專(zhuān)利名稱(chēng)：磨削球表面的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨削球表面的設(shè)備和方法，特別是，涉及一種要求表面精密度的如縫紉機(jī)曲軸球表面的磨削設(shè)備和方法。
在縫紉機(jī)中，曲軸是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要傳動(dòng)裝置，它的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)各種桿傳送到縫紉機(jī)的各種部件上。桿和曲軸的連接段是一球節(jié)。例如，一針桿曲柄桿與曲軸的球部分相配合。對(duì)于用作球節(jié)的曲軸，對(duì)這種球部分的拋光要求高精密度。
迄今為至，縫紉機(jī)曲軸球部分由一圓柱形磨削加工裝置加以磨削，它使用了一高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)形砂輪。在表面用一圓柱形磨削機(jī)磨削至表面粗糙度約3.0s后，進(jìn)行稱(chēng)作油研磨或油磨以進(jìn)行精加工表面。在油磨加工中，在用圓柱形磨削機(jī)進(jìn)行常規(guī)磨削后，球形部分(以后稱(chēng)作球)和一桿連在一起，油被供到連接部分上，然后引起旋轉(zhuǎn)直到接合部分獲得平穩(wěn)摩擦運(yùn)動(dòng)為止。在磨削加工中，可使用在機(jī)油(即一研磨劑)中懸浮的砂輪粉(下文稱(chēng)作剪屑)的懸浮物來(lái)代替油研磨加工中的油。
但利用上述圓柱磨削機(jī)的單獨(dú)磨削，不能得到0.8s或更低的表面粗糙度。如果得到低于0.8s的表面粗糙度的話(huà)，必須采用＃100或以上的砂輪。這意味著磨削不僅需要較長(zhǎng)的時(shí)間而且由于堵塞產(chǎn)生打磨過(guò)熱現(xiàn)象，因而降低了成品球的表面硬度。此外，在油研磨加工中，操作是不方便的，并且效率格外低，在磨削加工中，剪屑(砂輪粉)侵入球或桿的表面，僅僅靠沖洗不能除去侵入的粉末。侵入的粉末促進(jìn)了接合表面的磨損，并且大大地降低了接頭的壽命。此外，上述加工使球的縱向直徑略微短于橫向直徑，這樣導(dǎo)致接合部分的不良摩擦。更進(jìn)一步地，在油磨加工或油研磨加工中，為了精加工摩擦表面，要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的球和桿。因此，如果精加工桿單獨(dú)損壞的話(huà)，替換新的需另一精加工操作。即，存在著所涉及部件無(wú)互換性的問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種球表面磨削設(shè)備和方法，它能解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，并且其中通常磨削和精磨削作為系列操作來(lái)進(jìn)行以穩(wěn)定地提供具有高精確度的互換部件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面提供了一用于工件球表面磨削的設(shè)備，它包括一盤(pán)形砂輪，其凹形圓周表面與工件的球表面相吻合，一支承盤(pán)形砂輪以使其圍繞著垂直于其圓平表面的中心軸線旋轉(zhuǎn)的砂輪支承，一鄰近砂輪支承設(shè)置的并平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)的臺(tái)，一使所述臺(tái)對(duì)著盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸平行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，一裝在所述臺(tái)一端部上的頭架，一位于頭架上并沿平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸延伸的主軸，一在主軸自由端上用于固定工件的法蘭，一使主軸與法蘭一同旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置以及一位于法蘭上用于對(duì)工件的球表面進(jìn)行精磨的精磨機(jī)，該機(jī)以磨粒尺寸細(xì)于盤(pán)形砂輪的不同砂輪對(duì)已被盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面磨削過(guò)的工件球表面進(jìn)行精磨。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種用球表面磨削設(shè)備對(duì)工件球表面磨削的方法，磨削設(shè)備包括一盤(pán)形砂輪，一支承盤(pán)形砂輪以使其圍繞著垂直于其圓平表面中心軸線旋轉(zhuǎn)的砂輪支承，一設(shè)置在砂輪支承附近并平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸的臺(tái)，一使所述臺(tái)對(duì)著盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸平行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，一裝在臺(tái)一端上的頭架，一位于頭架上并沿平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸方向延伸的主軸，一在主軸自由端上用于固定工件的法蘭以及使主軸與法蘭一同旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，該方法包括用盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面對(duì)固定到法蘭上的工件球表面而進(jìn)行磨削，接著，用一彈性裝置將一個(gè)磨粒尺寸小于盤(pán)形砂輪的不同砂輪推靠到球表面上對(duì)球表面進(jìn)行精磨削，從彈性裝置完全壓縮直至其完全釋放時(shí)進(jìn)行精磨削，所以在從彈性裝置開(kāi)始釋放到完全釋放的時(shí)間內(nèi)，空心圓柱形砂輪靠彈性裝置自身彈力夾持著以與球表面相接觸。
由于在使用高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)形砂輪的球表面磨削設(shè)備中，用磨粒尺寸細(xì)于盤(pán)形砂輪的不同砂輪對(duì)已被盤(pán)形砂輪磨削過(guò)的工件球表面進(jìn)行精磨削，因此可以在同樣的設(shè)備上連續(xù)地用盤(pán)形砂輪將工件的表面粗糙度磨至1-2s，并且在同一臺(tái)設(shè)備上通過(guò)精磨削使表面粗糙度達(dá)到0.4-0.8s。這樣能夠消除軸向偏移并提高工件表面精度。
按照本發(fā)明，盤(pán)形砂輪是一種由粒度為＃60至＃80的磨粒模制而成的砂輪，例如可為盤(pán)形。盤(pán)形砂輪的圓周表面加工有一與工件球表面相配合的凹形。
按照本發(fā)明，對(duì)由盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面磨削得到的工件球表面，再用一包括較細(xì)砂輪磨粒的不同砂輪連續(xù)地磨削。這種磨削稱(chēng)作精磨。在精磨中，已被盤(pán)形砂輪磨削過(guò)的球表面被進(jìn)一步磨掉5-20微米。精磨削砂輪具有一空心圓柱體并且可由例如磨粒為＃600-＃800的模制砂輪，制成如外直徑為10mm而內(nèi)直徑為8mm的空心圓柱形。這種空心圓柱形砂輪的與工件球表面相接觸的端部具有一向內(nèi)凸起的端表面。根據(jù)工件的尺寸、種類(lèi)等來(lái)決定空心圓柱形砂輪的內(nèi)外徑以及端表面的向內(nèi)傾斜角。
在本發(fā)明中，最好是借助于如彈簧將精磨削砂輪推靠到工件上。在這種配置中，在磨削開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，推砂輪的力是彈簧的自身彈力，所以它能夠防止對(duì)精磨削砂輪的損壞?？衫靡蛔詣?dòng)定位器和一自動(dòng)定量量規(guī)對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定位并能檢測(cè)磨削程度。
當(dāng)在工件的軸和工件球部位置間存在偏心時(shí)，例如在磨削縫紉機(jī)曲軸的球表面的情況下，最好用一偏心夾具來(lái)建立偏心。


圖1示出了一個(gè)按照本發(fā)明的球表面磨削裝置的實(shí)施例的局部視圖;
圖2示出了偏心夾具與工件間相互關(guān)系的視圖;
圖3示出了一個(gè)圖解以偏心夾具為基礎(chǔ)的工作原理視圖;
圖4示出了一個(gè)說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例中工件與空心圓柱形砂輪間位置關(guān)系的視圖。
現(xiàn)在，將結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1示出了一個(gè)按照本發(fā)明的球表面磨削裝置的實(shí)施例的局部視圖。該裝置包括一盤(pán)形砂輪7，一支承盤(pán)形砂輪7以使其圍繞著一垂直于其圓平表面的軸線旋轉(zhuǎn)的砂輪支承1，一位于砂輪支承1旁、平行于盤(pán)形砂輪7旋轉(zhuǎn)軸線的臺(tái)2，使臺(tái)2在平行于盤(pán)形砂輪7軸線的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)，一裝在臺(tái)2一端的頭架3，一個(gè)與頭架3相對(duì)設(shè)置的尾架(未示出)，頭架3上裝有主軸4，該軸沿平行于盤(pán)形砂輪7軸線的方向延伸，一裝在主軸4一端上以固定工件的法蘭5，使主軸4與法蘭5一同旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置(未示出)，以及一臺(tái)用于對(duì)固定于法蘭5上的工件的球形面進(jìn)行精磨的精磨機(jī)，上述工件已被砂輪7磨過(guò)，而這種精機(jī)所用的砂輪8的磨粒度比盤(pán)形砂輪7的磨粒細(xì)。盤(pán)形砂輪7的圓周表面上加工有一凹形表面，用以與工件的球表面相配合。盤(pán)形砂輪7的圓平面延伸部分垂直于沿主軸4的軸線延伸的頭架3的延伸部分。盤(pán)形砂輪7和主軸4可沿上述延伸部分設(shè)置。序號(hào)10是一偏心夾具，11是一端面定位器，12是一自動(dòng)的定量量規(guī)，13是一加油器，18是一用于自動(dòng)定量量規(guī)的油壓裝置。
例如，當(dāng)磨削縫紉機(jī)曲軸的球表面時(shí)，采用這種結(jié)構(gòu)，使用一偏心夾具來(lái)相對(duì)曲軸軸線形成同軸球表面的偏心。圖2示出了將曲軸6固定到偏心夾具10的情形。圖3為說(shuō)明偏心夾具10工作原理的視圖。
參見(jiàn)圖2和3，偏心夾具10包括一偏心夾具體10A，一位于夾具體10A上的曲軸插入孔14，一止擋塊15，其一邊緣用于為插入到曲軸插入孔14中的曲軸6定位，以及一將被止擋塊15定位的曲軸6固定到夾具體10A上的固定螺釘19。
上述的曲軸插入孔14相對(duì)偏心夾具10的中心16偏離一段距離A。偏心距A等于球表面17相對(duì)曲軸6軸線的偏心距。序號(hào)20所示之處為一螺釘孔，螺釘被旋入該孔中以固定球表面研磨設(shè)備中法蘭5的偏心夾具10。
利用這種結(jié)構(gòu)，在將曲軸6固定到偏心夾具10上時(shí)，將曲軸6插到曲軸插入孔14中。接著，調(diào)節(jié)曲軸6，從而使曲軸6的偏心球表面17位于偏心夾具10中心軸線的延長(zhǎng)線上，并且曲軸6由放到曲軸6上的止擋塊15定位。為保持這種狀態(tài)，旋入螺釘19，從而將曲軸6固定到偏心夾具10上。
在將曲軸6固定到偏心夾具10上之后，將止擋塊15從曲軸6上松開(kāi)，并從偏心夾具10上拆下，這樣，曲軸6被固定到偏心夾具10上。
裝有曲軸6的偏心夾具10被固定到圖1所示的球表面磨削機(jī)的法蘭5上，由于工件移至法蘭5上，球表面磨削機(jī)與曲軸6一同被帶動(dòng)。當(dāng)球表面磨削機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，主軸4帶著曲軸6在例如200rpm速度下旋轉(zhuǎn)。隨后，主軸4沿與盤(pán)形砂輪7的旋轉(zhuǎn)軸線平行的方向移動(dòng)，當(dāng)球表面17到達(dá)盤(pán)形砂輪7的位移線時(shí)，利用從端面定位器11接收到的指令來(lái)使主軸6停止。接著，曲軸6的球表面17在盤(pán)形砂輪7的位移線上連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。然后，砂輪支承1與在例如1500rpm速度下旋轉(zhuǎn)的盤(pán)形砂輪7一同接近曲線6從而將高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面推靠到曲軸6的球表面17上。這樣，開(kāi)始了曲軸6球表面17的磨削。此時(shí)，從加油器13向磨削表面供切削油。當(dāng)球表面17被磨削至一預(yù)定量時(shí)，作為控制裝置的自動(dòng)定量量規(guī)工作，于是，盤(pán)形砂輪7與球表面17分開(kāi)并且在停止前移到一預(yù)定位置。然后，精磨機(jī)9開(kāi)始工作以使固定于其端部上的空心圓柱砂輪8圍繞著砂輪8的軸線在例如約800rpm速度下旋轉(zhuǎn)。上述一系列動(dòng)作均可由常規(guī)順序控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種狀態(tài)下，精磨機(jī)9的主軸伸出以驅(qū)使旋轉(zhuǎn)的空心圓柱砂輪8靠在旋轉(zhuǎn)的球表面17上，以此方式進(jìn)行精磨削。圖4是示出空心圓柱形砂輪8和曲軸6球表面17之間相互位置關(guān)系的放大視圖。參照該圖，空心圓柱砂輪8具有一個(gè)向內(nèi)凸的端面用以與球表面17相配合。這樣，靠空心圓柱形砂輪8下端的旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓周與旋轉(zhuǎn)的球表面17的接觸實(shí)現(xiàn)精磨削。
空心圓柱形砂輪8由作為彈性件的一彈簧(未示出)保持著推靠到球表面17上，并且初始推力靠壓縮彈簧生產(chǎn)。即，球表面17有效磨削是在彈簧完全壓縮的瞬間開(kāi)始的。這樣實(shí)現(xiàn)了精磨削，并且當(dāng)自動(dòng)定量量規(guī)12檢測(cè)到已完成預(yù)定的精磨削時(shí)，對(duì)彈簧的推力逐漸減少。當(dāng)推力減至預(yù)定值之下時(shí)，在壓縮狀態(tài)的彈簧開(kāi)始伸長(zhǎng)。在彈簧已完全伸展后，空心圓柱形砂輪8與球表面17分開(kāi)。這意味著從彈簧開(kāi)始伸展直至其完全伸展的時(shí)間例如為5秒空心圓柱形砂輪8靠彈簧自身的彈力保持與球表面的接觸。這樣，靠用一非常微小推力進(jìn)行的磨削就使磨削后的表面得以?huà)伖狻?br> 在包括有圍繞其中心旋轉(zhuǎn)的空心圓柱形砂輪8的精磨削機(jī)9這樣的球表面磨削設(shè)備的實(shí)施例中，例如在連續(xù)使用一夾具的情況下，用＃60-＃80的砂輪得到通常磨削，用＃600-＃800能得到精磨削。這樣，在精磨削時(shí)間內(nèi)能夠無(wú)需對(duì)中仍能得到?jīng)]有軸向偏離并具有高表面準(zhǔn)確度的成品的球表面。此外，在短的時(shí)間周期內(nèi)能夠產(chǎn)生一致地高質(zhì)量產(chǎn)品，且穩(wěn)定性和生產(chǎn)率能最大限度地得以提高。另外，與現(xiàn)有技術(shù)的磨削和類(lèi)似加工不同，在磨削表面上不可能有剪切楔，這樣大大地延長(zhǎng)了產(chǎn)品的壽命。再有，因?yàn)檫@個(gè)實(shí)施例中用空心圓柱形砂輪進(jìn)行的精磨削是在用盤(pán)形砂輪進(jìn)行的粗磨削之后，所以能夠避免由于現(xiàn)有技術(shù)中所見(jiàn)的磨擦過(guò)熱所造成的表面硬度降低的現(xiàn)象。進(jìn)一步地，能夠延長(zhǎng)盤(pán)形砂輪7的打磨間隙。
在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)精磨削機(jī)的空心圓柱形砂輪8通過(guò)彈簧被推靠在工件上時(shí)，在精磨削盡頭處的推力可以是彈簧自身彈力。于是，適當(dāng)?shù)剡x擇彈簧的彈力，就能得到一微小的推力以對(duì)工件表面加以精密拋光。
在這個(gè)實(shí)施例中獲得的球表面內(nèi)，尺寸X等于或最好是略長(zhǎng)于Y(X≥Y)，見(jiàn)圖4，其中，X表示下球表面底端到上球表面頂端間的距離，而Y表示穿過(guò)上和下球表面間球體中心的距離。這樣，在球表面17和空心圓柱形砂輪8間的連接段上能得到平穩(wěn)摩擦、X和Y之差最好是1-2微米。
在本發(fā)明中，偏心夾具10可以根據(jù)工件的種類(lèi)、尺寸等加以選定。無(wú)偏心率的工件可以不用偏心夾具來(lái)加以研磨，但需用法蘭5直接支承這個(gè)工件。
作為推壓空心圓柱形砂輪8的彈性件，除了彈簧外可使用壓縮氣體等。
設(shè)備的這個(gè)實(shí)施例中無(wú)工件和砂輪的任何弓形方向上的運(yùn)動(dòng)(也就是反運(yùn)動(dòng))，這樣，工件可以用一懸臂支承或在相對(duì)兩端上的支承加以固定。
按照所要求保護(hù)的本發(fā)明，利用球表面磨削設(shè)備中的精磨削，在工件由一夾具夾持情況下，能夠連續(xù)地進(jìn)行常規(guī)的粗磨削和精磨削步驟。這樣，能夠消除軸向偏離并且得到高表面精確度的產(chǎn)品。
此外，按照所要求保護(hù)的發(fā)明，例如在采用具有＃60-＃80的盤(pán)形砂輪將表面粗糙度磨至1-2s的粗磨之后，精磨削采用例如具有＃600-＃800的空心圓柱形砂輪。這樣，能夠很大程度地減少磨削時(shí)間并且提高生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種用于工件球表面磨削的設(shè)備，包括一盤(pán)形砂輪，該砂輪具有與工件球表面相吻合并靠于其上的凹形圓周表面，一支承盤(pán)形砂輪以使其圍繞著垂直于其圓平表面中心軸線轉(zhuǎn)旋的砂輪支承，一鄰近砂輪支承設(shè)置的并平行于所述盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸的臺(tái)，用以使臺(tái)對(duì)著盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸平行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，一裝在所述臺(tái)一端部上的頭架，一位于頭架上并沿平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸延伸的主軸，一位于主軸自由端用于固定工件的法蘭，使主軸與法蘭一同旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，以及一具有空心圓柱體的精磨削機(jī)，該機(jī)用于對(duì)已被盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面磨削過(guò)的工件的球表面進(jìn)行精磨，精磨削機(jī)具有一磨粒尺寸比盤(pán)形砂輪細(xì)的不同砂輪，所述的空心圓柱體的端部具有向內(nèi)凸、斜的表面，并將圓柱體設(shè)在所述法蘭上，從而使空心圓柱體與工件磨過(guò)的球表面相吻合并靠于其上。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括一檢測(cè)盤(pán)形砂輪磨削端并隨后開(kāi)始精磨削的控制裝置。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述盤(pán)形砂輪是由模鑄60＃至80＃磨粒成一盤(pán)形所形成的產(chǎn)品。
4.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述精磨削機(jī)是由模鑄＃600-＃800的磨粒成一空心圓柱形所制成的產(chǎn)品。
5.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述精磨削機(jī)用一彈性裝置推靠到工件上。
6.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，所述彈性裝置選自彈簧和壓縮氣體之一。
7.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述工件的所述球表面是縫紉機(jī)曲軸的球表面，為形成曲軸球表面的偏心采用一偏心夾具。
8.一種用球表面磨削設(shè)備磨削工件球表面的方法，磨削設(shè)備包括一盤(pán)形砂輪，一支承盤(pán)形砂輪以使其圍繞著垂直于其圓平表面中心軸旋轉(zhuǎn)的砂輪支承，一鄰近于砂輪支承設(shè)置的并平行于所述盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸的臺(tái)，使所述臺(tái)對(duì)著盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸平行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，一裝在臺(tái)端部上的頭架，一位于頭架上并沿平行于盤(pán)形砂輪旋轉(zhuǎn)軸延伸的主軸，一位于主軸自由端用于固定工件的法蘭以及使主軸與法蘭一同旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，所述的方法包括用盤(pán)形砂輪的凹圓周表面磨削固定到法蘭上的工件的球表面，接著用一彈性裝置將一個(gè)磨粒尺寸細(xì)于盤(pán)形砂輪的不同砂輪推靠到球表面上以對(duì)球表面進(jìn)行精磨，所述的精磨是從彈性裝置完全被壓縮時(shí)到它完全釋放時(shí)進(jìn)行，所以在從彈性裝置開(kāi)始釋放到完全釋放的時(shí)間內(nèi)，空心圓柱形砂輪被彈性裝置自身的彈力夾持著與球表面相接觸。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述彈性裝置是從彈簧和壓縮空氣中選定一個(gè)。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述球表面是縫紉機(jī)曲軸的球表面。
全文摘要
用于磨削工件球表面的設(shè)備和方法，其中包括一個(gè)盤(pán)形砂輪，它具有與上述球表面相吻合并靠于其上的凹形圓周表面，和具有空心圓柱體的精磨機(jī)。該機(jī)用于對(duì)已被盤(pán)形砂輪的凹形圓周表面磨過(guò)的工件球形表面進(jìn)行精磨，精磨機(jī)具有粒度比盤(pán)形砂輪細(xì)的另一個(gè)砂輪。在所述方法中以一彈性裝置在其開(kāi)始至完全釋放的期間內(nèi)對(duì)空心圓柱砂輪加載，從而使其與工件的球表面相接觸。
文檔編號(hào)B24B11/04GK1091348SQ9311293
公開(kāi)日1994年8月31日 申請(qǐng)日期1993年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月24日
發(fā)明者酒井幸春 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電社