CN103415371A - 抛光和磨削圆柱体的轴向端部上的弯曲表面的方法和设备 - Google Patents

Abstract

这里描述了用来在工件上形成或抛光凹形或凸形的倒圆表面的设备和方法。该设备包括支架，该支架构造成支撑工件。大体中空的可转动刀具定位成与支架相邻，该大体中空的可转动刀具包括周向表面，该周向表面用来形成或抛光倒圆表面。刀具的转动轴线相对于工件的纵向轴线和支架的纵向轴线以倾斜角定向。可选择地，工件的纵向轴线可以横向偏离支架的纵向轴线。该设备还包括用来转动中空可转动刀具以便形成或抛光在工件的表面上的倒圆表面的装置。

Description

抛光和磨削圆柱体的轴向端部上的弯曲表面的方法和设备

技术领域

本发明总体上涉及一种用于抛光和磨削的系统。更明确地说，本发明涉及一种用来抛光和磨削圆柱的轴向端部上的倒圆表面的系统。

背景技术

磨削和抛光工件的目的是产生满足一组预定规范的表面，所述预定规范典型地与所需的光洁度和形状相关。磨削和抛光工件的过程典型地涉及抛光/磨削刀具与工件之间的相对运动。这可以以多种方式完成，常常涉及工件与抛光/磨削刀具之间的受控的相对转动和平移中的至少一种。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用来在工件上形成或抛光凹形或凸形的倒圆表面的设备。该设备包括支架，该支架构造成支撑工件。大体中空的可转动刀具定位成与支架相邻，该大体中空的可转动刀具包括周向表面。刀具的转动轴线相对于工件的纵向轴线和支架的纵向轴线以倾斜角定向。设备还包括用来转动中空可转动刀具的装置，该中空可转动刀具用来在工件的表面上形成或抛光倒圆表面。

根据本发明的另一个方面，一种用来在多个工件上同时形成凹形或凸形倒圆表面的机器包括：第一平台，包括多个工件接收区域和用来在其相应工件接收区域中转动工件中的每一个的装置，这些工件接收区域每个均构造成容纳工件。第二平台定位成与第一平台相邻。第二平台包括多个大体中空的可转动刀具，这些大体中空的可转动刀具的每一个包括周向表面，该周向表面构造成用来在工件上形成或抛光倒圆表面。每个中空可转动刀具的位置与第一平台的工件接收区域相对应。第二平台还包括用来转动中空可转动刀具中的每一个的装置。每个刀具的转动轴线相对于对应工件的纵向轴线和对应工件接收区域的纵向轴线以倾斜角定向。

根据本发明的又一个方面，一种用来在工件上形成凹形或凸形倒圆表面的方法包括如下步骤：（a）将工件定位在支架中或支架上；（b）将大体中空的可转动刀具的研磨表面定位成与工件相邻，从而刀具的转动轴线相对于工件的纵向轴线和支架的纵向轴线以倾斜角定向；（c）在第一方向上转动中空可转动刀具；以及（d）在与第一方向相反的方向上转动支架，以在工件上形成倒圆表面。

根据本发明的再一个方面，一种用来在工件上形成或抛光倾斜表面的设备包括支架，该支架构造成支撑工件。大体中空的可转动刀具定位成与支架相邻。大体中空的可转动刀具包括周向表面，该周向表面用来形成或抛光倾斜表面。刀具的转动轴线横向偏离工件的纵向轴线和支架的纵向轴线。设有用来转动中空可转动刀具的装置，以便在工件的表面上形成或抛光倾斜表面。

附图说明

当结合附图一起阅读时，由如下详细描述最好地理解本发明。在附图中包括的是如下图：

图1A是根据本发明第一示例性实施例的抛光刀具的横截面图，该抛光刀具应用于工件的表面，该工件支撑在支架中。

图1B是根据本发明第二示例性实施例的另一个抛光刀具的横截面图，该抛光刀具应用于工件的表面，该工件支撑在支架中。

图1C是根据本发明第三示例性实施例的又一个抛光刀具的横截面图，该抛光刀具应用于工件的表面，该工件支撑在支架中。

图1D是根据本发明第四示例性实施例的再一个抛光刀具的横截面图，该抛光刀具应用于工件的表面，该工件支撑在支架中。

图2是根据本发明示例性实施例的机器的部分分解立体图，该机器示意地示出用来同时抛光和/或磨削多个工件。

图3是图2的机器的侧视图，示出了机器的内部部件。

图4A示出了驱动带装置的示例性示意图，该驱动带装置用来转动图3的机器的支架。

图4B示出了图4A的驱动带装置的详细视图，示出了带、支架以及驱动齿轮之间的接合。

图5示出了驱动带装置的示例性示意图，该驱动带装置用来转动图3的机器的刀具。

具体实施方式

图1A是根据本发明第一示例性实施例的可转动抛光/磨削刀具10的横截面图，该可转动抛光/磨削刀具10应用于工件12的表面，该工件12支撑在支架13的凹口中。可转动刀具10构造成在工件12的轴向端部上形成圆角化边缘（rounded edge）14。作为非限制性例子，工件12选择性地是光学镜，如平面、球面、非球面、反射或折射光学镜。尽管在图1A（以及图1B-1D）的横截面图中没有清晰地示出，但应该理解，抛光/磨削刀具10、工件12及支架13是大体圆柱形部件。

刀具10包括盘形基础表面和圆柱形壁，该圆柱形壁从盘形基础表面延伸。从盘形基础表面延伸的圆柱形壁部分地包围中空内部区域，该中空内部区域在刀具10的敞开端部和封闭端部之间延伸。一系列轴承11定位在圆柱形壁的外表面上，以便于刀具10绕其转动轴线转动。

盘形基础表面形成刀具10的封闭端部。孔眼20限定在刀具的盘形基础表面上。在操作中，将流体通过孔眼20输送到经历加工、磨削或抛光的工件的表面（一个或多个）。流体将工件和刀具10保持在稳定温度。尽管未示出，但另一个孔眼可以限定在刀具的圆柱形壁上，流体通过该另一个孔眼输送和/或排出。

周向表面16限定在刀具10的敞开端部上，或者从该敞开端部延伸。根据图1A的示例性实施例，周向表面16形成有抛光和/或磨削垫18的部分，该抛光和/或磨削垫18粘合（或以其它方式安装）到刀具10的敞开端部。根据本发明的一个方面，垫18至少部分地在刀具10的内部区域内延伸。周向表面16包括圆角化表面17，该圆角化表面17具有预定半径‘R1’。圆角化表面17构造成磨削或者抛光工件12的轴向端部上的表面。

刀具10安装成使得刀具10的转动轴线‘C’相对于工件12和/或支架13的纵向轴线‘A’以倾斜角‘B’定向。刀具10的安装参照图3更详细地描述。倾斜角‘B’可以是例如约45度。根据本发明的一个方面，倾斜角‘B’可以保持在约1度到约89度之间的任何角度。可选择地，转动轴线‘C’可以与纵向轴线‘A’相平行，如图1D所示。

通过将刀具10的转动轴线‘C’相对于工件12的纵向轴线‘A’以倾斜角‘B’定向，垫18的周向表面16形成工件12的轴向端部上的圆角化边缘14。圆角化边缘14可以是凹形的或凸形的。形成在工件12上的圆角化边缘14的半径‘R2’取决于角‘B’和刀具10的圆角化表面17的半径‘R1’。因而，预先选择垫18的圆角化表面17的半径‘R1’和倾斜角‘B’的尺寸，从而在工件12的表面上形成或抛光特定尺寸半径‘R2’。

尽管未在图1A中清晰地示出，但设有用来转动刀具10的装置。刀具10可以直接地或间接地由例如马达、马达驱动带、或马达驱动齿轮转动。本领域的技术人员将认识到，存在用来将刀具10绕其转动轴线‘C’转动的各种方式。

图1B是根据本发明第二示例性实施例的另一个抛光/磨削刀具30的横截面图，该抛光/磨削刀具30应用于工件12的表面，该工件12支撑在支架13中。图1B的刀具30与图1A的刀具10大体相似，不同之处在于，刀具30的抛光和/或磨削垫32具有圆形横截面。换句话说，垫32具有o形圈状形状。垫32安装到刀具30的圆柱形壁的自由端部。垫32可以由粘合剂粘合到刀具30的自由端部，或者可选择地，垫32可以通过本领域的技术人员已知的任何其它方法安装到刀具30。

由刀具30形成的工件12的圆角化边缘14的半径‘R2’的尺寸取决于刀具30的角‘B’和垫32的横截面半径‘R3’。因而，预先选择垫32的半径‘R3’和倾斜角‘B’的尺寸，从而在工件12的表面上形成或抛光特定尺寸半径‘R2’。

图1C是根据本发明第三示例性实施例的又一个抛光/磨削刀具31的横截面图，该抛光/磨削刀具31应用于工件12的表面，该工件12支撑在支架13中。图1C的刀具31与图1A的刀具10大体相似，不同之处在于，刀具31的抛光和/或磨削垫33绕刀具31的外部回转表面延伸。

由刀具31形成的工件12的圆角化边缘14的半径‘R2’的尺寸取决于刀具30的角‘B’和垫33的横截面半径‘R4’。因而，预先选择垫33的半径‘R4’和倾斜角‘B’的尺寸，从而在工件12的表面上形成或抛光特定尺寸半径‘R2’。

图1D是根据本发明第四示例性实施例的再一个抛光/磨削刀具35的横截面图，该抛光/磨削刀具35应用于工件12的相对端部37，该工件12支撑在支架13中。刀具35与图1B的刀具30大体相似，然而，与刀具30不同，图1D的刀具35的转动轴线‘C’相对于工件12的纵向轴线‘A’不以倾斜角定位。而是，图1D的刀具35的转动轴线‘C’定位成与工件12的纵向轴线‘A’相平行，并且刀具35的转动轴线‘C’横向偏离工件12的纵向轴线‘A’一预定距离‘D’。刀具35的转动轴线‘C’横向偏离工件12的纵向轴线‘A’能够使刀具35在工件12的相对端部37上形成倾斜表面36。

由刀具31形成的工件12的圆角化边缘14的半径‘R2’的尺寸取决于刀具30的角‘B’和垫33的横截面半径‘R4’。因而，预先选择垫33的半径‘R4’和倾斜角‘B’的尺寸，从而在工件12的表面上形成或抛光特定尺寸半径‘R2’。

尽管在图1A-1D中未清晰地示出，但设有用来转动支架13的装置。支架13可以直接地或间接地由例如马达、马达驱动带、或马达驱动齿轮转动。本领域的技术人员将认识到，存在用来将支架13绕其纵向轴线‘A’转动的各种方式。根据本发明的一个方面，支架13在与刀具10的转动方向相反的转动方向上转动。换句话说，如果刀具10在顺时针方向上转动，那么支架13将在逆时针方向上转动，或者反之亦然。可选择地，支架13可以固定在适当位置。

根据本发明的一个方面，刀具和支架13安装在较大系统内。该系统可以包括单个刀具和单个支架13，用来在单个工件12上形成倒圆表面（如图1A-1C所示）。可选择地，如参照图2-4B描述的那样，该系统可以包括多个刀具和多个支架，由此每个刀具与对应支架一致地转动，以在工件12的轴向端部上形成或抛光倒圆表面。

图2示出了根据本发明示例性实施例的机器40的部分分解立体图，该机器40示意地示出用来同时抛光和/或磨削多个工件的轴向端部。图3是图2的机器40的正视图，示出了机器40的内部部件。

机器40包括第一平台42和第二平台46，在该第一平台42中定位各工件12，在该第二平台46中定位多个刀具50。第二平台46在第一平台42上方定位在压机52上。压机52构造成相对于第一平台42升高和降低第二平台46。压机52可以例如气动地或液压地致动。压机52和第一平台42可以安装到例如台架，或者安装到任何其它平表面。

现在参照第一平台42的部件，第一平台42包括外壳43、可移除托盘54以及用来使工件12中的每一个绕它们的相应纵向轴线转动的装置，该可移除托盘定位在外壳43的顶部端部上，用来容纳多个工件12。

在图3中示出可移除托盘54与外壳43分离。托盘54包括多个工件接收区域44，这些工件接收区域44每个构造成容纳单个工件12，如示出的那样。每个工件接收区域44的位置与支架58和第二平台46的刀具50相对应。作为非限制性例子，托盘54包括十二个工件接收区域44。根据另一个示例性实施例，托盘可以与外壳43成整体。

托盘54包括顶部表面、侧表面及一系列通孔，这些通孔限定在顶部表面上。托盘54的顶部表面上形成的每个通孔将尺寸设计成接收工件12的下部端部并容纳支架58的圆柱形壁。每个工件12的凸缘60将尺寸设计成安置在托盘54的顶部表面上，如图3所示。托盘54可以例如由塑料或金属构成。

第一平台42还包括多个可转动支架58，这些可转动支架58每个可转动地联接到外壳43。每个支架58与图1A和1B的支架13相似。每个可转动支架58直接定位在单个工件12下方。每个可转动支架58构造成在该工件12定位在托盘54中时使该工件12转动。第一平台42还包括用来转动支架58中的每一个的装置，如参照图4A和4B更详细讨论的那样。

图4A示出了驱动带装置的示例性示意图，该驱动带装置用来使工件支架58绕它们的相应纵向轴线转动。图4B示出了图4A的驱动带装置的详细视图。驱动带装置包括：马达，该马达具有转动输出轴64；带有齿的带66，该带有齿的带66与输出轴64的齿轮通过齿进行接合；以及一系列驱动齿轮68，所述驱动齿轮68既与带66又与工件支架58通过齿进行接合。每个支架58的至少一部分包括用来与驱动齿轮68的齿相接合的齿。

在操作中，输出轴64在第一转动方向上的转动引起带66在第一方向上的转动，该带66引起驱动齿轮68在第一方向上的转动，该驱动齿轮68引起支架58在第二转动方向上的转动，该第二转动方向与第一转动方向相反（如由箭头示出的那样）。本领域的技术人员将认识到转动支架58的其它方式，这些其它方式不脱离本发明的范围或精神。

现在参照图2和3的第二平台46的部件，第二平台46包括外壳62、多个刀具50，用来将刀具50的每一个绕它们的相应纵向轴线转动的装置以及流体分配网64，所述多个刀具50可转动地安装在外壳62内。

每个刀具50分别与图1A-1D的刀具10、刀具30、刀具31或刀具35相等效。每个刀具50的位置与第一平台42的工件接收区域44相对应。如参照图1A描述的那样，每个刀具50的转动轴线相对于第一平台42的对应工件接收区域44的纵向轴线以倾斜角定向，或偏离对应工件接收区域44的纵向轴线。作为非限制性例子，十二个刀具50可转动地安装在外壳62内。尽管未示出，如参照图1D描述的那样，每个刀具50的转动轴线可以横向偏离第一平台42的对应工件接收区域44的纵向轴线。

流体分配网64是一系列互连管，这些互连管定位成将流体输送到形成在刀具50的每一个中（如参照图1A描述的那样）的孔眼（见图1A的附图标记20）。尽管未示出，但泵通过流体分配网64输送流体。第二平台46也包括用来转动刀具50的每一个的装置，如下面将讨论的那样。

图5示出了驱动带装置的示例性示意图，该驱动带装置用来使刀具50绕它们的相应纵向轴线转动。驱动带装置包括第一马达、一条带有齿的带72，该第一马达具有转动输出轴70，该条带有齿的带72环绕输出轴70的齿轮、六个刀具50的齿轮，并且与这两者的齿轮通过齿进行接合，六个刀具50的齿轮定位在第一排中。驱动带装置还包括第二马达和另一条带有齿的带74，该第二马达具有转动输出轴73，该另一条带有齿的带74环绕输出轴73和六个其它刀具50的齿轮，并且与这两者的齿轮通过齿进行接合，六个其它刀具50的齿轮定位在第二排中。

在操作中，输出轴70在第一转动方向上的转动引起带72在第一方向上的转动，该带72引起第一排的刀具50在第一方向上的转动（如由箭头示出的那样）。类似地，输出轴73在第一转动方向上的转动引起带74在第一方向上的转动，该带74引起第二排的刀具50在第一方向上的转动（如由箭头示出的那样）。尽管未示出，但如果带72环绕刀具50的全部，则可以省略马达73和带74。本领域的技术人员将认识到转动刀具50的其它方式，这些其它方式不脱离本发明的范围或精神。

现在参照机器40的操作，第二平台46由压机52升高，以使第二平台46与第一平台42分离。将一个或多个工件12定位在托盘54的工件接收区域44中。然后将托盘54定位在第一平台42的外壳43上，除非托盘54已经定位在外壳43上，或者托盘54与外壳43成整体。在将托盘54安装到外壳43时，工件12的下部端部坐置在形成于支架58中的凹口内。

然后第二平台46由压机52降低，以将第二平台46带到与第一平台42相邻，由此将每个刀具50的研磨垫定位成与对应工件12的顶部边缘相接触。如以前描述的那样，将刀具50的转动轴线相对于工件12的纵向轴线和支架58的纵向轴线以倾斜角预先定向。然后使刀具50在第一转动方向上同时转动，并且使支架58在与第一方向相反的转动方向上同时转动，由此在每个工件12的顶部边缘上形成倒圆表面。一旦在每个工件12的顶部边缘上形成倒圆表面，第二平台46就由压机52升高，以使第二平台46与第一平台42分离。然后将一个或多个工件12从托盘54卸下。

尽管这里参照具体实施例示出和描述了本发明，但本发明不打算限于示出的细节。而是，可以在权利要求书的等效物的范围内并且不脱离本发明而进行细节的各种修改。例如，应该理解，本发明不限于圆柱形工件。如果工件不包括纵向轴线，则刀具可以安装成使得工件的转动轴线相对于工件的任一表面以倾斜角定向。

Claims (21)

1.一种用来在工件上形成或抛光凹形或凸形的倒圆表面的设备，所述设备包括：

支架，该支架构造成支撑工件；

大体中空的可转动刀具，该大体中空的可转动刀具定位成与支架相邻，大体中空的可转动刀具包括周向表面，该周向表面用来形成或抛光倒圆表面，其中，刀具的转动轴线相对于工件的纵向轴线和支架的纵向轴线以倾斜角定向；以及

刀具转动装置，该刀具转动装置用来转动所述大体中空的可转动刀具，以便在工件的表面上形成或抛光倒圆表面。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，刀具是大体中空的圆柱，该刀具限定中空的内部区域、敞开端部及大体封闭端部。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，在刀具的大体封闭端部中限定有孔眼，通过该孔眼输送流体，以便于倒圆表面的形成、磨削或抛光。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，刀具的周向表面限定在抛光和/或磨削垫上，该抛光和/或磨削垫安装在刀具的敞开端部上或安装成与该敞开端部相邻。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，抛光和/或磨削垫至少部分地在刀具的内部区域内延伸。

6.根据权利要求2所述的设备，其中，抛光和/或磨削垫具有环形形状。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，周向表面包括倒圆部。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，刀具转动装置包括马达驱动带，该马达驱动带直接联接至刀具，或者由齿轮间接地联接至刀具。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支架构造成在与刀具的转动方向相反的转动方向上转动工件。

10.一种用来在多个工件上同时形成凹形或凸形倒圆表面的机器，包括：

第一平台，该第一平台包括工件转动装置和多个工件接收区域，所述多个工件接收区域每个均构造成容纳工件，所述工件转动装置用来转动位于相应的工件接收区域中的各工件中的每一个；和

第二平台定位成与第一平台相邻，第二平台包括多个大体中空的可转动刀具，这些大体中空的可转动刀具的每一个包括周向表面，所述周向表面构造成用来在工件上形成或抛光倒圆表面，其中，每个大体中空的可转动刀具的位置与第一平台的工件接收区域相对应，第二平台还包括用来转动大体中空的可转动刀具的每一个的刀具转动装置；

其中，每个刀具的转动轴线相对于对应工件的纵向轴线和对应工件接收区域的纵向轴线以倾斜角定向。

11.根据权利要求10所述的机器，还包括用来相对于第一平台平移第二平台或者相对于第二平台平移第一平台的压机。

12.根据权利要求10所述的机器，其中，在每个大体中空的可转动刀具中限定有孔眼，通过该孔眼输送流体，以便于工件的形成、磨削或抛光。

13.根据权利要求12所述的机器，还包括流体输送导管网，该流体输送导管网用来将流体输送到可转动刀具中的孔眼。

14.根据权利要求10所述的机器，其中，工件转动装置包括马达驱动的驱动带，该驱动带构造成直接地或者间接地转动多个支架，所述多个支架每个都定位在第一平台中，其中，每个支架构造成支撑工件，使得特定支架的转动引起由该特定支架支撑的工件的转动。

15.根据权利要求10所述的机器，其中，刀具转动装置包括马达驱动的驱动带，该驱动带构造成直接地或者间接地转动刀具。

16.一种用来在工件上形成凹形或凸形倒圆表面的方法，包括如下步骤：

将工件定位在支架中或支架上；

将大体中空的可转动刀具的研磨表面定位成与工件相邻，使得刀具的转动轴线相对于工件的纵向轴线和支架的纵向轴线以倾斜角定向；

在第一转动方向上转动大体中空的可转动刀具；以及

在与第一转动方向相反的转动方向上转动支架，以在工件的轴向端部上形成倒圆表面。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，将工件定位在支架中或支架上的步骤包括将多个工件定位在相应的支架中或相应的支架上。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，刀具定位步骤包括将多个可转动刀具的研磨表面定位成与对应工件相邻，使得每个刀具的转动轴线相对于对应工件的纵向轴线和对应支架的纵向轴线以倾斜角定向。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，刀具转动步骤还包括在第一方向上同时转动大体中空的可转动刀具的每一个。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，支架转动步骤还包括在与第一方向相反的方向上同时转动支架，以在多个工件上同时形成倒圆表面。

21.一种用来在工件上形成或抛光倾斜表面的设备，所述设备包括：

支架，该支架构造成支撑工件；

大体中空的可转动刀具，该可转动刀具定位成与支架相邻，大体中空的可转动刀具包括周向表面，所述周向表面用来形成或抛光倾斜表面，其中，刀具的转动轴线横向偏离工件的纵向轴线和支架的纵向轴线；以及

刀具转动装置，该刀具转动装置用来转动大体中空的可转动刀具，以便在工件的表面上形成或抛光倾斜表面。

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