CN101460281A - 用于棒形工件的磨削方法、实施该方法所需的磨床以及双磨床组成的磨削加工单元 - Google Patents

用于棒形工件的磨削方法、实施该方法所需的磨床以及双磨床组成的磨削加工单元 Download PDF

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Abstract

对具有两个平整的、互相平行且非圆形端面的棒形工件进行磨削加工，需要先后经过两个步骤实现。首先，对棒形工件的两个端面进行双面的粗磨和精磨加工，这时棒形工件的纵侧面被夹紧，此为第一装夹位置。处于这个装夹位置的棒形工件通过两个卡盘进行横向运动，卡盘把棒形工件的端面夹紧，使工件处于第二装夹位置。第一装夹位置随即取消，棒形工件随卡盘也旋转了方向。然后，按照C－X两坐标联动轨迹插补算法原理对棒形工件进行电脑数控圆周磨削，工件的纵侧面得到了粗磨和精磨加工。从第一装夹位置到第二装夹位置转换时有一个中间夹紧位置，同时也用作平面磨削的固定装置。上述磨削方法将流水线加工和复合加工任务集成在一台磨床上完成。

Description

用于棒形工件的磨削方法、实施该方法所需的磨床以及双磨床组成的磨削加工单元
技术领域
本发明涉及一种对棒形工件进行磨削加工的方法，棒形工件具有非圆形的、轮廓线为直线和/或曲线的横截面以及两个平整的、互相平行的端面。
背景技术
这类棒形工件优先的应用领域诸如有机械调整、开断和控制装置等；其中，棒形工件用作调整部件传递运动和作用力。这种情况下，棒形工件的最佳长度应为20至80mm，并且正方形横截面棱边最佳长度应为4至15mm。作为材料，不仅可以选择多种金属，也可以包括陶瓷材料。由于工件截面并非圆形，所以需要配有相应的导轨带动安装到位的棒形调整部件作纵向往复运动且不会发生扭转。
这些应用实例对需要进行精磨加工的棒形工件有很高的要求，最重要的是基本尺寸的精确性、两个端面之间的平行度、侧面和端面必须成直角、端面的平整度以及最大表面粗糙度Rz。
具体实际应用中，只有对棒形工件的每个面分别进行水平平面磨削才能达到精度要求。但这个方法也仅限于由轮廓边为直线的几何横截面。由于工件表面与砂轮是成面接触，所以根据所述方法磨削区域很难涂上冷却润滑液。因此，这种磨削方法无法获得与圆周磨削相同程度地节约时间。另外，工件需要经常翻转和调换装夹，所以这种磨削方法无法经济地进行大批量生产。
对于螺栓的端面和类似部件的磨削经常使用双砂轮平面磨削的方法，例如采用由申请人提供的型号为SaturnH的磨床(产品宣传册：容克-精密磨削的伙伴，2002年2月6日版本，图号86、87)。磨床上有一个旋转的支撑圆盘作为工件的固定装置，其圆周范围内包含一些径向通孔。待磨削的螺栓置于孔内，螺栓长度超过圆盘厚度，其一侧伸出砂轮孔外。另外还有以两个同轴旋转、间距正好为螺栓长度的砂轮在边缘范围内从两侧夹住支撑圆盘。按这种方法可以用砂轮的端面对较大量螺栓的两个端面同时进行平面磨削。
然而，上述已知方法并不能直接简单应用于所述棒形工件的磨削。一方面，不同毛坯件的磨削余量各有不同。同时，支撑圆盘上构造简单的通孔无法起到固定的作用，尤其当棒形工件的截面为非圆形时。如果支撑圆盘通孔内的工件安放位置不足够精确，就无法保证工件端面的平行度以及端面和外侧面之间的直角度。另一方面，如果较大批量的棒形工件的端面和平行纵侧面都需要磨削，则单批量的磨削加工无法达到大批量生产的要求。另外，棒形工件非圆截面的形状也是多种多样的，轮廓线也可能是曲线。甚至棒形工件的侧面轮廓线也并非两条平行的直线。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种引言部分所提及的方法，其能够满足不同截面和纵侧面轮廓工件的磨削加工，并且在满足优良的磨削质量的同时，能够经济地进行批量加工。
本发明的技术方案是根据权利要求1中所有技术特征的总和来实现的。
根据本发明提供的方法，一件棒形工件完整的磨削加工以一种方式通过两个分步进行，这样便可在一台磨床上以连续加工流程方式实现工件的复合磨削。磨削过程中，先后会经过两个不同的装夹位置或两次夹紧固定，且衔接流畅。首先逐个夹紧每个工件的纵侧面，不仅仅只是把其置于支撑圆盘的成型通孔内，这是第一装夹位置。此时至少进行双端面精磨。一般来说，在这个固定位置对端面进行粗磨和精磨，而不再需要另外的预磨削。夹持装置的相应构造使得双砂轮平面磨削获得上乘的端面磨削质量。然后，仍被固定在第一装夹位置的工件被位于两个有一定间距的、同轴旋转的卡盘之间的夹持装置转移，并且由其对两个端面进行夹紧，此时端面已经经过精磨，为之后更精密的加工打下基础。
当卡盘作为棒形工件第二装夹位置的夹紧站时，第一装夹位置被取消。两个夹爪可以被同步同相地控制旋转，并对工件进行基于C-X两坐标联动轨迹插补算法原理的CNC-控制圆周磨削加工。由卡盘控制转动的工件(旋转轴C)在处于任何旋转位置时，其长度都与砂轮X轴方向的间距相符。此处所需的具体的操作，对于本领域的技术人员而言，属于数控非圆磨削技术，因而不加以详细阐述。
相对于平面磨削，工件进行非圆磨削时，在砂轮和工件之间有一个线接触，这不仅改善了冷却液的输给，而且提高了时间节省量，这样加工时间便大大减少。
数控圆周磨削可以对不同截面的棒形工件进行粗加工和精加工，可以是截面为简单的正方形或矩形，侧面棱边有倒圆或平面倒角的工件，也可以是截面为棱柱形或由不同曲线构成，或者是各种形式的混合类型。以最简单的情况来看，需要磨削的工件侧平面棱边有倒圆或断边，截面轮廓都是曲线，都可以避免平面磨削后产生毛刺的问题。实施例的图1中汇集了所述可以选择的形式。
若使用一个能覆盖棒形工件全长的成型砂轮进行圆周磨削，则也能够将工件的侧面轮廓磨削成多种形状。实施例的图2对其进行汇集。其中也包括端面倒角和倒圆。
精磨结束后两个卡盘分开，第二装夹位置也随之消失，完成加工的棒形工件被移交到装卸装置。
在权利要求2中给出了对于进行双砂轮端面磨削的第一步的有益的细节内容。一般来说，处于第一装夹位置的棒形工件和两个旋转的第一砂轮都能够沿着X轴的方向进行移动。其中，将被夹装的所述工件移向所述第一砂轮，而在平面磨削的过程中，通过通常的移动方式进行靠向砂轮轴上的第一砂轮的过程。可想而知，在磨削过程中，可以将第一砂轮固定不动地设置，而使被夹紧的工件沿X轴进行移动以实施加工过程。磨削加工时，两个第一砂轮夹住棒形工件，工件的径向与第一砂轮共同旋转轴平行。所述磨削方法也可以通过将工件固定，而以砂轮向工件作横向和纵向磨削移动的方式实施。
根据权利要求3的进一步设计，提出了对于如何能够从第一步平面磨削转换到第二步圆周磨削的第一种有益的方案。为此所提出的技术方案为：将所述第一砂轮可以和至少一个第二砂轮安装在同一个可倾斜的砂轮架内。通过砂轮架的倾斜，第一砂轮或第二砂轮可以进入棒形工件的加工工位。为了实现磨削所需要的X轴向进给运动，砂轮架首先要能沿X轴的方向进行可控制的移动。
权利要求4给出了另一个从第一步平面磨削转换到第二步圆周磨削的有益的技术方案。进行端面平磨的第一砂轮和进行侧面圆周磨削的第二砂轮安装于同一个旋转轴并且被始终共同驱动。当然，针对各个步骤可以选择不同的、相对最优的转速。从第一装夹位置转换到第二装夹位置时，棒形工件也要求必须以平行于砂轮共同旋转轴，即平行于C轴的方向被推移。对于工件的所述推移可以由第一位置所用到的夹持工具得实现，该夹持工具既能够沿着X轴方向进行移动，也能够沿着C轴方向移动。对于工件的推移也可以通过卡盘或带有卡盘的头架的移动得以实现。
权利要求5给出了一种有益的方案，处于第一装夹位置的工件以某一种方式由一个能自动对中心的夹紧装置夹紧，使得在磨削过程中，工件的纵中线与毛坯件的磨削余量无关。如果在平面磨削和转换到第二夹紧位置时，此夹紧装置同时满足输送工具和夹持工具的两重任务，那么夹紧装置必须按权利要求6所述的既能沿X轴方向进行可控的移动，也能沿C轴方向进行可控的移动。
权利要求7也给出了另一个有效的设计，夹紧装置上带自补偿动态平衡器的装料夹持器同时用作确定磨削余量的传感器，这对于圆周磨削过程十分重要。
本发明还涉及到用于实施根据本发明所提出的磨削方法的磨床。权利要求8给出了第一种发明技术方案。其中通过一个可以进行推移和摆动的砂轮座来实现从端面平磨到侧面纵磨的转换。这个磨床的实施方式与权利要求3所述的方法相符。
权利要求9中给出了本发明所要求的磨床的另一种技术方案，这种磨床的设计用于权利要求4所述的方法。平面磨削和圆周磨削所使用的不同的砂轮作为一套砂轮安装在砂轮轴共同的旋转轴上，并且砂轮轴可以沿X轴方向进行可控的移动。夹紧装置的任务就是按给定的方式接收棒形工件，并先后进给到不同的砂轮，其中实现从第一装夹位置到第二装夹位置的转换。
权利要求8和9所述的两种磨床所具有的优点在于，单个棒形工件可以在一台磨床上进行在第一装夹位置进行的端面平面磨削和在第二装夹位置进行的侧面圆周磨削。棒形工件在贯穿整个磨床后即完成了磨削。不再需要几个步骤分别进行，从而使所需的空间减小，这样便满足了完美的流水加工的前提要求，处理次数也仅需一次。
本发明所述的磨床以现代磨削工艺技术中有效的基本元素进行工作，但是却使得这些工艺通过智能型的输送和夹紧***以新的方式相互璧合。磨床仍保持了简单的结构。磨床经过一个装料单元在通过一个装料窗(Ladeluke)在左边或右边进行材料的装和卸，从而实现所谓的“钥匙孔方案”(Schlüsselloch-
Figure A200780005576D0011134928QIETU
)。工件在磨床的侧面上料，而机床的操作在正面进行，即在滑轨一侧。
本发明所述的磨床也能够让小批量加工具有经济性，因为其本身独特的构造可用对某种特定工件实现复合加工。另外，加工数量上也有很高的灵活性。特别是基于C-X两坐标联动轨迹插补算法原理的数控圆周磨削加工也提供了种类高适应性。置换成另一种截面形状的棒形工件的准备时间可以很短。例如，把一个带正方形截面的棒形工件从倒角折断纵边变成倒圆的纵边，这个过程可以在3分钟内完成，因为这个纵边的置换仅通过用于所需生产的工件的分步程序完成。其中倒角也适合于截面的形状。
根据权利要求8和权利要求9所述，根据本发明的磨床上第二砂轮适用于对完成精加工的棒形工件侧面轮廓的磨削，并且能够包括工件的端面倒角。通过使用基于C-X两坐标联动轨迹插补算法原理的数控圆周磨削对棒形工件的纵侧面进行加工，倒圆半径或棱边倒角可以与纵侧面一起进行磨削，而不会有延长拖拍。这同样适用如果砂轮的轮廓的形状与端面相符时用于端面倒角。此时，在同一个装夹位置，端面倒角磨削、纵侧面磨削和纵面倒角磨削以同一种轮廓形状同时进行。无需进行重新夹紧。总体来说，这个磨削过程中所要求的几何数据(尺寸公差、形状公差和位置公差)的控制要简单且稳定地多。不仅节省加工时间，而且尤其避免了重新夹紧可能带来的不精确性。另外，可以将砂轮轮廓在微米范围内的进行精度的调整设定。这样便使得所产生的端面倒角在其整个长度范围内彼此都始终是同一个宽度。因而从这一点来看，本发明也使加工速度和加工成果精确度同时得到了提高。
权利要求12至14给出了本发明所述磨床的进一步有益的设计，并通过具体实施例加以进一步说明。
权利要求15给出了一个磨削加工单元，其中设置有两台相同布置的根据本发明的磨床，且两台机床共用一个装料单元。这种结构不仅使得投资费用和所需空间要求进一步降低，同时也保留了仅在正面操作机床的这个优势。
附图说明
最后，通过一些实施例的附图对本发明进行进一步说明。以下为附图：
图1再次给出了棒形工件各种按本发明方法进行磨削的非圆横截面；
图2表明需要磨削的棒形工件的各种纵侧面轮廓；
图3是用于实施根据本发明的磨削方法所需要的磨床的第一种实施方式俯视图；
图4表明了根据本发明的磨削方法的一部分---双砂轮平面磨削；
图5是棒形工件磨削过程中一部分的移动过程的原理图；
图6表明基于C-X插补法进行数控圆周磨削加工的原理；
图7表明对应于图3的根据本发明的磨床第二实施方式的俯视图；
图8是一磨研加工单元内具有相同布置的、两台本发明所涉及的磨床。
具体实施方式
图1用举例的形式给出了一些需要进行磨削的棒形工件1可能有的横截面形状。最简单的例子中，棒形工件1为一个端面2为正方形、纵侧面3为矩形的方棱柱，参见图1a。这类棒形工件1的优先应用的领域是在机械开断和调节装置中用作调整部件。这种控制部件的长度范围可以是20至80mm，其截面边长范围可以是4至15mm。不过这只是一个举例。这类棒形工件1的材料可以是多种金属，但也可以考虑采用陶瓷材料。根据各种需要的功能，截面的形状并不局限于几何形状正规的正方形(b)。侧棱边可以倒圆(c)或倒角(d)。正方形可以变成具有凸面的正方形变形(e)或具有凹面正方形变形(f)。此外，截面的轮廓也可能仅由曲线围成(g)，包括椭圆形轮廓(h)或各种多边形(k)，这种情况下，针对于正方形截面的所给出的变形方式也同样适用。
当然，所需加工的棒形工件1的纵侧面轮廓也不仅仅限于严格的几何形状--矩形，这在图2a中再次说明。
图2中所示为所需加工的棒形工件1的纵侧面3的不同形状。在转换到端面2的时候也可以出现平整的倒角2a(图2b)或倒圆2b(图2c)。正规矩形可以变成一个凸球形状(d)。此外，也可能存在纵侧面轮廓为锥形(e)的情况，或者带凹陷中间部分的基本矩形形状(f)。
图3展示了一台磨床的第一种实施方式，其可以进行截面为正方形的棒形毛坯工件1的复合磨削加工。床身4上有一个带滑轨5的工作台，在滑轨5上有一个能够沿着滑轨5的方向以及垂直于滑轨5方向移动的夹紧站6。在夹紧站6的两侧放置了头架7a和7b，其同样可以在滑轨上移动，头架7a，7b可以单独运动也可以一起运动。头架7a，7b上装有卡盘8a，8b，可以被驱动旋转。同时磨床的控制装置可以使两个有间距的同轴的卡盘8a、8b严格地同步同相旋转。
在卡盘8a、8b的外边缘各装有一个摩擦垫片9a、9b，把卡盘8a、8b压紧在棒形工件1的端面2上并夹紧，也可参见图6b。卡盘8a、8b的摩擦垫片9a、9b由耐磨的材料制成，例如硬金属，以防止磨损。
能够将砂轮架10严格地垂直于带滑轨5的工作台、以及垂直于头架7a、7b和/或其卡盘8a、8b的的侧向推移方向进行移动。另外，将将砂轮架10以竖直轴11为轴进行摆动偏移。砂轮架10包含两根砂轮轴12和13。第一根砂轮轴12上装有两个第一砂轮14a、14b，第二根砂轮轴13上装有第二砂轮15。砂轮轴12和13带动其上面的砂轮14a、b以及15绕着旋转轴14c和15a旋转。通过将砂轮架转动180°可以将第一砂轮14a、14b或第二砂轮15带到其工作位置。
磨削技术领域中普遍把滑轨5、夹紧站6和头架7a、7b的横向移动方向定义为Z轴。卡盘8a、8b共同的旋转轴和驱动轴16构成了旋转轴C，而将垂直于Z轴和C轴的砂轮架10的移动方向定义为X轴。
图4中给出了采用两个相同布置的第一砂轮14a、14b双排列结构的详细图。两个第一砂轮14a、14b以轴向间距D设置在第一砂轮架12的共同旋转轴14c上，间距的距离由间隔垫片17决定。每个砂轮14a、14b都包含一个基体18a、18b。基体18a、18b的两个相对的宽面19a、19b在其圆周***处各有一凹陷20a，20b，凹陷外环区域21a、21b为粗磨磨料层，内环区域22a、22b为精磨磨料层。两组磨料层21a、21b和22a、22b构成了在凹陷处20a、20b的环形体。其中带粗磨磨料层的外环区域21a、21b的形状为向外伸展的锥形。
图5说明了前面所提及的夹紧站6不仅能够沿Z轴或C轴方向移动，也可以沿X轴移动。基座6a上设有两个相对的、可以控制地相向移动的装料夹持器24。装料夹持器24的抓面24a正好与棒形工件1的截面形状相符。图5中的位置1是装料夹持器24互相分离的状态。位置2是装料夹持器24抓住棒形工件1，在棒形工件两边平衡定位。这种夹持方式的优点在于：在抓住和夹紧棒形工件1时，工件1的纵中线在工件1的磨削尺寸各有不同的情况下总能保持在同一水平面上。因此，与刚性的工件支架恰好相反，磨削余量31(也见图6a)对工件中线的位置没有影响。在随后进行圆周磨削时，余量稳定不变。图5位置3表示夹紧站6可以把夹紧的棒形工件1送到靠近第一砂轮14a、14b处。
下面对在一台图3给出的磨削机床上的磨削加工过程进行详细的描述说明。
将棒形工件1的坯件用通常的运载***运送到夹紧站6上，并按所描述的方法由装料夹持器24夹持住，见图5位置2。然后将夹紧站6移动到第3位置，直到第一砂轮14a、14b的工作区域前。在图5中清晰标出的第一装夹位置开始了对棒形工件1的端面2进行双砂轮同时磨削。为此将砂轮架10沿X轴方向面向棒形工件1移动，见图4。含粗磨磨料层的外环区域21a、21b分别对棒形工件1的端面2进行粗磨削加工，然后含精磨磨料层的内环区域22a，22b对端面2进行精磨削加工。
接着，砂轮架10沿着X轴方向返回到其出发位置，而夹紧站6处于图5的位置4。这时，棒形工件1位于卡盘8a、8b的共同旋转轴和驱动轴16的范围内。
然后，将两个头架7a、7b移向棒形工件1的两侧，直到卡盘8a、8b上的摩擦垫片9a、9b夹紧棒形工件1的端面2。根据头架7a、7b具体设计，有时候只需用卡盘8a、8b来夹紧棒形工件1的端面2即可，若其既能进行驱动旋转、又能进行轴向移动。随后，使装料夹持器24与夹紧站6互相分离，夹紧站6在回到图5的位置1，在其出发位置接受一个新的工件毛坯。
这种夹紧方式的优点在于：不必再分别地用卸料设备抓住工件。这样，卡盘8a、8b对工件的夹紧可以达到一个最佳精度，因为也不再会出现其它由于卸料设备所造成位置错误。
其中，将砂轮架10沿竖直轴11偏转，使得第二砂轮轴13及安装在上面的第二砂轮15在其磨削位置就位，即在棒形工件1的范围内。
棒形工件1不仅被两个卡盘8a、8b在第二装夹位置夹紧，而且可以被其控制旋转，两个卡盘8a、8b共同的旋转轴和驱动轴16构成了磨削过程中的C轴。图6所示为控制进行的圆周磨削过程。图6a所示为从侧面观察到的磨削过程。为了更清楚的看清棒形工件1的状态，所示为两个装夹位置同时作用的状态。两个装料夹持器24仍然位于棒形工件1的纵侧面上；同时，两个卡盘通过其上面的摩擦垫片夹住棒形工件1的端面。摩擦垫片9a在图6a中相关地示出。图6a清楚地表明：采用装料夹持器24的轴向夹紧为中心确定的，并使得磨削余量31对工件中线的位置没有任何影响。当然，卡盘8a、8b若要对于棒形工件1进行旋转，必须先使其位于装料夹持器24外并且第一装夹位置随之取消后方能够进行。另外，图6a也描述了第二砂轮15如何沿X轴移向棒形工件1的磨削范围并待位。
图6b给出了处于第二装夹位置的圆周磨削状态的俯视图，卡盘8a、8b夹紧了棒形工件1并同时旋转工件。共同旋转和驱动轴16构成了磨削过程中的C轴。第二砂轮15轴向宽度B覆盖了棒形工件1的长度L。
然后按C-X两坐标联动轨迹插补算法原理对棒形工件进行圆周磨削，其中棒形工件1的每个旋转位置都对应一个X轴向的、C轴和第二砂轮的旋转轴15a之间的距离。该过程采用原则上为本领域技术人员所知的数控非圆磨削技术实施，所以这里便不再详述。显然，按照插补算法原理可以磨出图1所列出或者相似的横截面形状。通过沿着X轴方向移动砂轮架10实现工件1和第二砂轮15间的相对运动。粗磨和精磨都仅由一个第二砂轮15完成。不过当然也可以在第二砂轮轴13上安装两个砂轮，一个进行粗磨加工，另一个则进行精磨加工。
图2中给出的各种纵侧面轮廓形状的成型可以通过有相同圆周轮廓15a的第二砂轮15实现，见图2d。特别是，当棒形工件1的纵侧面3在磨削成某一种轮廓的同时，工件的端面也可以进行倒角2a或倒圆2b磨削加工，且装夹位置不变。为此，第二砂轮15的圆周轮廓15a必须拥有相应的轮廓造型，见图2b。
显然，夹紧站6满足了本发明所涉及的磨削方法中多重任务。其首先用作运送设备，把棒形工件1送至第一砂轮14a，14b的工作区域内。然后又用作装夹设备，在端面磨削时保证棒形工件的第一装夹位置。接着，夹紧站6继续充当运送设备，把棒形工件1送至两个卡盘8a、8b之间的区域，如图5中的位置所示。原本在第二装夹位置进行圆周磨削需要的夹紧由卡盘8a、8b负责。夹紧站6完成了对第一根棒形工件1运送和装夹任务后，返回位置1，准备运送下一根工件坯料。
此处所描述的圆周磨削对于当棒形工件1有横向的层结构时特别有益，如在有些应用领域中，如压电执行器。不同材料可能出现交替层。与平面纵磨相反，圆周磨削可以使得物体侧面的不同材料层不会混在一起。
图7给出的本发明涉及的磨床上安装了一组成套砂轮，而并非带两个砂轮轴的一个砂轮架。砂轮套包括拥有共同旋转轴25的第一砂轮14a、14b和第二砂轮15。砂轮套安装在共同的砂轮轴26上。图7中砂轮架标为27a、27b，卡盘标为28a、28b，卡盘上的摩擦垫片标为29a、29b。与第一种实施例相比，棒形工件1在第一装夹位置进行的双砂轮平面磨削的过程不变。工件1转到第二装夹位置时，需要共同砂轮轴26和砂轮架27a、27b作相向轴向运动。当然，也可以使卡盘28a、28b在砂轮架27a、27b之间作轴向运动来满足要求。
然后便进行于第二装夹位置进行的圆周磨削，就如第一实施例中所描述的一样。
图8所示为由根据本发明的两台磨床32、33以组成一个磨削加工单元。两台磨床32、33，以双磨床装置并排布置在一起，间距保持在A，使得带滑轨5的工作台和C轴的方向一致。两台磨床32、33之间共用一个装料单元34，给两台磨床供应棒形工件1的坯件。投资费用和空间要求得到进一步降低，而且保留了能在正面进行操作的优势。
附图标记对照表
1       棒形工件
2       端面
2a      端面倒角
2b      端面倒圆角
3       纵侧面
4       床身
5       滑轨
6       夹紧站
6a      基座
7a，b   头架
8a，b   卡盘
9a，b   摩擦垫片
10      砂轮架
11      竖直轴
12      第一砂轮轴
13      第二砂轮轴
14a，b  第一砂轮
15      第二砂轮
15a     第二砂轮的旋转轴
15b     第二砂轮的外周轮廓
16      共同的旋转轴和驱动轴
17      间隔垫片
18a，b  基体
19a，b  宽边
20a，b  凹陷
21a，b  外环区域
22a，b        内环区域
23            夹紧站6的基座
24            装料夹持器
24a           抓面
25            共同旋转轴
26            共同的砂轮轴
27a，b        头架
28a，b        卡盘
29a，b        摩擦垫片
30            共同的旋转轴和驱动轴
31            磨削余量
32            磨床
33            磨床
34            共用装料单元
A             两台磨床之间的间距
B             两个砂轮之间的轴向宽度
C             圆周磨削时棒形工件的旋转轴
D             第一砂轮之间的间距
L             棒形工件的长度
X             垂直于棒形工件纵轴的进给运动的轴向

Claims (15)

1.一种棒形工件(1)的磨削方法，工件包含一个非圆的、由直线和/或曲线构成的横截面以及两个平整的、互相平行的端面(2)，并具有以下方法步骤：
a)将所述棒形工件(1)纵侧面夹紧于第一装夹位置；
b)对于所述棒形工件(1)的两个端面(2)同时进行双砂轮平面精磨加工；
c)将所述棒形工件(1)在两个同轴的、相互间隔的卡盘(8a，8b，28a，28b)之间进行转移，并且在第二装夹位置将其端面(2)夹紧，在所述纵侧面(3)的第一装夹位置随即被取消；
d)将所述卡盘(8a，8b，28a，28b)进行同步控制驱动旋转，并且按照C-X两坐标联动轨迹插补算法原理对所述棒形工件(1)的纵侧面(3)进行CNC-控制(电脑数控)圆周粗磨和精磨加工；其中所述卡盘(8a，8b，28a，28b)的共同旋转轴和驱动轴(16；30)构成了C轴，而X轴垂直于C轴；
e)将卡盘(8a，8b，28a，28b)互相分离，第二装夹位置随即被取消，将所述棒形工件(1)转移给卸料装置。
2.根据权利要求1所述的方法，并具有以下方法步骤：
a)将所述棒形工件(1)输送到两个同轴旋转、轴向间距为D的第一砂轮(14a，14b)之间，以对其端面进行双砂轮平面磨削，其中所述棒形工件(1)的纵轴平行于第一砂轮(14a，14b)的共同旋转轴(14c；25)；
b)通过所述棒形工件(1)与第一砂轮(14a，14b)之间沿着X轴进行相向运动，实现平面磨削；
c)所述棒形工件(1)与第一砂轮(14a，14b)作相向运动时，所述棒形工件(1)的两个端面(2)先后经过位于第一砂轮(14a，14b)两个相对转动的宽面(19a，19b)上带粗磨磨料层的外环区域(21a，21b)和带精磨磨料层的内环区域(22a，22b)进行磨削。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，处于第二装夹位置的棒形工件(1)的纵侧面(3)至少由一个旋转的第二砂轮(15)进行磨削，其旋转轴(15a)与卡盘(8a，8b，28a，28b)的共同旋转轴和驱动轴(16)平行；这样，第一砂轮和第二砂轮(14a，14b，15)被带到其工作位置并再次脱离其位置，从而将共同砂轮架(13)发生偏转，在所述位置上安装具有互相平行延伸的旋转轴(14c，15a)的第一砂轮和第二砂轮(14a，14b，15)。
4.根据权利要求2所述的方法，
其中，处于第二装夹位置的棒形工件(1)的纵侧面(3)至少由一个第二砂轮(15)进行磨削，且第二砂轮至少与第一砂轮(14a，14b)有一个共同旋转轴(25)；其中所述棒形工件(1)由以下方法步骤从第一砂轮(14a，14b)的磨削位置转移到第二砂轮(15)的磨削位置：
a)将处于第一装夹位置的棒形工件(1)沿X轴从第一砂轮(14a，14b)的工作范围中移出；
b)从第一装夹位置进入第二装夹位置；
c)将处于第二装夹位置的棒形工件及装于共同旋转轴(25)上的一砂轮和第二砂轮(14a，14b，15)进行移动使其互相平行；
d)直到棒形工件位于第二砂轮(15)的工作位置。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，将所述棒形工件(1)于第一装夹位置由至少两个位于可以移动的夹紧站(6)上的装料夹持器(24)所抓持，所述装料夹持器夹持口形状与棒形工件(1)的截面相符，且其位于所述棒形工件(1)两边的纵侧面(3)上互相保持平衡稳定。
6.根据权利要求5所述的方法，所述夹紧站(6)可以沿着X轴和C轴方向进行控制移动。
7.根据权利要求5或6所述的方法，所述互相平衡的装料夹持器(24)还用于确定对于第二装夹位置的圆周磨削过程非常重要的磨削余量(31)。
8.一种磨削棒形工件(1)的磨床，所述工件(1)具有一个非圆的、由直线和/或曲线构成的横截面以及两个平整的、互相平行的端面(2)，所述磨床用于根据权利要求3和5至7的磨削方法实施磨削，其具有如下特征：
a)床身(4)上装有一个滑轨(5)，将两个头架(7a，7b)设置在滑轨上使其能够单独地或一起在滑轨上进行移动或固定；
b)头架(7a，7b)上装有卡盘(8a，8b)，其夹紧面相对设置；
c)每个头架(7a，7b)包含一个电动旋转驱动机构用于驱动其上面的卡盘(8a，8b)，其中两个卡盘(8a，8b)的旋转和驱动轴(16)几何等同，且构成了磨削过程中的C轴；
d)磨床还配备一个控制装置，以实现可能发生的一个功能，即使两个卡盘(8a，8b)同步同相旋转；并具有另外的功能，即通过将两个卡盘(8a，8b)的共同移动，从棒形工件(1)的两边相向至端面(2)并把其夹紧；
e)床身(4)上设有一个能够沿竖直轴(11)摆动，并且能垂直于C轴方向进行控制移动的砂轮架(10)，其移动方向也决定了磨削过程中的X轴；
f)砂轮架(10)上装有一个第一砂轮(12)和一个第二砂轮(13)，砂轮架(10)通过沿着竖直轴的偏转能够进行选择地把两个砂轮带到其磨削位置；
g)在第一砂轮轴(12)安装有具有共同的旋转轴(14c)的两个第一砂轮(14a，14b)，所述两个砂轮的间距D与棒形工件(1)的长度L相符；
h)在第二砂轮轴(13)上至少安装有一个第二砂轮(15)，其轴向宽度B覆盖了棒形工件(1)的长度L；
i)在滑轨(5)上、头架(7a，7b)之间有一个夹紧站(6)，其连同下面的基座(6a)能够沿X轴方向进行控制移动，并且具有位于基座(6b)上的能够自行对准中心的装料夹持器(24)；
j)夹紧站(6)的作用体现在：能够将所述棒形工件(1)的在其纵侧面(3)夹紧(第一装夹位置)，并将其以长度方向与C轴平行地从装料位置进入平面磨削位置，旨在对其未被夹持的端面(2)由第一砂轮(14a，14b)上互相面对面的宽面进行平面磨削，然后将其推入卡盘(8a，8b)中间的过渡位置并由其进行夹紧(第二装夹位置)；
k)所述控制装置的作用体现在：通过旋转轴(15a)平行于C轴的、处于磨削位置的第二砂轮(15)按照C-X两坐标联动轨迹插补算法原理对所述棒形工件进行CNC数控圆周磨削。
9.一种用于对棒形工件(1)进行磨削的磨床，所述棒形工件(1)包含一个非圆的、由直线和/或曲线构成的横截面以及两个平整的、互相平行的端面(2)，所述磨床根据权利要求4至7所述磨削方法进行磨削，其具有如下特征：
a)床身(4)上装有一个滑轨(5)，将两个头架(7a，7b)设置在滑轨上使其能够单独地或一起在滑轨上进行移动或固定；
b)头架(7a，7b)上装有卡盘(8a，8b)，其夹紧面相对设置；
c)每个头架(7a，7b)包含一个电动旋转驱动机构用于驱动其上面的卡盘(8a，8b)，其中两个卡盘(8a，8b)的旋转和驱动轴(16)几何等同，且构成了磨削过程中的C轴；
d)磨床还配备一个控制装置，以实现可能发生的一个功能，即使两个卡盘(8a，8b)同步同相旋转；并具有另外的功能，即通过将两个卡盘(8a，8b)的共同移动，从棒形工件(1)的两边相向至端面(2)并把其夹紧；
e)在所述床身上设有能够垂直于C轴进行控制移动的砂轮轴(26)，其上一个装有一套砂轮，所述砂轮轴(26)的移动方向决定了磨削过程中的X轴；
f)所述一套砂轮包括两个第一砂轮(14a，14b)，其轴向距离D所述两个砂轮的间距D与棒形工件(1)的长度L相符；所述一套砂轮还包括两个第二砂轮(15)，其轴向宽度能够覆盖棒形工件(1)的长度L；
g)所有砂轮(14a，14b，15)安装在同一个旋转轴上(25)；
h)在滑轨(5)上于所述头架(7a，7b)之间设置有一个夹紧站(6)，其可以沿X轴和C轴方向进行控制移动，并且具有位于基座(6b)上的、可以自行对准中心的装料夹持器(24)；
i)夹紧站(6)的作用在于：能够将所述棒形工件(1)的在其纵侧面(3)夹紧(第一装夹位置)，并将其以长度方向与C轴平行地从装料位置进入平面磨削位置，旨在对其未被夹持的端面(2)由第一砂轮(14a，14b)上互相面对面的宽面进行平面磨削，然后将其推入卡盘(8a，8b)中间的过渡位置并由其进行夹紧(第二装夹位置)；
j)所述控制装置的作用在于：通过旋转轴(15a)平行于C轴的、处于磨削位置的第二砂轮(15)、按照C-X两坐标联动轨迹插补算法原理对棒形工件进行CNC数控圆周磨削。
10.根据权利要求8或9所述的磨床，其中，将所述覆盖了棒形工件(1)的长度L的第二砂轮(15)的圆周轮廓(15b)设计为非圆柱体、并且与所述棒形工件(1)精磨成型的纵侧面轮廓相符。
11.根据权利要求10所述的磨床，其中，使得所述第二砂轮(15)的圆周轮廓(15b)做成的形状与对所述棒形工件(1)磨削得到的端面倒角(2a)或端面倒圆(2b)形状相符。
12.根据权利要求8至11所述的磨床，所述卡盘(8a，8b；28a，28b)具有摩擦垫片(9a，9b；29a，29b)用来接触所需夹紧的所述棒形工件(1)端面(2)。
13.根据权利要求8至12所述的磨床，其中，所述第一砂轮(14a，14b)互相面对面的宽面在各自圆周范围内包含一个带粗磨磨料层的外环区域(21a，21b)和一个带精磨磨料层的内环区域(22a，22b)，两个外环区域(21a，21b)之间的轴向间距由内向外逐渐变大。
14.根据权利要求8至13所述的磨床，其中，所述夹紧站(6)的基座(6a)上至少沿着直径相对装有两个相反的装料夹持器(24)，并使得装料夹持器(24)的抓面(24a)于所述棒形工件(1)的截面相匹配。
15.一种磨削加工单元，里面并排安放了两台根据权利要求8至14所述的磨床(32，33)，其操作面相邻或面对面设置，并且在所述两台磨床(32，33)之间设置一个共用装料单元(34)。
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