专利名称：研磨机构和研磨方法
技术领域：
本发明涉及一种研磨技术，特别是涉及在非常温下对工件表面进行研磨 的才几构和方法。
背景技术：
现有的研磨技术主要基于普通平面磨床，而磨床通常由床身、工作台、 液压系统、工作台两侧的主轴箱、主轴箱滑座、电机、磨盘等组成，电机通 过皮带轮连接主轴，主轴连接磨盘。磨盘主要为砂轮或其他磨具(如油石、 砂瓦、磨头、砂带和研磨膏等)。砂轮由磨料、结合剂和气孔构成，起研磨作 用。磨料具有硬度高、耐磨性好、耐热性好、韧性好的特点，并且有锋利的 形状。砂轮的研磨过程实际上是磨粒对工件表面的切削、犁沟和滑擦三种作 用的综合效应。
研磨技术分为粗糙、精磨、细磨及镜面磨削。其特点是由于刀刃很多， 所以加工平稳、精度高，可以对淬硬的金属材料进行加工，常用于淬硬钢、 耐热钢及特殊合金材料等坚硬材料的加工。
现有的研磨方法包括以下步骤首先设置研磨基本参量；然后，在研磨 过程中，电机带动主轴进而带动磨盘具旋转；随后，磨具在工件上进行磨削， 从工件的起始位置到达工件的另一端，反复几次。同时，在研磨的过程中， 液压系统打开，在工件上喷洒冷却液，直到工件成为所需形状即结束研磨过 程。
国家知识产权局申请号为03119809.0的发明"研磨方法及装置"公开了 一种研磨方法及装置，可将冷却液供给到砂轮表面且导引到砂轮表面的研磨 点，并大幅度地削减冷却液的供给量。在供给冷却液且通过旋转的砂轮(l)来 研磨工件(W)的研磨方法及装置中，在上述砂轮(1)的外周面(10)上的上述研磨 点(ll)的上流侧，配设喷出相对于沿着上述砂轮(1)的外周面(10)连续环绕的空
气的流动的空气层(12)从该空气层(12)的宽度方向的其中 一侧横切到另 一侧的 喷射流体的流体喷嘴(2)，在通过从上述流体喷嘴(2)所喷出的喷射流体将上述 空气层(12)吹散来排除遮断上述连续环绕的空气层(12)的遮断位置(13)与上述 研磨点(ll)之间配设有供给冷却液的研磨液喷嘴，使从上述研磨液喷嘴所供给 的冷却液到达妙、4会表面的研磨点。
在上述的研磨过程中，研磨消耗的能量几乎全部转化为热能，称为磨削 热。根据研磨条件的不同，磨削热约有60~85%进入工件，10 30%进入磨轮， 0.5~30%进入磨屑，另有少部分以传导、对流和辐射形式散出。磨盘上的磨粒 经过研磨区的时间很短， 一般在0.01~0.1毫秒以内，这期间内，极大的摩擦 产生的热量使得工件表面局部温度迅速上升，形成瞬时热聚集现象，使得工 件在研磨时会产生很高的瞬时磨削温度，然而在研磨后的冷却过程就会造成 工件表面层与工件的母体之间存在较大的温度差，形成较大的热应力。如果 热应力超过材料的强度，就会使工件产生磨削裂紋。例如对于精度为Mm级 的较高精度的工件，会导致工件的寿命减少，降低了产品的质量。
综上所述，现有的磨床技术存在以下缺点
第一、现有的普通平面研磨技术可以保证处于常温下工作的工件工作精 度要求，但对于在非常温下工作的工件由于受温度影响，各个位置热变形量 不一致，无法保证工件在工作状态时精度要求。
第二、工件在研磨时很高的瞬时研磨温度在研磨过程和冷却过程中造成 工件表面层与工件母体4艮大的温度差，形成^f艮大的热应力。如果热应力超过 材料的强度，就会使工件产生研磨裂紋，特别是在工件冷却过程中，如果表 面层与工件母体有较大的温度差，那么表面层就会形成很大的拉应力，并保 持位伸残余应力，甚至产生表面裂紋。裂紋的存在，哪怕是十分细小的微裂 紋，也会极大地降低工件的疲劳强度，大大缩短工件的使用寿命。
第三、现有的磨削技术在研磨后，对于工件表面的精度影响很大。参照 图1,其为在现有研磨技术研磨后若干种工件在工作温度275。C时测量的平面 度曲线示意图。由图可知，当需要精密度为几十微米的工件时，现有的磨床 不可能完成。并且，使用现有的磨床，其研磨后的压痕在中间位置偏重，同
工件凸出部位吻合。另外，采用现有的磨床研磨后的压痕有间断，表面不光 滑，影响精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨方法，以解决现有技术中工件通过研磨 后在非常温下工作时精度低和生产成本高的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种研磨机构，以解决现有技术中工件通 过研磨后在非常温下工作时精度低和生产成本高的缺点。
为达到上述目的，本发明提供的一种研磨机构，用于在非常温下对工件 进行研磨，包括平面磨床，所述研磨机构还包括温控装置，所述温控装置包 括加热器、电压提供装置、温控器和感温器，其中，
加热器，连接所要加工的工件，用于对工件进行加热；
电压提供装置，连接加热器，用于为加热器提供电压；
感温器，连接所述工件，用于将测量到的工件温度传送给温控器；
温控器，分别连接电压提供装置和感温器，用于将接收到的感温器发送 的温度与预先设定的温度做比对，控制电压提供装置的开关来控制加热器是 否力口热。
其中，所述电压提供装置包括继电器和电源，继电器分别连接电源、加 热器和温控器，其用于接收温控器的控制信号来控制打开或闭合加热器和电 源之间的连接。
所述研磨机构，还包括工件固定块、隔热装置和电磁吸盘、漏电断路器 和电开关，其中，工件固定块固定所述工件，设置在隔热装置上，所述隔热 装置设置在平面磨床的电磁吸盘上。所述漏电断路器设置在电源与继电器之 间。所述电开关设置在电源与温控器之间，用于控制温控器的工作状态。 一种在非常温下对工件进行研磨的方法，其特征在于，包括以下步骤 (l)给工件进行加热，当温度达到预先设定的温度后，开始对工件进行研
磨；
(2)在每完成一个研磨周期后，等待工件恢复到预定温度，才对工件进行 下一个研磨周期的研磨。
其中，步骤(2)进一步为
研磨过程中以X方向一个来回为一个研磨周期，
每完成一个研磨周期，将工件退回至研磨起始位置，通过连接在工件上 的感温器感测温度，并将温度传送至温控器，温控器通过操作电压提供装置 来控制加热器是否给工件加热，达到将温度稳定在设定温度范围后，指示对 工件进行下一研磨周期的研磨。
还包括
在研磨过程中，工件上方增设隔离装置，以减少空气流动对工件温度的 影响；
在进行X轴进给时，将隔离装置除去，完成X轴进给后，将隔离装置恢 复设置在工件上方。
或者在步骤(l)之前还包括步骤 在工件四周加设研磨保护罩；
将工件设置在工件固定块上固定，连接隔热装置后，设置在电磁吸盘上。 本发明采用上述方法和机构的有益效果是
1、 工件在设定温度下进行研磨，使工件在研磨过程中和以后使用过程中 不会产生热形变导致研磨精度不同，图2为本发明研磨技术研磨后工件在工 作温度275。C时测量的平面度曲线示意图，由图中可以看出工件基本没有变 形；因此可以得出的结论是本发明的研磨机构可以很好地保证工件在非常 温的工作温度下的精度要求；
2、 工件在研磨过程中几乎保持与研磨热相同的温度，因此，不会产生因 热应力导致的裂缝，提高了工件的使用寿命和质量。
图1为在现有研磨技术研磨后若干种工件在工作温度275。C时测量的平 面度曲线示意图2为在本发明研磨技术研磨后工件在工作温度275°C时测量的平面度 曲线示意图3为本发明研磨机构结构示意图4为本发明温控装置与工件连接关系示意图5为本发明温控装置的第一事实例电路图6为本发明温控装置的第二事实例电路图7为本发明工件保护措施示意图8为本发明工件研磨位置实施例示意图9为本发明研磨方法的流程图。
具体实施例方式
以下结合附图，具体说明本发明。
热研磨技术是以上述普通研磨加工技术为基础，辅以温控装置，并对普 通研磨手法加以改进。消除工件在非常温工作状态下受热变形的一种研磨技 术。以下以平面研磨技术为例，说明本发明。
如图3所示，研磨机构11由普通平面磨床12和温控装置13组成。平面 磨床12用于研磨工件；温控装置13用于控制工件在研磨时的温度。
如图4所示，温控装置13包括加热器22、电压提供装置23、温控器24 和感温器25。所需加工的工件21放置于平面磨床12上；加热器22与所要加 工的工件21连接，用于对工件21进行加热；电压提供装置23与加热器22 连接，用于为加热器22提供电压；温控器24分别与电压提供装置23、感温 器25连接，用于接收感温器25测量的温度信号以及向电压提供装置23发送 信号；感温器25与所要加工的工件21连接，用于测量工件21的温度并将温 度信号传送给温控器24。
感温器25可以为热电偶，热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件。 热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合 回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。闭合回路中产生的 热电势有两种电势组成，温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两 端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生 的电势也不相同。而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时，因 为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到 一定的平衡后 所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接
触点的温度。温控器24可以根据热电偶测得的热电势控制加热器是否导通。
加热器22可以由加热棒或其他一些发热器件构成。
电压提供装置23可以包括电源和继电器31,电源用于为加热器提供电压， 继电器31分别与温控器24和加热器22连接，用于接收温控器24的信号并 闭合加热器22所在的回路，对工件21进行加热。
继电器31可为交流固态继电器，交流固态继电器ssr ( solid statereleys ) 是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另 外两端为输出受控端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离(浮 空)。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态， 无信号时呈阻断状态。因此，当温控器24向继电器31发送信号时，继电器 31变为导通状态；当温控器24停止向继电器31发送信号时，继电器31变为 断开状态。
如图5为本发明的温控装置第一实施例示意图，温控装置13包括加热器 22、温控器24、感温器25和继电器31，用于使待加工的工件21尽可能的保 持恒定的温度；温控器24具有多个端口，每两个端口组成一组，用于根据感 温器25测量到的工件21温度判断是否要对工件21加热；继电器31具有一 组或多组端口，加热器22与继电器的一组端口串接后连接到电源，形成第一 个回路，且继电器31的一组端口与温控器24的一组端口连接，用于接受温 控器24发送来的信号，并对工件21进行加热；温控器24的一组端口与电源 连接，形成第二回路，用于提供温控器24工作的电压；感温器25两端与温 控器24上一组端口连接，形成第三个回路，用于测量工件21的温度。
温控装置13工作时，继电器31处于断开状态，将加热器22、感温器25 与待研磨工件21连接，感温器25测量工件21的温度，并把测量到的温度传 输给温控器24,开始工作时，工件21的温度一般为常温，因此温控器24向 继电器31发送信号，继电器31闭合并导通加热器22的回路，加热器22对 工件21进行加热。当工件21超过某一预先设定的温度时，感温器25将工件 21的温度信息传输给温控器24,温控器24停止向继电器31发送信号，继电 器31断开加热器22所在的回路，并停止对工件21加热。
当工件21达到预先设定的温度时，砂轮开始对工件21进行研磨，普通 平面研磨技术采用在研磨过程中使用冷却液来降低工件21表面温度，而热研 磨需要保持工件21在设定温度下进行研磨，所以不采用普通研磨中喷冷却液 进行冷却的方法。在研磨过程中以X方向一个来回为一个研磨周期，完成一 次研磨以后，将工件21迅速退回研磨起始位置，等工件重新稳定在设定温度 后，开始第二次研磨，在研磨时感温器25始终保持对工件21温度的测量， 当工件21的温度低于设定的温度时便对工件21进行加热。
电压提供装置还可以包括漏电断路器41，漏电断路器41与加热器22串 接，用于保护电路的安全。
温控装置13还可以包括电开关42,电开关42与温控器24连接，用于控 制温控器24的工作状态。
图6为本发明的温控装置第二实施例示意图，温控装置13包括加热器22、 温控器24、感温器25、漏电断路器41、继电器31和电开关42，用于使待加 工的工件21尽可能的保持恒定的温度；温控器24具有多个端口，每两个端 口组成一组，用于根据感温器25测量到的工件21温度判断是否要对工件21 加热；继电器31具有一组或多组端口，加热器22与继电器31的一组端口串 接后连接到电源，形成第一个回路，且继电器31的一组端口与温控器24的 一组端口连接，用于接受温控器24发送来的信号，并对工件21进行加热； 电开关42与温控器24的一组端口串接后连接到电源，形成第二个回路，用 于控制温控装置13的工作状态；感温器25两端与温控器24上一组端口连接， 形成第三个回路，用于测量工件21的温度。温控装置13可以在第一回路与
第二回路的公共电源总线处设置漏电断路器41以确保电路安全，当电路中出 现短路电流时，立即断开电路，保护负载安全。
温控装置13工作时，继电器31处于断开状态，将加热器22、感温器25 与待研磨工件连接，合上温控装置13的电开关42，感温器25测量工件21的 温度，并把测量到的温度传输给温控器24，开始工作时，工件21的温度一般 为常温，因此温控器24向继电器31发送信号，继电器31闭合并导通加热器 22的回路，加热器22对工件21进行加热。当工件21超过某一预先设定的温 度时，感温器25将工件21的温度信息传输给温控器24,温控器24停止向继 电器31发送信号，继电器31断开加热器22所在的回路，并停止对工件21 力口热。
当工件21达到预先设定的温度时，砂轮开始对工件21进行研磨，普通 平面研磨技术采用在研磨过程中使用冷却液来降低工件表面温度，而热研磨 需要保持工件21在设定温度下进行研磨，所以不采用普通研磨中喷冷却液进 行冷却的方法。在研磨过程中以X方向一个来回为一个研磨周期，完成一次 研磨以后，将工件21迅速退回研磨起始位置，等工件重新稳定在设定温度后， 开始第二次研磨，在研磨时感温器25始终保持对工件21温度的测量，当工 件21的温度低于设定的温度时便对工件21进行加热。
如图7所示，研磨机构11工作前，先需将工件21底部加装隔热装置51， 避免工件21和其它部件之间有热传递，影响工件21加工精度，隔热装置51 可以是隔热陶资。
在热研磨过程中，工件21始终保持在较高温度的状态下，砂轮旋转引起 空气流动可以将工件21局部温度降低，引起工件21各个位置变形不一致， 导致工件21加工精度不高。因此采用在工件21四周增加研磨保护罩52，并 在研磨过程中，在工件21上方增加一块挡板53，以减少空气流动对工件21 温度的影响，在进行X轴进给时，将挡板53迅速除去，完成X轴进给后， 将挡板53迅速盖上，保证在研磨过程中工件整体温度稳定。
图8为工件21的研磨位置实施例，工件21经工件固定块67固定，连接 隔热陶瓷63隔热陶瓷固定块62后，放置于电磁吸盘61上。其中，电磁吸盘
61用于吸附工件21，隔热陶瓷作用是使工件的热量不会传递到电磁吸盘上。 另外，加热器22连接于工件21上，用于加热工件21;感温器连接于工件上， 用于测量工件温度。
参照图9，其为本发明研磨方法的流程图。
Sl:给工件进行加热，当温度达到预先设定的温度后，开始对工件进行 研磨。
首先需安装工件，参照图7，研磨机构11工作前，先需将工件21底部加 装隔热装置51,避免工件21和其它部件之间有热传递，影响工件21加工精 度，隔热装置51可以是隔热陶乾。
同时，由于在热研磨过程中，工件21始终保持在较高温度的状态下，砂 轮旋转引起空气流动可以将工件21局部温度降低，引起工件21各个位置变 形不一致，导致工件21加工精度不高。因此采用在工件21四周增加研磨保 护罩52。
在安装好研磨保护罩52后，将工件设置在工件固定块上固定并设置在电 磁吸盘上，即可连接加热装置如加热器等对工件进行加热。在加热的同时， 需随时测量工件的温度，当工件达到预先设定的温度后，开始对工件进行第 一个研磨周期的研磨。
S2:在每完成一个研磨周期后，等待工件恢复到预定温度，才对工件进 行下一个研磨周期的研磨。
其中，以平面研磨加工为例，磨具在X轴方向上的一个来回称为一个研 磨周期。当工件处于预定温度时，磨具从工件的起始位置到达工件的另一端， 称为进给过程。
其中，在研磨过程中，工件上方增设隔离装置，参照图7，在工件21上 方增加一块挡板53,以减少空气流动对工件21温度的影响，在进行X轴进 给时，将挡板53迅速除去，完成X轴进给后，将挡板53迅速盖上，保证在 研磨过程中工件整体温度稳定。
当一个研磨周期完成后，将工件退回至研磨起始位置，通过连接在工件
上的感温器感测温度，并将温度传送至温控器，温控器通过操作电压提供装 置来控制加热器是否给工作加热，达到将温度稳定在设定温度范围后，指示 对工件进行下一研磨周期的研磨。
包括检测工件的温度，如果工件在研磨过程后的温度超过预先设定的 温度T时，则需等待工件降温，如果研磨过程后的温度由于空气的影响而低 于预先设定的温度时，则需对工件进行加热，直至工件温度到达预先设定的 温度后，再对工件进行研磨。
采用本发明提供的方法，在完成一次研磨周期后，迅速将工件退回到研 磨起点，待工件温度重新稳定在预先设定的温度后再进行下一研磨周期的研 磨，因此不会产生瞬时热聚集现象，也就不会影响工件表层材料的性能。
在本发明提供的方法中，由于磨具的转动对工件局部温度的影响很大， 因此采用隔热装置来提高研磨精度。
以PCB压头为例，其所需的精度要求非常高，当PCB压头在预先设定的 275° C时进行研磨后，在同样温度的工作环境下，其热形变相同，参照图2， 其可近似为一条直线，即可以保证其在研磨时的精度。
并且，对于任何工件来说，在研磨后存在裂缝后会影响工件的使用寿命 和质量，特别是对于PCB压头这样的精密工件，在研磨过程后存在裂缝就意 味着无法使用，即使能够使用，在一定程度上也会降低产品的质量。因此， 采用本发明的技术后，由于在研磨PCB压头时的温度和其所工作的温度是相 同的，就不会产生因热应力导致的裂缝，保证了 PCB压头的使用寿命和质量。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任 何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种研磨机构，用于在非常温下对工件进行研磨，包括平面磨床，其特征在于，所述研磨机构还包括温控装置，所述温控装置包括加热器、电压提供装置、温控器和感温器，其中，加热器，连接所要加工的工件，用于对工件进行加热；电压提供装置，连接加热器，用于为加热器提供电压；感温器，连接所述工件，用于将测量到的工件温度传送给温控器；温控器，分别连接电压提供装置和感温器，用于将接收到的感温器发送的温度与预先设定的温度做比对，控制电压提供装置的开关来控制加热器是否加热。
2、 如权利要求1所述的研磨机构，其特征在于，所述电压提供装置包括 继电器和电源，继电器分别连接电源、加热器和温控器，其用于接收温控器 的控制信号来控制打开或闭合加热器和电源之间的连接。
3、 如权利要求1或2所述的研磨机构，其特征在于，还包括工件固定块、 隔热装置和电^f兹吸盘，其中，工件固定块固定所述工件，i殳置在隔热装置上， 所述隔热装置设置在电磁吸盘上，所述电磁吸盘设置在所述平面磨床上。
4、 如权利要求2所述的研磨机构，其特征在于，还包括漏电断路器，所 述漏电断路器设置在电源与继电器之间。
5、 如权利要求2所述的研磨机构，其特征在于，还包括电开关，电开关 设置在电源与温控器之间，用于控制温控器的工作状态。
6、 一种研磨方法，用于在非常温下对工件进行研磨，其特征在于，包括 以下步骤(1) 给工件进行加热，当温度达到预先设定的温度后，开始对工件进行研磨；(2) 在每完成一个研磨周期后，等待工件恢复到预先设定温度，才对工件进行下一个研磨周期的研磨。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步为 研磨过程中以X方向一个来回为一个研磨周期，每完成一个研磨周期，将工件退回至研磨起始位置，通过连接在工件上 的感温器感测温度，并将温度传送至温控器，温控器通过操作电压提供装置 来控制加热器是否给工件加热，达到将温度稳定在设定温度范围后，指示对 工件进行下一研磨周期的研磨。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在研磨过程中，工件上方增设隔离装置，以减少空气流动对工件温度的 影响；在进行X轴进给时，将隔离装置除去，完成X轴进给后，将隔离装置恢 复设置在工件上方。
9、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(l)之前还包 括步骤在工件四周加设研磨保护罩；将工件设置在工件固定块上固定，连接隔热装置后，设置在电磁吸盘上。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种研磨机构和研磨方法，以解决现有技术中工件通过研磨后在非常温下工作时精度低和生产成本高的缺点。本发明提供一种研磨机构，包括平面磨床，所述研磨机构还包括温控装置，所述温控装置包括加热器、电压提供装置、温控器和感温器。一种研磨方法，包括以下步骤(1)给工件进行加热，当温度达到预先设定的温度后，开始对工件进行研磨；(2)在每完成一个研磨周期后，等待工件恢复到预定温度，才对工件进行下一个研磨周期的研磨。本发明采用上述研磨机构和研磨方法使工件在设定温度下进行研磨，提高了研磨精度。
文档编号B24B1/00GK101100037SQ20071004375
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者钱 周, 朱卫卫, 潘轩林 申请人:华映视讯(吴江)有限公司