专利名称：一种工件磨球面方法
技术领域：
本发明属于磨削加工技术领域，具体涉及一种用于对工件的端部或局部进行磨削球面加工的方法。
背景技术：
工件端部或局部球面的磨削比平面及圆柱面的磨削难度要高得多，特别是对球面的磨削精度要求较高时，难度更大。而采用手工磨削劳动强度大，费时费力，磨削精度低，不 适合批量生产。在公开号为CN1810446A的发明专利申请公开说明书中公开了一种磨削方法及磨削装置，这种磨削方法主要是利用工件端部的高速旋转与杯型砂轮底部的半圆弧对工件的端部球面进行磨削加工，这种磨削方法对工件端部磨削半径不能连续调整，且磨削后的磨粒存在于杯型砂轮内部将影响装置的磨削精度。在公开号为CN101172330A的发明专利申请公开说明书中公开了一种高硬度回转球面数控精密磨削装备，在床身部件上装配有主轴箱部件、尾座部件及砂轮回转架工作台部件，砂轮架回转工作台部件被支撑在圆弧导轨和圆环导轨上，且绕固定轴在伺服电机的驱动下通过蜗杆和扇形涡轮做往复运动；由伺服电机通过丝杆螺母副驱动砂轮架滑座在砂轮架回转工作台上的直线导轨上做直线进给运动；由砂轮磨具盘和砂轮块组成的砂轮磨具通过连接轴直接与电主轴连接。通过砂轮的高速旋转运动、回转球面工件的旋转运动、砂轮架的进给运动以及砂轮架的往复运动实现用一种直径的砂轮磨具磨削不同通过直径的高硬度回转球面工件的目的。在公开号为CN101642888A的发明专利申请公布说明书中公开一种柱状工件球面的研磨方法及研磨机，该方法是通过研磨头与工件球面的定心变角摆旋，使研磨头的运动轨迹形成与工件球面半径相对应的弧面，并通过研磨头与工件球面互为逆向旋转，以完成对工件端部球面的研磨加工。但上述的磨削装备或研磨机均是在现有的机床上进行系统改造，整体结构复杂，价格昂贵，维修困难，且不能实现对工件端部球面半径连续可调的磨削要求。同时上述的磨削设备或研磨机多适用于短棒状工件端部半球面的研磨加工，无法满足长棒状工件端部磨球面及软轴端部焊后磨球面处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工件磨球面方法，以解决现有技术中的球面磨削时磨削效率差、磨削精度低或磨球面需要在现有机床上进行改造的技术问题。本发明所提供的工件磨球方法采用如下技术方案一种工件磨球面方法，将工件同轴的固定安装在夹持转轴的夹持端上，使工件上待加工球面的球心与回转机构的回转中心相重合，磨削时，由回转机构驱动夹持转轴绕回转机构的回转中心做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴带动工件绕夹持转轴的自身回转中心轴线转动，砂轮绕自身回转中心轴线转动，然后使砂轮的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件；其中，所述磨球面方法采用的磨球面装置包括配合使用的砂轮架和用于夹持工件的夹持部件，砂轮架上装配有砂轮，所述夹持部件包括用于夹持工件的夹持转轴，夹持转轴的一端为使用时用于将工件固定在夹持转轴上的夹持端，夹持转轴由转轴驱动机构驱动绕自身回转中心轴线自转，所述磨球面装置还包括回转机构，该回转机构驱动夹持转轴绕所述回转机构的回转中心做定心摆动，所述砂轮位于所述回转机构的回转中心附近，且砂轮的自身回转中心轴线位于夹持转轴的自身回转中心轴线在夹持转轴做定心摆动时所形成的摆动平面内。所述的回转机构包括预设的圆弧轨道，在圆弧轨道中装配有往复滑动的滑块，圆弧轨道的圆心为所述回转机构的回转中心，夹持转轴转动安装在滑块上，在夹持转轴上具有与滑块转动配合的装配部，所述回转机构还包括用于驱动所述滑块滑动的滑块驱动机构，在将工件固定在夹持转轴上之前，利用调节装置中的调节 轨道根据待加工球面的半径来调节圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离，使圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离等于待加工球面的半径，在调节完成后，利用调节装置中的锁定机构将砂轮架锁紧固定在工作台上；其中，所述的调节装置包括支撑砂轮架工作台，所述的砂轮架工作台连续可调的滑动装配在调节轨道上，该调节轨道沿所述圆弧轨道中心和圆弧轨道圆心的连线的延伸方向延伸，在工作台上还设有当砂轮架调整到使圆弧轨道圆心到砂轮磨削工作面的距离等于待加工球面半径的位置后用于锁紧固定砂轮架的锁定机构。所述的磨球面装置中的滑块驱动机构为曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括曲柄和传动连接曲柄与所述滑块的连接杆，曲柄和/或连接杆为轴向长度可调的变幅杆，在调节圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离的同时，根据待加工球面的外周面磨削成型要求通过调整曲柄和/或连接杆的轴向长度来调整滑块及夹持转轴定心摆动的极限位置。所述的圆弧轨道的外侧面上设有用于防止滑块脱出的外挡板。所述的夹持转轴的夹持端为便于插装工件的空心结构，空心结构的夹持端装配有使用时用于固定工件的卡盘。所述的转轴驱动结构包括固设在滑块上的驱动电机，驱动电机通过传动机构驱动所述夹持转轴绕自身回转中心轴线转动。本发明的有益效果是本发明所提供的工件磨球面方法是将工件同轴的固定在夹持转轴的夹持端，工件的待加工球面的球心与回转机构的回转中心相重合，磨削时，由回转机构驱动夹持转轴绕回转机构的回转中心做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴带动工件绕夹持转轴的自身回转中心轴线转动，砂轮绕自身回转中心轴线转动，然后使砂轮的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件，从而得到工件上待加工球面的弧线。本发明所提供的磨球面方法所采用的磨球面装置中砂轮的自身回转中心轴线及工件的回转中心轴线均位于夹持转轴上的自身回转中心轴线摆动时所形成的摆动平面内，这样可降低磨削误差，提高磨削精度。并且本发明所提供的磨球面方法安全可靠、简单方便，磨削效率高，加工成本较低，具有较高的应用价值。
图I是本发明所提供的工件磨球面方法使用的一种磨球面装置的结构示意 图2是图I所示的磨球面装置中的滑块驱动机构的部分结构示意图；图3是图I所示的磨球面装置中的夹持转轴的部分结构示意 图4是图I所示的磨球面装置中的调节装置的部分结构示意图。
具体实施例方式本发明所提供的磨球面的方法采用如图I至图4所示的实施例中的磨球面装置，这种工件磨球面方法是利用卡盘14将工件7同轴的固定安装在夹持转轴6的夹持端61上，使工件7上待加工球面的球心与回转机构的回转中心相重合，磨削时，由回转机构驱动夹持转轴6绕回转机构的回转中心做定心摆动，夹持转轴6带动工件7绕所 述回转机构的回转中心做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴6带动工件7绕夹持转轴6的自身回转中心轴线转动，砂轮3绕回转中心轴线转动，然后使砂轮3的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件。当采用图I所示的磨球面方法中的磨球面装置进行磨球面加工时，圆弧轨道4的圆心ο即为回转结构的回转中心，磨削时，由滑块驱动机构驱动滑块5沿圆弧轨道4往复滑动，滑块5通过夹持转轴6驱动工件7绕所述圆弧轨道的圆心ο做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴6带动工件7绕夹持转轴的自身回转中心轴线转动，砂轮3绕回转中心轴线转动，然后使砂轮3的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件。优选的，本实施例中所提供的方法在将工件安装在夹持转轴6以前，可以利用调节装置中的调节轨道16根据待加工球面的半径来调节圆弧轨道4的圆心到砂轮3的磨削工作面的距离，使圆弧轨道4的圆心到砂轮3的磨削工作面的距离等于待加工球面的半径，在调节完成后，利用调节装置中的锁定机构17将砂轮架锁紧固定在工作台上，在调节圆弧轨道的圆心到砂轮3的磨削工作面的距离的同时，根据待加工球面的外周面磨削成型要求通过调整曲柄和/或连接杆的轴向长度来调整滑块5及夹持转轴6定心摆动的极限位置。如图I、图2、图3、图4所示，工件磨削球面装置包括工作台15，工作台15上支撑有砂轮架和用于夹持工件7的夹持部件，夹持部件包括用于夹持工件的夹持转轴6，夹持转轴6朝向砂轮的一端为用于将工件固定在夹持转轴上的夹持端，夹持转轴由转轴驱动机构驱动绕自身回转中心轴线自转，所述磨球面装置还包括回转机构，回转机构驱动夹持转轴绕所述回转机构的回转中心做定心摆动，在砂轮架上安装有砂轮3，砂轮3位于所述回转机构的回转中心附近，且砂轮3的回转中心轴线位于夹持转轴6的自身回转中心轴线在夹持转轴6做定心摆动时所形成的摆动平面内。本实施例中的回转机构包括预先固设在工作台上方的圆弧轨道4，圆弧轨道4的圆心为所述回转机构的回转中心，在圆弧轨道4中往复的滑动装配有滑块5，该滑块5为外形结构与弧形轨道相适配的弧形滑块，为防止滑块5从圆弧轨道4中脱出，在圆弧轨道4的外侧面上还设置有外挡板10，圆弧轨道4中的滑块5由滑块驱动机构驱动在圆弧轨道4中往复滑动，本实施例中的滑块驱动机构为曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括由伺服电机8通过减速机9驱动转动的曲柄I和传动连接曲柄与所述滑块的连接杆2，此处的曲柄I和/或连接杆2为轴向长度可调的变幅杆。所述夹持部件中的夹持转轴6沿圆弧轨道4径向延伸，夹持转轴6转动安装在滑块上，夹持转轴6在滑块5带动下围绕所述圆弧轨道4的圆心ο即回转机构的回转中心做定心摆动，夹持转轴6转动装配在滑块5上，但夹持转轴6在其轴向与滑块5之间无相对运动。夹持转轴6上具有转动装配在滑块上的装配部62，夹持转轴朝向砂轮架的一端为使用时用于将工件7同轴固定在夹持转轴上的夹持端61，夹持转轴的夹持端61沿圆弧轨道4径向到圆弧轨道4中心弧线的距离小于圆弧轨道4的半径，本实施例中的夹持转轴6的装配部62通过轴承结构15转动装配在滑块5上，夹持转轴6由转轴驱动结构驱动旋转，转轴驱动机构包括固设在滑块5上的驱动电机12，驱动电机通过皮带传动机构13驱动夹持转轴6绕自身回转中心轴线转动，本实施例中的夹持转轴6为便于插装工件的空心轴，在加持转轴的夹持端装配有使用时将工件同轴的固定在夹持转轴上的卡盘14。在砂轮架上装配有砂轮3，砂轮3位于圆弧轨道4圆心ο的下方附近，且砂轮3的回转中心位于夹持转轴自身回转中心轴线的摆动平面内。上述实施例中的磨球面方法所用到的磨球面装置还包括根据待加工球面的半径 来调节圆弧轨道4的圆心和砂轮3的磨削工作面之间距离的调节装置，调节装置包括支撑砂轮架和夹持部件的工作台15，在工作台上安装有调节轨道16，砂轮架连续可调的滑动装配在调节轨道16上，该调节轨道16沿所述圆弧轨道4中心和圆弧轨道4圆心的连线的延伸方向延伸，在工作台上还设有当砂轮架调整到使圆弧轨道圆心到砂轮磨削工作面的距离等于待加工球面半径的位置后用于锁紧固定砂轮架的锁定机构17。上述实施例中的锁定机构可以采用现有技术中的螺纹自锁或蜗轮蜗杆自锁，或是采用如伺服电机驱动的伺服定位系统，只要能实现在砂轮架沿调节轨道移动到位后即被定位即可。当使用上述实施例中的磨球面加工装置对工件的待加工球面进行磨削加工时，利用调节装置中的调节轨道16根据待加工球面的半径来调节圆弧轨道4的圆心到砂轮3的磨削工作面的距离，使圆弧轨道4的圆心ο到砂轮3的磨削工作面的距离等于待加工球面的半径，在调节完成后，利用调节装置中的锁定机构17将砂轮架锁紧固定在工作台15上，在调节圆弧轨道4的圆心到砂轮3的磨削工作面的距离的同时，根据待加工球面的外周面磨削成型要求通过调整曲柄I和/或连接杆2的轴向长度来调整滑块3及夹持转轴6定心摆动的极限位置，然后将工件7通过卡盘14固定在夹持转轴6上，使工件7上待加工球面的球心与夹持转轴6所在的圆弧轨道4的圆心相重合，磨削时，由滑块驱动机构驱动滑块5沿圆弧轨道4往复滑动，滑块5通过夹持转轴6驱动工件绕所述圆弧轨道4的圆心ο做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴6带动工件7绕夹持转轴6的自身回转中心轴线转动，砂轮3绕回转中心轴线转动，然后使砂轮3的磨削工作面与工件7上待加工球面的外周面相接触以磨削工件。上述实施例中的回转机构采用圆弧轨道结构，在其他实施例中，也可以采用其他回转机构形式，如采用转盘结构，转盘的中心为所述回转机构的回转中心，在转盘的转动中心开设有用于放置砂轮的中心孔，在转盘的侧面上远离中心孔的位置处固设有定位块，该定位块相当于上述实施例中的滑块，所述夹持部件中的夹持转轴转动安装在定位块上，当转盘在伺服电机的驱动下转动时，转盘通过定位块带动夹持转轴绕回转中心轴线转动，此时，用于驱动夹持转轴自转的转轴驱动装置可以设置在定位块上，也可以设置在转盘上，当夹持转轴绕自身回转中心轴线自转时，在转盘的驱动下绕回转中心公转，当砂轮磨削工作面与工件相接触时，完成对工件的待加工球面的磨削加工。上述实施例中磨球面装置包括可以根据待加工球面的要求连续调节的调节装置，在其他实施例中，也可以去除调节装置，不过此时的磨球面装置仅适用于加工一种固定半径的球面，应用方位较小。而如果在磨球面装置中增加调节装置后，可以使得磨球面装置加工不同半径尺寸的待加工球面，有效的扩大了磨球面装置的加工范围。如图4所示，上述实施例中的滑块5在圆弧轨道4中往复滑动，根据曲柄连杆机构的自身特点，在圆弧轨道中存在滑块5滑动的两极限位置，而对于磨球面装置来讲，圆弧轨道4上滑块5移动的两极限位置将影响工件上待加工球面的成型，两极限位置在圆弧轨道4上距离越远，工件上的待加工球面的外周面成型面积较大，两极限位置在圆弧轨道4上距离越近，工件上的待加工球面的外周面成型面积就较小。而圆弧轨道4的极限位置在圆弧轨道4上的距离在圆弧轨道4的半径一定时由曲柄I和连接杆2的长度来决定，所以可以将曲柄I和连接杆2设计成轴向长度可调的变幅杆，根据实际情况需要来调节变幅杆的长度，保证满足待加工球面的成型磨削要求即可。在其他实施例中，也可以仅将曲轴I设计成变幅杆或者是将连接杆2设计成变幅杆结构。 上述实施例中的滑块驱动机构为曲柄连杆机构，在其他实施例中，滑块驱动机构可以采用其他的结构；如链轮驱动机构，该链轮驱动机构包括圆弧轨道上设置有位于滑块的内侧或外侧的驱动链条，驱动链条由伺服电机驱动的链轮带动，滑块固定连接在链条上，在滑块的另一侧装配有与圆弧轨道相对应导向配合的导向轮，当伺服电机驱动链轮转动时，驱动链条带动滑块在圆弧轨道中往复移动，当采用链条驱动机构时，滑块在圆弧轨道的两极限位置由链条的移动范围决定，而链条的移动范围则由伺服电机的工作时间决定，此时，可以通过调整伺服电机的正反转工作时间来实现对滑块在圆弧轨道中的两极限位置之间的调整。当然，还可以采用其他的驱动机构来驱动滑块在圆弧轨道中往复的滑动，保证滑块上的夹持转轴绕圆弧轨道圆心做定心摆动，既而实现在将工件安装在夹持转轴的夹持端上后，工件绕圆弧轨道的圆心做定心摆动，保证砂轮的磨削工作面对待加工球面的磨削加工。上述实施例中的转轴驱动机构在驱动电机和夹持转轴之间采用皮带传动，在其他实施例中，驱动电机和夹持转轴之间还可以采用其他的传动连接方式，如齿轮传动或者链传动。当然，在其他实施例中，驱动电机也可以不设置在滑块上，而设置在与滑块同步滑动的外设装置上，当然优选的还是直接固设在滑块上即可。上述实施例中的砂轮位于圆弧轨道的圆心下方，在其他实施例中，设置在圆弧轨道的圆心附近即可，可以设置在圆弧轨道的圆心的一侧，只要保证圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面之间的距离等于待加工球面的半径即可。在上述实施例中，砂轮的自转方向可以与夹持转轴的自转方向一致，也可以相反，只要不影响正常磨削即可。上述实施例中的夹持转轴为空心轴，棒状的工件可以直接插装在夹持转轴中，再由装配在夹持端的卡盘同轴的固定在夹持转轴上。在其他实施例中，可以采用其他结构的固定方式将工件固定在夹持转轴上，如将夹持转轴的夹持端设计成夹紧瓣状的结构，并自夹紧瓣的外周上套装锁紧环，同样可以将工件同轴的固定在夹持转轴上。上述实施例中，为便于加工轴向长度较长的棒状工件，将夹持转轴设计成空心轴结构，在其他实施例中，当不需要加工长度较长的工件时，也可以仅在夹持转轴的夹持端设计空心结构。如果工件较小，可以采用实心的夹持转轴，而仅将工件夹持安装在卡盘上。
上述实施例中的夹持转轴的装配部位于夹持转轴的远离砂轮的一端附近，在其他实施例中，夹持转轴的装配部也可以设置在夹持转轴的中部或者靠近砂轮的一 端附近。
权利要求
1.一种工件磨球面方法，其特征在于将工件同轴的固定安装在夹持转轴的夹持端上，使工件上待加工球面的球心与回转机构的回转中心相重合,磨削时，由回转机构驱动夹持转轴绕回转机构的回转中心做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴带动工件绕夹持转轴的自身回转中心轴线转动，砂轮绕自身回转中心轴线转动，然后使砂轮的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件； 其中，所述磨球面方法采用的磨球面装置包括配合使用的砂轮架和用于夹持工件的夹持部件，砂轮架上装配有砂轮，所述夹持部件包括用于夹持工件的夹持转轴，夹持转轴的一端为使用时用于将工件固定在夹持转轴上的夹持端，夹持转轴由转轴驱动机构驱动绕自身回转中心轴线自转，所述磨球面装置还包括回转机构，该回转机构驱动夹持转轴绕所述回转机构的回转中心做定心摆动，所述砂轮位于所述回转机构的回转中心附近，且砂轮的自身回转中心轴线位于夹持转轴的自身回转中心轴线在夹持转轴做定心摆动时所形成的摆动平面内。
2.根据权利要求2所述的工件磨球面方法，其特征在于所述的回转机构包括预设的圆弧轨道，在圆弧轨道中装配有往复滑动的滑块，圆弧轨道的圆心为所述回转机构的回转中心，夹持转轴转动安装在滑块上，在夹持转轴上具有与滑块转动配合的装配部，所述回转机构还包括用于驱动所述滑块滑动的滑块驱动机构，在将工件固定在夹持转轴上之前，利用调节装置中的调节轨道根据待加工球面的半径来调节圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离，使圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离等于待加工球面的半径，在调节完成后，利用调节装置中的锁定机构将砂轮架锁紧固定在工作台上； 其中，所述的调节装置包括支撑砂轮架工作台，所述的砂轮架工作台连续可调的滑动装配在调节轨道上，该调节轨道沿所述圆弧轨道中心和圆弧轨道圆心的连线的延伸方向延伸，在工作台上还设有当砂轮架调整到使圆弧轨道圆心到砂轮磨削工作面的距离等于待加工球面半径的位置后用于锁紧固定砂轮架的锁定机构。
3.根据权利要求2所述的工件磨球面方法，其特征在于所述的磨球面装置中的滑块驱动机构为曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括曲柄和传动连接曲柄与所述滑块的连接杆，曲柄和/或连接杆为轴向长度可调的变幅杆，在调节圆弧轨道的圆心到砂轮的磨削工作面的距离的同时，根据待加工球面的外周面磨削成型要求通过调整曲柄和/或连接杆的轴向长度来调整滑块及夹持转轴定心摆动的极限位置。
4.根据权利要求3中所述的工件磨球面方法，其特征在于所述的圆弧轨道的外侧面上设有用于防止滑块脱出的外挡板。
5.根据权利要求4所述的工件磨球面方法，其特征在于所述的夹持转轴的夹持端为便于插装工件的空心结构，空心结构的夹持端装配有使用时用于固定工件的卡盘。
6.根据权利要求4所述的工件磨球面方法，其特征在于所述的转轴驱动结构包括固设在滑块上的驱动电机，驱动电机通过传动机构驱动所述夹持转轴绕自身回转中心轴线转动。
全文摘要
本发明公开了一种工件磨球面方法，将工件同轴的固定安装在夹持转轴的夹持端上，使工件上待加工球面的球心与回转机构的回转中心相重合，磨削时，由回转机构驱动夹持转轴绕回转机构的回转中心做定心摆动，同时，由转轴驱动机构驱动夹持转轴带动工件绕夹持转轴的自身回转中心轴线转动，砂轮绕自身回转中心轴线转动，然后使砂轮的磨削工作面与工件上待加工球面的外周面相接触以磨削工件。本发明所提供的磨球面方法有效的降低了磨削误差，提高了磨削精度。并且本发明所提供的磨球面方法安全可靠、简单方便，磨削效率高，加工成本较低，具有较高的应用价值。
文档编号B24B11/08GK102672576SQ20111042245
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者段晓明, 王宇飞, 王要利, 程光辉, 董改红 申请人:河南科技大学