刀头、机床和使用该机床镗制缸体的镗孔方法

专利名称：刀头、机床和使用该机床镗制缸体的镗孔方法
技术领域：
本发明涉及具有磨削刀具的刀头、具有镗刀和磨削刀具的机床及使用这 样的机床镗孔缸体的方法。
背景技术：
用于镗孔构成发动机组件的缸体的机加工处理包括用于在缸体内形成 孔至预定直径的镗孔处理(精镗处理等)；和用于后续磨削孔的表面的磨削 处理(街磨处理等)。如果镗孔和磨削处理能够连续地在机床的单个主轴上 进行，则缸体不会产生对于刀具的未对准，否则如果缸体在不同的机床之间 移动并重新夹紧则会导致缸体对于刀具的未对准。因此，缸体能够得以适当 并有效地加工。为连续地进行镗孔处理和磨削处理，在日本专利公开第 60-052883号中公布的机床包括并入在主轴内用于使镗刀和磨削工具能够从 主轴交替并径向地向外突出的机构。
曰本专利第3270683号公开了具有用于支撑主轴的第 一支撑单元和第二 支撑单元，用以消除用于改变镗孔处理和磨削处理之间的主轴致动处理的振 动机构。在镗孔处理期间，第一支撑单元和第二支撑单元^L压靠在;f皮此上用 于提高刚性。在磨削处理期间，第二支撑单元与第一支撑单元分离，由此通 过减轻重量使往复运动变得容易。
在曰本专利公开第60-052883号中公布的机床中，具有大体上与支撑单 元相同重量的配重通过线连接到支撑单元，以补偿支撑单元的重量。但是， 这使机床具有更大尺寸并增加了重量。
在日本专利第3735487号中，本案申请人提出了针对于用于在圆柱形孔 内旋转和前后移动对磨头的珩磨处理的发明，其包括刀具和安装在刀具的外 周表面上的磨头。依据所公布的发明，如果刀头在孔的一端和另一端处的超 差尺寸互不相同，则用于补偿刀头在各个端部处的超差尺寸之间的差异的计 划被插入用于前后移动刀头的计划中，这依赖于刀头在各个端部处的超差尺 寸之间的差异。依据这样的由超差尺寸而得以补偿的计划，尽管磨石在珩磨处理机构中超差，磨石不进行磨削的单位时间的量在工件中的孔的已磨削的 各个端之间的部分较大，即，孔的各个端之间的磨削刀头进行磨削的单位时 间的量较小的部分被磨削。依据绗磨过程，希望以高的精度定位刀头。
在曰本专利第3270683号中公布的机床中，在珩磨过程期间，第二支撑 单元相对于第一支撑单元远离而往复运动。这作用以减小移动体的惯性质量 并在恒定驱动力作用下快速地加速移动体，这样使得移动体能够在其往复移 动时达到所希望的高的速度。
但是，采用所公布的机构，尽管移动体重量轻，其因为由仅有第一支撑 单元所实现的刚性较小而趋于弯曲。移动体在每单元时间的较少数量的往复 循环(Hz )中达到共振点，并且难于以高的速度往复运动。在珩磨处理期间， 尽管移动体能够由其重量轻而快速地加速，主轴以相对低的速度往复移动， 造成长的加工时间。移动体包括主轴；支撑主轴的机构；和用于旋转主轴 的机构。
而且，衔磨过程要求复杂结构用于彼此分离第一支撑单元和第二支撑单 元。而且，可移动部分较重，使其难于以高的速度旋转主轴。因此，由于主 轴在对磨期间以相对^f氐的速度旋转，加工时间趋于变长。
用于镗孔过程和磨削过程的机床能够用以加工形成工件的缸体内的孔 至近似精确的圓形效果。
但是，即使汽车发动机的缸体中的孔能够能够由其本身而加工成为精确 的圓形效果，但在后续的生产过程中，当缸头和曲轴箱^L装配到缸体上时， 孔将变形。孔的变形趋于在发动机使用时增加孔和活塞的滑动阻力，结果可 能造成发动机可以不能产生所希望的输出功率。
日本专利公开第51-025523号公布了安装在缸体上的模拟头(dummy head),其具有大于缸体中的孔的直径并且其刚性类似于缸头。然后，缸体 在与缸头被紧固到缸体的相同的状态下被放置后，钻孔由更大直径的孔形成 在缸体中。而且，关于模拟头已经提出多种用于加工具有更高精度的孔的提 议，例如在日本提前专利公开第2000-052228号中所示出的。
日本专利公开第61-057121号公布了缸体，其在^皮镗孔的同时缸体周边 被施压件而不是模拟头压紧。
依据上面的传统技术，每次在生产过程中镗孔缸体，都需要附接和分离 模拟头。因此，生产率被降低。另外，仿真件难以重复与完全装配的产品同
9样的状态。
因此，为镗孔缸头，要求高生产率的加工过程，其能够重复接近于已装 配的产品状态的状态。为实现这样的加工过程，需要机床能够进行更为精确 的镗孔过程。
本发明申请人提出了组合机床，其能够采用日本专利第3270683号中的 组合方式。组合机床免除了振动机构，其否则将^^皮用在珩磨过程中，从而沿 着生产线的空间，简化了设备，并降低了要求用以生产所加工的零件的成本。 组合机床能够以提高的轴刚性而加工工件，同时高精度地在高的加工负载下 进行镗孔过程。
采用上面的机床，镗刀径向地施加扩张力，并在液体压力作用下被径向 定位地控制。因此，难于控制(即，精调)扩张力和所扩张到的位置，这造 成了对于进行更为精确的镗孔过程的努力的限制。
日本专利公开第60-052883号公布了涉及这样的机床的适用于安装到珩 磨机床的主轴上面向工件用于辨磨工件的辨磨刀头。珩磨刀头形成为具有粗 磨头和4青磨头。
附图的图33示出了这样的刀头500的侧^f见图。刀头500具有粗磨头502 和精磨头504，其能够交替地插入以相等间隔径向地构成在刀头中的孔505中。
如在附图的图34中所示，刀头500具有分别固定在粗磨头基底506和 精磨头基底508上的三个粗磨头502和三个精磨头504。粗磨头502和精磨 头504可径向移动，即，沿箭头B的标识的方向径向扩张和收缩，同时由径 向地在刀头500上的相同位置中的孔505引导。
刀头500也具有粗磨锥形件(锥形轴)510和精磨锥形件(锥形轴)512, 其分别可滑动插入其中用于扩张和收缩粗磨头基底506和精磨头基底508。
如在图34和图35中示出的，粗磨锥形件510具有锥体510a、 510b,其 包括压靠在其上粗磨头基底506保持为可滑动邻接的锥形表面。类似地，如 在附图的图34和36中所示的，精磨锥形件512具有锥体512a、 512b，其包 括压靠在其上粗磨头基底508保持为可滑动邻接的锥形表面。
粗磨锥形件510具有分为三个臂的末端，在其间构成间隙514。精磨锥 形件512的锥体512a、 512b插入间隙514内。
操作刀头500用于当刀头500进行珩磨处理时径向扩张和收缩粗磨头502和精磨头504将在下面描述。
为扩张粗磨头502,粗磨锥形件510沿附图的图37A中的箭头Al所标 识的方向#皮4是升。锥体510a、 510b压靠在粗磨头基底506的内4斗面506a、 506b上。因此，粗磨头502被沿由箭头B (径向向外)标识的方向径向地扩 张。为从所扩张的位置收缩粗磨头502，粗磨锥形件510被沿着由箭头A2 标识的方向压低，并且粗磨头502被沿与由箭头B (径向向内)标识的方向 相反的方向收缩。
类似地，为扩张精磨头504，粗磨锥形件512沿附图的图37A中的箭头 Al所标识的方向被提升。锥体512a、 512b压靠在精磨头基底508的内斜面 508a、 508b上。因此，精磨头504 #皮沿由箭头B标识的方向径向地向外扩 张。为从所扩张的位置收缩精磨头504,精磨锥形件512被沿着由箭头A2 标识的方向压低，并且精磨头504被沿与由箭头B(径向向内)标识的方向 相反的方向收缩。
绗磨过程包括在其中粗磨头502和精磨头504被简单地扩张或未扩张并 且粗磨头502和精磨头504加工工件的内表面的过程。而且，对磨过程包括 在其中工件的内径由直径测量装置(未示出)内的气动测微仪测量的过程， 并且依据已用加工时间和内径变化，用于提升粗磨锥形件510和精磨锥形件 512的力得以调整，由此工件被粗磨头502和精磨头504加工，同时用于扩 张粗磨头502和精磨头504的力发生变化。后面的加工过程使得可以以极高 的精度加工工件。
但是，关于后面的过程，已经确认的是，即使用于提升粗磨锥形件510 和精磨锥形件512的力增加，用于扩张粗磨头502和精磨头504的力仅可以 緩慢变化，或者实际上不可以有过多的变化，即，粗磨头502和精磨头504 不能快速扩张。
上面的问题是由工件在粗磨锥形件510被沿附图的图38中的箭头Al 标识的方向提升以沿由箭头B标识的方向径向扩张粗磨头502时所产生的反 作用力F1 (即，沿与由箭头B标识的方向相反的方向作用的力)所造成的。 如在附图的图38和39中所示的，当粗磨锥形件510中的间隙514在反作用 力Fl作用下径向向内减小时，粗磨锥形件510弯曲，从而趋于产生在粗磨 锥形件510和精磨锥形件512之间的摩擦力F2 (见图37A、 37B )。
由于粗磨锥形件510的弯曲而产生在精磨锥形件512和粗磨锥形件510之间的摩擦力F2导致了提升粗磨锥形件510和精磨锥形件512的力与用以 扩张粗磨头502和精磨头504的力之间的差异(传递损失)。这种差异是对 上述问题负有责任的主要因素。

发明内容
本发明的目标是提供能够在镗孔过程中以高的速度旋转主轴并在珩磨 过程中以高的速度往复移动主轴的机床。
本发明的另外的目标是提供当例如镗孔缸体时能够进行更为精确的加
工过程的才几床。
本发明的另外的目标是提供镗孔缸体的方法，同时重现接近于已装配产 品状态的状态，由此提高生产率。
本发明的另外的目标在于提供具有至少两种类型珩磨头的刀头，包括粗 磨头和精磨头，其中刀头能够依据所施加的用于提升锥形轴的力调整作用以 扩张磨头的力。而且，本发明提供了具有这样的刀头的机床。
依据本发明的一个方面的机床包括具有镗刀和磨削工具的刀头；用于 旋转刀头的旋转装置；用于连接旋转装置到刀头并用于传递旋转装置的旋转 动力至刀头的主轴，主轴轴向地延伸穿过支撑并支撑在支撑内旋转；和用于 沿主轴的轴向方向移动支撑的移动装置，其中主轴的直径保持不变并由旋转 装置在于其中刀头被旋转并朝向工件移动的同时镗刀镗孔工件的镗孔过程 和于其中刀头被旋转并往复移动的同时磨削工具磨削工件的磨削过程中旋 转。
在镗孔过程和磨削或珩磨过程中，主轴旋转的同时主轴直径保持不变。 第二支撑单元不需要与第一支撑单元分离地往复移动，并能够在珩磨过程期 间以高的速度往复移动主轴。在镗孔过程期间，由于主轴旋转的同时其直径 保持不变，不要求复杂的机构以互联第一支撑单元和第二支撑单元，由此使 得可以以高的速度旋转主轴。因此，在镗孔过程和珩磨过程期间需要用以加 工工件的时间能够得以缩短。由于主轴的机构不必要在镗孔过程和珩磨过程 中改变，机床具有简单的结构，同时具有高的耐用性并且制造不昂贵，且不 需要时间用于改变主轴机构。因此，要求用于加工工件的总的时间能够得以 减少。
移动装置可以包括线性马达。附带地，移动装置可以包括用于在磨削过
12程中移动支撑的第 一移动装置，和用于在镗孔过程中移动支撑的第二移动装 置，其中至少第一移动装置包括线性马达。由于线性马达不具有旋转部分并 能够直接以线性方式移动支撑，不需要转换能量被传递的方向，这样的线性 马达易于控制并能够有效地操作。即使支撑具有相对大的质量，它也能够得 以由线性马达快速并可靠地移动。
主轴可以包括轴向延伸的杆，其中刀头由杆轴向移动。刀头还可以在其 中包括锥形轴用于径向移动镗刀和磨削工具。
移动装置可以包括横过主轴彼此相对地布置的多个线性马达。
主轴可以容纳在第 一框架中并在其中由支撑机构支撑，由此第 一移动装
置致动第一框架。第一移动装置可以由环绕于第一移动装置和第一框架布置 的第二框架支撑，由此第二移动装置致动第二框架。
依据本发明的另外的方面，机床包括用于径向扩张镗刀和珩磨头的扩张 装置，其中扩张装置包括动力转换装置，其包括伺服马达、锥齿轮、和齿圈
并具有振动阻塞(vibration blocking )功能。当镗刀和珩磨头径向地扩张时， 扩张力及它的扩张位置能够得以容易地以高的精度控制。
依据本发明的另外的方面，镗孔缸体的方法产生校正的NC数据，其能 够有效地用以生产缸体。缸体能够生产具有精确圆形截面形状的孔，而不必 要模拟头安装在缸体上。缸体从而能够以提高的生产率制造。
依据本发明的另外的方面的刀头有效于减少第 一 锥形轴由于当第 一 锥 形轴由移动构件提升以径向扩张第一工具基底时产生的反作用力而产生的 弯曲。产生在第一锥形轴和第二锥形轴之间的摩擦力被大大减小，由此从移 动构件传递至第 一和第二工具基底的扩张力的损失得以大为减少。
第一锥形轴具有在其中由安装在第一锥形轴上的盖构件构成的长方形 孔。当盖构件分离时，第二锥形轴能够容易地插入第一锥形轴。此后，盖构 件安装在第一锥形轴上。刀头从而能够容易地装配和拆卸。


图1是依据本发明的第一个实施例的组合机床的透视图2是图1中示出的机床的主轴致动组件的局部截面侧向正视图3是图2中示出的主轴致动组件的第一支撑单元的截面前向正视图4是图2中示出的主轴致动组件的局部截面平面^L图；图5是图1中示出的机床的刀头的截面平面视图6是图2中示出的主轴致动组件的修改的局部截面的平面图7是图6中示出的修改的主轴致动组件的局部截面平面^L图8是依据本发明的第二实施例的组合机床的局部截面侧向正视图9是图8中示出的机床的刀头的透视图IO示出了图9中示出的刀头的内部结构的透浮见图11是图10中示出的刀头的粗磨锥形件的为了说明而局部省略的透视
图12是图IO中示出的刀头的精磨锥形件的为了说明而局部省略的透视
图13是图10的沿线XIII-XIII的截面一见图14是图10的沿线XIV-XIV的截面视图15示出了图10中示出的刀头的镗刀在其扩张时的截面视图16示出了图10中示出的刀头的粗磨头在其扩张时的截面视图17示出了图10中示出的刀头的精磨头在其扩张时的截面视图18是图8中示出的机床的第一齿轮组和第二齿轮组的截面视图19是图18的沿线XIX-XIX的截面视图20是图18中示出的第一齿轮组的齿轮保持在彼此啮合的方式的断面 透视图21是由图8中示出的机床进行的镗孔过程和珩磨过程的顺序的流程
图22A示出了安装在缸体上的模拟头的断面截面视图； 图22B示出了缸体在于其上安装了模拟头而加工之后的断面截面视图； 图22C示出了安装在缸体上的成品缸头的断面截面视图； 图22D示出了在其上未安装模拟头的缸体在其镗孔后的断面截面视图； 图22E示出了在缸体镗孔之后在其上未安装模拟头时安装在其上的成
品缸头的断面截面碎见图23是依据本发明的第三实施例的具有刀头的机床的局部截面的侧向
正视图24是图23中示出的刀头的透视图25是并入在图23中示出的刀头中的扩张/收缩装置的透视图；图26是图23中示出的带有布置在粗磨锥形件上的粗磨头的刀头的透视
图27是图23中示出的带有布置在精磨锥形件上的精磨头的刀头的透视
图28是图26中示出的粗磨锥形件的透视图； 图29图26中示出的粗磨锥形件的平面图； 图30是图25中沿线XXX-XXX的截面视图31示出了当工件由传统刀头对磨时施加到粗磨头的不同扩张压力的 图表；
图32示出了当工件由依据本发明的第三实施例的刀头对磨时施加到粗 磨头的不同扩张压力的图表； 图33是传统刀头的侧视图34是并入在传统刀头中的扩张/收缩装置的透视图35是带有布置在粗磨锥形件上的粗磨头的传统刀头的透^L图36是带有布置在精磨锥形件上的精磨头的传统刀头的透视图37A是图34的沿线XXXVII-XXXVII的断面截面视图，其示出了粗
磨头和精磨头在传统刀头中扩张的方式；
图37B是图34的沿线XXXVII-XXXVII的断面截面碎见图，示出了精磨
头在传统刀头中扩张的方式；
图38是图34的沿线xxxvm-xxxvin的断面截面#见图；和
图39是传统刀头的粗磨锥形件的平面图；
具体实施例方式
依据本发明的实施例的机床将在下面参考附图进行描述。 如在图1中示出的，依据本发明的第一实施例的组合机床IO布置在生 产线中用于加工气缸，例如，形成工件Wl的汽车内燃才几的气缸。才几床10 具有用于实际地镗孔和珩磨(磨削)工件Wl的主轴致动器组件11、在机床 前面的工件加载器和用于输送在其上工件被放置并固定安装的托板12的主 轴致动器组件11的下面部分之间可往复移动的工件输送才几构14、和用于电 子控制主轴致动器组件11及工件输送机构14的监控控制台16。机床10作 为系统布置在生产线中。主轴致动器组件11安装在垂直竖立水平基底18的上表面上的柱体20的表面20a上，水平基底18靠近工件输送才几构14，即， 接近机床10的前侧。
如在图2到4中示出的，主轴致动器组件11包括主轴(心轴)32, 其具有在它的下部末端上的刀头(加工头)30;第一支撑单元(支撑)34， 主轴32由其支撑旋转；第二支撑单元(支撑)36，第一支撑单元34由其可 垂直滑动地支撑；和柱形滑动机构38,第二支撑单元36由其可垂直滑动地 支撑在柱体20上。垂直延伸杆33同轴地插入主轴32。
第一支撑单元34包括采用垂直拉长的棱柱管形式的第一框架40;布 置在第一框架40的上部中用于绕其本身的轴旋转主轴32的致动器42;布置 在主轴32和致动器42之间的主轴马达44;和支撑主轴32在第一框架40 中旋转的多个轴承(轴承机构)46。在主轴32上的刀头30向下突出在第一 框架40下。致动器42连接到杆33的上端，并通过杆33操作刀头30。具体 地，插入主轴32的内部的杆33由致动器42垂直移动。
第二支撑单元36包括采用垂直拉长的棱柱管形式的第一框架50;固 定到第二框架50的背板52;支撑第一支撑单元34的框架内滑动机构54; 连接到第一支撑单元34的上端的两个平衡气缸56;用于垂直滑动第一支撑 单元34的一对侧向隔离的线性马达58;从背板52向后突出并啮合于柱形滑 动机构38的螺母；和用于制动第一支撑单元34的制动机构61。
第二框架50水平环绕第一框架40并垂直地长于第一框架40。背板52 具有向上突出在第二框架50之上的上部，由此两个平衡气缸56被支架63 固定到突出的背板52的上部。框架内滑动机构54具有两条垂直延伸并安装 在背板52的前表面上的第一导轨62，及可滑动地啮合于第一导轨62的多个 滑块64。滑块64固定安装在第一框架40的后表面上用于支撑第一支撑单元 34在背板52上滑动。
线性马达58包括固定到第一框架40的各个相对外侧表面的各个磁体 58a、和安装到第二框架50的各个相对内侧表面上的朝向各个磁体58a的各 个定子58b。当由定子58b产生的磁场由控制器(未示出)移动时，磁体58a 被移动，使第一支撑单元31沿第一导轨62相对于第二支撑单元36垂直滑 动。
由于线性马达58彼此相对地横过主轴32布置，在由定子58b产生的磁 场的移动期间，磁体58a和定子58b之间的吸收力和排斥力彼此抵消。因此，第一支撑单元34能够相对于第二支撑单元36平滑移动。
因为滚珠丝杠副传递转动，采用滚珠丝杠副形式的用于致动工件的线性
致动装置要求辅助机构，包括外部和内部螺紋构件(螺杆和螺母)；支撑 外部螺紋构件的轴承；和相互连接动力源和外部螺紋构件的耦Jf关。由于这些 机构趋于产生扭转和齿隙，采用滚珠丝杠副形式的线性致动装置易于在目标 位置和实际位置之间造成误差。
对比于此，机床10的线性马达58无这样的机构，并且比线性致动装置 更少遇到这样的目标位置和实际位置之间的误差。线性马达58包括线性编 码器(未示出)，其包括附接到移动体的刻度和抽头。线性马达58使得可以 在士0.5jam到l.O)am的精度范围内定位移动体，该精度范围是由采用滚珠 丝杠副形式的线性致动装置所能实现的精度范围的1/10。
组合机床IO适合用于在其中刀头的定位精度较重要的珩磨过程，例如， 公布在日本专利第3735487号中的珩磨过程。
线性马达58能够比采用滚珠丝杠副形式的线性致动装置以更高的速度 移动移动体，同时保持定位精度。具体地，尽管采用滚珠丝杠副形式的线性 致动装置能够以高的速度移动移动体，这样的致动装置要求滚珠丝杠副具有 增大的导程节距，而牺牲了解析度和定位精度。
由于线性马达58的定位精度仅由线性编码器的解析度控制，定位精度 在线性马达58以较高的速度移动移动体时并未降低。因此，线性马达58适 用于绗磨过程。
平衡气缸56具有分别向下延伸的连接到第 一支撑单元34的上端的杆体 56a。平衡气缸56在压缩气体的压力作用下部分或全部地补偿第一支撑单元 34的重量。因此，第一支撑单元34的表观重量大体上为零，从而允许线性 马达58用较小的力移动和保持第一支撑单元34。
平衡气缸56具有小的尺寸，并仍能够用压缩气体产生足够的力。因此， 平衡气缸56允许主轴致动器组件11比采用配重形式的传统重量补偿装置更 轻并更紧凑。
如果使用了采用配重形式的传统重量补偿装置，由此第一支撑单元34 用作移动体，则由于移动体的惯性质量将等于第一支撑单元34的质量和配
重的质量，要求较大的力以加速移动体。
但是，采用使用平衡气缸56的组合机床10，由于移动体的惯性质量仅等于第一支撑单元34的质量，平衡气缸56能够比采用配重形式的传统重量
补偿装置以更高的速度加速移动体。
而且，依据移动体的加速，组合机床10的重量可以变化并实现补偿。
具体地，为增加或减小将被补偿的重量，或为了向上加速移动体，在一个平
ff气缸56中的气压可以主动增加以协助向上加速移动体。而且，为向下加 速移动体，在另外的平衡气缸56中的气压可以主动减小以协助向下加速移动体。
制动机构61包括垂直延伸并固定到第一支撑单元34的后表面的制动板 66、和用于在其间紧握制动板66的两个制动垫68。制动垫68安装在制动板 52的前表面上，并能够由控制器(未示出)朝向彼此错位以紧握制动板66。 制动机构61能够安全地将第一支撑单元34保持在背板52上的适当位置， 而不需要激发线性马达58,其中第一支撑单元34通过滑块64可滑动地支撑 在布置在背板52上的第一导轨52上，背板52固定在第二支撑单元36的第 二框架50中。
柱形滑动机构38包括滑动马达70,其布置柱体20的上部上并具有其 向下导向的马达轴70a;由联轴器72耦接到马达轴70a的滚珠丝杠副74; 轴承，未示出；垂直延伸并安装在柱体20的表面20a上的两条第二导轨76; 和多个可滑动地啮合于第二导轨76的多个滑块78。滑块78固定安装在背板 52的后表面上以支撑第二支撑单元36在柱体20上滑动。
螺母60螺紋联接于滚珠丝杠副74。当激发滑动马达70时，螺母60沿 滚珠丝杠副74在滚珠丝杠副上74移动，从而^f吏第二支撑单元36垂直地沿 第二导轨76相对于柱体20滑动。
刀头30包括布置在其下部末端上的镗刀(镗孔刀具)100;布置在柄 上的多个粗磨头(磨削工具或粗对磨头)102、和多个精磨头(磨削工具或 精珩磨头)104。
如在图5中示出的，刀头30具有三个粗磨头102和三个精磨头104。粗 磨头102以相等的120°角度间隔而成角度地隔开并分别固定安装在磨头基 底(磨头靴)106上。精磨头104也以相等的120°角度间隔而成角度地隔 开并分别固定安装在磨头基底(磨头靴)108上。每个精磨头104邻近地定 位在两个粗磨头102之间。每个粗磨头102和相邻的一个精磨头104彼此成 角度地间隔60。。磨头基底106和108在各个引导孔110中被可径向滑动地引导。刀头30 具有中空空间，在其中容纳了用于径向前后移动磨头基底106和108的锥形 轴(扩张锥形轴)112、 114。尽管未示出，锥形轴112在其上具有斜面用于 利用凸轮作用移动磨头基底106。当锥形轴112轴向移动时，其斜面径向地 前后移动磨头基底106。类似地，锥形轴114在其上具有斜面用于利用凸轮 作用移动磨头基底108。当锥形轴114轴向移动时，其斜面径向地前后移动 磨头基底108。锥形轴112、 114由致动器42通过杆33轴向移动。
镗刀IOO被分别固定到刀具座(未示出)上。镗刀IOO在各个引导孔(未 示出)内被引导以沿径向方向扩张或收缩。镗刀IOO能够由锥形轴112或锥 形轴114通过凸轮作用而径向地前后移动。
刀头30具有 一对喷射压缩气体的空气喷嘴120 ，以基于所喷射的压缩气 体的压力或流率测量工件Wl中的孔H (见图1)的直径。
现在将在下面描述用于加工工件Wl中的孔H的对于机床10的操作(见 图1 )。
首先，操作工件输送机构14输送并紧固工件Wl使得工件Wl中的孔H (气缸孔等)直接定位在刀头30下。制动板66由制动机构61的制动垫68 紧握以相对于第二支撑单元36固定第一支撑单元34。此时，粗磨头102和 精磨头104被收缩在引导孔110内。
然后，主轴马达44旋转主轴32和刀头30，并且滑动马达70旋转滚珠 丝杠副74以预定的速度向下移动第二支撑单元36和第一支撑单元34，由此 使得镗刀IOO能够镗制在工件WI中的具有预定直径的孔H。此时，孔H能 够被快速镗孔，因为主轴32具有使主轴32足够刚性的直径，并且此外，主 轴32由于其空的结构能够以较高的速度旋转，而不需要在其中存在分离机 构或连接机构(见图2)。
在镗刀IOO镗制工件WI中的孔H的同时，线性马达58并不需要激发， 因为第一支撑单元34由制动机构61固定(见图3)。
当在工件W1中的孔H被镗制到预定深度时，滑动马达70被反向以提 升第一支撑单元34和第二支撑单元36，基于此主轴马达44被断电。
然后，锥形轴112轴向地移动以使粗磨头102径向突出适当的距离，并 且制动机构61的制动垫68打开以释放制动板66,这样使得第一支撑单元 34能够被提升或降低。
19然后，工件Wl中的孔H被粗辨磨。主轴马达44被再次激发，并且线
性马达58被激发以往复移动第一支撑单元34 (见图4)。此时，由于滑动马 达70断电，第二支撑单元36保持相对于柱体20固定，并且第一支撑单元 34相对于柱体20和第二支撑单元36往复移动。粗磨头102在被相对于工件 Wl中的孔H的内表面提升或降低的同时接触于工件Wl旋转，由此粗绗磨 孔H的内表面。
由于第一支撑单元34的重量由平衡气缸56所补偿的缘故，无过多的负 载被施加到线性马达58上。因而，线性马达58能够仅以小量的电力消耗4是 升或下降第一支撑单元34。当第一支撑单元34被提升或下降时，它在平衡 负载的作用下充当着线性系统，并且因此第一支撑单元34的操作能够具有 增加的可控性。
由于第 一支撑单元34和主轴32充分地刚性，它们不会趋于弯曲并能够 以高的速度提升和下降，这样使得工件Wl能够在减小的时间内加工。由于 它们无旋转部分并且不必要转换运动方向，线性马达58能够直接线性地移 动第一支撑单元34。线性马达58从而具有简单的结构并高效操作，并且能 够可靠地操作第一支撑单元34,即使第一支撑单元34具有相对大的质量。
在粗珩磨过程完成后，主轴马达44和线性马达58被断电。粗磨头102 收缩以减小直径，并且精磨头104径向向外扩张以增大直径。具体地，锥形 轴112轴向移动以收缩粗磨头102进入引导孔110，同时锥形轴114轴向移 动以使精磨头104径向向外突出适当的距离。
然后，工件Wl中的孔H被精珩磨。主轴马达44被再激发，并且线性 马达58被激发以往复移动第一支撑单元34。在接触工件W1的同时，精磨 头104旋转并相对工件Wl中的孔H的内表面提升和下降，由此精珩磨孔H 的内表面。与粗对磨过程一样，精珩磨过程能够简单并有效地在短的时间内 进行。
此后，主轴马达44和线性马达58被断电。然后，进行后续的过程以采 用空气喷嘴120测量和确认工件Wl中的孔H的直径。制动机构61锁定第 一支撑单元34，并且滑动马达70被激发以提升第一支撑单元34和第二支撑 单元36。从而，主轴32移动出工件Wl中的孔H,由此结束对于工件W1 中的孔H的加工过程。而且，籍由空气喷嘴测量和确认工件Wl的孔H的 直径能够在完成粗对磨过程后或在粗珩磨过程期间或甚至在精珩磨过程期间进行。
在曰本专利第3270683号中公布的机床中，在珩磨过程期间，插入在主 轴中用于4^孔过程的珩磨主轴和刀头作为移动体往复移动。即，对磨主轴和 刀头的直径必须小于用于镗孔过程的主轴，因为它们插入在主轴中以进行镗 孔过程。因此，珩磨主轴和刀头并不充分的刚性并趋于在给定的每单位时间 的往复运动的数量(频率)处共振。
但是，采用依据第一实施例的组合机床10，具有一种直径的主轴32在 镗孔过程和对磨过程期间旋转。由于主轴32能够作为一个机构在镗孔过程 和对磨过程期间机械地操作，不需要机构用于改变主轴32的直径。主轴32 能够在镗孔过程中以高的速度旋转，并且能够以高的速度在珩磨过程中往复 移动。
具体地，由于支撑主轴32的第一框架40在进行镗孔过程(主轴32 )时 绕主轴布置，仅第一框架40和主轴32在珩磨过程中作为移动体。移动体的 横截面大于镗孔主轴32的横截面，并从而提供足够的刚性以防止移动体共 振，即使当以高的速度往复移动时。
即使移动体的重量较大，其由平衡气缸56而得以补偿。由于移动体的 惯性质量小于采用平衡配重形式的传统重量补偿装置，移动体能够以足够高 的速度往复移动，这样使得加工时间能够得以减小。
线性马达58能够以高的速度移动移动体同时保持所希望的定位精度， 并且因此线性马达58适用于衔磨过程。对比于此，在日本专利第3270683 号中公布的机床中，用于镗孔过程的主轴和用于珩磨过程的主轴被组合以在 镗孔过程中适当地操作。这些分别的主轴必须组合以在镗孔过程中操作以使 旋转体足够的刚性，因为镗孔过程中的切削抗力大于珩磨过程中的抗力。
采用依据第一实施例的组合机床10，用于镗孔过程的主轴具有与此前在 镗孔过程中用于所需要的刚性的相同的直径，并且不需要任何在珩磨过程中 使用的分离机构。因此，旋转体的惯性质量得以减小，因此允许该体以高的 速度旋转，这样使得能够减少加工时间。
由于组合机床10的主轴在镗孔和珩磨过程中不需要任何机构的改变， 机床IO具有简单的结构、高度可靠并且制造不昂贵。而且，不需要时间来 改变主轴的机构，结果使得用以加工工件Wl的时间更短。
在上面的主轴致动器组件11中，主轴32由第一支撑单元34、第二支撑单元36和柱形滑动机构38安装在柱体20上。图6和图7示出了修改的具 有简单结构的主轴致动器组件lla。与机床10的主轴致动器组件11的部分 相同的修改的主轴致动器组件lla的部分由相同的参考字符标识，并且下面 将不再详细描述。
如在图6和7中示出的，修改的主轴致动器组件11a的主轴32由第一 支撑单元34支撑在柱体20上。修改的主轴致动器组件lla不具有组合机床 10的第二支撑单元36和柱形滑动机构38。
第一导轨62安装在柱体20的表面20a上，并且第一支撑单元34可垂 直移动地支撑在第一导轨62上。柱体20在其上支撑第二框架50a，其基本 上具有与第二框架50相同的形状。第二框架50a环绕第一支撑单元34布置。 线性马达58布置在第二框架50a的内表面上和第一框架40的外侧表面上， 用于相对于柱体20提升和降低第一支撑单元34。制动机构61的制动垫68 安装在柱体20上用于锁定第一支撑单元34在柱体20上的适当位置。
当主轴致动器组件lla在镗孔过程中向下降低主轴32,并在粗珩磨过程 和精珩磨过程中提升和降低主轴32时，线性马达58移动第一支撑单元34 以移动主轴32。由于主轴32在镗孔和珩磨工件Wl中的孔H时完全由线性 马达58提升和降低，省却了第二支撑单元36和柱形滑动机构38，并且因此 主轴致动器组件lla能够具有更为简单的结构。
与组合机床10—样，主轴致动器组件lla结构简单并且操作高效，并 且还允许工件Wl在减小的时间内加工。由于主轴致动器组件lla的线性马 达58在镗孔过程中也在珩磨过程中操作，这样使得主轴致动器组件lla的 线性马达58能够产生镗孔过程中所需要的充足的压紧力，线性马达58应具 有比组合机床10的线性马达58更大的输出率，线性马达58仅在珩磨过程 中激发。
现在将在下面描述依据本发明的第二实施例的组合机床210。 如在图8中示出的，依据第二实施例的组合才几床210将刀头212插入工 件W2，例如，汽车发动机的缸体中的孔，并镗孔和珩磨工件W2。
组合机床210包括刀头(加工刀头)212,其插入工件W2，其中刀头 212具有大体上为圆柱的能够扩张或收缩直径的形状。组合机床210还包括 第一齿轮组216和第二齿轮组218;用于分别旋转第一齿轮组216和第二齿 轮组218的第一伺服马达220和第二伺服马达222;刀头212所连接到的主轴(心轴)224;和用于沿由箭头A标识的方向前后轴向地移动主轴224的 移动机构(移动装置)226。第一齿轮组216和第二齿轮组218用以从第一 伺服马达220和第二伺服马达222传递驱动力至刀头212 ，其中驱动力操作 作为用于刀头212的扩张力。第一齿轮组216、第二齿轮组218、第一伺服 马达220、第二伺服马达222、和主轴224容纳在壳体(支撑)228内。
主轴224由轴承(未示出)支撑在壳体228上旋转。主轴224绕其本身 的轴由主轴马达(旋转装置)221通过主轴224的外表面上的齿轮223、和 啮合于齿轮223并耦接于主轴马达221的驱动轴的另外的齿轮225而旋转。 替代地，主轴224可以由主轴马达221通过带和滑轮才几构而旋转。
移动机构226包括用于导向壳体228上的引导228a、228b的导轨227; 和平行于导轨227延伸并螺旋穿过壳体228的螺紋部分(螺母)的滚珠丝杠 副229。当滚珠丝杠副229绕其自己的轴由耦接到滚珠丝杠副229的伺服马 达231旋转时，主轴224沿由箭头A标识的方向前后移动。
组合机床210包括用于控制操作用以扩张刀头212的力的控制器(监控 台)230,即用于控制第一伺服马达220和第二伺服马达222的激发及伺服 马达231的激发。控制器230具有记录在其中用于加工工件W2的多种NC (数字控制)数据。
如在图9中示出的，刀头212包括大体上为空的圆柱形式的主体232; 多个粗磨头(磨削工具或粗珩磨头)236，和多个精磨头(磨削工具或精珩 磨头)236，其交替插入径向地以间隔的角度间隔构成在主体232的外周壁 中的孔(引导槽)234内。刀具(镗刀)、FB刀具、或精镗刀2"插入构成 在主体232的圓周壁中的孔240。多个(比如4个)气动测微计检测装置244 径向布置在主体232的圆周壁上，在粗磨头236和精磨头238之间。气动测 微仪检测装置244通过气道(未示出)喷射所提供的气体从它的各个喷嘴 244a进入刀头212以测量工件W2中的孔的直径。
刀头212具有带有靠近其末端的安装在它的外圆周表面上的更换型触点 (未示出)。刀架246耦接到扩张构件(未示出)，其类似于将要在下面描述 的扩张构件(锥形轴、锥形件)，这样使得刀架能够径向移动(扩张)。
如在图IO中示出的，刀头212具有三个粗磨头236和三个精磨头238。 粗磨头236和三个精磨头238分别固定安装在粗磨头基底(磨头基底或粗磨 头靴)548和精磨头基底(磨头基底或精磨头靴)250上。刀具242连接到
23精磨头基底250的末端。刀具242固定到采用弹性构件形式的夹头254，比 如板簧等等。紧固到夹头254的螺钉252螺旋进入构成在主体232中的内部 螺紋孔(未示出)。刀具242由夹头254固定到柱销256。
粗磨头236和精磨头238可径向移动，即沿箭头B标识的方向径向扩张 和收缩，同时由在刀头211上的相同的轴向位置中的孔234导向。
粗磨锥形件(扩张锥形轴或锥形轴)258可滑动地布置在刀头212中用 于径向扩张粗磨头基底248。精磨锥形件(扩张锥形轴或锥形轴)260插入 在粗磨锥形件258中用于径向扩张精磨头基底.250。精磨锥形件260可滑动 地分离于粗磨锥形件258。如在图10和11中示出的，粗磨锥形件258具有 包括倾斜表面的锥体258a、 258b。粗磨头基底248的内斜面248a、 248b l呆 持可滑动地邻接在锥体258a、 258b的斜面上。类似地，如在图10和12中 示出的，精磨锥形件260具有包括倾斜表面的锥体260a、 260b。精磨头基底 250的内斜面250a、 250b保持可滑动地邻接在锥体260a、 260b的斜面上。 如在图10和12中示出的，精磨锥形件260在其接近一个锥体260a的末端 部分上具有刀具锥体262用于径向扩张轴销256，即刀具242。
如在图11中示出的，粗磨锥形件258具有分裂为三个臂的末端部分， 在三个臂之间构成间隙264，其中精磨锥形件260的維体260a、 260b插入间 隙264 (见图10 )。包括刀具锥体262的精磨锥形件260的末端部分从粗磨 锥形件258的末端突出。
如在图13和14中示出的，采用连接到主轴的刀头212，粗磨锥形件258 和精磨锥形件260连接到各个轴266、 268。轴266、 268具有空的圆柱形状， 轴268同轴地布置在轴266内。
为轴向扩张刀具242,轴268轴向向前移动以沿箭头A2标识的方向4偉 动精磨锥形件260，由此使得刀具锥体262径向向外压紧柱销256(见图15 )。 夹头254绕固定到主体232的螺钉252弹性变形(即，翘曲)，由此沿箭头B 标识的方向径向向外位移刀具242，同时刀具242由主体232中的孔240导 向。
为扩张粗磨头236，轴266径向向后移动以沿箭头Al标识的方向^立动 粗磨锥形件258,由此使锥体258a、 258b压紧在粗磨头基底248的内部倾斜 表面248a、 248b上(见图16)。粗磨头236因而沿箭头B标识的方向径向 向外扩张，同时粗磨头236由主体232中的孔234导向。为从所扩张的位置收缩粗磨头236，轴266轴向地向前移动以沿箭头A2标识的方向推动粗磨 锥形件258。粗磨头236因此沿与箭头B标识的方向相反的方向径向向内收 缩，同时4且磨头236由主体232中的孔234导向。
为扩张精磨头238，轴268径向向后移动以沿箭头Al标识的方向拉动 4青磨锥形件260，由此使锥体260a、 260b压紧在精磨头基底250的内部倾斜 表面250a、 250b上(见图17)。精磨头238因而沿箭头B标识的方向径向 向外扩张，同时精磨头238由主体232中的孔234导向。为从所扩张的位置 收缩精磨头238,轴266轴向地向前移动以沿箭头A2标识的方向推动精磨 锥形件260。精磨头238因此沿与箭头B标识的方向相反的方向径向向内收 缩，同时精磨头238由主体232中的孔234导向。
因此，在依据第二实施例的组合机床210的刀头212中，粗磨头基底248 、 精磨头基底250、粗磨锥形件258、精磨锥形件260共同用作用于扩张(收 缩)粗磨头236和精磨头238的扩张构件。
如在图8中示出的，刀头212耦4妾于主轴224。因此，当主轴224绕它 的轴旋转时，刀头212也绕它的轴旋转。
如在图8和18中示出的，轴266、 268同轴布置在具有空的圓柱形状的 主轴224中，其中轴266、 268在其中可以沿箭头A标识的方向移动。主轴 224的内周表面和轴226的外周表面由花键而保持彼此啮合。而且，轴266 的内周表面和轴268的外周表面由花键而保持彼此啮合(见图19)。因此， 轴266、 268可以在主轴224内分别地或同步地沿箭头A标识的方向移动(即， 滑动)，并也可以绕与主轴224—致的轴线旋转。
轴266、 268具有各自的相对于前端的后端，其分别连接到粗磨锥形件 258和精磨锥形件260并耦接到第二齿轮组218和第一齿轮组216。由第一 伺服马达220致动时，轴268轴向地前后移动。当由第二伺服马达222致动 时，轴266轴向地前后移动。
第一齿轮组216和第二齿轮组218的结构细节将在下面参考图18和20 进行描述。图20以断面透视图示出了第一齿轮组216的齿轮保持彼此啮合 的方式。第二齿轮组218的齿轮以基本上与图20中示出的第一齿轮组216 的齿轮相同的方式彼此啮合。
第一齿轮组216包括耦接到第一伺服马达220的驱动轴220a的锥齿 轮270;具有与锥齿轮270保持彼此啮合的外直齿轮272a并另外具有螺旋连接于齿圈272的内螺紋内周表面272b的外螺紋外周表面274a的管齿圈272; 及管状滚珠丝杠副274，其具有螺紋连接于齿圈272的内螺紋内周表面272b 的外螺紋外周表面274a。第一齿轮组216还包括两个并列的轴承276，每 个包括适配到轴268上的内圈276a，适配进入滚珠丝杠副274的外圈276b, 及布置在内圈276a和外圈276b之间滚动的滚动体276c。锥齿4仑270由轴岸义 278、 280支撑在壳体228中旋转。齿圈272由推力轴岸义282、 284支撑在壳 体228中旋转。内圈276a可以与轴268的外周表面成为一体，并且外圈276b 可以成滚珠丝杠副274的内周表面形成一体。
第二齿轮组218包括耦接到第二伺服马达222的驱动轴222a的锥齿 轮286;具有与锥齿轮286保持彼此啮合的外直齿轮288a并另外具有内螺紋 内周表面288b的管齿圏288;及管状滚珠丝杠副290，其具有螺紋连接于齿 圈288的内螺紋内周表面288b的外螺紋外周表面290a。第二齿轮组218还 包括两个并列的轴承292，每个包括适配到轴266上的内圈292a，适配进 入滚珠丝杠副290的外圈292b，及布置在内圈292a和外圏292b之间滚动的 滚动体292c。锥齿轮286由轴承294、 296支撑在壳体228中旋转。齿圈288 由推力轴承298、 300支撑在壳体228中旋转。内圈292a可以与轴266的外 周表面成为一体，并且外圈292b可以成滚珠丝杠副290的内周表面形成一 体。
在第一齿轮组216中，当第一伺服马达220在控制器230的控制下旋转 时，锥齿轮270旋转。依据锥齿轮270的旋转方向，滚珠丝杠副274沿箭头 A标识的方向轴向地前后移动。由于滚珠丝杠副274和轴268由轴承276而 ;波此耦接，轴268也与滚^朱丝;f工副274 —致地轴向移动。
锥齿轮270可旋转并能够由第 一伺服马达220固定在所希望的角度位置 中(即，在所希望的相位处)。因此，轴268可轴向前后移动并能够沿着由 箭头A标识的方向固定在所希望的位置处。类似地，耦接到轴268的精磨锥 形件260可轴向前后移动并能够固定在所希望的位置处。因此，刀具242和 精磨头238可扩张和收缩，并另外能够沿着由箭头B标识的方向固定在所希 望的位置处。
在第二齿轮组218中，锥齿轮270可旋转并能够由第二伺服马达232在 控制器230的控制下而固定在所希望的角度位置处(即，在所希望的相位处)。 因此，轴266轴向前后移动并能够沿着由箭头A标识的方向固定在所希望的位置处。类似地，耦接到轴266的粗磨锥形件258可轴向前后移动并能够固 定在所希望的位置处。由此，粗磨头236可扩张和收缩，并另外能够沿着箭 头B标识的方向固定在所希望的位置处。
在组合机床210中，第一伺服马达220、第二伺服马达222、锥齿轮270、 齿圈272、 228、滚珠丝杠副274、 290、及轴承276、 292共同用作用于扩张 (收缩)刀具242、粗磨头236、和精磨头238的扩张(收缩)装置。
如在图8和18中示出的，第一伺服马达220和第二伺服马达222以相 对的方向定位并彼此平行布置，轴266、 268上各布置一个。齿圈272、 288、 滚珠丝杠副274、 290及轴承276、 292彼此同轴布置。因此，组合机床210 尺寸小并且整体紧凑。
由组合机床210进行在汽车发动机的缸体中的孔上的镗孔过程和磨削 (对亍磨)过程在下面将参考图21中示出的流程图进行描述。
在图21的步骤S1中，模拟头304 (见图22A)由螺栓304a紧固到缸体 302a作为缸体毛坯。模拟头304具有形状并由类似于成品缸头的材料的材料 形成。；漠拟头304在其中构成孔304b,其直径大于形成在缸体302a中的孔 303的直径。
在步骤S2中， 一旦缸体302a布置在给定的位置中，刀头212(主轴224 ) 由移动机构226轴向地朝向孔303沿箭头Al标识的方向在控制器230的控 制下移动。
在步骤S3中，第一伺服马达220在控制器230的控制下被激发以使第 一齿轮组216能够沿箭头A2标识的方向移动轴268。此时，由于精磨锥形 件260由轴268向前移动，刀具锥体262径向向外沿箭头B标识的方向压紧 柱销256，以径向向外移动刀具242。
在步骤S4中，刀具242镗孔缸体302a中的孔303。此时，伺服马达231 和第一伺服马达220由控制器230控制。具体地，刀头212的轴向位置、刀 具242的径向位置、用于径向扩张刀具242的力由控制器230控制。结果使 得，孔303由刀具242加工到所希望的精确圓形效果(形状)。
在步骤S5中，镗孔的缸体302a中的在每个轴向位置处(沿着箭头A标 识的方向)的孔303的直径由光学或机械测量设备(未示出)在控制器230 的控制下测量。所测量的数据存储在控制器230中作为例如第一直径数据 Dl。特别地，孔303的直径可以由气动测微仪纟企测装置244测量。
27第一直径数据Dl被获取以测量由作用在孔303上的镗孔过程所产生的 热效应。由于孔303在镗孔过程中受到由切削抗力产生的热力影响(例如， 膨胀)，孔303通常在其4史镗制后曝露于常温时收缩。孔303的这样的收缩 依赖于轴位置而不同，并且在孔303承受较大程度热影响(即，膨胀)的轴 向位置处较大。
在步骤S6中，模拟头304在测量完孔303的直径之后从镗孔的缸体302a 移除。当才莫拟头304移除后，如在图22B中示出的，缸体302a中的孔303 的内表面从步骤S4和S5中的孔303的状态有微小变形。换句话说，孔303 的内表面在成品缸头306 (见图22C)装配到缸体302a上时所施加的应力的 作用下而变形。模拟头304装配在缸体302a上时施加的应力认为等效于成 品缸头306装配到缸体302a上时施加的应力。当模拟头304移除时，由于 这样的应力也被移除，缸体302a中的孔303的内表面从步骤S4和S5中的 孔303的状态轻微变形。步骤S4和S5中的状态的孔303具有大体上精确的 圓形形状，因为它是由具有刀头212和扩张装置的组合机床210镗制的。
在步骤S7中，在模拟头304已经移除后，在缸体302a中的每个轴向位 置处的孔303的直径被重新测量，采用与步骤S5相同的方式。所测量的数 据例如存储在控制器230中作为第二直径数据D2。在步骤S7中，孔303从 其在步骤S4和S5中具有的基本上精确的圆形形状轻微变形，因为应力已经 从缸体302a移除。因此，孔303并不具有精确的圆形形状。
在步骤S8中，在步骤S5中获取的第一直径数据Dl用作校正数据以校 正在步骤S7中获取的第二直径数据D2，由此产生NC数据(数据控制数据) DN。所产生的NC数据DN作为所产生的数据，用以使得假设在缸体毛坯镗 孔时无模拟头安装在其上且此后模拟头304安装到缸体上的情况中，缸体 302a中的孔303具有精确的圓形横截面形状。
在步骤S9中，在步骤S8中产生的NC数据DN进入组合机床210的控 制器230。
在步骤S10中，缸体302b被旋转在给定的位置中，缸体302b是不同于 在步骤S4中镗孔的缸体302a的新的缸体毛坯。然后，缸体302b由组合机 床210在控制器230的控制下并基于所输入的NC数据DN镗孔。
在步骤Sll中，成品缸头306由螺栓306a紧固到所镗孔的缸体302b(见 图22C)。成品缸头306不同于模拟头304，并且是使用作为实际产品的缸头。采用安装在缸体302b上的成品缸头306,在缸体302b中的每个轴向位 置处的孔的直径以与步骤S5中相同的方式测量。所测量的数据例如存储在 控制器230中作为第三直径数据D3。用于测量孔的的直径的测量设备可以 通过火花塞插入孔306b插入，火花塞306b已经构成在成品缸头306中，因 为成品缸头306不必要专门加工用于使得测量设备能够插入。
当获取了第三直径数据D3时，镗孔的缸体302b可以被加热到缸体308 中的孔310在汽车发动机运行时将达到的温度。如果镗孔的缸体302b由此 被加热，则在步骤S12中产生的数据作为所产生的数据，用以使气缸中的孔 的横截面形状具有精确的圓形，如当缸体温度在汽车发动机实际安装在车辆 中并处于运行的时刻而增加所希望的。缸体302b可使用在缸体302b的孔中 的电磁感应加热器(未示出)简单并快速地加热。
在步骤S12中，在步骤Sll中获取的第三直径数据D3用作用于在步骤 S8中产生的NC数据的校正数据，以校正NC数据并由此产生校正的NC数 据DN，。所产生的校正NC数据DN，作为所产生的数据，用于使得假设在缸 体毛坯镗孔时无模拟头安装在其上且此后成品缸头306安装到缸体上的情况 中，缸头中的孔具有精确的圆形横截面形状。
在依据第二实施例的镗孔缸体的方法中，由此产生的校正的NC数据 DN，用在生产过程中以镗孔缸体毛坯，为了由此在缸体中制成具有精确圆形 横截面形状的孔，而不必要模拟头304。
具体地，在步骤S13中，在步骤S12中生成的校正的NC数据DN，一皮输 入到组合机床210的控制器230。
在步骤S14中，缸体308被放置在组合机床210中的给定位置中，缸体 308是新的缸体毛坯。然后，缸体308由组合机床210在控制器230的控制 下基于校正的NC数据DN，镗孔。
当缸体308基于校正的NC数据DN，镗孔时，缸体308中的孔310的加 工考虑到了安装成品缸头306之后造成的变形(见图22D)。具体地，当成 品缸头306安装在已经基于校正的NC数据DN，加工的缸体308上时，缸体 308中的孔310具有精确圓形的横截面形状，如在缸体成品中所要求的。
在基于校正的NC数据DN，在缸体308上进行的镗孔过程完成后，孔310 的内表面被珩磨以实现所希望的表面粗糙度。
在步骤S15中，缸体308首先由粗磨头236珩磨，并且然后由精磨头238对磨。具体地，在控制器230的控制下，第一伺服马达220或第二伺服 马达222致动第一齿轮组216或第二齿轮组218。轴266 (粗磨锥形件258 ) 或轴268 (精磨锥形件260 )沿箭头A标识的方向轴向前后移动至预定位置， 以施加扩张或收缩力至粗磨头236或精磨头238。此时，主轴224由主轴马 达221旋转，同时主轴224由移动一几构轴向地前后移动。因此，粗磨头236 和精磨头238被有选4奪地操作以珩磨缸体308。
工，缸体308能够被珩磨而不必要在一个装夹过程中夹紧缸体308、镗孔缸 体308并然后松开缸体308。因此，由装夹过程所造成的对于缸体308的负 作用能够得以减少，并且缸体308能够以较高的精度珩磨。具体地，如果缸 体308被更为频繁地装夹，定位精度趋于产生更大的误差。结果，更多的材 料趋于被从缸体毛坯加工掉。如果每单元加工时间中去除的材料的量增加， 则缸体308的磨削量较重，并且加工过程趋于更不精确。
为提高加工过程的精度，孔310的直径的变化可以由气动测微仪检测装 置244检测，由此第一伺服马达220和第二伺服马达222被控制操作，同时 控制器230测量已用加工时间。组合机床210能够通过以高的精度变化施加 到粗磨头236和精磨头238的扩张力(收缩力)而进行较高的精度的珩磨过 程。
如上所描述的，组合机床210生成校正的NC lt据DN，，其在对缸体中 的孔进行镗孔过程期间使用，用于生产具有精确的圓形的横截面的缸体，并 且在缸体批量生产时不必要安装模拟头304。因此，组合才几床210有效地提
高了生产率。
刀具242、由第一伺服马达220和第二伺服马达222分别通过第一齿轮 组216和第二齿轮组218径向地向外扩张或移动。因此，所扩张的位置和作 用在刀具242、粗磨头236、和精磨头238上的扩张力能够容易并高度精确 地控制。
相对于刀具242同轴地布置的粗磨头236和精磨头238在镗孔过程之后 立即进行珩磨过程，并且因此，加工精度较高。在镗孔和珩磨过程中，主轴 224保持相同的直径并继续旋转。换句话说，主轴224在镗孔和珩磨过程中 作为一个机构机械地操作，并且不要求辅助机构用于改变它的直径。因此， 主轴224在镗孔过程中能够以较高的速度旋转，并能够在珩磨过程中以高的速度往复移动。
当缸体308中的孔310被基于校正的NC数据DN，加工至所希望的形状
时，如果镗刀像传统技术那样在液压作用下扩张，则作用在镗刀上的这样的 扩张力及镗刀的扩张位置不能得以微调控制。如果使用传统机床进行依据本 发明的镗孔缸体的方法，失败将是很有可能的。
但是，采用依据本实施例的组合机床210，轴268被控制，即，刀具242 由第一伺服马达220和第一齿轮组216径向地向外扩张或移动。组合机床210 从而能够比传统机床更为精确地进行镗孔过程，并能够基于所校正的NC数 据DN，执行依据本发明的镗孔方法。
由组合机床210中的第一伺服马达220和第一齿轮组216所提供的镗孔 过程的优点将在下面描述。
如上所描述的，第一齿轮组216具有齿圈272，齿圈272介于耦接到第 一伺服马达220的驱动轴220a的锥齿轮270和实际地移动轴268的滚珠丝 杠副274之间。锥齿轮270和滚珠丝杠副274并不直接通过轮齿和滚珠彼此 啮合。
如杲齿圈272未介入在锥齿轮270和滚珠丝杠副274之间，而是锥齿轮 270和滚珠丝杠副274直接通过轮齿和滚珠彼此啮合，则当第一伺服马达220 间歇地激发或沿各个方向旋转驱动轴220a时，如同第一齿轮组216启动或
杠副274,即不稳定和緩慢地传递。因此，轴268轴向地前后不规则移动并 反应不良。换句话说，当第一伺服马达220被间歇地激发或沿各个方向旋转 驱动轴220a时，由锥齿轮270传递的扭矩被带有不身见则变化地传递至滚珠 丝杠副274。此时，在滚珠丝杠副274的反作用力的作用下，锥齿轮270沿 箭头A标识的方向轴向振动。因此，第一伺服马达220也振动。
对比于此，依据本实施例，锥齿轮270操作性地通过齿圈272耦接于滚 珠丝杠副274。因此，当第一伺服马达220间歇地激发或沿各个方向旋转驱 动轴220a时，由锥齿轮270传递的扭矩变化被首先传递到齿圈272。由于齿 圏272由推力轴承282、 284支撑，齿圏272由第一伺服马达220旋转，同 时承受施加到那儿的不规则扭矩变动。齿圈272和滚J朱丝杠副274通过轮齿 和滚珠保持彼此啮合。当齿圈272的旋转传递到滚珠丝杠副时，在齿圈272 承受这样的不规则扭矩变化的同时，齿圈272趋于在滚珠丝杠副274的反作
31用力的作用下沿箭头A标识的方向轴向振动。但是，齿圈272并不轴向振动， 因为其由推力轴承282、 284支撑(见图18和20)。
此外，如果齿圈272轴向振动，由于齿圈272和锥齿轮270彼此啮合作 为直齿轮，齿圈272的轴向振动不会传递到锥齿轮270。齿圈272A^而起到 在第一齿轮组216中阻挡振动的功能。因此，即使刀具242的振动由于所加 工(磨肖1])表面的不规则性或由于从所加工表面施加的磨削阻力而传递到轴 268，这样的振动由齿圈272阻挡并被防止传递到第一伺服马达220。
当第一伺服马达220间歇地激发或沿各个方向旋转驱动轴220a时所产 生的如上的不规则扭矩振动能够在电力控制的作用下被消除。因此，这样的 不规则扭矩振动不会影响到第一伺服马达220的相位控制的精度。齿圈272 能够阻挡振动传递到刀具242，并且第一伺服马达220本身并不振动。因此， 振动并不会不利地影响到刀具242的径向向外运动。
齿轮组216的齿圈272的振动阻挡功能在辨磨过程中也得以进行。由于 齿轮组218具有基本与第一齿轮组216—致的结构，齿轮组218的齿圈288 也在辨磨过程中(粗对磨过程中)阻挡振动，其使用第二齿轮组218进行。 因此，齿圈272、 288用作在组合机床210中的振动阻挡才几构。齿轮组216. 和第二齿轮组218用作用于转换来自第 一伺服马达220和第二伺服马达222 的旋转动力成为施加到轴266、 268的线性动力的动力转换装置。
在刀头212中，刀具242可以安装在粗磨锥形件258上。刀头212可以 具有多个具有不同形状的刀具242。
粗磨锥形件258的末端并不仅限于分裂成三个臂，而可以分裂成两个或 四个或更多个臂，以允许采用不同数目的粗磨头236和不同数目的精磨头 238。
由组合机床210进行的镗孔过程和珩磨过程已经在上面参考图21中示 出的流程图进行了描述。但是，镗孔过程和珩磨过程并不必须局限于在图21 中示出的顺序。
依据本发明的第三实施例，能够在组合机床210上使用的刀头(珩磨刀 头或加工刀头)410 (见图23)将参照并入了刀头410的机床(珩磨机床) 412在下面描述。
如在图23中示出的，机床412将刀头410插入工件W3，例如汽车发动 机的缸体中的孔，并用刀头410珩磨工件W3的内周壁表面414a。才几床412包括插入工件W3的刀头410,刀头410具有大体上为柱形的 形状，其中刀头410的直径能够扩张或收缩。机床412还包括用于施加扩 张力至刀头410的第一液压釭416和第二液压缸418;用于控制扩张力的控 制电路(控制装置、控制器、监控台)420;在其中容纳第一液压缸416和 第二液压缸418的主轴(旋转轴)422;和用于提升和降低主轴422的提升/ 降低液压缸(移动装置)423。
刀头410包括大体上为空的圆柱形式的主体424;多个^L磨头(第一 磨削工具或粗珩磨头)426和多个精磨头(第二磨削工具或精到于磨头)428， 其交替插入以隔离的角度间隔径向地构成在主体424的周壁中的孔(导向槽) 425。多个(例如，四个)气动测微仪检测装置431径向布置在主体424的 周壁上，在粗磨头426和精磨头428之间。气动测微仪4全测装置431通过刀 头410中的气道(未示出)喷射提供自各个喷嘴431a (见图24)的空气以 测量工件W3的内周壁表面414a的直径。
如在图24中示出的，刀头410具有带有靠近刀架439的末端安装在其 外表面上的可更换触点(未示出)的刀架439。当螺栓439a松开时，刀架439 能够由另外的刀架替换。刀架439耦接到类似于下面将要描述的精修扩张和 收缩装置的扩张和收缩装置(未示出)，这样使得刀架439能够径向移动(扩 张)。
如在图25中示出的，刀头410具有三个粗磨头426和三个精磨头428。 粗磨头426和精磨头428各自固定安装到粗磨头基底(第一刀具座或粗磨头 靴)432和精磨头基底(第二刀具座或精磨头靴)434上。粗磨头426和精 磨头428可径向移动，即，沿箭头B标识的方向径向扩张和收缩，同时由刀 头211上的相同轴和位置中的孔425导向。
粗磨锥形件(第一锥形轴)436可滑动地布置在刀头410中用于径向扩 张粗磨头基底432。精磨锥形件(第二锥形轴)438插入粗磨锥形件436用 于径向扩张精磨头基底434。精磨锥形件438可滑动地分离于粗磨锥形件 436。如在图25和26中示出的，粗磨锥形件436具有包括粗磨头基底432 的内斜面432a、 432b压靠在其上保持可滑动邻接的斜面的锥体436a、 436b。 类似地，如在图25和27中所示，精磨锥形件438具有包括精磨头基底434 的内斜面434a、 434b压靠在其上保持可滑动邻接的斜面的锥体438a、 438b。
如在图26和28中示出的，粗磨锥形件436具有分裂为三个臂的末端部分，其带有构成于其间的间隙440。精磨锥形件438的锥体438a、 438b插入 间隙440 (见图25和27 )。具有构成于其中的孔443的环(盖构件)436安 装在凹处442中，凹处442构成在粗磨锥形件436中以/人并且磨锥形件436的 三个臂的末端轻微向后偏移。因此，三个臂被结合，即，间隙440的开口由 环444封闭。例如，凹处442的内侧表面具有内螺紋，并且环444的外侧表 面形成外螺纹。这样的内外螺紋表面彼此螺旋耦接以可分离地保持环444在 凹处442内。但是，环444由任何其它的多种方法固定到适当的位置，例如， 环444可以由螺栓紧固到凹处442的底部、压接适配或巻曲在凹处442中、 或由胶粘剂粘结或焊接固定在凹处442中。
因此，在刀头410中，粗磨锥形件436的末端分裂为三个臂，带有在其 间构成的间隙440,间隙440由环444封闭。结果使得，粗磨锥形件436具 有构成在其中的相等间隔的径向长方形孔446 (见图28和29)。精磨锥形件 438的锥体438a、 438b突出穿过长方形孔446,面向精磨头靴434。精磨锥 形件438的末端部分穿过孔443可滑动地插入环444中(见图25 )。
如在图30中示出的，粗磨锥形件436和精磨锥形件438各自连接到拉 杆(移动构件，轴)448、 450。
为扩张粗磨头426，拉杆448向上拉动以沿箭头Al标识的方向拉动精 磨锥形件436。锥体436a、 436b压靠在粗磨头基底432的内斜面432a、 432b 上。因此，粗磨头426扩张，即，沿箭头B标识的方向径向向外位移，同时 它们在提供在主体424中的孔425中导向。为从扩张位置收缩粗磨头426 ， 拉杆44被向下施压以沿箭头A2标识的方向降低粗磨锥形件426，并且粗磨 头426被沿与由箭头B标识的方向相对的方向收缩(径向向内)，同时它们 在才是供在主体424中的孔425中导向。
类似地，为扩张精磨头428，拉杆450被向上4立动以沿由箭头Al标识 的方向拉动精磨锥形件438。锥体438a、 438b压靠在精磨头基底434的内斜 面434a、 434b上。因此，精磨头428扩张，即，沿箭头B标识的方向径向 向外位移，同时它们在提供在主体424中的孔425中被导向。为从扩张位置 收缩精磨头428,拉杆450被向下施压以沿箭头A2标识的方向降低精磨锥 形件438,并且精磨头428被沿与由箭头B标识的方向相对的方向收缩(径 向向内)，同时它们在提供在主体424中的孔425中导向。
在依据本实施例的刀头410中，粗磨头基底432、精磨头靴434、粗磨锥形件436、和精磨锥形件438共同用作用于扩张和收缩4且磨头426和精磨 头428的扩张和收缩装置。
如在图23中示出的，刀头410耦"t妻到主轴422。因此，当主轴422绕其 轴旋转时，刀头410也绕其轴旋转。
提升/降低液压缸423支撑在支撑构件(支撑)452上，并具有耦接到主 轴422的活塞杆423a。变速齿轮454适配在活塞杆423a上并与齿4仑457保 持啮合，齿轮457适配在用作旋转装置的主轴马达455的驱动轴上。
作用在提升/降低液压缸423内的液压由液压调节器(减压阀)460增加 或减小，液压调节器460用作扩张/收缩控制装置，其连接到互联提升/降低 液压缸423和油源456的液压通道458a、 458b。液压调节器460由控制电聘、 420控制以增加或减小提升/降低液压缸423中的液压，用以由此沿由箭头A 所标识方向中的一个提升或降低活塞杆423a。
粗磨锥形件436和精磨锥形件438各自地耦接到拉斥干448、 450 (见图 30)。拉杆448、 450分别耦接到第一液压缸416的活塞杆416a和第一液压 缸418的活塞杆418a。
当液压施加到第一液压釭416时，活塞杆416a位移以拉动拉杆448，并 因此向上拉动粗磨锥形件436。结果使得，粗磨头426沿箭头B标识的方向 径向向外扩张或位移。同样，当液压施加到第二液压缸418时，活塞杆418a 位移以拉动拉杆450,并因此向上拉动精磨锥形件438。结果使得，精磨头 428沿箭头B标识的方向径向向外扩张或位移。粗磨头426和精磨头428可 以各自地或同步地扩张。
作用在提升/降低液压缸416内的液压由液压调节器(减压阀)468增加 或减小，液压调节器468用作扩张/收缩控制装置，其连接到互联提升/降低 液压缸416和油源464的液压通道466。类似地，作用在第二液压缸418内 的液压由液压调节器(减压阀)474增加或减小，液压调节器474用作扩张/ 收缩控制装置，其连接到互联第二液压缸418和油源470的液压通道472。 液压调节器468、 474由控制电路420的指令控制以增加或减小在第一和第 二液压缸416、 418中的液压。
因此，粗磨头426和/或精磨头428能够在由第一液压缸416和第二液压 缸418产生的适当的扩张力的作用下压靠在工件W3的内周壁表面414a上。
对于依据第三实施例的并入了刀头410的机床412的操作将在下面描
35述，操作用于执行对于工件W3的磨削过程(珩磨过程)。
首先，工件W3放置在给定的位置，于其上提升/降低液压缸423被致动 以降低活塞杆423a。由于活塞杆423a被降低，主轴422也降低以将刀头410 插入工件W3。
然后，工件W3的内周表壁表面414a由粗磨头426和精磨头428加工 至所希望的直径和所希望的表面粗糙度。具体地，控制电路420控制液压调 节器468、 474以增加或减小施加到第一液压缸416和第二液压缸418的液 压。拉杆448、 450 ^R升或降低^L磨锥形件436或精磨锥形件438以施加扩 张或收缩力至粗磨头426和精磨头428。因此，粗磨头426和精磨头428被 有选择地^操作以磨削工件W3。
为提高加工精度，气动测微仪检测装置431检测工件W3的内周壁表面 414a的直径变化。同时，控制电路420测量已用加工时间并控制液压调节器 468、 474以改变施加到粗磨头426和精磨头428上的扩张或收縮力。粗磨头 426和精磨头428从而以较高的精度磨削工件W3的内周壁表面414a。
使用传统的刀头，当内周壁表面414a由粗磨头426和精磨头428加工 的同时，控制施加到粗磨头426和精磨头428上的扩张或收缩力，如在图37A 和37B中示出的，传统刀头会因为在施加到粗磨锥形件510和精磨锥形件 512上的提升或降低力与施加到粗磨头502和精磨头504上的扩张或收缩力 之间产生差异而遭受到问题，这是因为由于粗磨锥形件510的弯曲所产生的 在粗磨锥形件510和精磨锥形件512之间的摩擦力F2引起的。
但是，采用依据第三实施例的刀头410，粗磨锥形件436的末端部分的 三个臂之间的间隙440的开口由环444所封闭，并且另外，粗磨锥形件436 具有形成在其中的长方形孔446 (见图29)。精磨锥形件438的锥体43^、 438b突出穿过长方形孔446朝向精磨头靴434 (见图25)。
因此，如在图29和30中示出的，即使当工件W2由粗磨头426磨削时， 反作用力Fl作用在粗磨锥形件436上，如在图29和30中示出的，由于粗 磨锥形件436的开口由环444封闭，可以防止粗磨锥形件436由于压紧精磨 锥形件438而过度弯曲。
换句话说，刀头410能够极大地减小由反作用力Fl产生的摩擦力F2。 即使当工件W3由粗磨头426和精磨头428磨削，同时控制施加到粗磨头426 和精磨头428上的扩张或收缩力，拉杆448、 450的拉力能够线性地起作用而用作作用在粗磨头426和精磨头428上的扩张或收缩力。
依据第三实施例的机床412从而能够采用并入在机床412中的刀头410 高效并高精度地进行珩磨过程。
图31示出了当使用传统刀头500对磨工件时施加到粗磨头502上的不 同扩张力的图表。图32示出了使用依据第三实施例的刀头410珩磨工件时 施加到粗磨头426上的不同扩张力的图表。
图31和32之间的比较清楚地表明，对比于在传统刀头中的粗磨头的不 同扩张压力，作用在依据第三实施例的刀头410的粗磨头426上的不同扩张 压力要少的多。另外，对比于传统刀头中的粗磨头的平均扩张压力，刀头410 的粗磨头426上的平均扩张压力也比较低。(注意对于两个图表，各个频率 图中的数据的宽度相同)。具体地，刀头410允许粗磨头426平滑地操作， 因为要求用于扩张粗磨头426的扩张压力较小，并且此外，作用在粗磨头426 上的不同扩张压力较少，从而使粗磨头426能够以更高的精度扩张和收缩。
采用依据第三实施例的刀头410及并入刀头410的4几床412,如上所描 述的，合缝作为盖构件的环444安装在粗磨锥形件436的末端中，以提供长 方形孔446用于防止粗磨锥形件436在粗磨锥形件436 ^皮-提升以扩张粗磨头 426时在反作用力Fl的作用下弯曲。因此，当粗磨锥形件436 ^是升时传递 到粗磨头426的扩张力的损失能够得以大为减少。而且，防止了粗磨锥形件 436在反作用力Fl的作用下径向向内弯曲，以由此减少粗磨锥形件436和 精磨锥形件438的滑动面之间的摩擦力F2。类似地，作用在精磨头428上 的扩张力也能够适当地控制。
精磨锥形件438的锥体438a、 438b放置在构成在4且磨锥形件436中的 长方形孔446中。锥体438a、 438b从而能够容易地装配和拆卸。
用作盖构件的环444中的孔443并不必须要求。如果免除了孔443,则 精磨锥形件438的尖端部分可以在粗磨锥形件436中滑动。
粗磨锥形件436的末端部分并不局限于分裂为三个臂。末端部分也可以 分裂为两个臂或四个或更多个臂，以允许在其上采用不同数目的粗磨头426 和不同数目的精磨头428。
并入了刀头410的机床412并不局限于上面的实施例，并且才几床可以采 用多种方式修改。例如，电致动器机构可以使用以替代第一液压缸416、第 二液压缸418、及提升/降低液压缸423。如果采用电致动器机构，则可控扭丝杠副机构、和用于控制马达的扭矩的扭矩控制装置可以采用作为扩张/收缩
控制装置代替每个液压调节器460、 468、 474。
刀头410能够安装在才几床10、 210上。具体地，如在图1中示出的，才几 床10a可以并入刀头410。而且，如在图8中示出的，机床210a可以并入具 有刀头410的环444的刀头232a。
粗磨头和精磨头可以包括金属结合剂金刚石磨头、粘土烧结磨头等。典 型地，粗磨头比精磨头粗糙。但是，粗磨头和精磨头可以具有相同的类型， 或甚至可以彼此一致。
尽管已经示出并详细描述了本发明的特定优选实施例，应理解为可以 在不偏离权利要求中限定的本发明的范围的前提下作出不同的改变和修改。
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权利要求
1、一种机床，其包括具有镗刀(100，242)和磨削工具(102，104，236，238，426，428)的刀头(30，212)；用于旋转所述刀头(30，212)的旋转装置(44，221)；主轴(32，224)，连接所述旋转装置(44，221)至所述刀头(30，212)并传递来自所述旋转装置(44，221)的旋转动力至所述刀头(30，212)；支撑(34，36，228)，其中所述主轴(32，224)轴向延伸穿过所述支撑(34，36，228)并在所述支撑(34，36，228)中被可旋转地支撑；和用于沿所述主轴(32，224)的轴向移动所述支撑(34，36，228)的移动装置(58，226)，其中，所述主轴(32，224)在镗孔过程中和磨削过程中都在通过所述旋转装置(44，221)旋转的同时保持直径不变，其中，在所述镗孔过程中，所述刀头(30，212)旋转并朝向工件移动，同时所述镗刀(100，242)镗制所述工件；且在所述磨削过程中，所述刀头(30，212)旋转并往复移动，同时所述磨削工具(102，104，236，238，426，428)磨削所述工件。
2、 如权利要求l所述的机床，其中，所述移动装置包括线性马达(58)。
3、 如权利要求l所述的机床，其中，所述移动装置包括 用于在所述磨削过程中移动所述支撑的第一移动装置(58);和 用于在所述镗孔过程中移动所述支撑的第二移动装置(70 )， 其中，至少所述第一移动装置包括线性马达(58)。
4、 一种机床，其包括空心主轴(224)，通过旋转装置(221)绕其轴旋转；支撑(228)，所述主轴(224)旋转地支撑在所述支撑(228)中；轴(266,268)，容纳在所述主轴(224)中，并轴向可移动地花键连接于所述主轴(224);和刀头(212),其耦接到所述主轴(224)的末端并在其中容纳镗刀(242)和磨削刀具(236， 238)的，所述镗刀(242)和所述磨削刀具(236, 238)可径向扩张和收缩。所述刀头(212)具有响应于所述轴(266， 268)在预定扩张力和预定位置处的用于径向地扩张所述镗刀(242 )和所述磨削工具(236, 238)的扩张装置(216， 218),用于镗孔和磨削工件的轴向运动。 所述扩张装置(216, 218)包括固定安装在所述支撑(228)上的伺服马达(220,222);锥齿轮(270, 286),可由所述伺服马达(220， 222)旋转或由所述伺服马达 (220, 222)固定在适当相位处；齿圈(272,288)，其具有啮合于所述锥齿轮(270,286)的外周轮齿和内螺 紋内表面(272b, 288b)，所述齿圈(272, 288)支撑在所述支撑(228)上旋转；滚珠丝杠副(274， 290)，具有啮合于所述齿圈(272， 288)的所述内螺紋内 表面(272b， 288b)的外周轮齿(272b， 288b)，所述滚珠丝杠副(274, 290)可以沿 所述轴(266， 268)的轴向方向响应于其旋转而移动；和轴承(276, 292),其具有安装在所述轴(266, 268)上的内圈(276a, 292a)和 安装在所述滚珠丝杠副(274, 290)中的外圈(276b， 292b)，由此允许所述轴(266: 268)与所述滚珠丝杠副(274, 290)—致地轴向移动。
5、如权利要求1所述的机床，其中，所述主轴(224)是空的，并且所述 镗刀(242)和所述磨削工具(236， 23 8)可以沿所述刀头(212)的径向扩张和收 缩，并且还包括轴(266,268)，容纳在所述主轴(224)中并轴向可移动地花4定连接于所 述主轴(224);和扩张装置(216, 218),响应于所述轴(266, 268)的轴向运动在预定扩张力 和预定位置处的用于径向地扩张所述镗刀(242)和所述磨削工具(236，238)。所述扩张装置(216， 218)包括固定安装在所述支撑(228)上的伺服马达(220,222);锥齿轮(270, 286)，可由所述伺服马达(220, 222)旋转或由所述伺服马达 (220，222)固定在适当相位处；齿圈(272,288),具有啮合于所述锥齿轮(270,286)的外周轮齿和内螺紋 内表面(272b, 288b)，所述齿圈(272, 288)支撑在所述支撑(228)上旋转；滚珠丝杠副(274， 290),具有啮合于所述齿圈(272, 288)的所述内螺紋内 表面(272b, 288b)的外周轮齿(274a， 290a)，所述滚珠丝杠副(274, 290)可以沿 所述轴(266, 268)的轴向方向响应于其4^转而移动；和轴承(276, 292)，其具有安装在所述轴(266， 268)上的内圈(276a, 292a)和安装在所述滚珠丝杠副(274， 290)中的外圈(276b, 292b)，由此允许所述轴(266 268)与所述滚珠丝杠副(274, 290)—致地轴向移动。
6、 如权利要求5所述的机床，其中，所述扩张装置(216, 218)包括多个 扩张装置(216,218)，并且所述轴(266,268)包括分别联接于每个所述扩张装 置(216，218)的多个轴(266,268);至少一个轴(266)是空心的，且其它的轴(268)穿过所述空轴(266) 延伸；所述齿圈(272， 288)、所述滚珠丝杠副(274， 290)、和所述轴承(276, 292) 彼此同轴地布置在每个所述扩张装置(216， 218)中。
7、 如权利要求l所述的机床，其中，所述主轴(224)是空的，并且所述 镗刀(242)和所述磨削工具(236, 238)可以沿所述刀头(212)的径向扩张和收 缩，所述才几床还包4舌容纳在所述主轴(224)中并轴向可移动地花键连接于所述主轴(224) 的轴(266， 268);和扩张装置(216, 218),用于响应于所述轴(266， 268)的轴向运动在预定扩 张力作用下和预定位置处径向地扩张所述镗刀(242)和所述磨削工具(236， 238)。所述扩张装置(216， 218)包括动力转换装置(216,218),用于转换旋转动力为线性动力，以允许所述轴 (266， 268)响应于所述旋转动力而轴向移动，所述动力转换装置(216, 218)还 具有纟展动阻塞机构(272, 288)。
8、 一种采用依据权利要求5所述的机床镗孔缸体的方法，其包括步骤(a) 将类似于成品缸头的模拟头(304)放置在缸体毛坯(302a)上， 所述模拟头(304)具有开口，该开口构造成允许所述刀头(212)插入穿过其 中，采用所述镗刀(242)来镗孔所述缸体毛坯(302a)以生产带有构成在 其中的孔(303 )的缸体，测量所述孔(303 )的直径，并获取表示所测量直 径的第一直径数据；(b) 此后，从所述缸体移除所述模拟头(304),在其中的每个轴向位 置处测量所述孔(303 )的直径，并获取表示所测量直径的第二直径数据；(c) 此后，使用所述第一直径数据作为校正数据用于所述第二直径数 据以产生数据控制数据以使在缸体毛坯(302a)未采用安装在其上的模拟头(304)而镗孔之后当所述模拟头(304)安装在缸体上时所述孔(303 )的 横截面为精确的圓形；(d) 此后，输入所述数据控制数据进入所述机床，基于所述数据控制 数据镗孔缸体毛坯(302b)以生产其中带有孔(303 )的缸体，放置成品缸 头(306)在缸体上，测量在其中每个轴向位置处的所述孔(303 )的直径， 并获取表示所测量直径的第三直径数据；和(e) 此后，在缸体毛坯未采用安装在其上的模拟头(304)被镗孔之后， 使用所述第三直径数据作为校正数据以校正所述数据控制数据并产生校正 的数据控制数据，以使当所述成品缸头(306 )安装在缸体上时所述孔(303 ) 的横截面为精确的圓形。
9、 一种采用依据权利要求7所述的机床来镗孔缸体的方法，其包括步骤(a) 放置类似于成品缸头的模拟头(304)在缸体毛坯(302a)上，所 述模拟头(304)具有开口，该开口构造成允许所述刀头被插入穿过其中， 采用所述镗刀(242)来镗孔所述缸体(302a)以生产带有构成在其中的孔(303 )的缸体，测量所述孔(303 )的直径，并获取表示所测量直径的第一 直径数据；(b) 此后，从所述缸体移除所述模拟头(304 ),测量在其中的每个轴 向位置处的所述孔(303 )的直径，并获取表示所测量直径的第二直径数据；(c) 此后，在缸体毛坯(302a)未采用安装在其上的模拟头(304)而 镗孔之后，使用所述第一直径作为校正数据用于所述第二直径数据以产生数 据控制数据以使当所述模拟头(304)安装在缸体上时所述孔(303 )的横截 面为精确的圆形；(d) 此后，输入所述数据控制数据进入所述机床，基于所述数据控制 数据镗孔缸体毛坯(302b)以生产其中带有孔(303 )的缸体，放置成品缸 头(306)在缸体上，测量在其中每个轴向位置处的所属孔(303 )的直径， 并获取表示所测量直径的第三直径数据；和(e) 此后，在缸体毛坯未釆用安装在其上的模拟头(304)而镗孔之后， 使用所述第三直径数据作为校正数据以校正所述数据控制数据并产生所校 正的数据控制数据以使当所述成品缸头(306 )安装在缸体上时所述孔(303 ) 的横截面为精确的圆形；
10、 如权利要求8所述的方法，其中，在所述步骤(d)中，用于测量所述孔的直径的测量装置穿过构成在所述成品缸头(306 )中的火花塞插入 孔(306b)被插入。
11、 如权利要求9所述的方法，其中，在所述步骤(d)中，用于测量 所述孔的直径的测量装置穿过构成在所述成品缸头(306)中的火花塞插入 孔(306b)被插入。
12、 一种刀头，其包括 多个第一和第二磨削工具(426， 428); 支撑所述第一和第二磨削工具(426, 428)的主体(424); 布置在所述主体(424)中的扩张和收缩装置，其用于沿横贯所述主体(424 )的轴的方向径向地扩张或收缩所述第一和第二磨削工具(426， 428 ); 所述扩张和收缩装置包括第一刀具座(432),所述第一磨削工具(426)安装在所述第一刀具座 (432)的外表面上；第一锥形轴(436)，其保持压靠所述第一刀具座(432 )的内侧表面， 用于压紧所述第一刀具座(432);第二刀具座(434),其同步于或独立于所述第一刀具座(432)径向扩 张或收缩，所述第二磨削工具(428 )安装在所述第二刀具座(434)的外表 面上；第二锥形轴(438 )，其保持压靠所述第二刀具座(434)的内侧表面， 用于压紧所述第二刀具座(434),所述第二锥形轴(438 )插入所述第一锥 形轴(436 ),并可滑动地压靠在所述第一锥形轴(436 )上；和移动构件(448, 450)，其用于同步地或分别地轴向移动所述第一锥形 轴(436)和所述第二锥形轴(438 );所述第一锥形轴(436),其具有构成在其中的长方形孔(446);所述第二锥形轴(438)，其具有穿过所述长方形孔(446)保持压靠在 所述第二刀具座(434)的内侧表面上的部分。
13、 如权利要求12所述的刀头，其中，所述长方形孔(446)由安装在 所述第一锥形轴(436)上的盖构件(444)而构成在所述第一锥形轴(436) 中。
14、 一种才几床，其包4舌如权利要求12所述的刀头；和用于控制所述移动构件(448, 450)的运动的控制装置(420)。
全文摘要
本发明涉及一种组合机床(10)的主轴驱动单元(11)驱动主轴(32)。主轴(32)的顶端配置有镗刀(100)和具有粗磨头(102)和精磨头(104)的刀头(30)。主轴驱动单元(11)具有能够通过那里容纳主轴(32)并支撑其旋转的第一支撑单元(34)和第二支撑单元(36)；用于沿主轴(32)的轴向移动第一和第二支撑单元(34，36)的线性马达(58)和柱形滑动机构(38)；和用于旋转主轴(32)的主轴马达(44)。
文档编号B23B41/00GK101443147SQ20078001736
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月12日 优先权日2006年3月13日
发明者大内诚, 大岛拓洋, 定冈秀树, 菊池正德, 野上真二, 铃木稔 申请人:本田技研工业株式会社