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Schleif- und Poliervorrichtung, insbesondere
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für die Feinbearbeitung von Werkstücken aus hartem Material Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schleif- und Poliervorrichtung, insbesondere für die Feinbearbeitung
von Werkstücken aus hartem Material, wie z.B. Ziehwerkzeugen aus Hartmetall, mit
einem Ständer, einem im Ständer gelagerten Werkzeugträger, einer ebenfalls mit dem
Ständer verbundenen Antriebseinrichtung zur oszillierenden hochfrequenten Bewegung
des Werkzeugträgers und einer mit dem Ständer verbundenen Halteeinrichtung für das
Werkstück.
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Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken aus hartem Material wird von
der zu bearbeitenden Fläche nur noch relativ wenig Material abgetragen, wobei eine
Schleifpaste verwendet wird, die schleifendes Material, wie z.B. Diamantstaub, in
sehr feiner Körnung enthält. Die Feinbearbeitung hat den Zweck, eine glatte Oberfläche
herzustellen und das Werkstück auf das gewünschte Endmaß zu bringen. Die zu bearbeitende
Fläche
wurde vorher mit anderen Verfahren, z.B. durch Funkenerosion,
hergestellt. In diesem Fall wird oft die Elektrode auch zum Schleifen und Polieren
verwendet.
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Die Feinbearbeitung von Rotationsflächen, z.B. die Feinbearbeitung
der Bohrungen von Ziehmatrizen für die Herstellung runder Drähte, wurde schon bisher
maschinell durchgeführt.
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Die Bearbeitung von Werkstücken mit komplizierteren Formen jedoch
mußte bisher weitgehend von Hand durchgeführt werden.
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Hierbei wurden Handgeräte verwendet, die einem Werkzeug eine oszillierende
Bewegung geben, wobei das Werkzeug an die zu bearbeitenden Flächen herangeführt
wird. Diese Art der Bearbeitung setzt ein hohes Maß an Geschicklichkeit und Erfahrung
voraus. Die aufzuwendende Arbeitszeit ist beträchtlich.
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Für die Bearbeitung, insbesondere von Spritzgußformen und Druckgußformen
wurde bereits eine halbaaschinell arbeitende Vorrichtung der eingangs genannten
Art vorgeschlagen (DT-OS 2 320 349). Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das oszillierend
antreibbare Werkzeug an einem Stativ so gehalten, daß es in jede beliebige Lage
einstellbar ist. Das Werkstück wird auf einen beweglichen Tisch aufgesetzt und unter
gleichzeitiger AbstUtzung auf diesem Tisch an das Werkzeug herangeführt. Dadurch
wird zwar die Handarbeit erleichtert, jedoch nicht überflüssig. Bei der Bearbeitung
komplizierterer, nicht rotationssymmetrischer
Formen nämlich muß
das Werkstück von Hand geführt werden, wobei die zu bearbeitenden Flächen in geeigneter
Art und Weise an das ortsfest mittels des Statives gehaltene oszillierende Werkzeug
herangebracht werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß das oszillierende Werkzeug automatisch auch komplizierteren
Formen des Werkstückes folgen kann.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Werkzeugträger
quer zur Richtung seiner Oszillationsbewegung verschiebbar ist und daß zur Erzeugung
solcher Verschiebungen ein den Werkzeugträger umkreisendes, angetriebenes Verschiebeelement
vorgesehen ist, das eine elastische Kraft auf den Werkzeugträger ausübt.
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Das Verschiebeelement versucht im Verlaufe einer Umkreisung des Werkzeugträgers
diesen in allen Richtungen wegzudrücken.
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Die Abdrückbewegung endet naturgemäß, wenn das Werkzeug an den zu
bearbeitenden Flächen zur Anlage kommt. Dadurch werden nacheinander alle Flächen
der zu bearbeitenden Form mit dem Werkzeug in Berührung gebracht, z.B. mit den vier
Wänden einer Bohrung von rechteckigem Querschnitt. Praktische Erfahrungen mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung haben ergeben, daß sich die Arbeitszeit, die für ein
Werkstück aufzuwenden ist, sehr wesentlich verkürzen läßt. Die Bearbeitung
ist
nicht mehr so stark von der Geschicklichkeit eines Arbeiters abhängig, wie dies
bei einer reinen Handbearbeitung der Fall ist. Eine Person kann ohne weiteres mehrere
erfindungsgemäße Vorrichtungen bedienen. Die Vorrichtung eignet sich auch zur Bearbeitung
schwerer Werkstücke, da ja die Werkstücke in Ruhe bleiben bzw. allenfalls eine Hubbewegung
von sehr geringer Frequenz ausführen (Anspruch 7).
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Dadurch werden große Massenkräfte weitgehend vermieden.
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Das vergleichsweise leichte Werkzeug kann ohne Schwierigkeiten mit
hoher Oszillationsfrequenz bewegt werden.
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Vorteilhafterweise ist die Frequenz des Verschiebeelementes, d.h.
dessen Drehzahl, wesentlich niedriger als die oszillierende Bewegung des Werkzeuges
(Anspruch 2). Es soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß auch die Frequenz
des Verschiebeelementes groß ist, unter Umständen gleichgroß oder noch größer als
die Frequenz der oszillierenden Bewegung des Werkzeuges.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform für die Ausbildung des Verschiebeelementes
ist in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben.
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Die elastische Kraft könnte natürlich nicht nur durch eine Druckfeder,
sondern auch durch andere Mittel, so z.B. mittels eines Pneumatikzylinders,ausgeübt
werden. Die Größe der Kraft ließe sich dann leicht durch die Erhöhung bzw. Erniedrigung
des Luftdruckes im Zylinder einstellen.
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Von Vorteil ist die Anordnung eines Anschlages gemäß Anspruch 5. Dies
hat den Vorteil, daß das Werkzeug in einer richtigen Lage gehalten, d.h. nicht zu
weit seitlich weggedrückt wird und sich so leichter in das Werkstück einführen läßt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung (Anspruch 6) ist eine Schablone
vorgesehen. Wenn eine bestimmte Kontur hergestellt werden soll, findet zu Anfang
der Bearbeitung noch keine Berührung mit der Schablone statt. Wenn jedoch das gewünschte
Maß erreicht ist, verhindert die Schablone eine weitere Andrückung des Werkzeuges
an die zu bearbeitende Fläche und damit einen unerwünschten Abtrag von Material.
Wie schon erläutert, kann die Vorrichtung jedoch auch ohne Schablone betrieben werden.
Es ist dann von Zeit zu Zeit eine Beobachtung des Werkstückes erforderlich, um festzustellen,
ob das gewünschte Maß erreicht ist.
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Die Vorrichtung gestattet es auch, einzelne Flächen unabhängig von
den anderen Flächen zu bearbeiten. In diesem Fall wird das Verschiebeelement in
eine feste Lage gebracht, und zwar derart, daß die elastische Kraft das Werkzeug
an die separat zu bearbeitende Fläche andrückt.
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Die im Anspruch 7 angegebene Weiterbildung gestattet es, auch verhältnismäßig
lange Flächen gleichmäßig zu bearbeiten, z.B.
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lange Bohrungen. Zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Flächen
kann man auch in an sich bekannter Weise eine drehbare Vorrichtung zum Festhalten
des Werkstückes verwenden.
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Im Prinzip kann der Werkzeugträger in beliebigen Richtungen angeordnet
werden, vorzugsweise wird man jedoch gemäß Anspruch 8 den Werkzeugträger vertikal
anordnen und die Oszillationsbewegung in vertikaler Richtung verlaufen lassen.
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Die Ouerverschiebbarkeit des Werkzeugträgers kann in verschiedener
Art und Weise erfolgen. So kann man den Werkzeugträger gemäß Anspruch 9 parallel
zu sich selber verschieben, wobei man zur Führung z.B. ein Gelenkhebelsystem gemäß
Anspruch 10 anwenden kann, das eine allseitige Beweglichkeit des Werkzeugträgers
erlaubt. Man kann aber auch gemäß Anspruch 11 den Werkzeugträger an seinem vom Werkzeug
abgewendeten Ende, z.B. seinem oberen Ende, pendelnd aufhängen. Die geringen Schrägstellungen
sind unschädlich und manchmal sogar erwünscht, insbesondere auch bei der Bearbeitung
von Ziehwerkzeugen, bei denen ein etwas erweiterter Einlauf erzeugt werden soll.
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Die Oszillationsbewegung kann auf beliebige Art und Weise erzeugt
werden. Zweckmäßig ist ein Exzenterantrieb (Anspruch 12),
mit zwei
ineinandergreifenden und gegeneinander verdrehbaren Exzentern zur Einstellung verschiedener
Hübe, wie er für diesen Zweck an sich bekannt ist.
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Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang
mit der an sich bekannten Verwendung eines Werkzeuges, das etwa die Negativkontur
des Werkstückes aufweist, wie z.B. eines Funkenerosionswerkzeuges, auch für den
Schleif- und Poliervorgang. In diesem Fall nämlich sind nur verhältnismäßig kleine
seitliche Verschiebungen des Werkzeugträgers erforderlich, um das Werkzeug nacheinander
an alle zu polierenden Flächen anzulegen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargelegt.
Es zeigen: Fig. 1 teils in Ansicht, teils im vertikalen Schnitt, eine Schleif- und
Poliervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine
Draufsicht entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1, wobei jedoch der Antriebsmotor für
die Erzeugung der oszillierenden Bewegung des Werkzeugträgers weggelassen ist, Fig.
3 eine Draufsicht auf das Werkstück und einen Schnitt durch das Werkzeug gemäß der
Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5 eine Draufsicht gemäß dem
Pfeil V in Fig. 4, wobei ebenfalls ein Antriebsmotor weggelassen ist.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 hat einen Ständer 1, einen Werkzeugträger
2, ein Verschiebeelement 3 und eine Halteeinrichtung 4 für Werkstücke.
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Der Ständer 1 besteht aus einer Grundplatte 1a und einer senkrechten
Wand Ib.. An der senkrechten Wand 1b ist eine insgesamt mit 5 bezeichnete Trageinrichtung
für den Werkzeugträger 2 befestigt. Diese Trageinrichtung besteht aus einem Kniehebelsystem.
Ein Hebelpaar 6a/6b ist mittels eines Bolzens 7 gelenkig an der Wand 1b gelagert.
Mittels eines weiteren Bolzens 8 ist ein weiteres Hebelpaar 9a, 9b an die Enden
der Hebel 6a, 6b angelenkt. An den Enden der Hebel 9a, 9b befinden sich Lagerbuchsen
10 und 11, in denen der stangenartig ausgebildete Werkzeugträger 2 gleitend gelagert
ist. Die Hebel 6a/6b und 9a/9b bilden einen Winkel von etwa 900 miteinander, wie
man aus Fig. 2 ersehen kann.
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Auf dem Hebel 9a ist ein Elektromotor 12 gelagert, auf dessen Welle
12a ein Doppelexzenter befestigt ist, der in eine Buchse 13 eingreift, die fest
mit dem Werkzeugträger 2 verbunden ist. Bei einer Drehung der Motorwelle 12a bewegt
sich der Werkzeugträger 2 mit einer Frequenz auf und ab, die gleich der Drehzahl
des Motors 12 ist.
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An der senkrechten Wand 1b ist eine weitere Tragvorrichtung 14 befestigt,
die aus einer Konsole besteht, welche einen oberen Arm 14a und einen unteren Arm
14b aufweist. Im oberen Arm 14a ist eine Buchse 15 gelagert, die den Werkzeugträger
2 umgibt. Der obere Bereich der Buchse 15 ist als Riemenscheibe 15a ausgebildet,
über die ein Antriebsriemen 16 gelegt ist, der auch eine Riemenscheibe 17 umfaßt,
die sich an einem Elektromotor 18 befindet, der am Arm 14a befestigt ist.
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Dank der verschiedenen Größen der Riemenscheiben 17 und 15a läuft
die Buchse 15 langsamer als der Motor 18. Der Motor 18 kann außerdem als Getriebemotor
ausgebildet sein, bei dem die Abtriebswelle langsamer läuft als die eigentliche
Motorwelle.
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An der Buchse 15 befindet sich ein seitlicher Ansatz 19, der einen
Stift 20 aufnimmt. Der Stift 20 drückt mit seinem in Fig. 1 links befindlichen Ende
auf den Werkzeugträger 2. Der Andruck wird durch eine Schraubendruckfeder 21 erzeugt,
die sich mit einem Ende auf einem Bund 20a des Stiftes 20 und mit ihrem anderen
Ende in dem kleinen Gehäuse 19 abstützt.
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Fluchtend mit dem Stift 21 ist in der Buchse 15 eine Anschlagschraube
22 verschraubbar, die die seitliche Auslenkung des Werkzeugträgers 2 begrenzt. Der
Werkzeugträger kann dank
seiner Lagerung in dem Gelenkhebelsystem
nach allen Richtungen hin seitlich bewegt werden, wobei die Hebelpaare 6a/6b und
9a/9b kleine Schwenkbewegungen ausführen.
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An der Unterseite des Konsolenarmes 14b ist eine Schablone 23 angeschraubt.
Diese Schablone enthält einen Durchbruch, an dessen Berandung der Werkzeugträger
2 anstreifen kann.
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Auf der Grundplatte 1a des Ständers 1 ist ein Zylinderblock 24 befestigt.
Im Zylinderblock 24 befindet sich eine Zylinderbüchse 25, in der ein Kolben 26 hin-
und herbewegbar ist.
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Dem unteren Ende der Zylinderbüchse 25 kann über einen Anschlußstutzen
27 und dem oberen Ende des Zylinderraumes 28 über einen Anschluß 29 Druckmittel
zugeführt werden.
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Der Zylinderblock 24 enthielt zwei Führungsbohrungen 30a und 30b,
in die Führungsstangen 31a und 31b eingreifen.
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Diese Führungsstangen sind an einem Tisch 32 starr befestigt.
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An dem Tisch 32 ist auch eine mit dem Kolben 26 verbundene Kolbenstange
33 befestigt. Aus der Zeichnung ist leicht zu erkennen, daß bei einer Auf- und Abwärtsbewegung
des Kolbens 26 der Tisch 32 gehoben und gesenkt wird. Seine ortsfeste Lage ist durch
den Eingriff der Führungsstangen 31a, 31b in die Führungsbohrungen 30a, 30b gesichert.
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Auf dem Tisch 32 befindet sich ein zu bearbeitendes Werkstück W, das
mittels Spannpratzen 34a, 34b gegen die Oberseite
des Tisches 32
gepreßt wird. Das Werkstück W hat einen Durchbruch 35 von rechteckigem Querschnitt
(siehe Fig. 3).
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Am unteren Ende des Werkzeugträgers 2 ist ein Werkzeug Z befestigt.
Dieses Werkzeug Z hat ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt, der nur wenig kleiner
ist als der Querschnitt des Durchbruches 35. Es kann sich beispielsweise um ein
Funkenerosionswerkzeug handeln, mit dem der Durchbruch 35 in das aus Hartmetall
bestehende Werkstück eingebrannt wurde.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
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Von den vier Wänden des Durchbruches 35 im Werkstück W ist nur noch
verhältnismäßig wenig Material abzutragen, vorzugsweise nur gerade so viel, daß
bei Erreichen des gewünschten endgültigen Maßes eine glatte Oberfläche erreicht
wird. Das Werkzeug Z wird an die vier Flächen 35a bis 35d nacheinander angepreßt,
wobei sich diese Folge laufend wiederholt. Dies wird dadurch erreicht, daß sich
die Buchse 15 dreht. Hierbei drückt, wie man aus der Zeichnung leicht ersehen kann,
der Stift 20 mit wechselnden Richtungen auf den Werkzeugträger 2. Bei der in Fig.
1 gezeigten Situation bewirkt die Feder 21 den Andruck des Werkzeuges Z an die Fläche
35b.
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Wenn der Werkzeugträger in Richtung des Pfeiles 36 rotiert, gelangt
der Stift 20 bei der weiteren Umkreisung des Werkzeughalters vor die Zeichenebene
und drückt dabei das Werkzeug Z gegen die Fläche 35a. Wenn der Stift 20 eine Stellung
diametral zu der
gezeichneten erreicht hat, wird das Werkzeug mit
maximalem Druck an die Fläche 35d angedrückt. Nach einer weiteren Drehung um 900
wird die Fläche 35c mit maximalem Werkzeugdruck belastet.
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Gleichzeitig kann auch der Tisch 32 gehoben und gesenkt werden, so
daß das Werkzeug Z nicht nur seine verhältnismäßig kurzhubige schnelle Oszillationsbewegung
relativ zu den zu bearbeitenden Flächen ausführt, sondern daß dieser Bewegung noch
eine langsamere Bewegung mit großer Amplitude überlagert ist. Diese weitere Bewegung
ist vor allem dann zweckmäßig, wenn die zu bearbeitende Fläche in senkrechter Richtung
große Abmessungen hat.
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Wenn eine Kontrolle des Werkstückes ergibt, daß es angebracht ist,
nur noch z.B. eine Fläche des Durchbruches 35 zu bearbeiten, wird wie folgt vorgegangen.
Es sei angenommen, daß die Fläche 35b noch separat nachgearbeitet werden soll. Es
wird dann der Motor 18 stillgesetzt, und zwar bei einer Stellung der Buchse 15,
wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Das Werkzeug wird nun von dem Stift 20
dauernd an die Fläche 35b angedrückt. Entsprechend könnten auch die anderen Flächen
separat bearbeitet werden, wobei die Buchse 15 in den geeigneten Stellungen stillgesetzt
werden müßte.
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Schleifpaste kann dem Werkzeug z.B. mit einem Pinsel von Zeit zu
Zeit zugeführt werden.
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Wie schon eingangs erwähnt, kann man mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ohne Schablone arbeiten. Man kann aber, was insbesondere bei besonders komplizierten
Formen zweckmäßig ist, auch eine Schablone 23 verwenden, deren Kontur der zu bearbeitenden
Kontur gleich ist. Die Bearbeitung ist dann beendet, wenn die Schablone einen weiteren
Materialabtrag dadurch verhindert, daß der Werkzeugträger an der Schablone abgestützt
wird, so daß das Werkzeug nicht mehr an die vorher bearbeiteten Flächen angedrückt
werden kann.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 gleicht weitgehend derjenigen
nach den Fig. 1 bis 3. Sie unterscheidet sich lediglich in der Aufhängung des hier
mit 2' bezeichneten Werkzeugträgers. Dieser ist nicht in einem Gelenkhebelsystem
gelagert, sondern an einem festen Punkt des Ständers, der eine obere Konsole 37
aufweist, die den Oszilliermotor 12 trägt. An dieser Konsole 37 ist der Werkzeugträger
2' in einem Kugelgelenk 38 pendelnd aufgehängt. Der Werkzeugträger kann um den Punkt
39 nach allen Richtungen ausschwenken, wobei allerdings geringe Schrägstellungen
des Werkzeugträgers 2' auftreten.
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Bei den hier vorkommenden, nur geringen Auslenkungen des Werkzeugträgers
2' ist jedoch die Schrägstellung im allgemeinen nicht schädlich. Insbesondere bei
der Bearbeitung von Ziehwerkzeugen W kann die Schrägstellung auch einen gewissen
Vorteil mit sich bringen, da die Bearbeitung konisch zulaufender Schrägen begünstigt
wird.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist besonders einfach, da ein umfangreiches
Hebelgestänge, wie es bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 vorhanden ist,
vermieden wird.
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In Fig. 4 ist auch noch eine Möglichkeit für die Einstellung des Druckes
der Feder 21 gezeigt. Die Feder 21 stützt sich mit ihrem äußeren Ende an einer Schraube
40 ab, die in einem Gewinde 41 des Gehäuses 19 verschraubbar ist. Bei tieferem Einschrauben
der Schraube 40 wird die Feder 21 zusammengedrückt. Hierdurch läßt sich der Andruck
des Werkzeuges an die zu bearbeitenden Flächen bequem einstellen.
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