CN1013255B - 重合力的旋转滚筒精加工法 - Google Patents

Abstract

本方法提供了一个由离心力分力和重力作用分力构成的重合力，在此重合力下，工件可以高效率地进行精加工。利用程序控制器，在单机上可以有效地完成各种类型的工件精加工。

Description

本发明涉及采用旋转滚筒精加工工件的工艺，具体涉及利用在旋转滚筒内产生的离心力的精加工方法，依此，提高了工件精加工效率，并改善了加工的均匀性。

已公开的常规工件精加工方法包括采用具有多面的多边形容器的转动滚筒，滚筒内装有将要进行表面精加工或其它加工的工件，以及含有化合物溶液的研磨介质（其混合物总括起来称为“物质”），并使转动滚筒在其轴上旋转。以这种方式自转的转动滚筒产生一个离心力，离心力使工件和研磨介质彼此相互作用。当滚筒以适当的转数旋转时，滚筒内的物质可以在滚筒上形成一流动层。这样，将产生平稳地精加工过程。然而，随着转数的增加，物质即以混乱的方式流动，混乱流动可使物质丧失平稳流动的能力。与此同时，使部分或全部物质下落或继而产生抛射运动，因而不能正常地进行精加工。当转数进一步增加时，产生的离心力将使全部物质靠近滚筒内壁，并迫使物质贴靠在壁上。最后，有可能发生物质保持静止不动的情况。在这种情况下，实际上是不可能再继续进行加工了。当多边形容器内的物质处于上述情况或运动状态时，多边形容器的内接园直径d（m）、转数n（rpm）的关系已被确定。根据这个限定，在n＝14 $\sqrt{d}$ 时，能满足最佳的转动要求，在

时，能达到最大工作量，对于 来说，由于产生的离心力的作用，物质被迫贴靠滚筒壁。因此，按照常规的精加工方法，可看到在转数n大于

情况下，结果是性能将会下降而不是提高。为了适用各种 类型的工件，可采用各种类型的研磨介质和化合物，为了进一步提高转数n，可改善研磨介质。最大可能的转数限制到 ，超过此最大值的任何数值，相反地将会影响精加工效率。因此，上述常规的精加工方法只能在

的范围之内采用。

另一种常规的精加工方法包括采用一高速转动滚筒，滚筒内产生离心力，物质在离心力作用下产生流动。这种方法可使精加工效率提高。当物质处于离心力作用下时，物质被迫贴靠滚筒壁，如前所述。为了防止这种情况发生，所述的第二种常规加工方法利用加工理论，将滚筒安装到一个高速转台上，于是在前者相对后者具有偏心关系情况下，前者随着后者转动。转台以给定的每分钟转数N旋转时，滚筒内的物质也受到产生的离心力作用，该离心力将物质携带至靠近滚筒壁。为克服离心力的作用，支承在自身轴上的滚筒也被驱动，以给定的每分钟转数n自转。假定n/N的比值一定，则在物质表面上形成一流动层，并可获得到良好效果。大家知道，当n/N＝-1时，它意味着转台和滚筒以相同的转数、相反的方向转动，此时会得到最佳结果。若滚筒没有自转，转台产生的离心力超过极限值，该极限值即将形成使物质紧密贴靠滚筒壁的情况，由此确定离心力滚筒的界限。N的上限定为N＝42.2/ $\sqrt{D}$ ，（此处D等于滚筒中心轴线和转台中心轴线之间距离的两倍，单位为米）。那时，随着发展和采用了许多种不同的陶瓷或脆性材料电子元件或另件，使高精度和高速精加工的滚筒精加工工艺的需要增加了。然而，在某些情况下，加工过程中产生过大的离心力将会出现问题，即在操作开始或结束时，使物质造成混乱流动。另外一种情况，精加工的工件表面会受到损伤。因之，为适应高精度和不损坏工件精加工的需要，必须提供另一种介决方案。一般认为，在适宜条件下，转动滚筒精加工方法可以提供与高精 度研磨和抛光相等的能力，并能获得相应的效果。同时也看到，采用那种方法的精加工速度是很低的。更具体地说，常规的转动滚筒精加工方法包括产生一离心力，在进行精加工期间，该离心力在物质上依次产生一个较大的合力，因而提高了精加工速度，同时进行了高精度的滚筒精加工。可能选择的介决方案是通过将滚筒转数提高到n＝20/ $\sqrt{D}$ 以上，提高了精加工速度，支承滚筒的轴与转台轴偏心安置，转台可以以低转数旋转，而滚筒可在它的轴上转动，以获得离心流动的滚筒。当采用已提出的介决方案与支承在水平轴上的常规离心滚筒时，滚筒围绕转台旋转。改变其公转位置，产生的离心力大小可以改变，如图1所示。（离心力为1G，对于n/N＝-1来说，离心力产生的加速度值等于重力加速度值，在此情况下，为了简化，在下面将其定为离心力G，当离心力产生的加速度等于重力加速度的X倍时，将离心力定为XG）。这样，滚筒转一整转时，施加到物质上的力的大小可以变化，使物质造成混乱流动。大家知道，它对精加工效率会产生有害影响。当采用提出的介决方案与支承在垂直轴上的离心流动滚筒时，与水平轴流动不同，在一整转期间，产生的离心合力具有相同的大小，而物质流动具有倾斜表面。这样，不能获得平稳物质流动。因为物质包含不同比重的工件，按照不同的比重将工件分开。比重大的工件下落集中到或接近于底部。由于它们彼此相互撞击，工件受到损坏。

本发明的目的是提供一种改进的加工方法，使用该方法可以在加工工件时避免产生上述的产生混乱物质流动、工件受到损坏等现有技术中存在的缺陷。

本发明对上述常规加工方法进行了改进。在本发明提供的精加工方法中，转台由其主轴转动地支承着，多边形滚筒容器安装在转台 上，并分别由各自的轴转动地支承，各滚筒容器轴与转台主轴垂直安装，每个滚筒容器内包含欲进行表面精加工或进行其它加工的工件和研磨介质（工件和研磨介质统称为“物质”），每个滚筒容器以自转转数n和公转转数N进行转动，该方法的特征包括：

每个滚筒容器在小于下面规定的自转和公转数n和N的条件下进行转动：

这里，n：上述滚筒容器每分钟的自转数

X：产生的离心力和作用重力的比值;

0＜X≤1;

d：上述滚筒容器多边形内接圆的直径;和

N = 42.2/ $\sqrt{D}$

这里，N：上述高速转台每分钟的转数;

D：从转台轴线至滚筒轴线之间距离的两倍，单元为米;和

产生的合力大致等于1G＜Y≤ $\sqrt{2}$ G，这里Y定为产生的合力，所说的合力由离心力和重力作用分力构成，合力附加于每个滚筒容器内的物质上。更详细地说，根据本发明，滚筒容器为具有多面的棱柱形，如图2（a）所示。虽然，按照需要滚筒容器可以有许多面，但是，最好是6个或8个面。5个或7个面的滚筒在功能上和原理上与6个或8个面的类似，但6个或8个面的滚筒易于 制造。滚筒容器转动地支承在其水平轴上，滚筒容器安装在转动地支承在其主轴上的一个转台上。因此，它可以围绕转台在包含滚筒轴的平面和转台平面上的旋转。当产生离心力1G时，设计滚筒结构使通过滚筒中心截面上始终作用一个合力 $\sqrt{2}$ G（此力由离心力和重力作用分力构成），该截面垂直延伸于滚筒水平轴线。一般来说，在比值为X的情况下，合力为 $\sqrt{\mathrm{1+X}{}^2}$ G，如图2（b）所示。在滚筒容器围绕转台公转轨道的每一点，数值 或 $\sqrt{\mathrm{1+X}{}^2}$ G为常数。这样，便形成了平稳、恒定的物质流动层。因而提供了高精度高效率的精加工。为使转动滚筒进行精加工，对于专门设计的加工方法来说，施加到物质上的力主要来源于重力，本发明中旋转转台产生的离心力和重力作用组合在一起。由于滚筒在围绕转台旋转的每一点上，离心力作用方向保持不变，所以采用本发明的方法，较比常规的转动滚筒精加工方法效率可以提高。为此，可将本发明的方法称之为“重合力的旋转滚筒精加工法”，如本发明名称所示。而且本发明的方法可认为是这样一种方法，转动滚筒精加工工序能够在由转台转动产生的离心力与重力结合的作用下进行。因此，滚筒容器围绕其自身轴转动的转数，不必限制为n/N＝-1，而对常规离心滚筒精加工来说，n/N＝-1被指定为最佳操作条件。本发明根据不同的精加工要求可选择任意转数，且其上限数值比采用常规转动滚筒精加工方法可能达到的数值提高很多。本发明另一重要内容是，要改变滚筒容器自转的方向，随之而来的只是改变了滚筒容器内物质的位置，物质流动的方式不变，它与转动方向无关。应该知道，虽然转台转数也可增加到常规的离心流动滚筒精加工方法的特定值，但任何超过N＝42.2/ $\sqrt{D}$ 的数值（比值是滚筒不转的条件下，由物质撞击滚筒壁的力所限定）将落到常规的离心流动精加工方法（与一般称为 离心流动滚筒精加工方法确实不同）范围之内。因此它不可用于本发明。

另一常规精加工方法是将转台轴和滚筒轴平行设置，作用在滚筒内物质上的离心力通常是可利用的。在这种情况下可能使N值降低，低于N＝42.2/ $\sqrt{D}$ ，在此条件下可进行这种类型的精加工工艺。然而，它不具备本发明所具备的优点。

本发明的优点是可以提供高效率的高精度镜面或研磨加工功能，精加工的操作时间可以减少，并且可以克服上述发明目的中提出的现有技术中的问题。

本发明的这些目的和其它目的、优点和特征将通过以下附图和几个最佳实施例的详述中更加明确。其中：

图1是说明常规的离心滚筒精加工过程中产生的力的原理示意图;

图2（a）是与图1相类似的图，表明本发明中所产生的作用力;

图2（b）是在离心力和重力比为X的情况下，与图2（a）相类似的图;

图3是采用本发明的方法专门设计的特定装置的正视图;

图4是图3装置的平面视图;

图5是图3装置的放大剖视图。

图3至图5表示装置的特殊形式结构，该装置是采用本发明方法而专门设计的。如图3所示，此装置包括一个框架构件，框架构件内穿过构件垂直安装主轴1、设置组件主电机2、链轮17和链条3;用以通过主轴链轮4驱动主轴1。借助本身已知频率的变频器，可有 变化地控制主轴1的转数。主轴1的底端由轴承5支承，其顶端由轴承10支承。主轴1上带有转台6，转台6刚性地安装到主轴1的中间部位。转台6的外形呈H形，如图4所示，它包括向外延伸的两对臂杆。每对臂杆带有一个滚筒7a或7b，滚筒可以在相应的臂杆对之间转动。在图示的目前介绍的实施例中，转台6设有两个滚筒容器，如7a和7b，但滚筒容器数可改变为3个或4个。

下面详细介绍主轴1，主轴1包括转动安装在其上的轴套9（图5所示）。轴套9的底端装有伞齿轮11，顶端装有链轮18，链轮18从动连接一个包括驱动电机19、减速齿轮20、链轮21和链条22在内的驱动动力系统。轴套9上的伞齿轮11和伞齿轮12相啮合，每个伞齿轮12都各自装有由转台6支承的轴13a13b，每根轴13a、13b都通过转台6向外延伸，每根轴的露出端带一皮带轮14，皮带轮14借助V形皮带和皮带轮15连接，皮带轮15分别装在由对应滚筒7a、7b支承的轴8a、8b上。伞齿轮11和12的齿数比n12/n11和皮带轮14和15的直径比n15/n14的乘积n12×n15/n11×n14确定了滚筒的数值n/N（n和N分别指的是滚筒和转台的转数）。

所示的实施例中，假定n12/n11＝1/2，n15/n14＝2，即n/N＝1，在这种情况下，在转台完成一整转后，每个滚筒绕其自身轴完成一转，滚筒的方位和转台完成一整转前的方位相同。

如果n/N为任意整数值，当转台在其指定的位置上停止时，那么滚筒容器位置方位与它进行精加工操作开始前的方位相同。在所示实施例中，滚筒容器停止转动，所以它的盖子位于上方。这对装入物质或自动化装料特别方便。通过同时驱动转台主电机2和滚筒电机19，n/N值也可改变使之分别提供适宜的转数和转动方位。有必 要使转数n必需低于一个数值，该数值是在滚筒容器转动时，使滚筒容器内的东西或物质贴靠在滚筒容器壁上的数值。此转数产生合力 $\sqrt{\mathrm{1+X}{}^{2}G}$ （此处X是离心力重力比值，0＜X≤1）。由此，对于ω≥ $\sqrt{\mathrm{g\; /\; r}}$ 来说，（此处ω为角速度，用弧度/秒表示;r为物质的转动半径;g为重力），可以确定

（此处d为多边形滚筒容器内接园直径，单位为米）。低于上述数值的任一转数均可应用，而且滚筒容器可在任一方向上转动。每个滚筒内可装入大致等于滚筒容积一半的物质，主轴1可用转数低于 的转数旋转，在物质上产生一合力为1G＜Y≤ $\sqrt{2}$ G（此处Y为合力）。利用这种方法，在物质表面上形成流动层，可将工件在重合力下进行高精度加工。当转台带着不转动地固定的套筒9以高速旋转时，提供了离心流动滚筒精加工功能。相反，当套筒9转动而转台不转时，滚筒容器17a、17b单独围绕它们各自的轴转动。在此情况下，提供了转动滚筒精加工功能。从上述内容可知，本发明的方法提供了不同的精加工功能，如离心流动滚筒精加工，重合力下的转动滚筒精加工以及常规的转动滚筒精加工，它们可在任何特定的程序下进行操作。尤其是可在单机上进行包括那些不同加工过程的操作，并可在任何适宜的程序控制器或微处理机上完成。这样，操作可在任何特定的程序下和各种精加工条件下进行。

通过参阅典型的最佳实施例和可能的变型，全面介绍了本发明。从上述发明书的内容可理解到，本发明的方法可用于常规的转动滚筒精加工机器，它包括互垂直安置的转台轴和滚筒轴，因此产生附加离心力，并把离心力附加到滚筒容器内的物质上，滚筒容器绕其自身轴线转动。于是物质受到由离心力和重力作用分力构成的合力。在这方面，本发明的方法提供了与常规的一般转动滚筒精加工方法相同的镜 面或研磨精加工和高精度精加工功能以及高效率精加工功能。因此，精加工操作所需的时间可以减少。在常规的转动滚筒精加工方法中，应注意到当薄板状工件用微粒介质进行精加工时，在任何水化合物中的水，都有使介质飘浮的作用，所以降低贴靠工件的接触压力而要完成精加工操作，需要化费较多的时间。在某些情况下完成精加工操作是困难的。本发明产生的离心力作用附加到物质上，消除水的作用。这样可提高精加工效率。

虽然参照本发明的几个实施例介绍了本发明，但应认识到，只要不背离本发明的构思和范围，可对本发明进行各种修改和变型。

Claims (1)

1. 一种工件精加工方法，转台由其主轴转动地支承着，多边形滚筒容器安装在转台上，并分别由各自的轴转动地支承，各滚筒容器轴与转台主轴垂直安装，每个滚筒容器内包含欲进行表面精加工或进行其它加工的工件和研磨介质，每个滚筒容器以自转转数n和公转转数N进行转动，该方法的特征包括：

   每个滚筒容器在小于下面规定的自转和公转数n和N的条件下进行转动：

   

   这里，n：上述滚筒容器每分种的自转数；

         X：产生的离心力和作用重力的比值；

             0＜X≤1；

         d：上述滚筒容器多边形内接圆的直径；和

   N = 42.2/ $\sqrt{D}$

   这里，N：上述高速转台每分钟的转数；

   D：从转台轴线至滚筒轴线之间距离的两部，单位为米；和产生的合力大致等于1G＜Y≤ $\sqrt{2}$ G，这里Y定为产生的合力。

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