CN100387395C - 外圆和内圆磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

机器部件(5)具有一锥形的作用面。一种装置具有床身(1)、一个可纵向移动的磨削工作台(7)和一个在磨削工作台(7)上的工件主轴头架(2)，所述工件主轴头架通过卡盘(3)利用卡爪(4)对机器部件(5)进行夹固，所述装置用于对机器部件进行加工。通过磨削工作台(7)在纵轴(6)方向上的纵向移动，机器部件(5)的锥形的作用面被第一砂轮盘(14)以垂直磨削方式磨削。配合的砂轮轴架(10)除了用于第一砂轮盘(14)的第一砂轮轴(12)外还具有用于第二砂轮盘(16)的第二砂轮轴(13)，所述第二砂轮盘固定在砂轮心轴(15)上。砂轮轴架(10)可围绕一垂直轴(11)摆动地固定在砂轮轴滑鞍(9)上，砂轮轴滑鞍通过一个伺服电机(8)在X轴方向上移动。用B表示砂轮轴架(10)的摆动方向；X和Z表示CNC技术的通常的轴。第一砂轮盘(14)被移离机器部件的范围和第二砂轮盘(16)被置于作用位置，对机器部件(5)的纵向孔进行内圆磨削。

Description

外圆和内圆磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的方法和装置

本发明涉及一种磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的方法，所述机器部件的正面的端面构成一特别是扁平的截锥壳体形状的具有截面为直线性的或拱形的轮廓的作用面。

采用这种方法磨削加工的机器部件例如是在机动车上采用的无极变速传动装置内的部件。其中有两个机器部件的作用面相对。因此作用面构成一个具有近似楔形的环形空间，其中诸如链或皮带等牵拉件分别根据作用面之间的相互距离在不同的半径之间往复移动。由于这种传动装置要求加工精度高和必须传递大的旋转力矩，所以对机器部件的尺寸精度和表面质量提出很高的要求。此点同样也适用于磨削加工过程，特别是对作用面的磨削。

上述的方法在迄今的加工实践中要分多次加工处理，即必须经过多次夹固进行。为了对机器部件上的纵向孔进行内圆磨削必须将机器部件接着夹固在另一台机器上，在所述机器上利用相应较小的砂轮盘对孔壁进行内圆磨削。

这种方法具有不同的缺点。首先需要锥形的或具有阶梯直径的砂轮盘，这种砂轮很难制造和校准。在采用这种具有不同直径的圆周范围的砂轮盘时被磨削的范围的圆周速度也不同。这意味着，在磨削点上的关键的磨削速度必然不同并因此并不是在所有位置都是最佳的。此点将导致出现具有不同粗糙度的范围，所述不同的粗糙度特别是将对作用面产生不利的影响。最后在采用通常的乳液和磨削油进行冷却时也将出现问题。在进行斜切磨削时在磨削位置上将形成一个逐渐变窄的楔形，冷却润滑剂并不能最佳地被输送到这种位置。因此造成对磨削位置的不均匀的冷却。所有这些困难的产生都是由于迄今一直采用刚玉砂轮实施现有技术的方法造成的，而刚玉砂轮与在此期间广泛应用的CBN砂轮盘相比，其寿命短并且经常需要进行校准。

在DD143700中披露了一种磨削作为旋转的电极在X射线管内应用的钨盘的装置。所述钨盘根据图中所示具有一个截锥外形，其中外体线对应于基座的倾角大约为30°。在采用这种装置时钨盘被夹固在工件保持装置上，所述工件保持装置对应于机床的机架围绕一垂直轴摆动。在工件保持装置的对面有一纵向支承件，所述纵向支承件可在一水平的平面上移动。在纵向支承件上设置有一个十字滑鞍，所述十字滑鞍用于对驱动小型的圆柱形的砂轮盘的砂轮轴进行支撑，所述砂轮盘对钨盘的孔进行内圆磨削。纵向支承件与十字滑鞍间隔地还支撑有一个用于驱动锥形的砂轮盘的刚性的电动轴。利用锥形的砂轮盘对钨盘的正面以及锥形壳体的范围进行磨削。为此必须通过工件保持装置的摆动和纵向支承件的移动以及通过人工操作进给控制装置将锥形砂轮盘和钨盘置于相互的正确位置。在DD143700披露的仅仅是对锥形壳体范围的斜切磨削。需要部分人工操作的已知的装置是非常麻烦的并且需要在一定的手工加工技能的基础上进行操作。

在EP1022091A2中披露了一种对工件进行磨削的加工机床，其中两个大小不同的圆柱形的砂轮盘位于一个六角头上，所述六角头设置在滑鞍上。通过将六角头旋转180°可以有选择地将两个砂轮盘贴靠在旋转对称的工件的不同的范围上。工件设置在一个工件固定装置上，所述工件固定装置在滑鞍上沿工件的纵轴移动。为进行磨削，工件被置于旋转状态。在这种已知的加工机床中另外还可以将工件固定装置对应于工件固定装置的移动方向倾斜一个+/-30°进行调整设置。在EP1022091A2中没有对工件固定装置在倾斜位置时如何进行磨削加以说明。由于已经明确说明将支撑砂轮盘的六角头以每步90°进行调整，所以几乎可以得出如下结论，当必须对锥形的具有很大的倾角的锥形外轮廓进行磨削时，即使在这种已知的加工机床中涉及的仍是砂轮盘的纵向进给磨削。

因此本发明的目的在于提出一种外圆和内圆磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的方法，其中可以缩短加工时间和改善磨削效果。

本发明的目的也适用于磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的装置。

根据本发明的一个方面，提供一种磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的方法，所述机器部件的正面的端面是一个壳体式扁平截锥形状的、具有截面为直线性的或拱形的轮廓的作用面，在单侧外圆被保持的机器部件上首先对其作用面进行磨削，其中第一圆柱形的砂轮盘以其旋转的圆柱形圆周面垂直于作用面进给，其中机器部件在其旋转和纵轴的方向上对应于第一砂轮盘相对移动，其中第一砂轮盘的轴向延伸与作用面的径向倾斜延伸重叠，和然后在同一夹固中对纵向孔的内壁进行磨削，其中具有较小的直径的第二砂轮盘被对至少第一砂轮盘和第二砂轮盘进行支撑的砂轮轴架置入机器部件的纵向孔内和被径向贴靠在内壁上。

因此在本发明的方法中被磨削的机器部件一直在唯一一次夹固中，在唯一一次夹固中进行整个磨削过程。此点是通过首先将圆柱形的砂轮盘垂直贴靠在作用面上和接着将具有小直径的的第二圆柱形的砂轮盘置入机器部件的的纵向孔内并径向贴靠在内壁上实现的。将两个不同的砂轮盘作用于同一个工件的不同的加工面上的可能性对于专业人员来说通常是已知的。

本发明方案的特殊点在于，第一砂轮盘以其旋转的外圆面垂直贴靠在倾斜伸展的作用面上，其中第一砂轮盘的轴向延伸或宽度与作用面的径向倾斜延伸重叠。

采用此方式实现用砂轮盘的圆柱形的外圆面对作用面的磨削，其中通过相互的相对移动实现进给。

其优点在于在砂轮盘的整个宽度上磨削速度保持不变。因而改善了表面质量和表面结构。另外，由于在对相同的参数修正时，即在磨削时可以实现相同的修正速度以及转速和进给值，因而可以获得对砂轮盘修正的最佳修正参数。由于在作用面上砂轮盘的磨削速度保持不变，因而实现的表面粗糙度也是不变的。由于在整个锥形面上砂轮盘的磨削速度是相同的，因而可以实现单位时间内的磨削量的最佳值。

但在采用斜切磨削时就不是这种情况。假定在对锥形作用面的外径例如为190mm和与作用面相接的平均直径(在纵向孔范围内)为大约40mm，则在进行磨削时通过工件的旋转工件的速度变化一个系数4.75。则这时锥形面的高度大约为75mm。

在采用设定的直径为750mm的刚玉砂轮时，在锥形面的外径上的磨削速度大约是砂轮在锥形面小直径上的磨削速度的大约80％。但就磨削量而言正好相反，这是因为在锥形面的大直径上的磨削量最大的缘故。因此通过在锥形面上垂直贴靠的砂轮盘可以大大改善对应于在锥形面上磨削量的磨削速度的状况。

另外还明显地改善了磨削区冷却的状况，这是因为对作用面的磨削的状况与垂直磨削的状况相同的缘故，从而形成不变的狭窄的冷却区，冷却剂可以非常充分地被输送给冷却区和也可以迅速地重新离开冷却区。

其总体的优点在于，可以采用陶瓷结合的CBN砂轮最佳地实施本发明的磨削方法。可以大大缩短在现代化的加工设备上的加工周期时间，同时大大改善磨削效果。

原则上讲也可以将第一砂轮盘在严格的径向上贴靠在机器部件被磨削的作用面上，其中第一砂轮轴垂直于其纵向延伸和在倾斜方向上向机器部件移动。在此情况下机器部件必须设置在配合的床身上的不变的位置。如果根据本发明的方法采用如下方式实现进给，即机器部件在其旋转和纵轴方向上对应于第一砂轮盘进行移动，则实施本发明方法所需的装置将更为简单。由于此移动因而仅倾斜定向的分量加在作用面的磨削位置，但所述分量与纵轴方向只有很小的偏差，因而几乎还是存在一个通常意义的垂直磨削的。在作用面的径向上产生一个较小的力分量，从而在磨削时用最佳的进给实现对作用面的磨削。而且因此将缩短磨削时间，而且可以改善被磨削的作用面的精度。

接着可以通过纵向进给磨削进行对纵向孔的内圆磨削。其中也可以考虑采用切断磨削方式，采用此方式可以立刻磨削到最终直径的程度。也可以采用切入磨削实现对纵向孔内壁的磨削。

最后可以考虑采用尤其是根据本发明进一步有益的方法的方案分别对纵向孔内壁的各个轴向段分别进行磨削的方法。

根据本发明方法的进一步设计，设置有至少三个砂轮盘，所述砂轮盘被三个对砂轮盘进行支撑的砂轮轴被置于作用位置，或者也可以分成通常的粗磨和精磨工步实现对内圆的磨削。

最后首先对机器部件的作用面和接着对纵向孔的内壁进行磨削的加工顺序并不是强制性的。原则上讲，也可以采用相反的顺序。由于在此磨削时的加热的高度以及夹固的方式是很重要的，所以从事磨削加工的专业人员也可以视机器部件的设计决定加工顺序。

本发明还涉及一种磨削具有纵向孔的旋转对称的机器部件的装置，所述机器部件的正面的端面是一个壳体式扁平截锥形状的具有截面为直线性的或拱形的轮廓的作用面，尤其用于实施上面所述的方法，

具有夹固装置，用于在机器部件的外圆上对机器部件单侧夹固和用于旋转驱动，

具有砂轮轴滑鞍，所述砂轮轴滑鞍可在一垂直于机器部件的旋转和纵轴伸展的方向上移动，

具有一用于在旋转和纵轴的方向上对机器部件进行纵向移动的装置，

具有砂轮轴架，所述砂轮轴架通过一垂直于砂轮轴滑鞍的移动平面伸展的摆动轴固定在砂轮轴滑鞍上和在砂轮轴架上对至少两个可以被摆动到作用位置的砂轮轴进行支撑，

具有设置在第一砂轮轴上的和被所述第一砂轮轴驱动的第一圆柱形的砂轮盘，所述砂轮盘用于对机器部件的作用面进行垂直磨削，并具有一个轴向延伸，所述轴向延伸大于作用面的径向倾斜延伸，

和具有设置在第二砂轮轴上的和被所述第二砂轮轴驱动的第二圆柱形的砂轮盘，所述砂轮盘具有小于第一砂轮盘的直径和用于对机器部件的纵向孔进行内圆磨削，

其中分别根据砂轮轴架的摆动位置，第一砂轮盘的旋转的圆周面贴靠在被磨削的机器部件的作用面上或第二砂轮盘以一间隔平行于机器部件的旋转和纵轴伸展。

在本发明的装置根据所述的方法工作时，首先将砂轮轴滑鞍以正确的方式向被夹固的机器部件移动和砂轮轴架进行旋转，使第一砂轮轴的在其上设置的第一砂轮盘的圆柱形的外圆面贴靠在机器部件的作用面上。第一砂轮轴必须取一对应于机器部件的旋转和纵轴的角位置，所述角度小于90°。因此通过第一砂轮盘采用垂直磨削的方式实现对作用面有益的磨削。然后将砂轮轴滑鞍垂直于机器部件的旋转和纵轴略向外移动和将位于砂轮轴滑鞍上的砂轮轴架围绕其摆动轴进行旋转，直至第二砂轮轴及其第二砂轮盘大致在机器部件的旋转和纵轴上。接着移动第二砂轮盘进入机器部件的纵向孔和径向进给，从而实现对纵向孔的内圆磨削。采用此方式仅需唯一一次夹固即可完成所有必要的磨削过程。当然在任何情况下的前提条件是，第一砂轮盘的轴向延伸或宽度大于作用面的倾斜延伸，这是因为只有在此情况下才能以充分的优点实施垂直磨削加工。

本发明的结构上有益的进一步设计在于，当在砂轮轴架上设置两个砂轮盘时，所述砂轮盘的轴相互平行伸展和两个砂轮盘设置在砂轮轴架的同一侧。采用此方式砂轮轴架仅需少许移动和摆动即可以实现两个加工过程的交替。

如果需要进行其它的磨削过程或一个单独的磨削过程分成多个工步进行，最好根据另一设计在砂轮轴架上分别以120°的角距设置三个砂轮轴，每个砂轮轴具有一个砂轮盘。其中可以有选择地将三个砂轮轴中的一个砂轮轴置于作用位置。

最好夹固装置是一个具有定心调整的卡爪的卡盘，所述卡盘被旋转驱动。这种卡盘经证明是可靠的和是已知的。

根据进一步的设计，最好夹固装置在磨削工作台上，所述磨削工作台可相对于机器部件的旋转和纵轴移动。在对作用面进行磨削时进行进给移动，其中磨削工作台连同机器部件对应于第一砂轮盘在机器部件的纵向上移动。

下面将对照附图中示出的实施例对本发明加以详细说明。图中示出：

图1为处于第一加工阶段的本发明的装置的视图；

图2为处于第二加工阶段的图1所示装置的视图；

图3为被磨削加工的机器部件的剖视图；

图4在第一加工阶段本发明方法的实施过程；

图5示出与图4对应的第二加工阶段。

图1示意示出实施本发明方法的本发明的装置。其中以俯视方式示出对机器部件进行磨削的装置。工件主轴头架2在床身1上。所述头架具有一个卡盘3，所述卡盘被旋转驱动和在卡盘上有四个卡爪4，所述卡爪被定心控制。图中用5标示被磨削加工的机器部件，下面还将对机器部件加以详细的说明。

工件主轴头架2具有一个纵轴6，所述纵轴同时也是卡盘3的旋转轴。当机器部件5被夹固在卡盘上时，工件主轴头架和机器部件5具有一一致的和共同的旋转和纵轴。

在所示的实施例中工件主轴头架2固定在磨削工作台7上。磨削工作台7与工件主轴头架2一起在纵轴6方向移动，所述纵轴同时也是通常的CNC控制的Z轴。

在床身1上另外还有一个砂轮轴滑鞍9，所述滑鞍利用一伺服电机10可在垂直于工件主轴头架2的纵轴23的方向上移动。在砂轮轴滑鞍9上设置有一个砂轮轴架10，所述砂轮轴架可围绕摆动轴11摆动。在图中用旋转箭头B标示出摆动方向。摆动轴12垂直于砂轮轴滑鞍9和在通常的情况下垂直伸展。

在砂轮轴架上设置有第一砂轮轴12和第二砂轮轴13。两个所述砂轮轴的旋转和驱动轴相互平行伸展。在砂轮轴12上固定有第一砂轮盘14。砂轮轴13具有一第二砂轮盘16，所述砂轮盘固定在砂轮心轴15上。如图1所示，第一砂轮盘14和第二砂轮盘16设置在砂轮轴架10的同一侧上。

图1示出磨削过程第一加工阶段，其中第一砂轮盘14的外圆面贴靠在被磨削的机器部件5的作用面上。

图2以同样的方式示出第二加工阶段，其中第二砂轮盘16的轴与工件主轴头架2的纵轴6保持一间隔平行伸展。

为了从图1所示的位置到达图2所示的位置，砂轮轴滑鞍9首先必须在X轴上，即在垂直于纵轴6方向的方向上略向外移动。这时在砂轮轴滑鞍9上的砂轮轴架10旋转一大约大于90°的角度，这时第二砂轮轴13的砂轮盘16取图2所示的位置。在图中也用旋转箭头B标示摆动方向。

在图3的放大剖视图中示出被磨削的机器部件5。所述机器部件以旋转和纵轴17为基准旋转对称。它由轮壳部分18和锥形凸缘19构成和一纵向孔20在其整个长度上穿透。

所述纵向孔可以是梯阶状的，所以不必对其在整个长度上进行磨削。通常在轴向段21、22和23上对纵向孔进行磨削，足以满足要求。扁平的截锥形状的锥形凸缘19的大的正面和端面具有截面为直线性的外形轮廓。

所示的机器部件是无级变速箱的锥形盘，在组装的状态下链、皮带等在作用面24上滑动。两个作用面24相对，通过改变相互的间隔改变链或皮带在其上滑动的半径，从而实现不同的传动比。因此很清楚，对作用面24的精密的磨削加工对实现无级变速箱的功能是多么的重要。

在图3中所示的机器部件具有一个圆柱形的夹固面25和一个平的止挡面26，所述夹固面和止挡面用于夹固在所述的卡盘3内。其中卡爪4环围圆柱形的夹固面25，同时通过止挡面26实现卡爪4的轴向止动。因此机器部件5在一侧从外面被夹固，从而图3所示的位于右侧的整个正面，首先是作用面24为便于加工露在外面。另外可以将一小型的砂轮盘插入纵向孔，进行内圆磨削。

图4中示出第一加工阶段，其中采用垂直磨削实现对机器部件5的作用面24的磨削。

其中如上所述首先将机器部件5夹固在卡盘3的卡爪4之间。这时工件主轴被旋转驱动，通常被一转速可调的电机驱动。因此机器部件5围绕其旋转和纵轴17旋转，所述旋转和纵轴这时与工件主轴头架2的纵轴6相同。

具有砂轮盘14的第一砂轮轴12已经处于图1所示的位置。这时通过工作台7连同工件主轴头架2在图所示的方向上向右的移动，使旋转的第一砂轮盘向机器部件5的作用面24进给。第一砂轮盘14的轴向延伸28略大于机器部件5的径向倾斜延伸。因此在采用垂直磨削方法时整个作用面24有益地被第一砂轮盘14磨削。

第一砂轮盘14是一个陶瓷结合的CBN砂轮盘，所述CBN具有较长的工作寿命。

图5形象地示出第二加工阶段，图5与图2的透视方向相同。如图5所示，第二砂轮盘16已经被进给到纵向孔20内和对纵向孔20的轴向段21进行加工。第二砂轮盘的旋转轴以一间隔平行于工件主轴头架2和机器部件5的整个纵轴6。在该阶段对纵向孔20的段21、22和23进行内圆磨削，其中该内圆磨削是纵向进给磨削、切断磨削或切入磨削。

附图标记对照表

1床身

2工件主轴头架

3卡盘

4卡爪

5机器部件

6纵轴

7磨削工作台

8伺服电机

9砂轮轴滑鞍

10砂轮轴架

11摆动轴

12第一砂轮轴

13第二砂轮轴

14第一砂轮盘

15砂轮心轴

16第二砂轮盘

17旋转和纵轴

18轮壳部分

19锥形凸缘

20纵向孔

21轴向段

22轴向段

23轴向段

24作用面

25夹固面

26止挡面

27接触线

28轴向延伸

Claims (11)

1.一种磨削具有纵向孔(20)的旋转对称的机器部件(5)的方法，所述机器部件的正面的端面是一个壳体式扁平截锥形状的、具有截面为直线性的或拱形的轮廓的作用面，其特征在于，在单侧外圆被保持的机器部件(5)上首先对其作用面(24)进行磨削，其中第一圆柱形的砂轮盘(14)以其旋转的圆柱形圆周面垂直于作用面(24)进给，其中机器部件(5)在其旋转和纵轴(17)的方向上对应于第一砂轮盘(14)相对移动，其中第一砂轮盘(14)的轴向延伸(28)与作用面(24)的径向倾斜延伸重叠，和然后在同一夹固中对纵向孔(20)的内壁进行磨削，其中具有较小的直径的第二砂轮盘(16)被对至少第一砂轮盘(14)和第二砂轮盘(16)进行支撑的砂轮轴架(10)置入机器部件(5)的纵向孔(20)内和被径向贴靠在内壁上。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，采用纵向进给磨削对纵向孔(20)的内壁进行磨削。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，采用切断磨削对纵向孔(20)的内壁进行磨削。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，采用切入磨削对纵向孔(20)的内壁进行磨削。

5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对纵向孔(20)内壁的各个轴向段(21、22、23)进行磨削。

6.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，至少三个砂轮盘被三个对砂轮盘进行支撑的砂轮轴置于其作用位置。

7.一种磨削具有纵向孔(20)的旋转对称的机器部件(5)的装置，所述机器部件的正面的端面是一个壳体式扁平截锥形状的、具有截面为直线性的或拱形的轮廓的作用面(24)，用于实施按照权利要求1至6中任一项所述的方法，

具有夹固装置，用于在机器部件(5)的外圆上对机器部件(5)单侧夹固和用于旋转驱动，

具有砂轮轴滑鞍(9)，所述砂轮轴滑鞍可在一垂直于机器部件(5)的旋转和纵轴(17)伸展的方向上移动，

具有一用于在旋转和纵轴(17)的方向上对机器部件(5)进行纵向移动的装置，

具有砂轮轴架(10)，所述砂轮轴架通过一垂直于砂轮轴滑鞍(9)的移动平面伸展的摆动轴(11)固定在砂轮轴滑鞍上和在砂轮轴架上对至少两个可以被分别摆动到作用位置的砂轮轴(12，13)进行支撑，

具有设置在第一砂轮轴(12)上的和被所述第一砂轮轴驱动的第一圆柱形的砂轮盘(14)，所述砂轮盘用于对机器部件(5)的作用面(24)进行垂直磨削，并具有一个轴向延伸(28)，所述轴向延伸大于作用面(24)的径向倾斜延伸，

和具有设置在第二砂轮轴(13)上的和被所述第二砂轮轴驱动的第二圆柱形的砂轮盘(16)，所述砂轮盘具有小于第一砂轮盘(14)的直径和用于对机器部件(5)的纵向孔(20)进行内圆磨削，

其中分别根据砂轮轴架(10)的摆动位置，第一砂轮盘(14)的旋转的圆周面贴靠在被磨削的机器部件(5)的作用面(24)上或第二砂轮盘(16)以一间隔平行于机器部件(5)的旋转和纵轴伸展。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，在将两个砂轮轴(12，13)设置在砂轮轴架时，所述砂轮轴的轴相互平行伸展和两个砂轮盘(14，16)设置在砂轮轴架(10)的同一侧。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，在砂轮轴架上相互分别以120°的角距设置有三个砂轮轴，每个砂轮轴分别具有一个砂轮盘。

10.按照权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，夹固装置是一个具有定心调整的卡爪(4)的卡盘(3)。

11.按照权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，夹固装置位于磨削工作台(7)上，所述磨削工作台可对应于砂轮轴滑鞍(9)在机器部件(5)的旋转和纵轴(17)上相对移动。

Images