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Dokumentenidentifikation DE3340577C2 28.10.1993
Titel Maschine zum Schleifen oder Polieren einer Innenoberfläche eines hohlzylindrischen Werkstücks
Anmelder The Perkin-Elmer Corp., Norwalk, Conn., US
Erfinder Jones, Robert A., Ridgefield, Conn., US
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 09.11.1983
DE-Aktenzeichen 3340577
Offenlegungstag 17.05.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.10.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.10.1993
IPC-Hauptklasse B24B 13/015
IPC-Nebenklasse B24B 5/40   B24B 29/08   B24B 33/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Schleifen oder Polieren einer Innenoberfläche eines hohlzylindrischen Werkstücks, insbesondere von Spiegeln für Röntgenstrahlteleskope, mit einer Halterungseinrichtung für das Werkstück, einer ersten Antriebseinrichtung zum Drehen des Werkstücks um seine Zylinderachse, einem in das Werkstück hineinragenden, ein Schleif- oder Polierwerkzeug aufweisenden Arm, einer zweiten Antriebseinrichtung zum Bewegen des Arms in einer Richtung parallel zu der Zylinderachse und einer Einrichtung zum Erzeugen einer Schleif- oder Polierbewegung des Werkzeugs die der vom Arm ausgeführten Bewegung parallel zu der Zylinderachse überlagert ist.

Das Zylinderschleifen oder -polieren erforderte bisher Einrichtungen zum Drehen des zylindrischen Werkstücks um seine Längsachse. Während das Werkstück gedreht wird, wird als Schleif- oder Polierwerkzeug ein Klotz, der überlicherweise an einem Arm angebracht ist, so angeordnet, daß er in Berührung mit der Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks steht. Eine Schleif- bzw. Polieremulsion an der Oberfläche bewirkt, daß diese entweder geschliffen oder poliert wird, wenn das Werkstück gedreht wird.

Die oben beschriebene Poliereinrichtung wird so betätigt, daß der Klotz gegen einen Abschnitt der Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks angedrückt wird. Wenn das Werkstück um seine Längsachse gedreht wird, dann wird nur jener Abschnitt der Oberfläche, der mit dem Klotz in Berührung steht, poliert oder geschliffen, und zwar in Abhängigkeit von der Emulsion, die zu diesem Zeitpunkt verwendet wird. Nach einer bestimmten Zeit wird der Klotz umgesetzt, so daß er einen anderen Bereich der zylindrischen Oberfläche berührt. Das Betreiben der Zylinderpoliereinrichtung auf diese Weise erzeugt allerdings Riefen auf der Werkstückoberfläche, die dadurch verursacht wurden, daß die polierten oder geschliffenen Flächen beim Umsetzen der Stellung des Klotzes von einer auf die nächste sich entweder überdecken oder gar nicht überlappen. Um das Problem der Riefen zu überwinden, die durch den Betrieb der Poliereinrichtung in der oben beschriebenen Weise erzeugt wurden, kann der Klotz ständig in einer Richtung parallel zur zylindrischen Werkstückachse hin- und herbewegt werden. Dieser Versuch führt, obwohl er in weitem Umfang das Problem der Erzeugung von Riefen an der zylindrischen Oberfläche ausräumt, jedoch nicht ohne weiteres von selbst zu genauem Schleifen und Polieren der Oberfläche.

Eine Vorrichtung zum Schleifen zylindrischer Werkstücke, welche die eingangs erwähnten Merkmale aufweist, ist aus der US-PS 2, 354,347 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist einer Vor- und Rückwärtsbewegung des Armes mit einem an seinem freien Ende befestigten Schleifwerkzeug, durch die das Schleifwerkzeug über die Länge der Innenwand eines zylindrischen Werkstücks axial führbar ist, eine schleifwirksame Hin- und Herbewegung des Schleifwerkzeuges bei kürzerem Hub in axialer Richtung überlagert. Die vergleichsweise langsamere Verschiebung des Armes mit dem Schleifwerkzeug längs der Achse des sich drehenden zylindrischen Werkstücks ist zur Anpassung an unterschiedliche Werkstücke einstellbar.

Aus der DE 30 04 386 A1 ist es ferner bekannt, die Oberfläche von zu verarbeitenden optischen Werkstücken, wie Spiegeln von Teleskopen, hinsichtlich ihrer Oberflächengestalt vor der Bearbeitung zu vermessen und die Bearbeitung dann entsprechend den ermittelten Meßwerten mit Hilfe einer elektronischen Recheneinrichtung zu steuern, wobei Bearbeitungsparameter, wie die Vorschubgeschwindigkeit oder der Schleifdruck des Schleifwerkzeugs, entsprechend variiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der das zu bearbeitende Werkstück automatisch bereichsweise entsprechend vor der Werkstückbearbeitung für die betreffenden Bereiche ermittelter Abtragungsausmaße bearbeitet werden kann.

Die diese Aufgabe lösende Maschine nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mit der ersten und zweiten Antriebseinrichtung verbundene Steuereinrichtung, welche umfaßt: eine erste Meßeinrichtung zum Messen der Drehposition des durch die erste Antriebseinrichtung gedrehten Werkstücks relativ zu der Halterungseinrichtung, eine zweite Meßeinrichtung zum Messen der Längsposition des durch die zweite Antriebseinrichtung bewegten Arms in Achsrichtung des Werkstücks, eine Speichereinrichtung zum Speichern von Sollwerten für die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und die durch die zweite Antriebseinrichtung dem Arm in Richtung der Längsachse zu vermittelnden Geschwindigkeit, die in Abhängigkeit von gewünschten Abtragswerten an der Werkstückoberfläche jeweils einer Dreh- und Längsposition zugeordnet sind, und eine Einrichtung zum Einstellen der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und der Geschwindigkeit des Arms in Richtung der Längsachse an den gemessenen Dreh- und Längspositionen entsprechend den gespeicherten Sollwerten.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung kann die Verweilzeit des zusätzlich zu den gesteuerten Bewegungen eine oszillierende Schleif- oder Polierbewegung ausführenden Werkzeugs in den verschiedenen Bereichen der abzutragenden Zylinderinnenfläche und damit das Ausmaß der Abtragung entsprechend vorbestimmten gewünschten Werten automatisch gesteuert werden.

Die vorliegende Polier-/Schleifmaschine für Zylinder teilt dem Werkzeug drei Bewegungen mit, von welchen zwei in erster Linie verwendet werden, um das Werkzeug zu positionieren, während die dritte Bewegung hauptsächlich für die Oberflächenabtragung maßgebend ist. Ein allgemein rechteckförmiger Klotz als Schleif- oder Polierwerkzeug mit einer Länge von nicht mehr als einem Viertel der Werkstücklänge wird in Berührung mit der gerade polierten bzw. geschliffenen Oberfläche gebracht. Der Klotz wird um einen Mittelpunkt in einem entweder kreisförmigen oder elliptischen Weg mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit von bis zu 165 Umläufen pro Minute gedreht. Diese Bewegung des Klotzes steuert das Maß der Oberflächenabtragung.

Die Lage des Drehmittelpunktes des Klotzes wird auf zweierlei Weise bezüglich der zylindrischen Oberfläche bewegt, die gerade poliert oder geschliffen wird. Als erstes wird der Klotz-Drehungsmittelpunkt schrittweise bzw. allmählich in einer Richtung parallel zur Längsachse des Zylinders hin- und herbewegt. Gleichzeitig wird das zylindrische Werkstück um seine Längsachse gedreht. Dementsprechend beschreibt der Klotz-Drehmittelpunkt die Bahn einer Wendel an der zylindrischen Innenoberfläche des Werkstücks. Die Geschwindigkeit, die für die Hin- und Herbewegung bestimmt ist, sowie jene Geschwindigkeit, mit welcher der Zylinder um seine Längsachse gedreht wird, werden durch einen Geschwindigkeits-Steuercomputer gemäß einer vorbestimmten Gruppe von Parametern gesteuert.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben und in welchen

Fig. 1 ein typisches Werkstück und die Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück darstellt,

Fig. 2 eine Zylinder-Poliermaschine des durch die vorliegende Erfindung gekennzeichneten Typs darstellt,

Fig. 3 eine bevorzugte Vorgehensweise zum Abstützen und Drehen des zylindrischen Werkstücks sowie eine Einrichtung zum Feststellen der Drehlage des Werkstücks darstellt,

Fig. 4 eine Ansicht des Mechanismus zum Bewegen des Werkzeugs entweder in einer elliptischen oder einer kreisförmigen Bahn darstellt,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Einrichtung in Fig. 4 ist,

Fig. 6 die Vorgehensweise darstellt, wie das Werkzeug gegen die gerade zu schleifende oder zu polierende Oberfläche angedrückt wird, und

Fig. 7 die elektrischen Steuereinrichtungen für die erfindungsgemäße Schleif-/Poliermaschine darstellt.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen; ein zylindrisches Werkstück 10 ist dargestellt, dessen Dreh- bzw. Zylinderachse 12 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist. Das Werkstück 10 ist typischerweise aus einem optischen Glas oder einem anderen geeigneten Material hergestellt, welches es gestattet, daß die Innenfläche des zylindrischen Werkstücks 10 entweder geschliffen oder poliert wird, um die gewünschte Form jener Oberfläche zu erzielen, auf welche später eine reflektierende Schicht aufgebracht werden soll. Wenn die gewünschte Form und die reflektierende Schicht hergestellt wurden, dann kann das Werkstück 10 beispielsweise in Röntgenstrahlteleskopen oder in anderen optischen Anordnungen verwendet werden. In solchen Verwendungsfällen wird die Innenoberfläche des Werkstücks 10 in jedem ebenen Schnitt, der durch das Werkstück 10 in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 12 vorgenommen wird, die Form eines Kreises aufweisen. Allerdings wird der Durchmesser eines jeden kreisförmigen Schnittes in Abhängigkeit von der Längsposition des Schnittes selbst variieren. Dementsprechend kann die Form der Innenoberfläche des Werkstücks 10 in einer Richtung parallel zur Drehachse 12 tatsächlich die einer Parabel oder irgendeiner anderen, gewünschten Form sein, sei sie nun gekrümmt oder eine gerade Linie.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist das Werkstück 10 typischerweise so angebracht, daß seine Drehachse 12 horizontal angeordnet ist und das Werkstück 10 veranlaßt wird, sich um seine Drehachse 12 zu drehen. Diese Drehbewegung des Werkstücks 10 ist eine der drei Bewegungen des Werkstücks 10 relativ zu einem als Schleif- oder Polierwerkzeug 14 verwendeten Klotz, der gegen die Innenoberfläche des Werkstücks 10 angedrückt wird. Der Klotz 14 ist aus einem herkömmlichen Material hergestellt, welches während des Schleifens oder Polierens mit der Form der Innenoberfläche des Werkstücks 10 übereinstimmt, wenn er relativ zum Werkstück 10 bewegt wird. Beim Schleifen kann ein Keramikklotz 14 verwendet werden, während während des Polierens am häufigsten ein Pechklotz verwendet wird.

Der Klotz 14 ist an einem beweglichen Arm 16 angebracht. Der bewegliche Arm 16 ist so aufgebaut, daß er sich langsam hin- und herbewegt, wobei er den Klotz 14 veranlaßt, sich in einer Richtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, die allgemein durch den Doppelpfeil 18bezeichnet ist. Dies ermöglicht es dem Klotz 14, in Berührung mit der genannten Innenoberfläche des Werkstücks 10 zu gelangen, wenn der Klotz 14 dieses von einem Ende des zylindrischen Werkstücks 10 zum anderen durchquert, während das Werkstück 10 seinerseits um seine Drehachse 12 gedreht wird. Dementsprechend beschreibt der Berührungspunkt zwischen der Mitte des Klotzes 14 und der Innenfläche des Werkstücks 10 eine wendelförmige Kurve an der Innenoberfläche des Werkstücks 10. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen beiden Bewegungsformen des Klotzes 14 relativ zum Werkstück 10 wird der Klotz 14 auch noch um die vertikale Achse gedreht, die durch die gestrichelte Linie 20 bezeichnet ist und durch die Mitte des Klotzträgers 24 hindurchläuft, der am äußersten Ende des Armes 16 angeordnet ist. Die Bewegung des Klotzes 14 relativ zum Arm 20 ist durch den Pfeil 22 dargestellt. Der Mechanismus zum Veranlassen des Klotzes 14, sich um die Achse 12 zu drehen, ist einstellbar, so daß der vom Pfeil 22 bezeichnete Weg kreisförmig oder elliptisch sein kann.

Fig. 2 ist die Darstellung einer Schleif-/Poliereinrichtung für zylindrische Werkstücke gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Werkstück 30 ist so angebracht, daß seine Längsachse horizontal angeordnet ist, und die Außenoberfläche des Werkstücks 30 läuft auf Rollen 32, die zur Drehung an einer horizontal angeordneten Achse 34 angebracht sind. Ein ähnliches Rollenpaar und eine ähnliche Achse sind gemäß der Darstellung in Fig. 2 hinter dem Werkstück 30 angeordnet und somit verdeckt. Ein Paar Antriebsbänder als Antriebseinrichtung 36 läuft über die Rollen 32 hinweg, die an der Achse 34 angebracht sind, sowie ein ähnliches Paar Rollen, die an der verdeckten Achse angebracht sind. Die verdeckte Achse wird von einem ebenfalls nicht sichtbaren Motor angetrieben und veranlaßt die Antriebsbänder 36, das Werkstück 30 zu drehen. Die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 30 wird von einem Systemleitrechner 38 bestimmt, der mit dem (nicht gezeigten) Antriebsmotor gekoppelt ist, der die verdeckte Achse dreht. Die Drehzahl wird in Übereinstimmung mit einer Tabelle eingestellt, die im Speicher des Rechners 38 enthalten ist, der die gewünschte Drehzahl als eine Funktion von der Lage des Schleif- oder Polierwerkzeugs bzw. Klotzes 40 relativ zum Werkstück 30 ausweist.

Der Klotz 40 ist am äußersten Ende eines Armes 42 angebracht, der in das Werkstück 30 hineinragt. Der Arm 42 ist an seinem gegenüberliegenden Ende an einem ersten Zwischenträger 44 angebracht, der beweglich an einen zweiten Zwischenträger 48 angebracht ist. Ein Motor 46 als Einrichtung für den Antrieb des Klotzes 40 mit einstellbarer Drehzahl ist an einem Träger 52 befestigt und mit dem ersten Zwischenträger 44 sowie dem zweiten Zwischenträger 48 gekoppelt. Wenn der Motor 46 arbeitet, dann bewegt sich der erste Träger 44 in der Richtung des Pfeiles 50 vorwärts und rückwärts, wie dies auch für den Arm 42 der Fall ist. Der bewegliche Träger 48 ist beweglich am Träger 52 derart angebracht, daß er sich in einer Richtung parallel zum Arm 42 durch den Motor 46 vorwärts und rückwärts bewegen kann.

Beim Betrieb ist die Geschwindigkeit des Motors 46 vorher auf einen bestimmten Wert eingestellt. Durch Einstellen der Länge des Hebelgetriebes zwischen dem Motor 46 und dem ersten Zwischenträger 44 sowie zwischen dem Motor 46 und dem Träger 52 kann der Arm 42 derart in Bewegung versetzt werden, daß die Mitte des Klotzes 40, der am Arm 42 angebracht ist, an der Werkstückoberfläche eine kreisförmige oder elliptische Bahn zurücklegt. Der Rechner 38 weist Meßfühler (nicht gezeigt) auf, die die Lage des Armes 42 relativ zum Werkstück 30 messen. Wie bereits erwähnt, ist die Drehzahl des Werkstücks 30 vom Rechner 38 gesteuert. Zusätzlich spricht der Rechner 38 auf die Meßfühler (nicht gezeigt) an, um die Geschwindigkeit der Bewegung des Armes 42 in der Richtung des Pfeiles 54 zu steuern. Diese Bewegung wird von einem zweiten Motor 64 geliefert, der am Grundträger 52angebracht ist. Der Motor 64 ist über eine Leitspindel oder dergleichen mit dem zweiten Zwischenträger 48 gekoppelt, um den Träger 48 zu veranlassen, sich in der Richtung des Doppelpfeiles 54 zu bewegen.

Die bevorzugte Vorgehensweise der Anbringung und Drehung eines zylindrischen Werkstücks 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist ein zylindrisches Werkstück 100 in einer Halterungseinrichtung bzw. einem Werkstückhalter 102 angebracht, der zwei Ringteile 104 und 106 umfaßt, die das Werkstück 100 umgeben. Mehrere Werkstückspannbacken 108 sind einstellbar am Ringteil 106 derart angebracht, daß der Spannbacken- Eingriffsabschnitt 110 in Berührung mit der Außenoberfläche des Werkstücks 100 steht. Die Spannbacken 108 werden in ihrer Lage derart eingestellt, daß die Drehachse des Werkstücks 100 sich gemeinsam zur Drehachse des Ringteiles 106 erstreckt.

Eine Anzahl von Werkstück-Spannbacken 112 ist einstellbar am Ringteil 104 auf dieselbe Weise angebracht, wie die Spannbacken 108 am Ring 106 angebracht sind. Die Lage der Spannbacken 112 ist derart eingestellt, daß die Drehachse des Werkstücks 100 mit der Drehachse des Ringteils 104 zusammenfällt.

Die Ringteile 104 und 106 werden parallel zueinander durch eine Anzahl von Verbindungsstäben gehalten, wobei die Stäbe 120 und 122 gezeigt sind. Diese Stäbe 120 und 122 dienen dazu, die parallele Zuordnung zwischen den Ebenen aufrechtzuerhalten, die von den Ringteilen 104 und 106 gebildet sind.

Die Ringteile 104 und 106 sind so angeordnet, daß sie auf Rollen 124, 126, 128 sowie einer vierten, nicht gezeigten Rolle ruhen, die allerdings auf derselben Welle 130 wie die Rolle 128 angebracht ist. Die Rollen 124 und 126 sind an einer Welle 132 angebracht, welche mit einem Motor 134 als Antriebseinrichtung mit variabler Drehzahl gekoppelt ist. Der Motor 134 ist mit einem Rechner 136 gekoppelt, der Informationen über die Leitung 137 an den Motor 134 mit veränderlicher Drehzahl abgibt, um die Drehzahl dieses Motors 134 zu steuern. Die Rollen 124, 126 weisen je einen Flansch 138, 140 auf, der sich von jener Oberfläche der Rolle aus, auf welcher das Ringteil 104 bzw. 106 ruht, nach außen erstreckt. Der Flansch 138 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3 links vom Ringteil 106 angeordnet, während der Flansch 140 der Rolle 126 rechts vom Ringteil 104 angeordnet ist. Dementsprechend beginnen dann, wenn die Welle 132 vom Motor 134 gedreht wird, die beiden Ringteile 104 und 106, die auf den Rollen 124 und 126 ruhen, mit der Drehung. Die Flansche 138 und 140 hindern die Ringteile 104 und 106 daran, von den Rollen 124 und 126 abzurutschen.

Wie bereits erklärt, ändert sich die Drehzahl, die vom Motor 134 eingestellt wird, als Funktion der Lage des Klotzes 40 relativ zum Werkstück 100. Dementsprechend muß eine Maßnahme vorgesehen sein, um die Drehlage des Werkstückss 100 zu messen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann eine Anzahl von Lagemarkierungen 150 am Ring 104 vorgesehen sein. Die Lagemarkierungen 150 wurden aus Gründen der Bequemlichkeit nur längs eines Abschnitts des Rings 104 gezeigt; es wird allerdings darauf hingewiesen, daß sich diese Markierungen 150 ganz rund um den Ring 104 erstrecken. Die Markierungen am Ring 104 können durch einen optischen Meßfühler 152 festgestellt werden, der mit dem Rechner 136 gekoppelt ist. Der Rechner 136 kann dann die Informationen aus dem optischen Meßfühler 152 benutzen, um die genaue Drehlage des Werkstücks 100 bezüglich irgendeinem festen Bezugspunkt zu bestimmen, der nicht auf der rotierenden Anordnung angeordnet ist, die die Ringteile 104 und 106 umfaßt. Wenn die Lage des Werkstücks 100 relativ zu einem festen Punkt im Raum bekannt ist, dann kann der Rechner 136 diese Lageinformation als einen Eingang zu seiner Tabelle benutzen, die vor dem Betrieb des Systems die Drehzahl bestimmt, mit welcher das Werkstück 100 gedreht werden muß. Der zweite Eingang zur Tabelle ist, wie bereits vorher erwähnt, die Lage des Klotz-Tragearmes relativ zum Werkstück 100.

Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, daß die Positionsmarkierungen 150 und der Meßfühler 152 verschiedenartige Formen annehmen können, während sie immer noch die insgesamt gewünschte Funktion erfüllen, die Lage des Werkstücks 100 bezüglich einem festen Punkt im Raum festzustellen. Es ist auch ersichtlich, daß die Positionsmarkierungen 150 an der Außenoberfläche des Werkstücks 100 angeordnet sein könnten, und ein Meßfühler nahe diesen Markierungen angeordnet sein könnte, um die Lage des Werkstücks 100 zu messen. Diese letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, daß die Positionsmarkierungen am Werkstück 100 selbst vorliegen, so daß, falls erforderlich, das Werkstück 100 aus den Ringteilen 104 und 106 entnommen werden kann, um Messungen an der Innenoberfläche vorzunehmen. An Hand dieser Messungen wird die Abweichung zwischen der gewünschten Kontur und der tatsächlichen Kontur errechnet und nachfolgend bei der Bestimmung der Verweilzeit des Klotzes 40 über speziellen Zonen des Werkstücks 100 während des nachfolgenden Schleif- oder Poliervorganges verwendet.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen; der bevorzugte Mechanismus zum Bewegen des Klotzes 40 in einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn ist dargestellt. Der Fachmann erkennt, daß die Einrichtung, um den Klotz 40 längs einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn in Bewegung zu setzen, am Ende des Armes 204 in Nachbarschaft zum Klotz 40 angeordnet sein kann, oder daß, wie es der Fall beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, der Arm 204 selbst in einer kreisförmigen oder elliptischen Bewegungsbahn bewegt werden kann, wobei er den Klotz 40 veranlaßt, einer ähnlichen Bahn zu folgen. Die Vorrichtung der Fig. 4 umfaßt einen Träger 200 wie ein Maschinenbett oder dergleichen, worauf die gesamte Einrichtung angeordnet ist. Mit dem Träger 200 ist ein Teil mit einem Führungsbett 202 gekoppelt, das im Querschnitt gezeigt ist und sich senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 erstreckt. Das Führungsbett 202 liefert einen festen Bezug, gegenüber welchem ein Arm 204 in einer Ebene im wesentlichen parallel zum Träger 200 bewegt wird. Der Arm 204 ist seinerseits an zwei vertikal ausgerichteten Trägern 206 und 208 angebracht, die mit ihrem unteren Ende an einem ersten Zwischenträger 210 befestigt sind. Der Träger 210 ist verschieblich an mindestens einer Schiene 212 angebracht, wobei die Bewegung des Trägers 210 in der Zeichnungsebene der Fig. 4 in jenen Richtungen gestattet ist, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet sind.

Die Schienen 212 sind an einem zweiten Zwischenträger 216 angebracht, der seinerseits an einem verschieblichen Teil 218 angebracht ist, das auf einer Führungsbahn 220 abläuft, die im Querschnitt gezeigt ist, wobei es dem verschieblichen Teil 218 gestattet ist, in der Bahn 220 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 verschoben zu werden. Dementsprechend kann der Arm 204 relativ zur Bahn 220 in einer Richtung bewegt werden, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet ist, sowie in der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4. Indem man veranlaßt, daß die Bewegung in diesen beiden Richtungen eine oszillierende Bewegung ist, kann die Bewegungsbahn, die der Arm 204 zurücklegt, kreisförmig, elliptisch oder in manchen Fällen auch geradlinig sein und zwar entweder in Richtung des Doppelpfeils 214 oder senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4.

Die Bahn 220 ist an einem beweglichen Schlitten 222 befestigt, welcher in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene 4 längs der Führungsbahn 202 beweglich ist. Der Schlitten 222 wird längs der Führungsbahn 202 durch eine rotierende Leitspindel 224 bewegt, die durch ein Leitspindel-Laufmutterteil 226 hindurchgeschraubt ist, welches an der Unterseite des beweglichen Tragesockels 222 befestigt ist. Wenn die Welle 224 gedreht wird, dann wird der Schlitten 222 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Funktion von der Drehzahl der Leitspindel 224 sowie von der Anzahl der Gänge pro Längeneinheit der Leitspindel 224 ist.

Die Leitspindel 224 wird einfach dadurch gedreht, daß man sie unmittelbar mit einem Motor koppelt. Wie es der Fall bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, kann die Leitspindel 224 auch mit einem Motor 228 durch einen herkömmlichen Riementrieb (nicht gezeigt) als Antriebseinrichtung gekoppelt sein. Beim Ausführungsbeispiel ist der Motor 228 mit dem Systemrechner 136 gekoppelt, der die Drehzahl des Motors 228 als eine Funktion von der Lage des Schlittens 222 relativ zum Führungsbett 202 steuert. Die Lageinformation wird dem Rechner 136 über einen Lagefühler 230 zugänglich gemacht, der nahe dem beweglichen Schlitten 222 angeordnet ist und Positionsmarkierungen 232 ablesen kann, die an den beweglichen Schlitten 222 angeordnet sind, wie in Fig. 5 gezeigt.

Die Lage des Schlittens 222 kann auch präzise relativ zum Führungsbett 202 durch zahlreiche andere Lösungen bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Winkelkodierer, der eine Vielzahl von Markierungen ähnlich jenen an der Stelle 150 in Fig. 3 trägt, an der Leitspindel 224 angebracht sein. Dann könnte ein Meßfühler wie der Lagefühler 230 nahe dem Winkelkodierer angeordnet sein, um dessen Markierungen abzulesen. Die Winkellage der Leitspindel 224 würde dann an den Rechner 136 übermittelt.

Der Arm 204 wird von einem Motor 240 in Drehbewegung, elliptische Bewegung oder geradlinige Wechselbewegung versetzt, der an einem vertikal angeordneten Träger 242 befestigt ist, der mit seinem untersten Ende am Schlitten 222 angebracht ist. Der Motor 240 weist eine allgemein horizontal angeordnete Antriebswelle auf, welche mit einem Kreuzgelenk 244 gekoppelt ist und hierbei einer vertikal angeordneten Antriebswelle 246 eine Drehbewegung mitteilt. Ein geschlitztes Antriebsteil 248 ist am oberen Abschnitt der Welle 246 angebracht und hieran mittels einer oder mehrerer Schrauben 250 befestigt. Im Schlitz 252 läuft der Kopf einer Schraube 254 mit einem vertikal angeordneten Gewindeschaft 256. Ein Ende 258 eines Spannschlosses, das allgemein mit 260 bezeichnet ist, erstreckt sich über den Schaft 256 und ist hieran mittels einer Mutter 262 befestigt. Entsprechend der Ansicht in Fig. 4 ist die Achse des Gewindeschaftes 256 gegenüber der Drehachse 264 für die Antriebswelle 246 versetzt. Das Ausmaß der Versetzung zwischen der Achse des Schaftes 256 und der Drehachse 264 wird durch die Einstellung des Spannschlosses 260 bestimmt. Wenn die gewünschte Versetzung zwischen dem Schaft 256 oder der Achse 264 erst einmal durch Einstellen des Spannschlosses 260 hergestellt ist, dann wird die Mutter 262 nach unten festgezogen. An dem Ende des Spannschlosses 260, das von der Mutter 262 abgewandt ist, befindet sich eine andere Anordnung aus Mutter und Schraube, die allgemein mit 270 bezeichnet ist und das Spannschloß 260 an einem Block 272 befestigt, der am ersten Zwischenträger 210 befestigt ist. Als Ergebnis dieser Anordnung wird, wenn die Antriebswelle 246 um die Achse 264 gedreht wird, die Drehbewegung durch die Koppelung der Welle 256 mit dem geschlitzten Antriebsteil 248 in eine Hin- und Herbewegung des Spannschlosses 260 in einer Richtung umgewandelt, die allgemein durch den Pfeil 274 bezeichnet ist. Diese Wechselbewegung des Spannschlosses 260 veranlaßt den ersten Zwischenträger 210 und alle hieran angebrachten Teile, sich in einer Richtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet ist.

Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 5 zur Hin- und Herbewegung des Zwischenträgers 216 in einer Richtung dargestellt, die durch den Doppelpfeil 280 bezeichnet ist. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein geschlitztes Antriebsteil 282 am unteren Abschnitt der Antriebswelle 246 mittels einer oder mehrerer Schrauben 284 befestigt ist. Ein Gewindebolzen ist im Schlitz (nicht gezeigt) im Teil 284 angebracht und ragt mit seinem Gewindeschaft 286 von hier aus nach unten. Das Ende 288 eines Spannschlosses 290 erstreckt sich über den Schaft 286 und ist hieran mittels einer Mutter 292 befestigt. Das Spannschloß 290 ist so eingestellt, daß die Achse des Schaftes 286 gegenüber der Drehachse 264 der Antriebswelle 246 versetzt ist. Auf diese Weise bzw. durch diesen Mechanismus wird die Drehbewegung der Welle 246 in eine Hin- und Herbewegung des Spannschlosses 290 in einer solchen Richtung umgewandelt, wie sie durch den Doppelpfeil 280 bezeichnet ist. Das äußerste linke Ende des Spannschlosses 290 ist an einem Schaft 293 mittels einer Mutter 294 befestigt. Der Schaft 293 ist am Zwischenträger 216 derart befestigt, daß die Drehbewegung des Teils 284 in eine Hin- und Herbewegung in der Richtung des Doppelpfeiles 280 des Zwischenträgers 216 umgewandelt wird. Da die Hin- und Herbewegungen, die vom Mechanismus erzeugt werden, der in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, zueinander senkrecht stehen, wird der Arm 204 in einen kreisförmigen oder elliptischen Bewegungsweg in einer Ebene versetzt, die senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 steht. Die genaue Form der Ellipse oder des Kreises wird durch das Ausmaß der Versetzung des Schaftes 256 und 286 gegenüber der Drehachse 264 bestimmt. Falls diese Versetzung jeweils gleich ist, ist die dem Arm 204 mitgeteilte Bewegung eine Kreisbewegung. Falls einer der Schäfte 256 oder 286 versetzt ist, nicht jedoch der andere, dann folgt hieraus eine lineare Hin- und Herbewegung.

Der Mechanismus der Fig. 4 und 5 ist am Schlitten 222 derart angeordnet, daß die Mitte der Bewegung für den Zwischenträger 210 in der Richtung des Doppelpfeils 280 vorwärts und rückwärts bewegt werden kann. Der Schlitten 222 wird auf dem Führungsbett 202 vorwärts und rückwärts bewegt.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen. Das äußerste Ende des Armes 204 ist einer Lage dargestellt, in welcher es in das zylindrische Werkstück 100 hineinragt. Ein länglicher Klotz 40 mit einer Länge von nicht mehr als einem Viertel der Länge des Werkstücks 100 ist am untersten Ende einer Trägerstange 300 angeordnet, die sich vertikal vom Klotz 40 aus, durch den Arm 204 hindurch und vertikal oberhalb des Armes 204 erstreckt. Ein Flansch 302 ist nahe dem obersten Ende der Trägerstange 300 vorgesehen. Ein oder mehrere Gewichte 304 in Form einer dicken, runden Scheibe können über die Trägerstange 300 aufgesetzt werden und werden vom Flansch 302 getragen. Die Anzahl und das Gesamtgewicht dieser Gewichte zusätzlich zur Trägerstange 300 hängt vom gewünschten Druck zwischen dem Klotz 40 und dem Werkstück 100 ab.

Die Trägerstange 300 ist durch eine Kugellagerhülse oder dergleichen (nicht gezeigt) in ihrer Lage gehalten, die im Arm 204 angebracht ist und eine sehr geringe Reibung in vertikaler Richtung zuläßt, so daß die Gewichte 304 und der Trägerschaft 300 den Klotz 40 gegen das Werkstück 100 drücken können. Wenn der Arm 204 in einer kreisförmigen, elliptischen oder Hubbewegung in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 6 bewegt wird, dann überträgt die Lagerhülse diese Bewegung auf den Trägerschaft 300 und veranlaßt hierbei den Klotz 40, sich längs eines Weges zu bewegen, der dieselbe Form aufweist wie der Bewegungsweg des Armes 204 und sich parallel hierzu erstreckt.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen; dort ist die gesamte elektrische Steuerung für das System dargestellt. Ein Drehlagefühler 400 wird als Meßeinrichtung verwendet, um die Drehlage des zylindrischen Werkstückes festzustellen. Der Fühler 400 sendet die Signale dieser Drehlage an den Systemrechner 402. Ein Armlagefühler 404 ist als weitere Meßeinrichtung vorgesehen, um die Lage des Armes relativ zu den gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Werkstückes zu messen. Dieser Fühler 404 kann auf ein kreisförmiges Kodierungsrad ansprechen, das an der Antriebsspindel angebracht ist, die verwendet wird, um die Plattform, auf welcher der Arm ruht, zu bewegen und hierbei die Lage des Armes zu messen, wenn er sich in das zylindrische Werkstück hinein erstreckt. Der Meßfühler 404 kann auch lineare Positionsmarkierungen an dem den Arm tragenden Teil selbst feststellen, um die Lage des Armes relativ zum Werkstück zu bestimmen.

Die Lageinformation vom Fühler 404 wird auch an den Rechner 402 übertragen. Der Rechner 402 benützt die Lageinformation aus den Fühlern 400 und 404, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Armes bezüglich der Oberfläche des Werkstücks einzustellen, das gerade poliert oder geschliffen wird. Die Lageinformation wird verwendet, um Zugang zu einer 2-dimensionalen Tabelle im Rechnerspeicher zu erhalten, der vor dem Betreiben der erfindungsgemäßen Polier- oder Schleifeinrichtung belegt wurde. Die 2-dimensionale Tabelle bezeichnet die Geschwindigkeit, die für den Motor 408, der das Werkstück dreht, und den Motor 406, der den Arm bewegt, als eine Funktion der Lage der Mitte der Klotzbewegung relativ zum Werkstück erwünscht ist.

Wenn der Klotz, der vom Arm getragen ist, das Ende seiner Bewegungsbahn erreicht, was in üblicher Weise dann stattfindet, wenn sich mindestens ein Teil des Klotzes über das Ende des zylindrischen Werkstücks hinaus erstreckt, dann hält der Motor 406 an, während das Werkstück mindestens noch eine Umdrehung durchführt, und dann wird der Motor 406 in Rückwärtsrichtung betrieben, wobei er den Arm veranlaßt, sich in einer Richtung zu bewegen, die zu jener, die gerade vorher stattgefunden hat, entgegengesetzt ist. Die Geschwindigkeit wird wieder durch die Tabelle im Rechner 402 gesteuert.

Der Motor, der die Geschwindigkeit der Kreisbewegung, der elliptischen Bewegung oder der geradlinigen Bewegung in Wechselrichtung des Armes steuert, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit einer festliegenden Geschwindigkeit während jeder Betriebsform der Maschine zum Schleifen oder Polieren betrieben. Nachdem das Werkstück über den erforderlichen Zeitraum hinweg, der vom Rechner 402 angezeigt wird, bearbeitet worden ist, wird das Werkstück aus der Polier- bzw. Schleifmaschine entfernt und es werden hieran Messungen vorgenommen, um die nachfolgenden Motor-Laufgeschwindigkeiten für noch weitere Polier- oder Schleiftätigkeiten zu bestimmen. Wenn diese eingestellt sind, dann wird die Maschine wieder in Betrieb genommen, bis es wiederum Zeit ist, das Werkstück auszumessen.


Anspruch[de]
  1. 1. Maschine zum Schleifen oder Polieren einer Innenoberfläche eines hohlzylindrischen Werkstücks (10; 30; 100), insbesondere von Spiegeln für Röntgenstrahlteleskope, mit einer Halterungseinrichtung (32, 34; 102) für das Werkstück (10; 30; 100), einer ersten Antriebseinrichtung (36; 134; 408) zum Drehen des Werkstücks (10; 30; 100) um seine Zylinderachse (12), einem in das Werkstück hineinragenden, ein Schleif- oder Polierwerkzeug (14; 40) aufweisenden Arm (16; 42; 204), einer zweiten Antriebseinrichtung (64; 228; 406) zum Bewegen des Arms (16; 42; 204) in einer Richtung parallel zu der Zylinderachse (12) und einer Einrichtung (46; 240, 248, 282) zum Erzeugen einer Schleif- oder Polierbewegung des Werkzeugs (14; 40), die der vom Arm (16; 42; 204) ausgeführten Bewegung parallel zu der Zylinderachse überlagert ist, gekennzeichnet durch eine mit der ersten und zweiten Antriebseinrichtung (36; 134; 408 bzw. 64; 228; 406) verbundene Steuereinrichtung, welche umfaßt: eine erste Meßeinrichtung (150, 152; 400) zum Messen der Drehposition des durch die erste Antriebseinrichtung (36; 134; 408) gedrehten Werkstücks (10; 30; 100) relativ zu der Halterungseinrichtung (32, 34; 102), eine zweite Meßeinrichtung (230, 232; 404) zum Messen der Längsposition des durch die zweite Antriebseinrichtung (64; 228; 406) bewegten Arms (16; 42; 204) in Achsrichtung des Werkstücks (10; 30; 100), eine Speichereinrichtung (38; 136; 402) zum Speichern von Sollwerten für die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks (10; 30; 100) und die durch die zweite Antriebseinrichtung (64; 228; 406) dem Arm (16; 42; 204) in Richtung der Längsachse (12) zu vermittelnden Geschwindigkeit, die in Abhängigkeit von gewünschten Abtragswerten an der Werkstückoberfläche jeweils einer Dreh- und Längsposition zugeordnet sind, und eine Einrichtung (38; 136; 402) zum Einstellen der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks (10; 30; 100) und der Geschwindigkeit des Arms (16; 42; 204) in Richtung der Längsachse (12) an den gemessenen Dreh- und Längspositionen entsprechend den gespeicherten Sollwerten.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Schleif- oder Polierwerkzeugs (14; 40) maximal 25% der Länge des Werkstücks (10; 30; 100) beträgt.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Schleif- oder Polierbewegung des Werkzeugs (14; 40) diesem eine rotatorische Bewegung verleiht.
  4. 4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotatorische Bewegung des Schleif- oder Polierwerkzeugs (14; 40) längs einer elliptischen Bahn verläuft.
  5. 5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rotatorische Bewegung des Schleif- oder Polierwerkzeugs (14; 40) mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit erfolgt.
  6. 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Schleif- oder Polierbewegung des Schleif- oder Polierwerkzeugs (14; 40) an dem Arm (16; 42; 204) angreift.
  7. 7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (204) auf einem Kreuzschlitten (210, 216) gehaltert ist, der seinerseits auf einem parallel zur Zylinderachse (12) verschiebbaren Schlitten (222) geführt ist.






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