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Automatische Poliereinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Poliereinrichtung
zum automatischen Polieren oder Feinstschleifen von freien gewölbten Oberflächen,
z. B. Preßform-Oberflächen.
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In der US-PS 3 939 610 ist eine automatische Poliereinrichtung vom
selbstführenden, mit Konstantdruck arbeitenden Profilierungstyp angegeben. Diese
Einrichtung umfaßt ein an einem Arm angeordnetes Polierwerkzeug, das automatisch
schwenkbar ist, um ein Profilieren in Richtung der Z-Achse, d. h. der Werkstücktiefe,
durchzuführen. Die Steuerung der Position des Polierwerkzeugs auf der zu bearbeitenden
Oberfläche, in Draufsicht gesehen, d. h. in der durch die X- und die Y-Achse definierten
Ebene, erfolgt durch Anwendung von Grenzschaltern, die auf entsprechenden Achsen
verstellbar angeordnet sind, in solcher Weise, daß der Arm eine lineare Hin- und
Herbewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit ausführt, wobei die Bewegungsrichtung
geändert wird, wenn an den Grenzschaltern Nocken angreifen. Somit wird der das Polierwerkzeug
tragende Arm nach Maßgabe des zusammengesetzten Befehis bewegt, der durch Kombination
des Profilierungsbefehls in Z-Achsenrichtung und des von den Grenzschaltern erzeugten
Flächenbewegungs-Befehls erhalten wird.
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Diese Einrichtung kann jedoch nur dann wirksam genutzt werden, wenn
die zu polierende Oberfläche eine einfache ebene Form, z. B. Viereckform, hat, und
kann die komplizierte Flächenform etwa der Oberfläche einer Kunststoff-Preßform
nicht in zufriedenstellender Weise abtasten. Daher kann mit dieser Einrichtung kein
wirksames und gutes Polieren und Feinbearbeiten einer solchen Fläche mit komplizierter
Flächenform durchgeführt werden.
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Um dieses Problem zu überwinden, wurde vorgeschlagen, die Steuerung
der Flächenbewegung des Polierwerkzeugs in der durch die X- und die Y-Achse definierten
Ebene unter Anwendung einer numerischen Steuerungsvorrichtung durchzuführen. Dieses
Verfahren verlangt jedoch sehr genaue Instruktionen in bezug auf die Positionen
von Bogenmittelpunkten, Schnittpunkten des geometrischen Orts usw., da die Bewegungsbahn
des Polierwerkzeugs in Form einer Kombination von Geraden und Kurven bestimmt wird.
Wenn daher das Polierwerkzeug auf einer komplizierten Bahn bewegt werden soll, erhöht
sich notwendigerweise die Anzahl von Schnittpunkten, so daß für die arithmetische
Berechnung der Lagen dieser Punkte ein sehr hoher Zeitaufwand erforderlich ist.
Außerdem wird bei dem Steuerverfahren unter Anwendung einer numerischen Steuerung
das eigentliche Polieren nach einer Prüfung eines NC-Bands, das mit diesen numerischen
Daten hergestellt wurde, ausgeführt. Das Verfahren ist daher zum Polieren von Kunststoff
Preßformen, die normalerweise einzeln für jeweils verschieden geformte Preßteile
hergestellt werden, vollständig ungeeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer automatischen PoliereinrichtungS
mit der ein automatisches und wirksames Polieren und Profilieren einer freie gewölbte
Flächen aufweisenden Oberfläche selbst im Fall einer komplizierten Flächenform der
Oberfläche durchführbar ist, indem eine freie Einstellung der Bewegungsbahn des
Polierwerkzeugs nach Maßgabe der Form der zu polierenden Oberfläche ermöglicht wird.
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Die automatische Poliereinrichtung nach der Erfindung umfaßt eine
Profiliereinheit mit einem Abtaster, der die Linien der Bewegungsbahn des Polierwerkzeugs
in der X-Y-Ebene abtastet, wobei die Linien z. B. frei auf ein Blatt Papier entsprechend
dem Profil oder der Form der zu polierenden Fläche gezeichnet sind. Die X- und Y-Komponenten
der Abtaster-Bewegung werden als Steuersignale erfaßt, und entsprechend diesen Signalen
wird der Poliertisch in X- und Y-Richtung bewegt, so daß die Bewegung des Abtasters
korrekt reproduziert oder profiliert wird. Andererseits erfolgt die Steuerung der
Werkzeugstellung in Z-Achsenrichtung, d. h. in Tiefenrichtung des Werkstücks, durch
eine selbstführende Profiliervorrichtung. Infolgedessen wird die Oberfläche durch
eine Kombination der Flächenbewegung in X- und Y-Richtung und der Tiefenbewegung
in Z-Richtung automatisch poliert.
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Dabei ist besonders zu beachten, daß die Linien der Bewegungsbahn
des Polierwerkzeugs in einfacher Weise freihändig auf ein Blatt weißes Papier mittels
eines Bleistifts oder mit schwarzer Tusche gezeichnet werden können. Die Polierwerkzeugstellung
wird automatisch gesteuert, auch wenn die Bewegungsbahn kompliziert ist, indem das
Papier einfach auf die Abtasteinheit gelegt wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird anstelle des Arbeitstisches,
der ein schweres Werkstück wie eine Preßform trägt, die Poliereinheit in X- und
Y-Richtung hin- und herbewegt, so daß sich eine größere Präzision ergibt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verschiebung
des Polierwerkzeugs in Z-Richtung durch einen Bewegungs-Erfasser erfaßt wird, so
daß eine Unterscheidung der Höhe des gerade polierten Teils der gewölbten Fläche
möglich ist. Gleichzeitig wird die Richtung der Hin- und Herbewegung der Poliereinheit
durch Grenzschalter od. dgl. erfaßt.
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Die Drehstellung des Werkstücks oder der hin- und hergehenden Poliereinheit
als Ganzes wird automatisch so gesteuert, daß
die ganze gewölbte
Fläche gleichmäßig bearbeitet wird, ohne daß sich unerwünschte Schwankungen der
Polierleistung ergeben.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert..
Es zeigen: Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der automatischen
Poliereinrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung
nach Fig. 1; Fig. 3 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 2; Fig. 4 eine
Schnittansicht IV-IV nach Fig. 2; Fig. 5A eine auf die optische Profilierungseinheit
aufgelegte Zeichnung; Fig. 5B die Bewegungsgeschwindigkeit des Poliertischs; Fig.
6 das Blockschaltbild einer Steuerstufe; Fig. 7 eine Schnittansicht einer Poliereinheit;
Fig. 8 eine seitliche Schnittansicht einer Selbstinduktions-Profilierungseinheit
(hin- und hergehende Einheit); Fig. 9 eine Vorderansicht der hin- und hergehenden
Einheit nach Fig. 8; Fig. 10 eine Vorrichtung zum Steuern der Selbstinduktions-Profilierungseinheit;
Fig. 11 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Steuern der Rotation des zu
polierenden Werkstücks; Fig. 12 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Vorrichtung
nach Fig. 11; Fig. 13A Ausgangssignale eines Bewegungs-Erfassers; Fig. 13B den Verlauf
des Ausgangssignals eines Grenzschalters;
Fig. 14 das Blockschaltbild
einer Vorrichtung zum Drehen eines Drehtischs; Fig. 15 eine Schnittansicht eines
elastischen Polierwerkzeugs, das in der Einrichtung nach der Erfindung benutzt wird;
Fig. 16 eine Verdeutlichung des Poliervorgangs mit dem Polierwerkzeug nach Fig.
15; Fig. 17 die Oberflächenzustände vor und nach dem Polieren mit dem Polierwerkzeug
nach Fig. 15; Fig. 18 eine Schnittansicht eines Polierwerkzeugs, das besonders zum
Präzisions-Polieren geeignet ist; Fig. 19 Oberflächenzustände vor und nach dem Polieren
mit dem Polierwerkzeug nach Fig. 18; Fig. 20 eine Schnittansicht des Endabschnitts
einer Poliereinrichtung mit hin- und hergehendem Werkzeug; Fig. 21 eine Schnittansicht
einer Poliervorrichtung, wobei das Polieren unter Zufuhr einer Körner enthaltenden
Flüssigkeit erfolgt; und Fig. 22 die Beziehung zwischen dem Polierwerkzeug und einer
Düse zur Zuführ der körnerhaltigen Flüssigkeit, die in der Poliervorrichtung nach
Fig. 21 verwendet werden.
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Es wird nun zuerst auf die Fig. 1-5 Bezug genommen. Eine Poliermaschine
2, die den Hauptteil der automatischen Poliereinrichtung bildet, wird von einem
Bedienungspult 1 gesteuert. Eine optische Profil-Zeicheneinheit 3 wird von einer
Regeleinheit 4 gesteuert.
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Die optische Profil-Zeicheneinheit 3 umfaßt einen Tisch 11, auf den
ein Papier auflegbar ist. Das Papier trägt eine Zeichnung 24, die aus spiralförmigen,
achterförmigen oder anderen erwünschten Linien 25 entsprechend dem Profil der zu
polierenden Fläche mittels eines Stifts oder schwarzer Tusche gezeichnet ist.
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Ein optischer Profilierkopf 12 umfaßt eine Lichtquelle, der von der
Regeleinheit 4 Strom zugeführt wird, eine Sammellinse, die das Licht in einem Punkt
sammelt und auf die Zeichnung 24 richtet, und ein Lichtempfangselement, das das
von der Zeichnung 24 reflektierte Licht empfängt; der Profilierkopf 12 ist von einem
Motor in einer Steuerstufe 70 drehbar, so daß ein vorbestimmter Ausgangspegel vom
Lichtempfangselement erhalten wird, d. h. so daß die Linie 25 kontaktiert wird.
Der Rotationswinkel wird dabei von einem Drehmelder in der Steuerstufe erfaßt. Die
Steuerstufe zerlegt den Rotationswinkel in X- und Y-Komponenten, und entsprechend
diesen Komponenten werden ein X-Achse-Antriebsmotor (nachstehend kurz: X-Motor)
13 und ein Y-Achse-Antriebsmotcr (nachstehend kurz: Motor) 17 getrieben, so daß
der optische Profilierkopf 12 bewegt wird und die Linie 25 abtastet, während der
X- und der Y-Motor 13 und 17 nach Maßgabe der Signale aus der Steuerstufe 70 getrieben
werden.
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Eine X-Achse-Führung 14 und eine Y-Achse-Führung 16 dienen zum Führen
der Verschiebebewegung des Profilierkopfs 12 in X- bzw. Y-Richtung. Ein X-Impulserzeuger
15 und ein Y-Impulserzeuger 18 erfassen die Bewegung des Profilierkopfs 12.
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Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Einheit zum Erzeugen von Impulsen, die
der Bewegung des Profilierkopfs 12 proportional sind. Die X-Führung 14 haltert den
Profilierkopf 12 so, daß er in X-Richtung freibeweglich ist. An der Seitenfläche
der X-Führung 14 sind ein Getriebe 19, ein Ritzel 22, ein Drehcodierer usw., die
den Impulserzeuger 18 bilden und zusammen mit einem Grundglied 20 an der Seitenfläche
befestigt sind, bewegbar angeordnet. An der Seitenfläche der optischen Profiliereinheit
ist eine Zahnstange 23 befestigt. Wenn das Grundglied 20 in Y-Richtung verschoben
wird, wird das mit der Zahnstange kämmende Ritzel gedreht, und eine zu dieser Drehbewegung
proportionale Bewegung wird auf die Welle des Impulserzeugers 18 übertragen. Somit
ist es möglich, zu der Bewegung des Profilierkopfs proportionale Impulse zu erzeugen.
Die Bewegung des Profilierkopfs in X-Richtung wird in gleicher Weise erfaßt.
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Nach der Umwandlung der Bewegung des optischen Profilierkopfs in elektrische
Impulse wird ein Tisch 9 der Poliermaschine 2 von Gleichstrommotoren 7 und 8 getrieben.
Die Regeleinheit 4 enthält eine Schaltung zum Umsetzen der Anzahl Impulse von den
Impulserzeugern 15, 18 in Gleichspannungen, die der Impulsanzahl proportional sind.
Nach Fig. 6 umfaßt diese Schaltung einen Impulsformer 90x, einen Richtungs-Diskriminator
90y, Zähler 91x, 91y zur Extraktion von Abweichungen, Digital-Analog-Umsetzer 92x,
92y, Addier-Subtrahier-Glieder 93x, 93y, Gleichstrom-Servoglieder 94x, 94y und Frequenz-Spannungs-Umformer
95x und 95y.
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Daher wird das am Ende eines selbstführenden Profilierkopfs 10 befestigte
Polierwerkzeug 5 längs einer Bahn mit einer vorbestimmten Profiliergeschwindigkeit
bewegt, wobei diese Bahn die Werkzeugbewegungslinie 25 der Zeichnung 24 profiliert,
die auf dem Tisch der optischen Prcfiliereinheit aufliegt (vgl. Fig 5A).
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Andererseits wird der Tisch der Poliermaschine 2 in die Gegenrichtung
verschoben, so daß der scheinbare geometrische Ort der Polierwerkzeug-Bewegung der
gleiche wie derjenige des optischen Profilierkopfs ist.
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Da die Regeleinheit 4 eine Schaltung zur Auswahl der aufgenommenen
Impulse hat, kann die Verschiebung der Poliermaschine als vorbestimmtes Verkleinerungsmaß
der Verschiebung des Profilierkopfs erhalten werden.
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Bei diesem Aufbau der automdtischen Poliereinrichtung wird der Poliermaschinentisch
verschoben zur Bildung einer scheinbaren Bahn oder eines scheinbaren geometrischen
Orts der Bewegung des Werkzeugs, das einen vorbestimmten geometrischen Ort bzw.
eine Bahn, die als eine Linie in der Zeichnung gegeben ist, genau abtastet und profiliert.
Eine Maßabweichung des Bewegungsorts des Polierwerkzeugs innerhalb eines Bereichs
von i0,1 bis f0,5 mm ist zulässig Die Bewegungsbahn bzw. der Bewegungsort des Polierwerkzeugs
ist somit in kurzer Zeit einfach durch freihändiges Zeichnen einer Linie einstellbar.
Die Vorbereitungszeit wird ebenfalls verkürzt, da die einzige erforderliche Arbeit
darin besteht zu prüfen, ob in der gezeichneten Linie irgend ein Schnittpunkt auftritt.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 7-10 wird nun erläutert, wie der
selbstführende Profilierkopf 10 eine Profilierung in Z-Richtung, d. h. in der Tiefenrichtung
des zu polierenden Objekts, ausführt.
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Eine Polierkopfeinheit 26 umfaßt die folgenden Teile: ein Gestell
27; einen Motortragrahmen 30 mit einem Werkzeugantriebsmotor 29, dessen Abtriebswelle
mit einer Spindel 28 verbunden ist, an der das Polierwerkzeug 5 befestigt ist, wobei
der Motortragrahmen 30 drehbar gehaltert ist und ein kugelförmiger Rahmenabschnitt
auf einem kugelförmigen Sitz 34
am unteren Ende des Gestells 27
sitzt; eine zwischen dem unteren Teil des Gestells 27 und dem Motortragrahmen 30
angeordnete Feder 31, die das Gewicht des Motortragrahmens 30 und auch des Motors
29 aufnimmt; eine Bewegungserfassungs-Welle 33, die in einem geraden Lager 32 am
oberen Teil des Gestells 27 vertikal freiverschiebbar gelagert ist; eine Stahlkugel
37, durch die eine V-Nut 35, die am oberen Ende des Motortragrahmens 30 ausgebildet
ist, mit einer V-Nut 36 verbunden ist, die am unteren Ende der Bewegungserfassungs-Welle
33 ausaebildet ist, wobei die Stahlkugel 37 die Neigung des Motortragrahmens 30
in die Vertikalbewegung (Bewegung in Z-Richtung) der Bewegungserfassungs-Welle 33
umsetzt; einen Bewegungserfasser 38, der durch einen Magnetfühler cd. dgl. gebildet
und so angeordnet ist, daß er der Bewegungserfassungs-Welle 33 gegenüberliegt und
deren Bewegung erfaßt; eine auf das Oberende der Welle 33 geschraubte Stellmutter;
und eine zwischen dem oberen Abschnitt der Stellmutter 39 und einem einstückig am
Gestell 27 ausgebildeten Haltearm 40 angeordnete Lastverstellfeder 41.
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Die Polierkopfeinheit 26 ist von Abdeckplatten 42, 43 und Stützplatten
44, 45 umschlossen. Am oberen und unteren Rand der Stützplatten 44, 45 sind über
die Breite verlaufende Leitplatten 46, 47 gesichert, die als Führung in Breitenrichtung
bzw.
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nach rechts und links dienen. Querrichtungs-/Breitenrichtungs-Führungsplatten
48, 49, die als Führung in Breiten- und Querrichtung bzw. in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung
dienen, sind an der Außenseite der Führungsplatten 46, 47 befestigt. Breiten-Kugelführungen
50, 51 und 52, 53 sind zwischen den Breitenrichtungs-Führungsplatten 46, 47 und
den Querrichtungs-/Breitenrichtungs-Führungsplatten 48, 49 außerhalb der letzteren
angeordnet.
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Quer-Führungsplatten 54, 55 sind auf der Quer-/Breitenrichtungs-Führungsplatte
48 und unter der Quer-/Breitenrichtungs-Führungsplatte 49 mittels Kugelführungen
56, 57 bzw. 58, 59 vorgesehen. Ein Quer-Schwenkmotor 60 ist mit einer Verbindungsstange
61
mit der Quer-Führungsplatte 54 verbunden, und ein Breiten-Schwenkmotor 62 ist mit
einer Verbindungsstange 63 mit der Breiten-Führungsplatte 48 verbunden.
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Die Stützplatte 45 ist an einem Hebeglied 65 befestigt, das an einem
Ständer 64 frei auf- und abbewegbar ist. Das Hebeglied 65 ist mit einem am Ständer
64 befestigten Hydraulikzylinder 66 verbunden. Ein Stellventil 67 bewirkt einen
Vertikalhub des Zylinders 66, und ferner ist eine Hydropumpe 68 vorgesehen. Eine
Öldruck-Steuereinheit 69 umfaßt einen Verstärker 72, der ein vom Bewegungserfasser
38 erzeugtes Signal verstärkt, und einen Stellkreis 71, der das Steliventil 67 steuert.
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Der Hydraulikzylinder 66 wird betätigt und positioniert die Polierkopfeinheit
26 in Vertikalrichtung so, daß das Polierwerkzeug 5 mit der zu polierenden gewölbten
Fläche in Kontakt gelangt; der Werkzeug-Antriebsmotor 29 wird eingeschaltet und
treibt das Polierwerkzeug. Während des Polierens wird der Hydraulikzylinder 66 ständig
so gesteuert, daß er die Polierkopfeinheit 26 nach Maßgabe des Ausgangssignals des
Bewegungserfassers 38, der die Bewegung der Bewegungserfassungs-Welle 33 erfaßt,
steuert, so daß die Bewegungserfassungs-Welle 33 ständig eine Bezugslage einnimmt,
so daß das vom Bewegungserfasser 38 erzeugte Signal immer einen Bezugspegel hat
und somit das Polieren durch selbstführendes Profilieren auf der gewölbten Fläche
des zu polierenden Objekts 6 erfolgt.
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Wie bereits erwähnt, weist die Polierkopfeinheit zwei Motoren 60,
62 für Hin- und Herbewegungen sowie obere und untere Gleitführungen 51, 52, 53,
54, 56, 57, 58, 59 auf. Wenn der Schwenkmotor 60 eingeschaltet wird, wird die Polierkopfeinheit
26 längs den Quer-Führungsplatten 54, 55 und den Quer-/Breiten-Führungsplatten 48,
49 vor- und zurückbewegt, und wenn der Schwenkmotor 62 eingeschaltet ist, wird die
Polierkopfeinheit 26 längs den Breiten-Führungsplatten 46, 47 und den Quer-/ Breiten-Führungsplatten
48, 49 nach rechts und links bewegt.
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Daher führt die Polierkopfeinheit 26 eine gleichmäßige Hin-und Herbewegung
mit vorbestimmten Amplituden sowohl in Querals auch in Breitenrichtung aus, und
zwar auch dann, wenn das Polierwerkzeug 5 mit einer radialen Last beaufschlagt wird.
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Da das Gewicht der Polierkopfeinheit einschließlich der Schwenkmotoren
und anderer Teile höchstens 30 kg beträgt, können die Schwenkmotoren eine geringe
Kapazität von 50 W oder weniger haben, und der Stromverbrauch wird entsprechend
vermindert.
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Ferner ist es möglich, durch Änderung der Exzentrizität der Verbindungsstangen
die Amplitude der Hin- und Herbewegungen in beiden Richtungen zu ändern.
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Mit der automatischen Poliereinrichtung ist es möglich, die freie
gewölbte Oberfläche großer Preßformen mit einem Gewicht zwischen mehreren hundert
und mehreren tausend kg mit hoher Maßgenauigkeit der bearbeiteten Oberfläche zu
polieren; wobei weder Antriebsmotoren großer Kapazität noch ein hin- und hergehender
Tisch erforderlich sind. Außerdem brauchen keine Schutzabdeckungen wie bei herkömmlichen
Einrichtungen verwendet zu werden, auch dann nicht, wenn von der bearbeiteten Oberfläche
Polieröl und Körner abspritzen.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 11-17 wird nachstehend die Vorrichtung
zum Erzielen eines gleichmäßigen Polierens der gewölbten Oberfläche des Objekts
6 z. B. durch Drehen des Objekts 6 erläutert.
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Die Vorrichtung läßt sich groß in eine einem hin- und hergehenden
Polierkopf 10 zugeordnete Mechanik und eine Mechanik zum Drehen des zu polierenden
Objekts 6 unterteilen. Der hin- und hergehende Polierkopf 10 ist an einem Hydraulikzylinder
66 gehaltert, so daß er die gewölbte Fläche in Auf- und Abwärtsrichtung profiliert
und sie mit einer vorbestimmten Polierkraft beaufschlagt. Am unteren Ende des hin-
und hergehenden Polierkopfs 10 ist als Polierwerkzeug ein umlaufendes elastisches
Werkzeug 5 (oder ein Polierstein) befestigt. Das elastische
Werkzeug
5 führt eine Hin- und Herbewegung in X-Richtung aus (vgl. Fig. 12). Diese Hin- und
Herbewegung wird durch den Schwenkmotor 60 bewirkt, der am Polierkopf 10 befestigt
ist. Wenn der Schwenkmotor 60 eingeschaltet wird, wird die Quer-Führungsplatte 54,
die Anschläge 73, 74 aufweist, hin-und herbewegt, wodurch das umlaufende elastische
Werkzeug 5 in X-Richtung hin- und herbewegt wird. Der andere Schwenkmotor 62 treibt
das Werkzeug 5 in Y-Richtung mit einer Hin- und Herbewegung. Für die Erfindung ist
es erforderlich, daß die Bewegungsrichtung während der Hin- und Herbewegung sowie
die Höhe der gerade polierten Stelle auf der gewölbten Fläche erfaßt werden. Dabei
wird die Richtung der Hin- und Herbewegung durch Endschalter 75, 76 erfaßt, die
von den Anschlägen 73, 74 geöffnet und geschlossen werden. Es wird angenommen, daß
sich das umlaufende elastische Werkzeug am jeweiligen Ende der Hin- oder Herbewegung
befindet, wenn der entsprechende Grenzschalter 75 oder 76 geschlossen ist. Die Höhe
der polierten Stelle auf der gewölbten Fläche wird durch Zusammenwirken des Bewegungserfassers
38 mit der Bewegungserfassungs-Welle 33 bestimmt.
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Die Mechanik zum Drehbewegen des zu polierenden Objekts 6 umfaßt einen
Drehtisch 77, auf dem das Objekt 6 befestigt ist, eine mit dem Drehtisch 77 verbundene
Welle 78, ein mit der Welle 78 verbundenes Schneckenrad-Untersetzungsgetriebe 79
und einen Gleichstrommotor 80, der über das Untersetzungsgetriebe 79 mit der Welle
78 verbunden ist. Somit wird der Drehtisch 77 von dem Gleichstrommotor 80 umsteuerbar
getrieben. Die Welle 78 ist in einer Halterung 81 gelagert. Die Steuerung des Gleichstrommotors
80 wird noch erläutert.
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Die so aufgebaute automatische Poliereinrichtung arbeitet wie folgt:
Zum Polieren einer gewölbten Oberfläche 79' des Objekts 6 wird der Tisch 9 in Pfeilrichtung
(vgl. Fig. 12) bewegt, während der Schwenkmotor 60 eingeschaltet wird und das elastische
Werkzeug 5 in X-Richtung hin- und herbewegt. Die
Frequenz und die
Amplitude (Summe der Amplituden in beiden Richtungen) sind z. B. 20-40 Schwingungen
pro Minute und 5 mm.
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Wenn das umlaufende elastische Werkzeug 5 die Bodenfläche 80 der gewölbten
Fläche oder deren Umgebung poliert, ist der Pegel des Signals a am Ausgang des Bewegungserfassers
38 relativ niedrig (vgl. Fig. 13A). Wenn das Werkstück 6 um einen weiteren Vorschub
des Tischs 9 bewegt wird, wird die Bewegungserfassungs-Welle 33 gehoben, so daß
ein Ausgangssignal b erzeugt wird. Wenn das Werkzeug 5 beginnt, den Seitenabschnitt
81 der gewölbten Fläche zu polieren, liefert der Bewegungs-Erfasser 38 ein Ausgangssignal
c. Wenn dagegen das umlaufende elastische Werkzeug 5 den gegenüberliegenden Seitenabschnitt
82 der gewölbten Fläche poliert, erzeugt der Bewegungs-Erfasser 38 ein Ausgangssignal
d. In diesem Fall repräsentiert der Pegel des Ausgangssignals die Höhe der Polierposition
auf der gewölbten Fläche 79'. Es ist daher erforderlich, wenn der Pegel des Ausgangssignals
einen vorbestimmten Wert übersteigt, das Werkstück 6 zu drehen, so daß der Ausgangssignalpegel
in den vorbestimmten Bereich fällt. Die Rotationsrichtung des Werkstücks 6 ist durch
die Ausgängs der Grenzschalter 75, 76 begrenzt.
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Nach Fig. 13B erzeugen die Grenzschalter 75, 76 abwechselnd Jedesmal
ein Ausgangssignal, wenn das umlaufende elastische Werkzeug 5 die Endlage der Hin-
und Herbewegung erreicht. Nach Fig. 13B ist das schraffierte Ausgangssignal dasjenige
des Grenzschalters 76. Die Umlaufrichtung des Werkstücks 6 wird unter Nutzung dieser
Ausgangssignale gesteuert.
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Fig. 14 ist das Blockschaltbild einer Schaltung zum umsteuerbaren
Steuern des Gleichstrommotors 80, so daß dieser das Werkstück 6 dreht. Die Schaltung
umfaßt einen Pegelvergleicher 84, der das Ausgangssignal 83 des Bewegungs-Erfassers
38 mit einer Bezugsspannung EA vergleicht. Wenn der Pegel des Ausgangssignals des
Bewegungs-Erfassers 38 den Bezugsspannungspegel EA übersteigt, wird die Neigungsrichtung
von einem Neigungs-Prüfglied 87 nach Maßgabe der Ausgangssignale 85, 86 der Grenzschalter
75, 76 geprüft. Dann wird nach Maßgabe des Ausgangssignals
des
Neigungs-Prüfglieds 87 von einem Stellglied 88 der Gleichstrommotor 80 so verstellt,
daß er die Abtriebswelle in die erwünschte Richtung treibt, so daß das Ausgangssignal
des Bewegungs-Erfassers 38 unter den Pegel der Bezugsspannung EA fällt. Infolgedessen
wird durch dieses Verstellen das Ausgangssignal des Bewegungs-Erfassers 38 unter
dem Pegel der Bezugsspannung EA gehalten. Wenn der Pegel des Ausgangssignals des
Bewegungs-Erfassers 38 unter den Pegel der Bezugsspannung EA fällt, wird der Gleichstrommotor
80 angehalten, und in diesem Zustand wird die gewölbte Fläche 79' des Werkstücks
6 poliert. Wenn der Seitenabschnitt 81 der gewölbten Fläche von dem umlaufenden
elastischen Werkzeug 5 poliert wird, wird also das Werkstück 6 im Uhrzeigersinn
geneigt gehalten.
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Bei der automatischen Poliereinrichtung wird der Gleichstrommotor
80 so gesteuert, daß der Pegel des Ausgangssignals des Bewegungs-Erfassers 38 in
einem Bereich unterhalb des Pegels der Bezugsspannung EA bleibt. Diese Steuerart
eignet sich jedoch eher zum Polieren mit einer ein Universalgelenk aufweisenden
Polierscheibe als zum Polieren mit einem umlaufenden elastischen Polierwerkzeug
5, bei dem eine relativ geringe Abtragung erfolgt.
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Wenn also das umlaufende elastische Werkzeug 5 als Polierwerkzeug
benutzt wird, wird der Gleichstrommotor 80 so gesteuert, daß er den Ausgangssignalpegel
des Bewegungs-Erfassers 38 in einem Bereich zwischen den Bezugsspannungen EA und
EB (vgl.
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Fig. 13A) hält. Dadurch ist es möglich, daß das umlaufende elastische
Werkzeug 5 die gewölbte Fläche 79' unter hoher Abtragung mit kleinem Berührungsbereich
poliert.
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Wenn der Seitenabschnitt 82 der gewölbten Fläche von dem umlaufenden
elastischen Werkzeug 5 poliert wird, wird zu diesem Zweck das Werkstück 6 nach links
bzw. rechts gedreht, so wie vom Bewegungs-Erfasser 38 ein Wechselspannungssignal
mit einer die Bezugsspannung EB übersteigenden Spannungsspitze und ein Wechselspannungssignal
mit einer Spannungsspitze, die kleiner
als die Bezugsspannung EA
ist, abgeleitet werden. Infolgedessen wird der Pegel des Ausgangssignals des Bewegungs-Erfassers
38 im Bereich zwischen den Bezugsspannungen EA und EB gehalten.
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Das umlaufende elastische Polierwerkzeug 5 arbeitet solange mit hohem
Abtragungsgrad, wie der Pegel des Ausgangssignals des Bewegungs-Erfassers 38 auf
einem Wert zwischen den Bezugsspannungen EA und EB gehalten wird.
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Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Werkstück 6 dadurch
gedreht, daß der Drehtisch 77 mittels der Welle 78 gedreht wird. Somit ist es möglich,
die gleiche Steuerung auch in Y-Richtung durchzuführen, indem der Drehtisch 77 einen
zweiten Drehtisch trägt, der von einer zweiten Welle gedreht wird, die rechtwinklig
zur Welle 78 verläuft. Die Umlaufbewegung der zweiten Welle wird vom Schwenkmotor
62 bewirkt. Ferner sind dem Motor 62 zwei Grenzschalter zugeordnet, die den dem
Motor 60 zugeordneten Grenzschaltern 75, 76 gleichen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Werkstück 6 gedreht, während
der Polierkopf ortsfest gehalten wird. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich,
daß eine äquivalente Steuerung durchführbar ist, wenn der hin- und hergehende Polierkopf
gedreht und das Werkstück 6 ortsfest gehalten wird.
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Mit der Einrichtung ist es also möglich, ein profilierendes oder formgebendes
Polieren über die gesamte gewölbte Oberfläche durchzuführen, wobei die Drehbewegung
des Werkstücks oder des hin- und hergehenden Polierkopfs entsprechend den Erfassungsresultaten
bezüglich der Höhe der Polierposition auf der gewölbten Fläche und der Richtung
der Hin- und Herbewegung des Polierwerkzeugs während des Polierens der Oberfläche
automatisch gesteuert werden.
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Nach Fig. 11 ist auf einer Seitenfläche des Tischs 9 ein Anschlag
96 angeordnet. Ein Grenzschalter 97 ist am X-Richtungs-Tisch befestigt und wirkt
mit dem Anschlag 96 zusammen. Ferner
sind an der Halterung 81 Grenzschalter
99, 100 angeordnet, die mit einem Anschlag 98 zusammenwirken, der am Drehtisch 77
befestigt ist, und den Rotationswinkel des Drehtischs nach links und nach rechts
begrenzen. Die Drehrichtung des Werkstücks 6 wird durch Drücken einer Rückstelltaste
am Bedienungspult 1 bestimmt. Wenn der Anschlag 96 nach rechts bewegt wird, um den
Grenzschalter 97 einzuschalten, wird das Werkstück 6 nach links gedreht, bis der
winkelbegrenzende Grenzschalter 100 eingeschaltet wird. Daher wird die Drehbewegung
des Werkstücks 6 nach links beendet, und der linke Seitenabschnitt der konkav gewölbten
Fläche wird vom umlaufenden Werkzeug 5 poliert. Wenn dann der Grenzschalter durch
eine Linksverschiebung des Anschlags 96 eingeschaltet wird, wird das Werkstück 6
nach rechts gedreht, bis der den Rotationswinkel begrenzende Grenzschalter 99 eingeschaltet
wird.
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Wenn der Grenzschalter 99 eingeschaltet wird, wird die Drehbewegung
des Werkstücks 6 nach rechts unterbrochen, so daß das Werkzeug 5 den rechten Seitenabschnitt
der konkav gewölbten Fläche poliert.
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Somit ist es möglich, eine frei gewölbte Oberfläche mit symmetrischen
steilen Neigungen oder Gradienten mit einem ausreichend starken Kontaktdruck von
1-2 kg/cm² zu polieren, wodurch sich ein wesentlich verbesserter Polier-Wirkungsgrad
ergibt.
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Es wird nachstehend ein elastisches Polierwerkzeug erläutert, das
als Werkzeug 5 bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird und das eine lange Standzeit
hat, so daß ein Bediener die automatische Poliereinrichtung nicht ständig zu überwachen
braucht, wodurch der Polier-Wirkungsgrad beträchtlich erhöht wird.
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Nach Fig. 15 ist ein nichtgewebtes Material 101 bzw. Faservlies stangenförmig
ausgebildet, indem Fasermaterialien wie Nylonfäden unregelmäßig angeordnet und haftend
verbunden sind.
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Die zur Bildung dieses Faservlieses benutzten Nylonfäden haben eine
Dicke von z. B. 210-240 den. Das so gebildete Faservlies hat eine Wichte von 0,25
oder mehr und eine Gummihärte von 30-70 Duro. Eine Spindel 102 ist in das Faservlies
101 eingesetzt und kann z. B. an der Poliereinrichtung (z. B. einer selbstgeführten
Profiliereinrichtung) befestigt werden. Die Spindel 102 ist an dem Faservlies 101
mit einem Klebstoff befestigt. Da das durch die Nylonfäden gebildete Faservlies
101 eine Elastizität aufweist, die derjenigen von Gummi gleicht, kann das so ausgebildete
Werkzeug die gewölbte Oberfläche der Preßform unter Profilierung dieser Oberfläche
polieren, während sie damit in Flächenkontakt bleibt.
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Da ferner das Faservlies 101 mit unregelmäßig angeordneten Nylonfäden,
die ineinander verwirrt sind, ausgebildet ist, kann das Werkzeug sehr lang benutzt
werden, selbst wenn die die Werkzeugoberfläche bildenden Nylonfäden während des
Polierens unter Zufuhr freier Körner verschlissen werden oder brechen. Damit ist
die Lebensdauer dieses Werkzeugs praktisch semipermanent Das Faservlies 101 kann
leicht dadurch erzeugt werden, daß Nylonfäden zuerst in Form eines großen Blocks
verbunden und verfestigt und dann in einer Presse in Stücke gestanzt werden.
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Selbstverständlich brauchen nicht ausschließlich Nylonfäden verwendet
zu werden, sondern an ihrer Stelle sind verschiedene andere Werkstoffe verwendbar.
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Fig. 16 zeigt einen Poliervorgang unter Anwendung des Polierwerkzeugs
nach Fig. 15. Dabei bezeichnet 104 die Oberfläche des Faservlieses 101, also die
Polierfläche, und 105 bezeichnet die zu polierende Werkstückfläche. Körner sind
mit 106 bezeichnet. Um die Werkstückfläche 105 wirksam zu polieren, muß die Drehrichtung
des Werkzeugs (vgl. Pfeil 107) mit der Vorschubrichtung des Werkstücks (vgl. Pfeil
108) übereinstimmen, so daß die Körner 106 voti dem Werkzeug in Kontakt mit der
Oberfläche 105 gebracht werden können. Dieses Polierweise
wird
üblicherweise als Gleichlaufpolieren bezeichnet. Beim Gegenlaufpolieren wird das
Polierwerkzeug entgegengesetzt zur Vorschubrichtung gedreht, und die freien Körner
106 spritzen von der Oberfläche 105 ab, so daß die Oberfläche 105 nicht wirksam
durch Zusammenwirken des Werkzeugs 5 und der Körner 106 poliert werden kann.
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Fig. 17 veranschaulicht die Oberflächen-Rauhheit beim Gleichlaufpolieren
nach Fig. 16 mit dem Polierwerkzeug nach Fig. 15.
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Die Rauhtiefe der Oberfläche vor dem Bearbeiten beträgt 10/um.
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Die Polierbedingungen waren wie folgt: 1) Werkstoff des Werkstücks,
d. h. der Form: S50C 2) Werkzeugmaße: Durchmesser 15, Länge 15 3) Werkzeug-Drehzahl:
3000 U 1 4) Polierdruck: 1,1 kg 5) Korngröße der Körner: 15 ihm 6) Vorschubgeschwindigkeit
der Form (oder des Werkzeugs): 50 mm/min 7) Werkzeugzustellung: 1 mm.
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Nach dem Polieren war die Oberflächen-Rauhtiefe auf ca. 2 jim reduziert.
Auch wurde festgestellt, daß sich in Bezug auf die Standzeit des Werkzeugs keine
Probleme ergeben. In Fig. 17 bezeichnet 109 die Oberfläche des Werkstücks, d. h.
der Form, nach dem Polieren.
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Es wurde zwar versucht, die Oberflächengüte dadurch zu verbessern,
daß die Anzahl von Poliergängen erhöht wurde, mit dieser Maßnahme wurde jedoch keine
wesentliche Verbesserung der Oberflächengüte beobachtet. Dies ist darin begründet,
daß der Flor der die Werkzeugoberfläche bildenden Nylonfäden eine Affinität zu der
zu polierenden Fläche zeigt.
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Daher wurde ein Feinstpolieren im Gleichlaufverfahren unter Anwendung
eines Werkzeugs nach Fig. 18 durchgeführt, wobei das Werkzeug aus einem Gummikörper
111 und einem Faserkörper 112
bestand, der durch Aufeinanderlegen
von zwei Nylontuchbahnen mit 210 den gebildet ist; dabei wurden freie Körner zugeführt.
Nach Fig. 19 wurde die Oberfläche 110 der Form zu einer Spiegelfläche 113 mit einer
Rauhtiefe von 0,5 im Rmax feinstpoliert (vgl. Fig. 19).
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Da das Werkzeug nach Fig. 18 eine gleichmäßige Oberfläche hat, bewirkt
es eine gleichmäßige Bearbeitung der zu polierenden Oberfläche.
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Durch Anwendung eines Polierwerkzeugs, das in der erläuterten Weise
aus einem elastischen Faservlies gebildet ist, dessen Fasern unregelmäßig angeordnet
und miteinander verbunden sind, wobei in dem Faservlies eine Spindel festgelegt
ist, kann die Oberfläche auf eine Rauhtiefe von 2-3 pm R poliert werden, max ohne
daß das Werkzeug ausgetauscht werden muß. Die anschließende Feinstbearbeitung zu
einer Spiegelfläche mit einer Rauhtiefe von 1 pim Rmax wird durch Anwendung eines
Werkzeugs erzielt, das ein um einen Gummikörper gewickeltes Tuch aufweist.
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Somit ist es also möglich, die freie gewölbte Oberfläche einer Preßform
mit nur einem Werkzeugwechsel automatisch zu polieren.
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Infolgedessen wird die Arbeitszeit, während der ein Bediener sich
an der Poliereinrichtung aufhalten muß, stark vermindert, und infolgedessen wird
die Leistungsfähigkeit der Einrichtung und der Polierwirkungsgrad erhöht Zum Polieren
eines Werkstücks wie einer Preßform mit einer gewölbten Fläche starker Wölbun oder
einer Nut ist es erforderlich, eine profilierende Poliermaschine mit hin- und hergehendem
Werkzeug zu verwenden. Zu diesem Zweck wird (vgl.
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Fig. 20) ein Vorsatz für die Werkzeughin- und -herbewegung am unteren
Ende der Einheit 26 befestigt. Dieser Vorsatz 115 besteht aus einem Hauptteil 116,
der am unteren Ende des Motortragrahmens 30 durch Bolzen 121 gesichert ist, einer
mit dem unteren Ende der Welle 28 gekoppelten Welle 117, die im Hauptteil 116 angeordnet
ist, einer an der Welle 117
mit einer bestimmten Exzentrizität
befestigten Exzenterwelle 118, einer mit einem Ende an der Exzenterwelle 118 befestigten
Kurbel 119 und einem hin- und hergehenden Kolben 120, der an einem kugeligen Teil
des anderen Endes der Kurbel 119 drehbar angeordnet ist.
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Ein Polierwerkzeug 122 zum Polieren der Oberfläche eines Werkstücks
124 ist mit dem hin- und hergehenden Kolben 120 des Vorsatzes 115 über eine Spindel
123 verbunden. Um ein Drehen des Vorsatzes 115 in einer Horizontalebene zu verhindern,
hat der Vorsatz 115 insgesamt einen Winkel- oder Vieleckquerschnitt, und eine L-förmige
Führung 126 mit Federfunktion ist auf jeder der vier Seiten des Vorsatzes 115 angeordnet.
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Jede federnde Führung 126 ist mit Bolzen 127 an einem Befestigungsflansch
129 gesichert, der seinerseits an dem unteren Ende des Rahmens 27 mit Bolzen 128
gesichert ist.
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Durch Haltern des Vorsatzes 115 in der erläuterten Weise wird der
Vorsatz an einer Rotation in der durch die X- und die Y-Achse definierten Horizontalebene
gehindert, kann jedoch in Vertikalebenen, die durch die X- und Z-Achsen und die
Y- und Z-Achsen definiert sind, geschwenkt erden. Mit dieser Anordnung kann eine
gleichbleibende Hin- und Herbewegungs-Richtung relativ zum Werkstück sowie eine
gleichmäßige Verschiebung unterhalten werden, was in einer sehr guten selbstführenden
Profilierung resultiert. Zur Verminderung der Reibung kann der Abschnitt jeder federnden
Führung 126, der den Vorsatz kontaktiert, abgerundet oder mit Nadeln ausgebildet
sein.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 21 und 22 wird eine Poliereinrichtung
erläutert, die ein elastisches Polierwerkzeug 5 aus Faservlies verwendet, wobei
eine stetige Zufuhr einer Polierflüssigkeit 140 stattfindet, die durch Vermischen
von Körnern mit einem Polieröl hergestellt wird; die Flüssigkeit wird einem Bereich
in der Umgebung des Werkzeugs 5 zugeführt. Die Zufuhr der Polierflüssigkeit 140
erfolgt zu einem solchen Bereich,
daß die Flüssigkeit wirksam in
Kontakt mit der zu polierenden Oberfläche 143 gebracht wird, d. h. zu einem Bereich
vor dem Werkzeug 5 (gesehen in Bewegungsrichtung des Werkzeugs 5).
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Am Ende des Motortragrahmens 30 ist eine Halterung 130 befestigt.
Ein Spindelhalter 132 haltert eine Spindel 134, die drehbar in einem Lager 135 angeordnet
ist. Die Spindel 134 steht mit der Welle 28 durch eine elastische Kupplung 131 in
Wirkverbindung. Am unteren Ende der Spindel 134 ist ein elastisches Werkzeug 5 aus
Faservlies befestigt. Am Halter 132 ist ein weiteres Halteelement 135 befestigt,
und ein Drehhalter 137 ist an der Innenseite eines Lagers 136 angeordnet. An einem
unteren Teil des Drehhalters 137 ist eine Platte 138 befestigt, auf der ein Polierflüssigkeits-Behälter
139 angeordnet ist, der mit einer durch Vermischen von Körnern und Polieröl hergestellten
Polierflüssigkeit 140 gefüllt ist.
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Eine Polierflüssigkeits-Zufuhrdüse 142, die aus einem Werkstoff, 2.
B. Nylon, besteht, das die polierte Fläche bei Kontakt mit dieser nicht beschädigen
würde, verläuft vom Boden des Behälters 139 durch eine Führung 141 in Kontakt mit
der Umfangsfläche des elastischen Faservlies-Werkzeugs 5.
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Wenn das Werkzeug 5 umläuft, wird die Düse aufgrund einer Reibung
zwischen Düse und Werkzeug in Drehrichtung des Werkzeugs 5 beaufschlagt (vgl. Pfeil).
Infolgedessen werden der Polierflüssigkeits-Behälter 139, die Platte 138 und der
Drehhalter 137 als eine Einheit um die Achse des Werkzeugs 5 drehbeaufschlagt.
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Zum Polieren der konischen Fläche 146 des Werkstücks, wobei das Werkzeug
in Richtung des Pfeils 144 vorgeschoben wird, wird daher die Polierflüssigkeit 140
der Werkzeugvorderseite (gesehen in Vorschubrichtung) ständig zugeführt. Infolgedessen
wird die Polierflüssigkeit vom Werkzeug 5 wirksam mitgenommen und gelangt zwischen
das Polierwerkzeug 5 und die zu polierende Fläche.
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Infolgedessen wird der Verschleiß des Polierwerkzeugs 5 stark vermindert,
und die Polierleistung kann bis auf das Zehnfache der Polierleistung erhöht werden,
die beim Polieren nur mit dem Werkzeug 5 ohne die Polierflüssigkeit erzielt wird.
Damit ist es möglich, selbst sehr grobe oder rauhe Oberflächen automatisch mit hohem
Wirkungsgrad zu feinen und gleichmäßig glatten Oberflächen zu polieren.
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L e e r s e i t e