CN1056109C - 具有一可直线移动的进给构件的设备 - Google Patents

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Abstract

联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统，用于保持施加到一可直线移动构件上的力恒定，该系统包括一在其两端间的一处绕枢轴装在机架上的杠杆构件；一在一方向上承受杠杆构件的另一端以在可直线进给构件上施加力的联动装置，它包括有一压缩弹簧的第一可伸展连杆构件，及第二连杆构件用于在杠杆构件绕枢轴支点移动时调节联动装置与杠杆构件的啮合位置。本系统能可选择地包括另一联动装置以及一个或多个凸轮构件和弹簧构件。

Description

具有一可直线移动的进给构件的设备
本发明涉及一种用于保持加到工件如珩磨心轴中的镗磨油石上的力实质上恒定并且在工件接合部份的移动范围里该力可选择的装置。
过去，使用了许多装置以在一构件如机床中的走刀杆上产生所需的力，但大部分的已知装置例如美国专利No.3,152,424，使用弹簧装置产生力，当通过移动使弹簧的力减小或释放完时，所施加的力将发生变化，从操作开始时一相对大的力减到操作完成时一较小的力。而已知的装置没有提供用于对力的改变进行补偿的装置。另外，通过减少循环时间和/或磨石的损耗，恒定的进给力可提高生产率。
从粗加工到精加工转换进给力的能力将改善产品尺寸的一致性和表面的特性，这将在下面解释。产生用于驱动珩磨心轴中的镗磨油石以珩磨工件表面所需的进给力的典型已知装置是下面所列专利公开的装置：Sunnen的美国专利No.3,152,424和Vanderwel的美国专利No.4,397,658。
本发明的首要目的是提供用于保持一构件上的驱动力在该构件的移动范围里实质上恒定的装置。
本发明的另一目的是补偿由一压缩弹簧所施加的力在该弹簧伸展和释放完其弹簧力时的改变。
另一目的是保持由弹簧施加到一可直线移动的构件上的力在该构件的移动范围里恒定。
另一目的是提供相对简单容易调节的装置，用以在一移动范围里产生一恒定的驱动力，该装置还可以根据需要进行调节以从不同的驱动力中进行改变或选择。
另一目的是提供相对简单和廉价的设备，以在一机床如珩磨心轴上产生进给力。
另一目的是使在一可直线移动的走刀杆上的驱动力保持恒定成为可能。
另一目的是使相对快速和容易地在施加到可直线移动的进给构件上的不同力之间进行转换成为可能，以便改变所施加的力。对于所有可选择的力，所选定的力在进给构件的移动范围里是恒定的。
另一目的是使机床如珩床及类似机器能够生产具有更一致的特征要素的产品。
另一目的是增加对走刀杆或类似构件产生的进给动作的可选择范围。
另一目的是通过在珩磨期间保持最优的进给力以减少大多数珩磨应用的费用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有一可直线移动的进给构件的设备，其中所述的可移动的进给构件包括用于支持该构件做直线移动的装置，所述进给构件具有两相对端，其一端适于与所要进给的工件相接合，其另一端与沿着使进给构件产生直线移动的方向向其施加作用力的装置接合；一杠杆，该杠杆具有一第一端，该第一端设有紧邻该端的适于接合进给构件的另一端的装置，该杠杆还有另一相对端，在支承所述杠杆的所述两端之间有一用于作绕枢轴的转动的装置，其特征在于，
包括用于在进给构件的有限的移动范围内将一基本上恒定的力施加在进给构件上的装置，该装置可与所述杠杆在位于枢轴支承装置和杠杆的另一端之间的一个位置上接合，以将受控制的力沿一向进给构件上施加力的方向施加在其上，所述装置包括一联动装置，该联动装置有一第一可伸展的连杆构件，一压缩弹簧安置在该第一可伸展的连杆构件上并处于在所述杠杆上施加压力的位置，该联动装置还有一与第一可伸展的连杆构件相连的第二连杆构件，该第二连杆构件可以移动，用于当杠杆绕枢轴支承装置移动时调节联动装置与杠杆接合的位置。
该设备主要是机械的，它包括一联动装置控制的以弹簧为动力的进给设备，该设备具有一主杠杆构件，该主杠杆构件可绕枢轴转动地安装在机器的机架上，处于操作推动一走刀杆的位置。靠近该主杠杆的一端地设置有一滚轴构件，该滚轴构件支承走刀杆的一端，在该走刀杆的另一端可以是一进给机构或者在使用一珩磨心轴以径向地推动所珩磨件或工件的情形下，是一楔形配件。在本装置的一个实施例中，一压缩弹簧支承着主杠杆的另一端，该压缩弹簧是一连杆滚轴装置的一部分。该弹簧安置在一轴向可伸展的连杆组件上，并包括一提供用于枢轴地转动主杠杆及使走刀杆前进的力的压缩弹簧。与主杠杆相对的弹簧连杆滚轴装置的端部铰接到机架上。由弹簧连杆滚轴装置施加到主杠杆上的力的值及位置是可选择和可变化的，并且由例如弹簧的压缩力的大小、弹簧连杆滚轴装置与主杠杆间的相对角度还有弹簧常数的参数来决定。
本装置与用于将力加到一走刀杆或其他可直线移动的构件上的现有装置相比，其优点是本装置能够被构造成在一给定的移动范围里，将一实质上恒定的力加到走刀杆上。还可以选择和控制力的大小，由此从同样的装置上可相对容易地得到一较宽范围的可选择的施加力。一旦选定所期望的力，则该力在走刀杆的移动范围里保持或可使其保持实际上的恒定。
另外，滚轴和枢轴可以用滚珠轴承或滚柱轴承来构造，以使得运动时实际上没有摩擦。相对于其他保持恒定力的装置如气缸或液压缸来说，这是一个显著的改进，特别是在运动相对缓慢的应用中。
尽管本装置被开发用于珩磨机床，特别是用于与之相关的进给机构或楔形构件，但它也可应用于许多其他的装置，特别是那些在进给移动的范围里需要施加一恒定的力的装置。这可应用于许多机器。
本发明的上述和其他目的及优点，通过下面结合附图对本发明的几个优选实施例的详细描述将变得更清楚。图中：
图1是一装置的示意图，该装置用于将力施加到一可直线移动的走刀杆上，所述装置在图中处于将两种不同的可选择力中的一种加到走刀杆上的位置；
图2是与图1类似的图，其虚线部分示出了该装置处于将一较大的恒定力加到走刀杆上的另一位置；
图3是有关本主题的装置的一示意图，该图示出了相关的各种参数；
图4是图1-3所示装置的弹簧连杆滚轴部分的片断图；
图5是图1-3所示装置中用于施加力的主杠杆的侧视图；
图6是加到可直线移动的走刀杆上的、作为相应的走刀杆的输出位置的函数的各种输出力的图表；
图7是加到走刀杆上的、作为图3所示装置的输入连杆角度θ2的函数的输出力的图表；
图8是有关本主题的装置的另一实施例的示意图，该装置经修改还包括一平衡弹簧，走刀刻度盘调节装置及相关的走刀杆传感器；
图9是一剖视图，该图示出了有关本主题的装置的另一实施例，该装置具有一脚踏板操作机构；
图10显示了有关本主题的装置的另一改进形式，其中由一油阻尼器控制的凸轮限制主杠杆的速度，从而限制走刀杆前进的速度；
图11显示了装置的最简单的形式，其中输入连杆被省掉，控制连杆可绕枢轴转动地连接到机架上以提供一单一的恒定的输出力；以及
图12显示了具有电子控制装置的本装置，以用于复杂的力的描绘(profiling)和走刀杆位置的自动控制。
参看由参考标号更详细地表示的附图，图1中的标号20系指根据本发明的教导构造的一联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统。该进给系统20包括一主杠杆22，该主杠杆22可绕一轴销24转动，该轴销24连接到一固定构件或机架上。一滚轴26安置于杠杆22一端的附近，该滚轴26与输出轴或走刀杆28的自由端接合。由滚轴26加到走刀杆28上的力实质上沿轴向与走刀杆28成一线，该走刀杆可以是机床的走刀杆，如珩床中的走刀杆或楔形装置或类似装置。
通过一装置将力加到杠杆22的另一端附近，该装置包括另一滚轴30，该滚轴30安置在一控制连杆构件32的一端和弹簧偏置的连杆构件34的一端附近，连杆构件34是一可伸展的或可延伸的连杆，该连杆有一压缩弹簧36，该弹簧36置于隔开的可相对移动的端部38和40之间。弹簧连杆构件34的一端通过销钉42铰接到一固定的支架或框架构件44上。滚轴30加到主杠杆22上的力由弹簧36压缩，弹簧常数以及弹簧连杆构件34、主杠杆22与控制连杆32间的相对角度来决定。加到走刀杆28上的输出力由位于主杠杆22上的滚轴26相对于枢轴24的距离和滚轴30与同一杠杆22接合的位置与同一枢轴的相对距离的比率来决定。
控制连杆32从其与滚轴30的铰接点延伸到其另一端，该另一端通过另一销钉46与一输入连杆构件48铰接。在本装置的此种形式中，通过用于选择加到走刀杆28上的所期望的输出力的一个机构，抑制输入连杆48的移动或绕枢轴的转动。如果不需要在不同的输出力间进行选择，则可省去输入连杆48，并且控制连杆32可连接到机器的固定机架上，但该控制连杆可绕一销钉自由转动，所述装置安装在机器的固定机架上，如图11所示。
在许多应用中，人们期望无论走刀杆处于其移动范围中的任何位置，加到走刀杆28上的输出力均保持恒定。对此的另一种表述方式是，当提供一恒定的输出力时，走刀杆28应能够在一给定的范围内移动。当走刀杆28移动时，主杠杆22在由上述弹簧连杆机构施加的力的作用下绕枢轴转动以保持与走刀杆接触。当主杠杆22绕枢轴转动时，它还在一方向上移动以导致由于压缩弹簧36发生的扩展而引起弹簧连杆34变得更伸展。当弹簧36扩展时，其压缩程度降低，从而松弛到一定程度，进而导致能提供较小的力。假如该力不是用于控制连杆32和相关机构的补偿运动，它将相应于一减小的输出力。当控制连杆32绕其与输入连杆48的连接销钉46转动时，该控制连杆32限制弹簧连杆滚轴30沿圆弧移动。由此，当主杠杆22绕枢轴转动时，弹簧36扩展构件34，同时，控制连杆32绕其枢轴46移动的弧引起弹簧连杆滚轴30以与枢轴24逐步增大的距离接触主杠杆22。该移动补偿了弹簧36的松弛或伸展。该补偿的量依赖于具体的设计，即，主杠杆22和控制连杆32的各部分的枢轴位置的相对位置。如果一特定的应用有需要，本构造的设计能够改制成只提供部分补偿(少量地减小输出力)或甚至提供过度补偿(增加输出力)。这里所描述的特定的设计是针对一珩床的进给系统，该系统具有一所选择的联动装置，以提供用于由弹簧36产生的可变力的基本上理想的补偿。
为了从同样的机构中选择不同的输出力的量级，需要将输入连杆48移动到一新的或不同的位置。要使之成为可能，输入连杆48通过一销钉连接50可绕枢轴旋转地安装，该销钉连接50固定到机架上。当输入连杆48绕枢轴转动时，由于控制连杆32的移动，它改变弹簧连杆滚轴30的位置，使其以与主杠杆22上的枢轴24不同的距离接触主杠杆22。人们已经发现，在输入连杆48的角位置与弹簧连杆滚轴30和主杠杆22的接触点之间有直接和唯一的关系。这意味着所选择的输出力的量级只依赖于输入连杆48的角位置。该位置与所选择的输出力之间的关系是特定设计、弹簧常数、相对连杆长度及枢轴位置的函数。
在许多应用中，期望有较高的调节“分辨力”或“灵敏度”，特别是在所选择的力相对小的情形下。这意味着，当所选择的力较小的时候，在设定输入连杆48时的一个小移动或误差必须不会引起输出力的值有太大的误差。由于输入连杆48具有有限的可利用移动范围，使此误差最小的最有效的安排是选择一连杆，该连杆产生与输入连杆角位置相对应的输出力曲线，该曲线具有随输出力的增加而增大的斜率。理想地力随着角位置成指数地变化。虽然不是绝对的指数变化，但是对于珩床进给系统应用所选择的特定设计接近于该理想情形并提供了在较小的力的水平下非常高的调节“分辨力”。能够选择的力的范围依赖于特定的联动装置设计和所用弹簧的刚性(stiffness)。虽然通常不能合乎要求，但有可能直接将弹簧连杆滚轴30置于主杠杆枢轴24上以达到一为“零”的输出力。对于一实际的情形，当弹簧连杆滚轴30特别靠近该枢轴时，力的恒定性减弱，但是发现在该范围的任何一点，具有极好的力的恒定性的高达100比1的比率是可以达到的。
能够通过多种方式及不同的复杂程度实现将输入连杆48置于适当的位置以选择或改变力。最简单的是提供手动的力的选择。该选择能通过使用几种不同的机构如设定螺杆、具有齿轮的手轮、紧固在输入连杆48上的槽中的螺栓及类似机构来实现。该选择还能被标上刻度，以显示在每一可选择位置将提供的力的值。
参看图1，该图示出了一种双力选择系统，该系统特别适合于机床如珩床。在此构造中，通过设定两个限位螺杆52和54可以手动地选择两种不同的力，该限位螺杆52和54可连接到标有刻度的手轮或类似物上。配备一气缸或液压缸56以用于输出力在两个可选择值之间快速转换。气缸56的一端通过一销钉58可绕枢轴转动地连接到支承结构或机架上，气缸56的另一端包括一活塞装置60，该活塞装置60通过另一销钉62可绕枢轴转动地连接到输入连杆48上。所示的输入连杆48处于与限位螺杆54的一端接合的位置，该螺杆54是一较小力的限位螺杆，并且该位置对应于一相对较小的输出力。当定位装置或气缸56伸出时，输入连杆48绕枢轴顺时针旋转到一对应于一较大的输出力的位置(未显示)。此运动一直持续到输入连杆48由于与较大力限位螺杆52的一端接合而停止。通过此方法，装置被设定成走刀杆28上的输出力相对较大。当气缸或定位装置56是一液压缸时，如图1所示，形成一两级力选择系统。由于采用此种布置，利用珩床或其他机床上的控制装置可以使输出力在两个可选择值之间快速转换。然而，即使气缸56提供了用于在预先设置的可选择力之间快速转换的手段，还可以通过调整限位螺杆52和54来手动地调节所期望的输出力。尽管如图1所示的装置使用了气缸或液压缸56来在可选择的力之间进行改变，也可以使用具有一编码器或某些其他的位置反馈装置的电动机或螺杆配置。这样的一种配置能够用电子装置来控制，并且在珩床的情形下，能够用于以编程的方式产生以时间或走刀杆的位置或加工过程中的测量为所选择变量的力的“曲线图(prfile)”或连续可变的力的变化方式。利用此配置，不必使例如螺杆52和54的限位螺杆作为力的选择手段，并且通过一电子数据输入系统如一键盘或类似物，可以完成力的程序设计。
尽管通过电子装置或类似手段能提供一些方式以产生力的“曲线图”并控制力的应用，但对于本装置为了在一相对较小的移动范围内保持相对恒定的力(如在珩床心轴的操作中是需要的)而言，这是不需要的。
在图1中，示出了输入连杆48处于其较小力限位设置的情形，下限位螺杆54被设定在一位置上，而在图2中，也显示了输入连杆48处于其较小力限位设置的情形，但下限位螺杆54被设定在一不同的位置上。图2中的虚线部分还示出了输入连杆48绕支架44顺时针转动一角位移至其与设定螺杆52接合的较大力限位设置的情形。
图3是联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统20的图解示意图，图上没有显示气缸56及相关机构。对于任何特定的实施例将固定的参数、尺寸是(1)恰当固定的连杆尺寸(A，B，C，M，R，α)；(2)机架上枢轴的相对位置(D，E，G，H)；(3)弹簧常数(k)；以及(4)弹簧连杆34的自由长度(X0，图3中未示出)。图3所示构造中的变量是各连杆的角位置(θ1，θ2，θ3，θ4)，弹簧连杆34的长度(X1)，弹簧连杆滚轴30与主杠杆22接合的点相对于固定的枢轴位置24的相对位置(X2)，以及滚轴26与走刀杆28的一端接合的相应位置与固定的枢轴位置24之间的相对位置(Y)。
图4是弹簧连杆滚轴枢轴端38的局部视图，图5是主杠杆22的用于联动装置的静态分析的示意图。需要进行静态分析以决定在滚轴30相对主杠杆22的任一给定联动位置处施加到走刀杆28上的输出力F。
从运动图(图3)，可写出五个独立的静态平衡式：
-(C)Cos(θ2)-(M)Cos(θ4)+(X1)Cos(θ1)-E+D＝0
(C)Sin(θ2)-(M)Sin(θ4)+(X1)Sin(θ1)-H+G＝0
(B+R)Cos(α-θ3)+(X2)Sin(α-θ3)+(X1)Cos(θ1)-E＝0
-(B+R)Sin(α-θ3)+(X2)Cos(α-θ3)+(X1)Sin(θ1)-H＝0
(A)Sin(θ3)-Y＝0
静态分析提供了如下的力和力矩方程：
ΣFX′＝0(图3)：(F1)Sin(θ4-θ1)＝(F3)Sin(θ4+α-θ3)
ΣM0＝0(图4)：(X2)(F3)＝(F)(A)Cos(θ3)
弹簧连杆(未显示)的力为：F1＝K(X0-X1)
力的方程式能够容易地合并成一个方程式，消去F1和F3：
[K(X0-X1)(X2)Sin(θ4-θ1)÷[(A)Cos(θ3)Sin(θ4+α-θ3)]-F＝0
这些方程式的结果是，对于一特别定义的联动装置，输出力是输入连杆48的角位置和走刀杆28的位置的函数，参看图3，此结果可表示为：
F＝f(θ2，Y)
本发明装置的实际设计参数可以通过反复试验或一些最优化方案以达到所期望的输出力特征而进行选择。对于一珩磨应用，输出力应在走刀杆28的移动范围内尽可能地保持恒定，参数应选择得使输出力在走刀杆的移动范围内实质上保持恒定。在此情形下，在走刀杆行程(Y)的有用范围里，输出力只是输入连杆角度的函数：
F≈f(θ2)
还应该考虑主杠杆22可以被构造成具有一与滚轴26和30接合的扁平表面，如图所示，或与一个或两个滚轴接合的该表面可以成曲面以在输入连杆48的移动范围内改变输出力的特征。
在例如珩床的设备中，当通过研磨施加到工件上的珩磨压力保持恒定时，性能是最佳的。然而，最佳压力从一种珩磨应用到另一种应用，其变化很宽，该压力依赖于磨料和工件的尺寸和材料。因此，进给力必须可以一种连续的方式选择，从而对于所有的珩磨应用均能达到最优性能。
对于一特定的珩床可以设计一特定的联动装置和弹簧。通过按比例调节，能够容易地做出在任何给定距离里提供实质上恒定的力的其他联动装置和弹簧的组合，其中输出力是可选择的，并且可得到的最大力是可得到的最小力的100倍。因为联动装置能够按比例调节到任何尺寸，所以这里所给出的具体细节没有尺寸单位，以便描述“一族”恒定力的机构。当图3所示联动装置具有下述关系时，便产生了一实质上保持恒定的力的机构：
B/A＝.100
C/A＝.575
D/A＝1.075
E/A＝1.175
G/A＝.900
H/A＝.650
M/A＝.678
R/A＝.0474
X0/A＝1.397
α＝0.43°
注意，角度α不是一标度值。然而，由于静态分析仅仅依赖于绕主杠杆枢轴24的力矩的平衡，通过在枢轴24处“弯曲”主杠杆22及通过绕主杠杆枢轴24使控制联动装置转动同样的角度以重新定位该控制联动装置(包括机架)，可形成一等同机构。
在本装置的最简单的实施例中，只能产生唯一水平的输出力(图11)，输入连杆被去掉，并且使控制连杆32可绕枢轴转动地连接到机架上。该连接点相对于其他枢轴的位置对于输出力的一致性是关键的。为了确定此连接点的位置，通过假设输入连杆48存在但固定于与所期望的唯一输出力相对应的特定角度θ2，则能够利用上面给出的对于一般装置的结果。于是，能够从上面给出的结果数学地推导出控制连杆的枢轴位置。
图6是作为输出“位置”的函数的无量纲的输出“力”的曲线图。通过使其与弹簧常数和长度“A”相比，输出力变成无量纲。可以看出，在至少是尺寸“A”的±10％的范围里，能够提供一恒定的力。此基本恒定的力在一范围里能被选择具有任何值，该范围在是弹簧常数与尺寸“A”的乘积的0.002倍的最小力和是弹簧常数与尺寸“A”的乘积的0.2倍的最大力之间。
此特定机构族的另一重要特征是输出力对于用于选择输出力的装置的几乎最佳的灵敏度。对于许多应用(如对于一珩床进给系统)，输入装置的理想“分辨力”是，输入中的一给定变化在可得到的力的范围中的任何一点上，应产生输出力的相同比例的变化。这意味着，在该范围中没有一点比任何其他点对输入误差更敏感。在许多应用中，绝对误差没有百分误差重要。
输入量是输入连杆的角位置θ2，则理想的关系是：(即，一半对数图上的直线)
图7是所选择的输出力与输入连杆角度的关系曲线图。这里描述的特定机构族非常接近地达到输出对输入的灵敏度的理想特征。
在此基本进给机构的基础上可以增加几个特征以增强其实用性或将其制作成适于特定的应用。如上所述，通过改变输入连杆48的位置的致动装置，该装置还能从一个力的水平转换到另一个力的水平。移动输入连杆的定位位置可具有几种形式，包括可连续变化的如一电动机和一螺杆机构的装置，或者通过利用一液压缸或类似机构在离散的位置之间使其移动来操作该定位装置。还可以根据时间来改变输入连杆48的位置以便在珩磨操作期间改变珩磨心轴的珩磨压力，或者根据加工过程中的测量，或者最好可以根据走刀杆28的位置来改变输入连杆48的位置。如果是后者，则需要一走刀杆位置传感器或转换器。这样的一反馈装置在图8中示出，其中示出了一具有与主杠杆22的背面接合的移动臂82的走刀杆位置传感器80。
可以使用一转换器而不是传感器80，在此情形下，该转换器安装在一螺杆机构上或其他这样的装置上，以使得操作者能够设置“触发点”，在该点处转换器将被驱动并且输出力将改变。
在一特定装置中，如用于珩床的进给系统中，能够使用两级控制以产生一粗珩磨阶段及随后的精珩磨阶段，在粗珩磨阶段以一合适的力进行珩磨，在精珩磨阶段以一相对较小的力进行珩磨。在每一阶段中所去掉的工件材料的量取决于具体应用。此外，可以使珩磨力从粗珩磨阶段变到精珩磨阶段的点对应于走刀杆28的一给定位置，这代表还要去掉的材料的一定量，或者可使该点对应于其他一些测量值如时间。珩磨力从粗珩磨力转换到精珩磨力的点可以是一如转换器般简单的装置，该转换器在走刀杆28的一特定位置处转换，该位置对应于某些已知的或恒定的孔径，该孔径具有在精珩磨阶段中还要去掉的已知或恒定量的材料。
一转换器或走刀杆位置传感器还能用于使其他的一些机器功能与走刀杆位置协调。例如，传感器可响应于一代表预定的工件尺寸的条件，以便当达到该尺寸时，走刀杆不再进给。此点有时被称作零中止(zero shut-off)点。如果零中止点相对于联动装置固定，则需要一些机构使以这样一种方式与镗磨头相连的走刀杆的端部定位，即使该零中止点对应于所期望的完成的工件尺寸。
当镗磨头及其磨料显现磨损时，走刀杆定位装置需要对此进行补偿。图8示出了一种完成此任务的可能的机构。实质上，走刀杆是根进给丝杠组件。该组件的长度可通过相对另一根丝杠地转动一根丝杠而改变。这可以通过，例如，一齿轮和/或皮带轮/皮带配置来完成。它既可以手动地驱动，又可以利用机械控制如电动机或机械致动器来驱动。手动输入可以是有刻度的手轮，以给出走刀杆位置的精确控制。由此，走刀杆28可以伸长或缩短以定位镗磨头的楔(wedge)，从而零中止点对应于所期望的最终孔径，并此后对磨料/刀具的损耗提供补偿。
走刀杆位置传感器还可以用于提供走刀杆位置的模拟或数字显示。在珩床的情形下，从工件上要去掉的材料的量的显示更加有用，因此该信号标定为电信号以显示该位置。另外，由于此进给系统能适应多种有不同楔角的镗磨头，因此可提供一电子选择装置以对每一镗磨头精确地标定所显示的位置。
图12示出了被构造成可由电子装置控制的本装置的另一实施例。上述的输入连杆定位功能可以利用具有一编码器92的电动机90与微处理器94和键盘/显示器单元96的相互作用来完成，其中所述编码器用于自动地进行力的选择或绘制力的曲线图。微处理器94可以使用时间或来自传感器80的走刀杆位置数据或加工过程中的测量数据来作为其输入以控制电动机90。另外，利用微处理器94，上述的走刀杆的定位和磨石损耗(stonewear)的补偿可以通过一进给定位电动机98来完成，该电动机98用来自键盘96的输入数据通过微处理器94控制。
由控制连杆承担的力可在由弹簧连杆产生的力中占一个显著的百分比。在这里描述的特定联动装置中，该力可以相当大。这产生绕枢轴50的较大的力矩，在枢轴50处，输入连杆48连接到机架上。输入连杆48通过手动的力限位螺杆52或54(未示出)和/或定位装置56来定位。为了移动输入连杆48或者甚至保持其静止，需要定位机构克服由控制连杆32产生的作用在输入连杆48上的力矩。在这里描述的特定进给系统中，此力矩在力限位螺杆52或54上产生一大的力，以致于它们不能用如安装于其上的手轮的装置(未显示)来手动地调节。定位装置必须提供很大的力来移动输入连杆48或保持其紧靠限位螺杆52或54中的一个的事实使情况变槽。
解决此问题的一种方法是增加一装置以抵销输入连杆48上的力矩。图8中的平衡弹簧84就是这样的一种装置。平衡弹簧84安装在另一可伸展的连杆机构86上，该连杆机构86的一端通过枢轴装置88连接到固定的机架上，另一端连接到输入连杆48上。设计弹簧常数和连接点的位置，以使得平衡弹簧84的力在输入连杆48上产生一力矩，该力矩在输入连杆48的每个位置上沿与由控制连杆32的力产生的力矩相反的方向作用。虽然此平衡并不完美，但在所有位置，该抵销力矩的大小占由控制连杆32产生的力矩的很大比例。其结果是，减小了加在力限位螺杆52和54上的力，从而它们能够相对容易地转动，甚至用手转动，并且可以使用一较小的定位装置(所需的承载能力较小)。对于图8所示的设备，平衡弹簧84甚至可以具有与用于弹性连杆的弹簧36同样的特性。
当不希望如在一珩床进给系统中那样将所有所选择的走刀杆力施加到走刀杆28上时，需要一些装置来控制主杠杆22的位置，用以完成下述功能(1)设定或检查零中止位置，(2)安装镗磨头，(3)装载或卸载工件，以及(4)预置走刀杆的初始位置。这可以通过具有不同复杂程度的作用到主杠杆22上的致动器来完成。一个例子是使用一旋转控制凸轮100(图9)，该凸轮的位置由一回转或线性致动器来确定，并使之与主杠杆22接触以定位和限制主杠杆22的前进。
主杠杆22的位置的手动控制也是合乎需要的。这可以通过使用手轮和定位螺杆来达到。手动控制主杠杆22的位置的另一种方法是使用如图9所示的缆绳102和脚踏板104，该缆绳102固定在上述的控制凸轮100上。当压下脚踏板104时，相连的缆绳102随着踏板104移动，并拉动控制凸轮100，使其紧靠着主杠杆22地旋转。由此移动或限制主杠杆22向前推进。
在联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统的一些构造中，控制主杠杆22的移动的装置需要辅助以抵销很大的主杠杆力矩，并允许使用手动控制和一较小的定位装置(所需的承载能力较小)。维持主杠杆22复位所需力最小的一种方法是，使该辅助取决于输入连杆48的位置，从而取决于主杠杆的力矩。来自输入连杆48上的旋转传感器的反馈可以用于控制一致动器，该致动器可调节所需辅助的量，以使得手动控制成为可能，并使主杠杆定位致动器的所需动力最小。
使辅助的量与输入连杆位置相匹配的一机械装置是使用一具有最优弹簧常数、长度和位置的弹簧106以及两根具有最优长度和位置的连杆108和110，如图9所示。弹簧106固定在机架和连杆108与110的结合部之间，连杆108的一端固定在输入连杆112上，另一连杆110的一端固定在控制凸轮100的杠杆部分114上。当输入连杆112转动以提供更大的力给主杠杆22时，控制凸轮100需要更大的力矩以紧靠主杠杆22地转动，但由弹簧106和相关的连杆配置可提供一作用到凸轮100上的辅助力矩。
由于该机器的一些应用，控制和限制走刀杆28的前进速度的一种装置也许是令人满意的，如Vanderwal的美国专利No.4,397,658中所公开的。在此情形下，一位置调节器如一油阻尼器120可以用于控制走刀杆28以一设定的恒定速度向前移动。油阻尼器120可直接抵制和控制走刀杆28或主杠杆22的向前移动，或者它可控制一控制凸轮122的转动，该控制凸轮122支承着主杠杆22，如图10所示。
图10的实施例的一附加特征是提供一机构124(电的，机械的，和/或其他的)以根据操作者的输入(如果使用零中止)或根据走刀杆的位置(如果使用一些加工过程中外尺寸控制装置以替代零中止)来自动地指明走刀杆28的长度以补偿磨石的损耗和工具的磨损。
很明显，这里公开了一装置的几种实施例，该装置以一可选择的预定的力将直线运动传递给一可移动部件，以及在较宽的可能的力的范围里该装置能调节以传递所选择的不同的力。本公开覆盖了许多可选择的特征，包括在力的调节上允许手动及电动机驱动的控制的特征，该公开显示了脚踏板操作的可能性，它实现了在一机床如一珩床中，采用为一个或多个值的控制力，其中机床的控制可以是手动或自动的(包括计算机控制)，并且本申请的公开覆盖了提供所述装置的一相对简单的实施例及更复杂的实施例的可能性，该复杂的实施例提供了力的选择及其他选择方面的更大的调节范围。
因此，这里已经显示和描述了满足所追求的所有目的与优点的一种新型的联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统的几个实施例。然而，对于本领域的技术人员而言，对有关本主题的装置或系统的许多变化、修改、改进及其他使用和应用，包括在各种机器操作中的应用，均是可能的和预料中的。所有这些不偏离本发明的精神和范围的变化、修改、改进和应用中的其他使用，均被认为由本发明覆盖，本发明仅由所附的权利要求书来限定。

Claims (21)

1.一种具有一可直线移动的进给构件的设备，其中所述的可移动的进给构件包括用于支持该构件做直线移动的装置，所述进给构件具有两相对端，其一端适于与所要进给的工件相接合，其另一端与沿着使进给构件产生直线移动的方向向其施加作用力的装置接合；一杠杆，该杠杆具有一第一端，该第一端设有紧邻该端的适于接合进给构件的另一端的装置，该杠杆还有另一相对端，在支承所述杠杆的所述两端之间有一用于作绕枢轴的转动的装置，其特征在于，
包括用于在进给构件的有限的移动范围内将一基本上恒定的力施加在进给构件上的装置，该装置可与所述杠杆在位于枢轴支承装置和杠杆的另一端之间的一个位置上接合，以将受控制的力沿一向进给构件上施加力的方向施加在其上，所述装置包括一联动装置，该联动装置有一第一可伸展的连杆构件，一压缩弹簧安置在该第一可伸展的连杆构件上并处于在所述杠杆上施加压力的位置，该联动装置还有一与第一可伸展的连杆构件相连的第二连杆构件，该第二连杆构件可以移动，用于当杠杆绕枢轴支承装置移动时调节联动装置与杠杆接合的位置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一可伸展的连杆构件有一紧邻与所述杠杆接合的那一端的滚轴和与所述第二连杆构件相联系、用以调节其位置和所述联动装置与杠杆接合的位置的装置，该装置包括用于在联动装置与杠杆接合的两个不同位置间进行选择的装置。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一可伸展的连杆构件与所述第二连杆构件之间的角度关系确定作用到所述杠杆上的力矩，从而确定通过该杠杆施加到所述可直线移动的进给构件上的力。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：选择弹簧的特性、连杆相对长度及枢轴的相对位置，以在所述可直线移动的进给构件的预定移动范围里将一恒定的力施加到该可直线移动的进给构件上。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于：选择弹簧特性、连杆的相对长度及枢轴的相对位置，以使得施加到所述可直线移动的进给构件上的最大可选择力是最小可选择力的大约100倍。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述可直线移动的进给构件与珩磨心轴中的一楔形构件接合。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述装置可与包括一对成角度关系的连杆构件的杠杆构件接合，每一连杆构件在邻近其一端的位置通过与杠杆构件无摩擦接触的装置可绕枢轴转动地连接，所述成角度关系的各连杆构件的与其所述一端相对的另一端铰接到一固定的支持物上，所述成角度关系的连杆构件中的一个具有一固定的长度，而另一个是一可伸展的连杆构件，该可伸展的连杆构件由具有间隔开的对置的端部的可相对地移动的滑动部分和置于该端部分之间、推动它们分离的压缩弹簧构件构成，以通过与杠杆构件的无摩擦的接触且通过杠杆构件将压力施加到可直线移动的构件上。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述装置可与包括一对成角度关系的连杆构件的杠杆构件接合，该连杆在靠近其一端的位置处可绕枢轴转动地连接在一起，每一个所述连杆构件的与其所述一端相对的另一端分别被可绕枢轴转动地连接到在一固定的支承结构上的相应间隔开的位置上，该连杆构件之一具有一装于其上的压缩弹簧，用以在对杠杆施加力的方向上伸展其长度，连杆构件的其他端的铰接使得由于通过压缩弹簧的扩张而施加到可直线移动的构件上的力引起的该可直线移动构件的移动导致所述一对成角度关系的连杆构件和杠杆构件之间的无摩擦连接发生变化，由此当由于压缩弹簧的扩张而施加到主杠杆上的力减小时，连杆构件相对于杠杆枢轴无摩擦地接合杠杆的位置之间的距离增大。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述装置可与包括成角度关系的连杆构件的杠杆构件接合，该连杆构件包括一第一连杆构件，该第一连杆构件由具有弹簧装置的可相对移动的部分构成，该弹簧装置将可相对移动的部分偏压到伸长的状态，所述第一连杆构件的一端可绕枢轴转动地连接到一固定的支承结构上，该第一连杆构件的另一端可绕枢轴转动地连接到一第二连杆构件上及在其连接物上用于接合杠杆的装置上，所述第二连杆构件具有固定的长度，用于调节该第二连杆构件的另一端的位置的装置包括一可绕枢轴转动地连接到第二连杆构件及支承结构上的主连杆构件并包括用于调节主连杆构件的角位置以改变第二连杆构件铰接于其上的位置的装置。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：用于改变所述主连杆构件的位置的所述装置包括液压动力装置。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：用于改变所述主连杆构件的位置的所述装置包括电动机装置。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括用于确定所述主连杆构件的两个可选择的固定位置的装置，该固定位置中的一个确定杠杆加到所述可直线移动构件上的一第一力，另一固定位置确定杠杆加到该可直线移动构件上的另一不同的力，以及包括一用于在该两个固定位置间移动主连杆构件的装置。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：用于确定所述两个可选择的固定位置的装置包括用于调节该固定位置的地点的装置。
14.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括一第三连杆构件，该第三连杆构件具有可绕枢轴转动地连接到一固定支承物上的一第一端和一可绕枢轴转动地连接到所述主连杆构件上的另一端，该第三连杆构件上具有一弹簧装置，该弹簧装置处于适当位置以在该主连杆构件上施加力，所施加力的方向使得可以用较小的力来产生该主连杆构件的角位移。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括一传感器装置，该传感器装置具有一可与所述杠杆接合的可移动构件，该可移动构件的位置指示可直线移动构件的即刻位置。
16.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括一转换器，该转换器具有可与所述杠杆接合的一可移动的操作构件；以及包括响应于该转换器的状态、以确定由杠杆施加到可直线移动构件上的力的装置。
17.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆接合的凸轮装置以及用于在防止杠杆对所述可直线移动构件施加力的位置和在允许杠杆对可直线移动构件施加力的位置之间移动该凸轮的装置。
18.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆接合的凸轮装置以及在一方向上向凸轮构件施加力以控制杠杆以一可选择的恒定速度向前推进的装置。
19.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括一电动机装置，该电动机装置可操作地连接到所述主连杆构件上，用以移动该主连杆构件，从而确定加到所述可直线移动构件上的一不同的力，以及包括控制该电动机装置的装置，该控制装置包括连接到电动机装置上的一微处理器，还包括用于检测该可直线移动构件的位置的装置，该检测装置与杠杆和微处理器相连。
20.如权利要求9所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆接合的凸轮装置，在一方向上向该凸轮装置施加力以抵销由杠杆加到所述可直线移动构件上的力的装置，以及用于使凸轮装置与杠杆脱离的致动器装置。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于：还包括用于将另外的抵销力施加到所述凸轮装置上以减小所述的用于向凸轮装置施加力的装置所需的力的装置，用于施加另外的抵销力的该装置包括弹簧装置、一凸轮连杆构件和一调节力的连杆构件，该弹簧装置连接在固定支承结构和所述凸轮连杆构件的一端之间，所述凸轮连杆构件的另一端可绕枢轴转动地连接到所述凸轮装置上，所述弹簧装置通过所述凸轮连杆构件向所述凸轮装置施加力以抵销由所述杠杆施加到所述可直线移动构件上的力，所述调节力的连杆构件的一端在邻近该端处可绕枢轴转动地连接到所述凸轮连杆构件上，其另一端可绕枢轴转动地连接到所述主连杆构件上以在调整该主连杆构件的角位置时改变所述弹簧装置在向所述凸轮装置施加力时的有效性。
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