CN1103826A

CN1103826A - 联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统

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Publication number: CN1103826A
Application number: CN94105450.0A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·R·克劳提亚; 马克·E·梅歇尔; 大卫·A·蒙汉
Original assignee: Sunnen Products Co
Current assignee: Sunnen Products Co
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: JP3722852B2; KR0137110B1; CN1056109C; GB9407298D0; JPH0752029A; GB2277972B; CH688406A5; IT1274670B; ITMI940692A1; US5433656A; DE4412698A1; DE4412698B4; ITMI940692A0; GB2277972A; FR2703937B1; FR2703937A1

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

本发明涉及保持加到工件如珩磨心轴中的所镗磨油石上的力实质上恒定并且在工作啮合部份的移动范围里该力可选择的一种装置。该装置主要是机械的，它包括一联动装置控制的以弹簧为动力的进给装置，该装置具有一主杠杆构件，该主杠杆构件绕枢轴转动地安装在机器的机架上，该主杠杆处于操作推动一走刀杆的位置。在靠近该主杠杆的一端设置有一滚轴构件，该滚轴构件承受走刀杆的一端，在该走刀杆的另一端可以是一迸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，一压缩弹簧承受着该主杠杆的另一端，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装置上，并包括一压缩弹簧，以提供枢轴地转动该主杠杆及推动该走刀杆的力。该弹簧连杆滚轴装置的端部相对于主杠杆的另一端枢轴地连接到机架上。该弹簧连杆滚轴装置加到主杠杆上的力的值及位置是可选择和可变化的，并且由参数如弹簧的压缩力。弹簧连杆滚轴装置与主杠杆间的相对角度还有弹簧常数来决定。

本装置与用于将力加到一走刀杆或其他直线移动的构件上的现有装置相比，其优点是本装置能够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。力的值还可以选择和控制，由此从同一装置上，可相对容易地得到一较宽范围的可选择的所加力。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质上的恒定。

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磨擦。相对于其他保持恒定力的装置如气压缸或液压缸，这是一个显著的改进，特别是在运动相对缓慢的应用中。

当本装置经开发用于珩床，特别是用于相关的进给机构成楔形构件时，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。

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使用弹簧元件以产生力，当经过移动弹簧的力减小或释放完时，所施加的力将发生改变，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对力的改变的补偿装置。另外，通过减少循环时间和/或磨石的损耗，恒定的进刀力可提高生产率。

从粗加工到精加工进刀力可转换将改善产品的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刀力的典型的已知装置是下面所列专利公开的装置：Sunnen美国专利US3，152，424和Vanderwel美国专利US4，397，658。

本发明的首要目的是提供保持一构件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通过一压缩弹簧所施加的力在当该弹簧伸展和释放完时，该力的改变。

另一目的是保持弹簧施加到一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在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刀力。

另一目的是使保持一直线移动的走刀杆的驱动力恒定成为可能。

另一目的是使相对快速和容易地在加到直线移动的进给构件上的不同力之间进行转换成为可能，以使改变所施加的力。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所生产的产品具有更一致的特征要素。

另一目的是增加走刀杆或类似构件所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刀力以减少大多数珩磨应用的费用。

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1是一装置的图解视图，该装置将力施加到一直线移动的走杆上，所述装置处于将两种不同的可选择的力中的一种加到走刀杆的位置上。

图2是与图1类似的图，其虚线部分显示了该装置处于将一较大的恒定的力加到走刀杆的另一位置上。

图3是有关本主题的装置的一图解视图，该图显示了相关的各种参数。

图4是图1-3所示装置的弹簧连杠滚轴部分的片断图。

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。

图7是加到走刀杆上的，作为图3所示的装置的输入连杆的角度θ₂的函数的输出力的图。

图8是有关本主题的装置的另一实施例的图解的视图，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是一截面图，该图显示了有关本主题的装置的另一实施例，该装置具有一脚踏板机构。

图10显示了有关本主题的装置的另一修改的形式，其中由一油阻尼器控制的凸轮限制主杠杆的速度，从而限制走刀杆推进的速度。

图11显示了装置的最简单的形式，其中输入连杆被省掉，上拉杆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。

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）走刀杆位置的自动控制。

通过参考标号更详细地参看附图。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以一轴销24为枢轴，该轴销24连接到一固定构件或机架上。一滚轴26安置于邻近该杠杆22的一端，该滚轴26与输出轴或走刀杆28接合。该滚轴26加到走刀杆28上的力实质上与走刀杆28的轴向成一线，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，力加到靠近该杠杆22的另一端，该装置包括另一轴滚30，该滚轴30安置在邻近一上拉杆构件32的一端和邻近弹簧偏置的连杆构件34的一端，该连杆构件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置于隔开的相对可移动的端部38和40之间。该弹簧连杆构件34的一端通过销钉42枢轴地连接到一固定的支架或构件44上。滚轴30加到主杠杆22上的力由弹簧36的压缩，弹簧常数以及弹簧连杆构件34、主杠杆22与上拉杆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与枢轴24间的相对距离和滚3轴0与同一杠杆22接合的位置与同一枢轴间的相对距离的比率来决定。

上拉杆32从其与滚轴30枢轴连接的一端延伸到另一端，该另一端通过另一销钉46与一输入连杆构件48枢轴地连接。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，则输入连杆48能被省去，上拉杆32可连接到机器的固定机架上，该上拉杆可绕一销钉自由转动，装置安装在该固定架上，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中移动。当走刀杆28移动时，主杠杆22在上述弹簧连杆机构所加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。这将相应于一减小的输出力，假如不是上拉杆32和相关机构的补偿运动。当上拉杆32绕其与输入连杆48的连接销钉46转动时，该上拉杆32限制弹簧连杆滚轴30以圆弧方式移动。由此，当主杠杆22绕枢轴转动时，弹簧36扩展构件34，同时，上拉杆32绕其枢轴46移动的弧引起弹簧连杆滚轴30在与枢轴24的距离逐步增大中接触主杠杆22。该移动补偿弹簧36的松弛或伸展。该补偿的量依赖于特定的设计，即，主杠杆22和上拉杆32的各部位的枢轴位置的相对位置。如果一特定的应用所需要，本构造的设计能够改制成提供部分补偿（少量地减小输出力）或过度补偿（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对弹簧36产生的可变的力的实质上完全的补偿。

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绕枢轴旋转地安置，该销钉连接50固定到机架上。当输入连杆48绕枢轴转动时，由于上拉杆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间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，当所选择的力是小的时候，输入连杆48的一个小移动或移动中的误差不能引起输出力的值的太大的误差。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拔一连杆，该连杆产生与输入连杆角位置相对应的输出力曲线，该角位置具有随输出力增加而增加的斜率。理想地力随着角位置成指数变化。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非常高的在较小的力值下的调节“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度（stiffness）。虽然通常不能令人满意，可以直接将弹簧连杆滚轴30置于主杠杆枢轴24上以达到一“零”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。

将输入连杆48置于适当的位置以选择或改变力，能够通过多种方式及不同的复杂程度而实现。最简单的是提供手动的力的选择。该选择能通过使用多种不同的机构如设定螺杆、具有齿轮的手轮、紧固输入连杆48上的槽的螺栓及类似机构来实现。该选择还能标上刻度，以显示在每一可选择位置将提供的力的值。

参看图1，该图显示了具有两种力可选择的系统，该系统特别适于机床如珩床。在此构造中，通过两个限位螺杆52和54的设定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。配备一空气气缸或液压缸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绕枢轴转动地连接到支架结构或机架上，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绕枢轴转动地连接到输入连杆48上。所示的输入连杆48处理与限位螺杆54的一端啮合的位置，该螺杆54是一较小的力的限位螺杆，该位置相应于一相对小的输出力。当定位装置或气缸56伸展时，输入连杆48绕枢轴顺时针方向旋转到一相应于一较大的输出力的位置（未显示）。此运动继续直到输入连杆48与上面的力限位螺杆52的一端啮合而停止。通过此方法，装置被设定到走刀杆28上的输出力相对大。当气缸或定装置56是一液压缸时，如图1所示，一两级力选择系统便产生了。通过此安排，利用珩床或其他机床上的控制装置，输出力能够在两个可选择值间快速转换。然而，即使气缸56提供了在预先设置的可选择的力之间的快速转换的手段，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。当如图1所示的装置使用空气气缸或液压缸56以在可选择的力之间转换时，还可以使用具有一编码器或某些其他的位置反馈装置的电机或螺杆的配置。这样的一种配置能够用电来控制，并且在珩床的情形下，能够用于以程序的方式产生以时间或走刀杆的位置或过程中（n-process）的测量为所选择的变量的力的“轮廓描绘（prfile）”或连续可变的力的变化方式。利用此配置，如螺杆52和54的作为对力进行选择的限位螺杆不再必要，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。

尽管通过电或类似手段够提供一些方式以产生力的“轮廓描绘（profile）”和控制力的应用，但对于本装置为了在一相对小的移动范围上保持相对恒定的力（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，显示了输入连杆48处于其较小力限位设置的情形，下限位螺杆54设定在一位置上，而图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设定在一不同的位置上。图2虚线部分还显示了输入连杆48绕支架44顺时针转动一角位移以达到其较大力限位设置，与设定螺杆52啮合的情形。

图3是联动装置控制的以弹簧为动力的进给系统20的图解描述，图上没有显示气缸56及相关机构。对于任何特定实施例均固定的参数、尺寸是（1）恰当固定的连杆尺寸（A，B，C，M，R，α）;（2）机器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（X_o，图3中未显示）。图3所示构造中的变量是各连杆的角位置（θ₂，θ₃，θ₄），弹簧连杆34的长度（X₁），弹簧连杆滚轴30与主杠杆22啮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的一端啮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的部分视图，图5是主杠杆22的用于联动装置的静态分析的图。需要进行静态分析以决定在滚轴30啮合主杠杆22的任一给定联动位置处，加到走刀杆28上的输出力F。

从运动的图（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

静态分析提供力和力矩方程如下：

∑FX′＝0（图3）：（F₁）SIN（θ₄-θ₁）＝（F₃）SIN（θ₄+α-θ₃）

∑M_o＝0（图4）：（X₂）（F₃）＝（F）（A）COS（θ₃）

弹簧连杆（未显示）的力为：F₁＝K（X_o-X₁）

力方和能够容易地合并成一个方程，消去F₁和F₃：

[K（X_o-X₁）（X₂）SIN（θ₄-θ₁）]÷[（A）COS（θ₃）SIN（θ₄+α-θ₃）]-F＝0

这些方和的结果是，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）

对于本主题的装置的实际设计参数，可以通过反复试验或一些最优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的移动范围中尽可能地保持恒定，参数应选择得使输出力在走刀杆的移动范围中实质上保持恒定。在此情形下，在走刀杆有用的移动（Y）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可以构造成具有一平整的表面与滚轴26和30啮合，如图所示，或与一个或两个滚轴啮合的该表面可以成曲面以在输入连杆48的移动范围里改变输出力的特征。

在例如珩床的设备中，当加到工件上的珩磨压力保持恒定时，性能是最优的。然而，最优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。从而，进刀力必须以一连续的方式可选择，使得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，在那里输出力是可选择的，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，所以这里所给出的特定零件没有具体的量纲，以便描述恒定的力的机构的“一族”。当图3所示联动装置具有下述关系时，一实质上保持恒定的力的机构便产生了：

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

X_o/A＝1.379

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主杠杆枢轴24的力矩的平衡，通过在枢轴24处“弯曲（bending）”主杠杆22及通过绕主杠杆枢轴24转动上拉杆一同样的角度以重新定位该上拉杆（包括机架）。

在本装置的最简单的实施例中，只能产生唯一的输出力值（图11），输入连杆被去掉，上拉杆32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，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应的特定角度θ₂，则上面给出的对于一般装置的结果能够利用，上拉杆的枢轴位置能够从上面给出的结果数学地推导出来。

图6是无量纲的，输出“力”作为输出“位置”的函数的图。通过与弹簧常数和长度“A”的比，输出力变成无量纲。可以看出在“A”的至少±10%的大小范围里，能够提供一恒定的力。此恒定的力实质上在一范围里能选择具有任何值，该范围是弹簧常数与尺寸“A”的乘积的0.002倍的最小力到弹簧常数与尺寸“A”的乘积的0.2倍的最大力。

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优的灵敏度。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，绝对误差没有相对误差重要。

输入量是输入连杆的角位置θ₂，则理想的关系是：

(d[log（F）])/(dθ2) ＝常数，（即，一半对数图的直线）

图7是所选择的输出力与输入连杆角度的关系图。这里描述的特定机构族非常接近地达到此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能够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，通过驱动装置改变输入连杆48的位置，该装置还能从一个力值转换到另一个力值。移动输入连杆的定位装置可具有几种形式，包括连续变化的如一电机和一螺杆的机构的装置，或者利用一液压缸或类似物在离散的位置间进行移动。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，或者根据过程中（in-process）的测量来改变输入连杆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中显示，其中显示了一具有与主杠杆22的背面啮合的可移动臂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，该转换器安置到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”达到该点时转换器将被驱动，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，珩磨力从粗珩磨阶段改变到精珩磨阶段的点能够构造成相应于走刀杆28的一给定位置，它表示了还要去掉的材料的一定的量，或者该点可以构造成相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，该位置相应于某已知的或恒定的内径该内径限定了在精珩磨阶段期间还要去掉的材料的一已知或恒定的量。

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，传感器可相应于一代表预定的工件尺寸的条件，以便当该尺寸达到时，走刀杆不再进给。此点有时称作零中止（Zero shut-off）点。如果零中止点相对联动装置是固定的，则需要一些机构以给与镗磨头相连的走刀杆的端定位，使得该零中止点相应于所期望的完成的工件尺寸。

当镗磨头及其磨料显现损耗时，走刀杆定位装置需要对此进行补偿。图8显示了一种完成任务的可能的机构。实质上，走刀杆是两段丝杠装配而成的。该装配的长度通过相对一段装配件调节另一段装配件而改变。这可以通过，例如，一齿轮和/或滑轮/皮带的配置来完成。它既可以手动地驱动，又可以利用机械控制如电机或机械驱动器来驱动。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），使得零中止点对应于所期望的结束时刻的内径，从而对磨料/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，由于此进给系统能配各种镗磨头，每个镗磨头有不同的楔角，因此提供一电的选择装置以对每一镗磨头精确地标定所显示的位置。

图12是构造成电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的电机90与微处理器94和键盘/显示器单元96的交互作用来完成，以自动地进行力的选择和力的轮廓的描绘。微处理器94可以使用时间或从传感器80来的走刀杆位置数据或过程中的测量数据来作为其输入以控制电机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机98来完成，该电机98由键盘96来的输入通过微处理器94控制。

上拉杆承担的力可占弹簧连杆产生的力一个显著的百分比。在这里描述的特定联动装置中;该力可相对地较大。这产生绕枢轴50的较大的力矩，输入连杆48通过枢轴50连接到机架上。输入连杆48通过手动的力作用限位螺杆52或54（未显示）和/或定位装置56来定位。要移动输入连杆48或甚至保持其固定，需要定位机构克服上拉杆32加到输入连杆48上的力矩。在这里描述的特定进给系统中，此力矩在限位螺标52或54上产生一如此大的力，以至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以移动输入连杆48或保持其紧靠限位螺杆52或54中的一个，这样的事实使情况变槽。

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安置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的每个位置上与上拉杆32的力产生的力矩成相反方向。虽然此平衡是不完全的，但在所有位置该抵销力矩的量值与上拉杆32产生的力矩相比，占有很大比例。其结果是，减小了加在限位螺杆52和54上的力，使得他们能够相对容易地驱动，甚至手动，以及可以使用一较小的定位装置（所需的负荷量减小）。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。

在一珩床进给系统中，当加到走刀杆28上的所有所选择的走刀杆力不能令人满意时，需要一些装置以控制主杠杆22的位置，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）初始化走刀杆位置。这可以通过具有不同复杂程度的致动器作用到主杠杆22来完成。一个例子是使用一旋转控制凸轮100（图9），该凸轮的位置由一摆动滚压缸或直线运动液压缸来确定，并使之与主杠杆22接触以定位和限制主杠杆22的推进。

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一缆绳102和一脚踏板104，该缆绳102，系牢在上述的控制凸轮100上，如图9所示。当压低脚踏板104时，相连的缆绳102随着踏板104移动，并拉动控制凸轮100旋转，使其紧靠在主杠杆22上。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的移动的装置需要支持以抵销很大的主杠杆力矩，并允许手动控制和一较小的定位装置（所需负荷量较小）的使用。维持主杠杆22复位所需力最小的一种方法是，使该支持取决于输入连杆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，该致动器调节所需的支持的量以使得手动控制成为可能，并使得主杠杆定位致动器的所需动力最小。

使支持的量与输入连杆位置相称的一机械装置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和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转动以提供大的力给主杠杆22时，控制凸轮100需要更大的力矩转动以紧靠主杠杆22，但弹簧106和相关的连杆配置将提供一支持力矩作用到凸轮100上。

对于该机器的一些应用，控制和限制走刀杆28的推进速度的一种装置也许是令人满意的，如Vanderwal美国专利US4，397，658所述。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承受着主杠杆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（如果使用一些外表的过程在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损耗。

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，一个或多个值的控制力的使用，其中机床的控制可以是手动或自动的（包括计算机控制的），以及一公开覆盖了提供一相对简单的该装置的实施例及更复杂的实施例，该复杂的实施例提供了力的选择及其他选择的更大的调节范围。

因此，这里已经显示和描述了满足所追求的目的与优点的一新的联动装置控制的以弹簧为动力的给进系统的几个实施例。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、改变及其他使用和应用，包括在各种机器操作中的应用，均是可能的和期待的。所有这些不偏离本发明的精神和范围的变化、修改、改变和应用中的其他使用，均认为被本发明覆盖，本发明仅由所附的权利要求来限定。

Claims

1、一种具有一可直线移动的进给构件的机械，该机械包括一改进的装置，以在该进给构件的限定的移动范围里将一实质上恒定的力施加到该进给构件上，该装置包括：

一可移动的进给构件，该进给构件包括支持该构件做直线移动的装置，该进给构件具有两端，其一端与所要进给的工件相啮合，其另一端通过一装置啮合以使得施加在其上的力产生该进给构件的直线移动，一杠杆，该杠杆具有一第一端，该第一端有紧邻该端的装置以啮合该进给构件的所述另一端，该杠杆还有另一端，在该杠杆的所述两端之间有一装置以支持该杠杆作绕枢轴的转动，以及

一装置，该装置可与该杠杆在该枢轴支承装置和该杠杆的该另一端之间的位置上啮合以将受控力以一方向施加在其上，从而在该进给构件上施加力，该装置包括一联动装置，该联动装置有一第一可伸展连杆构件，一压缩弹簧安置在该第一可伸展连杆构件上并处于在该杠杆上施加压力的位置，该联动装置有一第二连杆构件以在该杠杆绕该枢轴支承装置转动时调节该联动装置与该杠杆的啮合位置。

2、如权利要求1所述的机械，其特征在于：所述第一可伸展连杆构件有一滚轴，该滚轴紧邻与所述杠杆啮合的那一端，与所述第二连杆构件相联系从调节其本身的位置和所述联动装置与该杠杆啮合的位置的装置包括，用于在该联动装置与该杠杆啮合的两个不同位置间进行选择的装置。

3、如权利要求1所述的机械，其特征在于：所述第一可伸展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所述的机械，其特征在于：通过选择弹簧的特性、连杆相对长度及枢轴的相对位置，以在所述可直线移动进给构件的预定的移动范围里施加一恒定的力到该可直线移动进给构件上。

5、如权利要求1所述的机械，其特征在于：通过选择弹簧特性，连杆的相对长度及枢轴的相对位置，以施加一随着所述可直线移动进给构件的移动而减小的力。

6、如权利要求1所述的机械，其特征在于：通过选择弹簧特性、连杆的相对长度及枢轴的相对位置，以使施加到所述可直线移动的进给构件上的力随着该可直线移动进给构件的移动而增加。

7、如权利要求4所述的机械，其特征在于：通过选择弹簧特性、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。

8、如权利要求1所述的机械，其特征在于：所述可直线移动进给构件与珩磨心轴中的一楔形构件啮合。

9、在一可直线移动的构件上保持一相对恒定的力的装置，包括：

一可直线移动的构件，该构件有第一和第二两个端及支持该构件做直线移动的装置，一杠杆构件，该杠杆构件具有邻近其一端的装置以形成与该可直线移动构件的一端间无磨擦的接触;

一装置，与该杠杆构件的该一端有间隔，该装置将该杠杆构件枢轴地安置在一固定支点上，该固定支点处于杠杆的中间位置;以及

一装置，可与该杠杆构件在该杠杆的枢轴安置装置的相对上述无磨擦接触的另一侧啮合，以将力施加到该杠杆构件上并通过该杠杆构件施加到该可直线移动构件上，该最后所称的装置包括一对成一角型连接的连杆构件，该每一连杆构件在邻近其一端的位置通过一装置绕枢轴转动地连接，以产生与该杠杆构件的无磨擦接触，所述成一角型连接的各连杆构件的另一端连接到一固定的支持物上的间隔开的位置上，所述成一角型连接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分的相对地可移动的滑动部分和置于该端部分之间推动它们分离的一压缩弹簧构成，以通过与该杠杆构件的无磨擦的接触和通过该杠杆构件将压力施加到该可直线移动的构件上。

10、一种装置，将一相对恒定的力施加到一可直线移动构件上，该装置包括一做直线移动的构件，该构件有相对的表面，一杠杆在其中间位置绕枢轴转动地连接到一固定的支承结构上，该杠杆在其一端的邻近具有一装置以形成与该可直线移动构件的相对表面之一无磨擦地啮合，以及一装置，用于在与该可直线移动构件相对的该枢轴的另一侧上施加压力到该杠杆，以绕枢轴将力施加到该杠杆及施加到该可直线移动构件上，该最后所称的装置包括一对成角型相连的连杆，该连杠杆在靠近其一端的位置处绕枢轴转动地连接在一起，该连杆构件的另一端分别绕枢轴转动地连接到在一固定的支承结构上相应间隔开的位置上，该连杆构件之一具有一压缩弹簧安置在其上，以在对该杠杆施加力的方向上伸展其长度，该连杆构件的其他端的枢轴的连接，使得由该压缩弹簧的扩张而施加到其上的力引起该可直线移动构件的移动，该连杆构件的其他端的这种连接，导致当由于该压缩弹簧的扩张而施加到该杠杆上的力引起该连杆构件与该杠杆的无磨擦的啮合点相对于该杠杆枢轴的距离减小或增加时，该成角型相连的一对连杆构件与该杠杆构件间的无磨擦的连接发生改变。

11、一种装置，将一实质上恒定的压力施加到一可直线移动的构件上，该装置包括，一可直线移动构件，该可直线移动构件包括一支承该构件的装置，一细长的杠杆，该杠杆具有邻近其一端的一装置以紧靠该可直线移动构件，一装置用于在该杠杆构件的中间位置处绕枢轴转动地支承该杠杆构件，以及一装置，该装置在相对于该杠杆与该可直线移动构件啮合的位于该枢轴支承装置的另一边的位置处可与该杠杆构件啮合，上述最后所称的装置包括成角型相连的连杆构件，该连杆构件包括一第一连杆构件，该第一连杆构件由相对可移动的部分构成，该相对可移动的部分通过弹簧装置偏置到伸长的状态，该第一连杆构件的一端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绕枢轴转动地连接到第二连杆构件上及在该连接物上的一装置用于啮合该杠杆，该第二连杆构件具有一固定的长度，一用于调节该第二连杆构件的另一端的位置的装置包括一绕枢轴转动的连接到该支承结构上的主连杆构件和包括用于调节该主连杆构件的角位置以改变该第二连杆构件绕枢轴转动的连接点的位置的一装置。

12、如权利要求11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。

13、如权利要求11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机装置。

14、如权利要求11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该杠杆加到所述可直线移动构件上的一第一力，另一固定位置确定该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该主连杆构件的装置。

15、如权利要求14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。

16、如权利要求11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绕枢轴转动地连接到一固定支承物的一第一端和绕枢轴转动地连接到所述主连杆构件的另一端，该第三连杆构件具有一弹簧装置，该弹簧装置处于一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。

17、如权利要求11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移动的构件与所述杠杆啮合，该可移动构件的位置指示该可直线移动构件的即刻位置。

18、如权利要求11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啮合的一可移动的操作构件，以及包括与该转换器的状态相应以确定该杠杆所要加到该可直线移动构件上的力的装置。

19、如权利要求11所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆啮合的凸轮装置以及用于移动该凸轮的装置，该凸轮在禁止该杠杆对所述可直线移动构件施加力的位置和在允许该杠杆对该可直线移动构件施加力的位置之间移动。

20、如权利要求11所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆啮合的凸轮装置以及在一方向上施加力到该凸轮构件以控制该杠杆以一可选择的恒定的速度向前推进的装置。

21、如权利要求11所述的装置，其特征在于：包括一电机装置，该电机装置可操作地连接到所述主连杆构件以移动该主连杆构件，以而确定加到所述可直线移动构件上的一不同的力，以及包括控制该电机装置的装置，该控制装置包括连接到该电机装置的一微处理器，还包括用于检测该可直线移动构件的位置的一装置，该检测装置与该杠杆和该微处理器相连。

22、如权利要求11所述的装置，其特征在于：包括可与所述杠杆啮合的凸轮装置，在一方向上施加力到该凸轮装置以抵销该杠杆加到所述可直线移动构件上的力的一装置，以及使该凸轮装置与该杠杆脱离的一致动器装置。

23、如权利要求22所述的装置，其特征在于：还包括用于施加另外的抵销力到所述凸轮上以减小对该凸轮装置施加力的所述装置所需的力的一装置，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力的调节连杆构件该弹簧装置连接在该固定支承结构和该凸轮连杆构件的一端之间，该凸轮连杆构件的另一端绕枢轴转动地连接到该凸轮装置上，该弹簧装置通过该凸轮连杆构件施加力到该凸轮装置以抵销所述杠杆施加到所述可直线移动构件上的力，该力的调节连杆构件的一端在邻近该端处绕枢轴转动地连接到该凸轮连杆构件上，其另一端绕枢轴转动地连接到所述主连杆构件上以在该主连杆构件的角位置调整时改变该弹簧装置施加到该凸轮装置的力的有效性。

24、如权利要求11所述装置，其特征在于：选择成角型相连的所述连杆构件的相对长度，所述弹簧装置的弹簧常数，以及所述主连杆构件和所述杠杆构件的枢轴连接物的相对位置，以使得施加到所述可直线移动构件上的输出力的值随该主连杆构件角位置的变化而成指数地改变，当输出力的值与相对大的情形比较相对小时，输出力的增长改变需要较大的该主连杆构件的角位移。