ВРАЩАЮЩИЙСЯ АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК B24D7/12 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию вращающегося абразивного инструмента. Существенные преимущества при использовании абразивного инструмента могут быть получены за счет применения обратной связи в реальном масштабе времени, с оператором или с устройством управления абразивным инструментом. В качестве типов обратной связи в реальном масштабе времени, имеющих наиболее важное значение, могут быть выбраны, например, температура, шероховатость поверхности, положение заготовки в ходе предварительной обработки, шлифования или чистовой обработки. До настоящего времени момент окончания обработки зависел от опыта оператора или требовал более или менее частого прерывания обработки для проведения измерений. В этом описании термин "обработка при помощи абразивного инструмента (абразивная обработка)" относится не только к таким процессам, при которых удаляют с поверхности заготовки значительные количества материала, но и, что может быть более важно, к таким процессам, при которых производят тонкую отделку, полировку или притирку (доводку) поверхности.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается вращающийся абразивный инструмент, управление которым производится автоматически по множеству направлений в зависимости от критических параметров обработки, причем настройка операции обработки производится в ответ на вариацию указанных параметров без необходимости прерывания этой операции.

Вращающийся абразивный инструмент в соответствии с настоящим изобретением содержит:
а) абразивный круг, в котором просверлены сквозные отверстия с промежутками друг от друга, позволяющие наблюдать поверхность заготовки в ходе операции абразивной обработки, причем абразивный круг установлен на
b) вращающемся валу, имеющем привод от двигателя; и
c) по меньшей мере один бесконтактный датчик, который установлен с возможностью наблюдения и/или измерения состояния поверхности заготовки через отверстия в абразивном круге в ходе его вращения.

Абразивный круг может быть жестким (то есть обеспечивающим самоподдержку), но обычно его поддержка обеспечивается при помощи опорного фланца, в корпусе которого выполнены отверстия, соответствующие положению отверстий в закрепленном на нем абразивном круге, что позволяет производить наблюдение состояния поверхности заготовки в ходе вращения через отверстия в абразивном круге и во фланце. Укажем, что уже известны абразивные круги со смотровыми отверстиями или окнами, которые позволяют оператору производить оценку состояния поверхности обрабатываемой заготовки. Такие абразивные круги описаны, например, в документе WO/US 96/19191. Однако настоящее изобретение идет дальше в применении вращающегося абразивного инструмента, так как оно позволяет не только видеть поверхность заготовки, но и производить измерение ее состояния различными путями в зависимости от вида применения.

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве бесконтактного датчика используют лазерное устройство, которое выполнено с возможностью измерения качества обработки поверхности заготовки и/или расстояния между абразивным кругом и поверхностью заготовки. Следовательно, в процессе автоматического цикла абразивной обработки такой датчик может, например, быстро перемещать абразивный круг в направлении заготовки контролируемым образом, так чтобы избежать как задержки начала обработки, так и повреждения заготовки в результате чрезмерно резкого начального контакта с ней. Затем, после начала абразивной обработки, лазер может осуществлять текущий контроль поверхности заготовки и за счет соответствующего механизма обратной связи управлять давлением при шлифовании или отводом инструмента после достижения соответствующего качества обработки поверхности. Введение такого устройства в состав вращающегося абразивного инструмента обеспечивает эффективность проведения абразивной обработки с минимальной потерей времени.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве бесконтактного датчика используют такой датчик, который специально приспособлен для измерения температуры поверхности заготовки, например инфракрасный датчик. Это особенно важно в том случае, когда обрабатываемая поверхность окрашена. Современные автомобильные краски, например, при превышении определенной температуры, которая определяется химическим составом их полимерной матрицы, имеют тенденцию в ходе абразивной обработки к "комковатости" (то есть к частичному расплавлению или размягчению и образованию небольших шариков или сферических частиц полимера). Само собой разумеется, что это разрушает абразивную функцию абразивного круга и является критическим для осуществления текущего контроля температуры поверхности в ходе абразивной обработки. Устройство измерения температуры может быть выполнено отдельно от лазерного устройства измерения или встроено в него, так что возможно использование обоих типов механизмов измерения состояния поверхности заготовки.

Другие бесконтактные датчики могут контролировать световое излучение (как в УФ, так и в видимом диапазоне), звуковые волны, а также любой другой желательный вид электромагнитного излучения. Абразивный круг обычно содержит от 3 до 6 отверстий, расположенных на одном и том же расстоянии от оси круга. Размер отверстий преимущественно выбирают достаточным для того, чтобы при работе инструмента датчики контроля состояния поверхности получали необходимую полезную информацию. Форма отверстий не является критической, однако обычно предпочтительными являются круглые отверстия, так как они обеспечивают максимальную видимость с минимальным нарушением сцепления абразивного круга с поверхностью в соответствующих условиях абразивной обработки. Кроме того, преимущественно следует устанавливать датчики таким образом, чтобы обеспечивать наблюдение через абразивный круг в радиальном положении круга с максимальной площадью апертуры.

Для получения наиболее важной информации относительно качества поверхности обрабатываемой заготовки смотровые отверстия преимущественно размещают в радиально внешней половине абразивного круга, так как эта половина наиболее сильно нагружена. В некоторых видах абразивных кругов удаляют участки по окружности абразивного круга, чтобы позволить производить наблюдение поверхности непосредственно на кромке абразивного круга. Такие удаленные периферические участки также можно рассматривать как аналог отверстий, так как они выполняют такую же функцию, что и отверстия в корпусе абразивного круга, несмотря на то что они расположены в другом месте круга.

В рабочем состоянии датчик через отверстия в круге передает и/или принимает электромагнитное излучение (природа которого зависит от выбранного параметра измерения, что упоминалось здесь ранее). На практике это приводит к необходимости синхронизации систем обнаружения со скоростью вращения круга и с частотой прохождения отверстий перед системой обнаружения, что позволяет датчику получать максимальную информацию. Абразивный круг может быть жестким и может быть выполнен, например, в виде полировального диска ("flap-disk"), в котором четырехугольные накладки (flaps) с покрытием из абразивного материала закреплены с одного торца на жестком круге, который обычно изготовлен из меди, вокруг одной его поверхности. Такие абразивные круги обычно не требует применения опорного фланца и могут быть использованы для зашлифовки сварных швов или линий стыков.

Может быть использован обычный тип поверхности абразивного круга, когда абразивные зерна связаны с материалом подложки при помощи обычного связующего и имеют различные комбинации размеров, причем может быть использовано покрытие с большим размером зерна, придающее специальные свойства или характеристики шлифования. Однако абразивный круг может иметь и специально выполненную поверхность, которая содержит микровоспроизводимые структуры, такие как пирамиды или линии параллельных выступов, каждый из которых содержит абразивные частицы, диспергированные в связующем материале и сцепленные с материалом подложки. Наконец, на поверхности может быть предусмотрен слой абразивных частиц, диспергированных в связующем полимере, который представляет собой относительно однородный слой или контурную структуру на подложке.

В качестве абразивных частиц могут быть использованы любые из тех, которые обычно используют для решения указанных задач, причем диапазон материала частиц простирается от оксида алюминия, комбинации оксида алюминия с двуокисью циркония и от карбида кремния для области шлифования общего назначения до алмаза, кубического нитрида бора (CBN), оксида церия, гамма-оксида алюминия и микрокристаллического альфа-оксида алюминия в более специальных областях шлифования.

Связующий компонент абразивного круга может быть выбран в соответствии с известными связующими для указанных приложений. Среди таких связующих можно указать термореактивные смолы, такие как фенолоальдегидный полимер и эпоксидная смола, радиационно-отверждаемые смолы, такие как акрилатные, эпоксидно-акрилатные, уретан-акрилатные смолы, а также другие аналогичные смолы, отверждение которых происходит под воздействием видимого или УФ- излучения, а также под воздействием пучка электронов. Могут быть использованы также смолы, отверждаемые влагой.

Может быть использовано любое содержащее двигатель подходящее средство создания вращения абразивного круга, причем весь инструмент в целом может быть приспособлен для установки на торце круглошлифовальном станке, на станке, не требующем обслуживания, или на стационарном шлифовальном станке и т. п.

Преимущественно механизм измерения состояния связан с системами управления инструментом, которые регулируют параметры, такие как положение инструмента относительно заготовки, силу, с которой абразивный круг входит в контакт с заготовкой, и скорость вращения круга. Альтернативно или дополнительно устройство измерения состояния может быть связано со средством уведомления, таким как световой сигнал, звонок или зуммер, который извещает, что достигнута желательная конечная точка или предельное состояние. Ясно, что если инструмент используют в режиме, не требующем обслуживания, то преимущественно используют средство уведомления.

Преимущественной областью применения является автомобильная промышленность, в которой широко применяют автоматизацию процессов чистовой обработки поверхности. Вращающийся абразивный инструмент в соответствии с настоящим изобретением особенно хорошо подходит для удаления дефектов чистовой обработки, когда заготовка представляет собой окрашенную автомобильную панель. В качестве примера инструмента, предназначенного для такого применения, можно привести инструмент, снабженный двумя датчиками, одним из которых является лазерное устройство, которое контролирует шероховатость поверхности заготовки при проведении ее полировки и дает команду на окончание обработки при достижении желательной чистоты поверхности; а другим является датчик температуры, который прерывает процесс полировки или снижает его интенсивность, когда температура поверхности приближается к точке, в которой могут возникать проблемы "комковатости" полимера краски. Предпочтительный абразивный круг для указанного инструмента имеет 3 отверстия, равномерно распределенные по окружности, на расстоянии от центра, составляющем ориентировочно 2/3 расстояния от центра круга до его периферии. Диаметр отверстии составляет ориентировочно от 15 до 30% радиуса круга. Поверхность обработки абразивным инструментом является обычной для данного применения и не является критической для собственно инструмента.

Изобретение относится к машиностроению. Инструмент имеет отверстия, позволяющие наблюдать поверхность заготовки в ходе операции абразивной обработки, что дает возможность введения в состав инструмента механизма измерения состояния поверхности заготовки через указанные отверстия. Указанный механизм позволяет производить соответствующую адаптацию условий абразивной обработки. 7 з.п. ф-лы.

1. Вращающийся абразивный инструмент, содержащий установленный на вращающемся валу, имеющем привод от двигателя, абразивный круг с просверленными с промежутками друг от друга сквозными отверстиями, предназначенными для наблюдения поверхности заготовки в ходе операции абразивной обработки, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним бесконтактным датчиком, установленным с возможностью наблюдения и/или измерения состояния поверхности заготовки через отверстия в абразивном круге в ходе его вращения. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что датчик связан со средством для регулирования параметров абразивной обработки, реагирующим на измеренное состояние поверхности заготовки. 3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что абразивный круг закреплен на опорном фланце с отверстиями в корпусе, которые соответствуют положению упомянутых отверстий абразивного круга. 4. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчика используют лазерное устройство, выполненное с возможностью измерения качества обработки поверхности заготовки и/или расстояния между абразивным кругом и поверхностью заготовки. 5. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что датчик приспособлен для измерения температуры поверхности заготовки с использованием инфракрасного излучения. 6. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в абразивном круге размещены в радиально внешней половине абразивного круга. 7. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в абразивном круге выполнены в виде участков, удаленных от его окружности. 8. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что абразивный круг выполнен с поверхностью, содержащей микровоспроизводимые структуры.