Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen

Abstract

 Vorrichtung zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen (1) mit einem Abrichtwerkzeug (2) und in Flüssigkeit suspendiertem losem Schleifmittel (301) in einem Spalt (120) zwischen beiden, wobei das Abrichtwerkzeug (2) in einem Flächenbereich angenähert die negative Soll-Form des Schleifwerkzeugs (1) aufweist und das Abrichtwerkzeug (2) in diesem Flächenbereich gebundene Schneidkörner (201) trägt. Vorzugsweise rotiert das Schleifwerkzeug (1) auf der Arbeitsspindel. Auch das Abrichtwerkzeug (2) wird bewegt. Varianten für zylindrische, ballige und Topfschleifscheiben u.a.

Beschreibung

[0001] Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen mit einem Abrichtwerkzeug und in Flüssigkeit suspendiertem losem Schleifmittel in einem Spalt zwischen beiden sind Gegenstand der Patentanmeldung.

[0002] Aus der Patentschrift DD 244 518 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung für die Wiederherstellung von Anschrägungswinkel und Stirnbreite von Diamanttrennscheiben bekannt. Eine schleifmittelfreie Schleifform mit Kugelkalottengestalt bewirkt Linienkontakt entlang des ganzen Trennscheibenumfangs. Die Trennscheibe wird federnd und schwenkbar gehalten. Die Vorrichtung ist von der Schleifmaschine getrennt.

[0003] Die Laufgenauigkeit der rotierenden Schleifwerkzeuge ist für das Erzielen hoher Genauigkeit beim Präzisions- bzw. Ultrapräzisionsschleifen von entscheidender Bedeutung. Die Laufgenauigkeit der Schleifwerkzeuge wurde bisher dadurch versucht zu erreichen, daß die Schleifwerkzeuge durch eine Einzelkorn- oder Mehrkornabrichtvorrichtung geformt wurden. Da solche Abrichtvorrichtungen theoretisch nur im Punkt- oder Linienkontakt arbeiten, konzentriert sich die Schnittkraft beim Abrichten auf eine kleine Fläche, wo die Abrichtvorrichtung und das Schleifwerkzeug mit hohem Druck belastet werden. Infolge der kleinen Kontaktfläche können sich Abrichtvorrichtung und Schleifwerkzeug zudem nicht ausreichend gegeneinander abstützen. Deshalb ist der Abrichtprozeß sehr empfindlich gegen Prozeßstörungen, wie z.B. am Schleifwerkzeug vorhandene Schlagfehler, Schwingungen, Veränderungen der Schnittkraft etc. Dies führt in Folge zu sehr langwierigen Abrichtprozessen bzw. zu einer unerwünscht limitierten Endlaufgenauigkeit.

[0004] Aufgabe ist es, Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen anzugeben, die für Schleifwerkzeuge vielfältiger Formen bei verkürzten Bearbeitungszeiten wesentlich reduzierte Formfehler des Schleifwerkzeugs ergeben.

[0005] Die Lösung wird mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht, also wenn das Abrichtwerkzeug in einem Flächenbereich angenähert die negative Soll-Form des Schleifwerkzeugs aufweist und das Abrichtwerkzeug in diesem Flächenbereich gebundene Schneidkörner trägt. Mit dem ersten Merkmal werden die Probleme bei Linienberührung durch Erweiterung auf Flächenberührung - indirekt über das lose Schleifmittel -beseitigt. Überraschend ist der Befund, daß die Belegung des Abrichtwerkzeugs mit gebundenen Schleifkörnern, obwohl diese nicht in direkten Kontakt zum Schleifwerkzeug treten, Vorteile bei der Abtragsleistung, der Unterdrückung periodischer Restfehler und bei der Standzeit des Abrichtwerkzeugs bietet.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7. Daß gemäß Anspruch 3 das Schleifwerkzeug auf der Arbeitsspindel verbleiben kann, ist besonders vorteilhaft, da Justierfehler beim Einspannen auf der Arbeitsspindel ausgeschlossen werden und Rüstzeiten für das Spannen auf zwei Maschinen entfallen.

[0007] Verfahrenslösungen sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 10. Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abrichten von Diamantschleifscheiben für die duktile Bearbeitung optischer Gläser ist Gegenstand des Anspruchs 11.

[0008] Mit der Zeichnung wird die Erfindung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1

einen Schnitt durch die Wirkzone der Vorrichtung in prinzipieller unmaßstäblicher Darstellung,

Fig. 2a

eine Vorrichtung mit zylindrischem Schleifwerkzeug, axial gesehen,

Fig. 2b

die Vorrichtung von Fig. 2a in radialer Ansicht,

Fig. 3a

eine Vorrichtung mit Schleifwerkzeug in Form einer Kugelschicht, axial gesehen im Schnitt,

Fig. 3b

die Vorrichtung von Fig. 3a in radialem Schnitt,

Fig. 4a

eine Vorrichtung mit Topfschleifscheibe mit kreisringförmiger Schleiffläche, axial gesehen,

Fig. 4b

die Vorrichtung von Fig. 4a in radialem Schnitt.

[0009] Fig. 1 zeigt axial einen Ausschnitt eines als Schleifscheibe ausgebildeten Schleifwerkzeugs (1) mit gebundenem Schleifkorn (11) auf seinem Umfang. Um die Drehachse (12) wird das Schleifwerkzeug (1) zum Schleifen und Abrichten angetrieben.

[0010] Ein Abrichtwerkzeug (2) mit gebundenem Schleifkorn (201) an seiner Nutzfläche folgt mit einem Spalt (120) als Negativ der Soll-Form des Schleifwerkzeugs (1), und zwar auf einer radial und axial ausgedehnten Nutzfläche. Durch einen Antrieb (21) kann das Abrichtwerkzeug (2) senkrecht zur Schnittebene eine oszillierende Bewegung ausführen.

[0011] Aus einem Zufuhrrohr (3) wird loses Schleifmittel (301), in Flüssigkeit suspendiert, in den Spalt (120) zwischen Schleifwerkzeug (1) und Abrichtwerkzeug (2) eingebracht. Durch diese Kombination wird das rotierende Schleifwerkzeug (1) flächig durch das lose Schleifmittel (301) bearbeitet.

[0012] Die Schneidkräfte werden so gegenüber herkömmlichen Abrichtvorrichtungen durch die Verteilung auf eine Fläche reduziert und durch das lose Schleifmittel (301) stochastisch verteilt.

[0013] Systematisch über das Schleifwerkzeug (1) verteilte Fehler werden so wirksam verhindert. Die zusätzliche Bewegung des Abrichtwerkzeugs (2) bewirkt, daß sich eventuelle Oberflächenfehler des Abrichtwerkzeugs (2) nicht z.B. durch konstant abweichende Schneidkraft auf einer Umfangslinie auf das Schleifwerkzeug (1) übertragen, da sie ausgemittelt werden.

[0014] Die Beschichtung des Abrichtwerkzeugs (2) mit Schleifmittel (201) bewirkt zum einen eine Armierung gegen Verschleiß durch das lose Schleifmittel (301). Zum anderen wird das Verhalten des losen Schleifmittels (301) beim Durchlaufen des Spalts (120) positiv beeinflußt und so die Abtragswirkung und die Flächengüte gesteigert. Schneidkraft und Abtragswirkung der Vorrichtung lassen sich durch Wahl des losen Schleifmittels (301) ebenso wie der Beschichtung des Abrichtwerkzeugs (2) hinsichtlich Werkstoff, Körnung und Konzentration in der Suspension sowie durch die Höhe des Spalts (120) zwischen Schleifwerkzeug (1) und Abrichtwerkzeug (2) variieren und einstellen. Als loses und gebundenes Schleifmittel (11,201,301) ist jeweils Diamant geeignet, daneben aber auch jedes andere gebräuchliche Schleifmittel bzw. Läppmittel.

[0015] Die Dicke des Schleifmittels (201) auf dem Abrichtwerkzeug (2) ist beliebig, so daß auch normale massive Schleifscheiben aus Bindemittel und Schleifkorn geeignet sind.

[0016] Fig. 2a zeigt nochmals eine axiale Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zylindrischem Schleifwerkzeug (1), bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, versehen sind. Daneben zeigt Fig. 2b die gleiche Vorrichtung in radialer Ansicht. Die Schleifscheibe (1) sitzt auf einer Achse (12) mit einem Drehantrieb und wird beim Abrichten wie beim Schleifen gedreht. Eine Zustelleinrichtung (13) ist schematisch angedeutet, mit der die Lage der Achse (12) verstellt werden kann, um den Spalt (120) (Fig. 1) einzustellen und den Abtrag an der Schleiffläche (11) des Schleifwerkzeugs (1) durch den Abrichtprozeß auszugleichen.

[0017] Die axial oszillierende Bewegung des Abrichtwerkzeuges (2) wird beispielsweise wie dargestellt durch einen Kurbeltrieb (21) in Verbindung mit einer Längsführung (22) realisiert.

[0018] Fig. 3a und 3b zeigen eine Variante für ein Schleifwerkzeug (1) in Form einer Kugelschicht in achsialem (Fig. 3a) und radialem Schnitt (3b)). Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1, 2a, 2b versehen.

[0019] Bei dieser Variante wird erreicht, daß der Relativgeschwindigkeitsvektor beim Abrichtvorgang nicht kollinear ist mit jenem beim Schleifvorgang. Dadurch wird vermieden, daß Abrichtstrukturen auf der Werkzeugoberfläche entstehen, die sich später wieder auf das zu bearbeitende Werkstück abprägen können.

[0020] Das Abrichtwerkzeug (2') ist der Form der kugeligen Schleiffläche (11') angepaßt als Kugelkalotte ausgeführt. Statt des oszillierenden Antriebs (21) des Beispiels Fig. 2a, 2b ist hier ein Drehantrieb vorgesehen, der das Abrichtwerkzeug (2') um die Achse (23) dreht.

[0021] Wird beispielsweise eine Diamantschleifscheibe "Gresso D15A-C 100" der Firma Ernst Winter und Sohn in 2000 Norderstedt 1 mit 150mm Durchmesser und 3mm Breite abgerichtet mit einem Abrichtwerkzeug (2') von 30mm Durchmesser mit der Körnung 200mesh bei 200 Umdrehungen in der Minute mit einem Spalt (120) von weniger als 15µm Höhe und mit losem Diamant der Körnung 20µm, in Wasser suspendiert, dann wird nach normaler Abnutzung des Schleifwerkzeugs (1) innerhalb von 10 Minuten eine Rundlaufgenauigkeit der Schleifscheibe von ungefähr 0,2µm erreicht.

[0022] Diese Konstruktion ist auch für Schleifwerkzeuge (1') in Form einer außermittigen Kugelschicht geeignet, wobei dann die Achse (23) entsprechend seitlich zu versetzen ist.

[0023] Auch andere Formen des Schleifwerkzeuges (1,1') können, teils unter Verzicht auf die zusätzliche Bewegung des Abrichtwerkzeuges (2,2') mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach entsprechender Anpassung des Abrichtwerkzeuges (2,2') regeneriert werden. Beispiele sind Kegelstumpf, Doppelkegelstumpf, Torus und Tonnenkörper, Ellipsoid und Paraboloid.

[0024] Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Abrichten einer Topfschleifscheibe (1'') mit kreisringförmiger Schleiffläche (11'') und topfförmigem Träger ist in Fig. 4a und 4b dargestellt. Das Abrichtwerkzeug (2'') ist zylindrisch und liegt stirnseitig mit seiner Schleiffläche (201'') an der Schleiffläche (11'') der Topfschleifscheibe (1'') an. Durch ein Rohr (3) wird wie in den vorhergehenen Beispielen loses Schleifmittel (301) in den Spalt zwischen den Schleifflächen (11'') und (201'') gegeben. Die Topfschleifscheibe (1'') rotiert um die Achse (12), das Abrichtwerkzeug (2'') rotiert um die Achse (23), die Drehrichtung kann gegenläufig sein. Die Stellung der Achsen (12) und (23) zueinander kann nach Bedarf eingestellt werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen (1) mit einem Abrichtwerkzeug (2) und in Flüssigkeit suspendiertem losem Schleifmittel (301) in einem Spalt (120) zwischen beiden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) in einem Flächenbereich angenähert die negative Soll-Form des Schleifwerkzeugs (1) aufweist und das Abrichtwerkzeug (2) in diesem Flächenbereich gebundene Schneidkörner (201) trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) beim Regenerieren rotiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anbringung an einer Schleifmaschine, wobei das Schleifwerkzeug (1) beim Regenerieren auf der Arbeitsspindel verbleibt und die Vorrichtung Mittel aufweist zum Einbringen des Abrichtwerkzeugs (2) in die Position des Schleifguts, das sonst mit dem Schleifwerkzeug (1) bearbeitet werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) beim Regenerieren bewegt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 für zylindrische Schleifwerkzeuge (1) zum Abrichten der Mantelfläche (11), dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) eine Innenzylinderfläche und einen axial oszillierenden Antrieb (21) aufweist (Fig. 2a,b).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 für Schleifwerkzeuge in Form einer Kugelschicht (1'), dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2') eine Innen-Kugelkalotte und einen radial zum Schleifwerkzeug (1) rotierenden Drehantrieb aufweist (Fig. 3a,3b).

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (2) auf einer Verschiebe- oder Verschwenkeinrichtung an einer das Schleifwerkzeug (1) tragenden Schleifmaschine angebracht ist und anstelle eines zu schleifenden Werkstücks in Wirkstellung zum Schleifwerkzeug (1) verschiebbar oder verschwenkbar ist.

8. Verfahren zum Einstellen der Schnittkraft bei einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (120) zwischen Abrichtwerkzeug (2) und Schleifwerkzeug (1), die Korngröße und die Konzentration in der Suspension des losen Schleifmittels (301) eingestellt werden zur Variation der Schnittkraft.

9. Verfahren zum Regenerieren von rotierenden präzisen Schleifwerkzeugen (1) mit einem Abrichtwerkzeug (2) und in Flüssigkeit suspendiertem losen Schleifmittel (301), gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellbewegung beim Abrichten durch das Schleifwerkzeug (1) erfolgt.

11. Anwendung von Vorrichtung oder Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Abrichten von Diamantschleifscheiben für die duktile Bearbeitung optischer Gläser.

Zeichnung