ВИБРАЦИОННАЯ ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2011 года по МПК B24B23/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вибрационной шлифовальной машине, которая создает вибрационное движение по сферической образующей поверхности. Данная машина, в общем, предназначена для шлифования небольших дефектов окраски и лакового покрытия, производимого посредством абразивных дисков, или тому подобных шлифовальных изделий, которые имеют небольшой размер. Вместе с тем, настоящее изобретение применимо к абразивным изделиям, имеющим поверхности с выпуклой или вогнутой чашеобразной формой.

Уровень техники

Известно шлифование посредством различного типа вибрационных инструментов при проведении работы по исправлению дефектов, связанных с окраской или лаковым покрытием. Поскольку такая восстановительная работа часто заключается в механической обработке поверхностей, имеющих небольшие по размеру площади, эту работу предпочтительно выполняют с использованием легкоуправляемых ручных шлифовальных машин. Для выполнения такой работы абразивное изделие, например абразивный диск, прикрепляют к верхней поверхности крепежного диска, который является элементом конструкции данного режущего инструмента, и приводят его в осциллирующее вибрационное движение, например, посредством эксцентрика, функционирующего в составе конструкции инструмента. В известных шлифовальных машинах указанная верхняя поверхность является, по существу, двухмерной.

Шлифовальные машины, снабженные круглым крепежным диском, предназначенным для крепления абразивных дисков, содержат втулку для присоединения вибрирующего крепежного диска. Такую соединительную втулку предпочтительно присоединяют в подшипниковых опорах к валу шлифовальной машины так, чтобы крепежный диск мог свободно вращаться вокруг вала и в то же время с помощью эксцентрика мог совершать осциллирующее движение. Абразивный диск, прикрепленный к крепежному диску, приобретает таким образом сложное движение, которое состоит частично, по существу, из кругового осциллирующего движения и частично из свободного вращения соединительной втулки относительно вала. Соответственно во время процесса шлифования движение такого абразивного диска происходит только в двух координатах, которые совпадают с положением плоскости крепежного диска.

В процессе шлифования на вращение абразивного изделия оказывает влияние трение между абразивным изделием и шлифуемым участком поверхности, в направлении которого ориентирован инструмент. Кроме того, на вращение в некоторой степени влияют угол наклона и усилие, с которым абразивное изделие приложено к шлифуемому участку поверхности.

Во время шлифования окрашенных или лакированных поверхностей, например, для устранения небольших дефектов поверхности задача состоит в ограничении размера поверхности, которую необходимо шлифовать, чтобы избежать нежелательных резких границ между отшлифованными и нешлифованными участками поверхности. Проблема, существующая в известных шлифовальных машинах, в которых реализуется вышеупомянутое двухмерное или плоское осциллирующее движение, заключается в том, что внешняя кромка абразивного изделия стачивается значительно более заметно, чем средняя зона шлифовального изделия. Это еще больше затрудняет исправление указанных дефектов поверхности.

Кроме того, шлифовальная машина вышеуказанного типа часто имеет тенденцию к неустойчивости или боковому перемещению. Это связано с тем, что осциллирующее вибрационное движение крепежного диска создает тяговое усилие, перемещающее шлифовальную машину в боковом направлении в плоскости контакта, в которой абразивное шлифование взаимодействует со шлифуемым участком поверхности. Пользователь шлифовальной машины, который поддерживает шлифовальную машину рукой в более удаленной, расположенной выше плоскости, не имеет времени для предотвращения, в достаточной степени, боковых перемещений шлифовальной машины. Недостаточное предотвращение этих перемещений приводит к тому, что шлифовальная машина все-таки перемещается в боковом направлении, что, в свою очередь, создает ситуацию, в которой крепежный диск с прикрепленным к нему абразивным изделием не может все время полностью опираться непосредственно на шлифуемую поверхность.

Кроме того, обостряются проблемы неравномерности шлифования, связанные с трудностью начала процесса шлифования таким образом, чтобы расположить крепежный диск шлифовальной машины с абразивным изделием, полностью опирающимся непосредственно на обрабатываемую поверхность.

Результат всех отмеченных выше проблем и недостатков состоит в том, что при проведении шлифования с помощью известных вибрационных инструментов часто образуются новые дефекты поверхности, как дефекты финишной обработки. Эти дефекты финишной обработки представляют собой выемки наподобие кратеров, образующиеся на внешней кромке шлифуемой площадки. В местах нахождения этих подобных кратерам выемок на шлифуемой площадке имеются внешние участки с большим углублением поверхности, окружающие центральные участки, которые сточены шлифованием в меньшей степени. В том случае когда вибрационный инструмент, помимо того, во время работы расположен с наклоном, по месту образуются серповидные кратеры, в которых более глубокие внешние участки только частично окружают менее сточенные центральные участки.

Отмеченные выше дефекты финишной обработки, в частности, представляют собой последствия попытки устранить небольшой дефект, например, на лакированной поверхности автомобиля. В таком случае задача заключается лишь в том, чтобы отполировать какие-либо более мелкие дефекты, оставшиеся после окончательного лакирования, без проведения после этого корректирующей лакировки обработанной поверхности с целью устранения дефектов. При проведении этой восстановительной работы цель заключается в том, чтобы отшлифовать по возможности небольшие участки и в то же время получить сглаженную границу между вновь отшлифованным участком с лаковым покрытием и окружающей ее нешлифованной поверхностью.

Вибрационные шлифовальные машины известны из патента DE 2430620 и предназначены для использования при так называемом лаппинговании, т.е. медленном шлифовании твердых материалов. Указанный патентный документ содержит подробное описание конструкции машины, выполненной с регулируемым приводным валом. Шлифовальную машину такой конструкции трудно балансировать и с ней трудно работать. Кроме того, для предполагаемой области применения данная конструкция машины делает невозможным ее использование при шлифовании с очень высокими скоростями вращения абразивного изделия. Следует также отметить, что машина такой конструкции предназначена для работы с нежесткими абразивными изделиями.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение позволяет, по существу, избежать проблем, возникающих в известных решениях. Задача изобретения заключается таким образом в создании легкоуправляемой шлифовальной машины, которая создает осциллирующие вибрационные движения по сферической образующей и характеризуется высокой надежностью при функционировании. Такая шлифовальная машина обеспечивает также уменьшение размера шлифуемого участка поверхности и более гладкую поверхность раздела между шлифованными и нешлифованными участками.

Эта задача решена в соответствии с настоящим изобретением с помощью шлифовальной машины, характеризуемой признаками, изложенными в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Последующие пункты формулы раскрывают подходящие дополнительные развития и видоизменения изобретения, которые обеспечивают дополнительные преимущества при его выполнении.

Настоящее изобретение, следовательно, относится в основном к обеспечению осциллирующего вибрационного движения ручной шлифовальной машины, по существу, по сферической образующей в отличие от ранее известных решений. Соответственно такое движение является трехмерным (осуществляемым в пространстве) в отличие от двухмерного движения (осуществляемого в плоскости), реализуемого в известных решениях.

Используемые в нижеследующем описании термины, например, "выше" "ниже" и т.п. указывают направления относительно вибрационной шлифовальной машины или его конструкционных элементов в том положении, как они показаны на сопровождающих чертежах.

С помощью шлифовальной машины, раскрытой в настоящем изобретении, достигаются значительные преимущества по отношению к известным аналогам. Кроме того, посредством размещения приводного вала шлифовальной машины, при котором он непосредственно приводится во вращение приводным двигателем, достигаются простая и прочная конструкция и возможность легкой замены приводного вала. С другой стороны, легкая и простая конструкция шлифовальной головки шлифовальной машины позволяет использовать такую машину при шлифовке с высокой скоростью вращения.

Поскольку соединительная поверхность крепежного диска шлифовальной машины имеет, по существу, сферическую форму, небольшой наклон шлифовальной машины не изменяет взаимной геометрии контактирующих поверхностей, обращенных друг к другу. Соответственно предложенная шлифовальная машина обеспечивает определенный наклон абразивного изделия, прикрепленного к соединительной поверхности машины, по отношению к тому участку поверхности шлифования, контакта с которым следует избегать. В связи с тем, что ручной вибрационный инструмент согласно настоящему изобретению не требует такого же точного позиционирования относительно шлифуемой поверхности, как это имеет место в известных решениях, и работать с инструментом становится значительно проще. Кроме того, крепежный диск шлифовальной машины является достаточно подходящим для использования гибких абразивов, которые известны сами по себе.

Сферическая поверхность крепежного диска позволяет при шлифовании прикладывать более сосредоточенное и высокое давление в середине контактной поверхности крепежного диска. Таким образом предложенная конструкция позволяет более точно отшлифовать или отполировать дефект лишь на заданном участке шлифования. Следовательно, предложенное решение обеспечивает меньшую площадь шлифования, при этом кромочный участок периферии шлифуемой поверхности получается менее видимым, и между окончательно обработанным и необработанным участками поверхности создается гладкая переходная поверхность. Соответственно новая конструкция позволяет в основном избежать на окрашенных и лакированных поверхностях наличия беспокоящих дефектов, серповидных или наподобие кратеров.

Конструктивный принцип настоящего изобретения обеспечивает также изготовление шлифовальной машины, выполненной с возможностью движения при шлифовании по сферической образующей поверхности. Такое движение позволяет шлифовать изделия, обрабатываемые поверхности которых имеют чашеобразную форму, выпуклую и вогнутую. В связи с этим шлифовальная головка шлифовальной машины легко может быть заменена выпуклой или вогнутой в соответствии с необходимостью.

Дополнительные преимущества и особенности данного изобретения подробно раскрыты в нижеследующем описании.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вертикальный и схематический разрез вибрационной шлифовальной машины, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.2 - приводной вал шлифовальной машины, вид сбоку.

Фиг.3 - предпочтительный вариант выполнения приводного вала шлифовальной машины, вид сбоку.

Осуществление изобретения

Предпочтительные примеры выполнения предложенной вибрационной шлифовальной машины рассмотрены ниже со ссылкой на вышеупомянутые чертежи. Раскрытые в настоящем описании технические решения предполагают использование показанных на чертежах элементов конструкции, каждый из которых обозначен на этих чертежах соответствующим ссылочным номером позиции. Указанные номера позиций соответствуют ссылочным номерам, приведенным в нижеследующем описании изобретения.

В соответствии с фиг.1 вибрационная шлифовальная машина содержит рукоятку 1, охватывающую приводной двигатель 2 вместе с корпусом 3. Приводной двигатель управляет приводным валом 4, который взаимодействует со шлифовальной головкой 5. Шлифовальная машина может быть снабжена или электрическим или пневматическим приводным двигателем, который управляет приводным валом при соответствующей скорости вращения. Обычно приводной вал вращается со скоростью, соответствующей числу оборотов в минуту от 1000 до 12000. Приводной вал предпочтительно установлен так, чтобы он приводился во вращение непосредственно приводным двигателем. Альтернативное воплощение вибрационной шлифовальной машины для весьма небольшого круга задач представляет собой легкоуправляемую шлифовальную машину, имеющую карандашеобразную форму и небольшие габариты. Рукоятка 1 может быть прикреплена к корпусу 3 даже с возможностью съема, что позволяет удалять рукоятку для размещения шлифовальной машины в специальном держателе, конструктивное выполнение которого само по себе известно.

Шлифовальная головка 5 смонтирована так, чтобы она свободно вращалась относительно приводного вала и корпуса 3 шлифовальной машины за счет установки между приводным валом и шлифовальной головкой одной или нескольких подшипниковых опор 6 и 7. Абразивное изделие 8 прикреплено к крепежному диску 9 шлифовальной головки посредством средств механического крепления, которые сами по себе известны.

Шлифовальная головка может быть изготовлена, например, посредством литья из пластмассы. Соответственно шлифовальная головка имеет небольшую массу, что позволяет использовать вибрационную шлифовальную машину при высокой скорости вращения вала. Кроме того, шлифовальная головка выполнена с возможностью легкой замены другой такой головкой, которая имеет крепежную поверхность необходимой геометрии. Так, в соответствии с необходимостью шлифовальная головка может быть выполнена с вогнутой или выпуклой поверхностью.

В настоящем изобретении крепежный диск 9 установлен так, что он приобретает осциллирующее движение за счет эксцентричного размещения относительно приводного вала 4, обеспечиваемого с помощью имеющегося в конструкции эксцентрикового вала 10, показанного на фиг.3. В дополнение к осциллирующему вибрационному движению крепежный диск, кроме того, может свободно вращаться относительно эксцентрикового вала, поскольку шлифовальная головка 5 установлена с возможностью свободного вращения относительно эксцентрикового вала 10.

Соответственно эксцентриковый вал 10 является частью приводного вала 4 шлифовальной машины и установлен неподвижно по отношению к основному валу 11, входящему в конструкцию всего приводного вала 4. При этом осевая линия 12 эксцентрикового вала образует острый угол α с соответствующей осевой линией 13 основного приводного вала. Такое угловое расположение эксцентрикового вала обеспечивает необходимое эксцентричное положение шлифовальной головки 5 относительно основного вала и результирующее эксцентричное движение крепежного диска 9 шлифовальной головки.

В раскрытом в данном описании варианте выполнения шлифовальной машины осевые линии 12 и 13 проходят с расхождением друг от друга, и в результате расстояние между этими осевыми линиями на шлифующей поверхности, образованной абразивным изделием 8, установленным на крепежном диске 9, становится радиусом осциллирующего вибрационного движения крепежного диска. Указанный эксцентриситет осциллирующего движения шлифующей поверхности составляет приблизительно от 1 до 5 мм, как правило, от 1 до 2,5 мм, однако, не существует препятствий для отклонения данной характеристики осциллирующего движения от указанной величины. Следует также отметить, что поскольку указанные осевые линии проходят под углом α с пересечением в некоторой точке, находящейся в соответствии с фиг.2 над шлифующей поверхностью, осевая линия эксцентрикового вала образует соответствующий угол α с нормалью к плоскости шлифования.

В соответствии с фиг.3 осевые линии 12 и 13 эксцентрикового и основного валов также могут пересекаться под углом α в некоторой точке ниже шлифующей поверхности. Предложенный принцип функционирования машины таким образом позволяет изготавливать вибрационные шлифовальные машины, которые при шлифовании перемещаются по сферической образующей поверхности и предназначены для шлифования изделий, имеющих чашеобразную форму с выпуклой или вогнутой поверхностями.

Чтобы избежать перемещений внешней кромки шлифующей поверхности в осевом направлении, крепежный диск 9 предпочтительно выполнен, по существу, со сферической соединительной поверхностью 14, на которой может быть закреплено абразивное изделие. Осевые линии 12 и 13 предпочтительно расположены так, чтобы они пересекались над шлифующей поверхностью на определенной высоте, которая будет соответствовать радиусу образующей сферической поверхности, по которой происходит осциллирующее движение крепежного диска, и таким образом эта высота предпочтительно соответствует радиусу кривизны сферической крепежной поверхности. Величина указанного радиуса кривизны может быть подходящим образом выбрана так, чтобы она составляла от 20 до 300 мм, но для наиболее предпочтительного варианта выполнения находится в интервале от 75 до 150 мм. В особых случаях величина этого радиуса может быть выбрана такой, чтобы она точно совпадала с кривизной поверхности конкретного шлифуемого изделия и чтобы это приводило к оптимальному результату при шлифовании.

Выполнение приводного вала 4 с возможностью замены не только облегчает техническое обслуживание шлифовальной машины, но, кроме того, способствует регулированию осциллирующего движения шлифовальной головки 5 в соответствии с различными требованиями, крепежными дисками 9 и абразивными изделиями 8. При регулировании осциллирующего движения, осуществляемого посредством замены приводного вала, для замены выбирают такой приводной вал, в котором осевая линия 12 эксцентрикового вала расположена относительно осевой линии 13 основного вала 11 под углом α, отличающимся от указанного угла α перед проведением замены, или, другими словами, в котором осевые линии основного вала и эксцентрикового вала пересекаются в некоторой точке, положение которой отличается от точки пересечения перед заменой приводного вала.

Конструкция, соответствующая предложенной шлифовальной машине, в которой шлифовальная головка 5 вращается относительно эксцентрикового вала 10, основной вал 11 вращается относительно корпуса 3 шлифовальной машины, а эксцентриковый вал 10 расположен с наклоном относительно основного вала, обеспечивает осциллирующую вибрацию, по существу, в пределах сферической образующей поверхности, что приводит к весьма ровному шлифованию без царапин, вмятин или других неоднородностей. Преимущество такого особенного осциллирующего движения заключается в том, что несмотря на небольшой наклон шлифовальной машины, осциллирующее движение шлифовальной головки именно в месте контакта шлифовального изделия 8 и шлифуемой площадки будет сохраняться в плоскости расположения крепежной поверхности 14 до тех пор, пока этот наклон находится в пределах углового конуса, ограниченного площадкой со сферической поверхностью, образованной крепежной поверхностью.

Настоящее описание и сопровождающие чертежи служат лишь для иллюстрации предложенного решения конструкции вибрационной шлифовальной машины. Соответственно это решение не ограничено только таким вариантом выполнения, который раскрыт выше или в приложенных пунктах формулы, и в рамках замысла изобретения, изложенного в приложенных пунктах формулы, возможно большое количество вариантов или альтернативных воплощений.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении вибрационных машин с абразивным изделием выпуклой или вогнутой формы, предназначенных для шлифования, например, небольших дефектов окраски и лакового покрытия. Машина содержит приводной двигатель, заключенный в корпус, и приводной вал, взаимодействующий с приводным двигателем и шлифовальной головкой. Последняя выполнена в виде опоры для упругого абразивного изделия и установлена в подшипниковых опорах с возможностью свободного вращения. Приводной вал состоит из двух элементов, включающих основной вал и жестко прикрепленный к нему эксцентриковый вал. Осевая линия эксцентрикового вала расположена под заданным углом относительно соответствующей осевой линии основного вала. Шлифовальная головка установлена на эксцентриковом валу с возможностью осциллирующего вибрационного движения, по существу, в пределах площадки со сферической поверхностью, образованной за счет вращения основного вала и эксцентриситета и наклона эксцентрикового вала относительно основного вала. В результате обеспечиваются легкая управляемость машины и высокая надежность ее работы, а также уменьшаются размеры шлифуемого участка и сглаживаются поверхности раздела между шлифуемыми и нешлифуемыми участками. 14 з.п ф-лы, 3 ил.

1. Вибрационная шлифовальная машина, содержащая приводной двигатель (2), заключенный в корпус (3), и приводной вал (4), выполненный с возможностью взаимодействия с приводным двигателем и снабженный шлифовальной головкой (5), выполненной в виде опоры для упругого абразивного изделия (8), при этом шлифовальная головка установлена в подшипниковых опорах с возможностью свободного вращения вокруг приводного вала, отличающаяся тем, что приводной вал (4) состоит из двух элементов, включающих основной вал (11) и жестко прикрепленный к нему эксцентриковый вал (10), при этом осевая линия (12) эксцентрикового вала расположена под заданным углом (α) относительно соответствующей осевой линии (13) основного вала (11), и на эксцентриковом валу (10) установлена шлифовальная головка (5) для ее эксцентричного перемещения относительно основного вала (11), при этом шлифовальная головка выполнена с возможностью осциллирующего вибрационного движения, по существу, в пределах площадки со сферической поверхностью, образованной за счет вращения основного вала и эксцентриситета и наклона эксцентрикового вала относительно основного вала.

2. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) проходят с расхождением друг от друга, при котором расстояние между этими осевыми линиями на шлифующей поверхности, образованной шлифовальным изделием (8), закрепленным на шлифовальной машине, составляет от 1 до 5 мм.

3. Вибрационная шлифовальная машина по п.2, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) проходят с расхождением друг относительно друга, при котором расстояние между этими осевыми линиями на шлифующей поверхности составляет от 1 до 2,5 мм.

4. Вибрационная шлифовальная машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) расположены таким образом, что они пересекаются на конечной высоте над шлифовальным изделием (8), размещенным на крепежном диске (9) шлифовальной головки (5).

5. Вибрационная шлифовальная машина по п.4, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) расположены так, что они пересекаются над шлифовальным изделием (8), размещенным на крепежном диске (9), в заданной точке на высоте, составляющей от 20 до 300 мм.

6. Вибрационная шлифовальная машина по п.5, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) расположены так, что они пересекаются над шлифовальным изделием (8), размещенным на крепежном диске (9), в заданной точке на высоте, составляющей от 75 до 150 мм.

7. Вибрационная шлифовальная машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) расположены так, что они пересекаются в заданной точке на конечном расстоянии ниже абразивного изделия (8), размещенного на крепежном диске (9) шлифовальной головки (5).

8. Вибрационная шлифовальная машина по п.2, отличающаяся тем, что осевая линия (13) основного вала (11) и осевая линия (12) эксцентрикового вала (10) расположены так, что они пересекаются в заданной точке на конечном расстоянии выше или ниже поверхности абразивного изделия (8), которая выполнена с возможностью шлифовального движения по сферической образующей поверхности, соответствующей кривизне шлифуемой поверхности.

9. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что крепежная поверхность (14) крепежного диска (9) имеет радиус кривизны, по существу, соответствующий радиусу образующей сферической поверхности, по которой шлифовальная головка (5) совершает осциллирующее движение.

10. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что приводной вал (4) шлифовальной машины выполнен сменным.

11. Вибрационная шлифовальная машина по п.10, отличающаяся тем, что осевая линия (12) эксцентрикового вала образует с осевой линией (13) основного вала (11) заданный угол (α), который отличается от угла (α) перед заменой приводного вала.

12. Вибрационная шлифовальная машина по п.10, отличающаяся тем, что осевая линия (12) эксцентрикового вала и осевая линия (13) основного вала (11) расположены таким образом, что они пересекаются в заданной точке, отличной от точки их пересечения перед заменой приводного вала.

13. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что шлифовальная головка (5) содержит крепежный диск (9), имеющий, по существу, сферическую соединительную поверхность (14) для размещения на ней абразивного изделия (8).

14. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что приводной двигатель (2) выполнен с возможностью приведения приводного вала (4) во вращение.

15. Вибрационная шлифовальная машина по п.1, отличающаяся тем, что корпус (3) снаружи охвачен рукояткой (1).