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CN108972176B - 动态阻尼的无心磨床及磨削方法 - Google Patents

动态阻尼的无心磨床及磨削方法 Download PDF

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CN108972176B CN201810569017.7A CN201810569017A CN108972176B CN 108972176 B CN108972176 B CN 108972176B CN 201810569017 A CN201810569017 A CN 201810569017A CN 108972176 B CN108972176 B CN 108972176B
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Abstract

本发明涉及一种动态阻尼的无心磨床，其包括：轮子(1、2)，在轮子之间设置有待磨削的零件(3)；用于承载轮子(1、2)的头部(5、6)；至少一个平移装置(7、8)，其用于使头部(5、6)中的一个平移，以根据轮子(1、2)的分离和接近方向产生运动；用于探测头部(5、6)中的至少一个的振动的探测装置(9)；和至少一个阻尼器(10)，其被构造成用于产生振动阻尼运动。

Description

动态阻尼的无心磨床及磨削方法
技术领域
本发明涉及用于磨削圆柱形零件的无心磨床，从而提议了一种无心磨床，并且涉及一种能够衰减因磨削过程而在该磨床中感生的振动的磨削方法。
背景技术
无心磨削是一种广泛使用的机加工过程，以便以高生产比率制造精密的圆柱形零件，这主要是通过消除用于对待磨削的零件进行定心和锚固的操作来实现的，这显著缩短了操作时间并且给予了自动进行该磨削操作的可能性。
磨削在具有基本布置结构的磨床中加以执行，该基本布置结构包括：承载轮子的两个头部，在轮子之间设置有待磨削的零件，这些轮子通常被称之为磨削轮和调节轮；用于保持该零件的保持装置，其通常被称之为托板(blade)；以及至少一个平移装置，其用于使得头部中的一个平移，该平移装置允许根据轮子的分离和接近运动来按照需要改装轮子的相对位置。例如，分别于1916年和1921年提交的专利文献GB107292和US1733086公开了具有上述基本布置结构的无心磨床。
在保持该基础布置结构的情况下，存在每个轮子具有一个平移装置的磨床，其中，轮子可根据其分离和接近运动并且另外根据关于零件的横向运动、乃至进一步根据改变轮子和零件之间的入射角的旋转运动来移动。
尽管存在下列事实，即，无心磨床的基本布置结构相对于设想到的最早设计(例如在GB107292和US1733086中所描述的那些)并未经历任何相当大的变化，但所述基本布置结构由于在磨削零件时出现了振动而导致具有缺点。除了在该磨床的构件中产生应力所涉及的主要因素中的一个之外，这些振动在磨削过程中产生不稳定性，从而致使零件的表面修饰不良并且轮子出现显著的磨损。
磨床的机械结构趋向于在磨削操作期间振动。主要存在与头部打开模式相对应的两种临界振动模式，即，存在用于使承载轮子的头部和零件沿轮子在该零件上施压的方向彼此更为靠近/远离移动的相对运动。由此，当轮子压靠在该零件上时，产生振动，该振动致使头部根据轮子的旋转方向而弯曲。尽管存在该磨床的两种主要振动模式，但也可存在其它振动模式，从而致使两个轮子之间的相对振动运动，例如，头部的扭曲会是另一种临界振动模式。
为了阻尼或消除这些不希望存在的在磨削期间产生的振动，下列技术是已知的，即，这些技术包括当探测到振动的出现时，改变磨削参数。为此，该磨床的机械结构在磨削期间的振动通过传感器(例如加速度传感器)进行控制，使得当探测到振动出现时，通过例如改变该平移装置的前向移动速度或轮子的旋转速度手动地改变磨削参数。尽管该技术方案允许校正振动的出现，但它通常必需降低速度，从而影响了磨床生产率。此外，该技术方案是一种校正方法，其必需针对每一个磨削操作对磨床的行为进行评估并且根据振动的出现改变磨削参数。存在其它解决方案，其中，并不通过使用传感器来探测振动，而是通过基于经验来改变磨床的磨削参数的操作者来探测振动，以便防止振动出现，这导致了工作效率相对低下的方法，该方法受到人为误差的影响。
其它已知解决方案基于在磨床结构的固定部分与其易于受到振动影响的部分之间使用弹性体，使得该弹性体吸收振动。其它解决方案基于通过改变磨床的驱动构件的硬度来改变这些驱动构件。在任何情况下，它们全部都是并不能够衰减所产生的所有振动的昂贵的解决方案。
因此，需要一种解决方案来解决上述缺点，该技术方案能够实时地且以高效的方式衰减或消除在磨削零件时在磨床中出现的振动。
发明内容
本发明的目的是一种具有改进的基本布置结构的无心磨床，其能够实时衰减或消除在机加工期间在磨床中出现的振动。
本发明的动态阻尼的无心磨床包括：
·轮子，其间设置有待磨削的零件，
·用于承载轮子的头部，
·至少一个平移装置，其用于使头部中的一个平移，以根据轮子之间的分离和接近方向产生运动，
·用于探测头部中的至少一个的振动的探测装置，和
·至少一个阻尼器，其被构造成用于产生振动阻尼运动。
利用该实施例，该探测装置能够检测振动在机加工期间在头部中的出现，并且衰减振动所需要的阻尼运动可被通过阻尼器引入。当磨削零件时在磨床中出现的振动有由此被实时且以高效的方式衰减或消除掉。
优选地存在两个阻尼器，头部中的每一个各用一个，阻尼器中的一个被构造成引起头部中的一个的振动阻尼运动，并且阻尼器中的另一个被构造成引起头部中的另一个的振动阻尼运动。优选地，同样存在两个探测装置，探测装置中的一个被构造成探测头部中的一个的振动，并且探测装置的另一个被构造成探测头部中的另一个的振动。因此，每个头部使用一对探测装置和阻尼器，在磨床中出现的振动的阻尼由此是更为高效的。
阻尼器被构造成用于产生阻尼运动，使得它与振动相反。
该阻尼器优选地被构造成用于沿轮子之间的分离和接近方向产生阻尼运动。
阻尼器包括移动质量和被构造成用于使移动质量移动的致动器。该致动器因此在移动质量中引入力，该力是由探测装置探测到的信号的函数，其中，该力被引入，使得它与该振动相反且被沿轮子之间的分离和接近方向引入。
阻尼器优选地被设置在头部的上表面上。阻尼器被甚至更为优选地设置在头部的上表面的中心。阻尼器被更为优选地设置在上表面的中心、处于最为靠近待磨削零件的端部处。
探测头部中的一个的振动的探测装置和引起振动阻尼运动的阻尼器被设置在同一头部中。因此，在感测到头部的振动的同一位置处起作用，从而确保引入的力的相位使得它在所有有可能出现的振动模式中的振动是相反的。
根据前述内容，用于衰减在磨削零件时出现的振动的磨削方法包括下列步骤：
·将探测装置和阻尼器设置在无心磨床中，
·利用探测装置探测磨床的至少一个头部的振动，以及
·通过阻尼器引起振动阻尼运动。
附图说明
图1示出了根据现有技术的具有基本布置结构的无心磨床。
图2和图3示出了例如图1中所绘制的无心磨床之类的无心磨床的两个主要振动模式的示意图。
图4示出了根据本发明的无心磨床的第一实施例，其具有固定头和设置在平移装置中的另一头部。
图5示出了根据本发明的无心磨床的第二实施例，其具有设置在相应平移装置中的两个头部，其中，阻尼器设置在调节轮的头部中。
图6示出了在磨削轮的头部中设置有阻尼器的第二实施例的磨床。
图7示出了在磨削轮的每个头部中都设置有阻尼器的第二实施例的磨床。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的具有基本布置结构的无心磨床。该磨床包括两个轮子(1、2)，即磨削轮(1)和调节轮(2)，在它们之间设置有被支撑在保持装置(4)上待磨削零件(3)。每个轮子(1、2)被设置在头部(5、6)中，其中，头部(5、6)中的至少一个被设置在平移装置(8)上，使得通过该平移装置(8)的运动，发生轮子(1、2)的分离和接近运动。所述运动沿图中借助于箭头(F)所描绘的且垂直于托板(4)并由此垂直于零件(3)的纵向轴线的方向发生。
因此，在操作中，调节轮(2)由平移装置(8)安置，该平移装置(8)将压力沿平移装置(8)的如由箭头(F)所描绘的运动方向施加在零件(3)上，使得零件(3)被保持在轮子(1、2)之间，从而被支撑为使得它在保持装置(4)上自由地旋转，使得零件(3)被借助于轮子(1、2)的旋转进行磨削。
磨削形成力，这些力致使激发该磨床的不同部件(例如头部(5、6))的振动模式，这产生了被传送到位于介于零件(3)与轮子(1、2)之间的接触区域中的机加工点的振动。除了其它因素之外，这致使该磨床出现几何缺陷或过度磨损或者导致零件(3)的表面修饰不良。如图2和图3中可见，无心磨床具有两个主要振动模式，这致使头部(5、6)弯曲，从而导致它们根据轮子(1、2)的运动方向更为远离或接近地移动。
根据本发明，提议了一种无心磨床，其能够探测到在介于零件(3)和轮子(1、2)之间的接触区域中出现的振动，对它们起作用以便抑制住它们，使得改进了零件的表面精整，提高了机加工生产率，并且延长了其部件的使用期限。
根据前述内容，本发明提议了一种磨床，例如图1中所描述的磨床并且该磨床另外包括用于探测头部(5、6)中的至少一个的振动的探测装置(9)和被构造成用于引起用于抑制探测到的振动的振动阻尼运动的至少一个阻尼器(10)。
探测装置(9)和阻尼器(10)优选地被设置在同一个头部(5、6)中。换言之，探测装置(9)和阻尼器(10)位于大致相同的位置中，使得在探测到振动出现的该同一个位置处起作用。由此，确保通过阻尼器(10)引入的力的相位为使得它在可能出现的所有振动模式中均与该振动相反。
此外，由于阻尼器(10)被设置在头部(5、6)中，因此在振动源(即，介于零件(3)和轮子(1、2)之间的接触点)的附近起作用，并且此外，直接在头部(5、6)自身上起作用，该头部是磨床的直接暴露于振动的构件，这是因为它是承载轮子(1、2)的构件。
如在图4的实施例中所示，该磨床具有设置在被设置在平移装置(8)上的头部(6)中的探测装置(9)和阻尼器(10)，尽管探测装置(9)和阻尼器(10)可被设置在被固定于该磨床的框架的头部(5)中。
作为选择，在图4的实施例中所描绘的磨床可具有两个探测装置(9)和两个阻尼器(10)，使得第一探测装置(9)和第一阻尼器(10)被设置在第一轮(1)(即，磨削轮(1))的头部(5)中，并且第二探测装置(9)和第二阻尼器(10)被设置在第二轮(2)(即，调节轮(2))的头部(6)中，该第二轮(2)被设置在平移装置(8)上。
在任何情况下，尽管探测装置(9)和阻尼器(10)优选地被设置在同一个头部(5、6)中；但该选择方案并不是限制性的选择方案，这是因为将探测装置(9)和阻尼器(10)设置于该磨床的其它位置处是可能的。例如，探测装置(9)可被设置在被安装在平移装置(8)上的头部(6)中，并且阻尼器(10)可被设置在平移装置(8)上；然而，在那种情况下，将会需要较大的力来阻尼该振动，这是因为将会在与振动源相距较远的位置处起作用，并且另外，该阻尼会是效率较低的，这是因为将会在除了将会进行测量的位置之外的位置处起作用。
图5到图7示出了本发明的第二实施例，该第二实施例与第一实施例是相同的，不同之处在于存在两个平移装置(7、8)，轮子(1、2)中的每一个各用一个，第一平移装置(7)用于第一轮(1)，第二平移装置(8)用于第二轮(2)。两个平移装置(7、8)沿图中由箭头(F)描绘的方向移动头部(5、6)，该方向垂直于托板(4)并且因此垂直于零件(3)的水平轴线。
图5示出了根据本发明的第二实施例的无心磨床，其具有设置在第一平移装置(7)的第一头部(5)中的探测装置(9)和阻尼器(10)。
图6示出了根据本发明的第二实施例的无心磨床，其具有设置在第二平移装置(8)的第二头部(6)中的探测装置(9)和阻尼器(10)。
图7示出了根据本发明的第二实施例的无心磨床，其具有设置在第一平移装置(7)的第一头部(5)中的第一探测装置(9)和第一阻尼器(10)以及设置在第二平移装置(8)的第二头部(6)中的第二探测装置(9)和第二阻尼器(10)。利用该实施例实现了对于振动的最佳衰减。这是因为由于轮子(1、2)在磨削期间通过零件(3)相接触，因此振动被传送到两个头部(5、6)，由此，每个头部(5、6)均布置一对探测装置(9)和阻尼器(10)以便阻尼在两个头部(5、6)中出现的振动是有利的。
阻尼器(10)是主动阻尼器，其包括移动质量和该移动质量的致动器，使得它被联接于头部(5、6)，以便在其中引入受控力，该受控力是由探测装置(9)获得的信号幅度的函数。
该阻尼器(10)已经被设想成是液压装置、压电装置或电磁装置、线性马达或适用于引入受控力的任何其它装置。
阻尼器(10)优选地被构造成产生与振动相反的阻尼运动。
阻尼器(10)优选地是单向阻尼器，该单向阻尼器沿由箭头(F)描绘的平移装置(7、8)的运动方向产生阻尼运动。换言之，磨削沿轮子(1、2)根据用于使平移装置(5、6)和零件(3)彼此更为接近/远离地移动的相对运动在零件(3)上施加压力的方向产生振动，使得该阻尼器(10)沿所述方向产生阻尼运动。
作为选择，阻尼器(10)是双向阻尼器，该双向阻尼器沿由图中的箭头(F)描绘的平移装置(7、8)的运动方向产生第一阻尼运动，并且可选择地沿垂直于平移装置(7、8)的运动方向且平行于零件(3)的纵向轴线的方向产生第二阻尼运动。
探测装置(9)优选地是加速度计，该加速度计测量该加速度计被设置在其中的头部(5、6)由于机加工过程而振荡的频率和幅度。
包括移动质量但并不包括所述移动质量的致动器的被动阻尼器的使用会是可能的，以便阻尼振动；然而，磨床的临界模式的模态质量的高值使得非常大程度地引入惯性质量，由此，会需要具有非常大的移动质量的被动阻尼器，并且会需要非常多的空间来用于设置它。然而，通过使用诸如由本申请所提议的主动阻尼器之类的主动阻尼器，需要较小的移动质量，这是因为受控力被根据由探测装置(9)发送的信息施加在该移动质量上。
阻尼器(10)被优选地设置在头部(5、6)的与下表面相反的上表面(5.1、6.1)，在该下表面上，头部(5、6)被附接于平移装置(7、8)并且适于磨床的框架。由此，在头部(5、6)的当振动发生时振荡程度最大的区域上起作用。
阻尼器(10)被更为优选地设置在头部(5、6)的上表面(5.1、6.1)的中心，并且更为优选地设置于上表面(5.1、6.1)的最为靠近用于保持零件(3)的保持装置(4)的端部，使得在头部(5、6)的最为靠近振动的源头的位置处起作用。
由此获得一种磨削方法，该磨削方法包括下列步骤：将探测装置(9)和阻尼器(10)设置在磨床中，利用探测装置(9)探测该磨床的至少一个头部(5、6)的振动，并且通过阻尼器(10)引起振动阻尼运动。
探测装置(9)能够实时获知头部(5、6)振动的频率和幅度，使得可对待由阻尼器(10)引入的用以抑制振动的频率和力进行调节，从而确保在用于磨削零件(3)的操作期间将不出现振动。

Claims (9)

1.一种动态阻尼的无心磨床，所述动态阻尼的无心磨床包括：
·轮子(1、2)，在所述轮子之间设置有待磨削的零件(3)，
·用于承载所述轮子(1、2)的头部(5、6)，
·至少一个平移装置(7、8)，所述至少一个平移装置用于使所述头部(5、6)中的一个平移，以根据所述轮子(1、2)的分离和接近方向产生运动，
其特征在于，它另外包括：
·用于探测所述头部(5、6)中的至少一个的振动的探测装置(9)，和
·至少一个阻尼器(10)，所述至少一个阻尼器被构造成用于产生振动阻尼运动，被设置在所述头部(5、6)的上表面(5.1、6.1)上，并包括移动质量和致动器，所述致动器被配置成用于使所述移动质量沿所述轮子(1、2)的所述分离和接近方向移动。
2.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，存在两个阻尼器(10)，所述头部(5、6)中的每一个各用一个，所述阻尼器(10)中的一个被构造成引起所述头部中的一个(5)的所述振动阻尼运动，并且所述阻尼器(10)中的另一个被构造成引起所述头部中的另一个(6)的所述振动阻尼运动。
3.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，存在两个探测装置(9)，所述探测装置(9)中的一个被构造成探测所述头部中的一个(5)的振动，并且所述探测装置(9)中的另一个被构造成探测所述头部中的另一个(6)的振动。
4.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，所述阻尼器(10)中的至少一个被构造成用于产生与所述振动相反的阻尼运动。
5.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，所述阻尼器(10)中的至少一个被构造成用于沿所述轮子(1、2)的所述分离和接近方向产生所述阻尼运动。
6.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，所述阻尼器(10)被设置在所述头部(5、6)的所述上表面(5.1、6.1)的中心。
7.根据权利要求6所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，所述阻尼器(10)被设置于所述上表面(5.1、6.1)的最为靠近于用于保持所述零件(3)的保持装置(4)的端部处。
8.根据权利要求1所述的动态阻尼的无心磨床，其特征在于，探测所述头部(5、6)中的一个的振动的所述探测装置(9)和引起所述振动阻尼运动的所述阻尼器(10)被设置在同一头部(5、6)中。
9.一种用于根据权利要求1-8中的任一项所述的动态阻尼的无心磨床的磨削方法，其特征在于，它包括下列步骤：
·将所述探测装置(9)和所述阻尼器(10)设置在所述无心磨床中，
·利用所述探测装置(9)探测所述磨床的至少一个头部(5、6)的振动，以及
·通过所述阻尼器(10)引起振动阻尼运动。
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