專利名稱：無心研磨機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無心研磨機，尤其涉及使用電磁線性驅(qū)動來定位磨輪和調(diào)整輪的無心 研磨機，被構(gòu)造為使得熱量偏差最小化。
背景技術(shù)：
當(dāng)在磨輪和調(diào)整輪之間將工件研磨至期望尺寸時，在材料去除過程中會生成熱 量。除了熱量，無心研磨機還會產(chǎn)生在研磨過程中被去除的大量研磨碎片和/或顆粒。通 常，為了控制無心研磨機產(chǎn)生的熱量生成以及碎屑生成，將冷卻劑施加至無心研磨機以冷 卻無心研磨機的部件以及帶走由無心研磨機生成的碎屑。熱量生成導(dǎo)致無心研磨機的各個部件和結(jié)構(gòu)的有害熱膨脹，可能影響工件研磨尺 寸的最終精確性。另外，碎屑可對無心研磨機的運動部件不利，尤其是金屬顆粒對電磁線 性電機的工作極為不利。流體和冷卻劑自然由于重力而向下流動，因此冷卻劑通常從上方 施加以及從下方收集。不幸地是，傳統(tǒng)的無心研磨機的大部分復(fù)雜的驅(qū)動部件和驅(qū)動系統(tǒng) 也安裝在磨輪和調(diào)整輪下方。安裝和驅(qū)動磨輪和調(diào)整輪的傳統(tǒng)方法使得極難利用電磁線性 驅(qū)動系統(tǒng)，這是因為，電磁線性驅(qū)動系統(tǒng)可能非常容易被冷卻劑以及冷卻劑中附帶的碎屑 和顆粒穿過，因而不利地影響了以傳統(tǒng)方式和位置安裝的電磁線性驅(qū)動系統(tǒng)的效率和精確 性。Olle Hedberg于1995年2月14日遞交、于1996年9月24日授權(quán)的、題為無心機 械(Centerless Machines)的美國專利5，558，567描述了試圖使得無心研磨過程中產(chǎn)生的 熱量偏差最小化的無心研磨機。在說明書中特別描述了，磨輪支架和調(diào)節(jié)輪支架被設(shè)置為 重疊關(guān)系一個支架的一個支撐點位于另一個支架的兩個支撐點之間，從而補償支架的熱 依賴長度變化。該說明書還描述了使用電磁線性電機的可能性。但是，Hedberg的上述專利的說明書并未討論冷卻劑如何流動和/或結(jié)構(gòu)可被優(yōu) 化以使得熱量變化和誤差最小化，也沒有描述電磁線性電機可被如何設(shè)置以使得線性電機 中顆粒和碎屑的注入最小化。


下面將參照附圖通過實施例來描述本發(fā)明，其中圖1是無心研磨機的示意性側(cè)部正視圖；圖2是無心研磨機的一些選定部件的局部示意性俯視圖；圖3是無心研磨機的一些選定部件的示意性側(cè)部正視圖；圖4是無心研磨機的一些選定部件的示意性端部正視圖；圖5是無心研磨機的一些選定部件的俯視4
圖6是無心研磨機的示意性頂部部分切除的立體圖；圖7是示出一些選定部件的處于翻轉(zhuǎn)位置的上基座的內(nèi)部示意性立體圖；圖8是示出一些選定部件的處于翻轉(zhuǎn)位置的上基座的內(nèi)部示意性立體圖；圖9是無心研磨機的示意性剖面?zhèn)炔空晥D；圖10是示出一些選定部件的無心研磨機的示意性頂部部分切除的立體圖。
具體實施例方式定義本文中提到的“受驅(qū)磨輪”包括磨輪和磨輪驅(qū)動電機組合；本文中提到的 “受驅(qū)調(diào)整輪”包括調(diào)整輪和調(diào)整輪驅(qū)動電機組合。在附圖中，無心研磨機一般性地被示為100，包括以下的主要部件，S卩框架101， 包括下基座102、上基座104、端支撐件106、磨輪殼體108、調(diào)整輪殼體110、受驅(qū)磨輪112和 受驅(qū)調(diào)整輪114?，F(xiàn)在，僅通過示例來描述輪112和114安裝至框架101的方式。磨輪殼 體108安裝在磨輪鞍板120上，調(diào)整輪殼體110安裝在調(diào)整輪鞍板122上。鞍板120和122 接著安裝在直線導(dǎo)軌鞍座124上，直線導(dǎo)軌鞍座124例如可以是可滑動或可滾動地安裝在 第一直線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo)軌128上的循環(huán)滾動軸承(recirculating roller ball bearing)。如圖1和圖4示意性地示出，一組直線導(dǎo)軌，即第一直線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo) 軌128，安裝至上基座104。在以上僅作為示例描述的安裝中，一個重要特征是，一個或多個 安裝至框架101的上基座104的輪位于調(diào)整輪114上方。也可能有許多其他的安裝和/或 連接設(shè)置，以使得輪在調(diào)整輪114上方的位置處安裝至框架101。本文描述的是一種可能的 安裝設(shè)置?？蚣?01已經(jīng)安裝有調(diào)整輪114和磨輪112。框架101優(yōu)選包括上基座104，輪112 和114的至少其中之一安裝至上基座104，并從上基座104向下懸掛，如圖所示。上述輪的 至少其中之一沿X方向橫向移位(index)。輪112和114用于支撐和研磨置于磨輪112和 調(diào)整輪114之間的工件。磨輪112通過磨輪線性電機140而橫向運動或移位，調(diào)整輪114通過調(diào)整輪線性 電機142而橫向運動或移位。電磁線性電機140和142包括電機線圈144和磁路146。線 性電機安裝至上基座104以使輪112或114相對于上基座114運動。在本實施例中，這意 味著電機線圈144安裝至上基座104。例如可采用相反的方式，即，磁路146安裝至上基座 104。工件150由工件支撐件152支撐，包括磨輪修整金剛石工具154和調(diào)整輪修整金 剛石工具156?，F(xiàn)在參照圖2，磨輪112在橫向X研磨方向160上沿第一和第二直線導(dǎo)軌126和 128運動。調(diào)整輪114也橫向地沿X調(diào)整方向162、沿直線導(dǎo)軌126和128運動。為了修整磨輪112和調(diào)整輪114，磨輪修整金剛石工具154在Y修整方向164上沿 研磨面170運動。以類似的方式，調(diào)整輪110通過調(diào)整輪修整金剛石工具156沿Y修整方 向164、沿調(diào)整面172的運動而被修整。工件支撐件通過傳統(tǒng)的驅(qū)動(例如，具有轉(zhuǎn)動位置 編碼器的滾珠螺桿驅(qū)動，未示出)而在Y修整方向164上運動。如上所述，磨輪112和調(diào)整輪114優(yōu)選地通過下面將更詳細(xì)描述的電磁線性電機 140和142，沿著被示為160和162的X方向運動。但是，也可使用其他移位驅(qū)動，包括本領(lǐng)域公知的滾珠螺桿式驅(qū)動?，F(xiàn)在參照圖5，其描繪了其上安裝有直線導(dǎo)軌鞍座124的第一直線導(dǎo)軌126和第二 直線導(dǎo)軌128。第一直線導(dǎo)軌126優(yōu)選地平行于第二直線導(dǎo)軌128設(shè)置并與第二直線導(dǎo)軌 128隔開，如圖5所示。通過這種方式，第一直線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo)軌128被磨輪112 和調(diào)整輪114以及磨輪112與調(diào)整輪114的橫向運動所共有。直線導(dǎo)軌鞍座124包括直線 軸承，從而直線導(dǎo)軌鞍座能夠可滾動地沿第一直線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo)軌128運動。磨輪鞍板120安裝在沿第一和第二直線導(dǎo)軌126和128滾動的四個直線導(dǎo)軌鞍座 124上。類似地，調(diào)整輪鞍板122安裝在四個直線導(dǎo)軌鞍座124上，如圖5所示，調(diào)整輪鞍 板122沿第一和第二直線導(dǎo)軌126和128滾動。冷卻劑通常從上方流到工件和工件支撐件 上，通過磨輪112和調(diào)整輪114的研磨面170和調(diào)整面172。通過這種方式，冷卻流體從驅(qū)動機構(gòu)向下流走，即，從磨輪112和調(diào)整輪114的磨 輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機140流走。冷卻劑流體中附帶的碎屑和顆粒從磨輪112和調(diào)整輪114的驅(qū)動系統(tǒng)流走，特別 地，這一設(shè)置使得直線導(dǎo)軌126和128、直線導(dǎo)軌鞍座124以及磨輪線性電機140和調(diào)整輪 線性電機140上的碎屑的穿透和陷入最小化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該注意到，用于調(diào)整輪114的橫向驅(qū)動系統(tǒng)從上方安裝。換言 之，磨輪鞍板120和調(diào)整輪鞍板122從上方懸掛至直線導(dǎo)軌鞍座124，直線導(dǎo)軌鞍座124又 安裝至公共的第一直線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo)軌128，從而輪112和114從上基座向下延 伸，如圖1所示。上和下是相對于調(diào)整輪的位置。因此，上基座104設(shè)置在調(diào)整輪114上方。通過提供公共的直線導(dǎo)軌126和128，可減少裝配時間和無心研磨機的構(gòu)建，還可 確保在確定和保證磨輪112和調(diào)整輪114的通道平行于彼此設(shè)置時的較高精確性。為了提供更具剛性的結(jié)構(gòu)，采用如圖9所示附接至上基座104的加勁肋180?，F(xiàn)在參照圖7，其是翻轉(zhuǎn)的上基座104的局部示意性立體圖，從而展示了安裝至上 基座104內(nèi)表面的部件。例如在圖7中，能夠看見安裝至上基座104的內(nèi)表面上的第一直 線導(dǎo)軌126和第二直線導(dǎo)軌128。該圖還示出了安裝至直線導(dǎo)軌126和128上的多個直線 導(dǎo)軌鞍座124。圖7示出了調(diào)整輪線性電機142的電機線圈144以及磨輪線性電機140的 電機線圈144的一部分。另外，圖7還示出了安裝至直線導(dǎo)軌鞍座124的磨輪鞍板120。磨輪殼體108優(yōu)選安裝在磨輪鞍板120上，從而通過適當(dāng)?shù)妮S承以可滾動的方式 將磨輪112穩(wěn)固地安裝在上基座104上?，F(xiàn)在參照圖9，無心研磨機100以示意性剖面圖示出，展示了多個內(nèi)部部件。圖9描 繪了下基座102，端支撐件106安裝在下基座102上，端支撐件106上還安裝有上基座104。磨輪殼體108以可滾動的方式安裝至上基座104，磨輪殼體108包括通過磨輪驅(qū)動 電機220以轉(zhuǎn)動方式驅(qū)動的磨輪112。本文所提及的受驅(qū)磨輪是連接至磨輪112的磨輪驅(qū) 動電機220的組合。磨輪殼體108通過磨輪線性電機140而橫向運動。調(diào)整輪殼體110也安裝至上基座104的內(nèi)側(cè)，調(diào)整輪殼體110包括通過調(diào)整輪驅(qū) 動電機222以轉(zhuǎn)動方式驅(qū)動的調(diào)整輪114。本文所提及的受驅(qū)調(diào)整輪是連接至調(diào)整輪114 的調(diào)整輪驅(qū)動電機222的組合。圖9還描繪了由工件支撐件152支撐的工件150。在研磨 操作期間，工件150支撐在磨輪112與調(diào)整輪114之間。
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現(xiàn)在參照圖10，其描繪了無心研磨機的局部示意性頂部立體圖，尤其示出了冷卻 劑流到機器上的路線。冷卻劑饋送管302向冷卻劑噴嘴304輸送冷卻劑，以噴射到磨輪112 的研磨面170。流體在重力作用下沿被示為306的冷卻劑流動線向下運動，并濺射到工件 150上以及圖中未示出的調(diào)整輪114上。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，磨輪112和調(diào)整輪114的所有移位機構(gòu)以及磨輪修整金剛 石工具154和調(diào)整輪修整金剛石工具156的所有移位機構(gòu)通常容納在無心研磨機的底部或 下基座102的等同處并且安裝在其上。通常，現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有伸縮機座，磨輪殼體和調(diào) 整輪殼體在伸縮機座上運動。由于滾動或滑動機構(gòu)持續(xù)暴露并在含雜質(zhì)的冷卻劑中運轉(zhuǎn)， 因而大部分研磨設(shè)計具有過早的磨損問題。因此，維護滾動或滑動表面使其重新修整和重 新校準(zhǔn)是必需的，以保持無心研磨機精確運轉(zhuǎn)。因此，本文所描繪和描述的當(dāng)前無心研磨機100的優(yōu)點在于，冷卻劑流動306被引 導(dǎo)為從磨輪112和調(diào)整輪114移位驅(qū)動(即磨輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機142)向 下流走。通過這種方式，包括磨輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機142移位機構(gòu)、直線導(dǎo)軌 126和128以及直線導(dǎo)軌鞍座124保持為相對于現(xiàn)有技術(shù)的裝置比較潔凈，這是因為，本申 請的裝置并未持續(xù)地在含雜質(zhì)的冷卻劑流體中工作。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該注意到，磨輪112和調(diào)整輪114是從上方支撐的，而不是如現(xiàn) 有裝置那樣從下方支撐。由于磨輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機142產(chǎn)生較強的磁引力， 因而上述設(shè)置帶來了其他優(yōu)點。僅作為一個實施例，在已經(jīng)構(gòu)建的無心研磨機100的一個 樣機中，線性電機140產(chǎn)生的磁引力總計為1200磅。磨輪鞍板120連同磨輪殼體108以及 所有將之附接至直線導(dǎo)軌126的必要硬件重量總計約為1000磅。由于磨輪殼體108被安裝為上端向下，因此1200磅的引力幾乎被牽引磨輪殼體 108的1000磅的向下重力所抵銷。這使得直線導(dǎo)軌126上的凈負(fù)荷較小，從而使得在橫向 研磨方向160和橫向調(diào)整方向162上移動的直線導(dǎo)軌126和直線導(dǎo)軌鞍座124磨損較小和 壽命較長。艦無心研磨機100可通過貫穿進給式設(shè)置來工作或者通過根據(jù)局部幾何形狀的切 入進給式設(shè)置來工作。無心研磨機100以如下方式設(shè)置和工作。首先，磨輪修整金剛石工具154和調(diào)整輪修整金剛石工具156沿Y修整方向164 運動，以在磨輪112和調(diào)整輪114上切割輪廓。工件150由工件支撐件152支撐，該支撐件的尺寸被設(shè)置為使得工件倚靠在調(diào)整 輪上。工件饋送至無心研磨機100中的方式取決于工件的幾何形狀，可包括切入進給式和 貫穿進給式設(shè)置。調(diào)整輪114通過調(diào)整輪驅(qū)動電機222而被驅(qū)動或旋轉(zhuǎn)，通過用于向內(nèi)移位調(diào)整輪 的調(diào)整輪線性電機142而在橫向X調(diào)整方向162上移位或運動。磨輪112通過磨輪驅(qū)動電 機220而被驅(qū)動或旋轉(zhuǎn)，通過用于向內(nèi)移位磨輪的磨輪線性電機140而在橫向X研磨方向 160上移位或運動。讀者應(yīng)該注意到，在所有應(yīng)用中，磨輪112不一定必須具備被移位的能 力。換言之，在某些應(yīng)用中，磨輪112是固定不動的。選擇移位或饋送速度，以使得進程能夠非常精細(xì)地完成。通過調(diào)整輪線性電機 142，調(diào)整輪114沿X調(diào)整方向162橫向運動。根據(jù)具體應(yīng)用，磨輪112可沿X研磨方向160進行移位或者不進行移位。在某些應(yīng)用中，磨輪112是靜止不動的。磨輪112將輪廓研磨至工件150，當(dāng)這一過程完成時，調(diào)整輪114可沿著X調(diào)整方 向162移位，在某些應(yīng)用中，磨輪112可沿X研磨方向160移位。此時已成為成品的工件通 常通過自動機械裝置從工件支撐件152移開，新的工件150被置于工件支撐件152上，上述 過程重新進行。上述操作可根據(jù)設(shè)置是工件貫穿進給還是切入進給而變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該注意到，本申請的無心研磨機100具有許多有益效果，包括 線性電機140和142的使用使得磨輪112在X研磨方向160上的運動以及調(diào)整輪114在X 調(diào)整方向162上的運動具有更高的精確性。還可使用例如滾珠螺桿驅(qū)動等的傳統(tǒng)驅(qū)動來建 立類似的研磨機并帶來本文所提及的一些優(yōu)點。第二，由于磨輪殼體108和調(diào)整輪殼體110被安裝為上端向下，從上基座104懸掛 而不是安裝在底部或下基座102上，因此，最大程度地降低了冷卻水所攜帶的碎屑穿透和 陷入移位驅(qū)動(即磨輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機142)中。第三，冷卻劑流動306是沿著磨輪112的研磨面170向下的，使得尤其是上基座 104的熱量變化較小。由于磨輪線性電機140和調(diào)整輪線性電機142由上基座104而不是 下基座102懸掛和支撐，因此有助于使得無心研磨機100中熱量偏差最小化。下部熱量變 化使得研磨操作具有較高的尺寸精確性和穩(wěn)定性。第四，由于磨輪殼體108安裝為上端向下，因此線性電機140和142的引力幾乎抵 銷了牽引磨輪殼體108和調(diào)整輪殼體110的向下的重力。這使得直線導(dǎo)軌126上的凈負(fù)荷 較小，從而使得在橫向研磨方向160和橫向調(diào)整方向162上移動的直線導(dǎo)軌126和直線導(dǎo) 軌鞍座124磨損較小和壽命較長。本領(lǐng)于技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不背離由所附權(quán)利要求限定范圍的本發(fā)明的精神 的情況下，對以上描述的結(jié)構(gòu)進行各種修改和調(diào)整。
權(quán)利要求
一種無心研磨機，包括a)框架，包括上基座；b)用于將受驅(qū)調(diào)整輪和受驅(qū)磨輪安裝至所述框架的裝置；c)用于使所述輪的至少其中之一沿X方向橫向移位的裝置，所述輪用于支撐和研磨置于所述調(diào)整輪和所述磨輪之間的工件；d)其中，所述輪的至少其中之一安裝至所述上基座且從所述上基座向下懸掛。
2.如權(quán)利要求1所述的無心研磨機，其中，所述上基座與所述至少一個輪隔開且位于 所述至少一個輪上方。
3.如權(quán)利要求2所述的無心研磨機，其中，所述調(diào)整輪和所述磨輪可操作地安裝至所 述上基座，使得所述輪從所述上基座向下懸掛。
4.如權(quán)利要求3所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括均能夠沿X方向橫向移 位的所述磨輪和所述調(diào)整輪。
5.如權(quán)利要求1所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括至少一個滾珠螺桿驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求1所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括至少一個輪線性電機。
7.如權(quán)利要求6所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括調(diào)整輪線性電機和磨輪 線性電機。
8.如權(quán)利要求7所述的無心研磨機，其中，所述線性電機安裝在所述上基座上，從而所 述線性電機能夠使所述輪相對于所述上基座運動。
9.如權(quán)利要求1所述的無心研磨機，其中，所述安裝裝置包括剛性附接至所述上基座 的直線導(dǎo)軌組，所述直線導(dǎo)軌組包括兩個平行且間隔的直線導(dǎo)軌，所述輪的至少其中之一 可操作地安裝在所述直線導(dǎo)軌上，從而所述至少一個輪能夠沿所述導(dǎo)軌在所述X方向上橫 向移位。
10.如權(quán)利要求9所述的無心研磨機，其中，所述磨輪和所述調(diào)整輪剛性附接至公共 的所述直線導(dǎo)軌組，從而所述磨輪和所述調(diào)整輪能夠沿著所述導(dǎo)軌在所述X方向上橫向移 位。
11.如權(quán)利要求10所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括安裝至所述上基座的 磨輪線性電機和調(diào)整輪線性電機。
12.如權(quán)利要求9所述的無心研磨機，其中，所述安裝裝置包括直線導(dǎo)軌鞍座，用于將 所述至少一個輪可操作地連接至所述直線導(dǎo)軌。
13.如權(quán)利要求12所述的無心研磨機，其中，所述安裝裝置進一步包括至少一個鞍板， 用于將所述至少一個輪連接至所述直線導(dǎo)軌鞍座。
14.如權(quán)利要求1所述的無心研磨機，進一步包括用于冷卻所述磨輪的裝置，其中，所 述冷卻裝置包括安裝在所述上基座下方的冷卻劑噴嘴，從而冷卻劑能夠在重力作用下從所 述上基座自然地向下流動。
15.如權(quán)利要求2所述的無心研磨機，進一步包括工件支撐件，用于在其上接納所述工件。
16.如權(quán)利要求15所述的無心研磨機，其中，所述工件支撐件安裝至下基座并且能夠 在Y修整方向上移動。
17.如權(quán)利要求16所述的無心研磨機，其中，所述工件支撐件包括調(diào)整輪修整金剛石工具和磨輪修整金剛石工具，用于在所述工件支撐件沿所述Y修整方向運動時對調(diào)整面和 研磨面進行修整。
18.一種無心研磨機，包括a)框架；b)受驅(qū)調(diào)整輪和受驅(qū)磨輪，安裝在沿X方向橫向設(shè)置的公共的直線導(dǎo)軌組上；c)用于使所述磨輪和所述調(diào)整輪在所述X方向上沿所述直線導(dǎo)軌橫向移位的裝置，其 中，所述輪用于支撐和研磨至于其間的工件；d)用于在其上接納工件的工件支撐件，所述工件支撐件在所述輪之間安裝至所述框架 并且能夠在Y修整方向上運動，用于在所述工件支撐件沿所述Y修整方向運動時可操作地 修整調(diào)整面和研磨面；e)其中，所述直線導(dǎo)軌設(shè)置在所述工件支撐件上方。
19.如權(quán)利要求18所述的無心研磨機，其中，所述移位裝置包括調(diào)整輪線性電機和磨 輪線性電機。
20.如權(quán)利要求18所述的無心研磨機，其中，所述框架包括上基座，所述直線導(dǎo)軌安裝 至所述上基座。
21.如權(quán)利要求20所述的無心研磨機，其中，所述工件支撐件安裝至所述框架的下基座。
全文摘要
一種無心研磨機，包括具有上基座的框架以及包括安裝至框架的受驅(qū)調(diào)整輪和受驅(qū)磨輪。上述輪的至少其中之一安裝至上基座并從上基座向下懸掛。上述輪的至少其中之一可沿X方向橫向移位。所述輪用于支撐和研磨至于磨輪和調(diào)整輪之間的工件。優(yōu)選地，上基座與至少一個輪隔開且位于該至少一個輪上方，調(diào)整輪和磨輪可操作地安裝至上基座，從而所述輪從上基座向下懸掛。
文檔編號B24B29/00GK101927446SQ20101021132
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者丹·舍倫貝格, 哈里·舍倫貝格 申請人:丹·舍倫貝格;哈里·舍倫貝格