[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.
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.