CN101541473A - 用于磨削加工机器部件的方法以及用于实施该方法的磨床 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于磨削加工机器部件的方法，该机器部件例如用于一种传动轴，在所述磨削加工过程中围绕其纵轴进行旋转，所述机器部件在其沿轴向的一端具有轴颈，并在与之相对的一端具有一个内凹部。所述磨削加工在同一台磨床上实施。根据该磨削加工方法，利用头架(4)的带有卡爪(6)的卡盘以及定心顶尖、支架(11)和/或尾架套筒(8)使所述机器部件处于不同的夹紧状态。所述变换的夹紧状态的优点在于，所述机器部件在所有不同的夹紧状态下均处于同一台磨床的相同位置，也即所谓夹紧位置。这使得能够经济地获得明显改善了的尺寸、形状以及定位精度，并且该机器部件所有需要磨削加工的区域均可相继被所述砂轮所加工。

Description

用于磨削加工机器部件的方法以及用于实施该方法的磨床

技术领域

本发明涉及一种用于磨削加工机器部件的方法，该机器部件被驱动以围绕其纵轴进行旋转，所述机器部件在其沿轴向的一端具有轴颈，与之相对的另一端具有一个内凹部，其中以第一砂轮对于外部表面进行磨削、并且以第二砂轮对于所述内凹部的圆周表面进行磨削，并且为了在磨削加工过程中夹紧所述机器部件而设有头架、尾架以及至少一个支架；本发明还涉及一种属于万能/圆/非圆磨床的磨床，其用于实施根据本发明所述的方法。

背景技术

已知在对于此类具有较复杂设计的机器部件磨削加工过程中，将该机器部件以其端部夹紧于头架和尾架之间，并且利用不同的砂轮对于其外部轮廓上的不同的部位进行磨削加工。如果当所述机器工件在其一端上具有一个内凹部，则根据现有的方法，将所述机器部件进行单端夹紧，并且以具有不同尺寸的砂轮在与其相对的能够自由接近的一端对于其机器部件的外部以及内凹部的轮廓进行加工。此类方法例如在DE23 33 041中有所公开。对于单端夹紧的机器部件，也有采用在其相对的自由端通过一个支架进行支撑的方法。DE101 44 644A1描述了将支架用于在采用多个砂轮的磨削加工过程中对于旋转工件进行支撑。

在上述的所有情形下，能够将所要求的加工过程在同一台机器上采用单一的、没有变化的夹紧下进行。

但是，根据本发明中所需要进行磨削的机器部件在其一端上具有轴颈，该轴颈与机器部件的其它部分相比具有较小的直径，并且该轴颈必须具有非常精确的中心定位，然后对其进行外圆周的外圆磨削。此外还需要对其进行外部以及内凹部的磨削。对于这种情况，通过已知的方法无法实现磨削，因为对于机器部件的特定区域，利用通常的夹紧方法的无法达到。特别是当此处所言及的机器部件为传动轴时，所需针对加工的尺寸精度以及中心定位的精度要求都非常高，仅仅因为在磨削过程中的精度不够而产生的极小的差别，就可能在特定情形下导致极为不利的后果。

发明内容

因此本发明的目的在于提出一种磨削加工的方法以及一种磨床，通过该方法能够对所述的机器部件至少在一个单独的磨床中、并且无需在其中间过程中的位置变化(即在最大可能地保持相同的夹紧状态下)而完成磨削。

上述目的通过具有根据权利要求1所述全部特征的方法以及具有权利要求9全部特征的磨床得以实现。

通过采用根据本发明所述的方法以及磨床，能够对于不同的夹紧状态进行调整，而无需对于所述机器部件在磨床中的位置、即所谓的夹紧位置进行改变。

主要有下列夹紧位置：

a)在头架和尾架之间对于所述机器部件的轴向上的两个端部进行夹紧；

b)将所述机器部件的轴颈通过可松开的卡爪进行环围卡固，该卡爪将轴颈对着头架的定心顶尖进行牵拉；将该机器部件的自由端通过支架来进行支撑；

c)将所述机器部件通过在头架的定心顶尖和嵌入到所述机器部件的内凹部套筒顶尖之间的回缩的卡盘进行夹紧；

在夹紧状态a下，能够对于所述机器部件的除了轴颈之外的所有外部范围进行加工。其中可以进行圆/非圆磨削。并不仅仅限于圆周部分，而是还能够对于该机器部件外部轮廓的端面以及圆锥形过渡表面进行磨削。在夹紧状态a下还可以至少磨削出一个支架座。可以将对于支架座的磨削和对于外部轮廓的磨削一起进行，也可以将其通过专门的加工过程来实现。特别是需要力求做到，将靠置支架列为在完成外部轮廓磨削之后而尚未开始进行对于内凹部的磨削时的第一加工顺序。还可以在夹紧状态a下较容易地进行凹口(Einstiche)加工。

在夹紧状态b下，该机器部件已经通过头架的定心顶失以及所靠置的支架进行了中心定位。在该夹紧状态下能够以高精度对于内凹部的圆周进行磨削。在该过程中还能够既可以实施圆形磨削也可以实施非圆磨削，其中将X轴、Z轴以及至少C轴联动插补运行毫无疑问还可以对棱柱形轮廓的内凹部还有长锥形的内凹部进行磨削。

在夹紧状态c下，能够以精确的中心定位对轴颈的圆截面进行磨削，而无需将机器部件的夹紧状态在磨床内进行改变。通过由尾架所施加的一定程度上的轴向推移即可满足，使得头架的定心顶尖作用于该机器部件的同步转动，因为同其它的磨削过程相比，在对于尺寸相对较小的轴颈进行磨削时的转动阻力要小得多。

在所有夹紧状态下的磨削过程都必须通过CBN-砂轮来完成。

对于内凹部的磨削余量能够通过以下方法进行测定，即通过一个电子定位头对于所述机器部件的轴肩部与所述尾架套筒间的距离进行测定得出。

所述机器部件的内凹部可以为锥形或圆柱形，也可以如所提及为任意的轮廓。但是需要一个优选为60°中心定位孔。若将内凹部设计为相应的锥形，则自然地将其用于中心定位。

通过采用本发明的方法以及用于该方法的磨床，能够在同一台磨床上以特别高的质量对所言及的机器部件进行精加工，并通过该加工过程生产出具有明显改善了的尺寸、形状以及定位精度的机器部件。此外无需半成品的中间存放，因为该工件在同一台机器上进行全部的精加工。这表明能够将用于半成品存放而将造价提高的中间仓库略去。

在从属权利要求中给出进一步有益的设计。

附图说明

下面将对照附图中所示的实施例对本发明做进一步说明。图中示出：

图1为用于实施本发明的方法的磨床的俯视图；

图2示出实施根据本发明的方法的第一阶段；

图3示出实施根据本发明的方法的后续阶段；

图4示出实施根据本发明的方法的再续阶段；

图5示出实施根据本发明的方法的最后阶段；

图6举例性地示意示出采用根据本发明的方法进行磨削加工的第一种类型的机器部件；

图7示意出此类机器部件的另外一个例子；

图8为图1中所示磨床的空间透视图；

图9为配属于所说明的磨床的支架的侧视图。

具体实施方式

图1和图8中所示为原则上以一种万能、圆以及非圆磨床的典型构造为基础的磨床。在床身1上具有导轨2，在导轨2上具有能够沿着所谓的Z2轴进行纵向推移的磨削台3，在磨削台3上设置带有驱动电机5以及卡盘6的头架4，卡盘6用于对机器部件31进行夹固，卡盘6为此设置有定心顶尖26以及可以拆卸的卡爪27(参见图2至4)。

与头架4同轴并与其在轴向上具有间隔地设置有尾架7。尾架7具有通常的尾架套筒8，该套筒的端部为相适配的套筒顶端9(图3)。尾架7在磨削台3上沿纵向移动，其中如通常的情形，将机器部件31以共同的旋转轴10夹紧在头架4与尾架7之间(参见图2至图4)。

附图标记11所表示的为一个支架，该支架由支架座28以及移动的支撑部件29构成(见图3)，当支架11处于工作状态时，该支撑部件29伸出并且部分地环围固定所述机器部件31的圆周，这在图3和图9中可以特别清楚地看出。

在图中一共示意出了四个测量装置13、14、15以及30，通过这些测量装置旨在对于磨削加工过程进行操控。具有一个校准装置12用于校准磨床上的砂轮。

该磨床装有三个砂轮轴19、22和25，其全部位于一个共同的砂轮架17中。将砂轮架17使其能够围绕一个竖直的摆动轴18进行摆动地设置在一个滑鞍16上，该滑鞍则能够垂直于所述共同的旋转轴10、即沿着通常的X轴进行推移。摆动运动由带曲线的箭头B示意，推移运动由带直线的双箭头X示意，以Z和Z2示意工件在沿着纵轴以及与之平行方向的推移运动，而以C表示所述机器部件31围绕共同的旋转轴10进行旋转的转动。

第一砂轮轴19载有第一砂轮20，其围绕第一旋转轴21进行旋转。第一砂轮20用于对所述机器部件31的外部轮廓进行磨削加工。根据此处所选出的实施例，第一砂轮20载有两种相互间垂直布置的磨料层20a以及20b，因而该砂轮20既可以用于旋转对称的圆周表面的磨削加工，也可以用于端面的磨削加工，这在该实施例中的上部示意出(对此特别参见如图4中所示)。

第二砂轮轴22载有围绕第二旋转轴24进行旋转的第二砂轮23，其具有小的直径，并且特别是如图3中所示，用于对所述机器部件31的旋转对称的内凹部36进行磨削加工。

为了实施根据本发明的方法，只是采用所述第一砂轮轴19和第二砂轮轴22即可。

附图标记25所表示的为第三砂轮轴，其可以用于后续的加工过程而设置，例如，根据需要用于进一步进行磨削加工的圆周、端面以及凹口。

图6中以例示意出一种旋转对称的机器部件31，对其采用根据本发明的方法进行磨削加工。该机器部件31具有圆柱形的基本形状，在其一端为轴颈32，与其相连者为一个长的伸展的轴部件33，该轴部件通过一个过渡部件34设置到法兰35中，其中可以将所述过渡部件34设计为分级或圆锥的外形，也可以同时两种形式兼用，还可以具有环形槽38。该机器部件31在与轴颈32一端相对的、设置有法兰35一端上具有旋转对称的内凹部36。根据图6所示的实施例，内凹部36具有部分为分级的圆柱形、部分为圆锥形的轮廓并且过渡到卸荷槽部分37中。

图7中所示为另一个采用根据本发明的方法进行磨削加工的机器部件之例，其中的过渡部件34具有一个比图6中的实施例中所示者更大的环形槽38。另外，此处的旋转对称的内凹部36仅仅具有分级的圆柱型轮廓。

通过图2至图5对于如何采用所描述的磨床实施所述方法的细节进行说明。图2中示意出所述工件，即机器部件31，其处于第一夹紧状态。其中头架4的卡盘6以定心顶尖26中心对准地嵌入到机器部件31的轴颈32中，因而机器部件31的轴颈32的端部需具有相应的凹陷部分。此外可松开的卡爪27对于轴颈32的圆周部分进行环围卡固，卡爪27将机器部件31固定于的轴颈32的外圆周并且对于卡盘6定心顶尖26在径向上能够进行调整地设置。

另外，为此可以将卡爪27在技术上进行相应的设计，从而使得机器部件31沿着轴向朝着定心旋转的卡盘6的定心顶尖26进行抵压。

这样就可以提高该机器部件31的中心定位精度。

在机器部件31的另外相对的一侧，尾架套筒8以锥形适配的嵌入轴颈9进给到锥形的内凹部36中。

在此过程中，支架11处于回缩位置，其移动支撑部件29撤回。在第一夹紧状态下，将第一砂轮20设置在机器部件31的过渡区域34处，并且在其处进行支架座39的磨削，磨削位置由一个双短线表示。该磨削通过切断磨削的方法进行，其中在图2中的磨削方向为自右向左，即向着头架的方向进行。

其中共同的旋转轴10和第一旋转轴21不在同一个平面，而是在竖直方向上略微相互倾斜，这样在磨削位置上基本上就只有一个点接触。

图3所示为下一个加工阶段，其中，第一砂轮轴19回到其休止位置，并且支架11的移动支撑部件29对于被磨削出的支架座39进行部分的环围卡固(另见图9)。

此外，尾架7沿着轴向离开机器部件31，从而使得第二砂轮轴22能够通过砂轮架17围绕轴18的摆动而被带到机器部件31旋转对称的内凹部36前面的工作位置。尾架7在此过程中必须回撤一个在通常的万能、圆以及非圆磨床中所不能提供的长度L，并且其大小需能够满足使第二砂轮轴22能够进给到尾架7和机器部件31之间的空间中以实施内圆磨削。该长度L超出通常的套筒行程的大约3到5倍，这样就形成了第二夹紧状态。现在通过第二砂轮23就能够对内凹部36的旋转对称的圆周表面进行磨削加工。

图4中所示为所述磨削加工过程所接续的第三个阶段。第二砂轮轴24再次回到其静止位置，而尾架套筒8的套筒顶端9再次被夹紧并且定中心地靠在机器部件31的内凹部36。支架11在其移动支撑部件29再次回撤入支架座28后不再有作用。这样整体上就再次呈现如图2所示的第一夹紧状态。这时通过砂轮架17的摆动将第一砂轮20重新配置到机器部件31的外部轮廓处，在图4中对于所需加工的区域通过附加的外轮廓的平行线特别地表示出来，其主要位于过渡区域34内。此处仍然通过将共同旋转轴10与第一旋转轴21之间相对略微倾斜地进行设置，而使得在进行以表皮磨削的方法进行外圆磨削加工的过程中，在磨料层和机器部件31之间基本上只有一个点接触。

根据图4所示，通过重新设置到第一夹紧状态，能够对于机器部件31的除去轴颈32外的整个外部轮廓进行磨削加工，在此过程中，轴颈32通过可松开的卡爪27进行固定。

最后需要进行对于轴颈32的磨削加工，该步骤由附图5示意出。为此使磨床和机器部件31处于第三夹紧状态，其中可松开的卡爪27从轴颈32被松开并且沿着轴向缩入卡盘6中。此时机器部件31仅仅被夹紧于头架的定心顶尖26和尾架套筒的套筒端锥9之间。在根据图2至图4的不同的步骤中，用于该机器部件31的旋转驱动基本上通过头架4的可松开的卡爪27而实现，而实现机器部件31的轴向同步则更多地通过头架的定心顶尖26上的摩擦。因为同前面的磨削过程相比，在对小尺寸的轴颈32进行外圆磨削过程中，旋转阻力要小得多。

在图5中也通过平行的双线表示出轴颈32的外圆磨削部位。

在所述磨削加工过程的不同阶段中，通过测量装置13、14、15以及30进行控制、检测并且部分的操纵。必须指出，所有方法步骤均在同一台磨床上对于夹紧位置未改变的机器部件31所进行。

在磨削加工过程完成之后则能够将机器部件卸下。

其它的加工过程，例如生成凹口，只要在第三砂轮轴25没有用于另外的完全不同的加工任务，则当然可以通过其实现。

附图标记对照表

1         床身

2         导轨

3         磨削台

4         头架

5         4的驱动电机

6         4的卡盘

7         尾架

8         尾架套筒

9         套筒顶端

10        共同的旋转轴

11        支架

12        校准装置

13        第一测量装置

14        第二测量装置

15        第三测量装置

16        滑鞍

17        砂轮架

18        摆动轴

19        第一砂轮轴

20        第一砂轮

20a       圆周侧磨料层

20b       端面磨料层

21        第一旋转轴

22        第二砂轮轴

23        第二砂轮

24        第二旋转轴

25        第三砂轮轴

26        定心顶尖

27        卡爪

28        支架座

29        可移动的支撑部件

30        第四测量装置

31        机器部件

32        轴颈

33        伸长的轴部件

34        过渡部件

35        法兰

36        旋转对称的内凹部

37        卸荷槽部分

38        环形槽

39        支架座

Claims (11)

1.一种用于磨削加工机器部件(31)的方法，所述机器部件(31)被驱动旨在围绕其纵轴旋转，所述机器部件(31)在其沿轴向的一端具有轴颈(32)，与其相对的另一端具有一个内凹部(36)，

其中利用第一砂轮(20)对于外部表面进行磨削、以及利用第二砂轮(23)对于所述内凹部的圆周表面进行磨削，并且为了在磨削过程中夹紧所述机器部件(31)而设有头架(4)、尾架(7)以及至少一个支架(11)，

具有以下方法步骤：

a)通过所述头架(4)的卡盘(6)以可松开的卡爪(27)对于所述机器部件(31)的轴颈(32)进行环围卡固，并且同时利用定心顶尖(26)嵌入所述轴颈(32)的端面，同时尾架套筒(8)利用一个适配嵌入销(9)嵌入所述机器部件(31)的内凹部(36)，而实现第一夹紧状态；

b)在所述第一夹紧状态下，利用所述第一砂轮(20)在所述机器部件(31)的外部圆周上磨削出支架座(38)；

c)通过将所述机器部件(31)在所述支架座(38)的位置由所述支架(11)进行支撑、并且将所述尾架(7)沿着轴向适当地移离所述机器部件(31)，以使得所述第二砂轮(23)能够因而进入所述机器部件(31)的内凹部(36)中，而获得第二夹紧状态；

d)在所述第二夹紧状态下，以所述第二砂轮(23)对于所述内凹部(36)的旋转对称的圆周表面进行磨削；

e)将所述第二砂轮(23)撤回到其静止位置，使得所述支架(11)不再作用并且再次建立第一夹紧状态；

f)在所述重新建立的第一夹紧状态下，以所述第一砂轮(20)对于所述机器部件(31)的外部轮廓中的需要加工的部分、除去所述轴颈(32)外、进行磨削；

g)通过将所述头架(4)的卡盘(6)中可松开的卡爪(27)从所述轴颈(32)上松开并且沿着轴向移入卡盘(6)中，使得所述机器部件(31)因而只是被夹紧在所述头架(4)的定心顶尖(26)和所述尾架套筒(8)之间，从而获得第三夹紧状态

h)在第三夹紧状态下，以所述第一砂轮(20)对所述轴颈(32)的圆周进行磨削。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一以及第二砂轮(20，23)通过一个共同的砂轮架(17)的摆动与所述机器部件(31)接触以及脱离，其中所述砂轮架(17)通过在滑鞍(16)上的能够进行摆动的设置，可以实现沿着垂直于所述机器部件(31)纵轴(10)的方向的直线移动。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，能够将所述第一以及第二砂轮(20，23)通过其共用砂轮架(17)的无级摆动以不同角度设置到所述机器部件(31)的需进行磨削加工的部位。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述支架座(39)的磨削通过朝着头架(4)方向的纵向进给的切断磨削方式实现。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在对于所述机器部件(31)的外部轮廓进行磨削的过程中，将所述第一砂轮(20)的旋转轴(21)以及所述头架(4)、所述机器部件(31)以及所述尾架(7)的共同的旋转轴(10)相互适当倾斜设置，其设置使得在所述第一砂轮(20)与所述机器部件(31)的外部轮廓之间基本上只存在点接触，其中所述纵向进给沿着朝着所述头架(4)的方向进行。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述机器部件(31)的圆周区域以及端面的磨削均通过所述第一砂轮(20)进行。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在磨削过程中对于所述机器部件(31)的旋转驱动能够可选地采用单独实施或者通过所述定心顶尖(26)和/或所述头架(4)的可松开的卡爪(27)共同实施。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述磨削过程能够通过CNC操纵。

9.一种类属于万能/圆/非圆磨床的磨床，其用于实施权利要求1-8所述的方法，具有以下特征：

a)在能够沿着其纵向进行移动的磨削台(3)上设置有头架(4)和尾架(7)，所需进行磨削的机器部件(31)位于所述头架和尾架之间，其中所述头架(4)、所述机器部件(31)以及所述尾架(7)的共同的纵轴(10)沿着所述磨削台(3)的纵向延伸；

b)所述头架(4)的卡盘(6)具有定心顶尖(26)以及可松开的卡爪(27)，将所述定心顶尖(26)以及可松开的卡爪(27)构成为旨在与位于所述机器部件(31)的一端的轴颈(32)进行配合；

c)所述尾架(7)具有一个其上带有嵌入销(9)的尾架套筒(8)，所述嵌入销(9)适用于同位于所述机器部件(31)的另一端的旋转对称的内凹部(36)进行定心接合；

d)至少设置一个具有支架座(28)以及能够进行移动的支撑部件(29)的支架(11)；

e)将能够沿着竖直方向的摆动轴(16)进行摆动的砂轮架(17)设置在滑鞍(16)上，所述滑鞍能够垂直于所述磨削台(3)的纵向可操纵地移动，在所述砂轮架(17)上设置两个被旋转驱动的砂轮(20，23)，所述砂轮的旋转轴(21，24)沿着水平方向延伸；

f)通过所述砂轮架(17)的移动以及摆动而能够有选择地产生两个所述砂轮(20，23)的基本位置，其中在第一基本位置下，所述第一砂轮(20)位于所述机器部件(31)的外部轮廓处，而在第二基本位置下，所述第二砂轮(23)位于所述内凹部(36)的圆周表面；

g)在第一基本位置下，所述机器部件(31)被夹紧于所述头架(4)以及所述尾架(7)之间，而在第二基本位置下，所述尾架(7)移离所述机器部件(31)；

h)与通常的万能磨床所采用的公知尺寸相比，所述尾架(7)在所述磨削台(3)上沿着纵向的移动轨道进行了适当的延长，以使得在从第一基本位置过渡到第二基本位置时，所述第二砂轮(23)能够与处于夹紧位置下的所述机器部件(31)以及所述移离的尾架(7)所产生的空隙相适配。

10.按照权利要求9所述的磨床，其特征在于，将所述第一砂轮(20)设置在第一砂轮轴(19)上，以及将所述第二砂轮(23)设置在第二砂轮轴(22)上，其中所述两个砂轮轴(19，22)位于所述砂轮架(17)上并且所述两个砂轮(20，23)相互间以优选为120°的钝角相交。

11.按照权利要求9或10所述的磨床，其特征在于，第一砂轮(20)在其周围以及其一个端面分别各设有一种磨料层(20a，20b)。

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