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CN114867580A - 机床及其操作方法 - Google Patents

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CN114867580A CN202080085854.8A CN202080085854A CN114867580A CN 114867580 A CN114867580 A CN 114867580A CN 202080085854 A CN202080085854 A CN 202080085854A CN 114867580 A CN114867580 A CN 114867580A
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Abstract

一种机床包括：平行于底座并相对于底座安装在底座上的固定位置的第一旋转加工轴和第二旋转加工轴(10,16)；由所述第一旋转加工轴承载的线性加工轴(8)；以及由线性加工轴承载的旋转定位机构(30)，其中，旋转定位机构提供围绕支撑件旋转参考轴(32)的旋转，支撑件旋转参考轴与第一旋转加工轴和第二旋转加工轴平行。另一种机床包括由线性加工轴承载的线性定位机构(40)，线性加工线提供与线性加工轴平行的线性运动。旋转和/或线性定位机构允许扩展和/或重新配置机床的工作区。

Description

机床及其操作方法
技术领域
本披露内容涉及机床，例如磨床及其操作方法。
背景技术
申请人已开发一系列机床，这些机床涉及提供两个安装在加工底座上的固定位置的旋转加工轴，旋转加工轴平行且间隔开。例如GB-A-2456843、GB-A-2476468和EP-A-2684640中描述了这种机器。这些机器能够加工(例如通过研磨、车削或抛光)各种工件形状。在一些实施方案中，线性加工轴被安装在旋转轴之一上。安装在线性轴上的刀具或工件与安装在其他旋转轴上的工件或刀具接触。
发明内容
本发明提供了一种机床，该机床包括：
具有加工参考平面的加工底座；
第一旋转加工轴和第二旋转加工轴，该第一旋转加工轴和第二旋转加工轴相对于底座安装在底座上的不可调整的位置，并具有与加工参考平面平行、间隔开并垂直的相应的第一旋转参考轴和第二旋转参考轴；
由第一旋转加工轴承载的线性加工轴，其中，线性加工轴具有与加工参考平面平行的线性驱动参考轴；以及
旋转定位机构，该旋转定位机构由线性加工轴承载，并且包括可旋转支撑件和旋转定位机构底座，其中，可旋转支撑件可相对于旋转定位机构底座围绕与第一旋转参考轴和第二旋转参考轴平行的支撑件旋转参考轴旋转。
以此方式，就可以大大增加具有两个旋转轴和一个线性加工轴(优选只有这些加工轴)的已知构型的机床的多功能性。
在优选的示例中，机床包括线性定位机构，线性定位机构由线性加工轴承载，并且包括可滑动支撑件和线性定位机构底座，其中可滑动支撑件可相对于线性定位机构底座沿平行于线性驱动参考轴的线性滑动参考轴滑动，并且旋转定位机构由可滑动支撑件承载。
本披露内容进一步提供了一种机床，该机床包括：
具有加工参考平面的加工底座；
第一旋转加工轴和第二旋转加工轴，该第一旋转加工轴和第二旋转加工轴相对于底座安装在底座上的不可调整的位置，并具有与加工参考平面平行、间隔开并垂直的相应的第一旋转参考轴和第二旋转参考轴；
由第一旋转加工轴承载的线性加工轴，其中线性加工轴具有与加工参考平面平行的线性驱动参考轴；以及
线性定位机构，线性定位机构由线性加工轴承载，并且包括可滑动支撑件和线性定位机构底座，其中可滑动支撑件可相对于线性定位机构底座沿平行于线性驱动参考轴的线性滑动参考轴滑动。
增加旋转和/或线性定位机构允许扩展和/或重新配置机床的工作区以提升机床能力。例如，这可能有助于加工高表面质量和高精度工件，包括但不限于部分半球形、球形和非球形孔，以及薄型支承件滚道及其位置直径。
本文的机床示例可通过扩展机床的能力来促进超半球形表面的加工。
在上面讨论的涉及两个旋转和一个线性加工轴的现有机器构型中，线性轴具有较短行程(大约100至200mm)。人们发现这限制了加工能力的范围。图1中描述了这种形式的机器构型。圆柱形工件2被夹在安装于工件主轴6上的卡盘4中。工件主轴6被布置围绕使工件2轴18旋转，该轴与安装在第一垂直旋转加工轴10上的短行程线性加工轴8的运动方向平行。外周研磨轮12安装在由第二垂直旋转加工轴16承载的刀具主轴14上。通过采用这种构型，可以在工件上加工出锥形或球形或非球形表面。然而，这些表面的范围将受限于使用这种构型的工作区大小。根据本披露内容的示例，可以大大扩展这种机器的工作区。
在包括旋转定位机构的示例中，根据本披露内容的机床可以包括：驱动主轴，驱动主轴由可旋转支撑件承载，具有用于接收刀具或工件的安装座，并且可操作以使安装座围绕主轴参考轴旋转，主轴参考轴与加工参考平面平行，并且与线性驱动参考轴不平行。在一些实施方案中，主轴参考轴垂直于线性驱动参考轴。
可旋转支撑件可以相对于旋转定位机构底座可手动旋转，并且包括锁定机构，锁定机构用于选择性地锁定可旋转支撑件相对于旋转定位机构底座的位置。在包括线性定位机构的示例中，可滑动支撑件可以相对于线性定位机构底座可手动滑动，并且包括锁定机构，锁定机构用于选择性地锁定可滑动支撑件相对于线性定位机构底座的位置。可手动调节的元件可以在使用前由机器操作员或机器安装人员进行定位。支撑件可以进行调整，然后被手动锁定在选定位置。
在包括旋转定位机构的示例中，机构可以包括旋转驱动器，旋转驱动器用于使可旋转支撑件相对于旋转定位机构底座旋转。在包括旋转定位机构的示例中，机构可以包括线性驱动器，线性驱动器用于使可滑动支撑件相对于线性定位机构底座运动。
定位机构可以包括致动器，致动器例如可以是电动的、液压的或气动的。致动器可以由机床的控制设备(如计算机数控系统(CNC))操作。
定位机构可以便于选择预定的位置。例如，它可以限定两个或多个分度或缩进的位置。
定位机构可以包括从动加工轴，该从动加工轴优选包括伺服驱动器。从动加工轴可以由机床的控制设备来操作。
用于刀具、探头或量具的刀具安装座可由第一和第二旋转加工轴之一承载，并且用于接收工件的工件安装座可以由另一个来承载。机床的控制设备可被配置为在加工操作期间使用线性、第一旋转和/或第二旋转加工轴来控制刀具和工件安装座的相对取向和位置。
本披露内容进一步提供一种使用如本文所述的机床对工件进行加工的方法，其中该方法包括以下步骤：
将工件安装在由可旋转支撑件或可滑动支撑件承载的工件安装座上；
将刀具安装在由第二旋转加工轴承载的刀具安装座上；
使工件和刀具接触；以及
通过仅使用线性加工轴使工件朝着刀具进给来加工工件。
在一些实施方案中，加工步骤可以包括使工件围绕主轴参考轴旋转，主轴参考轴与加工参考平面平行，并且与线性驱动参考轴不平行。例如，主轴参考轴可以垂直于线性驱动参考轴。
本披露内容还可以提供一种使用如本文所述的机床对工件进行加工的方法，该方法包括以下步骤：
将工件安装在由可旋转支撑件或可滑动支撑件承载的工件安装座上；
将刀具安装在由第二旋转加工轴承载的刀具安装座上；
使工件和刀具接触；以及
通过仅使用线性加工轴以及第一旋转加工轴和第二旋转加工轴使工件相对于刀具运动来加工工件。
在这种方法的示例中，刀具可以在垂直于线性驱动参考轴的方向上相对于工件运动。
附图说明
现在将参照附图描述已知的机床和本披露内容的示例，其中：
图1是已知的机床构型的平面图；
图2是根据本披露内容的示例的机床构型的平面图；
图3是根据本披露内容的示例的机床的旋转加工轴组件的透视图；
图4是根据本披露内容的机床构型的另一个示例的平面图；
图5是根据本披露内容的示例的机床的旋转加工轴组件的另一个透视图；
图6是薄座圈轴承的透视剖面图；以及
图7至10是根据本披露内容的机床构型的示例的平面图，展示了环形轴承的研磨。
具体实施方式
图2中示出了根据本披露内容修改的机床的示例。它包括由线性加工轴8承载的旋转定位机构30。旋转定位机构包括可旋转支撑件和旋转定位机构底座。可旋转支撑件可相对于底座围绕支撑件旋转参考轴32旋转，支撑件旋转参考轴与第一和第二旋转加工轴10和16的第一和第二旋转参考轴20和22平行。可以使用锁定机构(图中未示出)来选择性地固定、夹紧或锁定可旋转支撑件相对于其底座的位置。
驱动主轴6安装在旋转定位机构30的可旋转支撑件上。
在图2所示的构型中，可以看出，已经使用旋转定位机构30使驱动主轴6相对于线性加工轴发生旋转，使得主轴参考轴34垂直于线性驱动参考轴18。半球形表面的工件2'被安装在驱动主轴6的卡盘4中。通过以下方式加工工件的表面：控制两个旋转轴和一个线性加工轴的运动，使得研磨轮能够在驱动主轴6使工件旋转的同时加工工件的球形表面。可以控制刀具，使得在刀具(在此示例中为研磨轮12)与工件之间的接触点处，刀具(在此情况下为研磨轮的平面)在其在球形表面周围运动时垂直于工件表面。
在图2中，支撑件旋转参考轴32与第一旋转参考轴20间隔开。旋转定位机构可以提供分度机构，以改变工件驱动主轴65相对于线性加工轴8在两个或多个预定位置之间的取向。
图3示出了根据本披露内容的示例的机床的旋转加工轴组件。除了旋转定位机构30外，还包括线性定位机构40。线性定位机构由线性加工轴8承载，并且线性定位机构继而承载旋转定位机构30。线性定位机构包括可滑动支撑件和线性定位机构底座。可滑动支撑件可相对于线性定位机构底座沿平行于线性驱动参考轴18的线性滑动参考轴滑动。增加线性定位机构进一步扩展了机床的工作区域。这允许可滑动支撑件在两个或更多个分度位置之间沿参考轴18平移。可以利用锁定机构(图中未示出)来将可滑动支撑件固定、夹住或锁定在相对于其底座的选定位置。
在图4和图5所示的机器构型中，线性定位机构已用于使驱动主轴6沿参考轴18的方向移位。相对于图1，已经使用旋转定位机构使驱动主轴相对于线性加工轴旋转了多于90°的角度，以便于以期望的方式触及研磨轮12待加工的表面。
本文所述的旋转定位机构和/或线性定位机构的位置控制可由机床的控制设备参照校准方法实现，或通过使用额外的位置传感器或编码器进行直接测量。
图6示出了薄的环形轴承，该轴承是工件的示例，其表面可以利用根据本文所述的实施例的机床进行加工。外座圈的外径50需要被加工成与支撑组件的内径精确配合。外座圈的内径54被加工成与外径50同心，并且其外形适于为保持在支承件笼58中的支承件56提供轨道。内座圈62的外径60的外形类似地适于为支承件提供轨道。内座圈的内径64应被加工成精确配合支撑组件的轴。
已知的轴承磨床使用多个堆叠的加工轴，这些加工轴包括安装在加工底座上的线性加工轴，以提供所需的加工轴运动。然而，这种构型不利于整个加工环路的刚性，导致加工周期延长，并且表面完整性或光洁度差。因需要堆叠线性轴而引起的偏移误差，由于刀具与工件的接触点进一步降低了机床表面的精度。通过使用本文所述的机床示例，该机床包括安装在加工底座上相对于底座的不可调整位置的第一旋转加工轴和第二旋转加工轴以及单个短行程线性定位加工轴，可以在避免现有轴承磨床缺点的情况下研磨轴承座圈。在最小化运动轴数量并利用与两个旋转和一个线性加工轴构型相关的高回路刚度的同时，能够实现所需的相对运动。
在图7至图10所示的示例中，作为示例，工件是支承件滚道70。滚道安装在驱动主轴6上，其中心轴与主轴参考轴34同轴。主轴参考轴垂直于线性驱动参考轴18。第二旋转加工轴16在其参考轴22周围的等距位置承载四个刀具主轴14。研磨轮12与支承件滚道70的外径50接触。
在保持第一和第二旋转加工轴10、16不动的情况下，使用线性加工轴将滚道70的外径50进给到研磨轮。图8示出了通过线性加工轴承载的线性定位机构(图中未示出)使驱动主轴6相对于线性加工轴8位移。如图8所示，加工轴是可操作的以使研磨轮与支承件滚道70的外径脱离接触，并与其内径54接触。内径可以通过使用线性加工轴朝着研磨轮进给内径来进行切入式研磨。
图9示出了另一种构型，其中利用驱动主轴从图7所示位置的较小位移，对滚道70的内径54进行研磨。优选的是，使工件和/或刀具主轴的旋转方向颠倒，以优化研磨力的一致性和工件的位置。
图10示出了如何同时利用两个旋转轴和一个线性加工轴使研磨轮12在平行于主轴参考轴34的方向上横跨工件70的表面。线性加工轴在A方向与旋转加工轴在相应的B和C方向旋转的组合运动允许研磨轮横跨支承件滚道70的外径50。
尽管参考这些附图描述的示例是研磨机，但是应该认识到，根据本披露内容可以实施宽范围的机器操作。除研磨操作外，其他应用还包括例如车削或抛光，以及机器部件检查。
应明白，在此提及的垂直或平行的相对取向以及类似情况可以被解释为限定了多个组件之间在实用公差之内的正交或平行关系。
术语“加工轴”表示从动的物理加工轴，它与参考轴相反。每个加工轴都有两个围绕或沿着参考轴相对彼此由机器驱动的部分。加工轴可以在机床的控制设备的控制下被伺服驱动，并且可以包括使用静压轴承或滚动元件轴承的导轨。在本文所述示例的优选实施方案中，提及的加工轴或旋转或线性定位机构可提供机床的唯一自由度。

Claims (14)

1.一种机床，包括：
具有加工参考平面的加工底座；
第一旋转加工轴和第二旋转加工轴，所述第一旋转加工轴和所述第二旋转加工轴相对于所述加工底座安装在所述加工底座上的不可调整的位置，并具有与所述加工参考平面平行、间隔开并垂直的相应的第一旋转参考轴和第二旋转参考轴；
由所述第一旋转加工轴承载的线性加工轴，其中，所述线性加工轴具有与所述加工参考平面平行的线性驱动参考轴；以及
旋转定位机构，所述旋转定位机构由所述线性加工轴承载，并且包括可旋转支撑件和旋转定位机构底座，其中，所述可旋转支撑件能够相对于所述旋转定位机构底座围绕与所述第一旋转参考轴和所述第二旋转参考轴平行的支撑件旋转参考轴旋转。
2.如权利要求1所述的机床，包括：线性定位机构，所述线性定位机构由所述线性加工轴承载，并且包括可滑动支撑件和线性定位机构底座，其中，所述可滑动支撑件能够相对于所述线性定位机构底座沿平行于所述线性驱动参考轴的线性滑动参考轴滑动，并且
其中，所述旋转定位机构由所述可滑动支撑件承载。
3.如权利要求1或2所述的机床，包括：驱动主轴，所述驱动主轴由所述可旋转支撑件承载，具有用于接收刀具或工件的安装座，并且可操作以使所述安装座围绕主轴参考轴旋转，所述主轴参考轴与所述加工参考平面平行，并且与所述线性驱动参考轴不平行。
4.如权利要求3所述的机床，其中，所述主轴参考轴垂直于所述线性驱动参考轴。
5.如前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述可旋转支撑件能够相对于所述旋转定位机构底座手动旋转，并且包括锁定机构，所述锁定机构用于选择性地锁定所述可旋转支撑件相对于所述旋转定位机构底座的位置。
6.如前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述旋转定位机构包括旋转驱动器，所述旋转驱动器用于使所述可旋转支撑件相对于所述旋转定位机构底座旋转。
7.一种机床，包括：
具有加工参考平面的加工底座；
第一旋转加工轴和第二旋转加工轴，所述第一旋转加工轴和所述第二旋转加工轴相对于所述加工底座安装在所述加工底座上的不可调整的位置，并具有与所述加工参考平面平行、间隔开并垂直的相应的第一旋转参考轴和第二旋转参考轴；
由所述第一旋转加工轴承载的线性加工轴，其中，所述线性加工轴具有与所述加工参考平面平行的线性驱动参考轴；以及
线性定位机构，所述线性定位机构由所述线性加工轴承载，并且包括可滑动支撑件和线性定位机构底座，其中，所述可滑动支撑件能够相对于所述线性定位机构底座沿平行于所述线性驱动参考轴的线性滑动参考轴滑动。
8.如权利要求2或权利要求7、或如权利要求3至权利要求6中任一项在其从属于权利要求2时所述的机床，其中，所述可滑动支撑件能够相对于所述线性定位机构底座手动滑动，并且包括锁定机构，所述锁定机构用于选择性地锁定所述可滑动支撑件相对于所述线性定位机构底座的位置。
9.如权利要求2、权利要求7和权利要求8中任一项、或如权利要求3至权利要求6中任一项在其从属于权利要求2时所述的机床，其中，所述线性定位机构包括线性驱动器，所述线性驱动器用于使所述可滑动支撑件相对于所述线性定位机构底座运动。
10.一种使用如以上权利要求中任一项所述的机床对工件进行机加工的方法，所述方法包括以下步骤：
将工件安装在由所述可旋转支撑件或所述可滑动支撑件承载的工件安装座上；
将刀具安装在由所述第二旋转加工轴承载的刀具安装座上；
使所述工件和刀具接触；以及
通过仅使用所述线性加工轴使所述工件朝着所述刀具进给来加工所述工件。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述加工步骤包括使所述工件围绕主轴参考轴旋转，所述主轴参考轴与所述加工参考平面平行，并且与所述线性驱动参考轴不平行。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述主轴参考轴垂直于所述线性驱动参考轴。
13.一种使用如权利要求1至9中任一项所述的机床对工件进行机加工的方法，所述方法包括以下步骤：
将工件安装在由所述可旋转支撑件或所述可滑动支撑件承载的工件安装座上；
将刀具安装在由所述第二旋转加工轴承载的刀具安装座上；
使所述工件和刀具接触；以及
通过仅使用所述线性加工轴以及所述第一旋转加工轴和第二旋转加工轴使所述工件相对于所述刀具运动来加工所述工件。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述刀具在垂直于所述线性驱动参考轴的方向上相对于所述工件运动。
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