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Dokumentenidentifikation EP0994763 10.01.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0994763
Titel SCHLEIFMASCHINEN SPINDEL
Anmelder Unova U.K. Ltd., Aylesbury, Buckinghamshire, GB
Erfinder LEADBEATER, Brian, Peter, Milton Keynes MK17 8PZ, GB
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69802691
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.06.1998
EP-Aktenzeichen 989309307
WO-Anmeldetag 23.06.1998
PCT-Aktenzeichen GB9801836
WO-Veröffentlichungsnummer 9902306
WO-Veröffentlichungsdatum 21.01.1999
EP-Offenlegungsdatum 26.04.2000
EP date of grant 28.11.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2002
IPC-Hauptklasse B24B 41/04
IPC-Nebenklasse B23Q 5/04   

Beschreibung[en]
Field of the Invention

This invention relates to machine tools and particularly to a machine tool in which material is removed from a workpiece by engagement with a rotating tool, more particularly a grinding wheel.

Background to the Invention

In many grinding processes, e.g. in the manufacture of cams and crankshafts, it is usual for the initial major grinding operation to be performed by rough grinding using a coarse grade grinding wheel and for the final grinding operation to be performed by a fine grade grinding wheel. If the whole grinding process is to be performed on a single machine then two main options are available: either the machine has a single spindle which means that at each successive grinding operation the coarse wheel must be replaced by the fine wheel and vice versa, which significantly increases the total time required to grind a component; or alternatively the machine must be designed to have two spindles carrying respectively coarse and fine grinding wheels, which considerably increases the complexity and hence cost of the grinding machine.

In JP 57-168856 A there is disclosed a machine tool according to the pre-characterising part of claim 1 having a single rotatable spindle on which is mounted a first cutting tool at a fixed position relative to the spindle and a second cutting tool adjacent the first tool, and means for moving the second tool relative to the first tool to either retract the second tool or to extend it into an operational position.

It is an object of the present invention to produce an improved method of and apparatus for grinding, in which the coarse rough and final grinding operations are performed on a single spindle of a machine tool.

Summary of the Invention

According to the present invention there is provided a machine having a single rotatable spindle on which is mounted a first cutting tool at a fixed position relative to the spindle and a second cutting tool adjacent the first tool, and means for moving the second tool relative to the first tool to either retract the second tool or to extend it into an operational position, characterised in that said means comprises an annular piston and activating means for moving the annular piston between forward and retracted positions, the piston being radially inwardly directed for slidably engaging with a first cylindrical outer surface of the spindle, the spindle forming an annular chamber at each side of the piston.

Advantageously the first and second tools are disposed at one end of the spindle, the activating means moving the second tool in a direction axial of the rotational axis of the spindle, so that the tools successively engage axially with a workpiece.

In this arrangement the second tool is preferably mounted radially outside the first tool.

The first and second tools may be first and second grinding wheels, in particular cup-shaped grinding wheels. Since small errors may occur in the positioning of the second grinding wheel, the latter is preferably the coarse wheel for rough grinding while the first wheel is the finishing wheel.

The activating means may comprise means for feeding fluid under pressure to either one side or the other of the piston. The fluid may be hydraulic oil or more preferably air under pressure which is fed through passages in the spindle to ports extending respectively into the two annular chambers.

The annular piston may incorporate a sealing ring of resiliently deformable material, which is sealingly engageable with the first outer surface of the spindle.

The annular piston may be generally T-shaped in section, there being an outer annular limb on each side of the piston, the limb which is adjacent the first tool carrying the second tool.

The limbs may slidably engage with respective second cylindrical outer surfaces of the spindle.

The second outer surfaces may similarly incorporate sealing rings e.g. of resiliently deformable material to sealingly engage with the respective limbs of the piston.

The piston preferably carries a location device at each side for engaging with respective location devices in the spindle, so that the piston is prevented from rotating relative to the spindle at each extremity of its sliding movement.

The location devices may take the form inter-engaging teeth, which provide both radial and axial location.

Guide means may also be provided to prevent rotation of the piston relative to the spindle during sliding movement. This may take the form of a pin formed on the spindle or piston which is engagable with a corresponding hole in the piston or spindle respectively.

The invention also extends to a method of machining a workpiece on a machine tool according to claim 1 having a single rotatable spindle in which a first cutting tool is fixedly mounted to the end of the spindle and a second cutting tool is movably mounted relative to the first cutting tool, characterised by the steps of providing an annular piston in association with the second cutting tool for effecting axial sliding movement of the second tool relative to the first tool, feeding fluid under pressure to the piston so as to extend the second tool into its operating position, rough machining the workpiece with the second tool, retracting the second tool, and finish machining the workpiece with the first tool.

Brief description of the drawing

An embodiment of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

  • Figure 1 is a schematic section through a single spindle dual wheel grinding unit; and
  • Figure 2 is an elevation of a face grinding machine in which the unit of Figure 1 is mounted.

Detailed description

The grinding unit shown generally by the reference 1, has a spindle end 2 which is rotatable about an axis 4. At the front end of the spindle there is secured a mounting ring 6 which carries a cup-shaped grinding wheel 8 of a fine grade suitable for finish grinding.

Between a rear flange 10 of the spindle and the mounting ring 6, the spindle is formed with a smooth cylindrical outer surface 12 along which an annular piston 14 is slidable.

The piston is T-shaped in section, having rearward and forward outer limbs 16 and 18 respectively.

The rear flange 10 has a smooth cylindrical outer surface which is of the same diameter as a corresponding smooth outer surface of the mounting ring 6 and each carries a sealing ring of resilient deformable material 20. The sealing rings engage with internal cylindrical surfaces of the limbs 16 and 18 respectively.

The outer surface of the limb 18 carries a cup-shaped grinding wheel 22 for rough grinding.

The piston 14 thus forms with the rear flange 10 on the one side, and the mounting ring 6 on the other side, two respective annular chambers.

Passageways 24 are formed in the spindle which lead to rearward and forward ports 25 and 28 for feeding hydraulic oil under pressure to the respective sides of the piston 14. Thus in use the grinding wheel 22 can be moved from a rearward position, as shown at the top of the figure, to a forward position shown at the bottom of the figure.

To prevent hydraulic oil leaking along the surface 12 under the piston, the piston is similarly provided with a sealing ring 30.

A location device 32 is mounted on each side of the piston for engaging with a corresponding location device 34 mounted on the rear flange 10 and mounting ring 6 respectively. The location devices provide not only accurate axial and radial location, but also provide a reliable method of transmitting torque to the grinding wheel 22. The location devices are in the form of inter-engaging teeth.

In order to prevent rotation occurring as the piston 14 moves from one side to the other, a pin and corresponding hole (not shown) is provided between the piston and the respective rear flange/mounting ring. A sufficient clearance is provided about the pin to ensure that the location devices 32, 34 also provide a radial location in addition to the axial location of the piston.

In some applications a pneumatic operation may be preferred in place of the hydraulics described above.

Although not shown, suitable scrapers may be provided on the outwardly facing side of the rear flange 10 and of the mounting ring 6, or on the limbs 16 and 18. The scrapers prevent the ingress of dirt or fluid (eg. cutting fluid), which could damage the sealing rings 20.

Suitable fixing means are provided to enable the grinding wheels 8 and 22 to be replaced.

To ensure that the correct advance and retraction of the piston has occurred, a proximity or position sensor (not shown) is mounted preferably in the wheelguard of the machine.

Since the location devices 32, 34 are mounted within the hub of the spindle, they are able to be kept perfectly clean.

The grinding unit 1 is mounted in a face grinding machine as shown in Figure 2. The driven end of the spindle is shown generally at 38.

Opposite the unit 1 a workpiece 40, such as a wafer disc, is rotatably mounted on a work spindle 42. Thus the workpiece can be engaged successively by the rough grinding wheel 22 and then by the grinding wheel 8 for finish grinding.

It will be apparent that the single spindle grinding machine described is able to exert a sufficiently high force against a workpiece, allowing high torque transmission and precision location. Since there is only a single spindle, the grinding machine is of compact design, and less costly than a twin spindle machine.


Anspruch[de]
  1. Werkzeugmaschine mit einer einzelnen Drehspindel (2), auf der ein erstes Schneidwerkzeug (8) in einer fest vorgegebenen Position relativ zur Spindel und ein zweites, dem ersten Werkzeug benachbartes Schneidwerkzeug angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zum Bewegen des zweiten Werkzeuges relativ zum ersten Werkzeug, um entweder das zweite Werkzeug zurückzuziehen oder es in eine Betriebsposition auszufahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ringkolben (14) und eine Aktivierungsvorrichtung zum Verschieben des Ringkolbens zwischen ausgefahrenen und zurückgezogenen Positionen aufweist, wobei der Kolben in radialer Richtung nach innen gerichtet ist und gleitend in Eingriff mit einer ersten zylindrischen Außenfläche (12) der Spindel kommt und wobei die Spindel an jeder Seite des Kolbens eine Ringkammer bildet.
  2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Werkzeuge (8, 22) an einem Ende der Spindel (2) angeordnet sind und die Aktivierungsvorrichtung das zweite Werkzeug in einer Richtung axial zur Rotationsachse der Spindel bewegt, derart, dass die Werkzeuge nacheinander axial mit einem Werkstück in Eingriff kommen.
  3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, bei der das zweite Werkzeug (22) radial außerhalb des ersten Werkzeuges (8) befestigt ist.
  4. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die ersten und die zweiten Werkzeuge (8, 22) erste und zweite Schleifscheiben, insbesondere becherförmige Schleifscheiben sind.
  5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, bei der die zweite Schleifscheibe (22) die Grob-Schleifscheibe für ein Grob-Schleifen ist, während die erste Schleifscheibe (8) die Fein-Schleifscheibe ist.
  6. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Aktivierungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Einspeisen von Fluid unter Druck entweder in die eine oder die andere Seite des Ringkolbens ist.
  7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, bei der das Fluid ein Hydrauliköl oder Druckluft ist, das bzw. die über Kanäle (24) in der Spindel an Öffnungen (26, 28) geführt wird, die sich entsprechend in die beiden Ringkammern erstrecken.
  8. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der der Ringkolben (14) einen Abdichtring (30) aus elastisch nachgiebigem deformierbarem Material aufweist, der abdichtend in Eingriff mit der ersten Außenfläche (12) der Spindel (2) kommt.
  9. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der der Ringkolben (14) im Schnitt im wesentlichen T-förmig ist, wobei ein äußerer Ringschenkel (16; 18) auf jeder Seite des Kolbens ausgebildet ist, und der Schenkel (18), der dem ersten Werkzeug benachbart ist, das zweite Werkzeug aufnimmt.
  10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, bei der die Schenkel gleitend in Eingriff mit entsprechenden zweiten zylindrischen äußeren Oberflächen der Spindel kommen.
  11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, bei der die zweiten äußeren Flächen in ähnlicher Weise Abdichtringe (20) aus elastisch nachgiebigem, deformierbarem Material aufnehmen, die abdichtend in Eingriff mit den entsprechenden Schenkeln des Kolbens kommen.
  12. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der der Kolben (14) eine Positioniervorrichtung (32) an jeder Seite zum Eingriff mit entsprechenden Positioniervorrichtungen (34) in der Spindel aufnimmt, derart, dass der Kolben gegen Rotation relativ zur Spindel an jedem äußeren Ende seiner Gleitbewegung gehindert wird.
  13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, bei der die Positioniervorrichtungen (32, 34) die Form von miteinander in Eingriff kommenden Zähnen aufweisen, die sowohl eine radiale als eine axiale Position ergeben.
  14. Werkzeugmaschine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, mit einer Führungsvorrichtung zur Verhinderung der Drehung des Kolbens relativ zur Spindel während der Gleitbewegung.
  15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, bei der die Führungsvorrichtung einen Stift aufweist, der auf der Spindel (2) oder auf dem Kolben (14) ausgebildet ist, und der in Eingriff mit einem entsprechenden Loch im Kolben oder in der Spindel kommt.
  16. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes auf einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, die eine einzelne rotierbare Spindel (2) aufweist, wobei ein erstes Schneidwerkzeug (8) stationär am Ende der Spindel, und ein zweites Schneidwerkzeug (22) beweglich relativ zum ersten Schneidwerkzeug befestigt ist,dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringkolben (14) dem zweiten Schneidwerkzeug zugeordnet wird, um eine axiale Gleitbewegung des zweiten Werkzeuges relativ zum ersten Werkzeug auszuführen, dass Fluid unter Druck an den Kolben eingespeist wird, damit das zweite Werkzeug in Betriebsposition gebracht wird, dass eine Grobbearbeitung des Werkstückes mit dem zweiten Werkzeug vorgenommen wird, dass das zweite Werkzeug (22) zurückgezogen wird, und dass das Werkstück mit dem ersten Werkzeug (8) fertig bearbeitet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die ersten und zweiten Werkzeuge becherförmige Schleifscheiben (8, 22) sind, und die zweite Schleifscheibe das Grob-Schleifrad ist.
Anspruch[en]
  1. A machine tool having a single rotatable spindle (2) on which is mounted a first cutting tool (8) at a fixed position relative to the spindle and a second cutting tool (22) adjacent the first tool, and means for moving the second tool relative to the first tool to either retract the second tool or to extend it into an operational position, characterised in that said means comprises an annular piston (14) and activating means for moving the annular piston between forward and retracted positions, the piston being radially inwardly directed for slidably engaging with a first cylindrical outer surface (12) of the spindle, the spindle forming an annular chamber at each side of the piston.
  2. A machine tool according to claim 1 in which the first and second tools (8, 22) are disposed at one end of the spindle (2), the activating means moving the second tool in a direction axial of the rotational axis of the spindle, so that the tools successively engage axially with a workpiece.
  3. A machine tool according to claim 2, in which the second tool (22) is mounted radially outside the first tool (8).
  4. A machine tool according to any one preceding claim in which the first and second tools (8, 22) are first and second grinding wheels, in particular cup-shaped grinding wheels.
  5. A machine tool according to claim 4 in which the second grinding wheel (22) is the coarse wheel for rough grinding, while the first wheel (8) is the finishing wheel.
  6. A machine tool according to any one preceding claim in which the activating means comprises means for feeding fluid under pressure to either one side or the other side of the annular piston.
  7. A machine tool according to claim 6 in which the fluid is hydraulic oil or air under pressure which is fed through passages (24) in the spindle to ports (26, 28) extending respectively into the two annular chambers.
  8. A machine tool according to any one preceding claim in which the annular piston (14) incorporates a sealing ring (30) of resiliently deformable material, which is sealingly engagable with the first outer surface (12) of the spindle (2).
  9. A machine tool according to any one preceding claim in which the annular piston (14) is generally T-shaped in section, there being an outer annular limb (16; 18) on each side of the piston, the limb (18) which is adjacent the first tool carrying the second tool.
  10. A machine tool according to claim 9 in which the limbs slidably engage with respective second cylindrical outer surfaces of the spindle.
  11. A machine tool according to claim 10 in which the second outer surfaces similarly incorporate sealing rings (20) of resiliently deformable material to sealingly engage with the respective limbs of the piston.
  12. A machine tool according to any one preceding claim in which the piston (14) carries a location device (32) at each side for engaging with respective location devices (34) in the spindle, so that the piston is prevented from rotating relative to the spindle at each extremity of its sliding movement.
  13. A machine tool according to claim 12 in which the location devices (32, 34) take the form of inter-engaging teeth which provide both radial and axial location.
  14. A machine tool according to any one preceding claim further comprising guide means to prevent rotation of the piston relative to the spindle during sliding movement.
  15. A machine tool according to claim 14 in which the guide means comprises a pin formed on the spindle (2) or on the piston (14) and which is engagable with a corresponding hole in the piston or spindle respectively.
  16. A method of machining a workpiece on a machine tool according to claim 1, said machine tool having a single rotatable spindle (2) in which a first cutting tool (8) is fixedly mounted to the end of the spindle and a second cutting tool (22) is movably mounted relative to the first cutting tool,characterised by the steps of providing an annular piston (14) in association with the second cutting tool for effecting axial sliding movement of the second tool relative to the first tool, feeding fluid under pressure to the piston so as to extend the second tool into its operating position, rough machining the workpiece with the second tool, retracting the second tool (22), and finish machining the workpiece with the first tool (8).
  17. A method according to claim 16 in which the first and second tools are cup-shaped grinding wheels (8, 22), the second wheel being the rough grinding wheel.
Anspruch[fr]
  1. Machine-outil ayant une broche rotative (2) unique sur laquelle est monté un premier outil de coupe (8) en une position fixe par rapport à la broche et un second outil de coupe (22) adjacent au premier outil, et un moyen pour déplacer le second outil par rapport au premier outil en vue, soit de faire se rétracter le second outil, soit le faire s'avancer en une position de fonctionnement, caractérisée en ce que ledit moyen comporte un piston annulaire (14) et un moyen d'activation pour déplacer le piston annulaire entre une position avancée et une position rétractée, le piston étant dirigé radialement vers l'intérieur en vue d'engager par coulissement une première surface externe cylindrique (12) de la broche, la broche formant une chambre annulaire de chaque côté du piston.
  2. Machine-outil selon la revendication 1, dans laquelle le premier et le second outil (8, 22) sont disposés à une extrémité de la broche (2), le moyen d'activation déplaçant le second outil selon la direction axiale de l'axe de rotation de la broche, de sorte que les outils s'engagent axialement et successivement avec la pièce à usiner.
  3. Machine-outil selon la revendication 2, dans laquelle le second outil (22) est monté radialement à l'extérieur du premier outil (8).
  4. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier et le second outil (8, 22) sont une première et une seconde meule, en particulier des meules en forme de coupelle.
  5. Machine-outil selon la revendication 4, dans laquelle la seconde meule (22) est une meule à gros grains destinée au meulage grossier, cependant que la première meule (8) est une meule de finition.
  6. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyen d'activation est constitué par un moyen pour amener du fluide sous pression sur une face ou sur l'autre du piston annulaire.
  7. Machine-outil selon la revendication 6, dans laquelle le fluide est une huile hydraulique ou de l'air sous pression qui est amené à travers des passages (24) dans la broche vers des orifices (26, 28) situés respectivement dans les deux chambres annulaires.
  8. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le piston annulaire (14) comporte un anneau d'étanchéité (30) en matériau déformable et résilient, qui s'engage de manière étanche avec la première surface externe (12) de la broche (2).
  9. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le piston annulaire (14) a, de manière générale, une section en forme de T et présente de chaque côté du piston un limbe annulaire extérieur (16, 18), le limbe (18) qui est adjacent au premier outil portant le second outil.
  10. Machine-outil selon la revendication 9, dans laquelle les limbes s'engagent par glissement avec les secondes surfaces externes cylindriques respectives de la broche.
  11. Machine-outil selon la revendication 10, dans laquelle les secondes surfaces externes comportent de manière analogue des anneaux d'étanchéité (20), en matériau déformable et résilient, en vue de s'engager de manière étanche, avec les limbes respectifs du piston.
  12. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le piston (14) comporte un dispositif de positionnement (32) destiné à s'engager avec les dispositifs de positionnement respectifs (34) situés dans la broche, de manière que le piston soit empêché de tourner par rapport à la broche dans chacune des positions extrêmes de son mouvement de glissement.
  13. Machine-outil selon la revendication 12, dans laquelle les dispositifs de positionnement (32, 34) prennent la forme de dents s'engageant les unes les autres, ce qui assure un positionnement à la fois radial et axial.
  14. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant encore un moyen de guidage pour empêcher la rotation du piston par rapport à la broche pendant le glissement.
  15. Machine-outil selon la revendication 14, dans laquelle le moyen de guidage est formé d'une cheville formée sur la broche (2) ou sur le piston (14) et qui peut s'engager avec un trou respectif correspondant ménagé dans le piston ou dans la broche, respectivement.
  16. Procédé d'usinage d'une pièce à usiner sur une machine-outil selon la revendication 1, ladite machine-outil comportant une broche rotative (2) unique dans laquelle un premier outil de coupe (8) est monté de manière fixe sur l'extrémité de la broche et un second outil de coupe (22) est monté de manière mobile par rapport au premier outil de coupe, caractérisé par les étapes consistant à associer un piston annulaire (14) au second outil de coupe en vue d'effectuer un mouvement de coulissement axial du second outil par rapport au premier outil, amener un fluide sous pression au piston de façon à faire avancer le second outil dans sa position de fonctionnement, usiner grossièrement la pièce à usiner avec le second outil, faire rétracter le second outil (22), et terminer l'usinage de la pièce à usiner avec le premier outil (8).
  17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le premier et le second outil sont des meules en forme de coupelle (8, 22), la seconde meule étant la meule à gros grains.






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