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Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung und insbesondere eine solche Vorrichtung
zum Polieren der einwärts gebogenen Enden von Verarbeitungsgefäßen.
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In der Industrie, beispielsweise der Nahrungsmittel-, Pharrna- und der chemischen
Industrie, verwendete Verarbeitungsgefäße müssen oft die Anforderung erfüllen, daß
sämtliche Kontaktflächen gründlich gereinigt werden können. Dies wird durch Polieren
der Kontaktflächen des Gefäßes erreicht. Viele dieser Gefäße werden durch Rollen
einer vorab polierten ebenen Platte zu einem Zylinder und anschließendes
Anschweißen eines einwärts gebogenen Endstücks an jedes Ende sowie durch Einsetzen der
verschiedenen erforderlichen Einlaß- und Auslaßrohre und der Zugänge hergestellt. Die
einwärts gehogenen Enden verursachen den größten Zeit- und Kostenaufwand, um eine
Oberflächengüte zu erreichen, die mit derjenigen der gerollten Bereiche des Zylinders
vergleichbar ist. Diese einwärts gebogenen Enden wurden bisher im allgemeinen stets
von Hand endbearbeitet, was sehr kostenaufwendig und zeitraubend sowie für das
damit befaßte Personal schmutzig, laut und mühsam ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein automatisches
Polieren solcher einwärts gebogenen oder tellerförmigen Enden ermöglicht.
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In US-A-3 149441 ist eine Poliervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
patentanspruchs 1 offenbart, die einen Endlosriemen aufweist, der an einem bewegbaren
Arm angebracht ist, der mit einem zu polierenden Gegenstand in Kontakt bringbar ist.
Der Riemen ist derart angebracht, daß er den Konturen des Gegenstands folgt, weist
jedoch keine Möglichkeit auf, die Konturen "abzubilden", wie im folgenden näher
beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Poliervorrichtung mit einem Hauptarm, der in
horizontaler und vertikaler Richtung bewegbar angebracht ist, wobei der Arm mit
einem Kontaktrad versehen ist, das zu Polierzwecken Abrasivmaterial aufweist, und
mit einer Einrichtung zum Anbringen und Drehen eines zu polierenden Gegenstands,
dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen Mechanismus trägt, der das in bezug zu
dem Arm entlang zweier orthogonaler Achsen bewegbare Kontaktrad aufweist, zwei
zugehörige pneumatische Zylinder eine Vorspannkraft entlang den beiden orthogonalen
Achsen aufbringen, und der Mechanismus in bezug zum Hauptarm in zwei Achsen
bewegbar ist, von denen eine im wesentlichen parallel zur Längsachse des Arms und
die andere im rechten Winkel zu dieser in der Bewegungsebene des Arms verläuft.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Polieren eines Gegenstands, mit den
folgenden Schritten: Anordnen des Gegenstands in der zuvor beschriebenen
Vorrichtung, Bewegen des Arms so, daß das Kontaktrad dem Radius des Gegenstands folgt,
Speichern der Bewegungslinie in einem Speicher, Anheben des Arms um einen
festgelegten Betrag über die Oberfläche des Gegenstands, wiederholtes Überqueren des
Gegenstands mit dem Arm von der Mitte zum Umfangsrand und zurück, während der
Gegenstand gedreht wird, Beaufschlagen des Kontaktrades mit Druck durch den
pneumatischen Zylinder oder die Zylinder, während sich der Arm entsprechend in dem
Speicher gespeicherten Informationen bewegt.
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Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglichen das schnelle und
einfache Polieren von einwärts gebogenen Enden ohne Zuhilfenahme von manuellen
Verfahren. Die Maschine kann aufeinanderfolgend für eine Vielzahl verschiedener
Enden oder Teller unterschiedlicher Größe verwendet werden, da sie in jedem Fall
einen einzelnen Radius des einwärts gebogenen Endes "abbildet" und diesen für den
anschließenden Poliervorgang in einem Speicher abspeichert. Ein einzigartiges
Merkmal der Erfindung besteht darin, daß geringfügige Unregelmäßigkeiten, die bei
Gegenständen wie einwärts gebogenen Enden auftreten können, durch den im folgenden
beschriebenen "Versatzmechanismus" kompensiert werden.
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Der Mechanismus, oder die "X-Y-Platte", ist in zwei Achsen relativ zum Hauptraum
bewegbar. Er wird in Richtung auf die zu polierende Fläche gedrückt und drückt daher
das den Abrasivriemen tragende Kontaktrad mittels eines pneumatischen Zylinders an
die zu polierende Oberfläche. Der Verschiebeweg des pneumatischen Zylinders ist
derart ausgebildet, daß er einen Hub hat, der ausreicht, um größer als jede
wahrscheinlich auftretende Unregelmäßigkeit in der Oberfläche zu sein. Dies bedeutet, daß die X-
Y-Platte und das Abrasiv-Kontaktrad unter Beibehaltung eines konstanten Andrucks
des Riemens gegen die Oberfläche über Unregelmäßigkeiten "reiten" können, obwohl
der Hauptarm einem festen Weg entsprechend dem in dem Speicher enthaltenen Radius
folgt. Auf diese Weise wird die Oberfläche glatt poliert und Unregelmäßigkeiten
werden dennoch mit einbezogen, ohne daß die gesamte Oberfläche abgebildet werden
muß. Die Tatsache, daß nur ein einziger Radius "abgebildet" werden muß, bedeutet,
daß dieser Vorgang nur wenige Sekunden anstelle von mehreren Minuten oder Stunden
dauert, wie dies bei bestimmten programmierbaren Schleifinaschinen der Fall ist.
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Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für. Schleifvorgänge
verwendet werden kann, d.h. in Fällen, in denen die Oberflächengüte des Werkstücks
zunächst für ein endbearbeitendes Polieren zu rauh ist. Dies kann durch Verwendung
von aufeinanderfolgenden Riemen mit zunehmend feinerem Abrasivmaterial bis zu und
einschließlich der Stufe des abschließenden Polierens. Dieser Vorgang ist als
"Finishing" bekannt.
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Im folgenden wird die Erfmdung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die
zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 - eine schematische Darstellung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung mit den
zugehörigen Steuerschaltungen;
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Figur 2 - eine detailliertere schematische Darstellung des Kontaktradmechanismus;
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Figur 3 - eine der Figur 2 ähnliche Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels; und
Figur 4 - eine (teilweise geschnittene) Seitenansicht entsprechend Figur 3.
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Wie in den Figuren, insbesondere den Figuren 1 und 2 dargestellt, weist die allgemein
mit 10 bezeichnete Poliervorrichtung einen Hauptarm 12 auf, der zur horizontalen
Bewegung an einem Querträger 14 und zur vertikalen Bewegung an einer Säule 16
angebracht ist. Die eigentliche Bewegung wird durch Servomotoren 18, 20 bewirkt,
welche durch eine CSC-Steuereinrichtung 22 gesteuert sind. Unter dem Arm 12
befindet sich ein Drehtisch 24, auf dem ein zu polierendes einwärts gebogenes Ende 26
angebracht werden kann.
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Der Hauptarm 12 trägt an seinem unteren Ende einen Kontaktradmechanismus oder
eine "X-Y-Platte" 28. Diese ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Die X-Y-Platte weist
ein Kontaktrad 30 auf, über welches ein Abrasivriemen 32 läuft. Die Oberseite des
Riemens 32 läuft um eine (nicht dargestellte) geeignete mitlaufende Scheibe am oberen
Ende des Arms 12 und dreht zum Polieren der Oberfläche des Endes 26.
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Die X-Y-Platte 28 weist eine vertikal verstellbare Platte 34 und eine horizontal
verstellbare Platte 36 auf. Das Kontaktrad 30 ist an der letztgenannten Platte angebracht. Jede
Platte wird von einem zugehörigen pneumatischen Zylinder 38 bzw. 40 bewegt und
gesteuert. Die Platte 36 ist in horizontalen linearen Lagern 42 bewegbar angebracht und
die Platte 34 ist in einem vertikalen linearen Lager 44 bewegbar angebracht. Ein
Antriebsmotor 46 und ein zugehöriger Antriebsriemen 48 sind für das Kontaktrad 30
vorgesehen. Digitale Vertikallrorizontal-Kodierer 50 sind jeder der Platten 34 und 36
zugeordnet.
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Beim Gebrauch wird ein Ende 26 auf dem Drehtisch 24 angeordnet und der Hauptarm
wird in die Mittelposition auf dem horizontalen Träger 14 bewegt und abgesenkt, bis
das Antriebsrad 30 an der Innenfläche des einwärts gebogenen Endes 26 anliegt. Der
Arm wird sodann vertikal und horizontal bewegt, wobei das Antriebsrad 30 in Kontakt
mit der Oberfläche gehalten wird, so daß es einen Radius von der Mitte des Endes zum
Außenrand abläuft. Die digitalen Kodierer 50 senden Informationen an die Steuerung
22, um den geometrischen Ort der Bewegung des Kontaktrads während dieses
Vorgangs zu speichern. Dadurch wird der Radius des zu polierenden Endes 26
"abgebildet". Da das Ende symmetrisch ist, liefert das Abbilden eines Radius ausreichend
Informationen zum Polieren des gesamten Endes. Anschließend wird die Maschine in
den "Polier"-Modus umgeschaltet, in dem der Drehantrieb 24 das Ende 26 dreht,
wahrend der Arm 12 bei laufendem Riemen 32 von der Mitte zum Außenrand hin- und
herläuft, wodurch die Innenfläche des einwärts gebogenen Endes poliert wird. Da die
in der Nähe der Mitte des Endes gelegene Fläche des Endes von dem Abrasivmaterial
öfter durchlaufen wird, kann der Andruck des Abrasivriemens 32 (der durch das
Kontaktrad 30 aufgebracht wird) vom Außenrand zur Mitte hin entsprechend einem in
der Steuereinrichtung gespeicherten Programm progressiv verringert werden. Hierdurch
wird über die gesamte Oberfläche eine im wesentlichen gleichmäßige Menge von
Material entfernt.
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Ein einzigartiges Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Art, in der sie
kleinere Unregelmäßigkeiten der Oberfläche behandelt. Da kein einwärts gebogenes
Ende oder Kopfteil 26 vollkommen gleichmäßig und symmetrisch ist, ergibt das
Abbilden eines einzelnen Radius und das Speichern desselben in einem Speicher
lediglich einen ungefähr genauen Weg, dem zu folgen ist. Dieser Tatsache wird durch
das "Versatz"-Merkmal entgegengewirkt, bei dem nach der ersten Abbildung der
Hauptarm um einen festen Betrag, beispielsweise zwischen einem und drei Inch, über
die Oberfläche des Endes 26 angehoben wird. Dieser "Versatz" wird ausgeglichen,
indem die X-Y-Platte 28 abwärts bewegt wird, bis das Kontaktrad 30 erneut die Anlage
des Abrasivriemens 32 an der Oberfläche bewirkt. Der Druck wird auf die Oberfläche
durch die Zylinder 38 und 40 im X-Y-Plattenmechanismus aufgebracht, die der
Position
des Hauptarms 12 entgegenwirken. Der Hub der Zylinder 38 und 40 ist
ausreichend groß gewählt, um größer als jegliche auftretende Unregelmäßigkeit zu sein.
Da pneumatische Zylinder ungeachtet des Grades der Streckung an jedem beliebigen
Punkt der Reziprok-Bewegung mit im wesentlichen konstantem Druck arbeiten, wird
der Riemen 32 von dem Kontaktrad 30 ungeachtet der exakten Position der X-Y-Platte
in bezug zum Hauptarm 12 mit dem programmierten Druck gehalten. Auf diese Weise
läuft das Kontatttrad 30 einfach über jegliche Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche
des einwärts gebogenen Endes 26 hinweg, während der programmierte Druck auf die
Oberfläche stets beibehalten wird. Ohne dieses Merkmal könnten Buckel oder
Unregelmäßigkeiten einfach weggeschliffen werden, wodurch oftmals Löcher in dem Ende 26
entstehen. Der Hauptarm 12 folgt dem gespeicherten Profil in der versetzten Höhe,
wobei die linearen Lager 42, 44 das Aufrechterhalten des Kontakt zwischen dem
Kontaktrad 30 und dem einwärts gebogenen Ende errnöglichen.
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In den Figuren 3 und 4, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind, ist ein bevorzugtes Ausfiilirungsbeispiel der X-Y-Platte 28 dargestellt. Hierbei ist
der Riementrieb 48 weggefallen und der Motor 46 ist nicht auf der X-Y-Platte selbst
montiert. Statt dessen ist ein Motor auf dem Gestell der Vorrichtung montiert und über
eine kerbverzahnte Universalgelenkswelle 52 angetrieben, die in eine
Winkelantriebseinrichtung 54 übergeht, die wiederum mit einem Untersetzungsgetriebe 56 verbunden
ist. Das Rad 30 wird durch das Untersetzungsgetriebe 56 angetrieben. Ferner kann bei
diesem Ausführungsbeispiel das Getriebe 56, zusammen mit dem zugehörigen
Kontaktrad 30, wie dargestelltangebracht sein (die Längsachse ist 20º links von der
vertikalen Achse angeordnet) oder sie kann in gespiegelter Position vorgesehen sein
(die Längsachse befmdet sich 20º rechts von der vertikalen Achse). Dies ermöglicht es,
das Rad leicht für eine Bewegung nach rechts oder links auf der Innen- oder der
Außenfläche zu positionieren. Ferner ermöglicht dies das Anbringen zweier
Schneidköpfe 16 an einem Träger 14, um das gleichzeitige Polieren gegenüberliegender
Hälften eines Endes und damit die halbe Polierzeit für ein Ende zu erreichen.
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Das Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 weist mehrere Vorteile auf Erstens führt
der Wegfall des Gewichts des Antriebsmotors 46 zu einer Verringerung der Trägheit
der X-Y-Plattenanordnung und ermöglicht ein genaueres Ablaufen des Rades auf der
Platte; zweitens kann die kerbverzahnte Welle 36 mehr Leistung übertragen als der
Treibriemen 48, so daß ein stärkerer Motor für einen schnelleren Arbeitsablauf
verwendet werden kann. Die bei diesem modifizierten Beispiel zusätzliche verfügbare
Leistung ermöglicht es, dieses nicht nur zum Polieren, sondern auch für das spanende
Bearbeiten komplexer Profile, beispielsweise Schiffsschrauben, zu verwenden. Das
gewünschte Profil einer fertigen Schraube kann wie zuvor erläutert abgebildet und in
einem Speicher gespeichert werden. Die Vorrichtung kann sodann einen unbearbeiteten
Gußrohling bearbeiten und entfernt Metall, bis das gewünschte Profil erreicht ist.
Selbstverständlich erfordert dies das Entfernen einer größeren Menge Metall als bei
einem Endbearbeitungsvorgang, weshalb die höhere Leistung erforderlich ist. Es sei
darauf hingewiesen, daß der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst bei
diesem Gebrauch, von herkömmlichen computergesteuerten Bearbeitungsvorgängen
dahingehend verschieden ist, daß das Kontaktrad über die gesamte Zeit dem gesamten
Profil folgt, bis es die maximale Erstreckung erreicht (bei der das "abgebildete" Profil
verfolgt wird). Dies gewährleistet einen schnelleren Arbeitsablauf.
BEISPIEL:
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In einem bestimmten Beispiel erfolgt die Digitalisierung der Oberfläche eines einwärts
gebogenen Endes wie folgt:
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Beim Ablaufen oder "Digitalisieren" einer Oberfläche ist das Aufzeichnen lediglich
eines Radius des Profils des Endes erforderlich. Der Vorgang dauert lediglich wenige
Sekunden und die Ausbildung der Maschine macht eine Abbildung der gesamten
Oberfläche aufgrund eines Mechanismus unnötig, der nicht abgebildeten Unebenheiten
in der Oberfläche automatisch folgt. Dies ermöglicht das schnelle und genaue
Bearbeiten verschiedener Ausbildungen von Enden und Kegeln, da in jedem Fall nur ein
einziger Radius aufzuzeichnen ist.
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Beim Betrieb wird die vertikale Hauptsäule 12 abgesenkt bis das Kontaktrad an der
Oberfläche anliegt und die kurze y-Achse der Einheit 28 (yz) eine Mittelposition in
bezug auf die Achse y1 der Säule 12 einninnnt. Dies wird von dem Computer erkannt,
der über die linearen Kodierer auf der kürzeren Achse Inforrnationen erhält. Ein
Nenndruck wird auf die pneumatischen Zylinder aufgebracht, um das Kontaktrad auf
der Oberfläche des Werkstücks zu halten. Die vertikale Hauptsäule (Y1) wird sodann
über die Oberfläche bewegt. Der Computer ist derart programmiert, daß er die Position
der vertikalen Hauptsäule an diejenige von y2 anpaßt, wobei die kurze x-Achse x2 in
der Mittelposition in bezug auf y2/die Mittelposition der ...... in bezug auf...
beibehalten wird, so daß, wenn
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y2 sich um (+1) bewegt - Y1 sich um (+1) bewegt
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y2 sich um (-3) bewegt - Y1 sich um (-3) bewegt
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y2 sich um (-2) bewegt - Y1 sich um (-2) bewegt, etc.
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Der Computer paßt nicht nur Y1 an y2 an, sondern zeichnet sämtliche
Relativpositionen sämtlicher Achsen der Maschine über die Servomotoren und die linearen Kodierer
auf und baut so ein detailliertes Bild des Oberflächenprofils auf. Mehrere Durchläufe
ermöglichen die Erstellung eines dreidimensionalen Bilds, ähnlich einer Landkarte. Die
Abtastrate kann verändert werden, um eine größere oder geringere Genauigkeit zu
erreichen. Die Achse x2 tastet ab und instruiert den Computer, wenn vertikale Flächen
digitalisiert werden.
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Sobald das Profil eines einwärts gebogenen Endes aufgezeichnet ist, bewegt der
Computer die Achse X1/Y1 in einer festgelegten Profilbaun über der Oberfläche des
Endes. Der Versatz wird von der Achse x2/y2 aufgenommen, wobei die vertikale
Hauptsäule dem dem Ende entsprechenden Profil folgt. Der pneumatische Zylinder
kann eine Kraft auf das Kontaktrad aufbringen, indem er der vertikalen Hauptsäule Y1
entgegen wirkt. Wenn das Kontaktrad an einer anderen Stelle auf dem Ende einer
Unebenheit begegnet, bewegt sich die kürzere Achse x2/y2 über die Unebenheit, ohne
daß die vertikale Hauptsäule ihren Weg verändert.
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An der Achse x2/y2 sind Wegbegrenuungsschalter für den Fall vorgesehen, daß eine
Unebenheit größer als die zulässige Wegstrecke ist.
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Die erfindungsgemäße Poliervorrichtung kann bei anderen Gegenständen als einwärts
gebogenen Enden oder Kopfstücken verwendet werden, jedoch ist sie in Verbindung
mit diesen besonders nützlich. Sie kann beispielsweise bei ebenen Platten oder bei
konvexen Oberflächen, anstelle von konkaven Oberflächen, verwendet werden. Mit
einer modifizierten Forrn der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Rohre mit
großem Durchmesser poliert oder endbearbeitet werden. Hierbei ist das Rohr unter dem
Arm 12 befestigt und derart angeordnet, daß es um seine Achse gedreht und
gleichzeitig in axialer Richtung hin- und herbewegt wird. Der Arm 12 bleibt stationär und der
zuvor beschriebene "Versatz" ermöglicht das Tolerieren von Unregelmäßigkeiten im
Außenumfang des Rohres. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vor dem Arbeitsgang
kein "Abbilden" erforderlich.
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Die Verwendung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung beim Polieren der Innenflächen
der einwärts gebogenen Enden von Verarbeitungsgefäßen ermöglicht die
Automatisierung und das sehr viel schnellere und kostengünstigere sowie zuverlässigere Ausführen
eines zeit- und kostenaufwendigen manuellen Vorgangs. Ferner ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend extrem flexibel, daß sie nacheinander für
verschiedene Gegenstände verwendbar ist, da sie keine ausführliche Programmierung für eine
neue Form erfordert; abgesehen von der anfänglichen Abbildung eines einzigen Radius
ist normalerweise keine Programmierung erforderlich.