CN1929951B - 无心磨床 - Google Patents

Abstract

一种无心磨床，包括应力结构，该应力结构具有：机台；支承工件(W)的板式刀片支座(5)；安装在第一刀架上的调整轮(C)，该刀架可在上述机台上由第一线性轴向控制装置纵向移动；使上述调整轮(C)向上述板式刀片支座前进的装置，用以配合并旋转所支承的工件(W)；支承在上述应力结构上的磨轮(G)，用于从上述板式刀片(5)上的上述调整轮(C)所旋转的工件表面上去除材料；安装在上述第一刀架上，在调整轮一端的侧面，周期性的对上述磨轮(G)切削表面进行加工的第一整形刀具；位于转臂的端部上，安装在磨轮(G)端部的侧面，在调整轮(C)的上述一端的相反侧上，周期性的对上述调整轮(C)的和工件相配合的表面进行加工的第二整形刀具；当在贯通进给模式下进行磨削时，将上述调整轮轴线绕上述磨轮轴线旋转的装置。

Description

无心磨床

技术领域

本发明涉及一种无心磨床，尤其是涉及一种这样的磨床，即可以提高硬度，且能够减小专用线性轴向控制装置、相关螺杆驱动刀架和功能元件的数量，上述功能元件用以周期的将磨轮和调整轮的外表面再整形。

背景技术

无心磨床是一种用于对电线、杆件、销钉、轴件等圆柱形工件进行磨削的机床。这些工件可以具有恒定的截面尺寸或者具有尺寸呈台阶状变化的不同尺寸部分，甚至是锥形的部分。

无心磨床包括三个主要元件，操作轮或者磨轮，调整轮和工件支撑刀片。上述操作轮或者更通用地称为磨轮是一种这样的元件，即可以从工件上进行实际的去除材料。因此磨轮可以确定工件的表面精度和整体轮廓。操作轮的表面纹理可以根据执行的特定磨削操作而不同。在要磨削的工件具有不同的直径时，上述操作轮通常也由具有不同直径和不同表面纹理的磨轮组成。

上述调整轮通常由具有磨料颗粒的弹性体构成，而且它可以导引并保持着上述工件靠在上述磨轮上，而且还可以在磨削过程中旋转上述工件。

上述工件支撑或板式刀片是这样一种元件，即可以在两个相反的转轮之间的间隙内支撑工件，一般是在这两个转轮的中心线之上，有时也会在下面。上述调整轮在一个方向上旋转静止刀片所支撑的工件，同时在另一个方向旋转的磨轮对工件进行去除材料，以使工件获得所需的直径或锥度。上述板式刀片可以具有水平的、台阶的或者倾斜的工件所停靠的支撑表面。在很多情况下，它的轮廓和调整轮的周面轮廓呈镜像(specular)设置。

通常，根据要修整的工件几何参数，无心磨床需要完成三种操作模式。第一种要进行的称为“内进给”模式，此时待磨削工件的端部或者中间凸缘状支柱(或台阶直径)具有圆柱形或圆锥形的杆部。

“悬臂模式”用于加工较长工件的端部，由辅助侧支架支撑。

“贯通进给模式”专用于加工没有任何台阶直径变化的圆柱形工件，可用以更高效率的加工长度大于磨轮宽度的工件，通常还会使用用于工件的自动进给和排放输送装置。

这些模式和其间的变形对于技术人员来说已经众所周知，例如每一所需的专用调整，相对磨轮轴线对调整轮轴线的相对定位和旋转，甚至工件支撑刀片的特定几何轮廓等。

为了对工件施加所需的周面轮廓，无论是哪一个磨轮和调整轮的周面轮廓，这两个轮的操作表面都必须进行周期性的再整形，这是由于它们会不可避免的产生磨损且它们的操作表面轮廓还会丧失理想的直线度。

周期性的再整形加工(通常磨轮更频繁地需要再整形，而调整轮不怎么频繁)通过停止工件进给，进行轮面的再整形循环，在轮宽度方向上驱动精确定位的整形工具，加工磨轮和/或调整轮的周面，以更新这两个轮周面轮廓的精度。

文件EP 1080834A(D1)公开了一种无心磨床，其要求两个不同的整形操作，一个用于整形磨轮，另一个用于整形调整轮，并且根据大部分共同结构，本身重的磨轮组件沿两个轴线位移。

通常，磨轮和调整轮的整形工具都需要复杂的双轴向控制致动器，从而在各个待再整形轮的周面工作部上精确地产生所需的轮廓。

对调整轮周面的再整形通常是它的轴线相对磨轮的轴线转动一定的角度，以便于达到所需的工件横向进度，或者以便于将具有台阶直径的旋转工件稳定的保持在邻靠于磨轮一侧上，但是会产生这样的问题，即由于具有双曲面形状，调整轮周面的再整形会造成和旋转工件接触在一条大致直线上。通过加工倾斜的调整轮却可以大大地减轻这些问题，而且在磨削过程中，刀具的轨迹尽可能地和调整轮周面的接触线相重合，也就是利用设置在调整轮前面而不是在后面或顶部的整形刀具对调整轮周面的加工，这是本领域公知的。

在很多情况下，显而易见的，在上述设备中应用多个独立线性轴向控制装置是成本很高的。

考虑到较大质量的磨轮装置经常产生碰撞和冲击从而造成震动，所以无心磨床应力结构的基本要求就是刚性要求。实际上，甚至在大尺寸应力结构支撑较重的快速旋转磨轮时，偶然的强性冲击造成的震动都会危及辛苦发现的整形调整精度。除了会影响整形，震动还会破坏甚至断裂通常由合成金刚石构成的上述昂贵的整形刀具。在多个线性移动的刀架上安装较重的和快速旋转的磨轮(在精确控制下沿着两个直交的轴线移动)就需要减小整体刚度且会使设备更易于受震动影响。

另一个方面，通常以较大流率进给到磨轮上的研磨流体需要被连续高效的排出，以防因偶然阻塞而造成从工作区域溢出。

发明内容

为了完成这些重要而又反差大的要求，本发明提出了一种显著有效而又简单易行的解决方案。

有人发现在各自和工件的接触线相重合时对两个相配合的轮的工作面进行表面整形加工时，磨轮可以侧向的仅沿着一个横向轴线安装在由线性轴向控制装置驱动的单个刀架上，用于进行磨轮和/或调整轮的周面的表面整形过程。

通过仅仅利用单个横向移动刀架，以替代通用的成对直交移动刀架，就改进了磨轮装置的刚性，而且受震动的影响就减小了。

本发明提供了一种无心磨床，包括组合式应力结构，该组合式应力结构具有：基座；机台；板式刀片支座和调整轮，支撑工件的板式刀片被固定在所述板式刀片支座上，所述板式刀片支座和调整轮安装在第一刀架上，该刀架能在上述机台上由第一线性轴向控制装置纵向移动；使上述调整轮向上述板式刀片支座前进的装置，用以支承接合并旋转所支承的工件；支承在所述应力结构上的磨轮，用于从上述板式刀片上的上述调整轮所旋转的被支承工件表面上去除材料；安装在上述第一刀架上位于调整轮一端的侧面的周期性地对上述磨轮切削表面进行加工的第一整形刀具；位于转臂的端部上，安装在磨轮端部侧面的，在调整轮的上述一端的相反侧上周期性地对上述和工件相配合的调整轮表面进行加工的第二整形刀具；当在贯通进给模式下进行磨削时，将上述调整轮轴线绕上述磨轮轴线旋转的装置，其特征在于，上述磨轮安装在单个横向移动刀架上，并能由第二线性轴向控制装置控制，在上述应力结构的平面上只在和上述机台纵向轴线相直交的方向上移动；在由上述转臂定位时，上述横向移动刀架能受上述第二线性轴向控制装置控制而横向移动，以获得上述第一整形刀具加工的磨轮表面和/或上述第二整形刀具加工的调整轮表面。

优选的，在整形阶段，包括和机台的纵向轴线相直交地移动磨轮经由横向摆动的单个刀架的磨轮装置，以在某一角度和90度之间的倾斜角度倾斜的方式相对于机台平面(通常水平的)被支撑在设备应力结构平面上，在上面还支持着调整轮和工件板式刀片。

在为特定的重型磨轮设备时，上述倾斜角度最好是最大为45度。

这样的选项和在很多情况下，优选的设置会进一步提高磨轮装置对偶然碰撞和冲击的承受力，而且会显著提高进给到磨轮上冷却流体的易排放性和快速排放性能。

分别在磨轮和调整轮的一端和另一端的侧面，对两个轮周面进行加工的整形刀具中的一个(对调整轮表面进行整形的)被安装在磨轮装置上，而另一个(对磨轮表面进行整形的)被安装在支撑调整轮装置的纵向驱动刀架上。

安装在磨轮装置上的调整轮的整形刀具位于转臂上，在进行磨削加工时处于备用或缩回位置，而在再整形过程中却移动到一个向前延伸位置，用以加工调整轮的周面。

上述调整轮和用于支撑上述纵向移动刀架所承载的工件的板式刀片支座之间的相对位置可以通过手动操作导轮或者利用承载调整轮的第二刀架在机台上移动的(第一)刀架上纵向移动来进行调节，或者通过一个第三线性轴向控制装置来调节。

在根据“贯通进给”模式操作时，上述调整轮被保持在一个旋转支座上，以使它的轴线旋转一个角度(通常在1度到6度之间)。

可选的，装有调整轮装置的上述设备机台可在机台水平面上旋转过某一角度，以便于能够磨削圆锥形工件。

无论是承载上述板式刀片支座、磨轮和旋转调整轮装置的整形刀具的第一纵向移动刀架的运动，和/或纵向移动调整轮的第二刀具的运动，还是纵向移动刀具和横向经过磨轮装置的第一、第二刀架的运动，以及调整轮的整形刀具的运动都可以被同等地控制，从而使在磨轮装置上承载的整形刀具可以在可操作位置上对调整轮周面进行加工时，产生所需的磨轮和/或调整轮的周面更新轮廓。

实际上，对磨轮和调整轮操作面整形所需的线性轴向控制装置总数量可以调节为两个或者根据另一个实施例调节为三个，因此和现有兼容式设备中所用的大量线性轴向控制装置相比，更节省成本。

在很多情况下，大部分关键的(由于它重量较大且转速也较快)磨轮装置利用单个横向移动刀架，因此就可以提高刚性并减小振动。

可以在各自的前侧，换句话说沿着整形刀具端部的轨迹，即沿着实际上和带有工件的轮的接触线相重合的轨迹，对磨轮表面和调整轮表面进行加工，可以大大地简化承载着各自整形刀具的两个轮装置的相互直交运动的大部分精确插值运算，从而能够有效地产生一个直线性轮廓，甚至在调整轮的轴线旋转偏离和磨轮轴向平行时。

在随后的权利要求书中更精确地限定了本发明。

附图简述

图1是根据本发明第一实施例的无心磨床的视图。

图2是根据另一实施例的无心磨床的视图。

图3是图2中无心磨床的透视图，示出了研磨阶段。

图4是图2中无心磨床的透视图，示出了磨轮周面的加工。

图5是图2中无心磨床的透视图，示出了调整轮周面的加工。

优选实施例详述

图1是根据本发明优选实施例的无心磨床的基本视图。

该设备具有一个基座1，上面牢固地固定着水平机台2和用于支撑磨轮G的分开支撑结构3。

如现有的设备那样，水平机台2可在绕销4的水平面上旋转，从而操纵着锥形工件。

支撑工件W的板式刀片5被固定在板式刀片支座6上，该支座紧固在安装着垂直机架18的第一刀架7上，在它的顶部还设有用于对磨轮G的表面进行加工的整形金刚石刀具17。通过第一线性轴向控制装置，承载旋转安装调整轮C的刀架7可在水平机台2上移动，转销由8表示，而上述线性轴向控制装置简要的由驱动电机M1和螺杆9表示。

在该实施例中示出的调整轮C被安装在第二刀架10上，通过手动操作导轮11来转动螺杆12，在第一刀架7上纵向移动，从而可以调节调整轮C和板式刀片5上支撑的工件之间的距离。

磨轮G被安装在单个横向移动刀架13上，横向于上述设备的纵向轴线移动。

磨轮装置的横向移动由驱动电机M2和螺杆14构成的第二线性轴向控制装置所驱动。

整形刀具15周期性的对调整轮C的周面进行加工，而且该刀具由安装在磨轮侧面的转臂16的端部所承载。该转臂16可从静止位置转动到活动位置，从而对调整轮C的周面进行整形。

在图2中示出了本发明设备的另一个实施例。根据该替换实施例，由驱动电机M3示出的第三线性轴向控制装置替代了图1实施例中的手动导轮11。

图3是图2中设备的透视图，示出了工件W的磨削过程。

在该透视图中，可以看到安装在垂直机架18顶部上的整形金刚石刀具17的更方便的位置，该机架和具有板式刀片支座6的第一刀架7紧固在一起。

根据本发明设备的主要特征，整形刀具15、17均以在“前侧”对各自轮进行加工的方式设置。特别是，在进行整形过程中，整形刀具15、17切削刃端部的空间轨迹相对于上述刀具所加工的轮的工作面，平行于且大致和磨削过程中装有工件W的加工轮的接触线相重合。

对磨轮和调整轮的工作面进行整形加工的这种条件实际上就消除了对精确计算最佳双曲面的需要，而在现有技术中的很多情况下，要保证具有圆柱形工件表面的加工轮的接触线是直的，这是必须的。考虑到调整轮轴线相对于磨轮轴线的最终旋转角度，在磨削过程中，根据所谓的“贯通进给”模式，需要提高工件W的横向前进速率。

根据图1中所示的实施例，通过同等地控制着两个刀架的运动，也就是控制着承载调整轮C和整形刀具17的第一刀架7的纵向运动轴线以及承载磨轮G和整形刀具15的横向移动刀架13的横向运动轴线，来完成对磨轮G和调整轮C的工作轮廓的整形。

上述调整轮C相对于板式刀片支座6的相对位置，根据工件W的尺寸，可以通过在图1的实施例中转动导轮11来手动调节，也可以通过在图2中的替换实施例中由第三线性轴向控制装置M3来自动调节。

当然，使用第三线性轴向控制装置将会提高进行操作过程全自动控制的可行性，包括对指导磨削过程的最优整形条件的查找和保持。

在很多情况下，本发明中设备所使用的线性轴向控制装置的总数量要小于可兼容式设备中所使用的数量。

在所示的实施例中，支撑磨轮装置的应力结构平面并不是水平的，而是倾斜一个角度α。尽管这个条件并不是以最小化线性轴向控制装置数量的形式，来约束本发明目的的完成，但是它可以进一步提高上述磨轮装置的刚度，从而使其更少的受震动影响。在为较大的重型磨轮装置情况下，倾斜角度α最好是等于或者小于45度，但是也可以达到90度。

在很多情况下，相对于机台2的平面，磨轮支撑平面的倾斜度可以改善磨削流体的流动条件，使它们可以快速而又不会产生问题的排出。

图3是图2中设备的透视图，示出了磨削过程。在该透视图中，可以更容易地精确定位图1和图2中所述的功能元件。

如图所示，在“贯通进给”模式下操纵着该设备时，在图1、2中转销8所示的箭头指示下，安装在第二刀架10上的调整轮装置可以在垂直平面上旋转，以便于将调整轮C的轴线相对于磨轮G的轴线倾斜一定角度，从而提高工件横向沿两个轮的工作面移动的能力。通常，在磨削较长(大于轮宽度)的圆柱形工件才这样做。调整轮轴线的转角可以在大约1度到大9度之间。甚至在调整轮C的轴线转动时，整形刀具17的位置仍然保持不变，这是因为刀具17在安装设有板式刀片支座6的第一刀架7上。

图4是上述设备的透视图，示出了对磨轮G周面进行的整形过程。

为了对磨轮G进行这样的周期性整形过程，对设备的工件进给被暂时地中断，导轮装置的纵向移动第一刀架7的线性轴向控制装置M1和横向移动刀架13的线性轴向控制装置M2均被同等地驱动，以便于在纵向移动刀架7承载的金刚石刀具17使其横向摆动时，对磨轮G周面产生所需的加工。当整形加工完成时，承载刀具17的刀架7就被缩回，上述磨轮装置通过各自的线性轴向控制装置M2，返回到它的正常工作位置。

此后，重新设置磨削参数并重新开始对工件的磨削加工。

图5是上述设备的透视图，示出了转臂16端部上设置的相应整形刀具15对旋转调整轮C的整形过程。

通过在第二刀架10上位移而变更金刚石刀具17和调整轮的相应位置，使得该操作可以和磨轮的整形操作同时进行或者单独地进行。

为了对调整轮C进行再整形过程，如果因进给到设备上的工件的锥度而使机台2被设在倾斜位置上(在水平面上旋转)，工件进给会暂时被中断，机台2就会暂时返回到和上述设备纵向轴线最佳对齐的状态中。

上述转臂16可旋转到将上述整形刀具15放置在一个可操作的位置上，纵向第一刀架7的线性轴向控制装置M1和横向移动刀架13的`线性轴向控制装置M2均被同等地驱动，从而横向驱动上述磨轮装置，以沿着这样的一条线对旋转调整轮C的周面进行加工，即在磨削过程中，这条线平行于且实际上和设有工件的调整轮C的接触线相重合。

如果上述整形操作完成，刀架7就被缩回，且上述磨轮装置返回到正常的工作位置，转臂16被升高到它的静止位置(非操作位置)，就可以重新开始工件的磨削(在机台2返回到所需倾斜角度之后，如果这算是个问题)。作为对比，如果执行用于特定的处理，在调整轮C的整形过程中还可以保持上述调整轮C的转轴倾斜。

沿着刀具的空间轨迹对磨轮和调整轮的周面进行整形加工，该轨迹实际上和带有旋转工件的轮的接触线相重合，这种整形加工能力就保证了上述轮周面加工获得完美的直线，而和调整轮C相对于磨轮G轴线的转轴角度无关，也不会受复杂计算所影响，中央处理器可以计算出受各自线性轴线控制致动器驱动的刀架或独立刀具装置的直交运动的正确插值运算。

Claims (8)

1.一种无心磨床，包括组合式应力结构，该组合式应力结构具有：基座(1)；机台(2)；板式刀片支座(6)和调整轮(C)，支撑工件(W)的板式刀片(5)被固定在所述板式刀片支座(6)上，所述板式刀片支座(6)和调整轮(C)安装在第一刀架(7)上，该刀架能在上述机台(2)上由第一线性轴向控制装置(M1)纵向移动；使上述调整轮(C)向上述板式刀片支座(6)前进的装置，用以支承接合并旋转所支承的工件(W)；支承在所述应力结构(3)上的磨轮(G)，用于从上述板式刀片(5)上的上述调整轮(C)所旋转的被支承工件表面上去除材料；安装在上述第一刀架(7)上位于调整轮(C)一端的侧面的周期性地对上述磨轮切削表面进行加工的第一整形刀具(17)；位于转臂(16)的端部上，安装在磨轮(G)端部侧面的，在调整轮(C)的上述一端的相反侧上周期性地对上述和工件相配合的调整轮表面进行加工的第二整形刀具(15)；当在贯通进给模式下进行磨削时，将上述调整轮(C)轴线绕上述磨轮(G)轴线旋转的装置(8)，其特征在于，

上述磨轮(G)安装在单个横向移动刀架(13)上，并能由第二线性轴向控制装置(M2)控制，在上述应力结构(3)的平面上只在和上述机台(2)纵向轴线相直交的方向上移动；

在由上述转臂(16)定位时，上述横向移动刀架(13)能受上述第二线性轴向控制装置(M2)控制而横向移动，以获得上述第一整形刀具(17)加工的磨轮(G)表面和/或上述第二整形刀具(15)加工的调整轮(C)表面。

2.如权利要求1所述的无心磨床，其特征在于，在整形过程中，上述第一刀架(7)的纵向运动和上述横向移动刀架(13)的横向运动均能协调地受控，以便于通过相应的第一整形刀具(17)和第二整形刀具(15)加工相应的所述磨轮(G)和所述调整轮(C)周面产生所需的轮廓。

3.如权利要求1所述的无心磨床，其特征在于，支承安装在上述横向移动刀架(13)上的上述磨轮(G)的应力结构(3)的平面相对于上述机台(2)平面倾斜。

4.如权利要求3所述的无心磨床，其特征在于，上述倾斜角度等于或者小于45度。

5.如权利要求3所述的无心磨床，其特征在于，上述倾斜角度等于或者小于90度。

6.如权利要求1所述的无心磨床，其特征在于，对上述调整轮(C)和上述板式刀片支座(6)、上述第一整形刀具(17)之间的相对位置进行调节的方式是采用第二刀架(10)的形式，其承载上述旋转装置(8)安装的调整轮(C)，通过手动导轮(11)转动螺杆(12)而在上述第一刀架(7)上纵向移动。

7.如权利要求1所述的无心磨床，其特征在于，对上述调整轮(C)和上述板式刀片支座(6)、上述第一整形刀具(17)之间的相对位置进行调节的方式是采用第二刀架(10)的形式，其承载上述旋转装置(8)安装的调整轮(C)，通过一个第三线性轴向控制装置(M3)而在上述第一刀架(7)上纵向移动。

8.如权利要求1所述的无心磨床，其特征在于，当横向摆动单个所述横向移动刀架(13)时，即使所述旋转装置(8)使所述所述磨轮(G)和所述调整轮(C)的轴线偏离精确的平行，上述第一整形刀具(17)和第二整形刀具(15)的切削端部的轨迹平行于且大致重合于带有旋转工件的相应的所述磨轮(G)和调整轮(C)的周面的接触线。

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