CN101085507A - 仿形磨床 - Google Patents

Abstract

一种仿形磨床包括：底座；设置在该底座一侧上的加工单元，其包括用于夹紧工件的工作台；和设置在该底座另一侧上的磨石单元，其包括磨石旋转机构，用于保持并绕其轴线转动磨石。该加工单元包括第一至第三移动装置，用于支撑并分别沿着在水平面内相互垂直的该X方和Y方向，以及沿着垂直于该水平面的Z方向移动工作台。该磨石单元包括转动机构，用于绕与该磨石的前端部分基本重合的竖直轴线转动该磨石。

Description

仿形磨床

技术领域

本发明涉及一种用于平稳地磨削在工件侧面有开口的凹槽的仿形(profile)磨床。

背景技术

一般来说，如图2所示，在相对于竖直线倾斜的磨削面形成在工件侧面有开口的凹槽里面的情况下，工件被固定在工作台上，并且在磨削之前，按照将要形成的磨削面的倾斜角用手倾斜磨石(grindingstone)，使得磨石前端的移动方向设置成与将要形成的磨削面平行。因此，对于每个面来说，在将要形成的磨削面的倾斜角不同的情况下，对于每个面必需再调整磨石的角度，因而使仿形磨削操作复杂化。因此已经提出一种仿形磨床(例如，参考JP-A-10-138112)，其中可移动的基座这样设置在用于支撑并固定该工件的工作台的支座(back)上，以便能够相对于该工作台前后左右摆动，其中该可移动的基座具有第一摆动框架和第二摆动框架，该第一摆动框架具有相对于第一摆动轴自动调节前后摆动的第一摆动作用装置，第二摆动框架设置在该第一摆动框架前侧并具有相对于与第一摆动轴以直角相交的第二摆动轴自动调节左右摆动的第二摆动作用装置，并且其中具有被旋转地驱动的砂轮的磨石头这样设置在该第二摆动框架的前侧，以便能够上下往复运动。

但是，在JP-A-10-138112中公开的仿形磨床在用于磨削该凹槽各里面因而形成倾斜磨削面的情况下，该磨石预先倾斜该磨削面的倾斜角。因此，磨石切削工件的深度从磨石的切削侧到离开侧设置为常数。因此，当在俯视图上看时，如果从工件上面一侧开始磨石的切削并且从工件背面一侧退出磨石的磨削操作，从该凹槽的一侧进行到另一侧，这种情况下，如图7和图8所示，其问题在于工件84下面一侧(或磨石85的离开侧)的磨削量，如虚线所示，在拐角区83超过计划的量，在该拐角区有工件84的凹槽82的两个邻接表面(或里面)80和81(或表面81和87)。这样对磨削之后的凹槽82里面形状的精度提出限制。

而且，在从凹槽82的一侧到另一侧开始磨削操作的情况下，是这样进行的，其中磨石85的前端部分86相对于工件84的表面80、81和87倾斜，以便防止磨石85和工件84的一侧相干扰以及磨石85的前端部分86的过分磨损。结果，当磨石85的前端部分86接近凹槽82的另一侧时，会出现这样的问题，即磨石85的该侧部与凹槽82的另一侧相干扰，使得磨削操作不能进行。这样使得必需转动磨石头88，因而改变磨石85的前端部分86相对于工件84的表面87的倾斜角。然而，如图8A所示，磨石头88的转动中心轴89的位置和磨石85的前端部分86的中心位置通常间隔开距离L。因此，如图8B所示，当磨石头88转动时，前端部分86的中心沿着圆弧在转动中心轴89上移动，该圆弧的半径为该转动中心轴89和磨石85的前端部分86之间的距离L。结果，出现这样的问题，即，磨石85碰撞该凹槽82另一侧，如图8C所示。因此，在磨石85与凹槽82另一侧发生干扰之前，磨石85与工件84分开，以便磨石85的前端部分86相对于工件84的表面的倾斜角重新调整以重新进行磨削操作。可选地，通过将它们分成一个侧区和另一个侧区，凹槽82里面的磨削操作单个地进行。结果，在磨削开始之前的准备阶段增加带来的问题是磨削操作所需要的总时间增加。

发明内容

鉴于这些背景技术构思该发明，并且本发明的目的是提供一种能够平稳地磨削在工件侧面有开口的凹槽的仿形磨床。

根据本发明，为了满足上述目的，提供一种仿形磨床，其包括：

底座；

设置在该底座一侧上的加工单元，其包括用于夹紧工件的工作台；以及

设置在该底座另一侧上的磨石单元，其包括磨石旋转机构，用于保持并绕其轴线旋转磨石，

其中，该加工单元包括第一、第二和第三移动装置，用于支撑并分别沿着在水平面内彼此相交的X方向和Y方向，以及垂直于该水平面的Z方向移动工作台；以及

该磨石单元包括转动机构，其能绕与该磨石的前端部分基本重合的竖直轴线转动该磨石。

在根据本发明的仿形磨床中，该转动机构可以包括设置在该底座上方用于绕该转动机构的旋转轴线旋转的旋转台，以及设置在该旋转台上方的第四和第五移动装置，用于支撑并分别沿着在水平面内彼此相交的U方向和V方向移动该磨石旋转机构。

根据本发明，该仿形磨床可以包括设置在该底座上方包括摄像机的图像摄取机构，用于获得下方的加工单元和磨石单元的图像。

在根据本发明的仿形磨床中，通过操作第一至第三移动装置，使其与夹紧在工作台上的工件沿着Z方向的移动同步，该工件能够沿着X方向和Y方向移动，使得磨石切削工件的深度能够向上和向下变化。结果，从工件的上面侧开始磨石切削操作并且从工件的下面侧退出磨石的磨削操作，如在俯视图上看到，从凹槽的一侧进行到另一侧，这种情况下，工件凹槽的两个邻接表面(或里面)所在的拐角区的下面侧(或磨石的离开侧)的磨削量能够调节到设计的量，因此在凹槽的单个里面，相对于竖直方向形成形状精度极好的磨削面。

而且，该磨石单元具有转动机构，用于在与该磨石的前端部分基本重合的竖直线上转动磨石。因此，即便磨石转动，接触位置沿着该磨石的前端部分的外圆周移动，使得即便磨石在磨削操作期间转动时也能够防止其与工件的干扰。结果，当从凹槽一侧向另一侧移动时磨石逐渐旋转，使得即便磨石进入另一侧区域时也能够防止磨石与凹槽另一侧干扰。结果，相对于垂直于该工件凹槽各里面的方向，倾斜的磨削面通过单一磨削操作能够一次形成。

特别是，在根据本发明一个附加特征的仿形磨床中，磨石旋转机构能够在旋转台上方移动。即便该磨石的前端部分被磨损到必需再次对其进行加工以改变其尺寸或根据工件的形状改变磨石的尺寸，该磨石的前端部分的中心位置也能够很容易与转动机构的旋转轴线对齐。

在根据本发明另一个附加特征的仿形磨床中，在磨削操作之前工件定位确认和加工操作之后的工件形状确认可以通过用摄像机获得固定在工作台上的工件图像来进行。而且，通过用摄像机得到连接于磨石旋转机构上的磨石的图像，能够进行该磨石前端部分形状的确认、磨石位置的确认(例如，该磨石前端部分的中心位置与旋转轴线之间的对齐的确认)。而且，磨削起始位置的确认可以通过用摄像机同时获得工件和磨石的图像来进行。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种模式的仿形磨床的透视图。

图2A至2C是由该仿形磨床磨削的工件的单独透视图。

图3是设置在相同的仿形磨床的磨石单元上的转动机构的透视图。

图4是该仿形磨床的图像摄取机构的透视图。

图5是示出该工件在其竖直方向的倾斜面被该仿形磨床磨削的情况的透视图。

图6是示出该工件在其竖直方向的倾斜面被该仿形磨床磨削的情况的俯视图。

图7是示出当使用根据现有技术例子的仿形磨床加工时磨石的前端部分的迹线的说明性视图。

图8A是示出在根据现有技术例子的仿形磨床中磨石头的转动中心线的位置和磨石前端部分的中心位置的差异的说明性视图，图8B是示出当磨石头转动时磨石前端部分中心的移动的说明性视图，图8C是示出由于磨石头的转动该磨石与凹槽的另一侧碰撞时的情况的说明性视图。

具体实施方式

其后，以参考附图的实施例的模式描述本发明，以便理解本发明。

在这里，图1是根据本发明实施例的模式的仿形磨床的透视图；图2 A至2C是由该仿形磨床磨削的工件的透视图；图3是设置在相同仿形磨床的磨石单元上的转动机构的透视图；图4是相同仿形磨床的图像摄取机构的透视图；图5是示出该工件在竖直方向的倾斜面被相同仿形磨床磨削的情况的透视图；图6是示出该工件在竖直方向的倾斜面被相同仿形磨床磨削的情况的俯视图。

如图1所示，仿形磨床10包括：安装在位的底座11；加工单元14，其具有设置在该底座11一侧上用于夹紧工件12的工作台13；设置在该底座11另一侧上用于保持15并在其轴线上旋转磨石15的磨石单元17；以及图像摄取机构19，其具有用于获取下方的加工单元14和磨石单元17的图像的摄像机18。该仿形磨床10详细描述如下。

底座11包括用诸如铸铁的高硬度材料制造的并且在其上部具有平面的底座结构21，和连接于该底座结构21下部并具有可调节的高度的多个支腿件22。结果，底座结构21的平面20可以根据安装位置高度通过调节各个支腿件22的高度成为水平状态。

该工作台13包括：用于直接夹紧工件12的诸如电磁卡盘的工件固定座23；用于支撑该工件固定座23的第一工件座24；用于在水平面内(即在平行于该底座结构21的平面20的平面内)以小角度转动的方式支撑该第一工件座24的第二工件座25；以及用于支撑该第二工件座25的第三工件座26。由于这种结构，该工件固定座23可以通过第一工件台24以小角度旋转，使得能够微调连接于该工件固定台23的工件12的位置。

加工单元14具有第三移动装置31，该第三移动装置31包括：用于固定该工作台13的第三工件座26的底侧的安装座27；适于在连接于该安装座27的背侧并设置成与垂直于水平面的Z方向平行的一对Z方向轨道28上来回移动的Z方向支架29；以及用于支撑Z方向轨道的Z轴立柱30。该加工单元14还具有：第一移动装置36，其包括用于安装Z轴立柱30的立柱座32，适于在连接于该立柱座32的背侧(或下面侧)并设置成与水平面的X方向平行的一对X方向轨道33上来回移动的X方向支架34，以及用于支撑该X方向轨道33的X轴立柱35；以及第二移动装置(39)，其包括适于在连接于该X轴立柱35的背侧(或下面侧)并设置成在该底座结构21的平面20上的一侧上，例如与垂直于X方向的Y方向平行，的一对Y方方向轨道37上来回移动的Y方向支架38。

由于这种结构，通过沿着Z方向来回移动安装座27，工件12能够通过工作台13沿着Z方向来回移动。而且，通过沿着Y方向来回移动Y方向支架3，X方向支架34能够沿着Y方向来回移动，并且通过沿着X方向来回移动X方向支架34，安装座27能够沿着X方向来回移动。结果，通过分别沿着Y方向和X方向移动Y方向支架38和X方向支架34，同时沿着Z方向来回移动该安装座27，工件12能够与夹紧在工作台13上的工件12的移动同步沿着X方向和Y方向移动。

如图1、图3和图4所示，磨石旋转机构16具有安装在安装件40(参考图6)的安装孔的主轴41的电机42和连接于电机42的磨石罩43，该电机42设置在磨石15的中心部分并且连接于安装件40，该磨石罩43用于罩住连接于主轴41的磨石15。而且，在该磨石罩43中还设置未示出的喷嘴，该喷嘴设置成靠近但是与仿形磨床10分开，用于从未示出的磨削液供给装置中向磨石15的前端部分供给磨削液。

该磨石单元17具有：第四移动装置47，其包括用于安装磨石旋转机构16的电机42的安装座44，和适于在连接于该安装座44的背侧并设置成与U方向平行(平行于图1中的X方向)的一对U方向轨道45上来回移动的U方向支架46；第五移动装置52，其包括用于支撑该U方向轨道45的U方向轨道支撑座48，适于在一对V方向轨道49上来回移动的V方向支架50，该V方向轨道49连接于Y方向轨道支撑座48的背侧并设置在水平面内，例如与垂直于U方向的V方向(图1中平行于Y方向)平行，和用于支撑该V方向轨道49的V方向轨道支撑座51；以及转动机构54，其包括安装该V方向轨道支撑座51用于绕垂直于该底座11的平面20的旋转轴线P旋转的旋转台53，和用于罩住该旋转台53侧部的旋转台罩53a。而且，该转动机构54连接于固定在该底座11的平面20的另一侧上的旋转台平台55的一侧。

具有这种结构，当旋转台53旋转时，该磨石旋转机构16关于该旋转台53的旋转轴线P转动，使得磨石15也关于该旋转台53的旋转轴线P转动。而且，通过分别沿着U方向和V方向移动该安装座44和U方向轨道支撑座48，连接于该安装座44的磨石旋转机构16在该旋转台53上的水平面内能够移动到任意位置。而且，通过调节该安装座44和U方向轨道支撑座48的各移动行程，该磨石15前端部分的中心位置能够与该旋转台53的旋转轴线P基本对齐。结果，即使当该旋转台53旋转时，该磨石15前端部分的中心仅仅能够旋转但是不能关于该旋转台53的旋转轴线P转动。

该图像摄取机构19包括：竖立在旋转台平台55的另一侧与Z方向的相同方向平行的摄像机支杆56，该支杆设置成其前端部分在磨石旋转机构16上方的位置；沿着与Y方向(或V方向)相同的方向连接于该摄像机支杆56的前端部分的摄像机支撑件58；以及安装在摄像机安装部分57的摄影机(例如，具有CCD图像摄取元件并具有变焦功能的视频摄像机)18。该图像摄取机构19还包括安装在V方向轨道支撑座51上的摄像机照明装置59(例如，具有强光发光二极管光源的照明装置)(例如在成像时)。该图像摄取机构19还包括(未示出)用于显示由摄像机18获得的图像的显示装置，因而在磨削操作之前进行工件位置确认，在磨削操作之后进行工件形状确认，以及磨石前端形状确认和磨削位置起点的确认。

在这里，仿形磨床10具有手动控制功能，以分别沿着Z方向、沿着Y方向并沿着X方向手动来回移动安装座27、U方向支架38和X方向支架34，由此手动地关于旋转轴线P旋转该旋转台53，并且具有未示出的数字控制装置，用于分别沿着Z方向、沿着Y方向并沿着X方向自动前后移动该安装座27、Y方向支架38和X方向支架34预先确定的距离，并用于关于旋转轴线P自动地旋转该旋转台53预先设置的角度。结果，当以预先设定的图纸为基础创建磨削程序并将其输入该数字控制装置中时，对磨削用工作台13夹紧的工件12的操作能够自动进行。

这里描述了该情形的磨削方法，其中如图2A至图2C沿着不同透视方向所示，工件12侧面有开口的凹槽61的各个内部面中，相对于竖直方向倾斜恒定角度的多个磨削面通过单一的磨削操作一次形成。

首先，用于该仿形磨床的数字控制装置的磨削程序根据设计图产生。在这里，工件12具有预先形成的安装基准平面，当它被安装在工件固定座23上时提供基准。通过将该安装基准平面安装在工件固定座23的静止基准平面上，连接于工件固定座23上的工件安装方向和安装位置能够相对于该仿形磨床10的起始点确定。

其次，安装座44和U方向轨道支撑座48分别沿着U方向和V方向来回移动，因而连接于该安装座44的磨石旋转机构16的磨石15前端部分的中心位置与该旋转台53的旋转轴线P对齐。这时，如图3所示，旋转台53旋转，这时的状态有摄像机18获得并且显示在显示器中，如图4所示，因而，当该旋转台53旋转时确认磨石15前端部分的中心位置没有偏离该旋转台53的旋转轴线P。

当磨石15前端部分的中心位置与该旋转台53旋转轴线P位置的对齐操作结束时，该安装座27、Y方向支架38和X方向支架通过手动操作分别沿着Z方向、沿着Y方向并沿着X方向移动，该工件固定座23通过第一工件座24旋转很小的角度，因而精细地调整连接于该工件固定座23的工件12的位置，以便将该工件12的磨削开始点调节到该磨削程序中设置的磨削起始位置。通过用摄像机同时得到该工件12的磨削开始点和磨石前端位置的图像并将它们显示在显示器上，能够根据该工件12的磨削起始点和磨石前端部分之间定性的位置关系，确认该工件12的磨削起始点是否与磨削程序中设置的磨削起始位置对齐。

当磨削起始位置的对齐结束时，该数字控制装置的磨削起动开关接通。然后，磨石15的切削深度例如从该工件12的上面侧开始，以便从该工件的背侧(或下面侧)退出磨石15的磨削操作从该凹槽61的一侧开始向另一侧进行。这里，工件12的磨削状况和工件形状的确认通过获取该工件12正在进行磨削或磨削之后的状态并通过将其显示在显示器上在现场进行。

在这里，通过分别沿着Y方向和X方向来回移动Y方向支架38和X方向支架34，同时来回移动安装座27，该工件12沿着X方向和Y方向移动并与夹紧在工作台13上的工件12在Z方向的移动同步。因此，两个邻接面在其中相交的该凹槽61的拐角区M和N的下面侧(或磨石离开侧)的磨削量能够调整到设计的量，因而在该凹槽61的各内部面上形成这种相对于该竖直方向均匀地倾斜的磨削面。

由于磨石15从该凹槽61的一侧向另一侧移动，如图5和图6所示，该旋转台53旋转，以逐渐地转动该磨石旋转机构16。但是该旋转台53的旋转轴线P的位置和该磨石15前端部分的中心位置基本上相互匹配。因此，即使通过旋转该旋转台53，在其前端部与工件12接触的位置仅仅沿着该磨石15前端的外圆周移动时，该磨石15不转动。结果，即便旋转台53随该磨石15旋转，其中磨石15与该工件12的凹槽61的另一侧接近，也能够防止其与该凹槽61的另一侧接触，因而在一次，即一次行程中，从一侧到另一侧磨削该工件12的凹槽61。

虽然已经接合其实施例描述了本发明，但是本发明至少不限于在前述实施例的模式中所描述的构造，不仅包括实施例的其他模式，正如在权利要求公开的范围内所表达的，还包括其修改。

例如，用于沿着Y方向移动该工作台的第二移动装置设置在该底座之上，而沿着X方向移动该工作台的第一移动装置设置在第二移动装置上。但是，该第一移动装置和第二移动装置可以任意互换。用于沿着V方向移动磨石旋转机构的第五移动装置设置在旋转台上，而用于沿着U方向移动磨石旋转机构的第四移动装置设置在该第五移动装置上。但是，该第五移动装置和第四移动装置可以任意互换。而且，该U方向和该V方向别与X方向和Y方向对齐，但是可以不进行这种对齐。而且该U方向和该V方向，与该X方向和Y方向在水平面内分别垂直，但是可以以90度之外的任意的角度彼此相交。

另一方面，该工件的凹槽通过单一操作从一侧到另一侧磨削。在该凹槽具有复杂形状的情况下，例如该磨削操作也可以通过将该凹槽分成多个磨削区来进行，以确认各个磨削区的磨削面的形状。

Claims (3)

1.一种仿形磨床，其包括：

底座；

设置在该底座一侧上的加工单元，其包括用于夹紧工件的工作台；以及

设置在该底座另一侧上的磨石单元，其包括磨石旋转机构，用于保持并绕其轴线旋转磨石，

其中，该加工单元包括第一、第二和第三移动装置，用于支撑并分别沿着在水平面内彼此相交的X方向和Y方向，以及沿着垂直于该水平面的Z方向移动该工作台；以及

该磨石单元包括转动机构，其能够绕与该磨石的前端部分基本重合的竖直轴线转动该磨石。

2.根据权利要求1所述的仿形磨床，其中该转动机构包括设置在该底座上方用于绕该转动机构的旋转轴线旋转的旋转台，以及设置在该旋转台上方，用于支撑并分别沿着在水平面内彼此相交的U方向和V方向移动该磨石旋转机构的第四和第五移动装置。

3.根据权利要求1所述的仿形磨床，还包括图像摄取机构，该图像摄取机构包括设置在该底座上方的摄像机，用于获得加工单元和磨石单元的图像。

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