CN1065800C - 用于多砂带磨床的仿形头装置及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于多砂带磨床的仿形头装置及其装配方法,该装置包括一个弯曲的支撑曲模块,一个支撑曲模块的夹持器,一个用于安装曲模块夹持器的接合器,一个滚珠花键机构,它被固定到接合器上,用以把动力从驱动电机传给支撑曲模块,把砂带连同支撑曲模块一起压到工件上。每个接合器上限定了一定位凸缘,以及一个参考凸台确立在仿形头装置上。支撑曲模块夹持器固定在定位凸缘的位置上。该装置能使多砂带磨床有效运行,提高磨削精度和磨床稳定性,克服磨床的现有缺点。

Description

用于多砂带磨床的仿形头装置及其装配方法
本发明一般涉及用于磨削工件表面,例如凸轮轴上的凸起部分或凸轮表面,曲轴上的直径面以及类似工件表面的机床。本发明特别涉及用于计算机控制的,采用多条平行的磨削砂带的磨床的仿形头装置及其装配方法。
现有技术中,通常,是用砂轮磨削凸轮轴的凸轮凸部的,它是用砂轮依次磨削每一个凸轮而完成的。在有些情况下,利用具有两个磨头的复杂机构的磨床,可同时磨削一对凸轮。
特别是,为适应自动化生产需要,已经在努力设计和开发一种可靠的磨床,它能够同时磨削凸轮轴上的若干个或全部凸轮或凸起部。因为凸轮轴是一种大量生产的,昂贵和复杂的部件,而且因为生产凸轮轴的成本较高,所以为了在技术上超过依赖砂轮的那些公知技术,已经考虑了多种方案。
一种可替代的方案是把焦点集中在用磨削砂带代替传统的砂轮。这种方案具有很大的潜力。因为它可采用成并列关系的几个砂带,同时磨削凸轮轴上的几个凸起部。这些砂带,如果大批量生产,其成本也将是非常低的,在使用了连续的一段时间后,可把砂带报废。
正如1979年11月27日授权给Ido Boscher的美国专利US-4,175,358中所说明的。在意大利十年或十年以前,就已开始用砂带来磨削凸轮轴了。该专利公开了一种切入式磨床,它采用多个砂带,同时磨削发动机的定时轴上所有凸轮。这种磨头包括;一个重的底板(10),该底板承载一个能够相对于该底板往复移动(被动力油缸13)的工作台(12);安装在该工作台上并适宜支承所要磨削的凸轮轴(19)的一个尾座和一个工件主轴箱;以及一个承载若干个加工单元的横梁(22)。每一个加工单元包括一个支撑件(31),前、后机头(32,33),砂带(36),动力油缸(43)等。这些构件由一个传感辊(42)驱动,传感辊与靠模件(18)可操作相联,由靠模件可仿形磨出工件(凸轮)。两分离驱动马达(15,25)通过合适的齿轮传动装置及联轴器相连,使得所要磨削的工件和靠模以正确的相位关系旋转。
1989年5月30日授予Henry B.Patterson等人专利权的美国专利US-4,833,834公开了多砂带凸轮轴磨床的几个实施例。每一磨床都具有几条磨削砂带(28)和一驱动装置(例如主驱动带轮30),以及安装在进给工作台(12)上的仿形曲模(35)和支承件(推杆43),以便分别控制凸轮仿形和磨削进给量。凸轮轴工件(20)由一工作台(16)支撑在一固定的轴线上,工作台(16)可为砂带磨损提供轴向移动,以消除摆动。磨削加工可如该专利图1和图2中的实施例那样由仿形凸轮控制,或是如图3和图6-10中的实施例那样数控。
1990年8月7日授予James D、PhlliPS专利权的美国专利US-4,945,683公开了一种磨削装置,它可把凸轮轴(W)上的多个偏心凸轮(L)磨削成予定的外形。该装置包括靠近凸轮轴支撑的、作线性运动的若干条砂带(58),这样,砂带(58)磨削凸轮的外周缘(如图1和8所示)。根据所要求的凸轮外形,用曲模块(72)沿一条可变路径引导砂带,曲模块安装在由电机单元(78)供给动力的致动器(76)上,电机单元(78)由CNC控制器控制。每条砂带均穿过一个冷却液配给器(130),所以,冷却液浸泡了每条砂带,为更好地磨削创造了条件。每个配给器内的液体压力使砂带弯曲,并补偿砂带在曲模块(72)的移进和移出时的伸长趋势。
1992年9月1日授予James D Phllips专利权的美国专利US-5,142,827公开了一种采用多条砂带曲轴销轴磨床。
后三件专利反映出,对采用多条并列砂带磨削工件上所有表面的磨床的兴趣提高了。对于生产者来说,商业上可接受的采用磨削砂带的磨床的市场潜力可能是相当大的。
虽然过去十年里已制出了数量有限的使用砂带的磨床,而且进行了商业使用,但设计、运行以及维修这种多条砂带磨床的成本已经证明是一很大的经济负担。砂带频繁断裂,或快速磨损,以致于所生产的磨削表面超出允差范围。另外,砂带的安装结构不便于用新的砂带替换断裂的或磨损的砂带。
上述的这些现有的磨床不能提供确保精确和最佳磨削的各个砂带的有效配置;不能提供砂带驱动器的有选择的调整,以及砂带定位的有效控制,因而不能使砂带的寿命和效率达到最大限度,或者不能在多个位置上利用类似的装置,因而不能降低生产和维修成本。至今公知的砂带磨床的这些缺陷及其它缺陷抑制了广泛使用多砂带磨床。在使用多个砂带在水平和垂直两个平面内都相互对齐方面也遇到一些问题。另外,由磨床所产生的磨屑侵袭组合装置中所用的驱动电机。因而,在各种位置上,必须使用昂贵的、密封的驱动电机。
因此,根据现有多砂带磨床所存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种用于多砂带磨床的仿形头装置及其装配方法,该装置能使多砂带磨床有效运行,同时提高磨削精度和磨床的稳定性。
这一所希望的目的通过把本发明的磨床构成能够允许在磨床一侧的两间隔位置上易于接近环形砂带而实现。在一个位置上,一个驱动辊支架可横向移动相当大的距离,从而露出多条砂带。一偏心衬套保证驱动辊支架随衬套内的支撑杆一起平稳地移动,而不粘滞或卡死。在第二位置上,带有一锁紧臂的一个旋转致动器可绕枢轴转动一弧度,这个弧度可以是45°以使绕带轮传动的多条砂带显露出来,所说的带轮固定在在它前方的仿形头装置的下侧。
本发明设想以一定位滑板进给装置,它沿磨床的床身纵向移动,推动仿形头装置前进,进入磨削位置,仿形装置包括多个仿形进给单元。安装在每个仿形进给单元上的支撑曲模块可靠地压靠在相应的砂带的内表面上,迫使砂带接触所要磨削的工件的表面-通常是凸轮轴上的凸起部的表面。每个仿形进给单元均能磨削凸轮轴上的一个凸起部。
每个支撑曲模块包括一个保持在支撑曲模块夹持器内的具有较大半径的弧形嵌入件,以便不管工件的几何形状如何的不一致,均能产生更精确的外形。嵌入件固定在支撑曲模块夹持器上的一凹槽内,而且,嵌入件上的表面为了硬化用一种金刚石涂料处理。各个无刷电机为有效作用,通过一滚珠丝杠和一滚珠花键机构驱动每一仿形进给单元。若干预加载角接触轴承用来支承每一个仿形进给单元的内端,并给它一异常大的轴向“刚度”。
每一个支撑曲模块夹持器安装在一个具有一定位凸缘的接合器上。下排的定位凸缘与仿形装置上的一个凸台或其他参考点相关联。而上排的定位凸缘则与下排的定位凸缘相关联。因此,支撑曲模块以相互平行的方式安装在两个水平面内。每一个接合器上的定位凸缘进一步确保通过每一个凸轮凸部的基圆的一个中心线与通过支撑曲模块(当其保持在支撑曲模块夹持器内时)的一中心线共线,也就是说,仿形头装置上的各仿形进给单元的移动轴线相平行,以获得更高的磨削精度。
所有的仿形进给单元的驱动马达均保持在固定仿形头装置后部的一个普通罩内。该罩可防止磨屑侵袭任何一个驱动马达,并使得能用相对便宜的无刷电机代替传统的、昂贵的密封电机,而不会有任何性能的降低。
为了克服仿形头装置的任何下垂趋势,即使是细小的几分之一英寸的下垂,把装置内侧用螺柱固定到一机架上,同时,把液压操纵的一锁紧机构安装在装置的自由侧或称外侧。锁紧机构主要靠一个具有一锥形凹座的臂,该臂可绕枢轴旋转进入仿形头装置上的一个球或类似的凸起物相啮合的位置。一个由液压操纵的可绕枢轴旋转的致动器把带有凹座的臂转动到与仿形头装置上的球相啮合的位置。然后,由一个液压缸向下驱动一个锥形活塞,将球和凹座锁紧在一起,并把仿形头装置保持在固定的位置上。
支承工件的那个溜板装置包括:内填物,用螺栓固定到机床身上的一固定座,一个相对床身被驱动移动的溜板以及一个固定在溜板上的并可相对溜板运动的回转工作台。尾座能够沿回转工作台移动。一个销轴从回转工作台下方悬下伸进位于溜板上的一个叉架内。可手动操纵的螺杆与该销轴啮合,并可将回转工作台移动很小的几分之一英寸,直到溜板装置的组件达到所希望的对准为止,以进一步提高本发明的磨床的精度。
本发明进一步设想,溜板装置包括一个马达,一个丝杠机构和一个弹性联轴器,其用于把动力从马达传递到溜板装置,该溜板装置被横向驱动通过机床的前部到相对砂带对准的位置,以与定位滑溜板进给装置相同的方式构成溜板装置。在很多情况下,可使用相同的零件,因此,可简化零部件的生产并减少备件问题。
工件主轴箱由来自运行控制器的指令操作,而且为装入工件主轴箱内的电机的速度提供数字输出信号。
仿形头装置分成上、下两排的仿形进给单元。正如前面所指出的那样,定位凸缘把每一个仿形进给单元的支撑曲模块夹持器保持在与每个其他仿形进给单元在水平面内对齐的固定位置上。在这种独特的装配过程中,定位凸缘与仿形头装置的上表面和/或下表面上的参考凸台相关联。这种装配方法确保仿形头装置相对于横移溜板的回转工作台严格对齐。这种精密的、互相联系的装配技术有助于本发明的磨床获得优良的工作性能。
每一条环形砂带,其总长度约为132英寸,通过驱动辊装置中的一大带轮和两个或多个沿本机床纵轴方向间隔布置的小带轮。每条砂带所用的大带轮设置在横穿机床的驱动辊轴上。一个原动机例如电机,设置成与驱动辊装置可操作地相联,通过驱动皮带转动驱动辊装置。
为了通过调节来补偿砂带在长度或周长的变化,一种简单的机械连接,例如销和槽连接就能够使电机和驱动辊装置一起相对于仿形头装置移动。另一种简单的机械连接通过使原动机相对于驱动辊装置纵向移动来调节传动带的张力。
本发明的磨床还对驱动仿形进给单元的无刷电机进行具有高精度和可靠性的数字式速度控制。
另外,本发明的磨床设置了一个润滑系统,它在磨削过程中把适量的液体供给每条砂带。虽然大部分润滑剂是通过对应于每条砂带的各个喷嘴供给的,但一小部分液体通过合适的管子输送到了每条砂带的内表面,以润滑和冷却砂带和支撑曲模块。驱动辊装置中的每一传动带轮都具有一中间隆起的外形和一网纹状的牵引面。这种表面可提供容纳更多的冷却液的空间。
润滑液也供应给在几个位置上的每一个仿形进给单元。特别有用的是在封闭每一个仿形进给单元的滚珠丝杠机构的那个套管上的槽上方设置一个喷嘴,该喷嘴向滚珠丝杠机构提供润滑液。
整机的“稳定性”增加了,超过已公知的多砂带磨床所能达到的稳定性或刚性水平。这种结构刚性是本磨床的全部优秀设计方案的反映。而且有助于提高磨削精度。
本发明的其他一些优点对于熟练的技术人员来说,在阅读了下面结合附图所作的说明之后,将会发现。
图1是一磨床的正视图,该磨床采用多条砂带用以同时磨削凸轮轴上的多个凸起部,这种磨床是根据本发明的原理构成的;
图2是图1所示磨床的侧视图,这个视图取自该磨床的右侧;
图3是图1所示的磨床的另一侧视图,这个视图取自该磨床的左侧;
图4是图1所示的磨床的局部顶视图,为了清楚起见,图中省略了所要磨削的凸轮轴;
图5是砂带张紧机构的放大比例的侧视图,图中有些部分被剖开;
图6是砂带张紧机构的顶视图,其比例与图5相同;
图7是图1所示的磨床的局部顶视图,图中示出了调节机构;
图8是校准溜板装置、定位滑板进给装置、仿形头装置以及用以引导砂带的机构的示意图;
图9是用于图1所示磨床上的仿形进给单元的侧视图;
图10是图1所示的磨床上使用的仿形头装置和外侧锁紧机构的正视图;
图11是用在每一个仿形进给单元上的支撑曲模块装置的侧视图这幅图是一个分解图,以便详细表示出装置的各构件;
图12是一对支撑曲模块装置的侧视图;
图13是一个表示工件主轴箱的电机的数控方式的示意图;
图14是一局部放大比例的侧视图,图中驱动电机、弹性联轴器以及丝杠机构与定位滑板机构可操作相联;
图15是一个大大放大比例的视图,表示了支撑曲模块固定到支撑曲模块夹持器内的方式;
图16是一对支撑曲模块装置的侧视图,这幅图表示校准曲模块装置的定位凸缘、工件的中心线以及回转工作台的顶部;
图17是驱动辊装置的横向可动支架的侧视图;
图18是一包围仿形头装置后部的罩的侧视图;以及
图19是仿形头装置的正视图,图中示出了上、下两排接合器。
图1是根据本发明的原理构成的磨床10的正视图。磨床10包括一个重的金属床身12,其内可填充以混凝土或者类似材料,床身12的前面设有凹穴14、16和18,调平器20、22和24安装在这些凹穴内。不管工厂里的地板是否平整,这些调平器都能给磨床调出一个水平面。另外一些调平器安装在围绕床身侧面和后面的间隔的另一些凹穴内。
缓冲垫26横向延伸过磨床10,金属床座28通过螺栓固定到缓冲垫26上。一个用标号30代表的横动溜板装置沿床座横向驱动,以使所要磨削的工件推到与砂带对正的位置上。
横动溜板装置30包括马达32、联轴器34以及丝杠机构36。联轴器34能够把马达的旋转力传送给丝杠机构36,而不管轴对齐与否。丝杠机构把这种力转化成线性运动,推动溜板38沿床座28在箭头A和B所指方向上移动。回转工作台40安装在溜板38的顶部,并同溜板38一起移动。一个罩42安装在溜板38的一侧,并横向延伸,以防止磨屑进入溜板38和床座28之间的狭窄的间隙中。一些轴承和润滑液在该窄小的间隙内(图1中未示出),确保溜板38平稳地,精确地移动。第二个罩安装在溜板的另一相对侧。
尾座44通过燕尾连接方式安装到回转工作台40上;尾座44如方向箭头A和B所示,可沿回转工作台40横向移动。
如图1所示,尾座44离工件-在本例中是凸轮轴46-的右手端有一小距离。另一方面,若保证了,则可把尾座44移动到同工件,例如凸轮轴46的端头相啮合。凸轮轴46的相对端被夹持在工件主轴箱50上的卡盘48内;一个整体电机使主轴52和卡盘48旋转,卡盘在磨削时支承凸轮轴46的端部。
间隔开的工件夹持器54、56、58和60夹住凸轮轴上的支承部。这些支承部与工件主轴箱50和尾座44一起协作,保持凸轮轴46相对于砂带62、64、68、70、72和74、76处于正确的位置上。
一个常规结构的可编程控制器75(图1)与磨床10的各种电液机构、传感装置共同合作并且通过控制单元77接收自控制器的信号,传递控制信号给它们,操纵磨床10的电机、原动机,液压和液压操纵的机构及其他一些装置,来控制磨床10。
图2示出了横动溜板装置30的其他细节。例如线性导轨78、80安装在可移动溜板38的向内弯的凸缘和床座28之间,而且回转工作台40的轮廓线是可见的。再者,图2表明,缓冲垫26安装在床身12的凸肩上,该凸肩比床身12的其它部分的高度要高。用点划线表示的一个罩82将磨床围起来,密封罩的下端安装在床身12的顶部的一道长槽内(未示出)。
第二缓冲垫84沿磨床10的纵轴线延伸,并突出床身12的上边缘之上。第二床座86固定到缓冲垫84上,并沿磨床的纵轴线延伸。一个按与横动溜板装置30相同结构形式构造的且类似方式运行的定位滑板进给装置用参照数码88表示。
定位滑板进给装置88包括电机90、弹性联轴器92和丝杠机构93。丝杠机构93使定位滑板94沿第二床座86前进或后退。第二床座沿磨床10的纵轴线延伸。联轴器92将电机90的旋转力通过丝杠机构93传递给定位滑板94,从图2可看出丝杠机构被罩96屏蔽。(但在图14中示出了,而且在后面的说明书中将予讨论)
定位滑板进给装置88和横动溜板装置30由相同的零件构成。因此,减少了维持磨床在运转状态下所需备件数量,而且节省了零件的生产、装配和维修过程中的操作人员。
驱动座98设置在定位滑板94的顶部,并支承驱动辊装置100和原动机102。在本实施例中,原动机102是一台适当控制和功率的电机,以便将动力通过环形传动带104供给驱动辊装置100。
支撑座106也设置在定位滑板94的顶部,但与驱动座98隔开一个短的距离。支撑座106及驱动座98也横向延伸过定位滑板94。虽然支撑座106是固定在定位滑板94上的,但是驱动座98以及安置在驱动座上的部件可以相对于定位滑板94纵向调整约几分之一英寸的距离。用参照数码108表示的仿形进给装置安装在支撑座106的顶部。一个保护罩110安装在仿形头装置的后端,当需要时,可在保护罩内部设置一些可手动操作的夹子112和螺杆。
支架114从支撑座106的右侧向上延伸,一个倾斜取向的撑杆116固定支架114。支撑座106、支架114和撑杆116构成一个整体焊接件,以提高稳定性和刚度。仿形头装置108用螺栓118固定在支架114上。
图2示出了砂带76的运动路径,其它几条砂带以平行的姿态,以类似的方式传输。砂带76绕过驱动辊装置100上的一个辊,绕过带轮120,靠在弧形的支撑曲模块122上面,再绕过带轮124而后返回到驱动辊装置。带轮120安装在臂126的自由端,该臂126可转动地安装在壳体128上,而壳体128固定在仿形头装置108的上表面上。带轮124由吊耳130固定到装置108的前下角。
处于电机90的下方的床身12的后部从通常为矩形的床身起向上并向外伸出,形成一个外伸部12a。调平器131设置在床身的侧面壁上所制的凹穴133内。
图3显示了磨床10的左侧,图中显示了在图2中看不清的一些结构细节。保护罩132可以减轻在磨削加工时所用的液体(冷却液和/或润滑液)的飞溅。回转工作台40上的一下垂销轴134向下伸进溜板38上的一个向上开口的叉架136之中。定位螺杆138、140能够调节,使得销轴134在叉架136内移动几分之一英寸,以使工作台40精确定位。
驱动辊装置100包括一个能够与导向杆144和146一起侧向或横向移动的端架142。在磨削加工过程中,端架142支承驱动辊装置的中心轴148,而当磨削作业业已结束时,以及当需要接近砂带的时候,端架142和导向杆144、146一起仅仅横向移动即可。
一液压马达150固定在床座106上,并通过联轴器(未示出)与一可绕框轴转动的轴151相连,可绕枢轴转动轴151安装在轴套152和154内。一个臂156被固定到可绕枢轴转动轴151上并因此而被驱动。因此,液压马达150的动作控制了臂156绕枢轴的旋转运动。一个液压缸158以与臂156有动作关系的方式安装在仿形头装置108的侧面。
图4示出了驱动辊装置100,其包括一中轴148,它横穿驱动座98及座下的定位滑板94。轴148在固定的轴承座160和位于座98的另一侧的可横向移动的端架142之间延伸。当磨床10运行时,一个伸出的头部148a被锁定在外侧的支架142内。端架142与导向杆144,146一道可由液压缸横向移动到图中点划线所示的缩回位置。在这一缩回位置上,操作者可易于接近多条平行的砂带66、68、70、72、74和76。图中,砂带62和64只示出了一部分。砂带62、64的局部视图以及被砂带磨削的凸轮轴46的省略提高了图4的清晰度。
一些隔套162以定间隔滑套在中轴148上,以便沿中轴给那些大带轮164定位。大带轮或辊164的表面可以是稍有中凸的(未示出),以提高砂带在带轮上的跟踪能力;带轮的侧壁凸起,以防止砂带侧向滑落。旋转动力通过驱动带104传递给轴148以及位于其上的那些带轮164,图4中只有一部分驱动带104是可见的。
导向杆144和146延伸穿过导向块166,导向块166设置在固定的轴承座160和外侧的支架142之间。当需要或者要求检查、保养和/或更换一条或多条砂带时,可把支架142和导向杆144,146横向移动到图4中点划线所示的脱开位置上。然后,足以接近进行检查、保养、维修和/或若需要,更换砂带。这样易于接近砂带,使维修和/或更换砂带所花的停机时间减至最少而降低了加工费用。
驱动辊装置100安装在定位驱动座98上,该座98位于磨床10的后部的马达90的控制下,与定位滑板94一起纵向移动。如图4所示,驱动辊装置100横穿驱动座98。
图5和图6详细示出了一张紧机构129,它用以调节并维持磨床10上所用环形砂带的张力。每一条砂带各自的张紧机构129以相同的方式张紧,因此,只详细描述一个张紧机构129。操纵调节螺杆168,以便在设置于壳体128内的并与活塞170可操纵地相联的一个弹簧(未示出)上产生一个张力。将来自一个适当的气源的压缩空气,在控制下(后面将解释)供给入口169,推动活塞170在缸筒172之内轴向移动。活塞杆176的上表面上设有一齿条174,可绕枢轴转动地安装的扇形齿轮180上的齿178与齿条174相啮合。扇形齿轮180安装在臂126的内端,这样,扇形齿轮180的运动就可以调整臂126和安装在该臂的自由端的带轮120的位置。因此,通过提高在入口169处的气压,以及调节弹簧上的张力,就可使带轮120顺时针绕枢轴转动,增加通过该带轮的砂带的张力。一个邻近开关182设置在壳体128的远离调节螺杆168的那一端。当一条砂带断了的时候,臂126顺时针绕枢轴转动,活塞杆176的端部接近或接触开关182,这样,便向磨床操作者发出一个警告信号。
图7显示,驱动辊装置100和电机102两者都安装在驱动座98上,而驱动座98本身安装在定位滑板94的顶部。一个具有一对类似板状件的垫座183和一些竖直的托脚支承原动机。那些托脚的轮廓如图7中的虚线所示。
电机102可沿驱动座98在箭头S-T的方向上纵向移动一个短的距离,以调整传动带104上的张力。螺柱184与安装在驱动座98上的第一随动器186协作,在原动机102上施加足够的力,以使原动机纵向移动。一个销和槽机构(未示出)能够使原动机相对于驱动辊装置移动的同时还保持基本上平行的关系。当原动机已纵向移动后,紧固螺栓193拧紧在垫座上的槽内,以保持调定的位置。
另外,由于总长约为132英寸的环形砂带的周长或长度方向的变化,需要的调整量可能超过由张紧机构129的臂126的调整(如图5和6所示)所能获得的调整量。因此,设置了第二螺栓190和第二随动器192。通过旋转第二螺栓190,使驱动座98以及安装在其上的零部件作为一个整体一起纵向移动,从而补偿绕过驱动辊装置100的大带轮164的砂带的周长变化。通过第二销-槽连接(未示出)又产生驱动座98相对于定位滑板94的实际移动。然后,将紧固螺栓188拧紧,以维持驱动座的调整位置。
图8概略地表示了可以看作溜板装置197构成的溜板38,回转工作台40及尾座44,和定位滑板94及安装在它上面的几个部件的相互关系。这两装置沿着垂直的轴线移动,把工件和仿形头装置与它们的多条平行的砂带一起带到对正的位置上。
图8表示出横动溜板装置197的相对于固定床座28移动,床座28用螺栓固定在位于磨床床身12上的缓冲垫26上。尾座44通过燕尾槽连接方式安装到回转工作台40上。回转工作台40承载工件主轴箱50、工件夹具54、56、58、60和凸轮轴46。
定位滑板94将仿形头装置108连同它的多条砂带及仿形进给单元一起推进到磨削凸轮轴46上的多个凸起部的位置上。定位滑板94沿第二床座86移动,第二床座86也用螺栓固定在磨床10的床身12上。第二床座86被固定或用螺栓固定在一个固定位置上,并起类似于第一床座28的支承作用。马达90、弹性联轴器92等在图8中都省略了,但是,这些零件可向定位滑板94传递足够的力,以使定位滑板94沿第二床座86前进或后退。
用以支承电机102和驱动辊装置100的驱动座98安置在定位滑板94的顶部。传动带104将动力从电机102传给驱动辊装置100。若干条砂带在驱动辊装置100的若干个大带轮上引导,电机102给予这些砂带动力。
仿形头装置108与定位滑板94是整体的。带轮102、124分别安装在仿形头装置108的前部的上方和下方,并为砂带限定一运动路径。
图9示出了一个有代表性的仿形进给单元194。仿形头装置108包括若干个相同的仿形进给单元194。仿形头装置108包括一个坚固的金属架,该金属架包括前壁195,中壁196,具有一进入口的后壁198,顶200和底202。第一凸台204可以沿着仿形头装置108的顶200设置,第二凸台206可以沿仿形头装置108的底202设置。这些凸台在仿形头装置的各种零件的装配和校准时作为参考点。第一润滑通道208向下伸穿过前壁195,第二润滑通道210向下延伸穿过中壁196。
仿形进给单元194包括驱动马达212,其可以是一台无刷伺服电机,联轴器214和滚珠丝杠机构216。联轴器214容纳并夹持马达212的输出轴和滚珠丝杠机构216的细长轴218。环220设置在轴218上,该轴的远离联轴器214的那一端与一有螺纹的轴222相台作。轴承224被挤压在环220和轴承锁紧螺母226之间。轴222穿过套管230的端盖228,并穿过夹持在套管230中轴向孔内的螺母236。轴222随马达212所产生的力而转动,使套管230轴向移动。在套管230上设有一槽232,喷嘴234能将润滑剂滴进管230的内部,以润滑夹持在套管230内的滚珠丝杠和螺母机构。润滑剂滴进在螺母236的两半部之间一个槽内,润滑剂径向向内流,润滑保持在螺母236之内的滚珠-丝杠。
滚珠花键螺母238、240被分别定位在仿形头装置108的中间壁196和前壁195上的两孔内。滚珠花键机构的轴242轴向贯穿其中。凸缘230的前端用滚珠花键轴242的后端相连。滚珠花键机构的其他细节未示出,因为这种机构能够作为一种现成的商品而购买到。套筒238、240是固定的,只有滚珠花键机构的轴242能够纵向移动。套管230纵向移动的长度决定轴242的移动长度。通道208、210将润滑剂输送给滚珠花键螺母或者套筒238和240。
滚珠花键机构的轴242的前端在一个凸头244处终止,一个螺纹孔轴向钻进该凸头244内。接合器246用螺纹紧固件248固定到轴242的凸头244上。一个定位凸缘250从接合器246的前面伸出,支撑曲模块夹持器252的底座253就安装在其上。因此,支撑曲模块254接触通过其上的砂带,砂带以下面将要说明的一种正确的、精确定位布置在曲模块上。所以,当包括磨床10的可编程控制器75和控制单元77在内的控制系统确定了一个工作循环时,滚珠花键机构将马达212的旋转驱动转化成纵向力,该力能够把支撑曲模块和砂带非常稳回地压靠在所要磨削的工件上。
图10是仿形头装置108及固定和加强该装置的支承和锁紧机构的正视图。装置108安装在定位滑板94之上,并可与滑板一起移动。装置108的右侧或称内侧,用螺栓固定到支架114上,但装置108的左侧或称外侧,并不是类似地支撑着,而是以悬臂的方式侧向伸出。为了保持整个磨床10的高度的“稳定性”以及避免任何下垂-那怕只是微小的几分之一英寸的下垂,利用一个独特的锁紧机构去支承仿形头装置108的外侧。
该锁紧机构包括在装置108的外侧壁上的球形凸出部256,以及安装在该凸出部的上方的一个稳定的支架上的液压缸158。液压缸158在竖直方向上驱动一个带有斜面260的活塞258;活塞在方向箭头X和Y所示方向上运动。开关262和264检测活塞258的伸出或退回位置,信号控制器75和控制单元177处理来自开关262、264的信号,以控制液压缸158和一个使臂156转动的液压马达的动作。
当液压缸158向上缩回活塞258时,液压马达150可以被起动,因此,臂156从点划线所示的非工作位置绕框轴转到实线所示锁紧位置上。在它的竖直的锁紧位置上,凹座266与上述的凸出部256牢固地啮合。然后,给液压缸158加压,以迫使活塞258向下移动。活塞的斜面260在固定在臂156的上端的一个凸轮268上滑动;这些表面之间的相互作用增加了凸出部或球256和凹座的“压紧”作用。该锁紧机构是牢固的,足以吸收任何侧面推力并能将仿形头装置有效地锁紧在固定位置上。
图10中示出了带轮120和124相对于仿形头装置108的竖直关系。图中只示出了装在上带轮120和下带轮124上的砂带76,为了清楚起见,其它平行的砂带被省去了。为了把润滑液输送给每一条砂带,润滑液从位于导管270上方的一个液源(未示出)引进总管272;总管272把润滑液排放进从该总管悬下去的多根小软管274之中。每根单独的管子将润滑液输送给喷嘴276(在图2和图6中可以看见),而喷嘴276又将这些液体喷到砂布的外表面上,以便润滑和/或冷却砂带。
也可以把较少量的润滑液排放到每条砂带的内表面上。为了实现这一目的,把润滑液从源(未示出)通过导管278输送进一小的总管280之中,一些小直径的金属管282把总管280内的液体排放在每一条砂带的内表面上。
图10中以点划线的形式示出了一个带有一横向延伸杆286的大液压缸284。该液压缸与驱动辊装置100可操纵地相联,并连接到控制它的控制单元77上。当杆286向外伸出时,例如,当驱动辊装置在运行位置上时,砂带被正确引导时,环288关闭开关290。当杆被活塞284向内拉时,驱动辊装置100的端架142横向移动,环292关闭开关294,以便检修砂带。
图11清楚地显示了带有定位凸缘250的接合器246,带有底座253的支撑曲模块夹持器252和支撑曲模块254的结构细节。支撑曲模块254由一个弧形的曲模块或称冠状块和一尺寸稍小一些的座所组成。该座安装在支撑曲模块夹持器252上的凹槽296内,两者之间具有一个很小的间隙。螺钉298进入曲模块254座上的一个孔内,把曲模块和夹持器252牢固地拉紧。
在把支撑曲模块夹持器252安装到定位凸缘250上,以使该夹持器252的座253的后表面平平地靠在接合器246的前表面上后,把若干个螺钉300拧进接合器246上的几个孔301(见图19)内,从而把夹持器250固定到接合器246上。
位于滚珠花键轴242的凸头244上的那个轴向孔沉进一个从接合器246的后表面向内延伸的凹穴内。键302保证接合器246在滚花键轴242上的正确径向定位。螺纹紧固件248从接合器246的前面轴向伸进轴242的凸头244内,并把滚珠花键轴和接合器固定在一起。
图12显示,穿过工件或者凸轮轴46上的凸轮凸部的基圆所画的直径线Ⅰ最好与穿过同该凸轮凸部对正并接触的支撑曲模块252的中心和横断面的中心所面的直线Ⅱ共线。线Ⅰ和线Ⅱ最好都被确立成与沿滚珠花键轴242的动作线或称移动线延伸的线Ⅲ(其也可以是轴242的旋转轴线)相平行。为了达到被磨削的工件上的所有凸轮凸部和它们各自的支撑曲模块254建立这种意义重大的共线关系,所有接合器246上的定位凸缘250相对于支撑曲模块的直径线Ⅱ都必须确实置定。这一点下面将详细说明。一旦所有要磨削的凸轮凸部和它们各自的支撑曲模块254定位完成,工件直径线Ⅰ和曲模块直径线Ⅱ最好都落在一个平面P内,而动作线Ⅲ的线也将落在一个平行于平面P的平面Ⅲ内。
图4和图10中所示的用于磨床10的仿形头装置108为具有八个仿形进给单元194,它们排成箭头A和B所示的两排(见图10),每排有四个这样的单元194。安装支撑曲模块254时,必须把它们各自的直径线Ⅱ(图11)对准单一的最好是水平的平面P(图10和12)。为了实现这一目的,设置在A排的那些支撑曲模块夹持器252A安排在第一排或称上排,而设置在B排的那些支撑曲模块夹持器252B则安排在第二排或称下排。支撑曲模块夹持器252的外形和结构允许使用相同的支撑曲模块夹持器252如此的设置和安装支撑曲模块254,而且当如此设置时,所安装曲模块254使得各自的直径线Ⅱ都将落在同一个平面P内。在接合器246上设置一些用以接纳螺钉300的孔301,而不管这些支撑曲模块夹持器252是布置在上排还是下排。应当理解,尽管所示的磨床10具有八个设置成两排的仿形进给单元194,但是,也可以使用更多的或者少一些的进给单元194,这取决于工件上凸轮凸部的数量。如果需要的话,这些单元194也可以设置成单排或者别的希望的位置上,只要通过各自的支撑曲模块254的各自的直径线Ⅱ都落在平面P内即可。
为了便于使支撑曲模块254定位,如上所述,把接合器246制成具有各自的、加大了垂直尺寸的定位凸缘250。当所需数量的接合器246用螺钉248(见图11和19)装配到它们各自的滚珠花键轴242上之后,它们的凸缘250被稍加对准地置于两个平行的平面R和S内,以便于以后的对正和定位。图19中只示出了用于仿形头装置108的八个进给单元194中的六个接合器246;其它两个位置S7和S8没有使用,以便显示装置108的前壁195的细节。
当接合器246被这样装到装置108上之后,用处于A排的所有都要被磨成处于平面R内的凸缘250(250A1、250A2250A3),和B排的所有都要被磨成处于平面S内的凸缘250(250B1,250B2,250B3),经磨削加工而使该装置定位。平面P和S之间的相对位置(即一个离另一个的距离“Y”)将取决于支撑曲模块254的尺寸和外形,而平面R和S各自相对于装置108的位置要相对于所磨工件来确定。因此,处在A排的凸缘250最好先磨,以使它们处在根据装置108上的一个合适之处为基准的予定位置上,例如离凸台206的底面距离为“X”的平面R内(或者从凸台204的顶面起选定的距离,或者从其它一些合适的参考点起选定的距离,“其它的参考点”必须是能够自它们起精确测量距离的)。此后,在离平面R为“Y”的选定距离处磨削B排的那些凸缘250,如果需要,可以先磨削B排的凸缘250。
图13示出了说明工件主轴箱50的受控方式的简图。其中,工件主轴箱50由与传统的模拟控制电路不大相同的数字电路控制。先给运动控制器301通电,使它产生一个扭转信号,该信号通过放大器304,再到无刷电机306。随着电机306的轴的旋转,编码器309计算转数,并将这种信息发送回运动控制器302,运动控制器302自动地补偿由编码器309测出的转数和电机306的目标速度之间的差值,并据此改变发送放大器304的数字控制信号。
图14以放大比例示出了定位滑板装置88的特点。装置88包括马达90、马达90将旋转力通过弹性联轴器92传递到丝杠310的一端。丝杠310轴向穿过轴承座312,轴承314安装在丝杠310在密封件316和锁紧螺母318之间的无螺纹部分上。丝杠310的前端穿过有内螺纹的球形螺母320。球形螺母320上的螺纹和丝杠上的螺纹是互补的。球形螺母320用螺母固定到定位滑板94上。
因此,当丝杠310转动时,它使球形螺母320对于第二床座86纵向推进或拉回定位滑板94。球形螺母320的移动最大限度-即随动滑板94移动的最大限度-由间隔开的止动块322和324限定。床座86的一个向上敞口的部分把止动块保持在合适的位置上。联轴器92保持在联轴器壳330内,板332帮助把装置90固定在运行位置上。
图15用放大的比例示出了用螺钉298把支撑曲模块254拉进支撑曲模块夹持器252的方式。随着螺钉的转动,曲模块被拉进夹持器252上的相关的凹槽中,夹持器的侧面在间隔开的位置上接触曲模块254的背面,因此,可在一个比较大的面积上产生接触,虽然在支撑曲模块夹持器的中间区域里,支撑曲模块的内面和支撑曲模块夹持器间保留一个间隙296,但仍把曲模块牢固地固定。
图16指出,上面已描述过的凸轮轴46正处在尾座44(图1)和工件主轴箱50之间的位置上磨削而且间隔开的工件夹具54~60之上。所有上述这些零件均由回转工作台40承载。因此,工件46的回转轴线将置于回转工作台40顶部上方,距离为“W”的平面内(见图16)。然而,如上所述,特别参见图12,为了获得工件46凸部的最精确的磨削,工件46的旋转轴线处在平面且平行的平面P内(见图12)。为了实现这种关系,平面P(即线Ⅰ)和平面A(即A排的那些凸缘250的所位于的那个平面)之间的距离“Z”是确定的。据此,要把回转工作台40的底面的燕尾连接区域磨下去,以使平面P(即工件的旋转轴线所处的那个平面)与平面A的距离实际上为“Z”。因此,回转工作台40初始按加大的尺寸制造,而后通过磨削或类似的方法最后定尺寸,以达到上述目的。
一个独立的喷嘴276(见图16)及各自的砂带可操作地相联系,以便将润滑液散布到外表即各砂带有磨料的侧面和正在磨削的凸轮轴46上的凸轮凸起部之间的区域。润滑液冷却接触区,减少灰尘和磨屑,并延长砂带的寿命。
尽管支撑曲模块254被垂直地对正,但是,这些曲模块在保持它们的平行关系的同时,可以相互之间相对地水平向前或后退,以磨削相互之间相对来说超出径向位置的那些凸轮凸部。这种关系通过图16所示的一对凸轮凸部来说明。
图17示出了驱动辊装置的外侧端架142,该端架142能够与两根导向杆144、146一起横向移动,导向杆144、146横向延伸穿过定位滑板94。一个安装在轴144上的偏心轴套固定在端架142的座上的一个孔内。偏心轴套334的一个选定的区域被加厚,以消除端架和导向杆咬在或卡在导向块166内的任何趋势,螺钉336拉紧端架的座,使其紧贴在导向杆144周围。
外侧支架142的横向移动与仿形头装置的外侧锁紧机构动作是配合的。因此,当磨削作业结束之后。液压缸158使活塞258缩回,臂156由液压马达150的动作而绕枢轴转到与凸出部256脱离锁紧啮合的位置,并获准接近环绕在仿形头装置108的前部的带轮上的砂带。另外,支架142被脱开,使支架142能够同导向杆144、146一起侧向滑动。这样,驱动辊装置可容易接近。于是,砂带就在磨床110的同一侧的两个间隔开的位置上被显露出来,以便检查、保养、维修等。
图18显示,罩110固定在仿形头装置108的后表面上。该罩足够大,以致于可将上、下两排仿形进给单元包围起来,而且延伸横过整个仿形头装置,因此使仿形进给单元194的所有驱动马达与磨屑、灰尘、以及缩短仿形进给单元使用寿命的有害的周围环境隔离开来。
图19示出了固定在上、下两排仿形进给单元上的接合器246。每一个接合器板上的定位凸缘250是可见的,用以将支撑曲模块夹持器固定到接合器上的那些孔也是可见的。从下排的定位凸缘到底部参考凸台206的距离由尺寸“X”表示,而从下排定位凸缘到上排定位凸缘的距离由尺寸“Y”表示。如前所述,从下排的定位凸缘250到底部的参考凸台206的距离要精心确定。然后,根据下排的定位凸缘来精心确定上排的定位凸缘250。然后,如图16中所建议的那样,确定工件46的中心线离回转工作台40的顶面高度。因此,当支撑曲模块254固定到接合器246上时,这些支撑曲模块254与工件的凸轮凸部就对正了。
本发明的磨床可以利用二条、四条、六条,或者八条平行的砂带去同时磨削凸轮轴或类似工件上的相应数量的凸起部。砂带的对数可根据需要而变化,以满足不同的生产过程。
对于本发明所涉及领域的技术人员来说,将会出现种种改型和变型。因此,附加的权利要求应当以一种与由本发明所实现的重大进步相称的方式广义地解释。不应当过分地局限于它们的字面术语和表达方式。

Claims (21)

1.一种用于带有多条平行砂带的磨床的仿形头装置,它包括,
一个框架,该框架至少包括有前壁、后壁、顶部和底部;
至少一个仿形进给单元,它由所述仿形头装置携带,并纵向延伸穿过所述前、后壁;
所述的仿形进给单元包括一个带有输出轴的驱动电机;
一个带有一细长轴的滚珠丝杠机构,一个用于将驱动电机的驱动传送给所述滚珠丝杠机构的所述细长轴的联轴器;
一个带有一轴向孔的环,和一个固定于所述环的一端的端盖:
一个固定到所述环上远离端盖和所述细长轴的一点的滚珠花键机构;
所述滚珠花键机构纵向穿过所述框架,它的前端终止在向该框架前延伸的头部;
一个连接到一个夹持器上的支撑曲模块,该支撑曲模块适于压靠在砂带的内表面上,并把砂带压到所要磨削的工件上;
其特征在于,所述仿形头装置还包括,
一个接合器,它在背面上设有空腔,可接纳所述滚珠花键机构的头部;
一个紧固器,将所述接合器安装在所述头部;
一个定位凸缘,形成在该接合器前面的下端处;
所述支撑曲模块夹持器包括一个安置在所述定位凸缘上面的一个座。
2.根据权利要求1所述的仿形头装置,其特征在于,在所述滚珠花键机构的头部中构制一轴向孔,螺旋紧固件穿过该接合器把滚珠花键机构固定到该接合器和支撑曲模块上,以控制它的运动。
3.根据权利要求1所述的仿形头装置,其特征在于,在框架上至少有一个参考凸台,接合器上的定位凸缘相对该凸台预先对准安放,以便精确地安装支撑曲模块。
4.根据权利要求1所述的仿形头装置,其特征在于,所述支撑曲模块具有一弯曲的直径相当大的坚硬工作面,并且有一个向后伸出的中心定位基座,所述支撑曲模块夹持器的前端具有一个中心腔,所述支撑曲模块的基座装配在所述中心腔中并相互之间保留一小间隙。
5.根据权利要求4所述的仿形头装置,其特征在于,螺纹紧固件把所述支撑曲模块的基座拉紧到该腔中。
6.根据权利要求1所述的仿形头装置,其特征在于,所述支撑曲模块夹持器上的定位凸缘的基座取向在预定水平和垂直平面内。
7.根据权利要求1所述的仿形头装置,其特征在于,滚珠螺母位于所述环的轴向孔中,所述螺母在环中禁止转动,但可以与环一起轴向移动,所述螺纹轴穿过该螺母,在环中构制一个槽,配给装置在所述的槽之上终止,以使润滑剂通过所述的槽,润滑所述螺母并允许螺纹轴自由转动。
8.根据权利要求3所述的仿形头装置,其特征在于,该仿形进给单元设置成基本平行的二排,位于第一平面中的所述单元的接合器的定位凸缘成一排;位于与第一平面平行并与其相隔一预定距离的第二平面中的单元的接合器的定位凸缘成另一排。
9.根据权利要求8所述的仿形头装置,其特征在于,所述的长轴配置成使其能沿位于各个相互平行的参考平面内的作用线移动,并且定位凸缘安装它们的各自的支撑曲模块夹持器和支撑曲模块,要使延伸通过所述支撑曲模块面的直径线全部位于一预定的曲模块平面内,该平面与所述的平行的参考平面平行并相间隔。
10.根据权利要求9所述的仿形头装置,其特征在于,仿形头装置被放置在磨床上,要使所述砂带,由于曲模块平面与通过工件砂带与其相互合作的工件面共面,设置得便于与工件相互合作和磨削工件。
11.根据权利要求10所述的仿形头装置,其特征在于,工件是一个凸轮轴,工件平面是一个与穿过凸轮轴上凸轮基圆的直径线共面的平面。
12.一种装配仿形头装置的方法,该装置包括一金属框架,该框架包括一前壁,一后壁,一顶部和一底部,至少一仿形进给单元纵向延伸通过所述框架,所述仿形进给单元包括一个驱动电机,一个与所述驱动电机连接的滚珠丝杠机构,一个滚珠花键机构,该机构与所述滚珠丝杠机构相连接并穿过所述框架,在一个头部的端部终止,该方法包括以下步骤:
a)在所述金属框架上构制一个参考凸台;
b)将一个接合器固定到所述滚珠花键机构的头部;
c)在其前端部的接合器上构制一个定位凸缘;
d)将所述定位凸缘与参考凸台对正,以使所述凸缘和凸台平行;
e)把支撑曲模块夹持器定位于所述定位凸缘上;
f)把所述夹持器固定到接合器上;
g)把支撑曲模块固定到夹持器上,以使所述支撑曲模块水平和垂直相对所述参考凸台对准。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,该方法还包括在所述接合器后面上构制一凹槽,以便使所述滚珠花键机构的头部安装到其中的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,该方法还包括在所述支撑曲模块夹持器中构制一个腔,该腔大到足以容纳一个在所述支撑曲模块的后侧上构成的一基座,两者之间有一小间隙。
15.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,包括最初构成接合器凸缘的凸缘是加大尺寸的,然后所述接合器装配到滚珠花键机构头部的各自的前端,使所有接合器设置在所述预定对准的位置上。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,通过磨削,使该接合器在对齐的位置上。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,包括把若干个仿形进给单元设置成基本平行的二排,一些单元的接合器的定位凸缘成第一平面内的一排,一些单元的接合器的定位凸缘成第二平面中的另一排,第二平面与第一平面相平行并间隔一预定距离。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,包括设置所述滚珠花键机构,以便沿位于各自并且平行的参考平面内的作用线移动它们的头部,并如此构制所述定位凸缘,以安装它们的各自的支撑曲模块夹持器和支撑曲模块,要使延伸穿过所述支撑曲模块平面的直径线全部位于一予定的曲模块平面内,该平面与所述的平行参考平面平行并间隔开。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,包括所述仿形头装置安装在磨床上,要使每个支撑曲模块设置得与砂带相互合作,在安装在磨床上时,是通过使用砂带和用所述曲模块平面与穿过工件的砂带与其相互合作之处的工件平面共面实现的。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,包括提供所要磨削的凸轮轴作为工件,所要磨削的凸轮轴的定位,要使所述工件平面与穿过凸轮轴上的凸轮基圆的直径线共面。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,包括提供具有一个工件台的磨床,工件安装到该工件台上,能绕凸轮轴的转动轴线转动,进一步还包括把工件台制成超大的尺寸,并从工作台下侧除掉材料,以使所要磨削的凸轮轴的转动轴线和通过所要磨削的凸轮轴的凸轮凸起部的基圆直径线,都置于与所述曲模块平面共面的一平面内。
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