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Läppmaschine Die Erfindung bezieht sich auf den Maschinen- und Gerätebau
sowie auf die mechanische Bearbeitung von Präzisionsflächen wichtiger Geräte- und
Maschinenteile mittels eines losen Schleif- bzw. Läppmittels. Insbesondere betrifft
diese Erfindung die Kinematik der Stellmechanismen von Läppmaschinen-Arbeftsorganen.
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Die bekannten Läppmaschinen besitzen eine komplizierte und verschiedenartige
Kinematik
der Hauptbewegung. Die zusammengesetzte Hauptbewegung trägt zur Erhöhung der Qualität
und Produktivität des Läppens bei, da hierdurch günstige Bedingungen für die Arbeit
des Läppgemisches geschaffen werden. Bei den zur Zeit vorhandenen Flachläppmaschinen
wird die Hauptbewegung in der Regel durch verschiedene Kombination von zwei - drei
drehenden Bewegungen von zu bearbeitenden Werkstücken und Läppwerkzeugen oder durch
Kombinationen der drehenden Bewegungen mit der hin- und hergehenden Bewegung erzeugt.
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Bekannt sind Maschinen mit Exzenterantrieb von Kassetten (vgl.
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z. B. Maschinen der Firma "Hofman" (USA), Maschinen der Firma Kapke
Dalyens (England) und andere, z. B. nach den US-PS 2 709 876, Kl. 51-118, Nr. Z
944 375, Klasse 51-117).
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Bei diesen Maschinen werden die zu bearbeitenden Werkstücke in den
Bohrungen eines Käfigs untergebracht, der exzentrisch zur Achse einer zentralen
Welle angeordnet ist.
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Bekannt ist eine Einscheiben-Flachläppmaschine vom Typ "Läppmeister"
(DT-PS 1 114 107 vom 29. März 1962). In dieser Maschine werden die Werkstücke im
Käfig auf einem Tragkörper innerhalb eines Abrichtringes untergebracht, der sich
um seine Achse infolge der Außenverzahnung mit dem Zentralrad dreht.
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Läppmaschinen mit zwei arbeitenden Läppwerkzeugen sind am universalsten.
Am unteren Läppwerkzeug kann eine der Oberflächen des zu bearbeitenden Werkstücks
geläppt werden; zwischen zwei Läppscheiben
können parallele Werkstückseiten
bearbeitet werden.
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Läppmaschinen mit unbeweglichen arbeitenden Läppwerkzeugen gewährleisten
eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit gegenüber den Maschinen mit beweglichen Läppwerkzeugen,
sind jedoch weniger leistungsfähig.
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Während des Arbeitens nutzen sich die Läppwerkzeuge der Läppmaschinen
ab und büßen die Ausgangsform ihrer Arbeitsfläche ein, was zu einer Herabsetzung
der Bearbeitungsgenauigkeit von Werkstükken führt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der erwähnten
Nachteile der bekannten Läppmaschinen den Getriebezug der Läppmaschine derart zu
verändern, daß bei Erhöhung der Genauigkeit der Wirkungsweise der Maschine es möglich
wird, ein kinematisches Abrichten des arbeitenden Läppwerkzeugs je nach dessen Abnutzung
zwecks Steigerung von dessen Lebensdauer und Leistung vorzunehmen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Läppmaschine mit einem Läppwerkzeug,
Käfigen zur Aufnahme zu bearbeitender Werkstücke und einem Antrieb, der ein gezahntes
Zentralrad dreht, das mit den Käfigen kinematisch wirksam verbunden ist, erfindungsgemäß
gelöst durch einen dauernden kinematischen Eingriff des Zentralrades und der Käfige
unabhängig von deren gegenseitiger Anordnung und durch ein Stellwerk, das den Käfigen
eine zyklische, nach Geschwindigkeit und Amplitude
einstellbare
Zusatzbewegung erteilt, die von der durch das Zentralrad mitgeteilten Hauptbewegung
unabhängig ist und stets parallellaufend mit ihr aufrechterhalten wird, wodurch
das Läppwerkzeug und die zu bearbeitenden Werkstücke oder Käfige eine mindestens
doppelte zusammengesetzte relative Planetenbewegung erhalten, wobei das gedachte
Netz der Schnittstellen der zu bearbeitenden Oberflächen der Werkstücke mit den
Punkten des Läppwerkzeugs nach Häufigkeit und Gleichmäßigkeit der Verteilung verhältnismäßig
zunimmt.
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Diese erfindungsgemäße lösung gestattet es, die Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit
des Arbeitskontaktes der Läppfläche des Arbeitswerkzeugs (des Läppwerkzeugs) und
der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zu erhöhen, wobei die zusammengesetzte
zyklische Bewegung es ermöglicht, die Umverteilung der Friktions-Arbeftsbelastung
der Oberflächenabschnitte des Läppwerkzeugs einzustellen.
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Wenn die Läppmaschine vom Exzentertyp ist, ist es zweckmäßig, daß
das Zentralrad auf einer Exzenterwelle starr aufgesetzt ist und die Käfige in Form
von Planetenrädern ausgeführt sind, die mittels einer Außenverzahnung mit dem Zentralrad
im Eingriff stehen, wobei auf der Exzenterwelle ein Zahnrad frei aufgesetzt ist,
das mit einer mit ihm gleichachsigen Platte starr verbunden ist, in deren Aussparungen
die Käfige frei untergebracht sind, wobei ein Zusatzantrieb zur Drehung des Zahnrades
und der Platte um ihre gemeinsame zentrale Achse vorhanden ist.
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Durch Drehung der Käfige mit den zu bearbeitenden Werkstücken
in
bezug auf die Platte treten in diesem Fall die Werkstücke mit der zentralen und
mit den äußeren Zonen der Läppwerkzeuge periodisch in Kontakt, wodurch einerseits
die Konizität und Keilförmigkeit der Werkstücke ausgeschlossen und andererseits
ermöglicht wird, während der Arbeit der Maschine durch den Werkstoff der zu bearbeitenden
Werkstücke selbst die Läppwerkzeuge kinematisch abzurichten.
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Zum kinematischen Abrichten bietet die erfindungsgemäße Läppmaschine
die Möglichkeit, die Geschwindigkeitszustände sowohl des Haupt als auch des zusätzlichen
Drehantriebs einzustellen.
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Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet durch einen Getriebezug
zur zwangsläufigen Drehung der Exzenterwelle und des Zentralrades um deren eigene
Achse.
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Dieser neben der vorhandenen zusammengesetzten Planetenbewegungen
von Käfigen mit Werkstücken in bezug auf das Läppwerkzeug vorgesehene zusätzliche
Getriebezug fügt eine zwangsläufige Durchdrehung der Käfige im Eingriff mit dem
Zentralrad hinzu, verteilt ferner die Arbeitsbelastungen des Läppwerkzeugs noch
gleichmäßiger um sowie bietet schließlich große Möglichkeiten zu dessen kinematischem
A brichten.
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Wenn die erfindungsgemäße Läppmaschine zur Durchführung einseitigen
Läppens verwendet wird und mit Stützrollen für die Käfige oder Abrichtringen mit
äußerem Zahnkranz versehen ist, wird eine weitere
Verbesserung erzielt
durch zwei Zwischenräder, die auf Achsen angeordnet sind, die mittels zwei beweglichen
Zugstangen mit der zentralen Achse des Läppwerkzeugs, mit der Achse des Zentralrades
und mit Zugstangen verbunden sind, die einen Parallelogramm-Mechanismus zur Einstellung
des gegenseitigen Auseinanderrückens der Zwischenräder bilden, die sich mit dem
Zentralrad und dem Zahnkranz des Abrichtringes oder des Käfiges im Eingriff befinden;
und durch eine auf die Zugstangen einwirkende Antriebseinheit zum Auseinander-oder
Zusammenrücken der Zwischenräder.
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Dieser Aufbau erlaubt es, durch Veränderung der Winkellage der Zwischenräder
in bezug auf die Symmetrieachse von Läppwerkzeug und Abrichtring den letzteren zur
Verwirklichung des kinematischen Abrichtens des arbeitenden Läppwerkzeugs unmittelbar
im Prozeß des Läppens von Werkstücken radial zu verstellen.
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Dabei ist es zweckmäßig, daß die Stützrollen längs der gesamten Symmetrieachse
von Läppwerkzeug und Abrichtring dauernd abgefedert sind.
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Dies wiederum gibt die Möglichkeit, einen zuverlässigen Zahneingriff
des Abrichtringes, der Zwischenräder und des Zentralrades während beliebiger erforderlicher
Einstellver schiebung en der Glieder der kinematischen Kette der Läppmaschine, wie
dies bereits oben angegeben wurde, zu gewährleisten.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Läppmaschine werden in
der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Exzenterläppmaschine mit ihrer kinematischen Kette, im Querschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II von Fig. 1; gezeigt sind Käfige in Form von
Planetenrädern, die außen mit dem Zentralrad im Eingriff stehen, das auf den Exzenter
starr aufgesetzt ist, Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Exzenterläppmaschine im Querschnitt, bei der ein Getriebezug zur Drehung der Exzenterwelle
und des Zentralrades um die Achse der Exzenterwelle vorhanden ist, Fig. 4 eine schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Läppmaschine mit Abrichtringen im Querschnitt
einschließlich ihrer kinematischen Kette, und Fig. 5 eine schematische Draufsicht
der Läppmaschine mit Abrichtringen gemäß der Erfindung mit zwei Zwischenrädern,
die mit dem Zentralrad und dem Zahnkranz des Abrichtringes im Eingriff stehen.
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Aufbau der Läppmaschine zur doppelseitigen Bearbeitung von Werkstücken
Zwisc#hen einem oberen Läppwerkzeug (Läppscheibe) 1 und einem unteren Läppwerkzeug
(Läppscheibe) 2 (Fig. 1, 2) sind Kassettenkäfige 3 mit zu bearbeitenden Werkstücken
4 untergebracht. Die Käfige 3 befinden sich frei in den Aussparungen einer flachen
Tragscheibe 5.
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Die flache Tragscheibe 5 wird von einer zentralen Welle 6 in Bewegung
versetzt und ist frei auf einer Exzenterwelle 7 angeordnet. Der Antrieb der zentralen
Welle 6 erfolgt von einem umsteuerbaren Elektromotor 8 und umfaßt einen Wechselräderblock
9. Auf derselben Exzenterwelle 7 ist ein Zahnrad 10 frei angeordnet, das das Planetenrad
eines Umlaufgetriebes darstellt, in dem die Exzenterwelle 7 als Steg dient. Das
Planetenzahnrad 10 steht mit einem Zahnrad 11 im Eingriff, welches einen unabhängigen
Antrieb von dem umsteuerbaren Elektromotor 12 hat, wobei dieser Antrieb einen Wechselräderblock
13 besitzt .
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Am Planetenzahnrad 10 ist ein verzahntes Zentralrad 14 befestigt,
das mit den äußeren Zahnkränzen der Käfige 3 im Eingriff steht. Die Läppwerkzeuge
1 und 2 können feststehend sein oder sich drehen.
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Diese Maschine arbeitet in folgender Weise: Nach dem Einsetzen der
zu bearbeitenden Werkstücke 4 in die
Bohrungen der Käfige 3 wird
das obere Läppwerkzeug 1 in bezug auf die zu bearbeitenden Oberflächen der Werkstücke
4 frei angeordnet.
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Es werden die Elektromotoren 8 und 12 eingeschaltet, die der zentralen
Welle 6 und dem Zahnrad 11 Drehbewegung erteilen, wodurch die flache Tragscheibe
5, die auf der Exzenterwelle 7 frei angeordnet ist und sich in bezug auf diese durchdrehen
kann, und das Zentralrad 14, das am Planetenzahnrad 10 starr befestigt ist, in Bewegung
versetzt werden. Auf diese Weise erhalten die Käfige 3 mit den zu bearbeitenden
Werkstücken 4 die Bewegung gleichzeitig sowohl von der flachen Tragscheibe 5 als
auch von dem Zentralrad 14 und vollziehen eine zusammengesetzte zweidimensionale
Planetenbewegung.
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Durch Drehung der Käfige 3 mit den zu bearbeitenden Werkstükken 4
in bezug auf die flache Tragscheibe 5 befinden sich die Werkstükke periodisch mit
dem zentralen und dem peripheren Bereich der Läppwerkzeuge 1 und 2 im Kontakt. Dies
ist ein wichtiger Vorzug der erfindungsgemäßen Maschine im Vergleich mit den bekannten
Maschinen vom Exzentertyp, bei denen die Werkstücke eine bestimmte Stellung in bezug
auf die flache (plane) Tragscheibe einnehmen und sich in den Nuten (wenn sie nicht
rund sind) um ihre Vertikalachse nicht durchdrehen können, wodurch die Werkstücke
konisch und keilförmig werden. In der erfindungsgemäßen Maschine wird dies beseitigt.
Die Änderung der Drehzahlen der zentralen Welle 6 und des Zahnrades 11 mit Hilfe
von Einstellgliedern - der Blöcke 9 und 13 - gestattet es, im weiten Bereich die
Bewegungsbahnen und -geschwindigkeiten der zu bearbeitenden Werkstücke 4 zu verändern
und das kinematische Abrichten der
Läppwerkzeuge zustandezubringen,
wie es weiter unten in groben Zügen erläutert wird-.
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Bei den Maschinen mit den unbeweglichen Läppwerkzeugen werden die
Fehler ihrer Arbeitsfläche, die während der Abnutzung beim Läppen entstehen, durch
zwangsläufiges Abrichten verbessert.
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Durch Änderung des Verhältnisses der Drehzahlen der Exzenterwelle
7 und des auf dieser frei aufgesetzten Zahnrades 10 (oder des Zahnrades 11) wird
nach der Erfindung die Umverteilung der mechanischen Arbeit des Werkstoffabtragens
auf der Arbeitsfläche der Läppwerkzeuge 1 und 2 stufenlos eingestellt. Vorher wird
das radiale Profil der Arbeitsfläche der Läppwerkzeuge 1 und 2 gemessen, währand
das angegebene Verhältnis der Drehzahlen durch Einstellen der Blöcke 9 und 13 derart
gewählt wird, daß die Profilform der Abnutzung der Arbeitsfläche des Läppwerkzeugs,
die von dem neugewählten kinematischen Regime herrührt, gleichsam das Spiegelbild
des gemessenen Abnutzungsprofils der Oberfläche der Läppwerkzeuge 1 und 2 ist. Infolge
der Überlagerung der früheren und der neu entstandenen Abnutzung, welche spiegelbildlich
gestaltet sind, wird die geforderte Verbesserung der Ebenheit der Arbeitsflächen
der Läppwerkzeuge ohne Unterbrechung der Nutzarbeit der Maschine durch selbständiges
Abrichten der Läppwerkzeuge mittels der zu bearbeitenden Werkstücke gewährleistet.
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In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt,
die den in Fig. 1 und 2 dargestellten ähnlich ist, mit fast
denselben
Bezeichnungen der Hauptteile der Maschine.
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Bei dieser neuartigen Ausführungsform ist ein Getriebezug zur zwangsläufigen
Drehung der Exzenterwelle 7 und des Zentralrades 14 um ihre eigene Achse hinzugefügt.
Dieser Getriebezug enthält einen Räderblock 15, dessen Zahnräder von dem Motor 8
angetrieben werden. Hierdurch wird die relative Planetenbewegung der Werkstücke
4 und der Läppwerkzeuge 1 und 2 noch komplizierter, und es bieten sich neue zusätzliche
Möglichkeiten zur Durchführung eines berechneten kinematischen Abrichtens.
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Aufbau der Maschine zur einseitigen Bearbeitung Auf einem Läppwerkzeug
16 (Fig. 4, 5) sind~Abrichtringe 17 angebracht; innerhalb eines jeden Abrichtringes
17 befindet sich ein plattenförmiger Käfig 18 mit zu bearbeitenden Werkstücken 19.
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Der äußere Zahnkranz des Abrichtringes 17 steht mit zwei Zwischenrädern
20 im Eingriff, deren Achsen mit Hilfe zweier beweglicher Zugstangen 21 mit der
Achse eines Zentralrades 22 verbunden sind, das mit den Zwischenrädern 20 kämmt.
Der Abrichtring 17 steht einerseits mit den Zwischenrädern 20 im Eingriff, deren
Achsen mit Hilfe der Zugstangen 21 mit der Achse des Zentralrades 22 verbunden sind,
das mit den Zwischenrädern 20 kämmt, und stützt sich andererseits auf die beweglichen
Stützrollen 23 ab. Ein bewegliches
Gelenk 24 verbindet mit Hilfe
von Zugstangen 25 die Achsen der Zwischenräder 20 mit einer Zugstange 26 einer Einstellvorrichtung
27, die einen Kraftzylinder darstellt.
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Die Maschine arbeitet in folgender Weise: Die zu bearbeitenden Werkstücke
19 werden vor der Bearbeitung auf den plattenförmigen Käfig 19 aufgeklebt. Der plattenförmige
Käfig 18 mit den zu bearbeitenden Werkstücken 19 wird innerhalb des Abrichtringes
17 auf der Arbeitsfläche des Läppwerkzeugs 16 angeordnet. Oben kann auf den plattenförmigen
Käfig 18 eine Last 28 aufgesetzt werden, falls das Gewicht des plattenförmigen Käfigs
18 zur Belastung nicht ausreichend ist. Nach der Anordnung des plattenförmigen Käfigs
18 mit den zu bearbeitenden Werkstücken 19 wird der Antrieb des Läppwerkzeugs 16
und des Zentralrades 22 eingeschaltet, die von umsteuerbaren Antriebseinheiten (nicht
gezeigt) mit vorgegebenen Drehzahlen in Umdrehungen versetzt werden. Die Drehzahl
des Zentralrades 22 kann während der Arbeit sowohl nach der Größe als auch nach
der Richtung verändert werden. Außerdem wird durch Zuführung eines Preßluftstroms
in die Kammer der Einstellvorrichtung 27 die radiale Verstellung des Abrichtringes
17 in bezug auf das Läppwerkzeug 16 durch Veränderung der Winkellage der Zwischenräder
20 bezüglich der Symmetrieachse des Läppwerkzeuges 16 und des Abrichtringes 17 (durch
Auseinander- oder Zusammenrücken der Zahnräder 20) bewerkstelligt. Dadurch ist die
Möglichkeit gegeben, das kinematische
Abrichten der Arbeitsfläche
des Läppwerkzeuges 16 während des Abrichtens zustandezubringen.
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Die auf einem Bügel 29 angebrachten Stützrollen 23 sind durch eine
Feder 30 dauernd abgefedert, um den Abrichtring 17 an die Zwischenräder 20 längs
der gemeinsamen Symmetrieachse von Abrichtring 17 und Läppwerkzeug 16 anzupressen.
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Das Vorhandensein der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Abrichtring
17 und dem Antrieb des Zentralrades 22, die mit Hilfe der beweglichen Zwischenräder
20 hergestellt wird, ermöglicht es, durch Veränderung des Verhältnisses der Drehzahlen
des Zentralrades 22, des Läppwerkzeuges 16 und des Winkels oC zwischen den Zugstangen
25 während des Läppvorgangs die Umverteilung der mechanischen Arbeit des Werkstoffabtragens
vom Läppwerkzeug 16 an dessen Arbeitsfläche stufenlos einzustellen und dadurch die
infolge dessen Abnutzung entstehenden Fehler seines Profils zu berichtigen.
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Wird beispielsweise ein Läppwerkzeug 16 vom Scheibentyp verwendet,
dessen der Abnutzung am meisten ausgesetzter Teil näher an seinem Umfang liegt,
so werden das Verhältnis der Drehzahlen des Zentralrades 22 und des Läppwerkzeugs
16 und die Größe des Winkels oC derart vorgegeben, daß die Abschnitte der Arbeitsfläche
des Werkzeugs, die näher an seinem Zentrum liegen, eine größere Zeit des Friktionskontaktes
mit den zi bearbeitenden Werkstückoberflächen erhalten als die äußeren Abschnitte
des Läppwerkzeugs. Die Geschwindigkeits
- bzw. Drehzahlzustände
der Maschine werden nach der Messung der Abnutzung des Läppwerkzeugs 16 auf rechnerischem
Wege bestimmt, der auf der Kompensierung der Abnutzung durch Umverteilung der Arbeitsbelastungen
beruht.
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Auf diese Weise können die erfindungsgemäßen Maschinen die zu bearbeitenden
Oberflächen auf den vorgegebenen Gütegrad ohne Unterbrechung läppen, ohne daß die
Maschine stillgesetzt werden muß, um die notwendigen Messungen und das Abrichten
der Läppwerkzeuge im Leerlaufbetrieb der Maschine vorzunehmen, wie dies bislang
gemacht wurde.
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Der Aufbau der Meßgruppe zur Gewinnung von Daten über das Profil
der abgeriebenen Oberfläche des Läppwerkzeugs unmittelbar während der Arbeit der
Maschine ist Gegenstand einer parallel eingereichten Anmeldung.
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Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Maschine bei der Bearbeitung
von Werkstücken verschiedenster Gestalt unter Einsatz von ihrer Form nach vielfältigen
Läppwerkzeugen mit konkaven, konvexen sphärischen und konischen Arbeitsflächen verwendbar
ist.