DE10041925A1 - Grinding process involves bringing workpiece and grinding agent into engagement with feed movement as well as vibrating movement which differs from feed direction - Google Patents
Grinding process involves bringing workpiece and grinding agent into engagement with feed movement as well as vibrating movement which differs from feed directionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen, bei dem ein umlaufendes Schleifmittel auf Unterlage und ein auf einem Werkstückträger fixiertes Werkstück durch eine Vorschubbewegung miteinander in Eingriff gebracht werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for grinding, in which a rotating Abrasive on a pad and one fixed on a workpiece carrier Workpiece brought into engagement with one another by a feed movement become. Furthermore, the invention relates to a device for performing of the procedure.
Ein Verfahren der genannten Art ist im industriellen Bereich weit verbreitet und ist auch Gegenstand umfangreicher Forschungstätigkeit. Zum Schleifen großer ebener Flächen - wie z. B. Bleche, Platten aus Holz bzw. Holzwerkstoffen und dergleichen - werden als Werkzeuge überwiegend auf einer Unterlage aufliegende insbesondere umlaufende Schleifmittel wie beispielsweise Schleifbänder eingesetzt. Wird dabei höchste Formtoleranz angestrebt, so wird meist am Umfang mit Kontaktwalze und konstanter Zustellung gearbeitet. Soll hingegen vornehmlich die Oberflächengüte verbessert werden, so wird das Längs- aber auch das Quer- Seitenbandschleifverfahren eingesetzt. Idealer Weise wird dann der Prozeß nach dem Leitbild des konstanten Druckes geführt. Die Kontaktelemente sind in der Lage, Formtoleranzen auszugleichen. Mit Schleifmittel verschiedener Körnung läßt sich dabei ein sehr weiter Bereich an Oberflächengüten abdecken. Werden geringste Rauheiten (bis zum Beispiel Spiegelglanz) gefordert, liefert das Bandschleifen mit Schleifmittel auf Unterlage häufig unzureichenden Ergebnisse. A method of the type mentioned is widely used in the industrial field and is also the subject of extensive research. For grinding large flat surfaces - such as B. sheets, plates of wood or Wood materials and the like - are mainly used as tools a surrounding abrasive in particular, such as For example, sanding belts are used. This is the highest form tolerance the aim is usually on the circumference with a contact roller and constant Delivery worked. On the other hand, it should primarily be the surface quality be improved, the longitudinal but also the transverse Sideband grinding process used. The process then ideally guided by the principle of constant pressure. The contact elements are able to compensate for shape tolerances. With abrasive a very wide range can be used with different grain sizes Cover surface qualities. The slightest roughness (for example Mirror gloss), belt grinding with abrasives is available Document often inadequate results.
Zur Verbesserung der Arbeitsergebnisse ist es insbesondere bei metallischen Dichtflächen zweckmäßig, wenn sich die Schleifriefen kreuzen. Hierzu werden Bandschleifmaschinen eingesetzt, die mit einer Drehachse in Arbeitsebene ausgestattet sind. Das Werkstück kann daher normal zur zu schleifenden Fläche während der Vorschubbewegung verschwenkt oder vollständig gedreht werden.It is particularly important to improve the results of work metallic sealing surfaces are useful if the grinding marks intersect. For this purpose, belt grinders are used, which have an axis of rotation in Working level. The workpiece can therefore be closed normally grinding surface swiveled during the feed movement or be rotated completely.
Weiterhin werden Werkstückmaterialien, die adhäsive Verschleißmechanismen fördern, mit Schleifmitteln auf Unterlage bearbeitet. Vor allem anisotrope Werkstoffe wie Holz bzw. Holzwerkstoffe oder Lackschichten über derartigen Stoffen, zeigen faserige Oberflächentexturen. Die Fasern stehen dabei nach der Bearbeitung in einer Vorzugsrichtung hoch und sind je nach Grundstoff bzw. ausgehärtetem Beschichtungsstoff mehr oder weniger flexibel. Gleichzeitig wird vor allem bei Holz die Abtragsrate durch unterschiedliche Spanungsmechanismen erheblich vom Winkel zwischen der Faserrichtung und der Schnittrichtung bestimmt. Wegen des Schliffbildes sollte daher der letzte Schnitt in Faserrichtung liegen. Bei hohen geforderten Abtragsraten führt dies zu Transferschleifstraßen mit nacheinander abgestuften Schnittaufteilungen mit feiner werdender Schleifmittelkörnung und ggf. auch unterschiedlichen Kinematiken.Furthermore, workpiece materials that are adhesive Promote wear mechanisms, processed with abrasives on a pad. Above all anisotropic materials such as wood or wood materials or Layers of varnish over such fabrics show fibrous surface textures. After processing, the fibers stand in a preferred direction high and depending on the base material or the hardened coating material more or less flexible. At the same time, especially with wood Removal rate significantly different from different cutting mechanisms Determines the angle between the grain and the cutting direction. Because of the micrograph, the last cut should be in the direction of the grain lie. This leads to high removal rates Transfer grinding lines with successively graded cuts finer abrasive grain size and possibly also different Kinematics.
In der Veröffentlichung der Fachzeitschrift ZWF, Jahrg. 1999, Seite 91 ff., ist auch bereits ein Verfahren zur Keramikbearbeitung beschrieben, bei dem durch eine ultraschallgestützte Schwingbewegung die gewöhnliche Kinematik des konventionellen Schleifprozesses mit gebundenem Korn überlagert wird. Dabei soll insbesondere die Amplitude der Schwingung senkrecht zur Arbeitsebene erfolgen, um so einen ständigen Richtungswechsel der Wirkgeschwindigkeit herbeizuführen und so die Oberflächengüte zu verbessern. Als nachteilig dabei erweist sich die damit einhergehende Verschlechterung der Formtoleranz. In the publication of the specialist journal ZWF, year 1999, page 91 ff also described a method for ceramic processing in which the usual by an ultrasound-assisted swinging movement Kinematics of the conventional grinding process with bound grain is superimposed. In particular, the amplitude of the vibration perpendicular to the working plane, so as to be permanent To bring about a change in direction of the effective speed and thus the Improve surface quality. This proves to be disadvantageous accompanying deterioration in shape tolerance.
Es ist ferner aus der Praxis auch bekannt, zur Stabilisierung der Schleifbänder diese insbesondere durch schwenkbare Umlenk- bzw. Antriebsrollen in eine niederfrequente Oszillation (im Bereich von 1. . .2 Hz) quer zur Schnittrichtung zu versetzen. Ein solches Vorgehen ist erforderlich, da Schleifbänder auf umlaufenden Rollen nur bei großen Längen zu Breitenverhältnissen oder entsprechenden Rollenbombierungen keine Tendenz zum seitlichen Ablaufen von der Rolle zeigen, was auch bei Transmissionsriemen seit langem bekannt ist. Schmalbänder werden vornehmlich dann verwendet, wenn kleine Kontaktflächen für das Prozeßergebnis ausreichen. Einsatzgebiete sind z. B. das Gußputzen, Planparallelschleifen von kleineren meist metallischen Werkstücken (Automotive Parts) und der Kantenschliff bei Holz- und Holzwerkstoffen. Beim Querseitenbandschleifen wirkt die Vorschubkraft und damit auch die Aktivkraft mit einer Komponente in axialer Richtung der Umlenkrollen. Hier werden zur Bandstabilisierung umlaufende Stützbänder oder Rollendruckbalken eingesetzt. Das Querbandschleifen wird vor allem bei Holz zur Erhöhung der Abtragsrate und zur Verbesserung des Faserabrisses in den ersten Schnittaufteilungen einer Schleifstraße bevorzugt. Der letzte Schnitt wird wegen des Schliffbildes in Vorschubrichtung und damit auch meist in Faserrichtung geführt.It is also known from practice to stabilize the Abrasive belts in particular through swiveling deflection or Drive rollers in a low-frequency oscillation (in the range of 1 ... 2 Hz) to be moved transversely to the cutting direction. Such an approach is necessary because sanding belts on revolving rolls are only too long Width ratios or corresponding roller crowning none Tendency to roll away from the side show what also Transmission belt has been known for a long time. Narrow bands will be mainly used when small contact areas for the Process result is sufficient. Areas of application are e.g. B. cleaning the castings, Plane parallel grinding of smaller, mostly metallic workpieces (Automotive Parts) and the edge grinding of wood and wood materials. When transverse sideband grinding occurs, the feed force acts and with it the Active force with one component in the axial direction of the pulleys. Here are rotating support belts or Roll pressure bar used. Cross belt grinding is mainly used for Wood to increase the removal rate and improve fiber breakdown preferred in the first cuts of a grinding line. The last Cut is due to the grinding pattern in the feed direction and therefore also mostly guided in the grain.
Es werden auch gesonderte Steuerrollen an den seitlichen Rändern der Bänder eingesetzt, die den gleichen Effekt bewirken. Die Oszillationsbewegung ist entsprechend dem Fluchtungsfehler beim Zusammenkleben der Schleifmittel zum Schleifband mehr oder weniger harmonisch oder unregelmäßig und erfolgt mit einer angestrebten niedrigen Frequenzen unter 2 Hz.There are also separate steering rollers on the side edges of the Tapes are used that have the same effect. The Oscillation movement is in accordance with the misalignment More or less stick the abrasives together to form the sanding belt harmonious or irregular and takes place at a desired low Frequencies below 2 Hz.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß dadurch die Oberflächenbeschaffenheit des durch das Schleifverfahren hergestellten Werkstückes wesentlich verbessert wird, ohne daß hierbei Einschränkungen hinsichtlich der Maßhaltigkeit auftreten. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.Against this background, the invention is based on the object To improve the method of the type mentioned in such a way that the surface quality of the manufactured by the grinding process Workpiece is significantly improved without any restrictions occur with regard to dimensional accuracy. Furthermore, a device for Implementation of the procedure to be created.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first-mentioned task is solved with a method according to the Features of claim 1. The sub-claims relate in particular expedient developments of the invention.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem das Werkstück und das Schleifmittel während des Eingriffs relativ zueinander in eine von der Vorschubrichtung abweichende Schwingbewegung versetzt werden. Durch die Überlagerung der Vorschubbewegung mit der Schwingbewegung wird eine wechselnde Schnittrichtung des Schleifmittels auf der Oberfläche des Werkstückes erreicht, wodurch wesentlich höhere Qualitätsanforderungen an die Beschaffenheit der Oberfläche erfüllt werden können, ohne daß hiermit eine Beeinträchtigung der Maßhaltigkeit bzw. der Formtoleranz verbunden sind. Zugleich führen die bezüglich eines Oberflächenpunktes aus verschiedenen, durch die Komponenten der überlagerten Vorschub- und Schwingbewegung bestimmten Richtungen angreifenden Schnittkräfte, insbesondere bei Holz und Holzwerkstoffen, zu einer erhöhten Abtragsrate. Im Vergleich zu konventionellen Bearbeitungen kann somit die Schnittgeschwindigkeit zur Erzielung des gleichen Abtrages gesenkt werden. Das erniedrigt die Zerspanungstemperatur und verringert somit auch die nachteiligen Einflüsse der adhäsiven Verschleißmechanismen. Bei faserigen vorspaltenden oder dehnungsentfestigenden Stoffen wird auch die Spanlänge reduziert. Verschleißformen, bei denen Fasern Körner umwunden werden, treten in geringerem Ausmaße in Erscheinung.According to the invention, a method is thus provided in which the workpiece and the abrasive relative to each other in one of the during engagement Deviating swinging movement can be offset. By the superimposition of the feed movement with the oscillating movement a changing cutting direction of the abrasive on the surface of the Workpiece reached, which means much higher quality requirements to the nature of the surface can be met without hereby an impairment of the dimensional accuracy or the shape tolerance are connected. At the same time they lead to a surface point from different, through the components of the superimposed feed and Cutting forces attacking certain directions, especially with wood and wood-based materials, to an increased removal rate. Compared to conventional machining, the Cutting speed can be reduced to achieve the same removal. This lowers the machining temperature and thus also reduces the adverse influences of the adhesive wear mechanisms. With fibrous pre-splitting or strain-relieving substances Chip length reduced. Wear forms in which fibers are grains are wound to a lesser extent.
Eine besonders wirkungsvolle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, daß die Schwingbewegung im wesentlichen quer zur Vorschubbewegung erfolgt. Hierdurch wird eine erheblich gesteigerte Abtragsrate erreicht, bei der die Schnittbewegung durch eine Abstimmung der zueinander senkrecht ausgerichteten Vorschubbewegung einerseits und der Schwingbewegung andererseits eine Anpassung an die gewünschte Schnittkinematik in einfacher Weise erlaubt. Gleichzeitig ist bei Abstimmung von Schnitt-, Zustellgeschwindigkeit, Schwingungsfrequenz und Schwingungshub ein ausgeprägtes Schliffbild in einer Vorzugsrichtung einstellbar. Die Komplexität des Einstellvorganges ist dabei durch Prozeßmodelle und Simulationen reduzierbar. Vor allem beim Schleifen anisotroper Werkstoffe werden durch die erfindungsgemäße Kinematik, bei der dem Vorschub eine Queroszillation überlagert ist, gegenüber konventionellen, durch annähernde Richtungsübereinstimmung von Vorschub- und Schnittbewegung bestimmte Verfahren, eine Vielzahl technologischer Vorteile erreicht.A particularly effective embodiment of the invention The method is achieved in that the oscillating movement in essentially transversely to the feed movement. This will create a achieved significantly increased removal rate at which the cutting movement by coordinating the mutually perpendicular Feed movement on the one hand and the oscillating movement on the other hand Adaptation to the desired cutting kinematics allowed in a simple manner. At the same time, if the cutting speed, feed speed, Vibration frequency and vibration stroke a distinctive micrograph in a preferred direction adjustable. The complexity of the setting process is reducible through process models and simulations. Especially with Anisotropic materials are ground by the inventive Kinematics with a transverse oscillation superimposed on the feed, compared to conventional, by approximate directional agreement processes determined by feed and cutting movement, a variety technological advantages achieved.
Besonders zweckmäßig ist auch eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem die Schwingbewegung relativ zu der Geschwindigkeit der Vorschubbewegung derart bestimmt wird, daß die überlagerte Bewegung mit der Richtung der Vorschubbewegung einen Winkel von zumindest 15° einschließt. Dies führt in der Anwendung des Verfahrens zu gleichermaßen wirtschaftlichen als auch zu den hohen Qualitätsanforderungen entsprechenden Ergebnissen. Die Schnittbewegung läßt sich dabei gezielt auf die unterschiedlichen Werkstoffe abstimmen und ermöglicht darüber hinaus auch eine Anpassung an verschiedene Oberflächenpunkte des Werkstückes.An embodiment of the method is also particularly expedient which the swinging motion relative to the speed of the Feed movement is determined such that the superimposed movement with the direction of the feed movement an angle of at least 15 ° includes. This leads to the same in the application of the method economic as well as the high quality requirements corresponding results. The cutting movement can be targeted to match the different materials and enables them also an adaptation to different surface points of the Workpiece.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Vorschubbewegung und die Schwingbewegung derart auf das Schleifmittel und das Werkstück abgestimmt werden, daß ein Oberflächenpunkt des Werkstückes mehrere Eingriffe des Schleifmittels aus unterschiedlichen Richtungen in der Schleifebenen erfährt. Durch die verschiedenen Wirkrichtungen des Schleifmittels wird eine unerwünschte Ausbildung von Texturierungen vermieden. Dies führt zugleich zu einer weiteren Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit. It is also advantageous if the feed movement and the Swinging movement on the abrasive and the workpiece be coordinated that one surface point of the workpiece several Interventions of the abrasive from different directions in the Experiences grinding levels. Due to the different directions of action of Abrasives will undesirably form textures avoided. This also leads to a further improvement in Surface finish.
Dabei ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch besonders wirkungsvoll, daß die Schwingbewegung auf wenige Millimeter begrenzt ist. Hierdurch wird eine häufige Umkehrung der Schwingungsrichtung sichergestellt, die somit auch bei vergleichsweise kleinen Werkstücken oder hohen Vorschubgeschwindigkeiten einen zuverlässigen Eingriff der Schnittkräfte aus unterschiedlichen Richtungen sicherstellt.This is a further development of the method according to the invention particularly effective that the swinging movement to a few millimeters is limited. This will cause a frequent reversal of the Vibration direction ensured, which is therefore also comparatively small workpieces or high feed speeds reliable intervention of the cutting forces from different directions ensures.
Die Schwingbewegung kann durch eine Bewegung des Schleifmittels erreicht werden. Besonders einfach ist hingegen eine Abwandlung des Verfahrens, bei dem die Schwingbewegung durch eine Bewegung des Werkstückträgers erreicht wird. Die Schleifvorrichtung ist hierbei insbesondere von der aufgeprägten Schwingbewegung entkoppelt, so daß eine einfache Steuerung und eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens sichergestellt werden können.The oscillating movement can be caused by a movement of the abrasive can be achieved. A modification of the Method in which the oscillating movement by a movement of the Workpiece carrier is reached. The grinder is here decoupled in particular from the imprinted swinging movement, so that simple control and economical implementation of the Procedure can be ensured.
Besonders einfach ist es auch, wenn die Schwingbewegung durch Anregung des Werkstückträgers zu einer Eigenschwingung erreicht wird. Hierdurch wird sowohl die erforderliche Steuerung als auch die Antriebsleistung zur Erreichung der gewünschten Schwingbewegung verringert.It is also particularly simple if the oscillating movement is triggered by excitation the workpiece carrier to achieve a natural vibration. hereby becomes both the required control and the drive power Achievement of the desired swing movement is reduced.
Das zweitgenannte Problem, die Schaffung einer Schleifvorrichtung mit einem umlaufenden Schleifmittel, insbesondere Schleifband, und einem zur Fixierung des Werkstücks vorgesehenen Werkstückträger zur Durchführung des Verfahrens, bei der das Schleifmittel und das Werkstück durch eine Vorschubbewegung miteinander in Eingriff gebracht werden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück und das Schleifmittel relativ zueinander in einer von der Vorschubbewegung abweichenden Richtung beweglich angeordnet sind. Hierdurch wird eine Überlagerung von Vorschubbewegung und Schwingbewegung mit einer wechselnden Schnittrichtung des Schleifmittels auf der Oberfläche des Werkstückes erreicht, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit wesentlich verbessert werden kann. Maschinentechnisch ergeben sich durch die Anordnung der Oszillation mit Frequenzen über einem Hertz im Vorschub vor allem beim Bandschleifen günstige Konstruktionen. Die vor allem beim Breitbandschleifen komplexen Antriebe und Regelungen bleiben ortsfest und sind kaum Beschleunigungen ausgesetzt. Bewegt wird bei Fließfertigung der Maschinentisch mit vorzugsweisem Bandvorschub mit Unterdruckspannung und das aufliegende Werkstück mit meist geringer Masse. Das Auflegen der Werkstücke wird durch die Schwingbewegung des Tisches mit wenigen Millimetern nicht beeinträchtigt. Das bei üblichen Arbeitshöhen unter dem Maschinentisch angeordnete Bett kann mit hoher Masse und steif ausgeführt werden, so daß die Anregung darüberliegender Maschinenkomponenten gedämpft werden kann. Die im Maschinentisch liegenden Komponenten sind einfach auf die Schwingbeanspruchung auslegbar, Energieeinleitungen sind entkoppelbar. Die Oszillationsbewegung kann erzwungen oder eine gedämpfte Anregung einer Eigenfrequenz sein. Als Anregung können verschiedene physikalische Wirkprinzipien eingesetzt werden.The second problem, creating a grinder with a revolving abrasive, especially abrasive belt, and one for Fixation of the workpiece provided workpiece carrier for implementation of the method in which the abrasive and the workpiece by a Feed movement are brought into engagement with one another solved according to the invention in that the workpiece and the abrasive relative to each other in a deviating from the feed movement Direction are arranged movable. This creates an overlay of Feed motion and swing motion with an alternating Cutting direction of the abrasive on the surface of the workpiece achieved, which significantly improves the surface quality can be. In terms of machine technology, the arrangement of the Oscillation with frequencies above one Hertz in the feed, especially when Belt grinding cheap constructions. The especially with Broadband loops complex drives and controls remain stationary and are hardly exposed to accelerations. Is moved during flow production Machine table with preferential belt feed with vacuum tension and the overlying workpiece with mostly low mass. The hanging up of the Workpieces are made by the swinging movement of the table with just a few Millimeters not affected. That at usual working heights below the Machine table arranged bed can be made with high mass and stiff be so that the excitation of overlying machine components can be dampened. The components lying in the machine table are can easily be designed for the vibration load, energy inputs are decoupled. The oscillatory movement can be forced or one damped excitation of a natural frequency. As a suggestion you can different physical principles of action are used.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer perspektivischen Prinzipskizze eine Schleifvorrichtung 1 mit einem umlaufenden Schleifmittel 2, welches sich mit einem nicht dargestellten, auf einem Werkstückträger 3 fixierten Werkstück im Eingriff befindet. Hierzu wird das als Schleifband ausgeführte Schleifmittel 2 mittels eines Andruckelementes 4 gegen das Werkstück gepreßt. Das Schleifmittel 2 ist an mehreren Umlenkrollen 5, 6 geführt, wobei ein seitliches Abgleiten des Schleifmittels 2 von den Unlenkrollen 5, 6 ausgeschlossen ist. Der Werkstückträger 3 ist seinerseits mittels eines Antriebes 7 beweglich und ermöglicht so die erforderliche Vorschubbewegung 8. Der Werkstückträger 3 ist an elastischen Haltemitteln 9 fixiert, welche eine durch eine Oszillationsanregung 10 erreichte Schwingbewegung 11 quer zu der Vorschubbewegung 8 ermöglicht. Hierzu ist weiterhin ein Federelement 12 vorgesehen, welches gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Dämpfung ausgestattet sein kann.The invention permits numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of these is shown in the drawing and is described below. This shows a perspective schematic diagram of a grinding device 1 with a rotating abrasive 2 , which is in engagement with a workpiece, not shown, fixed on a workpiece carrier 3 . For this purpose, the abrasive 2 designed as an abrasive belt is pressed against the workpiece by means of a pressure element 4 . The abrasive 2 is guided on a plurality of deflection rollers 5 , 6 , wherein the abrasive 2 slides sideways from the deflection rollers 5 , 6 . The workpiece carrier 3 is in turn movable by means of a drive 7 and thus enables the required feed movement 8 . The workpiece carrier 3 is fixed to elastic holding means 9 , which enables an oscillating movement 11 achieved by an oscillation excitation 10 transversely to the feed movement 8 . For this purpose, a spring element 12 is also provided, which can optionally be equipped with additional damping.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RIEGEL, ADRIAN, PROF. DR.-ING., 32657 LEMGO, DE |
|
8131 | Rejection |