Feinbearbeitungsmachine zum Läppen, Feinschleifen oder Polieren

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Feinbearbeitungsmaschi­ne zum Läppen, Feinschleifen oder Polieren mit zwei getrennt antreibbaren, ringförmigen, vertikal-achsigen Arbeitsscheiben, wobei im Bereich der unteren Schei­be ein antreibbarer innerer sowie ein vorzugsweise stillstehender äußerer Stiftkranz vorgesehen sind, in welche Werkstückhalter oder Abrichtringe mittels Zahnung eingreifen und sich somit planetär um die Zentralachse der Maschine bewegen. Hierbei erfolgt die Konstantregelung des Eingriffdrucks zwischen den Wirkpartnern während des Bearbeitens und Abrichtens, dadurch. daß die obere, vorzugsweise pendelnd gelagerte Arbeitsscheibe durch insbes. pneumatisch oder hydrau­lisch erzeugbare Axialkraft beaufschlagbar ist, welche bei mittel- oder unmittelbarer Kontaktierung mit der unteren Arbeitsscheibe über Kraftaufnehmer am Unter­gestell der Maschine ableitbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Feinbearbeitungsma­schine zum Läppen, Feinschleifen oder Polieren.

[0002] Es sind Feinbearbeitungsmaschinen für diese Zwecke be­kannt mit zwei getrennt antreibbaren, ringförmigen verti­kalachsigen Arbeitsscheiben, wobei im Bereich der unte­ren Scheibe ein antreibbarer, innerer sowie ein vorzugs­weise stillstehender, äusserer Stiftkranz vorgesehen sind, zwischen welchen Halter zur Werkstückbearbeitung angeordnet sind, welche zu deren planetären Bewegung um die Scheibenachse in beide Stiftkränze mittels Zahnung eingreifen, vorzugsweise in Ausleger- oder Portalbauweise mit horizontal verfahrbarer oberer Arbeitsscheibe, wobei ein Regelkreis zur Beeinflußung der auf die obere Ar­beitsscheibe wirkenden Axialkraft vorgesehen ist.

[0003] Aufgabe der Feinbearbeitungsmaschine gemäß der Erfin­dung ist die Konstantregelung des vorgewählten Eingriffs­drucks zwischen den Wirkpartnern während des Bearbeit­tens und Abrichtens sowie weiter die selbsttätige Höhen­verstellung der Abeitsscheiben und Einstellung optima­ler Drehzahlverhältnisse beim Bearbeiten und Abrichten mit Hilfe eines im Speicher der Steuerung abgelegten Pro­grammes zur Erzielung reproduzierbarer Arbeitsergebnis­ se im verfahrensimmanenten Genauigkeitsgrenzbereich bei gleichzeitig hohem Automatisierungsgrad der Maschi­ne und niedriger erforderlicher Bedienerqualifikation.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Feinbe­arbeitungsmaschine zum Läppen, Feinschleifen oder Polie­ren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 gemäß der Er­findung dadurch, daß die Axialkraft bei mittel- oder unmittelbarer Kontaktierung mit der unteren Arbeits­scheibe über Kraftaufnehmer am Untergestell der Maschine ableitbar ist, wobei die obere, vorzugsweise pendelnd ge­lagerte Arbeitsscheibe pneumatisch oder hydraulisch be­aufschlagt wird und die über Kraftaufnehmer am Maschinen­untergestell axial abgestützte Lagereinheit der unteren Arbeitsscheibe durch in einer zur Arbeitsebene parallelen Ebene angeordnete und zwischen dem Gestell und der La­gereinheit verspannte, vorzugsweise dünne Bänder gegen Verdrehen gesichert ist. Somit wird ein von der axialen Istkraft abhängiges Signal mittels des vorgenannten, im Untergestell der Maschine befindlichen hochauflösen­den Meßsystems, z.B. auf DMS-Basis, erzeugt. Dieses Signal wird mit einem Signal verglichen, das der axialen Sollkraft entspricht. Das Differenzsignal ist die Regel­abweichung. Sie verändert den Druck innerhalb der Be­lastungseinheit derart, daß der Eingriffsdruck zwi­schen den Wirkpartnern innerhalb eng vorgegebener Tole­ranzgrenzen konstant bleibt; ein wesentliches Kriterium für die Erzielung reproduzierbarer Prozeßverhältnisse.

[0005] Hierbei ist nicht nur die obere pinolengeführte Arbeits­scheibe über eine mittels Führungsstangen drehgesicherte pneumatische oder hydraulische Hub- und Belastugungsein­richtung höhenverstellbar, sondern es ist auch die Höhen­lage der unteren Arbeitsscheibe über eine Pinolenverstel­lung oder über mehrere achsparallele und zueinander synchronisierte Schraubengewindetriebe mit Quertraverse veränderbar, um eine verschleißunabhängige Konstanthal­tung der Höhenlage der Wirkfläche zu ermöglichen.

[0006] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kennzeichnet sich die Feinbearbeitungsmaschine dadurch, daß die stufen­lose Einstellung und wahlweise Kombination der Drehzahlen der beiden Arbeitsscheiben sowie des inneren und gegebenen­falls äußeren Stiftkranzes im Bereich der unteren Arbeits­scheibe und damit die planetäre Bewegung der Werkstück­halter zur Werkstückbearbeitung oder der Abrichtringe programmgesteuert ist. Somit wird anders als bei herkömm­lichen Maschinen die schwierige Einstellung geeigneter Dreh­zahlen beim Bearbeiten und Abrichten mit einem im Speicher der Steuerung abgelegten Programm möglich) welches über eine komfortable bedienergeführte Eingabe empfohlener Kennwerte, betreffend
- die Art der Relativbewegung der Wirkpartner,
- die Relativgeschwindigkeit der Wirkpartner so­wie - die Lage der Teile innerhalb der Halter bzw.
die Größe der Abrichtringe für optimale Bewegungsverhältnisse sorgt.

[0007] Eine Dateneingabe solcher Art bietet den Vorteil, daß die Reproduzierbarkeit und Güte des Arbeits- sowie des Abrichtergebnisses von der Qualifikation und dem Er­fahrungswissen des Maschinenbedieners unabhängig ist.

[0008] Eine bevorzugte Ausführungsform einer Feinbearbeitungs­maschine gemäß der Erfindung ist beispielsweise in der zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben und zwar zeigen:

Figur 1 die Pinolenlagerung der oberen Arbeitsschei­be im Längsschnitt mit Hub- und Belastungs­einrichtung,

Figur 2 die Lagerung und Höhenverstellung der unteren Arbeitsscheibe im Längsschnitt mit Kraftauf­nehmer,

Figur 3 den Querschnitt nach Linie A-B der Figur 2,

Figur 4 das Prinzip der Konstantregelung des Eingriffs­drucks und

Figur 5 das Prinzip der programmgesteuerten Optimierung der Bewegungsverhältnisse.

[0009] In Figur 1 ist der Maschinenaufbau 1 mit der axial be­weglichen Pinole 2 und der sie lagernden, zur Drehmoment­übertragung dienenden Hohlwelle 3 zu ersehen. Die Pinole 2 wird im Lagerbereich 4, der sich über die Wälzlager 6 und 7 am Maschinenaufbau 1 abstützenden Hohlwelle 3 form­schlüsig aufgenommen. Die Pinole 2, an welcher über ihr Gelenklager 5 die obere Arbeitsscheibe 8 pendelnd aufge­hängt ist, wird über die Hohlwelle 3 durch den Rimentrieb 9 in Drehung versetzt. Hierbei dient die aus zwei Hydraulik­zylindern 10 bestehende Hub- und Belastungseinrichtung der Aufbringung des Axialdrucks über die Quertravers 11 mit Stützlager 12, während die Aufnahme des aus der Lager­reibung resultierenden Drehmoments über die Führungsstan­gen 13 erfolgt.

[0010] Beim Läppen gelangt das Läppgemisch bei Zuführung über die Abstreifeinrichtung 14 mit Abstreifern 15 in den Ringka­nal 16 und über Bohrungen 17 in der oberen Arbeitsscheibe 8 in die Wirkzone.

[0011] Da günstige kinematische Verhältnisse vielfach mit einer sehr langsamen Drehung der oberen Arbeitsscheibe einher­gehen und der Transport des Läppgemisches in die Wirkzone eine hinreichend schnelle Relativbewegung zwischen oberer Arbeitsscheibe 8 und Abstreifereinrichtung 14 erfordert, wird die letztgenannte beim Unterschreiten einer vorgege­benen Drehzahlgrenze der oberen Arbeitsscheibe 8 mittels eigenem Antrieb 18 selbsttätig in eine zur Scheibendrehung gegensinnige Rotation versetzt. Hierbei ist der Antriebs­motor 18 der Abstreifereinrichtung 14 am Maschinenaufbau 1 so angeordnet, daß eine Drehung um die Achse der oberen Arbeitsscheibe 8 unterdrückt, jedoch deren Pendelbewegung mit vollzogen wird.

[0012] Im übrigen kann der Maschinenaufbau 1, wie hier nicht im einzelnen dargestellt, in Portalbauweise, z.B. nach dem DE-PS 24 42 081 ausgeführt und somit gegenüber dem Maschi­nenuntergestell 19 mit der Lagereinheit und oberen Arbeits­scheibe 8 horizontal verfahrbar sein.

[0013] In Figur 2 und 3 ist das Maschinenuntergestell 19 mit der Hohlwelle 20 und dem höhenverstellbaren Führungsgehäu­se 21 zu ersehen. Die dem Antrieb der unteren Arbeits­scheibe 22 dienende Hohlwelle 20 wird von den Wälzlagern 23 und 24 aufgenommen und das Führungsgehäuse 21 ist über mehrere äquidistant zur Zentralachse angeordnete und synchronisierte Schraubengewindetriebe 25 mit Quertra­verse 26 höhenverstellbar gelagert mit Führungsstan­gen 27. Die Hohlwelle 20 ist über den Riementrieb 28 in Drehung versetzbar.

[0014] Eine Höhenverstellbarkeit der unteren Arbeitsscheibe 22 solcherart hat den Vorteil, daß eine Absenkung der Ar­beitshöhe als Folge des Scheibenverschleisses kompensier­bar ist. In der Möglichkeit zur weitgehenden Kontant­haltung der Höhenlage der Wirkfläche der unteren Ar­beitsscheibe 22 ist eine notwendige Voraussetzung für die Automatisierbarkeit der Maschinenbeschickung zu sehen. Die Verstellbarkeit der Höhenlage der unteren Ar­beitsscheibe ist ferner geeignet, das Verschleißmessen sowie das nachfolgende Beseitigen von Unebenheiten der Arbeitsscheiben, welche mit einer Verschlechterung der erzielbaren Teileformgenauigkeit einhergehen, unter zusätzlicher Nutzung einer radial angeordneten Meß- und Abdreheinrichtung in eine automatische Ablauffolge zu integrieren.

[0015] Die Lagereinheit 29 der unteren Arbeitsscheibe 22 ist über Kraftaufnehmer 30 am Untergestell 19 der Maschine abgestützt, wobei die Lagereinheit 29 in einer zur Arbeitsebene parallelen Ebene durch zwischen Gestell 19 und Lagereinheit 29 verspannte, dünne Bänder 31 gegen Verdrehung gesichert ist. Die Kraftaufnehmer 30 am Unter­gestell 19 dienen der Konstantregelung der von der Hub- und Belastungseinrichtung 10 aufzubringenden Axialkraft.

[0016] Schließlich sind in Figur 2 noch der von 32 aus angetrie­bene innere Stiftkranz 33 sowie der hier stillstehende, äußere Stiftkranz 34 mit zwischenliegendem Werkstückhal­ter 35 für Werkstücke 36, wobei die Halter 35 in die inneren und äußeren Stiftkränze 33, 34 eingreifen, zu ersehen. Hierbei wird bei Antrieb des einen oder beider Stiftkränze 33, 34 eine planetäre Bewegung der Halter 35 mit den Werkstücken 36 um die Zentralachse der Maschine erreicht.

[0017] In Figur 4 ist sodann die Regelung der Axialkraft F sche­matisch dargestellt. Hier sind die obere und untere Arbeits­scheibe 8 und 22 im Maschinenaufbau 1 und dem Maschinen­untergestell 19 mit zwischenliegenden Werkstücken 36 zu sehen, wobei im Untergestell 19 Kraftaufnehmer 30 und im Aufbau 1 die Hub- und Belastungseinrichtung 10 als Hydraulikzylinder dargestellt sind mit dem Signalwandler 37. Hierbei erzeugt eine hydraulische oder pneumatische Be­lastungseinheit 10 aufgrund des im Zylinder herrschenden Differenzdrucks Δ p_H eine axial wirkende Kraft. Diese als Istkraft wirkende Kraft F beaufschlagt die obere Arbeitsscheibe 8 derart, daß sich je nach Kontaktfläche zwischen den Wirkpartnern ein charakteristischer Ein­griffsdruck Pe ergibt. Die solcherart in das Lagersystem der unteren Arbeitsscheibe 22 eingeleitete Istkraft wird über bevorzugt äquidistant zur Achse der Arbeitscheiben im Untergestell 19 der Maschine angeordneten Druckkraftauf­nehmer 30 abgeleitet.

[0018] Im Zuge der Belastung der Druckkraftaufnehmer 30 wird ein summatorisches, zur Istkraft proportionales Spannungs­signal u_ist erzeugt welches mit einem der axialen Soll­kraft entsprechenden Spannungssignal u_soll verglichen wird. Das Differenzsignal Δ u ist die Regelabweichung. Sie verändert den Differenzdruck Δ p_H innerhalb des Druckzylinders - Belastungseinheit 10 - derart, daß der Eingriffsdruck Pe innerhalb eng vorgebener Grenzen konstant bleibt.

[0019] Die Anordnung der Druckkraftaufnehmer 30 im Untergestell 19 der Maschine hat gegenüber bekannten Lösungen den Vorteil, daß der durch die Wirkzone geleitete Kraftfluß unverfälscht erfaßt wird. Das Meßergebnis wird mithin durch Reibungsverluste und Stick-Slip-Effekte an den Lagerstellen der oberen Arbeischeibe bzw. innerhalb der Belastungseirnichtung nicht beeinträchtigt.

[0020] Die Figur 5 zeigt schließlich noch die Programmsteuerung für die Drehzahlverstellung der Antriebsmotoren M₈, M₂₂ und M₃₃ der oberen Arbeitsscheibe 8, der unteren Ar­beitsscheibe 22 und hier des inneren Stiftkranzes 33. Hierbei bedeutet:

a) die bedienergeführte Eingabe von Kenn­werten,

b) die Steuerung,

c) das Programm und

d) die Motorstellsignale für optimale Be­wegungsverhältnisse.

[0021] Die Variationsvielfalt der Drehzahlkombinationen ist ange­sichts der Möglichkeit zur stufenlosen und entkoppelten Drehzahlverstellung aller anzutreibenden Elemente theore­tisch unendlich groß. Entsprechend komplex gestalten sich die Bewegungsverhältnisse an der Maschine. Jede dieser Möglichkeiten geht mit einem Arbeitsergebnis spezifischer Güte einher. Eine zielgerichtete Optimie­rung der Bewegungsabläufe an der Maschine ist dem Operateur derzeit jedoch zumal dann nicht möglich, wenn er lediglich über ein geringes Erfahrungswis­sen verfügt.

[0022] Das Steuerungskonzept siehtdaher die bedienergeführ­te Eingabe empfohlener Kennwerte vor, welche mit Hilfe eines im Speicher der Steuerung abgelegten Pro­gramms ohne weiteren Bedienereingriff in Drehzahlstell­signale der Motoren M der beiden Arbeitsscheiben 8 und 22 sowie des inneren Stiftkranzes 33 umgewandelt wer­den. Die in Grenzen beliebige Wahl der Kennwerte er­laubt insbesondere die stufenlose Einstellung und Kombination der Drehzahlen in der Form, daß sich opti­male Bewegungsverhältnisse zwischen den Wirkpartnern beim Bearbeiten und Abrichten ergeben.

Ansprüche

1. Feinbearbeitungsmaschine zum Läppen, Feinschleifen oder Polieren mit zwei getrennt antreibbaren, ring­förmigen, vertikal-achsigen Arbeitsscheiben, wobei im Be­reich der unteren Scheibe ein antreibbarer, innerer sowie ein vorzugsweise stillstehender, äußerer Stiftkranz vorge­sehen sind, zwischen welchen Halter zur Werkstückbearbei­tung angeordnet sind, welche zu deren planetären Bewegung um die Scheibenachse in beide Stiftkränze mittels Zahnung eingreifen, vorzugsweise in Ausleger- oder Portalbauweise mit horizontal verfahrbarer oberer Arbeitsscheibe, wobei ein Regelkreis zur Beeinflussung der auf die obere Ar­beitsscheibe wirkenden Axialkraft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Axialkraft bei mittel- oder unmittelbarer Kon­taktierung mit der unteren Arbeitsscheibe über Kraftauf­nehmer am Untergestell der Maschine ableitbar ist und die obere, vorzugsweise pendelnd gelagerte Arbeitsscheibe pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagt wird.

2. Feinbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet,
daß die über Kraftaufnehmer am Maschinenuntergestell axial abgestützte Lagereinheit der unteren Arbeitsscheibe durch in einer zur Arbeitsebene parallelen Ebene angeordnete und zwischen dem Gestell und der Lagereinheit verspannte, vorzugsweise dünne Bänder gegen Verdrehen gesichert ist.

3. Feinbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet,
daß die obere pinolengeführte Arbeitsscheibe über eine mittels Führungsstangen drehgesicherte pneumatische oder hydraulische Hub- und Belastungseinrichtung höhenverstell­bar ist.

4. Feinbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet,
daß die Höhenlage der unteren Arbeitsscheibe über eine Pi­nolenverstellung oder über mehrere achsparallel und zu­einander synchronisierte Schraubengewindetriebe mit Quer­traverse veränderbar ist.

5. Feinbearbeitungsmaschine zum Läppen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet,
daß das Läppgemisch nach Zufuhr in einen oder mehrere Ringkanäle an der Rückseite der oberen Arbeitsscheibe über eine mit mehreren Abstreifern versehene Einrichtung, wel­che beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahlgrenze der oberen Arbeitsscheibe mittels eigenem Antrieb in eine zur Scheibendrehung gegensinnige Rotation versetzbar ist, in Bohrungen der Ringkanäle verteilt wird zur Weiterfüh­rung des Läppgemisches in die Wirkzone.

6. Feinbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehen­den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenlose Einstellung und wahlweise Kombination der Drehzahlen der beiden Arbeitsscheiben sowie des inne­ren und gegebenenfalls äußeren Stiftkranzes im Bereich der unteren Arbeitsscheibe und damit die planetäre Bewegung der Werkstückhalter zur Werkstückbearbeitung oder der Ab­richtringe programmgesteuert ist.

Zeichnung