專利名稱：表面精加工裝置及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面精加工裝置和一種相關(guān)方法，更具體的，涉及這樣一種表面精加工裝置和一種相關(guān)方法，該裝置及方法用于沿著工件的軸向方向?qū)⒃摴ぜ砻婢庸橐环N預期的幾何輪廓。
背景技術(shù)：
過去，為對汽車發(fā)動機曲柄軸的目標成形外圍例如軸頸部或銷部進行研磨，并在隨后將所得到表面輥拋光至預期的表面粗糙度，已經(jīng)進行了各種各樣的嘗試。
前述表面精加工中的研磨操作是這樣實現(xiàn)的允許用一種研磨膜覆蓋工件的目標成形外圍，并將多個靴放置在該研磨膜的背面上，由此，在保持研磨膜與工件壓力接觸的情況下，轉(zhuǎn)動該工件以允許研磨膜的研磨面對該工件的目標成形外圍進行研磨。為此，研磨裝置包括經(jīng)由研磨膜將靴推向工件的推壓機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動該工件的驅(qū)動單元、以及設(shè)置用以沿著工件的軸向方向給該工件和研磨膜之一施加擺動力的擺動機構(gòu)，如日本專利申請公開文本No.H07-237116中所公開的，參考

圖1和2及它們的相應(yīng)說明。
但是，由于這種純粹的研磨操作將導致外圓周的輪廓不夠(insufficient)或者表面粗糙度不理想，因此已經(jīng)嘗試使一種拋光輥與工件的外圓周壓力接觸以壓沉該工件外圓周的不均勻表面，從而改進工件的表面性質(zhì)，同時將該工件的外圓周形成中凹狀輪廓，以用作一種可適當供應(yīng)潤滑油的油槽，如日本專利申請公開文本No.H06-190718中所公開的，參考圖11及其相應(yīng)說明。
同時，可能需要將某種類型工件表面精加工為具有高精確的平直度，而試圖使其它類型工件的幾何輪廓確實地形成中凸狀或中凹狀。
同時根據(jù)情況，為改進工件的表面質(zhì)量，可直接對經(jīng)過磨削操作的工件進行輥拋光，而不需要研磨該工件。
發(fā)明概述但是，現(xiàn)有技術(shù)中的研磨裝置設(shè)置用以在固定的研磨條件下完成研磨操作，該固定的研磨條件包括在研磨操作過程中施加的靴壓力，在實際中，采用這種單純的固定研磨條件將使得研磨操作無法控制，從而不能獲得預期的幾何輪廓。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中的輥拋光操作遇到的問題是實現(xiàn)起來比較麻煩，且輥拋光工具本身價格昂貴。
特別的，當要將曲柄軸的銷部輥拋光為一種中凹狀幾何輪廓時，應(yīng)將工件的軸端支承在一頭架和一尾架之間，以允許一對支承輥沿著垂直于該工件軸向的方向與該工件的目標成形外圍鄰接，同時使拋光輥與該工件的目標成形外圍壓力接觸。
由于這種拋光輥用于將其外輪廓傳遞給曲柄軸的銷部，因此在單個工件與相應(yīng)拋光輥之間應(yīng)該具備特定的關(guān)系。由此，為執(zhí)行上述輥拋光，需要預備具有中央隆起輪廓的拋光輥，且該拋光輥的中央隆起輪廓應(yīng)與該單個工件的中凹形狀互補。為此，難以提供通用拋光輥且難以制造這種通用拋光輥，從而導致成本增大。
此外，曲柄軸銷部的兩端形成有內(nèi)圓角部，盡管該內(nèi)圓角部可允許表面精加工工具離開，但對該內(nèi)圓角部附近進行輥拋光將導致該內(nèi)圓角部的末端坍塌而形成突入該內(nèi)圓角部內(nèi)的凹陷，從而難以將該銷部精加工為預期的平直度。
為此，應(yīng)將由液壓缸生成且施加給工件銷部的內(nèi)圓角部與中央部附近的壓力精確控制在不同級別上，或者拋光輥本身應(yīng)具有特定的硬度分布型式，使得與內(nèi)圓角部相接觸的拋光輥硬度不同于該拋光輥中央?yún)^(qū)域的硬度。
但是，對施加給拋光輥的壓力進行調(diào)節(jié)需要執(zhí)行麻煩的控制操作，恐怕會降低工件產(chǎn)量。同時，如果需要所形成的拋光輥本身具有沿其長度變化的不同硬度分布型式，形成這種拋光輥是困難的，使得成本增大。
另外，在進行輥拋光時，由于使拋光輥與曲柄軸的整個軸向面壓力接觸以改進表面光潔度，因而可完全通過相當精良的表面精加工形成該曲柄軸的整個軸向延伸面。曲柄軸銷部上表面粗糙度的不均勻性過小，就不能在該曲柄軸銷部的滑動面上形成油槽。這就導致潤滑油的容留能力惡化，根據(jù)情況，恐怕會缺少油膜、造成抱死及卡住(biting)。
因此，本發(fā)明是本發(fā)明人在經(jīng)過認真研究之后得到的，本發(fā)明的目的是提供一種表面精加工裝置及其相關(guān)方法，該裝置及方法允許通過調(diào)整表面精加工條件，將工件表面精加工為給定的幾何輪廓。
為實現(xiàn)上述目的，依照本發(fā)明的一個方面，一種表面精加工裝置，用于對工件進行表面精加工，包括工件支承機構(gòu)，支承具有目標成形外圍的工件，將對該目標成形外圍進行表面精加工；表面精加工工具，適于與工件的目標成形外圍鄰接；壓力施加機構(gòu)，操作性地向表面精加工工具施加壓力，以使該表面精加工工具與工件的目標成形外圍壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的分布型式；以及驅(qū)動機構(gòu)，在壓力施加機構(gòu)的操作過程中繞軸向轉(zhuǎn)動工件，以允許表面精加工工具將該工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出該表面精加工工具的壓力分布型式。
以另一種方式描述，依據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種表面精加式裝置，用于對工件進行表面精加工，包括工件支承機構(gòu)，支承具有目標成形外圍的工件，將對該目標成形外圍進行表面精加工；表面精加工工具，適于與工件的目標成形外圍鄰接；壓力施加裝置，用于向表面精加工工具施加壓力，以使該表面精加工工具與工件的目標成形外圍壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的分布型式；以及轉(zhuǎn)動裝置，在壓力施加裝置的操作過程中繞軸向轉(zhuǎn)動工件，以允許表面精加工工具將該工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出該表面精加工工具的壓力分布型式。
同時，依據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種對工件進行表面精加工的方法，該方法包括支承具有一目標成形外圍的一工件，將對該目標成形外圍進行表面精加工；使一表面精加工工具與工件的目標成形外圍鄰接；向表面精加工工具施加壓力，以使該表面精加工工具與工件的目標成形外圍壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的分布型式；以及繞軸向轉(zhuǎn)動工件，以允許表面精加工工具將該工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出該表面精加工工具的壓力分布型式。
自以下結(jié)合附圖的說明，本發(fā)明的其它以及進一步的特征、優(yōu)點和益處將變得明顯。
附圖的簡要說明圖1是依照本發(fā)明第一實施例的表面精加工裝置的示意性前視圖，該表面精加工裝置為研磨裝置的形式；圖2所示視圖對應(yīng)于沿圖1中線2-2的第一實施例橫截面；圖3是一幅示意性結(jié)構(gòu)圖，說明圖1所示第一實施例中表面精加工裝置的主要部分；圖4是沿圖3中線4-4的第一實施例橫截面剖視圖；圖5是一幅前視圖，說明采用圖1所示表面精加工裝置第一實施例進行研磨操作之后的工件幾何輪廓；圖6是一幅圖表，說明在第一實施例中根據(jù)研磨膜的偏移量、平直度與研磨位置之間的關(guān)系；圖7概示了在第一實施例中、圖5所示工件表面的放大狀況；圖8是依照本發(fā)明第二實施例的表面精加工裝置的示意性前視圖，該表面精加工裝置為研磨裝置的形式；圖9是位置關(guān)系對應(yīng)于圖2的示意圖，表示一種壓力施加機構(gòu)的閉合狀態(tài)，該壓力施加機構(gòu)設(shè)置在圖8所示表面精加工裝置第二實施例內(nèi)且具有打開及閉合能力；圖10是一幅示意圖，表示在第二實施例中、圖9所示壓力施加機構(gòu)的打開狀態(tài)；圖11是一幅局部放大的橫截面剖視圖，表示壓力施加機構(gòu)的主要部分，該壓力施加機構(gòu)形成表面精加工裝置第二實施例的一部分；圖12是說明第二實施例中凸輪軸位置與工件擺動角之間關(guān)系的示意圖；圖13概示了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)等同于形成表面精加工裝置第二實施例的一部分的壓力施加機構(gòu)的構(gòu)造；圖14是說明在第二實施例中靴壓力與偏心轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的示圖；圖15A是一幅透視圖，表示在第二實施例中形式為凸輪軸的工件；圖15B是一幅透視圖，表示在第二實施例中形式為曲柄軸的工件；圖16A概示了在第二實施例中工件受到擺動的行進狀況與研磨膜之間的關(guān)系；圖16B概示了在靴壓力保持恒定而不考慮工件擺動位置的一種比較性例子中，由于工件邊緣部分響應(yīng)于擺動而移動，從而使得研磨顆粒遭受的損耗程度，同時還概示了在第二實施例中作為研磨操作結(jié)果且沿工件軸向的工件幾何輪廓；圖17A概示了單位時間內(nèi)由于研磨膜的研磨顆粒所導致的目標成形外圍的移除量與靴壓力之間的關(guān)系；圖17B概示了在第二實施例中由于工件邊緣響應(yīng)于擺動而移動，從而使得研磨顆粒遭受的損耗程度與靴壓力之間的關(guān)系；圖17C概示了在第二實施例中，在靴壓力保持恒定情況下單位時間內(nèi)由于研磨膜的研磨顆粒所導致的目標成形外圍的移除量與該研磨膜的研磨顆粒所遭受的損耗程度之間的關(guān)系；圖18表示了一幅示意性方塊圖，說明了圖8所示第二實施例的表面精加工裝置的一種控制系統(tǒng)；圖19A概示了在第二實施例中，沿工件軸向施加給靴的靴壓力分布型式與所得到的幾何輪廓之間的關(guān)系，其中，該幾何輪廓的橫截面構(gòu)成平面形狀；
圖19B概示了在第二實施例中，沿工件軸向施加給靴的靴壓力分布型式與所得到的幾何輪廓之間的關(guān)系，其中，該幾何輪廓的橫截面構(gòu)成中凸形狀；圖19C概示了在第二實施例中，沿工件軸向施加給靴的靴壓力分布型式與所得到的幾何輪廓之間的關(guān)系，其中，該幾何輪廓的橫截面構(gòu)成中凹形狀；圖20表示在第二實施例中，靴壓力P與偏心轉(zhuǎn)動件的擺動角θo之間的關(guān)系、工件橫截面輪廓以及輪廓變化量 與靴壓力P之間的關(guān)系；圖21概示了一種等同于壓力施加機構(gòu)的構(gòu)造，該壓力施加機構(gòu)構(gòu)成表面精加工裝置第二實施例的變化形式的一部分；圖22是本發(fā)明第三實施例的表面精加工裝置構(gòu)造示意圖，該表面精加工裝置為輥拋光裝置形式；圖23是圖22所示表面精加工裝置第三實施例的主要部分的側(cè)視圖；圖24是本發(fā)明第四實施例的表面精加工裝置構(gòu)造示意圖，該表面精加工裝置為輥拋光裝置形式；圖25是圖24所示表面精加工裝置第四實施例的側(cè)視圖；圖26是說明第四實施例中拋光輥相對于工件處于傾斜狀態(tài)的示意圖；圖27是說明第四實施例中拋光輥相對于工件處于另一種傾斜狀態(tài)的示意圖；圖28是一幅示意圖，說明在第四實施例中，由輥拋光操作所形成的工件銷部的表面輪廓；圖29是一幅示意圖，說明在第四實施例中，由輥拋光操作所形成的工件銷部的表面粗糙度。
優(yōu)選實施例的詳細說明以下將參照附圖詳細描述依照本發(fā)明多種實施例中每一種的表面精加工裝置及其相關(guān)方法。在以下說明書中，方向術(shù)語例如“橫向”、“水平”以及“垂直”用于方便參照附圖。另外應(yīng)認識到的是，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，這里所述的本發(fā)明各種實施例可采用各種取向例如傾斜、倒置、水平、垂直等。同時，為了便于說明，指定工件的軸向(橫向，例如圖1所示)為X方向，垂直于X方向的橫向或水平方向(垂直于頁面，例如圖1所示)為Y方向，垂直于X方向的垂直方向為Z方向。同時，在以下對本發(fā)明各種實施例的表面精加工裝置及其相關(guān)方法的描述中，術(shù)語“表面精加工”指包括研磨或輥拋光在內(nèi)的表面處理。
(第一實施例)現(xiàn)在參照圖1和2，它們表示了作為一種研磨裝置1的本發(fā)明表面精加工裝置第一實施例。圖1是該研磨裝置的示意性前視圖，圖2是對應(yīng)于圖1中線2-2橫截面的示意圖。
如圖1和2所示，目前所述實施例中的研磨裝置1用于在表面粗加工操作之后的表面精加工操作中精細地研磨一種曲柄軸形式的工件W，該表面粗加工操作例如利用一種加工工具進行切割操作、熱處理操作以及磨削操作。也就是說，該研磨裝置1用于將工件W的目標成形外圍例如曲柄軸的連接部或銷部研磨至具有中凹形表面輪廓的預期表面質(zhì)量。所示研磨裝置1包括一工件支承機構(gòu)WS，用以支承工件W，在特定的表面精加工中將對該工件W的目標成形外圍進行精細地研磨；一壓力施加機構(gòu)10，操作性地給一種研磨膜11形式的表面精加工工具施加壓力，使該研磨膜11與工件W的目標成形外圍壓力接觸，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件W軸向的的分布型式；一促動器30，與壓力施加機構(gòu)10相連；一驅(qū)動機構(gòu)40，驅(qū)動曲柄軸W以允許研磨膜11將該曲柄軸的目標成形外圍研磨成預期的幾何輪廓；以及擺動機構(gòu)形式的一工具移動機構(gòu)50，其橫向移動至少研磨膜11與工件W之一。
更具體的，在當前所述實施例的研磨裝置1中，工件支承機構(gòu)WS包括一底座49A、設(shè)置在該底座49A上且沿X方向滑動的一工件支承臺49、與該工件支承臺49彈性連接以允許該工件支承臺49進行如下所述水平擺動的一偏壓件52、設(shè)置在該工件支承臺49上且可沿Y方向滑動的第一滑動臺47和第二滑動臺48、承載在該第一滑動臺47上且可轉(zhuǎn)動地支承心軸41的一頭架42，與該心軸41連接以夾持工件W一端的一卡盤43、以及具有中樞46a且用以支承工件W另一端的一尾架46。
在該研磨裝置1中，利用研磨膜11且按照如下所述方式研磨工件W的目標成形外圍。該研磨膜11包括一種不可延伸但可變形的薄壁基底件11a(如隨后將要描述的圖3所示)，該基底件11a的整個表面都覆蓋有研磨材料，且將該薄壁基底件的研磨面11b(如隨后將要描述的圖3所示)設(shè)置成面對將要被研磨的工件W的目標成形外圍。盡管研磨膜11可分為各種類型，但在當前所述的實施例中，該薄壁基底件由不可延伸材料例如聚酯樹脂形成且形成為帶狀構(gòu)造，該帶狀構(gòu)造具有給定的寬度且其厚度“t”如隨后將要描述的圖3所示)在大約25μm至150μm的范圍內(nèi)。采用不可延伸但可變形的薄壁基底件形成的這種研磨膜11就允許以最佳方式平滑地研磨工件W的目標成形外圍。
在研磨膜11中，薄壁基底件的表面具有大量研磨顆粒，例如氧化鋁、碳化硅以及金剛石，顆粒直徑在大約幾微米至200μm的范圍內(nèi)，利用粘接劑將該研磨顆粒(例如氧化鋁、碳化硅以及金剛石)固定在薄壁基底件上。研磨膜11可具有這樣一種構(gòu)造，其中，研磨顆粒粘附在薄壁基底件的整個表面上；或者具有這樣一種構(gòu)造，其中，沿著薄壁基底件的長度間斷地形成有非研磨區(qū)域，且每個非研磨區(qū)域具有給定的寬度。通常的做法是采用由耐磨材料(未表示)例如橡膠或塑性樹脂組成的背面涂層涂覆該薄壁基底件的另一面，但如果需要可對該薄壁基底件的另一面進行防滑表面處理。
如圖2所清晰表示的，研磨膜11在一供應(yīng)卷15與一繞線卷16之間伸展，該供應(yīng)卷15與繞線卷16可轉(zhuǎn)動地支承在研磨裝置1的機架主體(未表示)上，該繞線卷16與驅(qū)動馬達M3操作性連接，并利用該驅(qū)動馬達M3驅(qū)動繞線卷16。一張緊導輥R5設(shè)置在供應(yīng)卷15與繞線卷16之間，以給定的張力牽引該張緊導輥R5。操縱馬達M3以轉(zhuǎn)動繞線卷16，就使得自供應(yīng)卷15向外牽引研磨膜11，并利用多個導輥R1至R10引導將要被繞線卷16卷繞的該研磨膜11。
在供應(yīng)卷15與繞線卷16附近設(shè)置有鎖定機構(gòu)(未表示)，選擇性地驅(qū)動該鎖定機構(gòu)以給整個研磨膜11施加給定的張力，并使其保持張緊，用于研磨操作。
如圖2所清晰表示的，壓力施加機構(gòu)10由一種夾具28組成，該夾具28包括其內(nèi)裝載有多個靴21A的上靴盒28A以及其內(nèi)裝載有多個靴21B的下靴盒28B，該靴21A和21B用作工具夾緊件且設(shè)置在研磨膜11的背面，以使得作為表面精加工工具的研磨膜11的研磨面與將要被研磨的工件W的目標成形外圍壓力接觸。每個靴21A和21B在構(gòu)造上都由橡膠或塑性材料形成且具有較高的剛性，每個靴的內(nèi)部都形成一圓弧面以配合將要被研磨的工件W的目標成形外圍，同時利用靴盒固定每個靴的外部。
另外，壓力施加機構(gòu)10還包括一上壓臂22和一下壓臂23，分別利用上下樞轉(zhuǎn)軸24，24可樞轉(zhuǎn)地支撐該上壓臂22和下壓臂23，以分別允許前端部22a，23a移入或移出操作位置。促動器30由一泵缸25(適合利用液壓或空氣壓驅(qū)動)組成，該泵缸25操縱性地設(shè)置在上壓臂22和下壓臂23的后端部22b，23b之間，以選擇性地經(jīng)由一桿26分別給前端部22a，23a施加靴壓力，使得靴28A，28B以給定的壓力與工件W的目標成形外圍壓力接觸。
對于這種構(gòu)造的壓力施加機構(gòu)10，一旦驅(qū)動泵缸25，壓臂22，23均可繞樞轉(zhuǎn)軸24，24的中心移動，從而具有打開及閉合能力。壓臂22，23的打開及閉合移動均與研磨膜11相關(guān)，在壓臂22，23的閉合移動過程中，將使靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與工件W壓力接觸，而在壓臂22，23的打開移動過程中，將使工件W與靴21A，21B脫離鄰接。
此外，研磨裝置1還包括如圖2所示的靴壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B，利用凸輪35A，35B調(diào)節(jié)由壓縮彈簧(未表示)施加給靴盒28A，28B的彈力。但是，本發(fā)明并不限于這種特定的靴壓力調(diào)節(jié)構(gòu)造，可采用另一種可供選擇的構(gòu)造，其中，通過使用螺旋部件來調(diào)節(jié)彈力。
在研磨操作過程中，熱量將積聚在靴盒28A，28B內(nèi)，一冷卻單元70設(shè)置在壓力施加機構(gòu)10的前側(cè)上，以給工件W及與其相接的研磨膜11附近的冷卻區(qū)域提供冷卻劑，從而冷卻這些組件。
回轉(zhuǎn)至圖1，驅(qū)動機構(gòu)40包括一主驅(qū)動馬達M1，該主驅(qū)動馬達M1經(jīng)由皮帶44與心軸41連接，并驅(qū)動該心軸41以轉(zhuǎn)動工件W，從而進行研磨操作。
對于先前所述構(gòu)造，將工件W設(shè)置在頭架42與尾架46之間。接著，操縱主馬達M1，經(jīng)由心軸41和卡盤43轉(zhuǎn)動工件W以進行研磨操作。一旋轉(zhuǎn)編碼器S1與該心軸41操作性連接，該旋轉(zhuǎn)編碼器S1在研磨操作過程中檢測工件W的轉(zhuǎn)動位置，并將指示該工件W轉(zhuǎn)動位置的檢測信號發(fā)送給一控制器100。該控制器100響應(yīng)于此檢測信號，允許改變主馬達M1的轉(zhuǎn)速，從而能夠以給定值的工件轉(zhuǎn)速Vw驅(qū)動該工件W。
此外，作為工具移動機構(gòu)的擺動機構(gòu)50由于一特定理由沿著工件W的水平軸擺動該工件W，以下將要詳細說明該特定理由。為此，該擺動機構(gòu)50由一偏心轉(zhuǎn)動件51、一馬達M2以及一推壓單元52組成，利用機架主體可轉(zhuǎn)動地支承偏心轉(zhuǎn)動件51且該偏心轉(zhuǎn)動件51與工件支承臺49的末端鄰接，馬達M2與偏心轉(zhuǎn)動件51連接并驅(qū)動該偏心轉(zhuǎn)動件51以來回擺動工件支承臺49，推壓單元52橫向推壓工件支承臺49以使偏心轉(zhuǎn)動件51與該工件支承臺49的末端鄰接。由馬達M2導致的偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動與推壓單元52相協(xié)作可操縱工件支承臺49沿X方向往復移動，從而使整個工件W沿X方向擺動。另外，為了檢測在擺動操作過程中工件W沿X方向相對于研磨膜11的擺動位置，安裝一旋轉(zhuǎn)編碼器S2，用以檢測偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置，并允許將所得到的檢測信號發(fā)送給控制器100。
基于偏心轉(zhuǎn)動件51相對于馬達M2輸出軸軸線的偏心量，確定工件W在橫向上移動的擺動沖程。利用旋轉(zhuǎn)編碼器S2檢測偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置，可通過將一個或多個調(diào)節(jié)板插入馬達M2與偏心轉(zhuǎn)動件51之間的接合區(qū)域內(nèi)或者通過采用一種液壓單元來執(zhí)行偏心量的調(diào)節(jié)。
同時，盡管以上已參照一種特定例子描述了當前所述實施例，在該特定例子中，擺動機構(gòu)50沿X方向擺動工件W，但本發(fā)明并不限于這種特定構(gòu)造?？砂凑者@樣一種方式更改該擺動機構(gòu)50，使其直接沿研磨膜11的縱向擺動該研磨膜11。這可通過采用這樣一種構(gòu)造來實現(xiàn)，在該構(gòu)造中，沿徑向自靴21A，21B中拉出研磨膜11，并將其卷繞在一輥上，在該輥上使研磨膜11回復至靴21A，21B附近的初始位置，且該輥與沿徑向擺動的一擺動裝置相連。
順便一提的是，朝向研磨膜11和靴21A，21B供應(yīng)潤滑液LU例如潤滑油。
圖3是曲柄軸W主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖，用于說明如何在當前所述研磨裝置實施例中研磨該曲柄軸W的目標成形外圍，以在該目標成形外圍上提供一種中凹形輪廓，圖4是沿圖3中線4-4的橫截面剖視圖，以及圖5是一部分曲柄軸的放大前視圖，用以說明作為研磨操作結(jié)果且形成為中凹形的一種表面輪廓。
特別的，當前所述實施例試圖提供這樣一種布置，其中，上下靴21A，21B推壓研磨膜11的接觸位置偏離目標成形外圍的中心線，從而可將曲柄軸W的目標成形外圍研磨成中凹形輪廓。這里，術(shù)語“曲柄軸W的目標成形外圍W1”指內(nèi)圓角部Wf之間的圓弧形外周緣。
如圖3和4所示，當前所述實施例的研磨裝置1采用偶數(shù)個靴21A，21B，相對于工件的目標成形外圍W1相互偏置該靴21A，21B。對于這樣一種布置，兩個上靴組件可在接觸區(qū)域A內(nèi)與目標成形外圍W1保持接觸，兩個下靴組件可在接觸區(qū)域B內(nèi)與目標成形外圍W1保持接觸，且使得接觸區(qū)域A，B在位于中心線O-O處的中央?yún)^(qū)域C內(nèi)重疊，而不會在靠近內(nèi)圓角部Wf，Wf的末端區(qū)域D，D內(nèi)重疊。同時以下，術(shù)語“接觸”指上下靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與工件W的外周緣(目標成形外圍)W1間接鄰接的狀態(tài)，術(shù)語“接觸區(qū)域”指上下靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與工件W的外周緣W1間接鄰接的區(qū)域。
對于上下靴21A，21B相對于工件W目標成形外圍W1的這種偏心布置，易于經(jīng)由全部上下靴21A，21B將研磨膜11壓向曲柄軸W的目標成形外圍W1的中央?yún)^(qū)域C，以增大對曲柄軸W的目標成形外圍W1的研磨時間段，而在目標成形外圍W1的末端區(qū)域D，利用上下靴21A，21B使研磨膜11間歇性地與目標成形外圍W1壓力接觸，結(jié)果可縮短對該工件W進行研磨的時間段。
結(jié)果，曲柄軸W的目標成形外圍W1具有這樣一種表面輪廓，其中央?yún)^(qū)域C形成一種凹狀輪廓Wa，每個終端區(qū)域都形成一種凸狀輪廓Wb，結(jié)果就形成如圖5所示的一種中凹狀輪廓的整體構(gòu)造。
按照以下所述方式對該工件W的表面輪廓進行測試，以提供有關(guān)上下靴21A，21B之間偏移量的定量結(jié)果。
在進行測試時，所采用的研磨膜11的寬度N等于工件W的目標成形外圍W1的寬度L，且偶數(shù)個靴21A，21B具有相同的寬度S，該寬度S小于將要被研磨的目標成形外圍W1的寬度L，如圖3所示。上下靴21A，21B相對于工件W的研磨寬度L的中心線O-O向相反方向偏移一個值δ。這里，偏移量δ用相對于研磨寬度L的百分比(100×δ/L％)表示。
接著，執(zhí)行操作，分別以不同值的偏移量3，6，9，12％對工件W的目標成形外圍W1進行研磨，測量經(jīng)研磨操作所得到的各個表面輪廓的平直度，測量結(jié)果如圖6所示。
圖6說明了在各偏移量下所得到的工件表面輪廓的平直度，橫坐標表示所得到的工件W表面輪廓的位置，縱坐標表示經(jīng)研磨操作所得到的表面輪廓的平直度，該平直度值(μm)等同于中凹狀部分Wa的深度m。
對于圖6所示結(jié)果，由于認為工件W中凹狀部分Wa的深度m最好落在等于或大于5μm且等于或小于20μm的值內(nèi)，因此可見當相關(guān)靴21A，21B之間的偏移量在等于或大于3％且等于或小于12％的值內(nèi)時，可經(jīng)由研磨操作獲得理想的表面輪廓。特別的，對于以上所述布置，在該布置中，采用具有相同寬度S的偶數(shù)個靴21A，21B，且相對于工件W目標成形外圍W1的中心線O-O將該靴21A，21B設(shè)置在偏心位置，可使工件W的目標成形外圍W1形成中凹形的表面輪廓，且該中凹形輪廓圍繞該工件W目標成形外圍W1的中心線O-O。同時，可以一種簡單且精確的方式將該上下靴21A，21B放置在偏心位置，即使在多個目標外圍上同時執(zhí)行研磨操作，也可在各自的中央?yún)^(qū)域處精確研磨多個工件W的目標成形外圍，并可使工件W的目標成形外圍形成一致的理想中凹狀輪廓，結(jié)果可提高產(chǎn)品質(zhì)量。
此外，如前所述，當前所述實施例的研磨裝置1具有可使工件W沿X方向擺動的擺動機構(gòu)50，由該擺動機構(gòu)50所提供的擺動沖程與偏移量δ之間的關(guān)系優(yōu)選是這樣的，使偏移量δ小于擺動沖程。但優(yōu)選的是，即使當靴21A，21B設(shè)置在相對于研磨膜11的偏心位置時，與該研磨膜11相接的靴21A，21B也不會脫離工件W的目標成形外圍。
在操作中，使壓臂22，23進入打開狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，鎖定與供應(yīng)卷15相關(guān)的鎖定單元，并操縱馬達M3以轉(zhuǎn)動繞線卷16。這將導致研磨膜11移動一給定的長度，使研磨膜11的新研磨面朝向工件W的目標成形外圍W1，同時給該研磨膜施加一給定的張力。
當鎖定與繞線卷16相關(guān)的鎖定單元時，就給研磨膜11施加張力，以使該研磨膜進入張緊狀態(tài)而不松弛。
在這種情況下，將工件W安裝在頭架42與尾架46之間。在此安裝操作之后，驅(qū)動泵缸25，并使兩壓臂22，23進入閉合狀態(tài)。在這完成之后，將研磨膜11放置到工件W的目標成形外圍W1上，并使兩靴21A，21B以給定的推壓力與工件W的目標成形外圍W1鄰接。在當前所述實施例中，工件W為具有多個銷的曲柄軸形式，該多個銷分別具有目標成形外圍，分別將研磨膜11放置到這些目標成形外圍上并與這些目標成形外圍壓力接觸。
接著，操縱主馬達M1并轉(zhuǎn)動工件W，從而利用研磨膜11的相應(yīng)研磨面對該工件W的目標成形外圍進行研磨。根據(jù)銷部的形狀，在正常生產(chǎn)中某些銷部可能會隨著兩壓臂22，23的搖擺移動而偏心轉(zhuǎn)動，結(jié)果將在這些相關(guān)銷部上類似地執(zhí)行研磨操作。
在當前所述實施例中，特別的，由于相對于工件W目標成形外圍W1的中心線O-O將靴21A，21B設(shè)置在偏心位置，因此該靴21A，21B與目標成形外圍W1的接觸區(qū)域A將在工件W目標成形外圍W1的中央?yún)^(qū)域C處相互重疊，而不會在末端區(qū)域D處相互重疊。當此發(fā)生時，在工件W目標成形外圍W1的中央?yún)^(qū)域C內(nèi)，兩靴21A，21B可有效地將研磨膜11壓向工件W的目標成形外圍W1，從而使得對目標成形外圍W1的中央?yún)^(qū)域C的研磨速度要大于對其它區(qū)域的研磨速度，結(jié)果就使每個工件W形成中凹狀輪廓。
由此，在執(zhí)行研磨操作以使目標成形外圍形成中凹狀輪廓時，本發(fā)明相當有利，其可減少加工步驟的數(shù)目，使該數(shù)目少于使用拋光輥所需要的數(shù)目，并且不需要采用任何特殊輥，從而降低了成本。另外，所形成工件的表面粗糙度不可能位于非預期的平滑范圍內(nèi)，因此，可在工件目標成形外圍的中央?yún)^(qū)域內(nèi)形成潤滑能力相當適宜的油槽。
同時，在研磨裝置1的研磨操作過程中，操縱馬達M2，以使得擺動機構(gòu)50的偏心轉(zhuǎn)動件51克服推壓單元52的偏壓力而轉(zhuǎn)動，由此沿X方向擺動工件支承臺49，以使得工件W沿X方向擺動。
在擺動機構(gòu)50的擺動操作過程中，工件W的目標成形外圍W1與研磨膜11的研磨顆粒之間的接觸距離將增大，從而增大單位時間里作用于該目標成形外圍的研磨顆粒數(shù)量，由此可在較短的時間段內(nèi)完成研磨操作，提高對工件進行表面精加工的效率。由于使相關(guān)靴21A，21B之間的偏移量δ小于擺動寬度，因此能可靠地執(zhí)行擺動及研磨操作。
此外，如圖3所示，由于在工件W的連接部及銷部的目標成形外圍兩端都形成有內(nèi)圓角部Wf，該內(nèi)圓角部Wf為能夠擺動工件W以及能夠?qū)⑾嚓P(guān)靴設(shè)置在偏心位置上提供空間，從而可改進操作性能。同時，在這種研磨操作過程中，在內(nèi)圓角部Wf的附近不會發(fā)生壓碎或磨損，而這會發(fā)生在輥拋光操作中，因而可將該工件W加工至預期的平直度。
圖7以夸張形式示意性說明了圖5所示目標成形外圍的表面。當按照上述方式執(zhí)行研磨操作時，如橫截面所示，中凹部分Wa和末端部分Wb的表面具有軸向的波狀構(gòu)造，其中如圖7所示交替地形成尖緣T1和谷部T2。
用潤滑油注滿這種凹凸部，由此該凹凸部可用作一種理想的油槽，其預期功能是提高潤滑能力，同時防止連接部或銷部抱死。但是，在實際作業(yè)中為提供最終產(chǎn)品，優(yōu)選對尖緣T1進行拋光處理以消除該尖緣T1，將該尖緣T1降低到一定限度。這樣做，可防止在初始階段啟動發(fā)動機的過程中該尖緣T1受到磨損，從而提高耐磨性能。
本發(fā)明并不限于以上所述實施例，可得到各種變形。盡管已經(jīng)參照一種特定構(gòu)造對當前實施例進行了說明，在該特定構(gòu)造中主要對曲柄軸的銷部進行加工，但不僅可對該銷部進行研磨操作，也可對曲柄軸的連接部進行研磨操作，如果情況需要，還可對橫截面為不完全圓形的目標成形外圍進行研磨操作，例如凸輪凸角部或凸輪軸的連接部。另外，本發(fā)明還可用于使目標輪廓形成其它圓弧形構(gòu)造的其它目的。
此外，盡管已結(jié)合結(jié)構(gòu)示例表示并描述了當前所述實施例的表面精加工裝置，在該結(jié)構(gòu)示例中，工具移動機構(gòu)由擺動機構(gòu)50組成，該擺動機構(gòu)50設(shè)置用以擺動工件支承臺49并由此橫向擺動工件W，但也可這樣改變該工具移動機構(gòu)，使主心軸41擺動，從而沿著工件的軸線周期性地移動該工件。在另一種替換方式中，該工具移動機構(gòu)可采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其直接擺動研磨膜11，或者直接擺動工件W與研磨膜11兩者。同時，擺動機構(gòu)50并不限于采用偏心轉(zhuǎn)動件51的這種特定結(jié)構(gòu)，該擺動機構(gòu)50可包括一超聲波振蕩器。
盡管已經(jīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)示例表示并描述了當前所述實施例的表面精加工裝置，在該結(jié)構(gòu)示例中，通過使用旋轉(zhuǎn)編碼器S2且基于偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置來檢測工件W的擺動位置，但該表面精加工裝置也可采用這樣一種變化結(jié)構(gòu)，其中，采用光學傳感器來直接檢測工件W的終端，并由此檢測該工件W的擺動位置。
此外，盡管已結(jié)合具有凸形靴的結(jié)構(gòu)示例表示并描述了當前所述實施例的表面精加工裝置，但該表面精加工裝置可采用其它類型的靴構(gòu)造。
(第二實施例)以下將參照圖8至14以及圖15A和15B描述本發(fā)明第二實施例的表面精加工裝置1A。圖8是說明本發(fā)明第二實施例的表面精加工裝置1A的示意圖。圖9是位置關(guān)系對應(yīng)于圖2的示意圖，表示了形成該表面精加工裝置1A一部分的一種壓力施加機構(gòu)10A，可操縱該壓力施加機構(gòu)10A的上下壓臂以呈現(xiàn)打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)，而在該圖9中，上下壓臂處于閉合狀態(tài)。圖10示意性表示了上下壓臂處于打開狀態(tài)的壓力施加機構(gòu)10A。圖11是一幅局部放大的橫截面剖視圖，表示當前所述實施例的表面精加工裝置1A的加壓器機構(gòu)，該加壓器機構(gòu)構(gòu)成表面精加工裝置1A的主要部分。圖12是說明凸輪位置與擺動角之間關(guān)系的示意圖。圖13所示結(jié)構(gòu)等同于壓力施加機構(gòu)30的結(jié)構(gòu)。圖14是說明加壓器壓力與凸輪偏心角之間關(guān)系的示意圖。圖15A是一幅透視圖，表示將要被加工且呈凸輪軸形式的一種工件例子。圖15B是一幅透視圖，表示將要被加工且呈曲柄軸形式的另一種工件例子。
第二實施例的表面精加工裝置1A不同于第一實施例的表面精加工裝置1之處在于采用凸輪軸作為工件；以及一控制器100A設(shè)置用以依據(jù)該工件的擺動位置來控制由一種壓力施加機構(gòu)10A施加的壓力，該工件的擺動是由于擺動機構(gòu)50的偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動所導致的，用擺動角θo表示該偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置。在當前所述實施例中，與第一實施例的表面精加工裝置相同的組件采用相同的參考數(shù)字，以下針對結(jié)構(gòu)上的不同點描述表面精加工裝置1A，而簡化或省略了對該相同組件的說明。
參照圖9和10，它們表示了壓力施加機構(gòu)10A，操縱該壓力施加機構(gòu)10A以給研磨膜11形式的表面精加工工具施加壓力，且該壓力表現(xiàn)出一種依據(jù)工件軸向的分布型式，以利用該分布型式依據(jù)工件W軸向的壓力使研磨膜11與目標成形外圍壓力接觸。研磨膜11伸展于供應(yīng)卷15和繞線卷16之間，且利用導輥R1至R10引導該研磨膜11。導輥R1和R10支承在表面精加工裝置1A的機架主體(未表示)上。此外，導輥R3至R5支承在上壓臂22上，導輥R6至R9支承在下壓臂23上。一對導輥R3和R4位于上壓臂22前端22a的前部上，導輥R5位于上壓臂22的內(nèi)部區(qū)域中且靠近上樞轉(zhuǎn)軸24。
類似的，一對導輥R7和R8位于下壓臂23前端23a的前部上，導輥R6位于下壓臂23的內(nèi)部區(qū)域中且靠近下樞轉(zhuǎn)軸24。采用這種布置，可自供應(yīng)卷15中拉出研磨膜11，并利用第一導輥對R3和R4、第二導輥R5、第三導輥R6以及第四導輥對R7和R8引導該研磨膜11，由此將該研磨膜11卷繞在繞線卷16上。
一上靴21A支承在導輥R4與導輥R5之間的上壓臂22中間區(qū)域內(nèi)，一下靴21B支承在導輥R6與導輥R7之間的下壓臂23中間區(qū)域內(nèi)。凸輪軸WA的凸輪凸角部61可轉(zhuǎn)動地支承在頭架42和尾架46之間(參見圖8)，且為了以下將要描述的目的使該凸輪凸角部61保持在上下加壓靴21A，21B之間的中央?yún)^(qū)域處。
一馬達M3與該繞線卷16相連。通過操縱該馬達M3，轉(zhuǎn)動繞線卷16，并自供應(yīng)卷15漸進地輸送研磨膜11。為檢測自供應(yīng)卷15釋放的研磨膜11數(shù)量，將一旋轉(zhuǎn)編碼器S3安裝在繞線卷16的軸上作為檢測其轉(zhuǎn)動量的檢測單元。將鎖定單元分別安裝在供應(yīng)卷15與繞線卷16附近的機架主體(未表示)上，并操縱該鎖定單元以給整個研磨膜11提供給定的張力。
上下壓臂對22和23可樞轉(zhuǎn)地支承在上下樞轉(zhuǎn)軸24，24上，以允許上下壓臂22，23的前端部22a，23a沿Z方向相互移動，從而具有打開及閉合能力。利用泵缸25驅(qū)動該上下壓臂22和23。采用這種構(gòu)造，若促動器30的活塞桿26伸離回縮位置，上下壓臂22，23將分別繞一個方向樞轉(zhuǎn)，以允許該上下壓臂22，23的前端部22a，23a進入圖9所示的閉合狀態(tài)。同時，如果該活塞桿26自伸出位置縮回，上下壓臂22，23將分別繞另一個方向樞轉(zhuǎn)，以允許該上下壓臂22，23的前端部22a，23a進入圖10所示的打開狀態(tài)。上下壓臂22，23的樞轉(zhuǎn)移動就使研磨膜11朝向與該上下壓臂22，23相同的方向移動。上下壓臂22，23朝向閉合方向樞轉(zhuǎn)移動就使得靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與凸輪的凸角部分61鄰接。同時，上下壓臂22，23朝向打開方向樞轉(zhuǎn)移動就使得靴21A，21B脫離與凸輪凸角部分61的鄰接。
盡管依據(jù)靴前端部的外部輪廓可將上下加壓靴21A，21B分為凸型靴和凹型靴，但在所示第二實施例中，所表示的上下加壓靴21A，21B均為凹型靴，每個靴的凹狀終端部都形成有多個凸角(在第二實施例中表示為具有兩個凸角)，該多個凸角經(jīng)由研磨膜11與凸輪凸角部分61的目標成形外圍鄰接。每個靴本身是凹進的且具有一對接合面，該接合面分別與橫截面為凸狀圓弧形構(gòu)造的工件WA密接。因此，盡管插入研磨膜11，但可使上下加壓靴21A，21B分別以兩個線接觸與凸輪凸角部61的目標成形外圍鄰接。由于利用上下加壓靴21A，21B在四個接觸點處支承凸輪凸角部61，因此能夠穩(wěn)定且可靠地轉(zhuǎn)動該凸輪凸角部61。這里，當前所述實施例中使用的術(shù)語“接觸”指上下加壓靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與工件WA的目標成形外圍間接鄰接，術(shù)語“接觸表面區(qū)域”指上下加壓靴21A，21B經(jīng)由研磨膜11與工件WA目標成形外圍間接鄰接的表面區(qū)域。
如圖11所示，上下加壓靴21A，21B的前端部22a，23a分別形成有垂直向內(nèi)的凹穴27A，27B，在該凹穴27A，27B內(nèi)分別可滑動地容納用以裝載上下靴21A，21B的靴盒28A，28B，以使該靴盒28A，28B具有相對于工件WA伸出及縮回的能力。上下靴21A，21B分別設(shè)置在靴盒28A，28B的凹槽28a，28b內(nèi)，且該上下靴21A，21B分別支承在樞轉(zhuǎn)軸29A，29B上以進行搖動。這樣設(shè)置該上下樞轉(zhuǎn)軸29A，29B，使它們排列在穿過凸輪軸60中心0的一條線段上，以向研磨膜11有效地施加靴壓力P。同時，參考數(shù)字70a代表冷卻單元70的噴嘴，經(jīng)由該噴嘴將冷卻劑噴向靠近工件WA目標成形外圍的區(qū)域。
壓力施加機構(gòu)10A包括上下壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B，該上下壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B分別與上下加壓臂22，23的前端部22a，23a連接，使得靴21A，21B能在給定的壓力分布型式下令研磨膜11與工件W的目標成形外圍即凸輪凸角部61壓力接觸。同時，如圖13所概示的，每個上下壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B都包括其末端與靴盒(28A，28B)連接的一連接桿32、由盤簧構(gòu)成的一工件卡簧33、相對于連接桿32的后端彈性壓縮該工件卡簧33的一壓桿34、作為一種升降調(diào)節(jié)件且與壓桿34頭部鄰接的一偏心轉(zhuǎn)動件(35A，35B)、以及轉(zhuǎn)動并驅(qū)動該偏心轉(zhuǎn)動件35的一加壓器馬達M4。該連接桿32與壓桿34可滑動地容納在一通孔(22c，23c)內(nèi)，該通孔形成于壓臂(22，23)中。當降下靴盒28A，28B時，就壓下利用該各個靴盒28A，28A固定的靴21A，21B，從而將研磨膜11的研磨顆粒面壓向凸輪凸角部61。偏心轉(zhuǎn)動件35的凸輪升程h等于凸輪的總高度H減去基圓直徑，該凸輪升程h限定了壓桿34可以移動的最大距離。由此，工件卡簧33、壓桿34、偏心轉(zhuǎn)動件35以及加壓器馬達M4就形成了用于調(diào)節(jié)靴壓力P的壓力調(diào)節(jié)單元(31A，31B)。
如圖14所示，靴壓力P隨著偏心轉(zhuǎn)動件35的轉(zhuǎn)動位置而變，從而可向研磨膜11施加分布型式依據(jù)工件WA軸向的靴壓力P。也就是說，指定基圓與壓桿頭部鄰接的位置為初始位置(偏心角θe＝0度)。當自此初始位置轉(zhuǎn)動偏心轉(zhuǎn)動件35至偏心角θe為180度時，利用凸輪升程h移動壓桿34以使工件卡簧33進一步地彈性變形，結(jié)果靴壓力P到達最大值。如果進一步地轉(zhuǎn)動該偏心轉(zhuǎn)動件35至偏心角θe為360度，將使壓桿34回復至初始位置，且靴壓力P也回復至與初始位置相同的靴壓力。為檢測這種靴壓力P的變化，安裝一旋轉(zhuǎn)編碼器S4以檢測偏心轉(zhuǎn)動件35的轉(zhuǎn)動位置(參見圖11)。
圖16A概示了當施加擺動時，與研磨膜11一起的工件WA的移動狀態(tài)。圖16B概示了在靴壓力P保持恒定而不考慮工件WA擺動位置的一種比較性例子中，由于工件WA邊緣We隨著該工件WA的擺動一起移動所導致的研磨顆粒12的損耗程度D，并以夸張形式表示了作為研磨操作結(jié)果且沿著該工件WA軸線的幾何形狀。
同時，圖17A概念地顯示了單位時間內(nèi)由于研磨膜11的研磨顆粒12所導致的目標成形外圍W1的移除量與靴壓力P之間的關(guān)系。圖17B概示了由于工件WA邊緣We隨著該工件WA的擺動一起移動而使得研磨顆粒12遭受的損耗程度D與靴壓力P之間的關(guān)系。圖17C概示了在靴壓力P保持恒定情況下，單位時間內(nèi)由于研磨膜11的研磨顆粒12所導致的目標成形外圍W1的移除量與該研磨顆粒的損耗程度D之間的關(guān)系。
在圖16A中，實線表示工件WA的目標成形外圍W1相對于研磨膜11處于中央位置的狀態(tài)，單點劃線表示工件WA的目標成形外圍W1相對于該工件WA的中央位置沿X方向偏移至最左端的狀態(tài)，雙點劃線表示工件WA的目標成形外圍W1相對于該工件WA的中央位置沿X方向偏移至最右端的狀態(tài)。在圖16A中，參考符號“Lw”代表目標成形外圍W1沿工件WA軸的寬度，參考符號“Lo”代表工件WA的擺動寬度，參考符號“Ao”代表擺動的擺動寬度。
由于工件WA邊緣We，We在擺動中移動而使得研磨膜11的研磨顆粒12受到損耗，在最壞情況下該損耗例如破裂或脫落。為此，如圖16B所示，在研磨膜11與工件WA目標成形外圍W1一直保持壓力接觸的接觸區(qū)域內(nèi)，由該工件WA邊緣We所導致的研磨顆粒12受到的損耗程度D基本上等于零，而在該工件WA邊緣We的移動區(qū)域內(nèi)，研磨顆粒的損耗程度將增大。指定此研磨顆粒的損耗程度D為“a”。
這里，單位時間內(nèi)由于研磨膜11的研磨顆粒12所導致的工件WA目標成形外圍W1的移除量隨著靴壓力P的增大而增大(參見圖17A)。研磨顆粒的損耗程度D也隨著靴壓力P的增大而增大(參見圖17B)。在靴壓力P保持恒定的情況下，單位時間內(nèi)由研磨顆粒12所導致的目標成形外圍W1的移除量將隨著研磨顆粒損耗程度D的增大而增大(參見圖17C)。
相應(yīng)的，在該比較性例子中，如圖16B所示，這里靴壓力P保持恒定而不考慮工件WA的擺動位置，與目標成形外圍W1的兩端部相比，該目標成形外圍W1中央部的移除量較大，從而使目標成形外圍的幾何形狀構(gòu)成沿X方向的中凹形輪廓。一旦目標成形外圍的幾何形狀按照這種方式形成沿X方向的中凹形輪廓，就難以使該目標成形外圍W1具有預期的平直度，恐怕會出現(xiàn)不合格的表面精加工。
因此，第二實施例的表面精加工裝置1A試圖提供這樣一種構(gòu)造，其中，利用旋轉(zhuǎn)編碼器S2檢測偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置(擺動角θo)，并利用該擺動角θo檢測凸輪軸60的擺動位置，由此依據(jù)表面精加工過程中工件WA的擺動位置，操縱控制器100以按照依據(jù)該工件WA軸向的給定分布型式可變地控制施加給研磨膜11的靴壓力P，從而使目標成形外圍W1形成沿該工件WA軸的預期幾何輪廓。
現(xiàn)在將參照圖18和圖19A至19C詳細描述以上所述控制的基本操作順序。圖18表示了一幅示意性方塊圖，說明了當前所述實施例的表面精加工裝置1A的一種控制系統(tǒng)，圖19A至19C表示了控制實例，用以表明如何在表面精加工操作過程中依據(jù)工件WA的擺動位置可變地控制靴壓力P，以將該靴壓力P施加給工件WA的目標成形外圍W1，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件WA軸向的給定分布型式，從而沿工件WA的軸向?qū)⒛繕顺尚瓮鈬鶺1表面精加工至橫截面為一種預期幾何輪廓。
參照圖18，控制系統(tǒng)包括主要由一CPU和多個存儲器組成的控制器100A，旋轉(zhuǎn)編碼器S1至S4與該控制器100A連接以接收檢測信號，該檢測信號分別涉及凸輪凸角部61的轉(zhuǎn)動位置、靴壓力P改變后偏心轉(zhuǎn)動件35的轉(zhuǎn)動位置、以及施加擺動后偏心轉(zhuǎn)動件35的轉(zhuǎn)動位置。同時，還分別向該控制器100A輸入與主馬達M1轉(zhuǎn)速以及擺動馬達M2轉(zhuǎn)速相關(guān)的檢測信號，其中，利用該主馬達M1的轉(zhuǎn)速確定工件轉(zhuǎn)速Vw，利用該擺動馬達M2的轉(zhuǎn)速確定擺動速度Vo。
該控制器100A響應(yīng)于由旋轉(zhuǎn)編碼器S2輸入且涉及偏心轉(zhuǎn)動件51轉(zhuǎn)動位置的檢測信號，并識別以找出是否凸輪軸60位于擺動位置。依據(jù)該凸輪軸60沿其軸向的擺動位置，控制器100A可變地控制施加給靴21A，21B的靴壓力P。
按照以下所述方式利用控制器100A可變地控制靴壓力P。如圖19A所示，操縱該控制器100A以控制包括壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B在內(nèi)的壓力施加機構(gòu)10A的操作，該壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B包括偏心轉(zhuǎn)動件35A，35B和馬達M4，M4，其將靴壓力P施加給靴21A，21B以利用壓力使研磨膜11與工件WA的目標成形外圍壓力接觸，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件WA軸向的給定分布型式，該給定分布型式使得當工件WA的擺動位置位于該工件W橫向擺動的擺動沖程終端部時施加給研磨膜11的靴壓力P大于當工件WA的擺動位置位于該工件W擺動沖程的中央部時施加給研磨膜11的靴壓力P。
更具體的，控制器100A將一控制信號輸出給加壓器馬達M4，以可控制該加壓器馬達M4的轉(zhuǎn)動，使得當凸輪軸60的擺動位置到達最左端(擺動角θo＝0度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于180度；當凸輪軸60的擺動位置到達中央位置(擺動角θo＝90度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于0度；當凸輪軸60的擺動位置到達最右端(擺動角θo＝180度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于180度。當偏心角θe等于180度時，靴壓力P達到最大(參見圖14)，因此當凸輪軸60的擺動位置到達工件W橫向擺動沖程的兩終端位置時產(chǎn)生的靴壓力P將大于當凸輪軸60的擺動位置到達工件W橫向擺動沖程的中央位置時產(chǎn)生的靴壓力P。
當按照以上所述方式控制施加給靴的靴壓力P時，與圖16B所示比較性例子中施加的靴壓力P相比，在工件WA邊緣部We的移動區(qū)域內(nèi)，研磨顆粒受到的損耗D將減小，如圖19A所示。指定所得到的研磨顆粒的損耗程度D為“b”(表示為a＞b)。研磨顆粒的損耗D減小意味著在相同靴壓力P下以及在單位時間內(nèi)利用研磨顆粒12進行研磨所導致的目標成形外圍W1的移除量減小(參見圖17C)。同時，由于工件W橫向擺動沖程中央部上的靴壓力P減小，因此單位時間內(nèi)在該工件W擺動沖程中央部處的移除量也減小。這些作用相結(jié)合，可提高工件WA擺動沖程兩端部與中央部之間移除量的均勻性，以形成橫截面為平面形狀的幾何輪廓，從而防止平直度降低。
同時，盡管在圖19A中為易于理解，所示意性表示的與工件W橫向擺動沖程兩端位置上相關(guān)的靴壓力P按照與比較性例子中靴壓力P0相同的壓力分布型式進行調(diào)節(jié)，但應(yīng)注意的是，在研磨操作的實際作業(yè)中，要考慮到執(zhí)行表面精加工的實際時間段來確定靴壓力P隨其變化的壓力分布型式。這也適用于其它示范性情況，如圖19B和19C所示，以下將分別對該圖19B和19C進行說明。
在通常作業(yè)中，試圖使某些工件的幾何輪廓確實地形成中凸狀構(gòu)造。為了通過減小凸輪凸角部61與氣門挺桿(未表示)之間的接觸區(qū)域來減少摩擦，在某些情況下希望使軸向延伸的幾何輪廓形成橫截面為中凸狀的輪廓。
當試圖使軸向延伸的幾何輪廓形成中凸形狀時，按照與如上所述相同的方式可變地控制靴壓力P。即，如圖19B所示，操縱控制器100A以控制包括壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B在內(nèi)的壓力施加機構(gòu)10A的操作，使得當工件WA的擺動位置位于該工件W橫向擺動沖程的兩端部時產(chǎn)生的靴壓力P大于當工件WA的擺動位置位于該工件W橫向擺動沖程的中央部時產(chǎn)生的靴壓力P。但是，在獲得中凸形狀幾何輪廓時工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P與該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P之間的變化率 要大于在獲得橫向面為平面形狀幾何輪廓時的變化率 在圖19B中，虛線表示在試圖獲得橫向面為平面形狀的幾何輪廓時所施加的靴壓力P的變化。
當按照以上所述方式控制靴壓力P時，在工件WA邊緣部We的移動區(qū)域內(nèi)，研磨顆粒受到的損耗D將進一步減小。指定所得到的研磨顆粒的損耗程度D為“c”(表示為a＞b＞c)。研磨顆粒的損耗D進一步減小意味著在相同靴壓力P下且在單位時間內(nèi)利用研磨顆粒12進行研磨所導致的目標成形外圍W1的移除量進一步減小。同時，由于工件W橫向擺動沖程中央部上的靴壓力P進一步減小，因此單位時間內(nèi)在擺動沖程中央部處的移除量也進一步減小。這些作用相結(jié)合，與工件WA的中央部相比，進一步加速了對該工件WA兩端部的研磨，從而可將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工為中凸形狀。
在通常作業(yè)中，試圖使某些工件的軸向延伸幾何輪廓確實地形成中凹狀構(gòu)造。即，在某些情況下，希望使曲柄軸62銷部63(參見圖15B)的軸向延伸幾何輪廓形成中凹狀輪廓。
當試圖使軸向延伸的幾何輪廓形成中凹形狀時，按照圖19C所示的方式可變地控制靴壓力P。即，操縱控制器100A以控制包括壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B在內(nèi)的壓力施加機構(gòu)10A的操作，使得工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P小于該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P。
更具體的，控制器100A將一控制信號輸出給加壓器馬達M4，以可控制該加壓器馬達M4的轉(zhuǎn)動，使得當曲柄軸62的擺動位置到達最左端(擺動角θo＝0度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于0度；當曲柄軸62的擺動位置到達中央位置(擺動角θo＝90度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于180度；當曲柄軸62的擺動位置到達最右端(擺動角θo＝180度)時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于0度。當偏心角θe等于180度時，靴壓力P達到最大(參見圖14)，因此工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P將小于該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P。
在工件WA邊緣部We的移動區(qū)域內(nèi)，當按照以上所述方式控制靴壓力P時研磨顆粒受到的損耗D將大于當施加圖16B比較性例子中所示靴壓力P時所得到的損耗D。指定所得到的研磨顆粒的損耗程度D為“d”(表示為d＞a)。研磨顆粒的損耗D增大意味著在相同靴壓力P下且在單位時間內(nèi)利用研磨顆粒12進行研磨所導致的目標成形外圍W1的移除量增大。同時，由于工件W橫向擺動沖程中央部上的靴壓力P增大，因此單位時間內(nèi)在擺動沖程中央部處的移除量也增大。這些作用相結(jié)合，就使得對工件WA目標成形外圍的中央部的研磨要更快于對該目標成形外圍終端部的研磨，從而可將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工為中凹形狀。
同時，由于工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P與該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P之間的變化率 依據(jù)該工件的軸向延伸幾何輪廓(形成橫截面為平面狀、中凸狀以及中凹狀)、表面精加工條件(例如靴壓力、工件轉(zhuǎn)速以及擺動速度中的各個基本值)、所要求的表面粗糙度而變，因此不應(yīng)單一地確定靴壓力的變化率，應(yīng)通過反復試驗來確定靴壓力的最終變化率。
此外，為與工件WA擺動位置同步地改變靴壓力P，在設(shè)計偏心轉(zhuǎn)動件35時，應(yīng)考慮到擺動周期來確定基圓半徑和相對于X方向的操作起始角、以及相對于Z方向的凸輪升程h和操作起始角。
現(xiàn)在，結(jié)合一種示范性例子描述當前所述實施例的表面精加工裝置的操作，在該示范性例子中，將軸向延伸的幾何輪廓的目標成形外圍表面精加工至橫截面呈平面形狀。
首先，將凸輪軸60安裝在頭架42和尾架46之間作為工件WA，然后將上下壓臂22，23移向凸輪凸角部61。在進行上述操作時，操縱泵缸25以縮回活塞桿26，從而沿打開方向操縱該上下壓臂22，23。接著，驅(qū)動泵缸25以使活塞桿26伸出，從而沿閉合方向移動上下壓臂22，23。此閉合移動允許利用靴21A，21B將研磨膜11放置到凸輪軸60的目標成形外圍W1即凸輪凸角部61上。
在上下壓臂22，23的打開移動過程中，操縱馬達M3以轉(zhuǎn)動繞線卷16。接著，使研磨膜11移動一給定長度，并將新的研磨顆粒面放置到目標成形外圍W1上。隨后，鎖定設(shè)置在供應(yīng)卷15附近的鎖定裝置并轉(zhuǎn)動繞線卷16，就給研磨膜11施加一給定的張力。接著，當鎖定繞線卷16附近的鎖定裝置時，就使研磨膜11進入工作狀態(tài)且張緊不松弛。
當按照如上所述方式夾緊凸輪凸角部61時，操縱壓力施加機構(gòu)10A以使兩靴21A，21B與該凸輪凸角部61鄰接，從而迫使研磨膜11的研磨顆粒面與目標成形外圍W1壓力接觸。
操縱驅(qū)動機構(gòu)40以使凸輪軸60繞其軸向轉(zhuǎn)動，同時操縱擺動機構(gòu)50以使該凸輪軸60沿其軸線在X方向擺動，凸輪凸角部61隨著靴盒28A，28B伸展及回縮的往復移動而轉(zhuǎn)動，該靴盒28A，28B分別位于凹穴27A，27B內(nèi)且用以固定上下盒21A，21B，從而研磨該凸輪凸角部61的目標成形外圍W1。
在這種研磨操作中，控制器100A控制擺動機構(gòu)50和壓力施加機構(gòu)10A，以相互同步地操縱該擺動機構(gòu)50和壓力施加機構(gòu)10A。在研磨操作過程中，該控制器100A依據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器S2所檢測到的偏心轉(zhuǎn)動件35的轉(zhuǎn)動位置識別凸輪軸60的擺動位置，并依據(jù)該凸輪軸60的擺動位置可變地控制施加給靴21A，21B的靴壓力P。即，該控制器100A控制加壓器馬達M4的操作，使得當凸輪軸60的擺動位置到達最左端或最右端時，偏心轉(zhuǎn)動件35的偏心角θe等于180度。這就使得在工件WA的徑向擺動方向上，擺動沖程終端部的靴壓力P要大于擺動沖程中央部的靴壓力P(參見圖19A)。
這就改進了移除量的不均勻性，該不均勻性發(fā)生在凸輪凸角部61的擺動沖程的兩端部與中央部之間，使軸向延伸的幾何輪廓形成平面形狀的橫截面，從而防止平直度降低。由此，僅通過調(diào)節(jié)研磨條件，就可沿工件WA的軸向?qū)δ繕顺尚瓮鈬鶺1的幾何輪廓進行受控制的表面精加工。
凸輪軸60可具有同時進行研磨操作的多個凸輪凸角部61。在研磨操作完成后，操縱泵缸25以縮回活塞桿26，從而向打開方向移動上下壓臂22，23，由此使該凸輪軸60處于可取出的狀態(tài)。在已取出凸輪軸60之后，可重新安裝另外的凸輪軸60，并可對該凸輪軸60進行類似的研磨操作。
圖20表示了在將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈中凸狀或中凹狀情況下，靴壓力P與擺動角θo之間的關(guān)系、工件橫截面形狀以及幾何變化量與靴壓力P之間的關(guān)系。
當將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈中凸狀時，按照以上所述方式控制研磨操作。即，這樣執(zhí)行該研磨操作，使得當將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈中凸狀時的變化率 大于當將目標成形外圍的幾何輪廓研磨至橫截面呈平面狀時所需的變化率 (參見圖19B及圖20的(A)欄)，其中，變化率 是工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P與該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P之間的變化率 這就使得與目標成形外圍即凸輪凸角部61的中央部相比，對其兩終端部的研磨要更迅速些，從而使該軸向延伸的幾何輪廓形成中凸形狀的橫截面。因此，僅通過調(diào)節(jié)研磨條件，就可沿工件WA的軸向?qū)δ繕顺尚瓮鈬鶺1的幾何輪廓進行預期截面形狀的受控制的表面精加工。
當將工件WA(例如曲柄軸62)軸向延伸的幾何輪廓研磨至橫截面呈中凹狀時，控制器100A控制加壓器馬達M4的操作，使得當曲柄軸62的擺動位置到達中央位置時，偏心轉(zhuǎn)動件35A，35B的偏心角θe等于180度，就使得工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P小于該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P(參見圖19C和圖20的(B)欄)。
這就使得與曲柄軸62目標成形外圍W1的兩終端部相比，對其中央部的研磨要更迅速些，從而使該軸向延伸的幾何輪廓形成中凹形狀的橫截面。因此，僅通過調(diào)節(jié)研磨條件，就可取決于工件WA的軸向?qū)δ繕顺尚瓮鈬鶺1的幾何輪廓進行預期截面形狀的受控制的表面精加工。
如上所述，對于當前所述實施例的表面精加工裝置1A，由于具備了以下部件，從而可以控制沿工件WA軸線的該工件WA目標成形外圍W1的幾何輪廓，所述部件包括研磨膜11；靴21A，21B；壓力施加機構(gòu)10A，其操作性地將靴21A，21B推向工件WA，以使研磨膜11的研磨面與該工件WA的目標成形外圍壓力接觸，同時還可自由地調(diào)節(jié)靴壓力P；作為工具移動機構(gòu)的擺動機構(gòu)50，其以給定沖程周期性地移動至少工件WA與研磨膜11之一，該給定沖程是相對于目標成形外圍的給定寬度所限定的，從而使得研磨膜相對于目標成形外圍處于可變的位置；旋轉(zhuǎn)編碼器S2，在擺動過程中檢測目前工件WA相對于研磨膜11的相對擺動位置，并產(chǎn)生一檢測信號，該檢測信號代表所檢測到的相對擺動位置；以及控制器100A，響應(yīng)于檢測信號而可變地控制壓力施加機構(gòu)的操作，以改變施加給靴21A，21B的靴壓力P，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件WA當前擺動位置的給定分布型式。有益效果是僅通過調(diào)節(jié)研磨條件，就可以執(zhí)行研磨操作而將工件WA目標成形外圍W1的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈任何預期形狀(平面，中凸或中凹狀)。
此外，控制器100A可以這樣控制壓力施加機構(gòu)10A的操作，使得當工件WA當前擺動位置處于該工件W擺動沖程兩端部時的靴壓力P大于當工件WA當前擺動位置處于該工件W擺動沖程中央部時的靴壓力P，因此僅調(diào)節(jié)研磨條件，就可將該工件WA的目標成形外圍W1的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈平面或中凸狀。
此外，通過操縱該壓力施加機構(gòu)10A，使研磨膜11與工件WA的目標成形外圍壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件軸向的某種給定分布型式，該給定分布型式使得當將軸向延伸的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈中凸狀時所需的變化率 大于當將目標成形外圍的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈平面狀時所需的變化率 其中，變化率 是工件W橫向擺動沖程兩端部的靴壓力P與該工件W橫向擺動沖程中央部的靴壓力P之間的變化率 從而可將幾何輪廓表面精加工至橫截面呈平面或中凸狀。
此外，由于控制器可以這樣控制壓力施加機構(gòu)的操作，使橫向擺動沖程兩端部上的靴壓力小于該擺動沖程中央部上的靴壓力，因此僅調(diào)節(jié)研磨條件，就可將該工件WA的目標成形外圍W1的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈中凹狀。
另外，當前所述實施例的表面精加工裝置1A實現(xiàn)了這樣一種研磨方法，該方法通過利用旋轉(zhuǎn)編碼器S2檢測在擺動過程中工件WA相對于研磨膜11的當前相對擺動位置，來對該工件WA目標成形外圍W1的幾何輪廓進行受控制的表面精加工，同時該方法能依據(jù)在研磨操作過程中利用旋轉(zhuǎn)編碼器S2檢測到的工件WA當前擺動位置，來可變地控制施加給靴的靴壓力。如上所述，有益效果在于僅通過調(diào)節(jié)研磨條件，就可以執(zhí)行研磨操作而依據(jù)工件WA的軸向?qū)⒃摴ぜA目標成形外圍W1的幾何輪廓表面精加工至橫截面呈任何預期形狀(平面，中凸或中凹狀)。
(第二實施例的變化形式)圖21示意性表示了圖13所示壓力施加機構(gòu)10A第二實施例的一種變化形式，其中，與第二實施例相同的組件采用相同的參考數(shù)字，并省略了重復說明。
圖21所示變化形式在結(jié)構(gòu)上不同于第二實施例之處在于用偏心轉(zhuǎn)動件135A和135B分別替換第二實施例中采用的偏心轉(zhuǎn)動件35A和35B，使該偏心轉(zhuǎn)動件135A和135B分別與相應(yīng)的壓桿34鄰接，且該偏心轉(zhuǎn)動件135A和135B具有不同于凸輪形偏心轉(zhuǎn)動件35A和35B的橢圓形狀。盡管如圖20所示，采用凸輪形偏心轉(zhuǎn)動件35A和35B可提供較急劇方式變化的靴壓力P，但采用具有橢圓形狀的偏心轉(zhuǎn)動件135A和135B可提供以較平緩方式變化的靴壓力P，如圖20中的點劃線所示。
盡管已參照一種特定構(gòu)造描述了當前所述實施例，在該特定構(gòu)造中，對凸輪軸60的凸輪凸角部61或者曲柄軸62的銷部63進行研磨以獲得沿工件WA軸向的預期幾何輪廓，但該研磨操作不僅可用于凸輪軸的凸輪凸角部61，也可用于曲柄軸62的銷部63。如果情況需要，可對橫截面為不完全圓形的圓弧形目標成形外圍進行該研磨操作，本發(fā)明還可應(yīng)用于使目標輪廓形成為其它圓弧形構(gòu)造的其它目的。
特別的，工件的目標成形外圍并不限于曲柄軸的銷部或凸輪軸的凸輪凸角部，當前所述實施例的表面精加工裝置可應(yīng)用于其它各種工件。
此外，盡管已參考這樣一種壓力施加機構(gòu)10A表示并描述了當前所述實施例，該壓力施加機構(gòu)10A用于可調(diào)節(jié)性地控制施加給靴21A，21B的靴壓力以使研磨膜11與工件的目標成形外圍壓力接觸，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式，該壓力施加機構(gòu)10A包括壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B，而該壓力調(diào)節(jié)單元31A，31B由工件卡簧33、偏心轉(zhuǎn)動件35A，35B以及加壓器馬達M4，M4組成，但可對該壓力施加機構(gòu)10A進行適當?shù)馗淖?。特別的，可采用一泵缸，適合于利用空氣在壓力下驅(qū)動該泵缸，以給靴21A，21B加壓，從而使研磨膜11的研磨面與工件WA壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式。在這種情況下，可通過使用電磁閥來調(diào)節(jié)供應(yīng)給該泵缸的空氣壓，或者改變供應(yīng)給該泵缸的空氣壓的方向，從而調(diào)整將靴壓力P施加給靴的壓力分布型式。
此外，盡管在當前所述實施例的表面精加工裝置中，所表示并描述的工具移動機構(gòu)由擺動機構(gòu)50組成，該擺動機構(gòu)50設(shè)置用以擺動工件支承臺49并由此橫向擺動工件W，但也可這樣改變該工具移動機構(gòu)，使適于支承工件WA的主心軸41擺動，以沿著工件的軸向周期性地移動該工件。在另一種替換方式中，該工具移動機構(gòu)可采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其直接擺動研磨膜11，或者直接擺動工件W與研磨膜11兩者。同時，擺動機構(gòu)50并不限于采用偏心轉(zhuǎn)動件51的這種特定結(jié)構(gòu)，該擺動機構(gòu)50可包括一超聲波振蕩器。
盡管在當前所述實施例的表面精加工裝置中，已表示并描述了一種結(jié)構(gòu)示例，在該結(jié)構(gòu)示例中，基于旋轉(zhuǎn)編碼器S2檢測到的偏心轉(zhuǎn)動件51的轉(zhuǎn)動位置來檢測工件W的擺動位置，但該表面精加工裝置可采用這樣一種變化結(jié)構(gòu)，其中，采用光學傳感器來直接檢測工件W的終端，并由此檢測該工件W的擺動位置。
此外，已經(jīng)結(jié)合一種結(jié)構(gòu)示例表示并描述了當前所述實施例的表面精加工裝置，該結(jié)構(gòu)示例中具有接合面形成為凹狀的靴，但本發(fā)明也可應(yīng)用于這樣的情況，其中，每個靴的末端形成為凸狀的圓弧形輪廓。
(第三實施例)圖22示意性表示了本發(fā)明第三實施例的表面精加工裝置，圖23是圖22所示表面精加工裝置的橫截面剖視圖，其中以略微夸張的形式表示了工件的銷部。
第三實施例的表面精加工裝置不同于第一實施例之處在于當前所述實施例的表面精加工裝置采取輥拋光裝置的形式，該輥拋光裝置通過在壓力下使拋光輥形式的表面精加工工具與工件W壓力接觸，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式，對在表面精加工中經(jīng)過初步研磨從而具有如圖5所示中凹狀輪廓橫截面的工件進行輥拋光加工。因此，與第一實施例相同的組件采用相同的參考數(shù)字，并簡化或省略對這些組件的說明。
第三實施例的表面精加工裝置100試圖在先前所述研磨操作之后、對在曲柄軸W目標成形外圍即銷部上形成的中凹狀輪廓兩終端部上的尖緣進行輥拋光，以將該目標成形外圍的中凹狀輪廓兩終端部上的尖緣弄平。具體的，操縱第三實施例的表面精加工裝置100，以對曲柄軸W銷部的兩終端部Wb，Wb上的尖緣T1(參見圖5和6)進行輥拋光，從而消除該尖緣及由于工具劃傷導致的凹陷，由此提高表面光潔度，以在該工件的目標成形外圍上獲得理想的表面硬度、耐磨性、耐疲勞及腐蝕性、平直度和增大的強度。順便一提的是，在研磨加工過程中，可能由例如脫落的研磨顆粒及研磨碎屑形成中凹狀輪廓，潤滑液無法排出該脫落的研磨顆粒及研磨碎屑。
現(xiàn)在參照圖22和23，它們表示了形式為輥拋光裝置的表面精加工裝置100第三實施例。該輥拋光裝置100包括一工件支承機構(gòu)101，由一工件支承臺102組成，該工件支承臺102具有一頭架和一尾架(兩者均未表示)，在輥拋光操作過程中將工件W固定在該頭架和尾架之間以轉(zhuǎn)動該工件W；一對輥103，可轉(zhuǎn)動地支承在工件支承臺102上，用以可轉(zhuǎn)動地支承工件W；一壓力施加機構(gòu)104，包括一夾具105和一工具架107，該夾具105與一壓力源106連接，并利用該壓力源106驅(qū)動該夾具105以向表面精加工工具施加壓力，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件軸向的給定分布型式，利用夾具105固定地保持工具架107，且該工具架107可轉(zhuǎn)動地支承作為表面精加工工具的一拋光輥108，該拋光輥108與經(jīng)由前述研磨操作所得到的工件W的凸狀部Wb鄰接；以及一驅(qū)動機構(gòu)109，與工件W可操作性地連接，用以在拋光操作過程中可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動該工件W。該拋光輥108的寬度Lr基本上等于凸狀部Wb的長度l(參見圖5)。
在實際作業(yè)中，工件支承臺102可為機械加工裝置中裝載有頭架和尾架的一種可滑動臺面，例如條板。
選擇性的，該輥拋光裝置100可包括與壓力源106連接的一夾具105’，以及利用該夾具105’固定的一工具架107’，該工具架107’可轉(zhuǎn)動地支承一拋光輥108’，該拋光輥108’與拋光輥108同軸對齊，以利用壓力源106同時操縱該拋光輥108和108’。在另一種可供選擇的形式中，可使拋光輥108，108’組合成為單獨一個細長拋光輥，不包括內(nèi)圓角部Wf在內(nèi)，該細長拋光輥的軸向長度基本上等于工件W目標成形外圍(銷部)的長度。在這種可供選擇的形式中，使該細長拋光輥不與目標成形外圍的中凹狀區(qū)域Wa鄰接，而同時與該目標成形外圍的兩凸狀區(qū)域Wb，Wb鄰接，從而可同時對該兩個凸狀區(qū)域Wb，Wb進行輥拋光。采用以上所提及的兩種構(gòu)造中的任何一種都可對目標成形外圍的凸狀部Wb進行拋光處理，防止以上所述凹陷突入內(nèi)圓角部Wf。
壓力源106可包括一種與如圖2所示第一實施例的壓力施加機構(gòu)10相類似的結(jié)構(gòu)，或者可包括一泵缸或一電動馬達，以使拋光輥108與工件W的目標成形外圍壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式。驅(qū)動機構(gòu)109可包括與圖1所示形成第一實施例的驅(qū)動機構(gòu)40相同的構(gòu)造，以按照如上所述方式轉(zhuǎn)動該工件W。
這里，術(shù)語“凸狀部”指在對工件W進行前述研磨操作后所得到的、自中凹狀部Wa的底部起沿徑向突出的突出部Wb。術(shù)語“尖緣”指依據(jù)如圖6所示的表面粗糙度截面曲線(sectional curve)，形成為鋸齒形的尖銳突起T1。
在操作中，使具有目標成形外圍的曲柄軸W經(jīng)初步研磨后形成具有中凹狀部Wa和凸狀部Wb，Wb的輪廓，然后將該曲柄軸W安裝在工件支承臺103的頭架與尾架(未表示)之間，使該曲柄軸W的目標成形外圍靠在輥對103，103上。接著，操縱壓力源106以將拋光輥108壓向該曲柄軸W的表面部(銷部)，且其壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件W軸向的給定分布型式。這里，使拋光輥108與工件W的凸狀部Wb壓力接觸，從而使得該拋光輥108的軸向平行于工件W的軸向。在壓力源106的操作過程中，利用驅(qū)動機構(gòu)109轉(zhuǎn)動工件W。由此，就可壓扁并弄平目標成形外圍的凸狀部Wb的尖緣，使得該目標成形外圍的強度增大。由此，不需要制備其直徑不合乎要求增大的曲柄軸，或者不需要制造大尺寸的曲柄軸，從而使得工件的構(gòu)造小型化，且工件具有較輕的質(zhì)量。
由于此拋光操作并不作用在工件目標成形外圍的整個區(qū)域上，而僅僅作用在凸狀部Wb上，因此可顯著地縮短執(zhí)行輥拋光操作的時間，在較短的時間段內(nèi)完成拋光操作。
但是，如果進行過度的輥拋光，從而過度地降低目標成形外圍上的表面粗糙度，就可能使得提供在經(jīng)壓平后的凸狀部Wb區(qū)域內(nèi)的油槽不充足，因此優(yōu)選的是，對目標部分進行一定限度的輥拋光，在該限度內(nèi)，僅壓平尖緣T1(參見圖7)而仍保留預期的油槽。
(第三實施例的實例)采用商業(yè)上可獲得的液壓式滾珠工具(由ECOROLL公司制造)作為輥拋光工具對曲柄軸進行拋光，以進行測試。將曲柄軸安裝在條板的頭架與尾架之間，并轉(zhuǎn)動該曲柄軸。首先，磨削(grounded)一曲柄軸以使其表面質(zhì)量值小于0.63μmRa。接著，在第一階段的研磨操作(粗研磨)中利用一種研磨膜對該曲柄軸進行研磨，該研磨膜的研磨面覆蓋有大約30μm的研磨顆粒，使表面質(zhì)量值小于0.2μmRa。然后，利用另一種研磨膜執(zhí)行第二階段的研磨步驟(精研磨)，該研磨膜的研磨面覆蓋有大約20μm的研磨顆粒，使表面質(zhì)量值小于0.1μmRa。
在精研磨之后，對所得到的曲柄軸進行輥拋光。但這難以弄平由研磨操作所得到的曲柄軸的尖緣。因為人們認為算術(shù)平均粗糙度值大約小于0.1μmRa意味著表面粗糙度值為大約1μm，該曲柄軸具有相當好的表面粗糙度，且在表面粗糙度截面曲線中具有被認為分布密集的小尖緣。
因此，應(yīng)取消第二階段的研磨操作，而對經(jīng)第一階段研磨操作后的曲柄軸進行拋光操作。在此拋光操作之后，可弄平根據(jù)表面粗糙度截面曲線的尖緣T1(參見圖7)，并形成良好的油槽形成功能。
對于當前所述實施例的輥拋光裝置，由于首先對工件進行研磨操作以使得目標成形外圍形成中凹狀輪廓，然后利用壓力對該工件的中凹狀輪廓兩側(cè)的凸狀部進行輥拋光，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式，從而形成扁平表面，因此在與相關(guān)組件鄰接的工件銷部兩端上，即使出現(xiàn)將壓力施加給該扁平表面，也可在一段持續(xù)時間內(nèi)維持輥拋光后的原有表面精加工質(zhì)量，從而提高了耐久性且不會出現(xiàn)所謂的原有磨損。
此外，通過對工件中凹狀輪廓兩側(cè)上的凸狀部進行輥拋光，可將該工件的銷部表面精加工為具有良好的平直度。同時，由于在與相關(guān)組件鄰接的中凹狀輪廓兩側(cè)上，壓縮殘余應(yīng)力被施加給經(jīng)壓平的凸狀部，因此工件具有改進的強度，能夠使其結(jié)構(gòu)小型化且使其具有較輕的質(zhì)量，而不會不希望地形成大直徑或大尺寸工件。
此外，由于依據(jù)表面粗糙度截面曲線對工件銷部的尖緣進行輥拋光，因此可在給定的有限范圍內(nèi)以預定深度將壓縮殘余應(yīng)力施加給經(jīng)壓平的表面，結(jié)果，該工件可具有改進的強度，從而使其結(jié)構(gòu)小型化且使其具有較輕的質(zhì)量。同時，可在與相關(guān)組件鄰接的該工件銷部的兩端上形成油槽，從而提高了耐久性。特別的，由于輥拋光僅作用在工件銷部的凸狀部上，因此即使施加以相當高的壓力，也可成功地實現(xiàn)該輥拋光，從而可以避免在拋光區(qū)域形成凹陷，使表面精加工形成良好的平直度。
如果采用兩端形成有連接部或銷部的曲柄軸作為工件，可在輥拋光之后對該連接部或銷部進行研磨，進一步地增強以上所述優(yōu)點。即，當將一軸承或一連接桿安裝到曲柄軸的連接部或銷部上作為相關(guān)組件時，不僅可以避免以上所述凹陷、提高強度、使其結(jié)構(gòu)小型化、使其具有較輕的質(zhì)量、以及進一步增強表面精加工的優(yōu)勢，還可以使該連接部或銷部的凹狀中央部成為一種油槽，自該油槽將油供應(yīng)給最終產(chǎn)品的兩端部，從而顯著改進潤滑性能和耐久性。
(第四實施例)圖24示意性表示了本發(fā)明第四實施例的表面精加工裝置，圖25是圖24所示表面精加工裝置的側(cè)視圖。
第四實施例的表面精加工裝置不同于第三實施例之處在于要進行輥拋光的工件WB是經(jīng)初步操作例如機械初加工、熱處理及磨削(grounding)后形成圓柱形外部構(gòu)造的目標成形外圍(銷部或連接部)Wp，將相關(guān)組件例如一連接桿或軸承安裝到該目標成形外圍上，同時不同之處還在于使拋光輥形式的表面精加工工具與該工件WB的目標成形外圍Wp壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件WB軸向的給定分布型式，從而在表面精加工中將該工件WB的目標成形外圍輥拋光為一種中凸狀輪廓，在該中凸狀輪廓中，目標成形外圍中央?yún)^(qū)域的直徑大于該目標成形外圍兩端區(qū)域的直徑。與第三實施例相同的組件采用相同的參考數(shù)字，并簡化或省略對這些組件的說明。
現(xiàn)在參照圖24和25，它們表示了形式為輥拋光裝置的表面精加工裝置110第四實施例。該輥拋光裝置100包括一工件支承機構(gòu)101，由一工件支承臺102組成，該工件支承臺102具有一頭架和一尾架(兩者均未表示)；輥對103，可操作性地位于工件支承臺102上；壓力源106；以及一壓力施加機構(gòu)111，用以將表面精加工工具施加壓力，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式。該壓力施加機構(gòu)111包括一對加壓件112，該加壓件112自壓力源106起垂直朝向工件WB延伸，且該加壓件112的下端支承著一樞轉(zhuǎn)軸114，該樞轉(zhuǎn)軸114垂直于工件WB的軸向延伸；一夾具116，具有上部116a、中部116b和下支架部116c，116c，利用樞轉(zhuǎn)軸114可樞轉(zhuǎn)地支承該中部116b，利用該下支架部116c，116c可轉(zhuǎn)動地支承拋光輥118并使該拋光輥118與工件WB的目標成形外圍Wp(銷部)鄰接；一支架120，其一端與加壓件112，112連接。該壓力施加機構(gòu)111還包括一搖擺機構(gòu)122，利用支架120支承該搖擺機構(gòu)122，該搖擺機構(gòu)122與夾具116的上部116a操作性連接并驅(qū)使該夾具116繞樞轉(zhuǎn)軸114的中心搖擺，以使拋光輥118按照給定的壓力分布型式與工件WB的目標成形外圍Wp壓力接觸。
拋光輥118包括具有圓柱外形的普通輥。該拋光輥118的軸向長度R1優(yōu)選略大于目標成形外圍Wp(銷部)的軸向長度L1，以使該拋光輥118的兩邊緣略微伸入在橫向上與該目標成形外圍Wp相鄰的內(nèi)圓角部Wf，Wf。特別的，這樣設(shè)計拋光輥118軸向長度R1大于該軸向長度L1的程度，使得在該拋光輥118的最大傾斜過程中，不會阻礙平衡器(未表示)移近曲柄軸的銷部Wp。
搖擺機構(gòu)122由一搖擺源124、一對支承件126，126以及夾緊件128，128組成，利用支架120固定地支承搖擺源124，且該搖擺源124包括一活塞124a和一活塞桿124c，該活塞124a可滑動地設(shè)置在一氣缸124b內(nèi)，該活塞桿124c的中央部與活塞124a連接，支承件126的上端與活塞桿124c的末端連接以依據(jù)活塞124a的位置橫向移動，將夾緊件128，128分別固定在兩支承件126，126的底端，且該夾緊件128，128在接觸點S，S處與夾具116的上端116a鄰接，以將支承件126的橫向移動轉(zhuǎn)換為該夾具116的搖動。
在當前所述實施例中，搖擺源124優(yōu)選為那種可控制夾具116搖動角θ的搖擺源，為此，采用液驅(qū)動式活塞/氣缸機構(gòu)作為搖擺源124。在控制搖動角θ時，使氣缸124b的縱向長度為給定長度，從而能夠限定活塞124a的沖程。
形成搖擺源124的活塞/氣缸機構(gòu)兩端與導管Pa，Pb連接，經(jīng)由該導管將施壓液體選擇性且周期性地供應(yīng)給氣缸124b的兩側(cè)，以使活塞124a向左及向右移動，從而分別經(jīng)由活塞桿124c，124c使支承件126，126向相反方向移動，由此夾緊件128，128就經(jīng)由夾具116的頭部116a使該夾具116繞樞轉(zhuǎn)軸114的中心搖動一角度θ，從而使拋光輥周期性地以傾斜角度θ與工件W的銷部Wp接觸，由此在表面精加工中按照以下將要詳細描述的方式將該銷部Wp輥拋光為中凸狀輪廓。
在實際作業(yè)中，這樣選擇夾具116繞樞轉(zhuǎn)軸114中心搖動的搖動角θ，使得依據(jù)距離A1與距離A2之間的比率(A1/A2)，該距離A1是接觸位置S與樞轉(zhuǎn)軸114中心O之間的距離，該接觸位置S是夾緊件128與夾具116頭部116a之間的接觸位置，該距離A2是樞轉(zhuǎn)軸114中心O與拋光輥118底端之間的距離，足以使尺寸比率位于1至2之間的范圍內(nèi)，并足以使搖動角θ在0至1度之間的范圍內(nèi)。因此，可將活塞124a的沖程設(shè)定為一個極小的值。
在操作中，對車用曲柄軸WB的銷部Wp進行機械加工及熱處理，接著，對其進行磨削以將內(nèi)圓角部Wf，Wf之間精加工至平直的圓柱形。將此曲柄軸安裝在頭架與尾架(未表示)之間，并將其放置到銷部Wp與輥對103，103鄰接的適當位置上。
操縱壓力源106以使拋光輥118對著輥對103，103與銷部Wp壓力接合。在這種情況下，操縱驅(qū)動機構(gòu)109以轉(zhuǎn)動曲柄軸WB，接著，操縱搖擺機構(gòu)122以經(jīng)由夾具116使拋光輥118搖動，從而對銷部Wp進行輥拋光。
更具體的，將施壓液體供應(yīng)給搖擺源124的導管Pb，該搖擺源124的活塞124a就在氣缸124b內(nèi)向左移動，從而經(jīng)由活塞桿124c，124c使支承件126及與之相連的夾緊件128向左移動，由此使得夾具116的上端116a繞樞轉(zhuǎn)軸114的中心O向左擺動。由于利用氣缸124b限定活塞124a的沖程，因而搖動角θ被限定在大約0至1度的值范圍內(nèi)。結(jié)果，利用該夾具116的下支架部116c，116c支承的拋光輥118就向右方搖擺。
相應(yīng)的，在這種情況下，如果在操縱壓力源106的同時，利用驅(qū)動機構(gòu)109使銷部Wp轉(zhuǎn)動，就可使拋光輥118以略微傾斜的角度與該銷部Wp壓力接觸，如圖26所示，從而對該銷部Wp進行輥拋光，以使得該銷部Wp的左肩部被壓陷而變形。
同時，將施壓液體供應(yīng)給搖擺源124的導管Pa，該搖擺源124的活塞124a就在氣缸124b內(nèi)向右移動，從而經(jīng)由活塞桿124c，124c使支承件126及與之相連的夾緊件128向右移動，由此使得夾具116的上端116a繞樞轉(zhuǎn)軸114的中心O向右擺動。結(jié)果，拋光輥118就繞樞轉(zhuǎn)軸114的中心向左轉(zhuǎn)動并停下來。
相應(yīng)的，在這種情況下，如果在操縱壓力源106的同時，利用驅(qū)動機構(gòu)109使銷部Wp轉(zhuǎn)動，就可使拋光輥118以略微傾斜的角度與該銷部Wp壓力接觸，如圖27所示，從而對該銷部Wp進行輥拋光，以使得該銷部Wp的右肩部被壓陷而變形。
因此，當利用拋光輥118對銷部Wp的左右肩部進行拋光的同時，搖動該拋光輥118，那么即使該拋光輥118具有平直延伸的圓柱外形，也可在傾斜狀態(tài)下將該拋光輥118的外部形狀傳遞給該銷部Wp，并使得對該銷部Wp縱向兩端部的壓陷速率大于對該銷部Wp中央部的壓陷速率。
結(jié)果，該銷部Wp的整個外圍輪廓形成一種中央隆起的構(gòu)造，即鼓形。此外，如圖29所示，在對該銷部Wp的輥拋光操作過程中，將表面的尖緣T1壓陷至一定程度，并使谷部T2一定程度的閉合(berried)。這就可改進表面性質(zhì)和產(chǎn)品輪廓，以提供形成有油槽的平滑表面性質(zhì)，從而提高潤滑性能。
特別的，一旦該銷部形成為中央隆起構(gòu)造，當該銷部Wp在滑動接觸中與相關(guān)組件緊密配合時，由于該銷部Wp僅在其中央?yún)^(qū)域內(nèi)的一個接觸點處與相關(guān)組件接觸，因而該銷部Wp和相關(guān)組件可以相當好的平衡狀態(tài)相互緊密配合，而不會導致任何偏離荷載(deviated loading)，可防止出現(xiàn)偏離磨損并減少接觸面的變化，從而提高長期使用的操作穩(wěn)定性以及耐久性。
此外，由于在銷部上Wp形成中央隆起輪廓可將壓縮殘余應(yīng)力施加給與該銷部Wp緊密配合的相關(guān)組件的中央?yún)^(qū)域，而不會由于凹陷而降低圓度，提高整個銷部Wp的強度，并可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)小型化以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕型化，而不需要非預期地形成大直徑或大尺寸的曲柄軸。另外，活塞/氣缸機構(gòu)形成一種使拋光輥118搖動的小型搖擺源124，因而即使在有限的狹窄空間內(nèi)，也可簡單地形成具有中央隆起輪廓的工件，從而能在短時間內(nèi)輕易地實現(xiàn)拋光操作，降低成本。
此外，銷部Wp具有中央隆起輪廓就使得該銷部Wp和相關(guān)組件在受限的接觸區(qū)域內(nèi)接合，同時能沿著該銷部Wp的縱向?qū)⒑奢d施加給該銷部Wp的中央，該銷部Wp自始至終都受到穩(wěn)定的荷載，從而減少了磨損。
(第四實施例的實例)首先，磨削一曲柄軸以使其表面質(zhì)量值小于0.63μmRa，然后將該曲柄軸安裝在條板的頭架與尾架之間。接著，利用商業(yè)上可獲得的液壓式滾珠工具(由ECOROLL公司制造)對所得到曲柄軸的銷部進行輥拋光。當圖28中所示高度m達到2至8μm時結(jié)束輥拋光。同時，成功地弄平圖29中所示表面粗糙度截面曲線中的尖緣T1。
在該輥拋光之后，將一連接桿安裝到所得到的曲柄軸上，將該曲柄軸與連接桿的組件插入一發(fā)動機內(nèi)，由此操縱該發(fā)動機。在執(zhí)行測試時，已證實所得到曲柄軸的令人滿意、沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中且潤滑性能良好。
對于當前所述實施例的表面精加工裝置110，由于通過搖動圓柱形拋光輥來對工件的目標成形外圍進行拋光，沿著目標成形外圍的軸線將該拋光輥放置在該目標成形外圍上，且使拋光輥壓向目標成形外圍，該壓力表現(xiàn)出依據(jù)該工件軸向的給定分布型式，因而對該目標成形外圍縱向兩端部的輥拋光程度大于對其中央部的輥拋光程度。這就改進了表面粗糙度、增大了動載荷組件的疲勞強度、提高了表面性質(zhì)、改進了表面輪廓、節(jié)省了制造時間并提高了耐疲勞性?？蓪⒐ぜ哪繕顺尚瓮鈬纬善渲醒?yún)^(qū)域直徑大于其兩端部直徑的中央隆起輪廓。特別的，與采用昂貴拋光輥所需要的成本相比，采用具有平直圓柱形構(gòu)造的拋光輥可降低制造成本，以更小的投資換來顯著的經(jīng)濟效益。
此外，在將工件的目標成形外圍拋光為中央隆起輪廓時，該工件的目標成形外圍在一個接觸點處與相關(guān)組件緊密配合接觸，從而允許以相當好的平衡狀態(tài)使相關(guān)組件相互接合，而不會出現(xiàn)偏離荷載。這就使得沒有偏離磨損，并減少了接觸區(qū)域的變化。可提高長期使用的操作穩(wěn)定性，并提高耐久性。同時，由于工件的目標成形外圍不會產(chǎn)生以上所述毛刺，并可將壓縮殘余應(yīng)力施加給與相關(guān)組件接合的區(qū)域，因此產(chǎn)品強度得到提高。
另外，由于僅通過拋光輥的搖擺移動就可實現(xiàn)拋光操作，因此易于執(zhí)行該拋光操作，并可在短時間內(nèi)完成表面精加工，從而可降低操作成本。
此外，由于提供這樣一種夾具，該夾具的中央部可樞轉(zhuǎn)地支承在樞轉(zhuǎn)軸上，且適于利用搖擺源使該夾具的端部搖動一給定搖動角，與此同時，還使壓力施加機構(gòu)向拋光輥施加壓力，因此可使拋光輥進行搖動，并以一種平滑且簡單的方式將該拋光輥壓向工件的目標成形外圍。
此外，由于搖擺源具有使支承拋光輥的夾具繞樞轉(zhuǎn)軸中心搖動的能力，以及調(diào)節(jié)該拋光輥相對于工件的傾斜狀態(tài)的能力，因此即使在狹窄空間內(nèi)也可使相對于工件的軸線傾斜該拋光輥，由此顯著地改進工作性能。同時，由于可利用壓力施加機構(gòu)使拋光輥與工件壓力接觸，而利用搖擺源使該拋光輥傾斜，因此可單獨調(diào)節(jié)工件的傾斜狀態(tài)和壓力施加狀態(tài)，從而可以精確且相當容易的方式將該工件拋光為具有預期中央隆起部的輪廓。
另外，提供由活塞/氣缸機構(gòu)組成的搖擺源可在相當緊湊的空間內(nèi)搖擺夾具。
此外，一旦選擇具有連接部或銷部的工件且每個連接部或銷部的兩端都形成有內(nèi)圓角部，那么該內(nèi)圓角部的空隙可用于搖動拋光輥，從而更易于執(zhí)行拋光操作。
在此分別引入申請日為2003年2月14日的日本專利申請No.TOKUGAN 2003-036704、申請日為2003年2月12日的日本專利申請No.TOKUGAN 2003-034073、申請日為2003年3月12日的日本專利申請No.TOKUGAN 2003-066592、申請日為2003年2月14日的日本專利申請No.TOKUGAN 2003-036700的全部內(nèi)容以供參考。
盡管以上已參照本發(fā)明的特定實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定以上所述實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在以上說明的啟示下可對上述實施例作出修改和變化。參照以下權(quán)利要求書限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種表面精加工裝置，用于對工件進行表面精加工，包括工件支承機構(gòu)，用于支承具有要被表面精加工的目標成形外圍的工件；表面精加工工具，適于與所述工件的目標成形外圍鄰接；壓力施加機構(gòu)，操作性地向所述表面精加工工具施加壓力，以使所述表面精加工工具與所述工件的目標成形外圍保持壓力接觸，且所述壓力表現(xiàn)出取決于所述工件的軸向的分布型式；以及驅(qū)動機構(gòu)，其在所述壓力施加機構(gòu)的操作過程中繞所述軸向轉(zhuǎn)動所述工件，以允許所述表面精加工工具將所述工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出所述表面精加工工具的壓力分布型式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面精加工裝置，還包括工具移動機構(gòu)，所述工具移動機構(gòu)以一給定沖程周期性地移動至少所述工件與所述表面精加工工具中的一個，從而相對于所述工件的目標成形外圍周期性地以所述給定沖程移動所述表面精加工工具的加工位置，以允許將所述目標成形外圍表面精加工為所述給定的幾何輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面精加工裝置，其特征在于所述表面精加工工具包括研磨膜，所述研磨膜包括薄壁基底件，所述薄壁基底件的整個表面上都設(shè)有研磨材料，所述薄壁基底件的研磨面適于面對將要被研磨的所述目標成形外圍；以及所述壓力施加機構(gòu)包括多個設(shè)置在所述研磨膜背面的靴，以保持所述研磨膜的研磨面與將要被研磨的所述目標成形外圍保持接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面精加工裝置，其特征在于所述壓力施加機構(gòu)包括一夾具，所述夾具操作性地使所述多個靴位于所述研磨膜背面上的不同接觸區(qū)域內(nèi)，所述不同接觸區(qū)域在所述將要被研磨的目標成形外圍的中央?yún)^(qū)域內(nèi)部分地重疊，而在所述將要被研磨的目標成形外圍的兩端區(qū)域內(nèi)不重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面精加工裝置，其特征在于所述多個靴相對于所述將要被研磨的目標成形外圍位于相對的偏心位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面精加工裝置，其特征在于所述多個靴包括寬度相同的偶數(shù)個靴，所述偶數(shù)個靴相對于所述將要被研磨的目標成形外圍的中心在不同側(cè)上交替偏置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面精加工裝置，其特征在于所述多個靴之間的偏移量為所述將要被研磨的目標成形外圍的給定寬度的3至12％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工具移動機構(gòu)包括沿所述工件的軸向擺動至少所述工件和所述研磨膜中的一個的擺動機構(gòu)；以及所述多個靴之間的偏移量設(shè)定為小于所述擺動機構(gòu)的擺動沖程。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工件包括具有連接部或銷部的曲柄軸，每個所述連接部或銷部都具有所述目標成形外圍，且在所述目標成形外圍的兩端上形成有內(nèi)圓角部。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面精加工裝置，其特征在于所述研磨膜包括不可延伸但可變形的薄壁基底件。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面精加工裝置，其特征在于所述夾具還包括靴壓力調(diào)節(jié)單元，所述靴壓力調(diào)節(jié)單元操作性地調(diào)節(jié)施加給所述多個靴的靴壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工具移動機構(gòu)包括沿所述工件的軸向使至少所述工件和所述研磨膜中的一個相對于彼此擺動的擺動機構(gòu)；以及還包括檢測單元，在所述擺動機構(gòu)執(zhí)行擺動的過程中，檢測所述工件相對于所述研磨膜的相對擺動位置，以指示所述工件的當前相對擺動位置；以及控制器，用于響應(yīng)于所述工件的當前相對擺動位置可變地控制所述壓力調(diào)節(jié)單元以改變所述靴壓力，從而使所述研磨膜與所述工件的目標成形外圍保持接觸，以將所述目標成形外圍研磨成所述給定幾何輪廓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面精加工裝置，其特征在于所述控制器控制所述壓力調(diào)節(jié)單元的操作，從而使得在所述工件的擺動過程中，當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的兩端時產(chǎn)生的靴壓力要大于當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的中央位置時產(chǎn)生的靴壓力，由此所述給定幾何輪廓形成為平面狀與中凸狀中的至少一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面精加工裝置，其特征在于所述控制器控制所述壓力調(diào)節(jié)單元的操作，從而使得在所述工件的擺動過程中，當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的兩端時產(chǎn)生的靴壓力要小于當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的中央位置時產(chǎn)生的靴壓力，由此所述給定幾何輪廓形成為中凹狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的表面精加工裝置，其特征在于所述控制器控制所述壓力調(diào)節(jié)單元的操作，從而使得將所述幾何輪廓形成為中凸狀時所需的變化率設(shè)定為大于將所述幾何輪廓形成為平面狀時所需的變化率，其中，所述變化率是在所述工件的擺動過程中，當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的兩端時產(chǎn)生的壓力與當所述工件的擺動位置位于所述工件的擺動沖程的中央位置時產(chǎn)生的壓力之間的變化率。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面精加工裝置，其特征在于所述壓力施加機構(gòu)包括第一和第二壓臂、第一和第二靴盒以及第一和第二壓力調(diào)節(jié)單元，其中，所述第一和第二壓臂被樞轉(zhuǎn)地支承以使它們可在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)移動，所述第一和第二靴盒由所述第一和第二壓臂可滑動地承載，且所述靴盒設(shè)置在與所述工件目標成形外圍保持相接觸的所述研磨膜的背面上，所述第一和第二壓力調(diào)節(jié)單元分別與所述第一和第二靴盒協(xié)作，以分別向所述第一和第二靴施加可調(diào)節(jié)的靴壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的表面精加工裝置，其特征在于，所述第一和第二壓力調(diào)節(jié)單元包括第一和第二升降調(diào)節(jié)件以及第一和第二促動器，所述第一和第二升降調(diào)節(jié)件分別經(jīng)由第一和第二加壓器桿與所述第一和第二靴盒操作性地連接，所述第一和第二促動器分別與所述第一和第二升降調(diào)節(jié)件連接以相對于所述第一和第二加壓器桿分別改變所述第一和第二升降調(diào)節(jié)件的角加工位置，由此改變分別施加給所述第一和第二靴的靴壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工件具有被研磨成中凹狀的幾何輪廓的目標成形外圍；一夾具與所述壓力施加機構(gòu)連接，且所述夾具包括一工具架；以及所述表面精加工工具包括一由所述工具架支承的與所述工件的目標成形外圍壓力接觸的拋光輥，由此將所述目標成形外圍的終端凸狀部分拋光成給定的表面粗糙度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的表面精加工裝置，其特征在于所述拋光輥可操作來弄平位于所述目標成形外圍的兩終端凸狀部上的尖緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工件的目標成形外圍包括曲柄軸的連接部或銷部，且所述目標成形外圍的兩端上形成有內(nèi)圓角部。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工件具有形成為圓柱構(gòu)造的幾何輪廓的目標成形外圍；所述表面精加工工具包括一由所述壓力施加機構(gòu)支承的圓柱形拋光輥，所述拋光輥與所述工件的軸向?qū)R；所述壓力施加機構(gòu)包括用于支承所述圓柱形拋光輥的夾具；以及一搖擺機構(gòu)由所述壓力施加機構(gòu)支承，所述搖擺機構(gòu)經(jīng)由所述夾具相對于所述工件的軸向搖動所述拋光輥，所述目標成形外圍被拋光為一其中央部的直徑大于該中央部的兩端的直徑的中央隆起輪廓。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的表面精加工裝置，其特征在于所述夾具可樞轉(zhuǎn)地支承在一樞轉(zhuǎn)軸上，且所述夾具的一端與所述搖擺機構(gòu)操作性地連接以被樞轉(zhuǎn)地移動，從而相對于所述工件的目標成形外圍搖動所述拋光輥；以及在所述搖擺機構(gòu)的搖擺操作過程中，所述樞轉(zhuǎn)軸通過所述壓力施加機構(gòu)壓向所述工件的目標成形外圍。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的表面精加工裝置，其特征在于所述搖擺機構(gòu)包括與所述夾具的一端操作性連接的一對夾緊件、分別支承所述一對夾緊件的一對支承件、以及由所述壓力施加機構(gòu)支承且與所述支承件連接以搖動所述夾具的一搖擺源；以及控制所述搖動量以能夠控制所述支承件的搖擺角。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的表面精加工裝置，其特征在于所述搖擺源包括活塞/氣缸機構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的表面精加工裝置，其特征在于所述工件包括具有連接部或銷部的曲柄軸，每個所述連接部和銷部都具有所述目標成形外圍，在所述目標成形外圍的兩端上形成有內(nèi)圓角部。
26.一種表面精加工裝置，用于對工件進行表面精加工，包括工件支承裝置，用于支承具有要被表面精加工的目標成形外圍的工件；表面精加工工具，適于與所述工件的目標成形外圍鄰接；壓力施加裝置，用于向所述表面精加工工具施加壓力，以使所述表面精加工工具與所述工件的目標成形外圍保持壓力接觸，且所述壓力表現(xiàn)出取決于所述工件的軸向的分布型式；以及轉(zhuǎn)動裝置，用于在所述壓力施加裝置的操作過程中繞所述軸向轉(zhuǎn)動所述工件，以允許所述表面精加工工具將所述工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出所述表面精加工工具的壓力分布型式。
27.一種對工件進行表面精加工的方法，所述方法包括支承具有要被表面精加工的目標成形外圍的工件；使表面精加工工具與所述工件的目標成形外圍鄰接；向所述表面精加工工具施加壓力，以使所述表面精加工工具與所述工件的目標成形外圍保持壓力接觸，所述壓力表現(xiàn)出取決于所述工件的軸向的分布型式；以及繞所述軸向轉(zhuǎn)動所述工件，以允許所述表面精加工工具將所述工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，同時表現(xiàn)出所述表面精加工工具的壓力分布型式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對工件進行表面精加工的裝置及方法，包括工件支承機構(gòu)，支承將要進行表面精加工的具有目標成形外圍以及給定寬度的工件；以及夾具，其使表面精加工工具與工件的目標成形外圍鄰接。壓力施加機構(gòu)操作性地經(jīng)由夾具向表面精加工工具施加壓力，以使該表面精加工工具與工件的目標成形外圍保持壓力接觸，且該壓力表現(xiàn)出依據(jù)工件軸向的分布型式。驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動工件，以使表面精加工工具將該工件的目標成形外圍表面精加工為一種給定幾何輪廓，取決于給定的壓力分布型式，該給定幾何輪廓沿著工件的軸向變化。
文檔編號B24B19/00GK1520962SQ200410003990
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者近藤智浩, 飯泉雅彥, 小又正博, 長谷川清, 荻野崇, 渡邊孝文, 千田義之, 松下靖志, 武田和夫, 之, 博, 夫, 彥, 志, 文, 清 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社