CN107791109A - 用于工件精加工的机床和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于精加工工件的机床(10)，该机床包括：机架(12)；至少一个精加工工具保持部(14)，用于保持至少一个用于精加工工件部段的精加工工具；头架(20)和尾架，用于容纳工件并使工件围绕旋转轴线(24)旋转；振动驱动装置(25)，用于产生精加工工具和工件之间的平行于旋转轴线的振荡相对运动，其中，头架和尾架能够相对于机架沿着以横向于旋转轴线的方式延伸的移动轴线(36)在加工位置(B)和转送位置之间移动，在加工位置，可精加工头架和尾架之间容纳的工件，在转送位置，待加工的工件可被容纳在头架和尾架之间，并且已精加工的工件可被卸下。本发明还涉及一种用于精加工工件的方法。

Description

用于工件精加工的机床和方法
技术领域
本发明涉及一种用于工件精加工的机床，该机床包括：机架；用于保持至少一个精加工工具的至少一个精加工工具保持部，精加工工具用于精加工工件部段；用于容纳工件并使工件围绕旋转轴线旋转的头架和尾架；以及用于产生精加工工具和工件之间的平行于旋转轴线的振荡相对运动的振动驱动装置。
背景技术
上述类型的机床尤其用于加工曲轴或凸轮轴的形式的工件的轴承面。在此，利用精加工工具(例如精磨石或精加工带)通过将精加工工具朝向工件部段挤压来加工工件的轴承面。在加工时，工件围绕旋转轴线旋转。这种运动与发生在工件和精加工工具之间的以平行于旋转轴线的方式定向的振荡运动叠加。
通过上述描述的方法，可以制造出非常高的表面质量。这种表面质量无法仅通过磨削工件加工来实现，或者只能通过极高的成本来实现。然而，工件精加工所需的设备支出是比较高的。这也是因为，在工件的精加工过程中，往往对相对于工件轴线同心地布置的工件圆周表面部段进行精加工，例如曲轴的连杆轴承的轴承面。这些轴承面跟随曲轴旋转时的运动轨道，使得用于加工轴承面的精加工工具也必须跟随运动轨道，并且必须有相应的运动自由度。此外，在加工发动机的气缸的数量的曲轴时，提供了相应多个连杆轴承轴承面。与此同时，通常需加工曲轴的甚至更高数量的主轴承面，使得沿着曲轴可看见，针对例如四缸直列式发动机的曲轴，用于四个连杆轴承和五个主轴承的九个精加工工具与曲轴配合。为了可以同时对所有的轴承面进行加工，各个精加工工具必须非常窄，以便能够将它们以彼此并排且平行于曲轴的旋转轴线的方式布置在机床上。
上述因素导致工件的精加工需要高的设备成本。然而，由于需要保持仅能够通过精加工制造出的表面质量，所以需要减少工件精加工所需的设备支出。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供能够实现更具成本效益的精加工的用于工件精加工的机床和方法。
此目的可通过根据本发明的开始所述类型的机床实现，其中，头架和尾架能够相对于机架沿着横向于旋转轴线的方式延伸的移动轴线在加工位置(在此位置，在头架和尾架之间容纳的工件可被精加工)与转送位置(在此位置，待精加工的工件可被容纳在头架和尾架之间，且已精加工的工件可被卸下)之间移动。
根据本发明，头架和尾架能够相对于机架沿着以横向于(尤其是垂直于)旋转轴线的方式延伸的移动轴线移动。尽管这与常规的机床相比由于必须为头架和尾架提供相应的纵向导向部和移动驱动装置而最初引起与设备相关的成本的增加，但头架和尾架的可移动性能够消除精加工具和相应的精加工工具保持部在横向于旋转轴线的方向上的移动。
根据本发明，已认识到现有技术的以下缺点：在精加工曲轴时，曲轴的每个轴承面由单独的精加工带加工，也就是每个精加工带通过钳状臂与曲轴的相应轴承面接合。为了能够将曲轴引入到钳状臂的接合区域(即精加工工具的工作区域)，使臂张开，将曲轴定位，并再次使钳状臂闭合。在精加工之后，对于常规的、固定的头架和尾架，仅使钳状臂张开是不够的；相反地，各精加工工具的钳状臂必须在横向于曲轴的旋转轴线的方向上移动，以便可以抓取位于头架和尾架之间的工件。这种抓取在常规机器里尤其通过门式装卸机进行，该装卸机将未加工的工件从上方放入固定的头架和尾架之间的区域，并且把已加工的工件在向上的方向上从头架和尾架之间的区域移出。
常规机床所需的精加工工具的在横向于旋转轴线的方向上的可移动性是不利的，因为精加工工具保持部必须单独供电，以便能够向钳状挤压臂加载液压力，由此将各个精加工带朝向需精加工的工件部段挤压。必须以如下方式将电源线安装在具有固定的头架和尾架的机床中：无论精加工工具的位置如何，都必须确保可靠并且安全的能源供应。由于常规机床的精加工工具保持部和精加工工具的可移动性的原因，常规机床的电源线接口的敷设比较复杂。
现在，根据本发明的机床能够将精加工工具保持部和精加工工具固定地布置在机床的机架上，使得相应供电设备的连接和安装大大简化。这个优点比头架和尾架的可移动性所需的附加支出更有价值，尤其是对于大量的精加工工具来说。
在本发明中，可以以常规方式通过门式装卸机装载机床。为此，只需将头架和尾架移动至转送位置，便可以取出已精加工的工件和传送未加工的工件。
优选地，移动轴线在水平方向上延伸，使得头架和尾架可以在水平面上移动。通过这种方式，沿着移动轴线驱动头架和尾架所需的支出被最小化。
尤其优选地，头架和尾架布置在能够沿移动轴线移动的滑架上。只需要一个用于驱动滑架的驱动电机，滑架与头架和尾架一起沿移动轴线移动。
移动轴线可以为数控轴。在任何情况下，优选地，头架和尾架的加工位置和转送位置由机械止挡部界定。优选地，这些止挡部与机架固定地连接。此外，优选地，止挡部至少在机床调试期间是可调节的。
如上所述，可以以常规方式通过门式装卸机从上方向机床提供未加工的工件并且再次从机床向上移出已加工的工件。
然而，特别优选地，机床包括具有两个工件容纳部的工件交换装置，工件容纳部均能够在与头架和尾架的转送位置对应的交换位置与另外位置之间移位。以此方式，可实现临时存储，由此在精加工第一工件时，可以将未加工的第二工件保持在机床的工作区域附近。工件在头架和尾架与工件交换装置之间的传送发生在头架和尾架的转送位置以及工件交换装置的交换位置。
另外位置在空间上远离交换位置，并形成机床在供应未加工工件时和在运走已加工工件时之间的交汇处。
在提供工件交换装置的情况下，优选地，精加工工具保持部和精加工工具固定地或以仅能够微调的程度布置在机架上，因为通过这种方式精加工工具的电源线所需的空间需求可以最小化。因此节省的安装空间可用于工件交换装置，并无需改变机架。
特别优选地，提供工件转运装置，该装置向工件交换装置供应待精加工的工件并从工件交换装置取走已精加工的工件。这里可以使用已知的门式装卸机，但并不直接用于装载头架和尾架，而是用于装载工件交换装置。优选地，这种装载(和已加工的工件的取走)在工件交换装置的位于另外位置的一个工件容纳部上执行。
此外，优选地，工件容纳部能够通过共同的驱动装置进行移位。由此，能够在将已加工的工件从交换位置移位到另外位置的同时将未加工的工件从另外位置移位到交换位置。此外，由于必须仅控制一个驱动装置，所以可以限制两个工件的移位所需的支出。
在优选的实施例中，使用旋转驱动装置作为共同的驱动装置，其中，工件容纳部各自沿着圆形运动路径围绕中心轴线移位。以此方式，在以横向于旋转轴线的方式延伸的运动平面上处理工件，其中，旋转驱动装置可以在有限的空间内实现两个工件的“交换”。在交换位置和另外位置处于重力方向上的同等高度的情况下，在两个工件的“交换”过程中，一个工件沿着第一半圆形运动路径在中心旋转轴线的上方区域中运动；另一工件在相同的旋转方向上围绕旋转轴线运动，但沿着第二半圆形运动路径在中心旋转轴线的下方区域中运动。
为了简单而可靠地在工件交换装置上容纳工件，优选地，工件容纳部具有棱形工件支承部，其中，提供补偿装置，以用于使工件容纳部的沿着工件容纳部的圆形运动路径的定向保持不变。棱形工件支承部能够仅通过重力作用将工件保持在工件容纳部上。现在，补偿装置使逆着重力方向向上开口的工件支承部不旋转，否则工件将从工件容纳部脱离。补偿装置可以是机械地或受控地与工件交换装置的驱动装置耦合的额外驱动装置。尤其优选地，工件交换装置的驱动装置的驱动运动与机械强制控制装置耦合，使得工件容纳部始终保持相同的定向。
本发明还涉及一种使用上述机床精加工工件的方法，该方法包括下面的优选地以给定的顺序进行的步骤：
-将待精加工的第一工件布置在工件交换装置的工件容纳部上；
-将工件容纳部布置在交换位置并且将头架和尾架布置在转送位置；
-将第一工件从工件容纳部传送到头架和尾架；
-使带有第一工件的头架和尾架移动到加工位置；
-将精加工工具放置到第一工件的工件部段上，并在使工件旋转且同时使工件和/或精加工工具振动时进行材料移除；
-从工件部段移走第一精加工工具；
-将带有第一工件的头架和尾架移动到转送位置；
-将第一工件传送至工件交换装置的位于交换位置的第一工件容纳部；
-将第一工件容纳部和第一工件移位到另外位置。
在尤其优选的方法中，额外地提供如步骤：a)将待精加工的第二工件放置在工件交换装置的第二工件容纳部上，并且b)将第二工件容纳部和第二工件移位到交换位置。
优选地，步骤a)在头架和尾架位于加工位置并在精加工第一工件时执行。以此方式，在机床当前正在加工另一工件的时段中，也就是在主时段内激活时，执行未加工的第二工件的供应。
优选地，步骤b)在将第一工件容纳部和第一工件从转送位置移位到另外位置的同时执行，使得将第一工件从交换位置传送到另外位置的辅助时间和将第二工件从另外位置传送到交换位置的辅助时间同时发生，并不相互叠加。
下面的说明和优选实施例的说明性描述给出了本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1示出机床的实施例的前视图；
图2示出根据图1的机床的沿着由图1中的II-II标示的截面平面的视图；
图3示出根据图1的机床的对应于由图1中的III标示的观察方向的侧视图，其中，头架和尾架位于加工位置；和
图4示出与图3相应的视图，其中，头架和尾架位于转送位置。
具体实施方式
在图1到4中总体地通过附图标记10来标示机床的实施例。机床10具有机架12，机架12能够放置在支承面上并用于布置精加工工具保持部14。尤其地，精加工工具保持部14具有钳状挤压臂16，挤压臂16将精加工带朝向(已知的并因此未图示的)工件18的工件部段挤压。工件18尤其是曲轴或凸轮轴。
在进一步的描述中，工件在整体上通过附图标记18来标示。与不同的工件18的处理相关地，第一工件通过附图标记18a来标示，且第二工件通过附图标记18b来标示。
机床10具有头架20和尾架22，以用于保持和旋转工件18。头架20和尾架22界定了旋转轴线24，工件18在精加工过程中围绕该轴线旋转。这种旋转运动叠加在振动运动上。这时在精加工工具和工件18之间发生相对运动。这可以通过利用振动驱动装置使头架20、工件18和尾架22在平行于旋转轴线24的方向上一起来回运动(振动)来实现。也可以利用振动驱动装置使精加工工具保持部14和精加工工具或者仅使多个精加工工具保持部14和精加工工具的共同的底座26在平行于旋转轴线24的方向上振动。
头架20和尾架22分别支承在载架28、30上，并且能够相对载架28、30在与旋转轴线24平行的方向上移动，使得头架20和尾架22之间的距离可在装载工件18时增大并在夹紧工件18时减小。头架20和尾架22的这种可移动性在图1中通过由20a和22a标示的双箭头表示。
载架28和30布置在共同的滑架32上，滑架32通过滑架驱动装置34能够沿着水平的移动轴线36移动(参照图2)。滑架驱动装置34可以例如是液压缸。移动轴线36由至少一个(优选多个)在机架12和滑架32之间作用的线性导向部38界定(参照图1)。
在图2中，头架20和尾架22布置在加工位置，使得可利用精加工工具来加工头架20和尾架22之间保持的工件18。在图2和3中，滑架32定位成使得头架20和尾架22处于加工位置。该位置在图4中由字母B标示。如图4所示，滑架32位于远离加工位置B的另外位置。从图2至图4的比较中得知，滑架32的从加工位置B到转送位置的传送能够实现工件18的水平传送，而不与精加工工具保持部14的钳状臂16碰撞。
能够在转送位置利用门式装卸机形式的工件转运装置40向头架20和尾架22装载工件18。
然而，特别优选的是，机床10具有工件交换装置42，工件交换装置42特别地相对于机架12是固定的，并且更优选地与机架12连接。
工件交换装置42包括载架44，以用于与机架12的连接。驱动电机46布置在载架44上，并通过传动机构47驱动中心旋转轴线48并进而使保持臂50围绕中心旋转轴线48旋转。在保持臂50的两个相对端部处设置有两个工件容纳部52和54，每个工件容纳部可以容纳工件18。
工件交换装置42包括额外传动机构56，额外传动机构56与中心旋转轴线48机械地强制耦合，并作用在工件容纳部52、54的旋转轴线上。额外传动机构56使具有向上开口的棱形工件支承部58、60的工件容纳部52和54在它们的定向上保持恒定位置，而不管工件容纳部52、54处于沿着围绕中心旋转轴线48的圆形运动路径的何种位置。因此，额外传动机构56构成补偿装置。
图2示出位于交换位置的第一工件容纳部52，当头架20和尾架22位于它们的转送位置时，该交换位置允许将工件传送到头架20和尾架22并且从头架20和尾架22取走工件。
图2示出位于另外位置的第二工件容纳部54。优选的是，工件转运装置40(例如门式装卸机)将未加工的工件提供至工件交换装置42，即处于另外位置的工件容纳部52、54。
以下将对机床10的操作模式和工件18的优选精加工方法进行描述。
在机床10的初始状态下，精加工工具保持部14的钳状臂16打开。头架20和尾架22位于转送位置并且彼此间具有增大的距离。工件容纳部52和54未被占用。第一工件容纳部52位于另外位置；第二工件容纳部54位于交换位置。
从初始状态开始，使用工件转运装置40供应第一工件18a并将其放置在第一工件容纳部52中。接着，使用驱动装置46将第一工件容纳部52从另外位置移动到交换位置。
随后，缩小头架20和尾架22之间的距离，使得头架20和尾架22的尖端与第一工件18a的端面啮合，并在它们之间夹紧该工件。
接着，使用滑架驱动装置34将头架20和尾架22从转送位置移动到加工位置。
现在到达图2所示的状态。
接着，通过闭合钳状臂16并朝向第一个工件18a的各工件部段挤压(未示出的)精加工带来精加工工件18a。这时，工件18a通过头架20围绕旋转轴线24旋转；这种旋转运动以上述的方式叠加在振动运动上，从而每个被精加工的工件部段具有用于表征精加工工艺的交叉磨削结构。
在上述的第一工件18a的精加工过程中，通过工件转运装置40将未加工的第二工件18b供应到第二工件容纳部54。这时，第二工件容纳部54位于另外位置。
当完成第一工件18a的精加工之后，打开钳状臂16以卸下第一工件18a。参照图4，在头架20和尾架22之间仍被夹紧的状态下，第一工件18a通过滑架32从加工位置转换到转送位置。
随后，增大头架20和尾架22之间的距离，从而卸下第一工件18a并将其放置在位于交换位置的第一工件容纳部52上。
在现在描述的状态下，已精加工的第一工件18a放置在位于交换位置的第一工件容纳部52的棱形工件支承部58上。未加工的第二工件18b放置在位于另外位置的第二个工件容纳部54的棱形工件支承部60上。
从该状态开始，工件交换装置42的驱动装置46被控制，使得保持臂50围绕着中心旋转轴线48旋转180°。这时，工件容纳部52和54分别沿半圆形路径围绕中心旋转轴线48移动，直到工件容纳部52和54以及其各自保持的工件18a、18b交换彼此的位置，使得第一工件18a从交换位置移位到另外位置并且同时第二个工件18b从另外位置移位到交换位置。
接着，可通过工件转运装置40将第一工件18a从工件交换装置42移出，即通过工件转运装置40从第一工件容纳部52的棱形工件支承部58上取走第一工件18a。
在取走第一个工件18a的同时，可以在头架20和尾架22之间夹紧位于交换位置的第二工件容纳部54上的第二工件18b，并接着通过使滑架32从转送位置往回移动到加工位置将第二工件供应到精加工工具的加工区域。
可以将第二工件18b的精加工时间用于供应(未示出的)第三工件18c，第三工件被供应到第一工件容纳部52，该工件容纳部位于工件容纳部的另外位置并在取走第一个工件18a之后闲置。
以上说明的机床10在精加工工具14的后方区域中实现了非常简单和节省空间的构造。在加工工件18a时，可以准备装载下一个工件18b，使得已精加工的工件18a和未加工的工件18b之间的实际交换可以在最短时间内完成。

Claims (10)

1.一种用于精加工工件(18)的机床(10)，其包括：
机架(12)；
至少一个精加工工具保持部(14)，用于保持至少一个用于精加工工件部段的精加工工具；
头架(20)和尾架(22)，用于容纳所述工件(18)并使所述工件(18)围绕旋转轴线(24)旋转；
振动驱动装置(25)，用于产生所述精加工工具和所述工件(18)之间的平行于所述旋转轴线(24)的振荡相对运动，
其特征在于，所述头架(20)和所述尾架(22)能够相对于所述机架(12)沿着以横向于所述旋转轴线(24)的方式延伸的移动轴线(36)在加工位置和转送位置之间移动，其中，在加工位置，在所述头架(20)和所述尾架(22)之间容纳的所述工件(18)能够被加工；在转送位置，待精加工的所述工件(18)能够被容纳到所述头架(20)和所述尾架(22)之间，并且已精加工的所述工件(18)能够被卸下。
2.根据权利要求1所述的机床(10)，其特征在于，所述移动轴线(36)是水平的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机床(10)，其特征在于，所述头架(20)和所述尾架(22)布置在滑架(32)上，所述滑架能够沿着所述移动轴线(36)移动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机床(10)，其特征在于，所述机床(10)包括具有两个工件容纳部(52、54)的工件交换装置(42)，其中，所述工件容纳部(52、54)均能够在交换位置和另外位置之间移位，交换位置对应于所述头架(20)和所述尾架(22)的转送位置。
5.根据权利要求4所述的机床(10)，其特征在于，设置有工件转运装置(40)，所述工件转运装置将待精加工的所述工件(18)供应到所述工件交换装置(42)并且从所述工件交换装置(42)取走已精加工的所述工件(18)，优选地从所述工件交换装置(42)的所述工件容纳部(52、54)之中的位于另外位置的一者取走已精加工的所述工件。
6.根据权利要求5所述的机床(10)，其特征在于，所述工件容纳部(52、54)能够通过共同的驱动装置(46)进行移位。
7.根据权利要求6所述的机床(10)，其特征在于，所述共同的驱动装置(46)被构造成旋转驱动装置，并且所述工件容纳部(52、54)能够分别沿着圆形运动路径围绕中心旋转轴线(48)进行移位。
8.根据权利要求7所述的机床(10)，其特征在于，所述工件容纳部(52、54)具有棱形工件支承部(58、60)，并且补偿装置(56)被提供，通过所述补偿装置，所述工件容纳部(52、54)的定向沿着所述工件容纳部(52、54)的圆形运动路径保持不变。
9.一种通过使用根据前述权利要求中任一项所述的机床(10)来精加工工件的方法，所述方法包括：
-将待精加工的第一工件(18a)布置在所述工件交换装置(42)的工件容纳部(52)上；
-将所述工件容纳部(52)布置在交换位置，并且将所述头架(20)和所述尾架(22)布置在转送位置；
-将所述第一工件(18a)从所述工件容纳部(52)传送到所述头架和所述尾架；
-将带有所述第一工件(18a)的所述头架(20)和所述尾架(22)移动到加工位置(B)；
-将所述精加工工具放置到所述第一工件(18a)的工件部段上，并在使所述工件(18a)旋转且同时使所述工件(18a)和/或所述精加工工具在平行于所述旋转轴线(24)的方向上振动时进行材料移除；
-从所述工件部段移走所述第一精加工工具；
-将带有所述第一工件(18a)的所述头架(20)和所述尾架(22)移动到转送位置；
-将第一工件(18a)传送到所述工件交换装置(42)的位于交换位置的所述第一工件容纳部(52)；
-将所述第一工件容纳部(52)和所述第一工件(18a)移位到另外位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
a)将待精加工的第二工件(18b)放置在所述工件交换装置(42)的第二工件容纳部(54)上，并且
b)将所述第二工件容纳部(54)和所述第二工件(18b)移位到交换位置。
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