen, ist es auch möglich, so z konstruieren, daß beide in demselben Drehsinn und mit derselben Drehzahl rotieren und gleichzeitig hin und her bewegt bzw. einer Schwingbewegung ausgesetzt werden.
Alle diese Besonderheiten wirken in der beschriebenen Weise und führen zu einer Feinstbearbeitungsmaschine, mit der-extrum hohe Oberflächengüte erzielt werden kann, indem ungleichmäßige Schleifwege, wie sie von herkömmlichen Maschinen dieser Art bekannt sind, unter Auswertung der neuen Analyse durch gleiche Gesamtschleifwege ersetzt werden, und die als Läppmaschine, Flächenfeinschleifmaschine, Superfinishmaschine und dergleichen eingesetzt werden kann und daher eine Verbesserung der Fertigung und der Qualität der Produkte ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße mit körnigem Schleifmittel arbeitende Feinstbearbeitungsmaschine enthält eine Werkstückhaltevorrichtung, eine Antriebsvorrichtung für die Rotation der '-Verkstückhaltevorrichtung, ein rotierendes Werkzeug zum Schleifen mit körnigem Schleifmittel und eine Antriebsvorrichtung für die Rotation des rotierenden Werkzeugs. Das rotierende Werkzeug ist gegenüber dem 'S,terkstück mit seiner Welle in nicht deckender Anordnung zur ~#elle der erkstückhaltevorrichtung angeordnet. Die Richtung der Rotation und die Drehzahl des rotierenden Werkzeugs sollen mit der Drehrichtung und der Drehzahl der Werkstückhaltevorrichtung übereinstimmen. Für eine Superfinishbearbeitung des Werkstücks ist es möglich, der Werkstückhaltevorrichtung oder dem rotierenden Werkzeug eine hin und her gehende geradlinige Bewegung oder Schwingbewegung mitzuteilen.

Claims

Patentansprüche

1. Feinstbearbeitungsmaschine, die mit körnigem Schleifmittel arbeitet, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Werkstückhaltevorrichtung (5) zum Halten des Werkstücks (6), eine erste Antriebsvorrichtung zum Drehen der Werkstückhaltevorrichtung in der erforderlichen Richtung, ein rotierendes Werkzeug (1; 4) zum Schleifen unter'Verwendung körnigen Schleifmittels, das dem werkstück gegenüber angeordnet und so montiert ist, daß seine elle in gegenüber der #Jelle der Werkstückhaltevorrichtung nicht deckender Anordnung liegt, und eine zweite Antriebsvorrichtung zum Drehen des rotierenden Werkzeugs in Richtung der Drehung der Werkstückhaltevorrichtung und mit nahezu derselben Drehzahl.

2. Feinstbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Werkzeug (1; 4) an seiner dem Werkstück (6) gegenüberliegenden Oberfläche körniges Schleifmittel in gebundener Form aufweist.

3. Feinstbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Werkzeug (1; 4) zum Schleifen mit körnigem Schleifmittel eine Läppscheibe enthält und zwischen dieser und dem Werkstück (6) das Schleifmittel eingebracht ist.

4. Feinstbearbeitungsmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung zur Erbeugung einer relativen Bewegung zwischen der zelle der Werkstückhaltevorrichtung (5) und der zelle des Werkzeugs (1; 4) vorgesehen ist.

5. Feinstbearbeitungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung die Welle des Werk-Zeugs (1; 4) in Bezug auf die Welle der Werkstückhaltevorrichtung (5) bewegt.

6. Feinstbearbeitungsmaschne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung die Welle des Werkzeugs (1; 4) in Bezug auf die Werkstückhaltevorrichtung (5) bewegt.

7. Feinstbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Drehzahlen des Werkzeugs (1; 4) und der Werkstückhaltevorrichtung (5) weniger als 30% beträgt.