DE69935216T2

DE69935216T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von gekrümmten Oberflächen

Info

Publication number: DE69935216T2
Application number: DE69935216T
Authority: DE
Inventors: Katsura Yanagisawa; Tsugihiko Musha; Hisato Kobayashi; Gen Sasaki; Koichi Takemoto
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-31
Also published as: EP1078714A2; DE69935216D1; US20020022437A1; US20030017789A1; US6752699B2; EP1078714B1; JP2001062633A; EP1078714A3; SG97138A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4. Ein Beispiel für solch eine Vorrichtung und solch ein Verfahren wird in der JP 7 222 761 A offenbart.
Eine Arbeitsvorrichtung zur Durchführung von Präzisionsschleifen an einer kugelförmigen Fläche, wie zum Beispiel einem Stangenende eines Kugelgelenks, wird in 4 gezeigt. Eine Konfiguration eines Schleifsteins 1 ist insgesamt zylindrisch, und an ihrem inneren Ende des Zylinderteils ist durch Durchführung einer Abfasung eine konische Schleiffläche 1a mit einer gegebenen Breite (im Folgenden als „Topfschleifstein" bezeichnet) ausgebildet. Der Durchmesser des Topfschleifsteins 1 und der Neigungswinkel der konischen Schleiffläche werden gemäß der Konfiguration eines Werkstücks W ausgewählt.
Und der Topfschleifstein 1 ist in der sich in Richtung eines Pfeils A drehenden Antriebswelle 2 (im Folgenden als „die erste Antriebswelle" bezeichnet) installiert, und die Schleiffläche 1A wird zur Drehung in Umfangsrichtung angetrieben. Des Weiteren ist er mit einem nicht gezeigten Verschiebungsmittel versehen, das in einem Zustand, in dem die Antriebswelle 2 zur Drehung angetrieben wird, die Schleiffläche 1a in Richtung B verschiebt.
Das Werkstück W, als eine zu bearbeitende Fläche Wa, weist eine kugelförmige Fläche auf, die eine Schleif-Endbearbeitung erfahren soll. Des Weiteren weist das Werkstück W ein Durchgangsloch auf, das mit einer Antriebswelle 3 (im Folgenden als „die zweite Antriebswelle" bezeichnet) verbunden und daran befestigt ist, die um eine senkrecht zur ersten Welle 2 in Richtung von Pfeil C verlaufende Achse gedreht wird.
Und in einem Zustand, in dem der Topfschleifstein 1 in Richtung von Pfeil A und das Werkstück W in Richtung von Pfeil C in Drehung versetzt ist, wird der Topfschleifstein 1 dem Werkstück W angenähert. Dann stößt die Gesamtfläche (der Umfang) der Schleiffläche 1a an die Fläche Wa, bei der es sich um die Schleiffläche des Werkstücks handelt, und erzeugt eine dreidimensionale relative Verschiebung zwischen der Schleiffläche 1a des Schleifsteins 1 und der zu schleifenden Fläche Wa des Werkstücks W. Solch eine dreidimensionale relative Verschiebung gewährleistet eine hochgenaue Rundheit oder Oberflächenrauhigkeit.
Weiterhin ist es in den Fällen, in denen das Schleifen nicht nur durch einen Topfschleifstein 1, sondern auch durch einen weiteren Schleifstein erfolgt, erforderlich, die Schleiffläche des Werkstücks nach einem bestimmten Bearbeitungszeitraum abzurichten. Der Grund dafür ist, dass durch die Schleifsteinkörner abgeschliffene feine Teilchen sowie die vom Schleifstein abgeschälten Schleifsteinkörner die Schleiffläche zusetzen. Solch ein Zusetzen wird um so ausgeprägter, je feiner die Schleifsteinkörner sind, wodurch ein Feinstschleifen schwierig wird.
Um das obige Problem zu lösen, wird in den Offenlegungsschriften Nr. Hei 1-188266 und Hei 7-1333 usw. ein Abrichtungsverfahren offenbart, bei dem der Schleifbearbeitungs- und der Abrichtungsprozess gleichzeitig durchgeführt werden. Solch ein Abrichtungsverfahren wird anhand von 5 erläutert. Der verwendete Schleifstein 4 enthält ein leitendes Material. Des Weiteren sind Elektroden 5 einander gegenüber an der Schleiffläche 4a des Schleifsteins 4 angeordnet. Weiterhin ist in der Nähe eine Düse 6 zum Beaufschlagen der Schleiffläche 4a mit einem leitenden Kühlmittel zwischen den Elektroden angeordnet. Und am Schleifstein 4 ist eine elektrische Versorgungseinrichtung 7 zur Versorgung des Schleifsteins 4 mit Elektrizität vorgesehen, die mit einer nicht gezeigten Elektrizitätsquelle verbunden ist.
Beim Schleifen einer Fläche Wa' eines Werkstücks W' durch Drehen des Schleifsteins 4 in Richtung von Pfeil D wird nun von der Düse 6 der Schleiffläche 4a und dem Schleifteil der Elektroden 5 das leitende Kühlmittel zugeführt, und Elektrizität wird durch die Elektroden 5 und die elektrische Versorgungseinrichtung 7 zugeführt, dann wird zwischen der Schleiffläche 4a und dem Kühlmittel eine Spannung angelegt, um eine elektrolytische Wirkung zu erzeugen. Aufgrund dieser elektrolytischen Wirkung wird das leitende Material auf der Schleiffläche 4a in dem leitenden Kühlmittel aufgelöst, wodurch das Zusetzen der Schleiffläche 4a gelöst wird.
Bei Anwendung des obigen Abrichtungsverfahrens auf die in 4 gezeigte kugelförmige Fläche könnten jedoch die Elektroden zum Anlegen der Spannung an die Schleiffläche 1a nicht vorgesehen werden, da die ganze Schleiffläche 1a des Topfschleifsteins 1 an die zu bearbeitende Fläche Wa anstößt, und bei Bearbeitung der in 4 gezeigten kugelförmigen Fläche könnte keine Im-Prozess-Abrichtung (ein weiterer Prozess innerhalb eines anderen Prozesses) durchgeführt werden, was zu dem Nachteil führt, dass eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit nicht erhalten werden könnte, obgleich die Korngröße des Schleifsteins groß ist.
Des Weiteren ist in den Fällen, in denen nicht nur die Bearbeitung einer kugelförmigen Fläche, wie in 4 gezeigt, sondern auch das Schleifen einer gekrümmten Fläche aufgrund der Erzeugung einer dreidimensionalen relativen Verschiebung zwischen der Schleiffläche des Schleifsteins und der zu schleifenden Fläche durchgeführt wird, eine Anordnung für eine komplizierte Flächenkonfiguration, der dadurch gefolgt wird, dass eine Elektrode der Verschiebung eines Schleifsteins folgt, schwierig gewesen.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts des obigen Problems und zielt daraufhin ab, eine kugelförmige Fläche mit einem gegebenen Radius oder eine konkave Fläche eines Werkstücks, wie zum Beispiel eine Lagernut, mit einer hochgenauen Rundheit oder einer gekrümmten Fläche zu versehen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren die Merkmale von Anspruch 1 auf.
Des weiteren weist eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Merkmale von Anspruch 4 auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine allgemeine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bearbeitung einer kugelförmigen Fläche gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Bearbeitung der kugelförmigen Fläche.
3 ist eine allgemeine Draufsicht, die einen Fall zeigt, in dem die Vorrichtung zur Bearbeitung der kugelförmigen Fläche gemäß der Ausführungsform eine Schwenkfunktion besitzt.
4 ist eine allgemeine Draufsicht, die eine Bearbeitungsvorrichtung zeigt, die ein Präzisionspolieren solch einer kugelförmigen Fläche wie ein Stangenende eines herkömmliches Kugelgelenks durchführt.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung zeigt, die den Abrichtungsprozess gleichzeitig mit der herkömmlichen Schleifbearbeitung durchführt.
Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grundlage der angehängten Zeichnungen erläutert. Bezugszeichen, die mit den Teilen der herkömmlichen Technik identisch sind oder diese betreffen, entsprechen den gleichen Bezugszeichen, und ihre Erläuterungen werden weggelassen.
1 zeigt eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung einer kugelförmigen Fläche gemäß der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren ist 2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Bearbeitung der kugelförmigen Fläche. Der Topfschleifstein 1 ist zur Drehung in Richtung von Pfeil A auf einer ersten Antriebswelle 2 installiert, und seine Schleiffläche 1a wird zur Drehung in Umfangsrichtung angetrieben. Weiterhin ist ein nicht gezeigtes Verschiebungsmittel zur Verschiebung der Drehwelle 2 in Richtung B in dem Zustand, in dem die Drehwelle 2 in Drehung versetzt ist, vorgesehen. Das Werkstück W weist eine nicht endbearbeitete kugelförmige Fläche auf, die als eine zu bearbeitende Fläche Wa durch Polieren endbearbeitet werden soll, und wird durch die zweite Antriebswelle 3 auf der senkrecht zur ersten Welle 2 verlaufenden Welle in Richtung C gedreht. Bei dem Topfschleifstein 1 handelt es sich nunmehr um einen leitenden gusseisernen Faserbond-Diamantschleifstein, und das Werkstück W ist aus einem leitenden Material, wie zum Beispiel Kohlenstoff stahl, hergestellt. Des Weiteren bestehen sowohl die erste Antriebswelle 2 als auch die zweite Antriebswelle 3 aus einem leitenden Material.
Und sowohl die erste Antriebswelle 2 als auch die zweite Antriebswelle 3 sind mit elektrischen Versorgungseinrichtungen 8, 9, wie zum Beispiel eine Metallbürste, versehen, und zwischen der Schleiffläche 1a des Topfschleifsteins 1 und der Fläche Wa des leitenden Werkstücks, das um den Bereich herum, in dem die Schleiffläche 1a und die zu schleifende Fläche Wa in Kontakt kommen, geschliffen werden soll, ist eine Düse 10 als eine Einrichtung zur Zuführung von leitendem Kühlmittel angeordnet.
In dem Zustand, in dem der Topfschleifstein 1 in Richtung von Pfeil A und das Werkstück W in Richtung von Pfeil C gedreht werden, wird der Topfschleifstein dem Werkstück angenähert, die ganze Schleiffläche 1a stößt an die zu schleifende Fläche Wa des Werkstücks W, um die dreidimensionale relative Verschiebung zwischen der Schleiffläche 1a des Topfschleifsteins 1 und der zu schleifenden Fläche Wa des Werkstücks W zu erzeugen und so eine hochgenaue Rundheit oder Oberflächenrauhigkeit zu erhalten.
Beim Schleifen wird weiterhin durch Zuführung des leitenden Kühlmittels von der Düse 10 zwischen die Schleiffläche 1a des Topfschleifsteins 1 und die zu schleifende Fläche Wa des Werkstücks W und Anlegen der Elektrizität an die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle 3 zwischen der Schleiffläche 1a des Topfschleifsteins 1 und der zu schleifenden Fläche Wa des Werkstücks W eine Spannung angelegt, und durch Elektrolyse wird das leitende Material auf der Fläche des Schleifsteins im leitenden Kühlmittel aufgelöst, was dazu führt, dass das Zusetzen der Schleiffläche 1a gelöst wird.
Die Funktionsweise und Wirkung der vorliegenden Erfindung sind wie folgt: Da ohne Verwendung einer unabhängigen Elektrode zur Paarung mit dem Topfschleifstein 1 zwischen dem Topfschleifstein 1 und der zu schleifenden Fläche des Werkstücks W Elektrizität zugeführt wird, wird es zunächst möglich, an den Topfschleifstein 1 eine Spannung anzulegen. Demgemäß wird dann, wenn, wie bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, auch die ganze Schleiffläche 1a an die zu schleifende Fläche Wa des Werkstücks W anstößt, der Schleifstein-Abrichtungs-In-Prozess möglich, und es wird unter Verwendung eines Schleifsteins mit ziemlich großer Korngröße eine Feinstkugelendbearbeitung möglich. Herkömmlicherweise bewirkt selbst ein Schleifstein mit einer Korngröße Nr. 2000 ein Zusetzen, und es war unmöglich gewesen, die Oberflächenrauhigkeit weiter zu verbessern, als die durch einen Schleifstein mit solch einer Korngröße erhaltene. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verursacht jedoch selbst ein Schleifstein Nr. 300 000 kein Zusetzen, wodurch eine ziemlich genaue Bearbeitung ermöglicht wird.
Wenn ein Schwenkmittel um einen Kreuzungspunkt P der Achse der ersten Antriebswelle 2 mit der Achse der zweiten Antriebswelle 3 vorgesehen ist, um entweder die ersten Antriebswelle 2 oder die zweite Antriebswelle 3 oder beide miteinander in Richtung von Pfeil E, F zu schwenken, kann weiterhin, wie in 3 gezeigt, selbst bei Verwendung eines kleineren Topfschleifsteins 1' gemeinsam mit dem Werkstück W die ganze zu bearbeitende Fläche Wa des Werkstücks W feinstbearbeitet werden. Dies ist auf die Erzeugung solch eines gegenseitigen Schwenkens zwischen der ersten Antriebswelle 2 und der zweiten Antriebswelle 3 ohne Änderung des Kontaktierungszustands zwischen der Schleiffläche 1a' und der zu schleifenden Fläche Wa zurückzuführen, wobei die Schleiffläche 1a' insgesamt die kugelförmige Fläche so verschiebt, dass die Schleiffläche 1a die zu schleifende Fläche Wa streicht. Ebenso ist es möglich, ein Werkstück mit noch größerem Durchmesser (nicht gezeigt) zu schleifen und die gegenseitige Größe zwischen dem Topfschleifstein und dem Werkstück frei zu wählen.
Die vorliegende Erfindung kann nunmehr nicht nur in dem Fall angewendet werden, in dem eine Präzisionsschleifung an einer kugelförmigen Fläche, wie bei der obigen Ausführungsform gezeigt, wie zum Beispiel am Stangenende eines Kugelgelenks, durchgeführt wird, sondern auch in dem Fall, in dem das Schleifen durch eine Kombination aus einem vergleichsweise kleinen Schleifstein und einem Werkstück durchgeführt wird, wie zum Beispiel wenn Schleifen an einem Werkstück mit einer gekrümmten oder konkaven Fläche, wie zum Beispiel einer Lagernut, durchgeführt wird. Da auch in solch einem Beispiel die Paarung einer unabhängigen Elektrode mit dem Schleifstein unnötig wird, wenn das Schleifen einer gekrümmten Fläche durch Erzeugen einer dreidimensionalen relativen Durchbiegung zwischen der Schleiffläche des Schleifsteins und der zu schleifenden Fläche des Werkstücks durchgeführt wird, muss keine Gegenmaßnahme getroffen werden, damit eine Elektrode der Schleifsteinverschiebung folgt, und komplizierte Oberflächenkonfigurationen können leicht bewältigt werden.
Aufgrund der obigen Konfiguration kann die vorliegende Erfindung die folgenden Auswirkungen erwarten. Zunächst wird das Werkstück, das eine kugelförmige Fläche mit einem gegebenen Radius und eine gekrümmte und konkave Fläche, wie zum Beispiel eine Lagernut, aufweist, eine präzisere Rundheit oder verbesserte Oberflächenrundheit erhalten.
Des Weiteren wird es durch die Art und Weise, wie bei Durchführung des Schleifens der gekrümmten Fläche einer kugelförmigen Fläche mit einem gegebenen Radius und einem Werkstück mit einer gekrümmten und konkaven Fläche, wie zum Beispiel einer Lagernut, auch die ganze Schleiffläche des leitenden Schleifsteins an die zu schleifende Fläche des leitenden Werkstücks anstößt, möglich, eine hochgenaue Rundheit oder Oberflächenrauhigkeit zu erhalten.
Des Weiteren wird bei Durchführung des Schleifens der kugelförmigen Fläche mit einem gegebenen Radius und einem Werkstück mit einer gekrümmten und konkaven Fläche, wie zum Beispiel einer Lagernut, in Abhängigkeit von dem Werkstück eine hochgenaue Rundheit oder eine verbesserte. Oberflächenrauhigkeit erhalten, da der Schleifstein in einem In-Prozess abgerichtet und ein Schleifstein mit einer ziemlich großen Korngröße verwendet werden kann.
Des Weiteren erfolgt die dreidimensionale relative Durchbiegung zwischen der konischen Schleiffläche und der zu bearbeitenden Fläche des leitenden Werkstücks und kann dem leitenden Werkstück eine kugelförmige Fläche mit einer hochgenauen Rundheit und einer verbesserten Oberflächenrauhigkeit verleihen.
Des Weiteren kann die gegenseitige Größe des leitenden Schleifsteins und des leitenden Werkstücks frei gewählt werden.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung einer gekrümmten Fläche, das Folgendes umfasst: – Schleifen einer gekrümmten Fläche (Wa) eines leitenden Werkstücks (W), indem eine Schleiffläche (1a) eines leitenden Schleifsteins (1) ganz an die zu schleifende Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W) anstößt, während eine dreidimensionale relative Durchbiegung zwischen dem leitenden Schleifstein (1) und dem leitenden Werkstück (W) erzeugt wird; – Anlegen einer Spannung zwischen dem leitenden Schleifstein (1) und dem leitenden Werkstück. (W), während einem Schleifteil zwischen dem leitenden Schleifstein (1) und dem leitenden Werkstück (W) ein leitendes Kühlmittel zugeführt wird; und – Durchführen des Schleifens unter Abrichtung des leitenden Schleifsteins (1) durch Elektrolyse; dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifstein (1) ein Topfschleifstein ist und dass die Schleiffläche (1a) kleiner als die zu schleifende Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W) ist; und dass die Schleiffläche (1a) auf der zu schleifenden Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W) durch Schwenken entweder einer zum Antrieb der Schleiffläche (1a) vorgesehenen ersten Welle (2) und einer zum Drehen des leitenden Werkstücks (W) vorgesehenen zweiten Welle (3) oder beider miteinander durch ein Schwenkmittel verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Schwenken der ersten und/oder zweiten Antriebswelle (2, 3) um einen Kreuzungspunkt (P) einer Achse der ersten Antriebswelle (2) mit einer Achse der zweiten Antriebswelle (3) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 2, bei dem die Schleiffläche (1a) des leitenden Schleifsteins (1) kegelförmig ist.
Vorrichtung zur Bearbeitung einer gekrümmten Fläche, die Folgendes umfasst: – ein Antriebsmittel zur Erzeugung einer dreidimensionalen Durchbiegung zwischen einer Schleiffläche (1a) eines leitenden Schleifsteins (1) und einer zu schleifenden Fläche (Wa) eines leitenden Werkstücks (W), – wobei das Antriebsmittel eine zum Antrieb der Schleiffläche (1a) des leitenden Schleifsteins (1) vorgesehene erste Welle (2) und eine zur Drehung des leitenden Werkstücks (W) vorgesehene zweite Welle (3) umfassen – ein Zuführungsmittel (10) zur Zuführung eines leitenden Kühlmittels zwischen die Schleiffläche (1a) des Schleifsteins (1) und die zu schleifende Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W), – elektrische Versorgungsmittel (8, 9) zum Anlegen einer Spannung an den leitenden Schleifstein (1) und an das leitende Werkstück (W), dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifstein (1) ein Topfschleifstein ist und dass die Schleiffläche (1a) kleiner als die zu schleifende Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W) ist; Schwenkmittel zum Schwenken der ersten Welle (2) oder der zweiten Welle (3) oder beider miteinander zum Verschieben der Schleiffläche auf der zu schleifenden Fläche (Wa) des leitenden Werkstücks (W) vorgesehen sind.
Vorrichtung zum Bearbeiten einer gekrümmten Fläche nach Anspruch 4, bei der die Schleiffläche (1a) des leitenden Schleifsteins (1) kegelförmig ist.
Vorrichtung zum Bearbeiten einer gekrümmten Fläche nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei der die erste Antriebswelle (2) die Schleiffläche (1a) des leitenden Schleifsteins (1) in Umfangsrichtung antreibt und die zweite Antriebswelle (3) das leitende Werkstück (W) um eine die erste Welle (2) senkrecht kreuzende Achse dreht.
Vorrichtung zum Bearbeiten einer gekrümmten Fläche nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die Antriebsmittel ein Durchbiegungsmittel umfassen, damit die erste Welle und die zweite Welle (2, 3) sich annähern und voneinander getrennt sind.
Vorrichtung zum Bearbeiten einer gekrümmten Fläche nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Schwenkmittel die erste und/oder zweite Antriebswelle (2, 3) um einen Kreuzungspunkt (P) einer Achse der ersten Antriebswelle (2) mit einer Achse der zweiten Antriebswelle (3) schwenken können.