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EINRICHTUNG ZUR SCHliEIFBEARBEITUNC VON EBENEN
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-NERKSTUCKVBERPLCHEN Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen.
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Die Erfindung kann am effektivsten zum Präzisionsschleifen, Polieren
und Läppen von ebenen Werkstückoberflächen angewendet werden, besonders solchen
wie Piezoquarzresonatoren, Substrate für Mikroschaltungen, Wegwerfschneidplatten
aus Hartmetall, Oxydkeramik und anderen Verbundwerkstoffen, Schmuckwaren.
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Die gemäss der Erfindung ausgeführte Einrichtung zur Schleifbearbeitung
von ebenen T,lZerkstückoberflächen kann als Präzisionsspindel oder Arbeitstisch
zur Durchführung von Prozessen mit axialen Belastungen verwendet werden.
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Es ist eine Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen
bekannt <SU-PS 471 186) ~die ein Schleifwerkzeug enthält, das in Form einer Scheibe
mit Stirnarbeitsfläche ausgebildet ist. Das Schleifwerkzeug ist auf einem Auflager
befestigt, das ebenfalls die Form einer Scheibe hat.
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Das Auflager ist am Ende einer Welle gelenkig angebracht, die mit
einem Antrieb zur gemeinsamen Drehung mit diesem kinematisch verbunden ist, wozu
die Welle einen Mitnehmer besit#zt, welcher in eine im Auflager eingearbeitete Nut
zur Ubertragung des Drehmomentes von der Welle zum Auflager eingreift.
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Es ist ein gleichachsig mit dem Auflager angeordneter Stützring vorhanden.
Der Stützring ist mit Hilfe von Schrauben an einer Hülse befestigt, die im Gestell
der bekannten Einrichtung axial verschiebbar zum Andrücken des Schleifwerkzeuges
an Kassetten angeordnet ist. Das Auflager ist mit dem Stützring über ein Axialwälzlager
verbunden.
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Die bekannte Einrichtung zur Schleifbearbeitung von
ebenen
Werkstückoberflächen besitzt eine Einheit zur Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken
mit einer Anpressvorrichtung zum Anpressen derselben an das Schleifwerkzeug.
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Die Anpressvorrichtung besitzt eine eigene Hülse, die mit ihrem eigenen
Stützring verbunden ist und über im Gestell befestigte Führungen mit Hilfe eines
federbelasteten Keils vertikal verschiebbar ist, welcher auf die Hülse in vertikaler
Richtung einwirkt.
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Bei der bekannten Einrichtung ist, wie vorstehend erwähnt, das Auflager
mit dem Stützring über ein Axialwälzlager verbunden, das als Kugelkäfig ausgebildet
ist. Hierbei liegt das Auflager frei auf dem Wälzlager auf, d.h., es ist ohne Anpressung
angeordnet.
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Infolgedessen gewährleistet die bekannte Einrichtung keine hinreichend
hohe Genauigkeit bei der Präzisionsbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen,
weil hierzu eine Anpressung des Auflagers an den Stützring erforderlich ist.
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Es ist häufig erforderlich#, eine Präzisionsschleifbearbeitung beispielsweise
zur Erzielung von genauen Oberflächen in der Mikroelektronik, in der Schmuckwarenindustrie
durchzuführen. Die Anpressung des Auflagers an den Stützring ist bei der bekannten
Einrichtung praktisch unmöglich realisierbar, da der Kontakt der Kugeln mit den
ebenen Oberflächen bekanntlich in einem Punkt zustande kommt, weshalb die Kontaktdrücke
sehr hoch sind.
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Infolge der hohen Kontakt drücke sind die Oberflächen des Auflagers
und des Stützringes, die mit den kugeln in Berührung stehen, einem ungleichmässigen
Verschleiss ausgesetzt, d.h., es bilden sich Unebenheiten, welcne die GenauigKeit
der Einstellung von Auflager und Stützring relativ zueinander beeinträchtigen. Eine
Beeinträchtigung der Genauigkeit der Einstellung führt zum Verlust der Genauigkeit
der Lagebestimmung des Schleif-
werkzeuges und folglich der Genauigkeit
der Schleifbearbeitung.
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Uberdies ändert sich während der Schleifbearbeitung ständig die axiale
Belastung der Kugeln, was ebenfalls einen ungleichmässigen Verschleiss des Auflagers
und des Stützringes zur Folge hat. Eine Stabilisierung der auf die Kugeln wirkenden
Axialkräfte ist jedoch nur bei der Ausübung einer Verspannung, d.h. eines zusätzlichen
Drucks, möglich, was zu einem raschen Ausfall des Kugelkäfigs führt. Ein ungefähr
ähnliches Bild ist bei Verwendung anderer Wälzkörper im Axialwälzlager zu verzeichnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Schleifbearbeitung
von ebenen tWerkstückoberflächen zu schaffen, bei welcher die Anpressung des Auflagers
an den Stützring so zustande gebracht wird, daß eine hohe Genauigkeit der Schleifbearbeitung
sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Einrichtung zur Schleifbearbeitung
von ebenen Werkstückoberflächen, enthaltend ein Schleifwerkzeug, das auf einem Auflager
befestigt ist, welches auf einer Welle angeordnet ist, die mit einem Antrieb zur
gemeinsamen Drehung mit ihm kinematisch verbunden ist, und über ein Axiallager auf
einem mit dem Auflager gleichachsigen Stütztring aufliegt, und eine Einheit zur
Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken mit einer Anpressvorrichtung zum Anpressen
derselben an das Schleifwerkzeug erfindungsgemäss der Stützring am Gestell befestigt
ist und eine Anpressvorrichtung zum Anpressen des Auflagers an den Stützring vorhanden-ist,
welche ein Element enthält, das mit der Welle zu ihrer gemeinsamen axialen Verschiebung
unter der Wirkung eines Drucks verbindbar ist, welcher während des Prozesses der
Schleifbearbeitung an ein mit dem Element starr verbundenes Element zur Steuerung
der axialen Verschiebung angelegt wird, wobei die Druckhöhe in Abhängigkeit von
der Grösse der Anpres-
sungskraft von zu bearbeitenden Werkstücken
an das Schleifwerkzeug bestimmt wird, wozu die 4npressvorrichtung zum Anpressen
des Auflagers an den Stützring mit der Anpressvorrichtung zum Anpressen von zu bearbeitenden
Werkstücken an das Schleifwerkzeug operativ verbunden ist; wobei als Axiallager
ein Gleitlager verwendet ist.
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Das Vorhandensein einer Anpressvorrichtung zum Anpressen des Auflagers
an den Stützring bei der starren Anbringung des Stützringes am Gestell gewährleistet
eine genaue und zuverlässige Lagebestimmung des Auflagers auf dem Stützring, was
wiederum eine recht hohe Genauigkeit der Schleifbearbeitung gewährleistet.
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Die Regelung der Grösse der Anpressung des Auflagers an den Stützring
in Abhängigkeit von der Grösse der Anpressung von Werkstücken an das Scaleifwerkzeug
gestattet es, die Betriebszeit des Axiallagers beträchtlich zu verlängern.
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Es ist zweckmässig, dass die Anpressvorrichtung zum Anpressen des
Auflagers an den Stützring eine Membrankammer besitzt, während das Steuerelement
eine Membran darstellt, die quer zur geometrischen Achse der Welle liegt und die
Membrankammer in zwei Hohlräume aufteilt, welche mit einer Quelle fluiden Mediums
abwechselnd in Verbindung stehen und in welchen die Druckdifferenz in Abhängigkeit
von der Kraft der Anpressung von zu bearbeitenden Werkstücken an das Schleifwerkzeug
vorgegeben wird, wobei die Welle einen Absatz aufweist, während das Element, das
mit der Welle verbunden und zur gemeinsamen axialen Verschiebung mit ihr vorgerichtet
ist, eine Buchse darstellt, die sich in der Membrankammer befindet, auf die Welle
mit Spalt aufgesteckt ist und sich gegen den Absatz der Welle abstützt.
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Eine solche Ausführung der Anpressvorrichtung zum Anpressen des Auflagers
an den Stützring ist recht einfach realisierbar und erlaubt es, hinreichend einfach
und
zuverlässig die operative Verbindung der Anpressvorrichtung zum Anpressen des Auflagers
an den Stützring mit der Anpressvorrichtung zum Anpressen von Werkstücken an das
Schleifwerkzeug zustande zu bringen.
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Es empfiehlt sich, dass die kinematische Verbindung der Welle mit
dem Antrieb über eine zusätzliche Welle hergestellt ist, die mit der Welle über
eine elastische Kupplung und mit der Welle des Antriebs über eine Riemenscheibe
in Verbindung steht, welche auf die zusätzliche Welle über eine Keilfederverbindung
aufgesetzt ist, wobei sich die Welle am Stützring über ein sphärisches.Radialschräglager
abstützt.
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Bei der Verwendung der Anpressvorrichtung zum Anpressen des Auflagers
an den Stützring ist diese Herstellung der kinematischen Verbindung am günstigsten,
weil sie es erlaubt, den Einfluss der möglichen ungenauen axialen Verbindung der
Welle mit dem Auflager auszuschliessen, welche in der Regel zum Stirnschlag des
Auflagers relativ zum Stützring fUhrt.
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Diese kinematische Verbindung der Welle mit dem Antrieb bietet die
Möglichkeit, die Welle und folglich das mit ihr starr verbundene Auflager von unerwünschten
Belastungen zu entlasten, die gewöhnlich an der Welle ausser dem Drehmoment angreifen.
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Durch die Verbindung der Welle mit dem Stützring über das sphärische
Radialschräglager kann die Genauigkeit der Anordnung des Auflagers mit dem darauf
befestigten Schleifwerkzeug auf dem Axiallager erhöht werden.
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Ausserdem nimmt das sphärische Radialschräglager Radialkräfte auf,
die während der Arbeit der Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen
entstehen, und entlastet dadurch die Welle von diesen Kräften.
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Somit gewährleistet die gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführte
Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen eine ziemlich
hohe Genauigkeit der Schleifbearbeitung von Werkstücken und eine
beträchtliche
Verlängerung der Betriebszeit der Hauptbaugruppen dieser Einrichtung.
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Anhand einer Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung
zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen im Längsschnitt dargestellt
ist, wird die Erfindung näher erläutert.
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Die Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen,
solchen wie Substrate für Mikroschaltungen, Piezoquarz- und keramische Elemente,
besitzt ein Gestell 1, an dem ein Antrieb 2 befestigt ist, welcher einen Elektromotor
einer beliebigen bekannten Bauart darstellt, die sich für diesen Zweck eignet.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung enthält eine Welle 3, die mit dem
Antrieb 2 kinematisch verbunden ist, was weiter unten eingehender beschrieben wird.
An dem gemäss der Figur oberen Ende der Welle 3 ist ein Flansch 4 ausgeführt, auf
dem ein Auflager 5 zur gemeinsamen Drehung mit der Welle mit Hilfe von Schraubenbolzen
6 starr befestigt ist, welche durch im Auflager 5 und im Flansch 4 für sie vorgesehene
(nicht bezeichnete) Bohrungen gleichmässig am Kreisumfang hindurchgeführt sind.
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Das Auflager 5 stellt eine Scheibe dar, deren geometrische Achse
7 vertikal in der Figur verläuft und zugleich die geometrische Achse der Welle 3
und die Symmetrieachse der erfindungsgemässen Einrichtung darstellt.
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Auf der gemäss der Figur unteren Seite des Auflagers 5 ist eine (nicht
bezeichnete) zentrale Aushöhlung zur Aufnahme des Flansches 4 ausgeführt.
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Die erfindungsgemässe Einrichten enthält weiterhin ein Schleifwerkzeug
8, das eine Stirnschleifscheibe darstellt, deren Aussendurchrnesser ungefähr gleich
dem Durchmesser des Auflagers 5 gewählt ist, während der Innendurchmesser ausgehend
von der erforderlichen Grösse ihrer Arbeitsfläche gewählt ist, die je nach Art und
Abmessungen von zu bearbeitenden Werkstücken durch den Aussen- und den Innendurchmesser
begrenzt ist.
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Das Schleifwerkzeug 8 ist auf dem Auflager 5 mit Hilfe von nicht
gezeichneten Schraubenbolzen starr befestigt.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung besitzt einen Stützring 9, auf
dem sich das Auflager 5 über ein Drucklager 10 abstützt; Der gleichachsig mit dem
Auflager 5 angeordnete Stützring 9 hat einen Aussendurchrnesser, der praktisch dem
Durchmesser des Auflagers 5 gleich ist, und einen Innendurchmesser, der in Abhängigkeit
von der Durchmessergrösse der Welle 3 gewählt ist.
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Der Stützring 9 ist am Gestell 1 mit Hilfe von Schrauben 11 starr
befestigt, die gleichmässig am Kreisumfang verteilt und durch (nicht bezeichnete)
Bohrungen hindurchgeführt sind, welche für sie in der gemäss der Figur oberen (nicht
bezeichneten) Wand des Gestells 1 vorgesehen sind.
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Der Stützring 9 weist einen gemäss der Figur nach unten vorstehenden
Teil 12 auf, der die Welle 3 umgibt und eine Dichtung 13 besitzt, die in einer (nicht
bezeichneten) Nut des vorstehenden Teils 12 angeordnet ist.
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Das Axiallager 10 stellt ein Gleitlager dar und besitzt einen kreisförmigen
Käfig 14. In den gleichmässig am Kreisumfang verteilten Bohrungen des Käfigs 14
sind Lagerschalen 15 eingesetzt, die verdickte Platten aus einem Antifriktions-
und verschleissfesten Werkstoff, im vorliegenden Fall aus Metall-Fluorkunststoff,
darstel-
len. An die Oberflächen der Lagerschalen 15 grenzen von
oben und von unten in der Zeichnung das Auflager 5 und der Stützring 9 an. Der Käfig
14 stützt sich in radialer Richtung gegen einen ringförmigen Vorsprung 16 des Stützringes
9 ab, welcher an der Innenkante desselben ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung besitzt eine Einheit zur Befestigung
von Werkstücken. Im vorliegenden Fall werden zwei Befestigungseinheiten verwendet,
von denen jede eine Kassette 17 enthält, in deren zum Schleifwerkzeug 8 gekehrter
Oberfläche (nicht gezeigte) Aussparungen zur Aufnahme von zu bearbeitenden -.7erkstücken
(nicht gezeigt) ausgeführt sind. Die Kassetten 17 sind an Spindeln 18 befestigt,
welche parallel zur Achse 7 in einem gleichen Abstand von ihr verlaufen.
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Die Spindeln 18 sind mit einem Antrieb 19 kinematisch verbunden,
als welcher ein Elektromotor einer beliebigen bekannten, für diesen Zweck geeigneten
Bauart dient und welcher im vorliegenden Fall auf dem Gestell 1 längs der Achse
7 montiert und mit den Spindeln 18 mit Hilfe eines Riemens 20 und mittels (nicht
bezeichneten) Riemenscheiben kinematisch verbunden ist, die auf der (nicht bezeichneten)
Welle des Antriebs 19 und den Spindeln 18 angeordnet sind.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung enthält ferner eine Anpressvorrichtung
21 zum Anpressen von zu bear-.
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beitenden Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8. Im vorliegenden konkreten
Fall werden zwei Anpressvorrichtungen 21 verwendet, welche symmetrisch in bezug
auf die Achse 7 in dem gemäss der Figur oberen Teil der erfindungsgemässen Einrichtung
angeordnet sind.
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Jede Anpressvorrichtung 21 besitzt eine Kammer 22, in der sich eine
Membran 23 befindet, welche die Kammer 22 in zwei Hohlräume 24 und 25 aufteilt,
die über Stutzen 26 abwechselnd mit einer (nicht gezeigten) Quelle fluiden Mediums,
als welches Luft auftritt, und mit einer (nicht
gezeigten) Luftauslassleitung
in Verbindung stehen.
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Eine jede Membran 23 ist an der Peripherie in der Wandung der Kammer
22 befestigt, und an ihrem zentralen Teil ist mit seinem gemäss der Zeichnung oberen
Teil ein Stab 23 befestigt, dessen unteres Ende mit einer für die Anpressvorrichtungen
27 gemeinsamen Platte 28 starr verbunden ist. Die Platte 28 dient zur Ubertragung
der Axialkraft auf die Einheiten zur Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken
zwecks einer dichten Anpressung derselben an das Schleifwerkzeug 8.
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Die Stäbe 27 sind parallel zur Achse 7 symmetrisch in bezug auf diese
durch Führungen 29 hindurchgesteckt, die in einem Stück mit einem Rahmen 30 ausgeführt
sind, welcher über eine Kolbenstange 31 mit einem auf dem Gestell 1 befestigten
Druckluftzylinder 32 in Verbindung steht. Der Druckluftzylinder 32 ist dazu bestimmt,
auf die durch eine (nicht bezeichnete) Öffnung im Gestell 1 geführte Kolbenstange
31 und folglich auf den Rahmen 30 die axiale Verschiebung zum Einstellen der Anpressvorrichtungen
21 in bezug auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs 8 Je nach den Abmessungen
von zu bearbeitenden Werkstücken zu übertragen, die längs der Achse 7 gemessen werden.
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Die erfindungsgemasse Einrichtung besitzt eine Anpressvorrichtung
33 zum Andrücken des Auflagers 5 an den Stützring 9. Die Anpressvorrichtung 33 weist
ein Element 34 auf, das mit der Welle 3 verbindbar und zusammen mit der Welle zu
ihrer gemeinsamen axialen Verschiebung unter der Wirkung eines Drucks vorgerichtet
ist, welcher während der Schleifbearbeitung an ein mit dem Element 34 starr verbundenes
Element 35 zur Steuerung der axialen Verschiebung angelegt wird. Das Element 34
stellt eine Buchse dar, die auf den Teil der Welle 3, welcher einen kleineren Durchmesser
als der gemäss der Figur obere Teil derselben hat, mit Spalt aufgesteckt ist und
sich mit dem oberen Ende gegen einen Absatz abstützt, der sich an der Ubergangsstelle
des Teils der Welle 3 mit dem
grösseren Durchmesser zu ihrem Teil
mit dem kleineren Durchmesser befindet.
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Die Anpressvorrichtung 33 besitzt eine Membrankammer 36, die längs
der Achse 7 um die Welle 3 herum angeordnet und am Gestell 1 in einer beliebigen
bekannten Weise starr befestigt ist. In der Membrankammer 36 befindet sich das Steuerelement
35, das eine Membran 35 darstellt, die quer zur Achse 7 liegt und mit ihrer Peripherie
in der Wandung der Kammer 36 befestigt ist.
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Mit ihrer Innenkante ist die Membran 35 an einem nicht bezeichneten
Flansch, der an der Buchse 34 quer zur Achse 7 ausgeführt ist, mit Hilfe eines auf
die Buchse 34 aufgesetzten Andrückringes 37 und mit Hilfe von (nicht bezeichneten)
Schraubenbolzen befestigt, welche durch (nicht bezeichnete) Bohrungen im Andrückring
37 und im Flansch der Buchse 34 hindurchgeführt sind.
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Die Buchse 34 ist gegenüber den Wänden der Kammer 36 mit Hilfe von
Dichtungsringen 38 abgedichtet. Das gemäss der Figur untere Ende der Buchse 34 stützt
sich gegen ein Axialwälzlager 39 ab, das eine beliebige bekannte für diesen Zweck
geeignete Konstruktion hat und in einem Gehäuse 40 untergebracht ist, welches mit
dem gemäss der Figur unteren Teil der Welle 3 - mit dem Halszapfen 41 der Welle
3 - mit Hilfe einer (nicht bezeichneten) Gewindeverbindung verbunden ist.
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Die-Membran 35 teilt die Kammer 36 in zwei Hohlräume auf einen gemäss
der Zeichnung oberen Hohlraum 42 und einen unteren Hohlraum 43. Die Hohlraume 42
und 43 sind über Stutzen 44 abwechselnd mit einer Quelle fluiden Druckmediums, als
welches im vorliegenden Fall Luft auftritt, und mit einer Druckentlastungsleitung
in Verbindung gesetzt. Die Druckdifferenz in den Hohlraume 42 und 43 und folglich
der auf die Membran 35 wirkende Druck werden in Abhängigkeit von der Kraft der Anpressung
von zu bearbeitenden Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 bestimmt. Hierzu ist die
Anpressvorrichtung 33 zum An-
pressen des Auflagers 5 an den Stützring
9 mit der Anpressvorrichtung 21 zum Anpressen von zu bearbeitenden Werkstücken an
das Schleifwerkzeug 8 operativ verbunden, was weiter unten eingehend beschrieben
wird.
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Die Stutzen 44 stehen abwechselnd mit einer Druckluftquelle und mit
einer Luftauslassleitung in Verbindung.
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In der erfindungsgemassen Einrichtung ist die zelle 3 mit dem Antrieb
2 über eine zusätzliche Welle 45 kinematisch verbunden.
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Die zusätzliche Welle 45 ist längs der Achse 7 in dem gemäss der
Figur unteren Teil der erfindungsgemässen Einrichtung angeordnet und mit der Welle
3 über eine elastische Kupplung 46 einer beliebigen bekannten ~für diesen Zweck
geeigneten Konstruktion verbunden.
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Die zusätzliche Welle 45 ist mit dem Antrieb 2 über eine Riemenscheibe
47 verbunden, die mit der (nicht bezeichneten) Welle des Antriebs 2 mittels eines
Keilriemens 48 verbunden ist. Die Riemenscheibe 47 ist auf die zusätzliche Welle
45 über eine Keilfederverbindung 49 aufgesteckt. Die zusätzliche Welle 45 ist in
einem Gehäuse 50, das am Gestell 1 mit Hilfe eines Kragarmes 51 starr befestigt
ist, angeordnet und wird im Gehäuse 50 mittels Radial-Schrägkugellagern 52 einer
beliebigen bekannten Bauart gehalten. Die Welle 3 ist im Stützring 9 mit Hilfe eines
sphärischen Radialschräglagers 53 angeordnet, dessen Innenring auf die Welle 3 in
dem gemäss der Figur oberen Teil derselben aufgesetzt ist, während sein Aussenring
in der (nicht bezeichneten) Bohrung des Stützringes 9 angeordnet ist.
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Die operative Verbindung der Anpressvorrichtung 33 mit der Anpressvorrichtung
21 ist folgenderweise zustande gebracht.
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Die oberen Hohlräume 24 der Anpressvorrichtungen 21 zum Anpressen
von Werkstücken an das Schleifwerkzeug stehen über die Stutzen 26 mit einem Druckmessgeber
54 einer bekannten Konstruktion in Verbindung. Der obere
Hohlraum
42 der Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen des Auflagers 5 an den Stützring 9 steht
über den Stutzen 44 mit einem Druckmessgeber 55 einer bekannten Konstruktion in
Verbindung. Die Druckmessgeber 54 und 55 sind über eine (nicht bezeichnete) Elektronenkopplung
mit einem Mikroprozessor 56 einer beliebigen bekannten, für diesen Zweck geeigneten
Konstruktion verbunden. Der Mikroprozessor 56 ist ebenfalls über eine Elektronenkopplung
mit einer Druckregeleinrichtung 57 einer bekannten Konstruktion zur Druckregelung
in dem gemäss der Figur oberen Hohlraum 42 der Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen
des Auflagers 5 an den Stützring 9 verbunden. Die Druckregeleinrichtung 57 steht
mit dem oberen Hohlraum 42 über den Stutzen 44 in Verbindung.
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Die Arbeit der erfindungsgemässen Einrichtung zur Schleifbearbeitung
von ebenen Werkstückoberflächen geht auf die folgende Weise vonstatten.
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Vor dem Arbeitsbeginn stellt die Bedienungsperson den Rahmen 30 auf
eine erforderliche Höhe in bezug auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges 8 je
nach den Abmessungen von zu bearbeitenden Werkstücken ein, die längs der Achse 7
gemessen werden. Dazu schaltet die Bedienungsperson, die Werkstückabmessung wissend,
den Druckluftzylinder 32 ein, der über die Kolbenstange 31 den Rahmen 30 zusammen
mit den Anpressvorrichtungen 21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug
8 und den Stäben 27 samt der Platte 28, den Spindeln 18 und Kassetten 17 verschiebt.
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Das Einstellmass der Kassetten 17 in bezug auf die Arbeitsfläche
des Schleifwerkzeuges 8 wird so gewählt, dass die in die Aussparungen der Kassetten
17 eingesetzten Werkstücke mit ihrer dem Schleifwerkzeug 8 zugewandten Oberfläche
die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges 8 berühren, an diese jedoch nicht angedrückt
werden. Dazu soll der Abstand längs der Achse 7 zwischen den Oberflächen der Kassetten
17, die dem Schleifwerk-
zeug 8 zugewandt sind, und der Arbeitsfläche
des letzteren um 0,5 bis 3 Millimeter grösser sein als die Abmessung von zu bearbeitenden
Werkstücken längs der Achse 7.
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Nachdem das Einstellmass festgelegt ist, wird der Druckluftzylinder
32 ausgeschaltet. Die zu bearbeitenden Werkstücke werden in die Aussparungen der
Kassetten 17 eingesetzt, und der Zyklus der Schleifbearbeitung wird begonnen. Dazu
stellt die Bedienungsperson an einem (nicht gezeigten) Manometer mit Hilfe von (nicht
gezeigten) Druckreglern den erforderlichen Druck in den Kammern 24 der Anpressvorrichtungen
21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 ein. Der Druck in den
Kammern 24 wird in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Werkstoff und der mit dem
Schleifwerkzeug 8 in Kontakt stehenden Fläche von zu bearbeitenden Werkstücken eingestellt.
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Der Druck in den Kammern 24 wird im folgenden als P1 und der Druck
in der Kammer 42 als P2 bezeichnet.
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Der von der Bedienungsperson eingestellte Druck P in den oberen Hohlräumen
24 der Anpressvorrichtungen 21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug
wird vom Druckmessgeber 54 gemessen. Vom Druckmessgeber 54 gelangt ein dem Druck
P1 entsprechendes Signal in den Mikroprozessor 56. Hiernach gelangt ein Signal vom
Mikroprozessor 56 auf die Druckregeleinrichtung.57 zur Druckregelung im oberen Hohlraum
42 der Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen des Auflagers 5 an den Stützring 9.
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Mit Hilfe der Druckregeleinrichtung 57 wird in dem gemäss der Figur
oberen Hohlraum 42 ein erforderlicher Druck aufgebaut. Zur Stabilisierung des Drucks
P2 ist mit dem Stutzen 44des oberen Hohlraumes 42 der Druckmessgeber 55 verbunden,
welcher seinerseits mit dem Mikroprozessor 56 in Verbindung steht.
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Nachdem die Drücke P1 und P2 eingeregelt sind, stellt die Bedienungsperson
die Drehzahl der Spindeln 18
und der Welle 3 des Antriebs 2 mit
Hilfe von (nicht gezeigten) Drehzahlreglern der Antriebe 19 und 2 ein.
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Dann schaltet die Bedienungsperson den Drehantrieb 2 der Welle 3,
des Auflagers 5 und des auf diesem befestigten Schleifwerkzeuges 8 ein, deren Drehzahl,
wie dies vorstehend beschrieben wurde, im voraus eingestellt ist.
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Gleichzeitig damit wird über den Stützen 44 dem gemäss der Figur
oberen Hohlraum 42 der Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen des Auflagers 5 an den
Stützring 9 Luft zugeführt. Die Luft erzeugt einen Druck auf die Membran 35, die
mit Hilfe von Schraubenbolzen und des Andrückringes 37 mit der Buchse 34 verbunden
ist. Bei der Erzeugung des Drucks im Hohlraum 42 biegt sich die Membran 35 gemäss
der Zeichnung nach unten durch und senkt nach unten längs der Achse 7 die Buchse
34 ab, welche über das Axialwälzlager 39 und das mit dem Halszapfen 41 der Welle
3 verbundene Gehäuse 40 auf die Welle 3 drückt und diese nach unten längs der Achse
7 absenkt.
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Die Welle 3, die sich längs der Achse 7 absenkt, presst das darauf
befestigte Auflager 5 an die Lagerschalen 15 des Axialgleitlagers 10 und über diese
an den Stützring 9.an. Bei der axialen Verschiebung der Welle 3 längs der Achse
7 verschiebt sich das sphärische Radialschräglager 53, das auf den gemäss der Figur
oberen Teil der Welle 3 mit Ubermass aufgesetzt ist und im Stützring 9 sich im Gleitsitz
befindet, in dem Stützring 9 nach unten längs der Achse 7.
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Zu gleicher Zeit wird die mit der Welle 3 mittels der elastischen
Kupplung 46 verbundene zusätzliche Welle 45 in der Riemenscheibe 47 nach unten gemäss
der Figur verschoben. Auf diese Weise ist das Auflager 5 über die Lagerschalen 15
an den Stützring 9 angepresst. Je genauer das Auflager 5 sich auf den Lagerschalen
15 stützt, um so genauer ist die Einstellung des Schleifwerkzeuges 8
während
des Arbeitsvorgangs.
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Eine genaue Lagebestimmung wird durch die #Töglichkeit der Selbsteinstellung
der Welle 3 mit dem Auflager 5 in bezug auf die Lagerschalen 15 sichergestellt,
weil die Welle 3 mit dem Stützring 9 mit Hilfe des sphärischen Lagers 53 verbunden
ist, das die Welle 3 in radialer Richtung hält, dieser Welle 3 jedoch eine Schwenkung
in der Horizontalebene in bezug auf die Achse 7 ermöglicht. Somit stützt sich das
Auflager 5 auf der Lagerschale 15 auf der gesamten Fläche, die den Lagerschalen
15 zugewandt ist.
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Zur hermetischen Abdichtung der Hohlräume 42 und 43 sind in den Wänden
der Kammer 36 die Dichtungsringe 38 angeordnet, welche die Buchse 34 umfassen. Der
Druck in dem gemäss der Figur oberen Hohlraum 42#ist,wie bereits oben erwähnt,mit
P2 bezeichnet. Folglich wirkt auf die Lagerschalen 15 eine durch den Druck P2 hervorgehobene
Belastung in Richtung der Achse 7.
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Nachdem die Welle 3 in Umdrehungen gesetzt und das Auflager 5 angepresst
ist, schaltet die Bedienungsperson den Antrieb 19 ein. Uber den Riemen 20 wird die
Drehbewegung zu den Spindeln 18 und den an diesen angebrachten Kassetten 17 mit
(nicht gezeigten) Werkstücken in den Aussparungen der Kassetten 17 übertragen. Gleichzeitig
damit tritt in die gemäss der Figur oberen Hohlraume 24 der Kammern 22 der Anpressvorrichtungen
21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 über die Stutzen 26 unter
Druck stehende Luft ein, und der Druck in den gemäss der Figur unteren Hohlräumen
25 wird abgebaut. Die Luft drückt auf die Membranen 23, die mit den Stäben 27 verbunden
sind, welche in den Führungen 29 des Rahmens 30 verschoben werden.
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Die Membranen 23 biegen sich gemäss der Figur nach unten durch und
senken die Stäbe 27, die Platte 28 und die an der Platte 28 befestigten Gehäuse
der Spindeln 18 und die an den Spindeln 18 angebrachten Kassetten
17
ab. Die Kassetten 17 drücken auf die zu bearbeitenden Werkstücke und pressen diese
an die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges 8 an. Somit rotieren die Werkstücke zusammen
mit den Kassetten 17 und werden durch den Druck P1 an die Arbeitsfläche des umlaufenden
Schleifwerkzeuges 8 angepresst. Es findet die Schleifbearbeitung der dem Schleifwerkzeug
8 zugewandten Werkstückoberflächen statt. Während der Schleifbearbeitun, wenn die
unter Druck stehende Luft in die Hohlräume 24 und 42 eintritt, wirkt auf die Lagerschalen
15 des Axialgleitlagers 10 eine Belastung gleich P = P1 + P2 , worin bedeuten: P1
- einen Druck, der von der Luft in den oberen Hohlräumen 21 der Anpressvorrichtungen
21 zum Anpressen von werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 erzeugt wird, P2 - einen
Druck, der von der Luft im oberen Hohlraum 42 der Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen
des Auflagers 5 an den Stützring 9 erzeugt wird.
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Bei der Schleifbearbeitung der ebenen Oberflächen von aus verschiedenen
?Nerkstoffen bestehenden 5.Tierkstücken und bei einer Anderung der Verhältnisse
der Schleifbearbeitung wird sich die Kraft der Anpressung # P1 von zu bearbeitenden
Werkstücke an die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges 8 verändern.
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Die Anderung des Drucks P1 zieht eine Anderung des Drucks auf die
Lagerschalen 15 des Axialgleitlagers 10 nach sich. Somit arbeitet das Axiallager
10 unter verschiedenen axialen Belastungen, was zum ungleichmässigen Verschleiss
der Lagerschalen 15 und folglich zur Beeinträchtigung der Genauigkeit der Lagebestimmung
des Auflagers 5 auf dem Stützring 9 und als Folge davon zum Verlust der Genauigkeit
der Schleifbearbeitung führen wird.
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Um den Druck P auf die Lagerschalen 15 zu einer konstanten Grösse
während der Schleifbearbeitung zu machen, ist es erforderlich, den Druck P2 der
Anpressung des Auflagers 5 an den Stützring 9 in Abhängigkeit von der Grösse der
Anpressung P1 von Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 zu verändern. Der Druck P2
muss entsprechend der folgenden Bedingung verändert werden: P = P1 + P2 C const.
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Wie vorstehend beschrieben, wird der von der 3edienungsperson eingestellte
Druck P1 durch den Druckmessgeber 54 gemessen, und das erhaltene Signal wird auf
dee Xikroprozessor 56 geleitet. Im Mikroprozessor 56 sind im voraus Daten eingegeben,
die dem Gesamtdruck P entsprechen. Beim Eintreffen des Signals vom Geber 54 wird
im Mikroprozessor 56 ein Signal errechnet, das dem Druck P2 = P - P1 entspricht.
Dieses Signal wird der Druckregeleinrichtung 57 zugeführt, und im oberen Hohlraum
42 der Anpressvorrichtung 33 stellt sich ein Druck P2 gleich P2 = P -P1 ein. Bei
Anderung des Drucks P1 wird mittels der operativen Verbindung..
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Geber 54 - Mikroprozessor 56 - Druckregeleinrichtung 57 eine Anderung
des Drucks P2 im oberen Hohlraum 42 der Anpressvorrichtung 33 zustande gebracht,
was die Konstanz des Drucks P gewährleistet. Durch die Konstanz des axialen Drucks
auf die Lagerschalen 15 des Axiallagers 10 wird es möglich, seine Genauigkeit zu
erhöhen und die Betriebszeit desselben zu verlängern.
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Nach Beendigung der Schleifbearbeitung, d.h., nachdem von den zu
bearbeitenden Werkstücken die erforderliche Zugabe entfernt wird, gelangt die unter
Druck stehende Luft in die gemäss der Figur unteren Hohlräume 25 der Anpressvorrichtungen
21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8.
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Zu gleicher Zeit wird die Luft aus den gemäss der Figur oberen Hohlräumen
24 der Kammern 22 über die Stutzen 26 in die Atmosphäre ausgelassen. Die Luft in
den Hohlräumen 25 drückt auf die Membranen 23, welche sich nach oben längs der Achse
7 durchbiegen und die
mit ihnen verbundenen Stäbe 27, die Platte
28 und die Spindeln 18 samt den Kassetten 17, in deren Aussparungen sich die zu
bearbeitenden Werkstücke befinden, anheben.
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Der Druck der Kassetten 17 auf die zu bearbeitenden Werkstücke hört
auf, und die Schleifbearbeitung wird beendet. Danach werden die Antriebe 2 und 19
abgeschaltet, unc die Luft in dem gemäss der Figur oberen Hohlraum 42 der Anpressvorrichtung
33 zum Anpressen des Auflagers 5 an den Stützring 9 wird in die Atmosphäre ausgelassen.
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Die Bedienungsperson nimmt die bearbeiteten Werkstücke ab und setzt
neue ein. Hierbei bleibt die Luft in den unteren Hohlräumen 25 der Anpressvorrichtungen
21 zum Anpressen von Werkstücken an das Schleifwerkzeug 8 unter Druck stehen, und
die Membranen 23 halten die Stäbe 27, die Platte 28 und die Spindeln 18 der Kassetten
17 in der gemäss der Figur oberen Endstellung fest.
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Nach dem Einsetzen eines neuen Loses von Werkstücken wiederholt sich
der Zyklus wie vorstehend beschrieben.
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Wie in der Figur gezeigt, ist die Welle 3 mit dem Antrieb 2 über
die zusätzliche Welle 45 und die elastische Kupplung 46 verbunden. Ihrerseits ist
die zusätzliche Welle 45 mit der Riemenscheibe 47 über die Keilfederverbindung 49
verbunden. Folglich wird die Drehung zur Welle 3 vom Antrieb 2 über den Riemen 48,
die Riemenscheibe 47, die Keilfederverbindung 49, die zusätzliche Welle 45 und die
elastische Kupplung 46 übertragen.
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Eine solche Verbindung der Welle 3 gestattet es, sie von den Radialkräften
zu entlasten, die auf die Riemenscheibe 47 bei der Drehmomentübertragung wirken,
weil sie von den Lagern 52 aufgenommen werden, und die elastische Kupplung 46 überträgt
sie auf die Welle 3 nicht.
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Ausserdem ist die Welle 3, wie dies vorstehend beschrieben wurde,
im Stützring 9 über das sphärische Radialschräglager 53 angeordnet, d.h., sie kann
um die Achse 7 in der Horizontalebene zwecks einer genaueren
Lagebestimmung
des Auflagers 5 auf den Laerschalen 15 schwenken.
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Die elastische Kupplung 46 ermöglicht es der Welle 3, auf die vorbeschriebene
leise zu schwenken, und übertragt auf dieselbe zugleich das Drehmoment.
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Zur Einstellung des Axialgleitlagers 10 oder zum Umlegen der Lagerschalen
15 u.dgl. ist das Heben des Auflagers 5 über den Stützring 9 vorgesehen. Das Heben
des Auflagers 5 erfolgt bei ausgeschalteten Antrieben 2 und 19 und bei der gemäss
der Figur oberen Lage des Rahmens 30.
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Zum Heben des Auflagers 5 last die Bedienungsperson die unter Druck
stehende Luft in den gemäss der Figur unteren Hohlraum 43 der Membrankammer 36 der
Anpressvorrichtung 33 zum Anpressen des Auflagers 5 an den Stützring 9 ein. Die
Luft drückt auf die membran 35, die sich nach oben längs der Achse 7 biegt; es verschiebt
sich die Buchse 34, welche, indem sie sich gegen den Absatz der Welle 3 abstützt,
der an der Ubergangsstelle des grösseren Durchmessers der zelle 3 zum kleineren
befindet, die Welle 3 mit dem auf ihr befestigten Auflager 5 nach oben längs der
Achse 7 bewegt Hierbei bildet sich zwischen dem Auflager 5 und dem Stützring 9 ein
Spalt, der zur Ausführung von dem Dauerbetrieb notwendigen Arbeiten im Axialgleitlager
10, beispielsweise zur Auswechselung der Lagerschalen, ausreichend ist.
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Die zusätzliche Welle 45 verschiebt sich nach oben längs der Achse
7 zusammen mit der Welle 3, und deshalb soll die Länge der (nicht bezeichneten)
Nut der Keilfederverbindung 49 nicht kleiner sein als die Grösse der Verschiebung
des Auflagers längs der Achse 7.
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Anderenfalls macht es sich erforderlich, die Welle 3 von der zusätzlichen
Welle 45 zu lösen, d.h. die elastische Kupplung 46 auszubauen.
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Es wurden mehrere Muster der gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführten
Einrichtung zur Schleifbear-
beitung von ebenen Werkstückoberflächen
herestellt.
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Die Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen
durchlief erfolgreich die Prüfungen, wobei folgende Resultate erhalten wurden: die
Schleifleistung von 100 bis 200 fm, Unebenheit der bearbeiteten Werkstückoberflächen
unter 4 bis 5 fm, die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberflachen entspricht Ra = 0,32
- 0,05 fm. Unter den Laborbedingungen durchlief die erfindungsgernässe Einrichtung
zur Scaleifbearbeitung der ebenen Oberflächen von Werkstücken, die nach der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, Prüfungen für einen weiten Bereich verschiedener Werkstoffe,
solcher wie Hartlegierungen, Piezoquarz, Piezokeramik, Halbleiter, VerbundwerkstOffe
(Hexapit, Elbor und ähnliches), verschiedene Arten von Glas, Granit, Marmor.
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Die Prüfungsergebnisse lassen über die hohen Betriebscharakteristiken
der erfindungsgemässen Einrichtung zur Schleifbearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen
schlussfolgern.
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Für alle vorgenannten Werkstoffe liegt die Unebenheit innerhalb von
10 jim, die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche Ra = 0,32 - 0,05 tun in Abhängigkeit
vom Material des verwendeten Schleifwerkzeuges.
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Die Einrichtung ist einfach in der Bedienung und behält gut Genauigkeitswerte
bei.