CN1439486A - 顶尖支撑磨削方法和机床、以及顶尖居中对齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一个磨削机床和顶尖的居中对齐方法，其中工件的顶尖支撑旋转机构和进给机构所需要的空间减少到便利的小型化，并且容易保证供给和卸除工件以及尺寸测量的空间。限定了一个旋转驱动顶尖的内置马达类型主心轴和限定了一个尾架顶尖的内置马达类型尾架心轴通过偏心支撑它们的进给装置旋转，从而旋转驱动顶尖和尾架顶尖相对于砂轮产生进给运动。

Description

顶尖支撑磨削方法和机床、 以及顶尖居中对齐方法

技术领域：

本发明涉及一种圆柱形工件在外径加工时被两个顶尖夹持并且在旋转时送进到砂轮时的顶尖支撑磨削方法，顶尖支撑磨削机床，以及顶尖居中对齐的方法，特别是涉及一种适合磨削加工小直径的圆柱形工件外表面时的顶尖支撑磨削方法、顶尖支撑磨削机床、以及顶尖居中对齐的方法，并且它易于使得磨削机床小型化。

背景技术：

在磨削加工小尺寸的圆柱形工件的圆柱表面时，例如，在磨削加工光学连接器的锆金属套圈的圆柱形表面时，0.125mm的光纤插入孔是在外径为2.5mm～1.25mm与外径同心的圆柱形顶尖上制成的，在插入孔与外径之间的同心度要求为亚微米级。

当今世界，汽车和家用电器市场已经达到饱和，而对计算机和信息设备的需求增加了，由于不断增加的需求，技术领域已扩展到需要对组成用于这些产品机械结构部分(硬盘的旋转轴，摄影机的录像头旋转轴，以及它们的轴承，等等)的小尺寸圆柱形工件的表面进行精确的磨削加工。

顺便提及，传统的磨削机床已经用于精确磨削这样的小尺寸圆柱表面，这些磨削机床具有很大的质量，高刚度，重载且结实的工作台用来移动工件和砂轮，这些工作台上具有重载和结实的工件保持心轴和砂轮保持心轴。通常，这种传统的用来加工小工件的磨削机床具有1m²的面积和将近一吨的重量。例如，一个直径为4mm，长度为10mm，重量为1g的工件在重量是它一百万倍的机床上加工。

另一方面，在磨削加工普通机械部件圆柱形表面时，例如，直径4cm，长度10mm，重量1kg的工件，它在面积和重量不超过10m²和10吨的机床上加工，这就意味着机床和工件重量比大约为一万。

因而，用来加工小尺寸工件的磨削机床占据和具有与工件相比超出比例的很大面积和重量。这种过分大的磨削机床是基于“越大加工用于越小”的观点。也就是说，这种用来加工小尺寸工件的磨削机床具有加工相对比较大的工件的能力，砂轮驱动马达很大很重并且相应的具有较大的输出。基于安装了大且重的驱动马达的砂轮不可避免的会很大很重。而且，安放工件和砂轮的工作台也会很大很重。而且，用来移动这些重的工作台的进给螺杆也会很粗，用来驱动螺杆的马达也会很大很重。

在这种过分大和重的机床上加工小尺寸工件的趋势可以归因于下面的传统环境：

(1)用来加工小尺寸部件的机械工具没有被商业生产。

(2)在生产机械工具时，一般认为尺寸越大性能越好。

然而，在加工小尺寸工件时，例如套环、硬盘装置的旋转轴、摄像机录像头的旋转轴、以及它们的轴承，被加工去除的部分很小，并且加工需要的力量也很小。

因而，用来加工小尺寸的工件时，通过大功率马达来驱动一个大且重的机床，建造一个大容量的用来安置这个即大且重的机床的建筑物，提供一个充分良好的空气条件用来适应这个机床，这些都是多余和浪费的。

通过使用输出，重量和尺寸适合加工小尺寸工件的马达，并且合适的减小心轴箱、工作台等等的尺寸，就可以加工小尺寸的工件而不会用到过分大的机床，过多的能量消耗，或者过分的厂房设备。

研究了这种可能性后，本发明人发现可以减少机床的尺寸和重量以实现重量大约为20到30kg，尺寸为20到30cm，可以用手举起和移动的机床。

如果这样一个小尺寸的机床实现了，从经济角度可以提供以下好处。可以减少为机床提供的能量。也可以减少机床的价格，厂房设备以及其运转例如空气调节的成本。而且，当机床出现问题时，与依靠传统的需要较高成本和较长时间的现场服务不同，可以通过使用邮递服务从制造商那里获得替代件，从而在较短的时间以较低的成本解决问题。

具体说，在实现减少用来加工小尺寸部件的磨削机床的重量和尺寸的过程中，考虑到了以下问题：供给和卸除小尺寸工件、旋转驱动、进给、加工过程的尺寸测量等等。

在磨削圆柱形工件时，卡盘驱动/顶尖支撑系统广泛应用，被主轴卡盘夹紧的工件卡盘的前端被顶尖支撑。而且，在熟知的使用卡盘驱动/顶尖支撑系统的机床中，顶尖和卡盘同步旋转来消除工件与顶尖之间的相对转动以用来提高旋转的精确性(参见专利文献1)。

[专利文献1]

JP2000-71104A(参见段落0019到0020，附图1和2)

在这个卡盘驱动/顶尖支撑系统中，然而卡盘具有较大的外径，需要较大的空间，结果造成工件供给/卸除装置、旋转驱动装置、进给装置以及加工过程的尺寸测量装置等等的安置空间比较小。而且，磨削过程是基于外部构造而非基于顶尖孔基础。

一般而言，以高同心度的顶尖孔基础加工圆柱形工件，可以采用的比较好的方式为两个顶尖支撑类型的机床系统，圆柱形工件被一对顶尖的前端夹持，顶尖插入到位于圆柱形工件端部表面的顶尖孔内。然而，在加工小直径的圆柱形工件，例如锆金属套圈，必须安置诸如砂轮、工件送给/卸除装置、测量装置等等，在工件周围一个小的空间内互相靠近，如果采用一般的“承载式旋转”(carriet turning)，这样会导致比较差的操作性，从而影响尺寸和重量的减少。

与“承载式旋转”(carriet turning)不同，专利文献2给出了一种套圈旋转方式，它应用了如图11所示的橡胶滚子。在图11中，圆柱形工件套圈1弹性支撑在静态的顶尖101与尾架顶尖102之间，尾架顶尖通过压紧弹簧103的弹力在轴向可以移动但不能旋转，并且圆柱形工件1被旋转橡胶滚子104从与旋转砂轮20相反的方向压住，通过摩擦力来旋转圆柱形工件1。为了在圆柱形工件1与橡胶滚子104之间的接触表面获得足够的摩擦力，圆柱形工件1与橡胶滚子104之间通过压力接触，这个压力足够大，以致能使得在橡胶滚子104上产生凹进。

[专利文献2]

JP10-113852A(日本专利第3171434)(段落0017到0019，附图2)

在这种套筒旋转方式中，没有必要改变夹持位置并且在“承载式旋转”过程中可以实现磨削两次，在此处要磨削的圆柱形表面被夹持。因而，这种方式有较好的操作效率并且与圆柱形工件1的同心度提高了。

当被两个顶尖夹持的工件1旋转时，顶尖101和102的前端与工件1的顶尖孔之间互相滑动。由于圆柱形工件1通过橡胶滚子104在相反方向与砂轮20相压，在磨削进给的过程中可以获得力的平衡。然而，在实际磨削前后条件下，砂轮20没有与圆柱形工件1相接触，并且在结束磨削步骤时，圆柱形工件1通过橡胶滚子104在径向被压住。圆柱形工件1在实际磨削前后旋转的时间和结束磨削步骤的时间比磨削进给的时间要长，并且，顶尖101和102通过圆柱形工件1的顶尖孔在径向上被压。因而，当大量的圆柱形工件1被重复磨削时，摩擦力会造成“局部磨损”。圆柱形工件的直径和顶尖孔的直径越小，这种“局部磨损”就变得越显著。这归因于顶尖与顶尖孔之间的接触面积的减少。

而且通常这种顶尖的“局部磨损”在顶尖101和102之间并不一致。特别是当位于圆柱形工件1右边和左边的顶尖孔直径不同时，局部磨损经常不一致。虽然在“承载式旋转”情况下还不算很严重，但是在右边和左边的“局部磨损”的不一致导致一定程度上圆柱形工件1的被磨削圆柱形表面圆柱度的缺陷。

为了避免这种圆柱度的缺陷，圆柱形工件1的圆柱度在磨削后被检测，当允许的范围达到后，或者当固定数量的工件被磨削后，停止磨削机床，对顶尖位置进行经验上的精确调整，或者替换顶尖来调整位置。

当需要很高精确程度的圆柱度时，即使通过这种旋转方式，顶尖调整和替换的频率增加了，造成可用性下降以及顶尖消耗增加，这些构成产品成本下降的障碍。

而且，现在对高精确磨削加工的需求增加，需要磨削加工具有非常小的大约1.25mm外径的圆柱形工件并且要求具有高的圆柱度。然而，当圆柱形工件1的外径减少时，由橡胶滚子104所产生的滚动变得困难。

而且，橡胶滚子的存在并不会造成尺寸的减小；它使得工件周围的空间在某种程度上下降，并且减少了安置测量装置，供给/卸除装置等等的自由度。

发明内容

本发明正是为了要解决上述问题，它的一个发明目的就是提供一个磨削机床和顶尖的居中对齐方法，使得适合顶尖孔基准的对小直径工件进行高精确磨削加工，工件的顶尖支撑旋转机构和进给机构所需要的空间减少到便利的小型化，并且容易保证供给和卸除工件以及尺寸测量的空间。

为了达到上述目标，本发明所述的顶尖支撑磨削方式其特征在于圆柱形工件被两个顶尖支撑，并且工件被两个顶尖旋转的过程中被磨削加工。

而且，本发明的顶尖支撑磨削方法其特征在于包括：通过两个顶尖夹持工件旋转对圆柱形工件进行粗磨削的粗磨削加工步骤；在粗磨削加工后以旋转一个顶尖而另一个顶尖固定在位置上来完成对工件进行精加工磨削的精加工磨削步骤。

在这些方法中，可以采用下述结构，两个顶尖通过独立的内置马达驱动相互间同步旋转，或者两个顶尖通过独立的内置马达驱动旋转，以用来使得一个顶尖可以通过内置马达的静止约束力得到固定。

而且，本发明的顶尖支撑磨削机床，其特征在于包括：一个主轴单元；一个由主轴单元可限定地旋转的主心轴；一个由主心轴限定并与并且与圆柱形工件的一个顶尖孔相配合使用的旋转驱动顶尖；一个内置于主轴单元并且适合于旋转主心轴的主心轴旋转驱动装置；一个尾架单元；一个由尾架单元限定以使可在轴向上滑动的尾架心轴；一个由尾架心轴限定的尾架顶尖，它在同一轴上与旋转驱动顶尖相对，并且与圆柱形工件的另一个顶尖孔相配合使用，以用来与旋转驱动传感器一起夹持圆柱形工件；一个用来将尾架顶尖弹性压向旋转驱动顶尖方向的尾架顶尖压紧装置，使得将圆柱形工件夹持在旋转驱动顶尖与尾架顶尖之间；以及一个安装有旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置和尾架顶尖的进给装置，它以旋转运动形式移动旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置和尾架顶尖，因而使得夹持在顶尖之间的圆柱形工件相对于砂轮产生进给操作。

此外，上述的顶尖支撑磨削机床，尾架心轴由尾架单元可旋转限定，而且进一步在尾架单元内置尾架主心轴旋转驱动装置，用来和主心轴相同方向旋转尾架心轴。并且，主心轴旋转驱动装置与尾架主心轴旋转驱动装置之间互相同步旋转。另外，至少主心轴旋转驱动装置和尾架主心轴旋转驱动装置其中之一具有静止约束力。

此外，尾架主心轴旋转驱动装置是一个内转子类型的电马达，马达的内转子连接到尾架心轴，并且外定子固定到尾架单元使得当尾架心轴在轴向上移动时马达的内转子相对于定子在轴向上移动。

此外，上述的顶尖支撑磨削机床可以采用下述方式，尾架顶尖压紧装置也充当用来在轴向上移动尾架心轴的尾架心轴轴向运动的装置、或者在尾架单元内提供尾架顶尖压紧装置，并且尾架单元可以在尾架心轴的轴向方向移动，通过轴的轴向移动装置在尾架心轴的轴向上移动。

此外，可以采用下述的机床，进给装置通过一个相应于旋转驱动顶尖和尾架顶尖偏心安置的偏心轴承来限定旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置、和尾架顶尖，并且通过偏心轴承的旋转产生进给操作，或者进给装置具有一个安装有旋转驱动顶尖，主心轴旋转驱动装置和尾架顶尖的进给杠杆，通过进给杠杆的旋转产生进给操作。

本发明的旋转驱动顶尖设备的居中对齐方式是顶尖分别安装到位于一对在同一轴线上的心轴上相对的顶尖安装孔内，圆柱形工件在顶尖之间被夹持时进行旋转，其特征在于顶尖分别安装在心轴上并且当旋转这些心轴时顶尖被一个磨削工具磨削用来居中对齐。

在本发明的上述方法中，可以采用下述方式，单个磨削工具安装在磨削表面用来磨削一对相对的顶尖，用来顶尖支撑的顶尖被磨削工具同时得到磨削。

附图说明

本发明的一个优选方式图示在以下附图中：

图1是一个本发明磨削机床具体实施例的纵向局部视图；

图2是沿图1中线II-II剖开的局部视图；

图3是沿图1中线III-III剖开的局部视图；

图4是本发明磨削机床另一个具体实施例的纵向局部视图；

图5是沿图4中线V-V剖开的局部视图；

图6是一个部分省略的纵向局部视图，它显示了本发明磨削机床另一个具体实施例；

图7是一个部分省略的说明图，它显示了本发明磨削机床另一个具体实施例；

图8是一个部分省略的说明图，它显示了本发明磨削机床另一个具体实施例；

图9是显示本发明顶尖支撑磨削方式的过程图；

图10是显示本发明顶尖支撑方式的一个实施例的概念图，其中图10A是一个说明图显示了如何在工件上进行加工，图10B是一个说明图显示了如何实现顶尖支撑；

图11是一个说明图显示了工件如何夹持在传统的磨削机床上，以及驱动装置的一个例子。

具体实施方式

本发明的具体实施方式将参照图1到10阐述。

图1到3显示了本发明顶尖支撑磨削机床的第一个实施例。

在图1中，附图标记1代表一个圆柱形工件例如套圈，在其端部表面装备有顶尖孔1a和1b，工件具有例如1.25mm的外径，附图标记20代表用来磨削圆柱形工件外周表面的砂轮并且在顶尖居中对齐下进行磨削。

附图标记3代表通过主轴单元框架前后侧使用轴承31旋转支撑的主心轴。主心轴3固定于一个内置的感应马达4(主心轴旋转驱动装置)的内转子4a，并且主心轴3被感应马达4驱动旋转。主心轴3的前端部分有一个顶尖安装孔3a，安装时旋转驱动顶尖5插入顶尖安装孔3a。旋转驱动顶尖5前端的圆锥形表面和圆柱形工件1的一个顶尖孔1a相配合。

感应马达4的外部定子4b安装在主轴单元框架32内部位置。

主轴单元框架32，主心轴3以及与主轴单元框架32一体化的主心轴旋转驱动装置4一起形成主轴单元30。

附图标记6代表通过滚球轴承被尾架单元框架12支撑的尾架心轴，使得可以旋转和轴向滑动。尾架心轴6固定于一个内置的感应马达7(尾架主心轴旋转驱动装置)的内转子7a，并且尾架心轴6被感应马达7以与主心轴3相同的方向和相同的速度旋转。尾架心轴6的前端部分具有顶尖安装孔6a，安装时尾架顶尖8插入顶尖安装孔6a。尾架顶尖8前端的圆锥形表面与圆柱形工件1的另一个顶尖孔1b相配合。

感应马达7的外部定子7b安装在尾架单元框架12内部位置。

尾架单元框架12和与尾架单元框架12成一体的尾架心轴6一起形成尾架单元10。

主心轴3、两个感应马达4和7、旋转驱动顶尖5、尾架心轴6、以及尾架顶尖8安置在同一轴线上。

滑杆9a插入尾架心轴6尾端的孔6b内，在滑杆9a和位于尾架心轴6尾端的孔6b的底部之间安置有处于弹力下的尾架顶尖压紧弹簧(尾架顶尖压紧装置)9，它与滑杆9a前端邻接，滑杆9a与安装在尾架单元框架12上的帽螺钉12a相靠。尾架心轴6通过尾架顶尖压紧装置9被压向相反方向的旋转驱动顶尖5，并且旋转驱动顶尖5和尾架顶尖8与圆柱形工件1上的顶尖孔1a和1b相接合和接触用来在它们之间夹持圆柱形工件。

圆柱形工件1通过尾架顶尖压紧装置9产生的足够大压紧力夹持时，感应马达4和7产生的转矩通过利用顶尖5和8与顶尖孔1a和1b之间的压力而产生的摩擦力来使得圆柱形工件1旋转。

为了收回尾架顶尖8来卸除圆柱形工件，尾架顶尖收回杠杆12b如图1所示通过收回杠杆驱动装置(未示出)移向右边并且相邻对着尾架心轴防尘盖6c，当通过压尾架心轴6到右侧来压缩顶尖压紧弹簧9时，尾架顶尖收回。也就是说，在本实施例中，尾架顶尖收回杠杆12b、收回杠杆驱动装置、以及尾架顶尖压紧弹簧9构成了尾架心轴轴向移动的装置，因此本机床可以适用于不同长度的圆柱形工件。尾架顶尖压紧装置9也充当轴向移动尾架心轴6的尾架心轴轴向移动装置。

当尾架心轴6轴向移动时，马达7的内转子7a也相对于外转子7b轴向移动。在本实施例中，定子宽度W和转子宽度w设定为无论尾架心轴6位于轴向哪个位置，马达7都可以提供足够的转矩。在所示的实施例中设定如下：w＞W+尾架心轴行程。

互相轴向排列的主轴单元30和尾架单元10，通过一个连接框架13固定在一起。为了可以使得它尽可能远离单元10和30的一个轴线x1以及获得需要的刚度，这个连接框架13具有弓形的部分。通过安置连接框架13使得它足够远离轴线x1，可以确保在工件周围供给和卸除、测量等等操作的空间。

此外，主轴单元30和尾架单元10的圆柱形外周表面30a和10a具有一个轴线x2，它在某一相角位置相对于单元10和30的轴线x1具有偏心距e(见图2)。并且，两个外周圆柱表面30a和10a通过底板40使用单元支撑轴承14(偏心轴承)可旋转地支撑。

蜗轮15固定到主轴单元框架32的外周上用来和单元支撑轴承14同心，并且这个蜗轮15和底板40上的可旋转蜗杆16相啮合。并且，这个蜗杆16被伺服马达17驱动旋转。这些驱动系统15，16以及17安置得也足够远离工件1并且安装在主轴单元30或者尾架单元10一边，从而确保在工件周围的用于供给和卸除、测量等等的空间。

当蜗杆16通过伺服马达17旋转时，蜗轮15以低速按如图2箭头A的方向旋转，主轴单元30和尾架单元10的轴线x1以一个小的角度围绕主轴单元30和尾架单元10的圆柱形外周表面30a和10a的轴线x2旋转。这个旋转导致夹持在轴线x1的工件1移进或移出如图3所示的砂轮20，也就是进行进给操作。

换句话说，本实施例的进给装置通过相对于旋转驱动顶尖5和尾架顶尖8偏心距为e的偏心轴承14限定了旋转驱动顶尖5、主心轴旋转驱动装置4、以及尾架顶尖8，并且通过偏心轴承1 4的旋转进行进给操作。

如图1到3所示的本实施例的磨削过程操作如下。

当尾架顶尖收回杠杆12b收回尾架心轴6，以及工件1在两个顶尖5和8之间通过一个自动供给设备(图中未示出)供给时，收回尾架顶尖收回杠杆12b，和尾架心轴6通过弹簧9的弹力前进使得在顶尖5和8之间夹持工件1。

其次，马达4和7在同一方向上以同一速度旋转两个心轴3和6。转矩传递到通过顶尖与顶尖孔之间的摩擦力弹性夹持在顶尖5和8之间的工件1上，并且工件1和顶尖5和8以及心轴3和6一起旋转。

操作伺服马达17，以及主轴单元30、连接框架13、尾架单元10、工件1围绕轴线x2旋转移动工件1到砂轮20使得工件1被砂轮20磨削，因而进行磨削操作。

图4和5是本发明顶尖支撑磨削机床的第二实施例。

在图4和5中，和图1到图3中相同的部件用相同的参考附图标记显示，并且一些细节描述将会被省略了。主轴单元30、主心轴驱动装置、主心轴、尾架单元10、尾架心轴驱动装置、尾架顶尖压紧装置、以及连接框架和图1一样，因而它们没有详细描述。

图4详细显示了尾架心轴轴向移动装置。尾架心轴轴向移动装置装备有气缸19，在气缸19中滑动的活塞杆19a，以及尾架顶尖收回杠杆12b。

气缸19装备有一个进给杠杆18。尽管没有清楚地显示出，尾架顶尖收回杠杆12b具有被进给杠杆18支撑的杠杆支点21。而且，尾架顶尖收回杠杆12b的一端可以与活塞杆19a前端接合，另一端可以与图1所示尾架心轴6接合。

当尾架顶尖8从主心轴顶尖5一侧收回，操作气缸19使得活塞杆19a如图所示前进到右侧并且和尾架顶尖收回杠杆12b邻接同步旋转，因而收回尾架心轴6。

下面将描述本实施例的进给装置。

主轴单元30和尾架单元10的单元框架32和12的圆柱形表面外周分别固定到进给杠杆18和22。与图1不同，单元框架32和12的圆柱形表面外周不是偏心的。并且，进给杠杆18和22被杠杆轴23的尾端部分可旋转地限定，杠杆轴23通过滚针轴承24水平于底板40安装固定。

如图5所示，进给杠杆22具有一个突出部分22a，安装在与杠杆轴23(进给杠杆的支点)相分离的位置，并且进给操作的转矩作用于这个突出部分22a。

此外，本实施例的进给装置具有一个安装在突出部分22a的伺服马达25，一个连接到伺服马达25的输出轴25a的进给螺杆26，并且一个与进给螺杆26螺纹接合的螺母27。

进给螺杆26通过进给杠杆22的突出部分22a中间的一个轴承28可旋转地限定，并且螺母27的外周部分通过止推轴承33中间夹持一个振动盘29。止推轴承33的结构中由挡板限制的大量滚球被夹持在螺母27的平端面与振动盘29之间，螺母27可以相对于振动盘29在径向和旋转方向上都可以自由滑动。而且，螺母27的上表面具有一个垂直销27a，这个销27a可以滑动插入突出部分22a的引导孔36中，因而阻止由于进给螺杆26的旋转带来的拖拉。

尽管在图中未清楚示出，振动盘29通过平行于顶尖轴线安置的轴承34中间被底板40限定，振动时可以使用轴承34作为振动轴。因而当饲服马达25旋转进给螺杆26时，进给螺杆26被螺母7引导垂直移动。初此外进给螺杆26绕杠杆轴23和进给杠杆22一起旋转。

进给杠杆22的旋转致使安装在进给杠杆22上的旋转驱动顶尖5，主心轴旋转驱动装置4，尾架顶尖8等等移动，夹持在顶尖5和8之间的圆柱形工件1旋转，产生相对于砂轮20的进给操作。

图6显示了本发明顶尖支撑磨削机床的第三个具体实施例。

在图6中，那些和图1到5中相同的部件用相同的附图标记指示，并且省略了相关的细节描述。

在图6中，主轴单元30和尾架单元10和图4中的一样，安置在同一个轴线上并且固定到进给杠杆35上。在进给杠杆35和尾架单元10的尾部上，进一步提供了使用了汽缸装置的尾架顶尖压紧装置9，并且致动器9b(活塞杆)通过联轴器50连接到尾架心轴6的尾端部分。联轴器50包括止推轴承51，并且连接尾架心轴6和致动器9b，其间有止推轴承51，把致动器9b的轴向运动传递到尾架心轴6上。由于止推轴承51的旋转，尾架心轴6的旋转不会传递到致动器9b上。

尽管未示出，进给杠杆35装备有如图5所示的杠杆驱动机构来执行进给操作。

当操作尾架顶尖压紧装置9且其致动器9b在轴向上移动尾架心轴6时，转子7a相对于定子7b在轴向上和尾架心轴6一起移动。当夹持在顶尖5和8之间的工件1被旋转时，必须接通马达7，否则当工件1被连接、分离、或者类似情况时，没有必要接通马达。基于此观点，此实施例采用转子7a和定子7b在工件夹持的位置互相之间相对的安置。并且，当转子7a和定子7b中一个比另一个长时，尾架心轴6即使在比纵向位移位置也可以旋转，使得可以加工不同长度的圆柱形工件。

在图6的实施例中，当尾架顶尖压紧装置9的压紧力将圆柱形工件夹持在旋转驱动顶尖5与尾架顶尖8之间时，通过进给砂轮20在圆柱形表面进行磨削操作。主心轴驱动装置(马达)4使得旋转驱动顶尖5旋转。尾架心轴驱动装置(马达)7使得尾架顶尖8旋转。圆柱形工件1被两个旋转的顶尖5和8驱动旋转，并且圆柱形工件1通过顶尖和圆柱形工件1上的顶尖孔之间的摩擦力被驱动旋转。进给杠杆35相对于旋转圆柱形工件1旋转，开始进行磨削加工的进给操作。在本实施例中，尾架顶尖压紧装置9与尾架单元10一起进行进给旋转运动。

顺便提及的，只要尾架心轴可以被压紧，尾架顶尖压紧装置并不是绝对必要进行旋转运动。如果尾架顶尖压紧装置不旋转，旋转机构上的负担会减少很多。

图7是本发明第四个实施例的说明图，其中尾架顶尖压紧装置9安装在尾架单元10的尾端，并且不能旋转。

和图1到3的实施例一样，图7的实施例也采用内置偏心设置和旋转进给结构。和图1到3一样的部件用相同的参考附图标记显示，并且省略了有关的具体描述。

尾架顶尖压紧装置9安装在底板40上，并且致动器压住尾架心轴的后端部。由于旋转运动带来的进给大约为几毫米，因此从设计的角度说容易阻止致动器和尾架心轴尾端部的分离。

除了上述的实施例，对尾架压紧装置的不同修改都是可以的。例如，可以采用尾架顶尖压紧装置9的致动器通过一个轴承压住整个限定尾架心轴6旋转的套筒的安置方式，或者致动器压住整个尾架单元的安置方式。在这些情况下，没有必要提供一种使得尾架心轴6与尾架单元框架12之间轴向相对滑动的结构。相反，增加了使得尾架单元框架12与进给杠杆18之间相对滑动的结构。

下面，本发明的第五个实施例将参照图8和9描述。在图8中，图7的实施例中的主心轴与尾架心轴互相之间一起同步旋转。图9是一个显示本发明顶尖支撑磨削方式的实施例的过程图。

在图8中，和图7相同的部件用相同的参考附图标记代表，省略了详细的描述。

在图8的实施例中，主心轴旋转控制装置60控制主心轴旋转驱动装置4和尾架心轴旋转驱动装置7的旋转。主心轴旋转控制装置60安装有一个脉冲控制装置61，以及驱动脉冲输出装置62和63。

主心轴旋转驱动装置4和7包括脉冲马达。主心轴的脉冲马达4根据驱动脉冲输出装置62提供的脉冲精确旋转。尾架心轴的脉冲马达7根据驱动脉冲输出装置63提供的脉冲精确旋转。

从驱动脉冲输出装置62和63输出的驱动脉冲输出通过脉冲控制装置61的控制信号单独控制。

为了使得主心轴3与尾架心轴6互相之间同一方向同步旋转，相同的控制信号同时从脉冲控制装置61提供到驱动脉冲输出装置62和63。通过这种控制，主心轴3和尾架心轴6产生同步的旋转，夹持在顶尖之间工件1也同步旋转而不会有什么滑动。即使当工件在稳定旋转被磨削和获得磨削阻力时，也不会在它与顶尖5和8之间产生滑动，因而阻止顶尖的5和8的局部磨损。因而，就不会有旋转过程中由于顶尖的局部磨损造成的精确性的损失，因此以一个满意的方式保持了磨削加工的精度，例如圆度和同轴度。

为了旋转主心轴3和尾架心轴6之一而保持另一个静止，驱动脉冲输出信号相应于被旋转的心轴从脉冲控制装置61提供到驱动脉冲输出装置62和63中之一，而另一个驱动脉冲输出装置没有提供驱动脉冲输出信号。通过这种控制，没有收到驱动脉冲的脉冲马达被转子与定子之间的磁力约束，由于所谓的静止约束力的存在而不旋转，并且仅仅提供了驱动脉冲的脉冲马达旋转。

在此情况下，当顶尖与顶尖孔之间的接触表面的表面条件相同，顶尖与顶尖孔的有效直径越大，摩擦转矩越大，并且当心轴在顶尖与顶尖孔的有效直径是比较大的一边时，由两个顶尖支撑的工件1被拖拉或者保持不动。因而，为了使得工件1被旋转心轴拖拉驱动，在旋转心轴一侧的顶尖孔做的适当大些。或者，当顶尖孔之间没有区别时，顶尖孔与顶尖之间的摩擦转矩通过例如使用磨削溶液在支撑工件1之前润湿静止一侧的顶尖孔来得到减小。

因而，当一个心轴和工件1旋转而另一个心轴保持不动时，在不动的心轴和工件1的顶尖孔接触面之间产生滑动。当磨削阻力相对比较低时，顶尖和工件1之间的夹持力(压力)可以变得比较小，由于滑动造成的顶尖孔局部磨损不显著。当心轴保持不动时，心轴的旋转精度错误相应地得到消除，因而提高了磨削精度。

在本实施例中，主心轴通过使用静止侧的驱动马达的静止约束力得以固定，因而，不像使用一些其他锁定装置或者类似的安置，不会产生心轴的未对准，并且顶尖的轴线不会偏离，因而提高了磨削加工的精度，特别是提高了顶尖孔和磨削加工表面的同轴度。

当如图8所示的实施例中描述了使用脉冲马达作为主心轴旋转驱动装置产生开环同步旋转控制时，也可以执行闭环控制。

因而，当工件需要粗磨削和精加工磨削时，可以采用如图9所示的磨削方式。

在图9中，在粗磨削步骤901中，圆柱形工件1被顶尖5和8支撑，并且顶尖5和8互相之间通过内置的马达以相同的转数/分同步同方向旋转，来对工件1进行粗磨削而不产生任何滑动。即使在粗磨削的过程中砂轮的加载到工件1，由于顶尖5和8以及工件1整体旋转，在顶尖5和8也不容易产生滑动。因而，不容易产生局部磨损。

其次，在粗磨削步骤901后，通过一个精加工磨削步骤902在工件1上进行精加工磨削，其中一个顶尖，在本实施例中在尾架心轴6一边的尾架顶尖8被旋转，而另一个顶尖，例如，主心轴3的旋转驱动顶尖5通过脉冲马达4的静止约束力固定。在精加工磨削磨削步骤中，磨削阻力是比较低的，因此从砂轮到工件1上的加载是比较低的，并且即使固定主心轴顶尖5和工件1之间产生滑动，实际上也不会在主心轴顶尖产生局部磨损。由于主心轴5是固定的，工件1可以获得满意的旋转运动精度，因而提高了加工精度。

下面本发明的顶尖支撑磨削机床的顶尖居中对齐的方式将参照图10描述。

顶尖支撑磨削机床的顶尖必须精确地和磨削机床夹持工件的轴线对齐。否则，不可能执行顶尖孔基准的精确磨削。在顶尖连接到心轴的顶尖孔的条件下，顶尖的轴线并没有精确地和磨削机床的轴线对齐。基于此需要进行居中对齐。为了此目的，在图10所示的例子中，砂轮2具有圆柱形磨削表面2a用来对圆柱形工件1进行磨削以及在两边具有圆锥形的磨削表面2b。

在对顶尖5和8进行了居中对齐的条件下，选择图10A的安置，并且通过使用圆柱形磨削表面2a对圆柱形工件1进行磨削操作。在由于顶尖替换或者其他类似情况时不进行顶尖居中对齐时，选择如图10B的安置，并且通过使用圆锥形磨削表面2b对顶尖5和8进行居中对齐。

当对支撑在已经进行居中对齐的顶尖5和8之间的圆柱形工件1进行磨削加工时，圆柱形工件1通过尾架顶尖压紧装置9的压紧力被夹持在两个顶尖5和8之间。并且，在此条件下，感应马达4和7的转矩通过顶尖5和8转移到圆柱形工件1上故而使得圆柱形工件1旋转。旋转的砂轮2通过在径向上的进给操作送进到旋转的圆柱形工件1上，并且圆柱形磨削表面2a和圆柱形工件1的圆柱形表面相邻接来进行磨削操作。在此时，圆锥形磨削表面2b不与顶尖5和8相接触。

当对顶尖5和8还没有进行居中对齐时，尾架心轴6轻微的回收到如图10B所示的居中对齐位置，并且当旋转心轴3和6以及砂轮2来使得位于砂轮2两边的圆锥形磨削表面2b与顶尖5和8邻接来同时进行磨削加工时，在砂轮2与顶尖5和8之间产生相对的进给。因而，伴随着它们的前端与心轴3和6的轴线对齐，顶尖5和8产生居中对齐。

当在图10的实施例中通过砂轮2同时对顶尖5和8进行居中对齐时，本发明的居中对齐方式并不局限于此。例如，本发明的的实施方式也可以通过下面的居中对齐方式实现：

1)在替换了砂轮的机床上磨削加工

当保持底板上的主轴单元30和居中对齐单元10，也就是在为磨削操作进行设置时，将砂轮20与砂轮底座(图中未示出)分离，并且替换安放了一个顶尖的居中对齐砂轮(图中未示出)。然后，当被旋转来进行居中对齐时，安装在心轴3或者6上的顶尖5或8被磨削。

由于在底板上的砂轮底座，主轴单元30，和居中对齐单元10的高度和平行度都是一样的，这种布置也便于顶尖的居中对齐以用来使它们精确地和轴线对齐。可以使用单独的砂轮作为旋转驱动顶尖5和尾架顶尖8的顶尖的居中对齐砂轮并且改变它们来进行居中对齐。可替换地，可以仅仅在一个砂轮上提供两个居中对齐磨削表面并且成功地对两个顶尖上进行居中对齐。

2)使用移动到另一装置上的主轴单元和居中对齐单元进行磨削加工

提供准备了另一个用来保持磨削底板，主轴单元30，以及居中对齐单元10之间相对位置关系的居中对齐设备。主轴单元30和居中对齐单元10和底板分离，并且安装在这个居中对齐设备上，并且连接到主轴单元30的主心轴或者居中对齐单元10的尾架心轴6上的顶尖5或8在旋转时被磨削从而产生居中对齐。

在这个设备中砂轮和主轴单元30或者居中对齐单元10之间的相对位置关系和旋转驱动顶尖装置中的一样，当主轴单元30和居中对齐单元10被重新安装到旋转驱动顶尖装置的底板上时，对单元10和30的顶尖5和8产生居中对齐，同时顶尖精确地和轴线对齐。

在上述的如图1到10所示的实施例中，弹簧或者气缸设备被用作尾架顶尖压紧装置，也可以用液压设备，电磁弹力设备，除了弹簧外的机械弹力设备等等来替换它们。

进一步地，作为主心轴旋转驱动装置或者尾架主心轴旋转驱动装置，除了内转子型的感应马达和脉冲马达，可以使用依靠其他一些原理的不同结构的电马达，例如超音速马达，外转子型马达，或者轴向间隙型马达，液压马达，气涡轮等等。

在上述的顶尖支撑磨削机床中，圆柱形工件1在导致对顶尖“局部磨损”的磨削过程中，没有被驱动橡胶滚子压住，因此顶尖的磨损或者局部磨损即使在磨削加工了大量的工件后也不会发生，因而经历了长时间，所加工工件的圆柱形表面可以保持满意的圆柱度。

进一步地，需要很多时间的顶尖位置调整和顶尖替换的频率减少，并且机床的运行可使用性提高了，使得操作者可以更加高效的工作和操作更大数量的机床。进一步，顶尖的使用寿命增加了并且储存消费开支下降了，导致生产成本的下降。

根据本发明的顶尖支撑磨削方式，在粗磨削步骤，通过两个顶尖旋转工件对工件进行粗磨削，并且在随后的精加工磨削步骤，通过一个顶尖旋转工件另一个顶尖处于静止状态，进行精加工磨削。

在粗加工步骤中，工件受到较大的磨削阻力，由于两个顶尖驱动在顶尖与工件之间没有产生滑动，使得顶尖上局部磨损的产生得到限制。在精加工磨削步骤，磨削阻力是比较小的，工件一边的顶尖孔被静止的顶尖支撑。静止的顶尖不产生旋转运动，并且不会产生由于旋转运动而带来的旋转精度错误，使得精加工磨削过程以更高的精度进行。虽然在精加工磨削过程中在静止的顶尖与工件之间产生相对滑动，由于较小的加载实际上不会产生局部磨损。

在上述的磨削方式中，当两个通过不同的内置马达互相之间同步旋转时，两个顶尖与工件成整体的产生同步旋转，导致对静止顶尖局部磨损的滑动得到消除，使得局部磨损的消除作用进一步提高。

当两个顶尖被不同的内置马达旋转，并且一个顶尖通过内置马达的静止约束力固定时，不会产生静止一边的顶尖未对齐现象，因而同轴度得到提高。

如上所述，在本发明的设备中，主轴单元安装有一个主心轴和一个内置的主心轴旋转驱动装置，并且尾架单元安装有一个尾架心轴，或者进一步安装有一个尾架主心轴旋转驱动装置。并且，安装了主轴单元和尾架单元的进给装置产生旋转运动，使得旋转驱动顶尖和尾架顶尖产生运动。通过这种运动，夹持在主心轴顶尖与尾架心轴顶尖之间并且旋转的圆柱形工件相对于砂轮产生进给操作。

在本发明的装置的结构中，没有必要提供转化外部转矩的装置，例如皮带和皮带轮，并且用来夹持和旋转工件的旋转的部件，例如马达转子和心轴，它们的惯性矩减少。当惯性矩比较小时，连接或者分离工件时用来停止和开始旋转所需要的(非加工)时间会显著减少，因而获得生产效率的提高。

进一步地，当工件保存，旋转驱动，以及进给的结构保持必要和足够的刚度时，本发明的装置可以制造的非常紧凑并且减少尺寸和重量。由于这个高刚度，小尺寸，以及轻重量结构，可以旋转小的工件并且精确进给，因而进行精确磨削。

作为将本发明装置制造的紧凑的结果，使得可以安排工件保存，旋转驱动以及进给结构在一个具有长度不多于20到30cm和剖面尺寸不多于6cm×8cm的长方体内。如果砂轮轴系统进一步减少尺寸，可以实现将磨削机床安置于一边为20到30cm的立方体内。

进一步地，由于减少了外部转矩转化装置，驱动系统被制造的紧凑并且在尺寸上减少，可以有更多的空间，并且使得在安排外围设备，例如小工件的供给和卸除装置，加工过程中的尺寸测量设备等等，对外围设备空间有更少的限制，从而实现高效的安排。这也导致未加工时间的减少并且提高了外围设备的操作可用性。

进一步地，由于尺寸和重量的减少，可以减少磨削机床本身的价格，并且减少所需能源和维护费用。

进一步地，作为磨削机床尺寸和重量的减少的结果，也可以减少工厂设备，空气条件调节等等运行费用。而且，当磨削机床出问题时，与依靠传统的需要较高成本和较长时间的现场服务不同，可以从制造商那里获得替代件用来替换，从而在较短的时间以较低的成本解决问题。

进一步地，通过采用下面的安置，和尾架顶尖成整体移动的大部分被减少，因而使得可以容易地进行将工件与顶尖连接和分离的操作。也就是说，尾架主心轴旋转驱动装置包括内转子型电马达，连接到尾架心轴的内转子，同时外定子固定到尾架单元。并且，当尾架心轴进行轴向运动时，马达的转子相对于定子轴向移动。

进一步地，通过使用尾架顶尖压紧装置同时它也用作在轴向上移动尾架心轴的尾架心轴轴向移动装置，可以进一步地减小旋转驱动顶尖设备的尺寸和重量。

进一步地，尾架顶尖压紧装置安装在尾架单元上，并且这个尾架单元可以通过心轴的轴向移动装置在尾架心轴的轴向上移动，旋转驱动顶尖设备的结构被制造的简单紧凑。

而且，进给装置通过一个相对于旋转驱动顶尖和尾架顶尖偏心的偏心轴承夹持了旋转驱动顶尖，主心轴旋转驱动装置，以及尾架顶尖，并且进给操作通过旋转偏心轴承进行，从而顶尖保存，驱动，以及进给结构变得充分同轴并且形成于一个紧凑的单元。

当主心轴旋转驱动装置与尾架主心轴旋转驱动装置之间互相同步旋转时，顶尖与顶尖孔之间的滑动完全消除，从而进一步提高阻止局部磨损的效果。

当主心轴旋转驱动装置和尾架主心轴旋转驱动装置其中至少一个是一个具有静止约束力的旋转驱动装置时，可以通过静止约束力来固定心轴，并且不会产生在通过夹具或者类似物固定的情况下顶尖未对齐现象。

而且，当进给装置具有一个安装有旋转驱动顶尖，主心轴旋转驱动装置，以及尾架顶尖的进给杠杆，并且进给操作通过这个进给杠杆旋转进行时，进给量通过杠杆支点和顶尖之间距离与杠杆支点和进给驱动部分之间的距离的比率来决定，使得进给速度可以容易地控制。

根据本发明的具体实施方式，一对顶尖分别连接到心轴上，并且当旋转它们时通过磨削工具的磨削进行居中对齐，在此安装条件下被这些顶尖夹持的圆柱形工件被旋转，使得顶尖的居中对齐可以容易，高效，精确地进行，因而使得可以实现高质量的工件旋转驱动。

而且，当一个单独的磨削工具具有用来磨削一对相对的顶尖的磨削表面，并且顶尖同时被磨削工具磨削用来居中对齐时，没有必要进行尾架顶尖的分离，安装专用的居中对齐工具等等操作，使得可以更加高效地进行居中对齐操作。

Claims (16)

1.一种顶尖支撑磨削方法，其特征在于包括如下步骤：

圆柱形工件被两个顶尖支撑；以及工件被两个顶尖旋转时进行磨削。

2.一种顶尖支撑磨削方法，其特征在于包括：

通过两个顶尖支撑圆柱形工件并且当工件被两个顶尖驱动旋转时在圆柱形工件上进行粗磨削加工步骤；以及

在粗磨削加工步骤后，以一个顶尖旋转工件而另一个顶尖固定在位置上时，对工件进行精加工磨削的精加工磨削步骤。

3.如权利要求1所述的顶尖支撑磨削方法，其特征在于两个顶尖通过单独的内置马达互相之间同步旋转。

4.如权利要求2所述的顶尖支撑磨削方法，其特征在于两个顶尖通过单独的内置马达互相之间同步旋转。

5.如权利要求2所述的顶尖支撑磨削方法，其特征在于两个顶尖被单独的内置马达驱动旋转，并且一个顶尖可以通过内置马达的静止约束力的作用得到固定。

6.一种顶尖支撑磨削机床，其特征在于包括：

一个主轴单元；

一个在主轴单元内可旋转限定的主心轴；

一个由主心轴限定并与圆柱形工件的一个顶尖孔相配合使用的驱动顶尖；

一个内置于主轴单元并适合于旋转主心轴的主心轴旋转驱动装置；

一个尾架单元；

一个在尾架单元内限定以使可在轴向上滑动的尾架心轴；

一个由尾架心轴限定的尾架顶尖，它在同一轴线上与旋转驱动顶尖相对，并与圆柱形工件的另一个顶尖孔相配合使用，以用来与旋转驱动传感器一起夹持圆柱形工件；

一个用来将尾架顶尖弹性压向旋转驱动顶尖方向的尾架顶尖压紧装置，使得将圆柱形工件夹持在旋转驱动顶尖与尾架顶尖之间；以及

一个安装有旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置和尾架顶尖的进给装置，它以旋转运动形式移动旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置和尾架顶尖，因而使得夹持在顶尖之间的圆柱形工件相对于砂轮产生进给操作。

7.如权利要求6所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于尾架心轴由尾架单元旋转支撑，并且它进一步地安装了内置于尾架单元的尾架主心轴旋转驱动装置，使得适合和主心轴同方向旋转驱动尾架心轴。

8.如权利要求7所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于主心轴旋转驱动装置与尾架主心轴旋转驱动装置之间同步旋转。

9.如权利要求7所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于至少主心轴旋转驱动装置和尾架主心轴旋转驱动装置之一具有静止约束力。

10.如权利要求7所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于尾架主心轴旋转驱动装置是一个内转子型电马达，马达的内转子固定到尾架心轴并且外定子固定到尾架单元，使得当尾架心轴在轴向移动时，马达的内转子相对于定子在轴向上移动。

11.如权利要求6所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于尾架顶尖压紧装置也用来作为在轴向上移动尾架心轴的尾架心轴轴向移动装置。

12.如权利要求6所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于在尾架单元提供有尾架顶尖压紧装置，并且通过轴的轴向移动装置在尾架心轴的轴向上移动，尾架单元可以在尾架心轴的轴向上移动。

13.如权利要求6所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于进给装置通过一个相对于旋转驱动顶尖和尾架顶尖偏心安置的偏心轴承限定旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置、以及尾架顶尖，并且适合于通过偏心轴承的旋转产生进给操作。

14.如权利要求6所述的顶尖支撑磨削机床，其特征在于进给装置具有安装有旋转驱动顶尖、主心轴旋转驱动装置、以及尾架顶尖的进给杠杆，进给操作通过进给杠杆的旋转产生。

15.一种居中对齐方法，其特征在于包括：

顶尖分别安装到位于一对在同一轴线上的心轴上相对的顶尖安装孔内；

圆柱形工件在顶尖之间被夹持时进行旋转；

顶尖分别安装在心轴上；并且

当旋转心轴时顶尖被一个磨削工具磨削用来居中对齐。

16.如权利要求15所述的顶尖居中对齐方法，其特征在于一个单独的磨削工具具有用来磨削一对相对的顶尖的磨削表面，并且两个顶尖同时被磨削工具磨削用来居中对齐。

Images