专利名称：对工件进行同心外圆研磨的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种对工件进行同心外圆研磨的装置和一种新型的用于对坯件进行外圆研磨的新方法。
目前有各种各样的属于已有技术的这类装置，尤其是在制作所谓的光缆的所谓的金属套箍时特别重要的是与一配合件连接的金属套箍端面上的孔必须精确地在中心延伸。如果在此处的同心性不精确，则将导致在此接口上出新的功率损耗(即将增大衰耗)。
原则上有两种实现同心的方案在建立金属套箍的外径后进行同心钻孔和再加工，或者钻孔后与孔同心地对外径进行加工。
本发明涉及的是第二种制作方法，因为该方法比第一种制作方法较为有利。
本发明以下述文献中所披露的内容作为已有技术在US 5 862 280中披露了在两个锥形顶尖之间对一种特殊成型的套箍进行外圆研磨的方法，所述套箍具有一个在其中延伸的孔和具有一个较细的和一个较粗的直径段，其中一端也起着传递旋转驱动的作用。相应成型的下凹与配合的嵌入件共同构成用于传递由外部加在顶尖上的扭矩的的型面连接耦合。
在对安装光缆时，抛光的光缆端设置在其某侧或端面上，其中孔必须与端面或外径精确地同心，通过顶尖的锥形实现对端面的支撑。而另一侧用于与旋转驱动装置接合。
由于必须对套箍采用一定的轴向压力进行夹固，所以在所述的端面上必然受到顶锻负荷或顶锻变型的作用，而所述顶锻负荷或顶锻变型将导致在孔棱范围内套箍材料的碎裂。通常在顶锻负荷的作用下将出现孔棱的微观结构出现碎裂，从而造成由锥形实现的是不对称的支撑并且对坯件外径的磨削加工在任何情况下都不能满足要求或无效。此点导致在加工完毕的坯件上其端面与配合的端面，例如一个连接的光缆的插接件的不良的连接。另外由于孔棱的变形或碎裂而造成在此处的孔径也将发生变化，因而造成对光缆在端面范围内的欠佳的导向。
针对这些问题采取的解决措施是，对有关的端面必须进行再加工，即再研磨。但此点是不希望出现的附加的工序。此外该再研磨将导致孔棱向套箍中间方向的轴向偏移。因此将出现，在套箍内部的孔的同心不充分时，-只要端面和孔的出口的同心性完美，则此点将不会构成问题，-则与加工完毕的端面对应的的孔出口就不是同心的。
另外不仅由于在研磨装置上的夹固会导致孔棱微观结构的碎裂，而且对坯件的在先的对端面范围或在其孔棱上的加工也并不是最佳的。锥形支撑从一开始并且与夹固负荷无关是非对称的并且因此对坯件外圆的研磨加工就对孔轴的同心性而言是无效的。而且在此情况下对端面的再研磨将会导致过度的开销和上述的缺点。
除了坯件将受到负荷外，根据已有技术还将导致对有关的大多采用硬材料(例如钻石)构成的顶尖的很大的负荷。有关的顶尖由于最佳的同心性(避免支撑间隙)是刚性设置的，所以坯件的孔棱在顶尖的锥形上旋转。因此定心顶尖的磨损也是很大的。所以受到磨损的顶尖不再适用于对其它的坯件定心。对钻石顶尖的再研磨是非常昂贵的并且往往不能顺利地完成，因而这种昂贵的定心顶尖将提高加工成本。
JP-A-6-118273披露了一种类似的具有相应的夹紧装置的结构。但这样的一种顶尖支撑仅在扭矩传递方面不同于上述的已有技术。替代耦合嵌接，在套箍上形成的多边形被相对的同样的耦合件环包并以此方式将扭矩传递到套箍上。在该发明中并未克服所述的问题。
根据JP-A-6-208042披露的类似的结构同样是顶尖之间的支撑，其中扭矩的传递是通过鸡心夹头实现的。但在此也并未克服上述的问题。
在JP-A-10-337664中披露的一种类似的结构认识到了上述问题并试图通过如下方式克服这些问题，用一种非常昂贵的支撑顶尖减少在套箍上的支撑压力。除了为此要付出很大的支撑和费用代价外，在该结构中将会出现扭矩传递问题，该问题是通过在与砂轮盘相对的一侧上采用的压紧件解决的。此点将造成驱动时出现滑动，因而不可能对研磨过程实现最佳化。
根据JP-A-10-113852中披露的另一种结构采用胶滚实现扭矩传递也会出现类似的问题，其中根据该已有技术还将附加存在上述的在顶尖之间支撑的问题。
德国专利22656(帝国专利局)建立在另一方案的基础上并针对另一目的。该专利涉及一种对枪膛的外侧进行研磨的夹固顶针。其中径向导向件与轴向支撑分离。但涉及的是-当然在完全另一领域-类似的目的在枪膛的特定位置上应实现恒定不变的壁厚。此点从理论讲也将导致枪膛的同心的结构，当然确切地说仅在被研磨的位置。当时所提出的加工方法的基础并不是通过研磨建立完全同心的枪膛，而是通过对环槽的磨削在该枪膛上对壁厚相同的相对较窄的环形范围的加工。在该范围然后必须为继续进行的加工工序将枪膛夹固。在该已有技术中并未对连续的同心外圆磨削给出教导。
针对本目的，对德国专利22656的教导的应用并不会导致所需的在整个套箍长度上具有恒定不变的同心几何形状的同心结构。除了上述外，德国专利22656认识到在工件上的孔径-偏差的问题并提出如下解决方案一弹形座始终将工件顶压在位于面向砂轮盘侧的支撑件上。枪膛的端面在所述的加工技术中是不起作用的，而在对套箍研磨时至少原始端面应是最佳的，以便实现套箍的目的，即将光缆同心并且充分吻合地与配合件进行定位。
根据JP-A-10-286748，在对外圆研磨时-与大多数其它的情况相同-利用纯锥形或顶尖是不可能实现对套箍的支撑的。在此是通过一圆柱形的件实现径向导向的，该圆柱形件是通过在锥形上的内切铣实现的。在该结构中的必要的轴向支撑是通过一小型的平面实现的，该小型平面是采用内切铣实现的。但在JP-A-10-286748中对该小型的环形面并未做出进一步的说明。根据JP-A-10-286748的实施方式圆柱形部分(或顶针)可以安装在一锥形结构的基体上。
如图6和7及其在日本专利说明书中相应的说明所示，采用平的环面的支撑涉及的并不是轴向支撑的特定的形状，而仅涉及避免采用锥形造成孔棱的碎裂。通过采用所述日本专利说明书所披露的方案将抑制锥形对孔棱的损伤作用并通过圆柱形的部分实现了作为有益的副作用的对套箍的径向导向。
由于避免了锥形的顶尖的应用，因而在已有的方案中不会出现碎裂和顶锻的危险。而且由于通过顶针并不是通过锥形在孔棱上的定心贴靠产生径向的导向，因而还减少了在轴向上对套箍的压力。
但日本专利说明书所披露的装置具有如下潜在的问题为实现如图4b所示的同心性(平均值约为0.5μm；或微米)，顶针与工件之间的空隙必须特别小。不得大于经证明的同心性0.5μm。另一方面为了保证顶针可以插入孔内并可以旋转，又必须保证最小的间隙。该系统只有在经证明的精度的情况下，即配合间隙最大为0.5μm时才起作用。
但通常套箍，甚至在日本专利说明书中披露的单模套箍的孔的公差容限为1.0μm。另外顶针总是受到一定的磨损和弯曲应力的影响。
其中必须考虑到由于光缆在粘接时，甚至由于粘接剂造成直径变化时，必须重新被定心，孔的直径公差容限对光缆-接插件的质量的影响比孔的位置或同心性的影响要小。与此相反采用粘接剂并不会实现对同心误差的补偿。
目前为实现套箍较好的功能，目前还没有必须更为精确地制作套箍孔的理由。此点当然是必要的，以便实现为应用所述日本专利的教导所必要的配合间隙。而且由于对孔进行测量显然是在制作套箍过程中的最昂贵的工作之一，根据孔径对套箍进行的附加的较为精确的筛选是绝对不经济。
基于上述已有技术，本发明的目的在于提出一种对工件，例如套箍的简单的更可靠的定心支座，其中一方面至少可以最佳地并且不需要附加的研磨和测量过程地实现关键的端面并且另一方面在批量生产的条件下实现对坯件外径的同心研磨。
本发明与已知的已有技术不同采用环形的平的支撑面，轴向的支撑面具有一个小的偏心的支撑点，所述支撑点基于其偏心的位置和支撑时随之出现的摩擦力将导致在套箍上的反作用力，所述反作用力可实现对顶针或顶杆与孔之间可能存在的直径的不一致的补偿。
本发明偏心的支撑将促使在相同的位置工件与支撑之间的轴向接触面始终不变，即不旋转或不会出现非控制的移动，甚至在工件的端面不太平坦时也是如此。另外对工件总是在相同方向上顶压(支撑、顶针与工件之间的剪切)，因而可以消除在一个方向上的间隙。
通过支撑点的位置保证了工件被向砂轮盘的力作用的一侧顶压。即使在孔与顶针之间的间隙较大时(达到约3μm)也能保证恒定不变地同心度在0.5μm的情况下的研磨。
因此实现了本发明的目的。
对此根据本发明的解决方案，以何种精度对坯件的另一端进行导向或夹固是相对不太重要的。理论上采用本发明也可以实现变型方案，其中作为原材料也可以提供作为棒材的坯件，其中在对棒材的第一部分进行外圆磨削后可以将作为棒材的坯件切断，以便接着对棒材的下一个部分进行相同的加工过程。
由于采用了本发明，因而可以对在质量关键的范围内质量不太好的坯件进行加工。例如孔棱的结构可以不精确，并且孔径或顶针的支撑状态的偏差不会产生影响。
另外由于采用了本发明因而可以省去了坯件夹紧装置的复杂的压紧力的调节。另外还提高了工作的安全性、降低了废品率并改善了同心质量。
由于在支撑中设有通孔，通过该通孔顶针可以插入套箍的孔内，所以根据本发明的一个也可以单独采取的变型方案可以采用费用低廉的顶杆。此点实现了比迄今已知的技术方案要简单地对顶针进行调换。由于顶针可以回缩入支撑件的孔内，并且因此易于取下工件，另外通过采用该专门的变型方案非常有益地实现上工件和取下工件的自动化。
在
和权利要求中给出本发明的进一步细节和设计变型方案。
本发明原则上适用于各种套箍并且并不需要对套箍的特殊成型。在任何情况下可以节省一道工序并提高了加工精度。
在研磨时对套箍的扭矩传递并不是本发明的主题。可以根据一种已有技术公知的原理进行该扭矩传递。
所以为了充分完善公开内容，请参见在本说明书背景技术部分中给出的扭矩传递的技术和在所列出的文献中的该技术的细节。应将在本说明书中有关的附图及其说明视为已做了公开，因而对此不再赘述。
下面将对照附图举例对本发明的实施例的细节和变型举例加以说明。图中示出图1示出本发明的具有顶杆导向件的支撑座；图2示出支撑座和顶杆导向件，所述顶杆导向件与坯件接合并且坯件被支撑顶尖顶压在一砂轮盘前；图3示出处于两种状态的支撑座，其中上图为工作状态并且下图为在顶杆回缩时的上坯件时的状态；图4为图2的具有示意的顶杆进给装置的视图；图5为具有倒圆的支撑面的支撑座的变型方案的详图；图6为图5所示的具有倒圆的支撑面的支撑座的变型的侧视图和正视图；图7为图6所示的支撑座的在研磨盘旁的正视图；图8为上有坯件的图6所示的支撑座视图；图9为图8示出的支撑座和坯件之间的范围的放大图；图10为坯件的端面范围的进一步放大的视图，其中在孔范围内具有本发明的支撑点，和图11和12示出圆支撑座的变型。
下面将对附图概括和综合地加以说明。图中的相同的附图标记标示相同的部件。具有不同下标的相同的附图标记表示具有相同功能的部件。附图对本发明没有限制作用，而仅起着对权利要求保护的结构和方法的举例作用。附图标记对照表与权利要求所公开的内容应视为本说明书的不可分割的组成部分。
新型的支撑座1是本发明的核心。该支撑座1并不配备有锥形的顶尖，而是配备有一个圆柱形的顶针，如图所示配备有一个穿过顶杆孔12的顶杆2。支撑座1实际上是一个在先加工的套箍-坯件，因而可以费用低廉地更换有时被磨损的支撑座。根据本发明一优选实施方式，其中在围绕孔16轴的旋转范围内采用一个顶针或一个顶杆2，通过孔本身而不是通过孔16的边棱定中心。因而减少了磨损危险。
支撑座1和/或对面的支撑顶尖7可以在轴向上移动，将坯件6夹紧。由于坯件6与支撑顶尖7一起旋转，所以支撑顶尖7并不会受到上述高的机械摩擦负荷的作用。
替代支撑顶尖7也可以设置具有顶针或顶杆2的第二个支撑座，其中在该侧优选承担已知的扭矩传递。一种已知的砂轮盘8用于对外径进行磨削。根据本发明如图所示砂轮盘对整个套箍宽度进行覆盖，还是一个较窄的砂轮盘在轴向上摆动并不重要。而且砂轮盘如何工作，在坯件旋转的同时，砂轮盘旋转，还是固定的，或者还是两者都旋转等都并不重要。
图3示出上新的坯件以及取出已加工好的坯件6时顶杆2伸出或顶杆2回缩的支撑座1的两种工作状况。在图4中通过顶杆固定件10仅象征性地示出顶杆2的进给-及回缩装置。如图中所示，另一方面还表明，本发明的顶杆2涉及的是对习用的顶尖支撑的一种费用低廉的改进变型；当顶杆被磨损时可以简单地在进给方向推移一截顶杆，而当往往很昂贵的顶尖(例如钻石)被磨损时，则必须对其全部更换。
为了减少支撑座11在坯件6上的支撑面，可以如图5所示将支撑面20作成一倒圆头13。倒圆头13构成一个对工件的弧形的支撑面22。但如图6所示，该支撑面优选可以具有一非对称的支撑点14。如图8-10所示，支撑点14的作用在于在工作状况下实现作用于工件的反作用力18，该反作用力是支撑点14上的摩擦力与坯件6的围绕支撑杆2的旋转配合产生的。要注意的是，支撑点14的位置优选根据工件的旋转方向进行选择，以便保证工件被砂轮盘8向外顶压。
图11和12示出支撑座的各种变型方案，所述支撑座根据本发明并与其功能相应可以采用许多已知的形状。例如可以是卡盘。其中一种简单的解决方案是具有顶杆孔的菱形的支撑座31a，采用上述的结构可以实现顶杆2向工件6的进给。
顶杆2被一卡固螺栓25在轴向上固定在顶杆孔内。支撑座31a具有一个平的支撑面30或如上所述具有一个具有支撑点的支撑面。替代上述变型方案，顶杆2也可以与支撑体焊接或粘接在一起。
图12所示的实施例利用一个由两个可以连接成一体的夹钳部分27和28构成的支撑座31b替代整体的支撑座31a。用卡固螺栓25将两部分27、28相互夹紧固定并以此方式对在夹固槽26内的顶杆2进行卡固。
在部分27和28的端面上形成一个平的支撑面32。同时也可以采取支撑点-方案。
有关其它信息，请参见下述附图标记对照表和权利要求。
附图标记对照表1 支撑座2 顶杆3 支撑座1的端头4 支撑座1的进给方向5 顶杆2的进给方向6 坯件7 支撑顶尖8 砂轮盘9 夹固螺栓10 顶杆固定件11 支撑座12 顶杆孔13 倒圆的头14 支撑点15 杠杆臂的长度16 工件上的孔17 工件的旋转方向18 工件上的反作用力19 工件的旋转轴20 支撑面(＝支撑座1的端面)21 带有支撑点14的支撑座22 弧形的支撑面23 支撑座21的端头24 工件6的端面25 支撑座31a、b上的顶杆2的夹固螺栓26 顶杆2的菱形的卡槽27 第一夹钳部分28 第二夹钳部分30 (支撑座31a的)端面31 具有a)菱形或b)夹钳形结构的支撑座32 支撑座31b)的支撑面
权利要求
1.一种对具有一个中心孔(16)的工件(6)，尤其是对套箍进行同心外圆研磨的装置，具有一个至少在一侧的定心装置(1、3、11、13、21、31)，所述定心装置在加工时将工件(6)的端侧(24)与工件孔(16)的轴同心地固定，并具有一个表面加工装置(8)，其中备有一个用于插入(1、3、11、13、21、31)工件(6)的孔(16)内的导向顶针(2)和由一个与顶针(2)垂直的贴靠在工件(6)的端面(24)上的支撑面(20、22、30、32)，其特征在于，为对工件(6)的端面(24)进行支撑，支撑面(20)与导向顶针或顶杆(2)的轴偏心地具有一个突起或一个由支撑面(20)上突伸出的支撑点(14)，加工时工件(6)的端面(24)贴靠在支撑点上。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在具有一个顶杆的导向通孔(12、26)的支撑座(1、11、21、31)上形成支撑面，其中在加工时支撑顶杆(2)穿过顶杆孔(12)，所述顶杆构成导向顶针。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，导向顶针或导向顶杆(2)在其面向工件的一侧逐渐变细，优选成锥形。
4.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，导向顶针或导向顶杆(2)与支撑座刚性连接，或是可被夹固的或可拆卸的，和/或可轴向移动的。
5.按照权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，顶杆(2)视需要可或多或少地插入工件(6)的孔(16)内。
6.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，顶针或顶杆(2)是由硬金属，优选由钨或钨合金构成。
7.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少在支撑面(20、22)的范围内支撑头(3、23)的外径小于工件(6)在其端面(24)范围内的外径。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑面(22)为弧形。
9.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在工件(6)上或在与工件类似的部件上形成支撑面(20、22)，或采用工件(6)或与工件类似的部件形成支撑座(1)，和/或支撑座(1)在导向装置上与导向顶针或顶杆(2)同心和平行地被固定。
10.一种对具有中心孔(16)的工件(6)，尤其对套箍进行同心磨削的方法，其特征在于，将工件(6)夹固在两个部分(1、11、21、7)之间，其中至少一个部分(1、11、21)具有一个圆柱形的导向顶针(2)，所述顶针插入中心孔(16)内并且至少几乎无间隙地穿在中心孔内，同时另一部分(7)具有一轴向同心的第二导向件和一同步装置，其中通过同步装置使工件围绕导向顶针(2)旋转，同时研磨装置的研磨盘(8)对工件(6)的外径的尺寸与中心孔(16)的轴同心进行加工并且其中通过一个在与顶针(2)垂直的支撑面(20)上的突起(14)将一对间隙进行补偿的径向力矩加在工件(6)上。
全文摘要
本发明涉及一种对具有一个中心孔(16)的工件(6)进行同心外圆研磨的装置和新方法，其中工件(6)至少的一个端面(24)被一支撑面(20)和一在其中心孔(16)内的导向顶针(2)固定和导向。与习用的在两个锥形的顶尖之间的支撑相比，工件(6)将得到更为可靠的夹固并减少对工件(6)的损伤。同时降低了废品率并至少节省了一道工序。
文档编号B24B41/06GK1413138SQ00817672
公开日2003年4月23日 申请日期2000年12月20日 优先权日1999年12月22日
发明者汉斯·马格, 乌尔斯·马格 申请人:显微切削设备有限公司