用于加工微小零件的双面修磨组件、装置、设备及方法

技术领域

本申请涉及机械零件精密加工领域，更具体地说，涉及一种用于加工微小零件的双面修磨组件、装置、设备及方法。

背景技术

修磨，通常指的是使用研磨机、修磨头、砂纸、磨石等工具在产品表面进行研磨的过程。它的目的主要是提高工件的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度。修磨的原理是通过相对运动的研磨工具，采用小切深的微切削方式，去掉工件表面的毛刺、凸起和凹陷，使得工件表面更加光滑。修磨后的工件通常会有更好的尺寸精度、更小的表面粗糙度，因此也会提高其使用性能。

以平键的双面修磨为例，由于平键具有相对的两个加工表面，在对两个加工表面进行同时修磨的过程中，仅能通过压紧加工表面之外的另外两个表面来对平键进行装夹固定以免对修磨的过程产生干涉，这样的装夹方式只能提供较小的夹紧力。

此外，在传统的平键加工中，通常采用单个砂轮分别对平键的两个工作面进行修磨，传统方法适用于大批次修磨，但对于单件的高精度修配，实现难度高，加工效率低且工件对称性差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种用于加工微小零件的双面修磨组件，该双面修磨组件具有定修磨头与动修磨头，所述定修磨头与动修磨头分别用于修磨工件上相互平行的第一加工表面和第二加工表面，其中：所述定修磨头与动修磨头的旋转轴线均平行于第一方向X并且具有可以调节的距离；和，所述定修磨头与动修磨头的旋转速率相同并且旋转方向相反。

本申请还公开了一种用于加工微小零件的修磨方法，该修磨方法基于定修磨头和动修磨头，所述定修磨头与动修磨头用于修磨工件上相互平行的第一加工表面和第二加工表面，其中：所述定修磨头与动修磨头的旋转轴线均平行于第一方向X并且具有可以调节的距离；该修磨方法包括以下步骤：

对刀步骤，该对刀步骤包括：选取一个工件作为基准工件，并将所述基准工件安装于初始位置；测量所述基准工件的加工尺寸作为基准加工尺寸；调整所述基准工件的角向以使得所述基准工件的第一加工表面平行于第一方向X；驱使所述基准工件沿第三方向Z移动以接近定修磨头并进行修磨，并测量实际修磨量；和，根据所述实际修磨量与理想值之间的偏差，沿第二方向Y调节并重新确定所述初始位置；

对中步骤，该对中步骤包括：将待加工的工件安装于所述初始位置；测量并调节工件的角向，以使得工件的第一加工表面平行于第一方向X；和，测量工件的加工尺寸作为实际加工尺寸，根据所述实际加工尺寸与所述基准加工尺寸之差在第二方向Y上调节工件的位置；

修磨步骤，该修磨步骤包括：调节定修磨头与动修磨头之间的距离至预定值；驱使工件沿第三方向Z移动，以使得工件接近所述定修磨头与动修磨头并进行修磨；和，驱使修磨完毕的工件回到所述初始位置并取出工件。

优选地，所述修磨方法包括检验步骤，该检验步骤包括：测量修磨完毕的工件的实际修磨量，当实际修磨量与理想值的偏差超过预定范围时，重新执行所述对刀步骤。

本申请的技术效果在于：本申请的所述定修磨头与动修磨头的旋转速率相同并且旋转方向相反，可以使得两个加工表面所受的作用力方向相同，且该作用力可进一步压紧工件以弥补夹紧力的不足，使得工件在修磨过程中的定位更加稳定。本申请的修磨方法相对于现有的修磨方法而言精度和效率更高。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为本申请的一种实施方式的双面修磨装置的整体示意图；

图2为本申请的一种实施方式的双面修磨组件的示意图；

图3为图2中的部分结构的拆分示意图，用于展示所述双面修磨组件的传动机构；

图4为图2中的部分结构的拆分示意图，用于展示所述双面修磨组件的传动机构；

图5为图4沿A-A方向的剖视图，用于展示所述双面修磨组件的传动机构；

图6为本申请的一种实施方式的定位组件的示意图；

图7为本申请的一种实施方式的测量组件的示意图；

图8为本申请的一种实施方式的工件的示意图。

附图标记：

具体实施方式

首先对本申请所采用的参考方向进行说明，所述参考方向包括第一方向X、第二方向Y和第三方向Z，其中：所述第一方向X是指与定修磨头21之旋转轴平行的方向；所述第二方向Y是指与对中步骤中工件1位置之调节方向平行的方向，该第二方向Y同时也与动修磨头22相对于定修磨头21移动的方向平行；所述第三方向Z是指与工件1进给运动之方向平行的方向。应当说明的是，参考方向的选择乃是基于附图所示的方向或位置关系或相关的技术特征使用时惯常摆放的方向或位置关系，参考方向的使用仅是为了便于描述本申请的技术方案，而非限定相关的技术特征必须具有特定的方向或位置，因此不能将参考方向的选择和使用理解为对本申请的限制。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

本申请公开了一种双面修磨组件2，如图2所示，该双面修磨组件2具有定修磨头21与动修磨头22，所述定修磨头21与动修磨头22分别用于修磨工件1上相互平行的第一加工表面11和第二加工表面12(如图8所示)，其中：所述定修磨头21与动修磨头22的旋转轴线均平行于第一方向X并且具有可以沿调节的距离，以配合相互平行的第一加工表面11和第二加工表面12并实现修磨量的调节；优选地，所述定修磨头21与所述动修磨头22的旋转轴线所共处的平面平行于第二方向Y；和/或，所述动修磨头22能够沿第二方向Y调整其相对于所述定修磨头21的位置。

所述定修磨头21与动修磨头22的旋转速率相同并且旋转方向相反，如此设置原因在于：以平键的双面修磨为例，由于平键具有相对的两个加工表面，在对两个加工表面进行同时修磨的过程中，仅能通过压紧加工表面之外的另外两个表面来对平键进行装夹固定以免对修磨的过程产生干涉，这样的装夹方式只能提供较小的夹紧力；因此，本申请的所述定修磨头21与动修磨头22的旋转速率相同并且旋转方向相反，可以使得两个加工表面所受的作用力方向相同，且该作用力可进一步压紧工件1以弥补夹紧力的不足，使得工件1在修磨过程中的定位更加稳定。此外，两个修磨头对工件所产生的切削力在水平方向上的分力可以相互抵消，避免工件在水平方向上发生位移或形变。

所述定修磨头21与动修磨头22的旋转轴线均平行于第一方向X并且具有可以调节的距离，以便根据工件修配的要求调节修磨间距，以实现指定尺寸的修配。

所述双面修磨组件2可以采取各种适合的传动机构来实现上述的定修磨头21与动修磨头22之间的旋转速率相同并且旋转方向相反的运动关系，例如可以采用四个齿轮进行传动以实现上述运动关系，优选地，本实施方式采用齿轮传动结合同步带，齿轮传动实现旋向的改变，同步带实现速度的传递。同步带传动的结构紧凑，耐磨性好，使用寿命长，噪音小，过载时能够发生打滑以保护原动机，且可对传动间距进行大幅度调整以配合定修磨头21与动修磨头22之间间距的调整，综合性能更优，具体而言，如图3、4、5所示，所述双面修磨组件2包括主动轴231、第一从动轴232与第二从动轴233，其中：所述定修磨头21安装于所述主动轴231，所述动修磨头22安装于第二从动轴233；所述主动轴231与所述第一从动轴232通过齿轮机构传动连接以实现反向旋转；和，所述第一从动轴232与所述第二从动轴233通过同步带机构传动连接。所述双面修磨组件2的传动过程具体包括：首先，主动轴231是直接接收动力的部分，其通常连接到电动机或其他提供旋转运动驱动力的动力源，该动力源能够驱动主动轴231旋转，进而带动定修磨头21旋转；其次，主动轴231通过齿轮机构与第一从动轴232连接，当主动轴231旋转时，因为齿轮之间的啮合，会带动第一从动轴232反向旋转。优选地，所述主动轴231和所述第一从动轴232上的齿轮的齿数相同，以使得所述主动轴231和所述第一从动轴232的转速相同；最后，所述第一从动轴232通过同步带机构带动所述第二从动轴233同步旋转。综上，当主动轴231驱动定修磨头21旋转，通过齿轮机构和同步带机构的联动，会使得动修磨头22以相同的速度以及相反的方向进行旋转。

现有技术的双面修磨设备通常采用连杆机构同时移动两个修磨头以调整二者之间距离，但是，连杆机构所具有的传动间隙致使现有技术的对中性能较差，而且，连杆机构所需空间较大，并不能实现对微小零件的完成精度为0.01mm的精密对称修磨；为此，本申请提出“一定一动”的定修磨头与动修磨头相结合的技术方案，并可以采取各种适合的机构来实现上述的定修磨头21与动修磨头22之间的距离的调节，同时，为了配合定修磨头21与动修磨头22之间的距离变化，本申请采取了上述的可调节传动间距的传动机构来实现定修磨头21与动修磨头22之间的传动关系。本申请提出“一定一动”的定修磨头与动修磨头相结合的技术方案能够适用于加工微小零件的精密修磨，其中，所述微小是指零件的宽度在4-10mm的范围内。具体而言，如图2所示，所述双面修磨组件2包括变距位移机构24，该变距位移机构24用于驱动第二从动轴233相对于主动轴231移动，以调节定修磨头21与动修磨头22的距离。优选地，在工件1的加工精度为0.01mm的情况下，所述变距位移机构24采用位移精度在0.005mm以上的直线位移台。

如图3所示，所述第一从动轴232与所述第二从动轴233之间设置张紧机构25，该张紧机构25能够向所述同步带施加压力，用于在所述定修磨头21与动修磨头22之距离变化后保持所述同步带的张紧度，以使得同步带的传动不受轴距变化的影响进而使得所述定修磨头21与动修磨头22时刻保持同样的转速。

本申请还公开了一种双面修磨装置，如图1所示，其包括：上述的双面修磨组件2、定位组件3和进给位移机构4，其中：工件1安装于所述定位组件3，以通过该定位组件3调节并保持所述第一加工表面11的：a.相对于第一方向X的角向，和，b.在第二方向Y上的位置；在下文将要详细说明的修磨过程中，所述定位组件3用于在对刀步骤和对中步骤中调节工件1的角向和位置，并在修磨步骤中将工件1保持在所述的角向和位置，其中：所述角向具体为所述第一加工表面11相对于第一方向X的角度方向，在理想状态下，所述第一加工表面11应当平行于第一方向X；所述第一加工表面11的在第二方向Y上的位置将会影响工件1与定修磨头21的位置关系，进而影响实际修磨量的大小，在理想状态下，应当将第一加工表面11的在第二方向Y上的位置调节至使得实际修磨量与预设修磨量的误差处于加工精度允许的范围内。

所述定位组件3安装于所述进给位移机构4，以通过该进给位移机构4驱使工件1沿第三方向Z移动以接近所述定修磨头21与动修磨头22，换言之，该进给位移机构4用于驱动工件1实现进给运动。优选地，所述进给位移机构4采用具有承载能力在1kN以上的直线位移台。在机电伺服产品装配中，由于轮毂键槽和电机键槽的加工难度较大从而导致两个槽的尺寸偏差较大，这时候就需要对键的半个工作面进行修磨，以匹配两个不同的键槽，在这种小批量、特异化的平键加工需求之下，传统的砂轮磨床的工作效率较低。本申请能够通过该进给位移机构4来控制工件1的加工表面的高度，进而实现对对工件的半个工作面进行修磨。

所述定位组件3可以采取各种适合的结构来实现调节工件1的角向和位置的功能，优选地，如图6所示，所述定位组件3包括角向调节机构31与调节位移机构32，其中：

所述角向调节机构31包括找平部311、压紧部312与旋转部313，其中：所述找平部311具有能够与所述第一加工表面11或第二加工表面12贴靠的找平表面，以初步调整工件1的角向，并可在所述压紧部312固定工件1的位置后移除所述找平部311，以避免与修磨头发生干涉；所述压紧部312将工件1压紧在所述旋转部313上；和，所述旋转部313能够绕第三方向Z旋转以调节工件1的角向。

所述调节位移机构32与所述旋转部313连接，以驱动工件1沿第二方向Y移动。优选地，在工件1的加工精度为0.01mm的情况下，所述调节位移机构32采用位移精度在0.003mm以上的直线位移台。

本申请还公开了一种双面修磨设备，其包括：所述的双面修磨装置与测量组件5，其中，所述测量组件5用于反馈工件1的：a.加工尺寸，所述加工尺寸为所述第一加工表面11与第二加工表面12的距离，和，b.角向，所述角向具体为所述第一加工表面11相对于第一方向X的角度方向。

所述测量组件5可以采取各种适合的结构来反馈工件1的加工尺寸和角向，例如，可采用线扫描激光传感器和计算机视觉两种方法，线扫描激光传感器精度较高，但是成本较高，尺寸较大，不适用于小批量精密零件的加工；而计算机视觉受算法稳定性影响，很难实现优于0.01mm的精度。优选地，如图7所示，所述测量组件5包括对中滑台51、对中滑台连接板52、Z轴光学平台53、传感器分度盘54、点激光传感器55、激光传感器连接板56和光学平台分度盘57。其中：所述对中滑台51用于实现安装于其上的机构(包括对中滑台连接板52、Z轴光学平台53、传感器分度盘54、点激光传感器55、激光传感器连接板56和光学平台分度盘57)在第一方向X上之移动，以使得所述点激光传感器55能够在工件1的加工表面上形成线性的扫描路径；所述对中滑台连接板52用于实现所述对中滑台51和所述光学平台53的连接；所述Z轴光学平台53用于实现所述点激光传感器55高度的调整(即在第三方向Z上的位移)；所述传感器分度盘54用于实现所述点激光传感器55的上下角度的调整；所述点激光传感器55用于测量自身与工件1的距离进而能够反馈所述工件1的加工尺寸和角向(优选地，所述点激光传感器55的精度至少为0.002mm)；所述激光传感器连接板56用于连接所述传感器分度盘54和所述点激光传感器55；所述光学平台分度盘57用于实现所述点激光传感器55的左右角度的调整，并且用于实现所述光学平台53和所述对中滑台连接板52的连接。

以下以本申请所公开的双面修磨设备为例，说明其具体的工作过程。该双面修磨设备的工作过程包括以下步骤：

首先是对刀步骤：选取一个工件1作为基准工件，并将所述基准工件的第一加工表面11或第二加工表面12与所述找平部311的找平表面相贴靠，以初步调整所述基准工件的角向，并在所述压紧部312固定所述基准工件的位置后移除所述找平部311；通过测量组件5反馈所述基准工件的加工尺寸和角向；通过定位组件3调节所述基准工件的角向以使得所述基准工件的第一加工表面11平行于第一方向X；通过进给位移机构4驱使所述基准工件沿第三方向Z移动以接近定修磨头21并进行修磨，并测量实际修磨量，所述实际修磨量为修磨前后的所述第一加工表面11与第二加工表面12的距离之差；和，根据所述实际修磨量与理想值之间的偏差，通过调节位移机构32沿第二方向Y调节并重新确定所述初始位置，所述理想值可根据工件1的加工尺寸和目标尺寸进行确定；

其次是对中步骤：通过定位组件3将待加工的工件1安装于所述初始位置；测量并调节工件1的角向，所述角向具体为工件1的第一加工表面11相对于第一方向X的角度方向，以使得工件1的第一加工表面11平行于第一方向X；和，测量工件1的加工尺寸作为实际加工尺寸，根据所述实际加工尺寸与所述基准加工尺寸之差，通过定位组件3在第二方向Y上调节工件1的位置以实现工件1的对中；

所述修磨步骤包括：通过变距位移机构24调节定修磨头21与动修磨头22之间的距离至预定值；和，通过进给位移机构4驱使工件1沿第三方向Z移动，以使得工件1接近所述定修磨头21与动修磨头22并进行修磨，通过进给位移机构4驱使修磨完毕的工件1回到所述初始位置并取出工件1；

最后，可重复执行所述对中步骤与修磨步骤以完成多个工件1的加工。

为了提升修磨精度，优选地，所述修磨方法包括检验步骤，该检验步骤包括：测量修磨完毕的工件1的实际修磨量，当实际修磨量与理想值的偏差超过预定范围时，重新执行所述对刀步骤。

本申请还公开了一种修磨方法，该修磨方法基于定修磨头21和动修磨头22，所述定修磨头21与动修磨头22用于修磨工件1上相互平行的第一加工表面11和第二加工表面12，其中：所述定修磨头21与动修磨头22的旋转轴线均平行于第一方向X并且具有可以调节的距离；该修磨方法包括对刀步骤、对中步骤和修磨步骤，具体而言：

所述对刀步骤包括：选取一个工件1作为基准工件，并将所述基准工件安装于初始位置，所述初始位置是指定位组件3或工件1在机床上设定的起始参考点，该初始位置将通过对刀步骤加以调整以使得工件1的位置与修磨头的状态相适应；测量所述基准工件的加工尺寸作为基准加工尺寸；调整所述基准工件的角向以使得所述基准工件的第一加工表面11平行于第一方向X；驱使所述基准工件沿第三方向Z移动以接近定修磨头21并进行修磨，并测量实际修磨量，所述实际修磨量为修磨前后的所述第一加工表面11与第二加工表面12的距离之差；和，根据所述实际修磨量与理想值之间的偏差，沿第二方向Y调节所述初始位置，所述理想值可根据工件1的加工尺寸和目标尺寸进行确定；与传统的对刀方法相比，本对刀步骤缩短了对刀时间，避免了对刀时对平键等微小零件产生的巨大应力，提高了对刀的精度。

所述对中步骤包括：将待加工的工件1安装于所述初始位置；测量并调节工件1的角向，所述角向具体为工件1的第一加工表面11相对于第一方向X的角度方向，以使得工件1的第一加工表面11平行于第一方向X；和，测量工件1的加工尺寸作为实际加工尺寸，根据所述实际加工尺寸与所述基准加工尺寸之差在第二方向Y上调节工件1的位置以实现工件1的对中；本对中步骤保证平键修磨的平行度，提高机电产品的传动性能和使用寿命。

所述修磨步骤包括：调节定修磨头21与动修磨头22之间的距离至预定值；和，驱使工件1沿第三方向Z移动，以使得工件1接近所述定修磨头21与动修磨头22并进行修磨，驱使修磨完毕的工件1回到所述初始位置并取出工件1；

最后，可重复执行所述对中步骤与修磨步骤以完成多个工件1的加工。

通过本申请的修磨方法，可以实现连续多件不同尺寸的工件修配，可根据加工需要对工件的位置进行主动调节，适应不同的工件。所述修磨方法可以保证修磨精度和工件的对称性，同时提升了小型工件高精度修配的效率。

为了提升修磨精度，优选地，所述修磨方法包括检验步骤，该检验步骤包括：测量修磨完毕的工件1的实际修磨量，当实际修磨量与理想值的偏差超过预定范围时，重新执行所述对刀步骤。相较于传统修磨方法，本方法增设检验环节，避免了磨头磨损所带来的误差，保证了修磨精度。

在本申请的描述中，需要说明的是：用语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该技术特征使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制；用语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性；用语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜(如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜)；用语“大致”、“基本”表示某个特征或范围在某种程度上相似或接近于预定的要求，但不需要完全一致，它暗示了一定的灵活性和变化的余地，允许在不影响其核心概念或功能的前提下进行某些修改；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。