阅读说明：本技术 圆形工具的修整装置 (Trimming device for circular tool ) 是由 罗尼·威廉·柯南曼 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种修整装置,包括一个外壳和一个修整心轴(1)；心轴包含：一个用于安装具有同心开口的圆形工具——特别是砂轮(3)的轴柄(10),以及一个固定于外壳(4)、位于修整心轴(1)第一末端区域的第一轴承(11)；轴柄(10)包含一个液压夹紧装置(20),包括一个含有液压介质的腔室(21),其中介质可由一个预载元件(23)通过预载压力进行加载；液压夹紧装置由一个在径向方向位于腔室(21)上方、两侧固定于轴柄中的夹紧段(22)构成,其外表面构成夹紧面,当腔室(21)中的液压压力增加时,该夹紧段在径向方向以可逆转方式向外运动或隆起,从而在夹紧段(22)穿过的圆形工具同心通孔开口的内表面上施加径向夹紧力；本发明还涉及圆形工具在此类修整装置的修整心轴上安装和拆卸的方法。(The invention relates to a dressing apparatus comprising a housing and a dressing mandrel (1); the mandrel comprises: a shank (10) for mounting a circular tool having a concentric opening, in particular a grinding wheel (3), and a first bearing (11) fixed to the housing (4) at a first end region of the dressing spindle (1); the mandrel (10) comprises a hydraulic clamping device (20) comprising a chamber (21) containing a hydraulic medium, wherein the medium can be loaded by a preload element (23) by means of a preload pressure; the hydraulic clamping device is composed of a clamping section (22) which is located above the chamber (21) in the radial direction and fixed in the shaft handle on two sides, the outer surface of the clamping section forms a clamping surface, when the hydraulic pressure in the chamber (21) is increased, the clamping section can move outwards or bulge in a reversible mode in the radial direction, and therefore radial clamping force is exerted on the inner surface of the concentric through hole opening of the circular tool, which is penetrated by the clamping section (22); the invention also relates to a method for mounting and dismounting a circular tool on a dressing spindle of such a dressing apparatus.)

圆形工具的修整装置

技术领域

本发明涉及一种修整装置，包括一个外壳和一个修整心轴、其轴柄用于安装一个具有同心通孔开口的圆形工具、特别是指砂轮，以及一个固定在外壳上并位于修整心轴第一末端区域的第一轴承，以及一个用于修整安装在修整心轴上的圆形工具的修整工具，其中轴柄有一个穿过圆形工具开口的液压夹紧装置，该夹紧装置包括一个含有液压介质的腔室，该腔室可由一个预载元件通过预载压力进行加载。

圆形工具应用于材料加工之中，将其夹紧在机床的轴上，通过快速旋转使其与待加工的工件接触。为了加工工件的外部形状或表面，在此特别使用均匀砂轮或异型砂轮。

尽管使用了尽可能耐磨损、抵抗能力强的砂轮，但是为了保持必要的磨削精度、特别是在高精度的应用中，频繁地对于磨具进行返修、即所谓的修整是必要的。

为此，将砂轮从机床上拆下、置入修整机或修整装置中。如现有技术中已知的，这些装置包括一个外壳，一个修整工具，其外形为砂轮所需外形的负像，以及一个修整心轴，而该心轴又用于容纳待修整的砂轮。然后将修整工具和待修整的砂轮加速到高转速，并使其在磨削面接触，使砂轮本身被较硬的修整工具磨削，并恢复其所需的外形。

为了容纳待修整的工具，修整心轴具有通过联轴器或皮带连接驱动电机的部分，以及位于两者之间的第一轴承或主轴承，修整心轴至少在第一轴承处固定在外壳上。此外，从第一轴承观察的砂轮架另一侧，修整心轴还可在此设有第二轴承，心轴与该第二轴承也固定在外壳上。通过轴向和径向振动的抑制，修整心轴的这种双侧固定极大地改善了砂轮的径向和轴向跳动，特别是在修整过程中砂轮的高转速、高机械负荷条件下。

修整工具承担高要求的任务，须以微米级的精度恢复由硬质材料制成的圆形工具的外形、特别是砂轮，从而使该圆形工具能够继续使用。为了满足这些精度要求，必须使用比圆形工具更硬的材料，至少在修整工具的表面。当使用经久耐用的精密修整工具实现高修整精度时，这种精度会延续到工件上。

然而除此之外，为了满足微米范围内的外形精度要求，砂轮在修整心轴上的定位也必须达到相应的精度，并且不会受到修整过程中自然作用在砂轮上的高作用力的影响而改变。这就要求砂轮的就位配合绝对牢固紧密，在径向和轴向都完全没有间隙。从机床已知的情况，这一点通过机械夹紧装置是无法实现的。

背景技术

现有技术中实践的解决方案是，通过热处理将砂轮“收缩”到修整心轴上，即砂轮在相对于心轴的较高温度下被放置或推到心轴上。在随后的温度平衡过程中，通过两个零件由温度决定的不同尺寸变化，达到要求的紧密配合。

此处的问题是时间耗费和过程的复杂性，无论是在修整之前的砂轮放置、还是在修整过程之后的砂轮取下。单单后者通常就需要几个小时。

此外，在取下过程中，两部件的紧密接触，意味着无法实现放置时那样大的温度差，因此尺寸差异不足以进行机械式的简单脱卸。这意味着，在砂轮从修整心轴脱卸过程中，必须施加比放置时大得多的力。此时始终会存在风险，有一个或两个部件被损坏，这样不仅破坏了修整成果，甚至需要购置新的砂轮、新的修整心轴、或者是两者皆须购置。

因此希望取得的理想效果是，工具在修整心轴上达到必要的紧密配合程度的方式，能够实现快速、无风险的放置和拆卸。

在机床领域，已知有采用液压元件工作的夹紧装置。例如DE 2 333 762 B2描述了一种夹紧装置，其压力腔同心地围绕主轴或轴，由压力腔可弹性变形的外壁的外表面形成夹紧面。这里的缺点是，这种夹紧装置集成在工具本身中，意味着需要对每个单独的工具进行特殊的复杂设计。

与此相反，DE 88 13 580 U1提出了一种夹紧装置，该装置具有可液压扩张的夹紧部分，其形式为带有内部液压介质腔室的夹紧套。该腔室可以通过一个用张紧螺杆封闭的孔对液压介质进行加压，在此可以通过张紧螺杆调节压力。轴向夹紧元件在轴向与被夹紧工具保持形状配合的连接，确保工具的轴向固定和定位。

虽然此处的夹紧装置是集成在主轴上的，但存在的缺点是它只能定位在主轴的一个端部区域，因此不能用于两侧固定的主轴或修整心轴。

发明内容

在此背景之下，本发明为自己设定了一个任务，即寻找一种采用修整心轴夹持工具(特别是砂轮)的修整机，该修整心轴设计简单，但可以实现工具的牢靠固定且工具的固定可以快速松脱，即使其在工具的两侧均有支承。

根据本发明，这一任务由根据权利要求1的修整装置来解决，该装置具有一个修整芯轴，它能够实现固定在其之上的砂轮按照附带权利要求14和15迅速而方便地安装和拆卸。

本发明的一项特征是，夹紧段保持在轴柄的两侧，即朝向第一轴承的一侧以及远离第一轴承的一侧。实际如何实现这一点在本发明范畴内无关紧要，只要能够确保本质上同等可负载的两侧固定即可。

这样做的好处是，由于液压介质压力增加所引起的夹紧段弹性变形或对圆形工具通孔内表面施加的夹紧力，与已知的使用单侧夹持、非轴向对称的夹紧套相比，在轴向分布上要明显更为均匀。

如果夹紧段的设计使其截面在其轴向分布上保持不变(连续平移对称)或周期性地重复(离散平移对称)，这种优点就会进一步增强，因为这就决定了夹紧段具有均匀的弹性凸起/变形、或夹紧段将夹紧力均匀地传递到紧贴圆形工具的夹紧面(即修整心轴穿过的工具内表面)。

本发明的解决方案提供了一个两面夹持的夹紧段，其特别的优点是，与现有技术中已知的夹紧装置相比，它还与两侧轴承支承的修整心轴相兼容。这样，与单侧轴承布置相比就更有优势，因为有害的振动在此很大程度上得到抑制，此外，通过两侧安装的轴承本身以及适当选择所使用轴承的预紧力和接触角，固有频率能够以这样的方式被解调，使得相关的共振不处于实际运行中出现的频率上。

根据本发明的与轴柄的两侧连接，夹紧段可以在一侧或两侧与轴柄一体式设计。这一点可以通过这样的方式实现：从一个圆柱形的、通常是金属的坯件中仅去除如此之多的材料，如同液压介质腔室成型所需的那样。这样，夹紧段仍保持为一个完整的组成构件。但是，由于这一方式要求切削加工时必须能接触到腔室为前提，所以只有在夹紧段和轴柄之间采用单侧整体连接才可行。

如果要实现两侧的整体连接，目前只能考虑采用铸造工艺。液压腔室以及轴柄或修整心轴(无轴承)的所有其他空腔体由一个足够温度稳定的阳模来定义设计，轴柄/心轴的外部尺寸由一个相应的阴模来定义设计。为了在铸件料冷却后去除填充在液压腔室和其他空腔体中的阳模，必须使其可以流动。化学工艺如蚀化、或者机械工艺如振动或超声波都适用于此。

一个值得关注的替代方案是：由以后使用的液压油制成液压介质腔室的阳模，在铸造过程之前，尽可能地将其深冻，例如深冻到80开尔文甚至更低温度。如果铸造料在尽可能低的温度下尽快充填，则可避免或减少介质的过快液化或蒸发，从而避免或减少腔室形状的不利变化。

此外，通过增材制造(3D打印)也可容易地生产出在两侧具有整体夹紧段的轴柄以及根据本发明的在其下方的腔室。这里的问题是，3D打印高机械强度的材料，例如修整心轴的轴柄由于产生的夹紧力和旋转力所必需的材料，目前还很困难。

也可以通过这样的方式实现两侧的整体连接：将液压介质腔室用合适的方法插入坯件后，用一块平面的材料将其完全耐压密闭。例如，如果液压腔室在轴向延伸上是恒定的圆形横截面，则可以在开始时使用一个矩形的材料块，将其以向上封闭腔室的方式缠绕在坯件上，从而使其在最终状态下形成空心圆柱体。牢固、持久和耐压的连接可以通过粘接来实现，如果材料合适，也可以通过焊接来实现，例如热焊接或者电磁脉冲焊接。

替代选项是，夹紧段与轴柄的一侧或两侧连接可以是非整体的连接，后者情况下，夹紧段形成一个夹紧套。为了确保必要的耐压密闭性，建议将夹紧段的相应端部设计成完全向内的法兰方式，使得相应端部在腔室内加压液压介质的作用下以端面与轴柄肩部平整紧贴。为了防止泄漏，可以在夹紧段端面和轴柄肩部之间插入一个由合适的弹性材料制成的环形密封件。另一种选择或者作为补充，向内弯曲部分的内缘可以再次向外弯曲，令其在纵向截面上形成一个曲拐、在三维空间上是一个带梯度的空心圆柱体。当夹紧段与轴柄连接时，直径较小的相对较短的空心圆柱体部分啮合到轴柄肩部的周向凹口中。

如果夹紧段在两侧，即在其上下两端都是所述的形状，那么在一体式轴柄的情况下，它的插入将是困难的，甚至是不可能的。因此，在这种情况下，建议将轴柄设计成两部分，其划分在腔室部位进行。这样就可以首先将夹紧段插入其中一个部件中，然后再附上轴柄的第二部分。

根据本发明所述的方法，圆形工具、特别是砂轮的取出要经过两到四个步骤。首先，如果有必要，取决于外壳和心轴的设计，必须将修整心轴至少在一个端部从其在根据本发明所述修整机的外壳中的固定上松脱开来，以便能够接触到圆形工具。特别是在心轴双侧固定的情况下，如果全部固定均被松开，心轴可从外壳中完全取出，则能够实现更容易的接触。为此，例如可将外壳构造设计为可以分开的两半，特别是可以翻开的两半。在第二步中，如有必要，将存在的独立于预载元件的轴向固定松开。然后在第三步中，借助预载元件降低液压介质的压力，使得施加在圆形工具上的夹紧力充分减小，特别是基本取消夹紧力。然后将圆形工具从轴柄上拉下并取出，继而从修整心轴上拉下并取出。现在，修整心轴已经可以接受另一个圆形工具进行修整。

放置过程也以类似方式分四至七步完成，只是预载元件以相反的方式应用。如果还是涉及根据本发明所述修整机中应用的心轴，必须首先松开其与外壳的固定，必要时将心轴取出。然后必须打开独立于预载元件的轴向固定装置。随后，如有必要，通过预载元件、例如使其进入松弛位置，来降低液压介质的压力，从而减小夹紧段的直径，使其至少不大于或略小于圆形工具通孔开口的内径。圆形工具将在下一步中被推到修整心轴上。然后借助预载元件使液压介质的压力增加，令其达到这样的程度，即通过夹紧段的膨胀而对圆形工具施加所需大小的径向夹紧力。再装上可能存在的轴向固定装置，最后将修整心轴和安装好的、已夹紧好的圆形工具一起放回外壳内或固定在外壳内，并且心轴的驱动侧也与驱动装置完成有效连接，例如与电机轴联轴连接或由传动皮带围绕。

使用根据本发明所述的修整心轴，放置和拆卸都只需要几秒钟到十秒时间，这与现有技术中应用的热工艺形成鲜明的对比，特别后者的拆卸过程需要一到几个小时。尽管时间如此之短，仍能在微米至亚微米范围内实现定位的精度和准确性。

在下文中，介绍本发明的有利的进一步改进，可将其单独实现、或者在其不是明显相互排斥的情况下组合实现。

为了满足对安装在根据本发明所述修整装置的修整心轴上的圆形工具进行修整的微米精度要求，建议将修整装置的修整工具设计成金刚石辊，即表面镶有或涂覆金刚石的成型辊。此处适用，这种金刚石辊的精度越高，砂轮的精度就越高，进而由其将这种精度传递到工件上。此外，与其他材料制成的修整工具相比，使用金刚石辊可以更快地完成修整过程，同时还能确保较长的使用寿命和较高程度的可重复性。

在本发明提出的一种设计形式中，夹紧段设计成一个比较薄的空心圆柱体，其与轴柄在两侧整体连接。可以将液压介质腔室、进而将夹紧段在制造心轴时从一个工件中成型，通过这一方式来实现这种连接。替代方式是，首先将其分开制造，然后用合适的方法连接，如粘接或焊接。此处，夹紧段的径向厚度或强度是两个对立要求之间的折衷：一方面，较低的厚度降低了夹紧段的弹性模量，从而通过增加压力来改善其变形能力；但另一方面，其在较低液压压力下对于点状力的稳定性和坚固性也被降低。特别是后者会导致在放置或取出待修整或已修整的圆形工具时，对于不小心的操作产生不利的敏感性。但过大的厚度会增加一定夹紧作用所需的液压压力，不利于夹紧。对于由高冲钢制成的修整心轴，合理的选择是厚度为0.2-2mm、最好是0.4-1mm。

为了进一步改善坚固性、同时保持尽可能高的弹性，夹紧段的厚度也可以呈现周向和/或轴向变化。液压腔室的底板或盖板、或者两者皆是，可以采用几乎延伸到各自对面的支承结构，从而防止夹紧段在外力作用下过度变形。特别是，提出了周向和/或轴向的波浪状分布，此处波幅接近于高度，即液压介质腔室的最大径向延伸。由此，如果局部载荷超过液压压力，则可以避免过大的、可能是破坏性的变形，因为在这种情况下，波状的底侧会接触到腔室的底板，从而将力传递到轴柄的深层结构中。

如果将液压腔室周向或者甚至轴向细分为若干个旋转对称或均匀的子腔室，则还可取得更高的坚固性。腔室之间的隔板有助于将夹紧段表面的局部力甚至平面力分流到深层结构中，从而显著提高抵抗能力。

在本发明的一种实施方式中，提供了可径向位移的夹紧体，用于额外的压力产生和/或传递。这些夹紧体设计为、并且只需要在有限的范围内进行径向位移，运动间隙通常在轴外半径的千分之几到百分之几即可。这一运动间隙从下止点到上止点之间测定。但是其优选的测定方式是：能够达到足够大，以补偿由于修整过程中快速旋转而导致的圆形工具膨胀，以及由此导致的工具夹持口半径的增加。因此，所需的径向运动间隙取决于被修整圆形工具的延展性，即其弹性模量。

夹紧体可以设计成圆柱环段、特别是镜像对称的，或者至少在形状上接近于此类设计。

它们可以径向布置在液压腔室下方。这样做的好处是，通过夹紧体径向运动所施加的径向力被液压介质均匀地大面积分布。如果夹紧体并不覆盖轴柄或夹紧段的完整圆周，而是夹紧体之间存在轴向-径向布置的隔板、隔板有着或多或少的较大角直径，则这种做法就特别有用或者是必要的。这样的划分可以起到增加轴柄针对弯矩的恢复力，此处弯矩可能是当夹紧在心轴上旋转的圆形工具上进行修整时、由单侧径向和/或轴向力引起的(即当这些力被不对称地施加时)。

然而，在单个或全部夹紧体之间不使用隔板或周向划分，这样的设计也是可以设想的。这样的设计中，尽管在所述力的作用下必须接受较大程度的弯曲，但夹紧体施加的径向力的均匀分布得到改善。

此类由夹紧体产生的径向力可分为两种类型：静态力和动态力。通过机械或液压方式对夹紧体反之施加一个径向向外的力，静态力便由此产生。在修整心轴旋转过程中，由于其离心力的作用，夹紧体则会产生动态力。其与旋转频率的平方成正比，与夹紧体的半径和质量成正比。夹紧体能够最大施加的、与面积相关的夹持力或夹紧力的动态比例，由旋转角频率的平方、夹紧体的平均半径(即到旋转轴的平均距离)和夹紧体的表面密度的乘积计算。后者又是由空间密度乘以夹紧体的径向延伸而得。

本发明提出了这样的设计，即通过使用具有尽可能高的空间密度(例如由铅制成)和径向延伸的夹紧体，使动态夹紧力分量最大化。这就减少了预载元件施加的初始夹紧力，同时确保了在修整过程中安全、无滑移的夹持，而在这一过程中，心轴通常处于每分钟几千到上万转的快速旋转中。当径向延伸为1cm、空间密度为每立方厘米11克、平均半径为1.5cm时，夹紧压力约为6500百帕，即6000转/分时6.5bar、12000转/分时26bar、24000转/分时104bar。

这种夹紧压力可以通过增加平均半径、即夹紧体与旋转轴的平均距离，来进一步增加。这可以在保持夹紧体位于液压介质腔室下方的定位的情况下，通过简单地增加轴柄的总体尺寸来实现。但是，这受到被修整的圆形工具通孔开口规定尺寸的限制，其直径通常在50至70mm左右。同样，虽然由于旋转也会在液压介质中产生动态压力增加，但由于已知液压油的密度较低——比夹紧体的密度低约一个数量级，所以这一般可以忽略不计。因此，本发明提出替代或补充方案，即在液压腔室上方径向布置夹紧体。夹紧体在此可以保持如此程度的径向位移，使得夹紧圆形工具时，夹紧体的上侧突出于周围的轴柄表面，即只有夹紧体上侧构成夹紧段的夹紧面。然而，这样做的缺点是夹紧力不会均匀地作用在圆形工具上，至少在夹紧体之间有隔板用于已经提到的周向划分的情况下。解决这一缺点可以通过省去隔板，或者提供覆盖夹紧体的弹性层并由该弹性层的上侧构成夹紧面。

液压腔室内的液压压力可以直接传递给夹紧体，方式是夹紧体的底部构成液压腔室的盖板。在这种情况下，腔室和夹紧体运动空间之间的耐压密闭性必须由合适的环绕密封件来确保，然而，在任何情况下，它都会对夹紧体施加径向摩擦力。由夹紧体传递的夹紧力将被该摩擦力减小。根据本发明所述的修整心轴在其他设计中，还可以在液压介质腔室和夹紧体之间采用连续的、确保密封的材料层。为了确保能将液压介质的压力尽可能地传递给夹紧体，这一材料层应尽可能地薄、因而尽可能地具有弹性。

使用这种动态夹紧效果的一个重要优点是，除了静态(预)夹紧之外，夹紧力随转速的增加而呈平方级增长，因此，在加工过程中，速度越高，工具就越能牢固地夹紧在心轴上。这样一来，预紧力可以降低到准确定位所需的最小值，对于修整过程中确保安全固定所需夹紧力的差值，可以通过动态夹紧张力来提供。

用于根据本发明所述修整心轴的预载元件，一个简单但非常有效的实现方式是采用一个张紧螺杆，它被拧入一个与液压腔室流体相通的孔中。该孔可以横向钻，即在轴柄的轴环中、并呈径向走向或至少基本上是径向走向，也可以在另一位置钻，例如在轴柄端部或另一可以接触到的位置。将张紧螺杆旋入或旋出，可减少或增加液压介质的可用容积，从而可以调节介质的压力。当压力增加时，夹紧段径向向外弯曲以及/或者施加在被夹持的圆形工具上的夹持力增加。反之，压力减少会使夹紧段的曲率因其弹性而逆转或减小，以及/或者减少施加在圆形工具上的夹持力。

为了精确地轴向定位，根据本发明所述修整心轴的某些设计形式中，轴柄可以有一个定位肩。待修整的工具在放置时被推至一个位置，直到其一个端面的至少一部分平整紧贴在定位肩上。其轴向位置由此确定，而且至少能确保其不受轴向作用力的影响。

如果圆形工具要完全轴向固定，本发明则提出使用一种固定盘，该固定盘在圆形工具之后放置在根据本发明所述修整心轴的轴柄上，并以适当的方式固定在此。一种可能是用开口销将其固定。然而由于应用中的高转速，这一点很难实现。另一种可能是在固定盘的必要开口处设置内螺纹，而轴柄至少在从工具观察位于定位肩另一侧部位的前部区域设置与之相匹配的外螺纹。然后可以简单地将固定盘拧上。但这里的缺点是，在没有进一步的安全措施的情况下、修整心轴只能在一个旋转方向上安全操作，即与螺纹的螺旋方向相反。

如果采用定位肩以及固定盘形式的固定手段，本发明还提出，作为另一夹紧元件的替代或补充，将轴向固定与径向预紧相结合。对此至少有两种可能。

一方面，轴柄横截面在含螺纹部分的区域可以偏离圆形，例如通过选择椭圆形或卵圆形，或者在圆周上设置一个或多个增厚部分。然后将液压介质腔室设计成这样的方式，即至少在那些半径因整形而高出平均值的含螺纹部分的区域中，腔室一直延伸到这个区域，即延伸到这些高起的区域之下。在这样做的时候，这些腔室的延伸应该尽可能紧密地到达轴柄的表面下，但又不危及稳定性和密闭性。由此，拧紧固定盘引起的含有螺纹部分的变形就尽可能地转化为液压介质腔室内的体积或压力变化。

在这种情况下，进一步建议，为了便于精确地拧上，并确保压力逐渐增加、从而确保预紧力的逐渐增加，轴柄平均直径应该从轴柄远离定位肩的一端开始、朝向定位肩或直至含螺纹部分的一段逐渐增大。这一设想的一个可能的和合理的实施方式是，从比固定盘开口(通常首选是圆形的)直径小千分之几到百分之几的平均直径开始进行线性增加，直到一个与固定盘开口大致对应的最终值。

将轴向固定与径向预紧力(设置)结合起来的另一种可能性是，在面向圆形工具的定位肩端面上设置一个或多个传力元件，特别是旋转对称布置的传力元件，它们将固定盘通过圆形工具在定位肩上施加的轴向夹紧力传递到液压介质腔室内。为此，该腔室的设计方式是，其至少在末端出口延伸直至定位肩并延伸到压力传输元件的正下方。

可以使用销作为传力元件，将其插入延伸至液压介质腔室(末端延伸)的孔中。此类销必须充分密封，以防止液压介质的泄漏。为了确保所有情况下的密封性，还可以省去钻孔，可将传力元件设计成凸出于定位肩端面剩余表面的销的形式。

本发明的更多性能、特点和优点由以下通过附图更详细解释的设计实例给出。其仅用于对发明进行图例说明，而不是以任何方式对发明进行限制。

附图说明：

图1：根据本发明所述修整机的一种带置入式修整心轴的设计透视图；

图2：根据本发明第一优选设计的修整机的修整心轴的纵向和横向截面图；

图3：根据本发明第二优选设计的修整装置的修整心轴的纵向截面图和两张横向截面图；

图4：根据本发明第三优选设计的修整装置的修整心轴的纵向截面图和两张横向截面图。

附图标记列表

1 修整心轴

10 轴柄

11 第一轴承

12 第二轴承

14 定位肩

15 螺纹部位

151 隆起部

16 固定盘

2 夹紧装置

21 液压介质腔室

21.1–4 周向子腔室

21a,21b 下、上子腔室

22 夹紧段

23 夹紧元件

231 容纳232的孔

232 销

233 突出部

29 夹紧体

292 外表面

3 工具、砂轮

4 外壳

L 修整心轴的纵向和旋转轴线

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明所述修整装置的一种可能设计。这是由两个可翻开的半部组成的外壳4，修整心轴1置入其中，在关闭和固定外壳的两个半部之后，心轴被固定在布置在轴柄10两侧的轴承11和12上。如图所示，一个异型砂轮3形式的圆形工具夹紧在修整心轴1上。为了快速更换工具，外壳半部的下边缘为铰链式连接，上边缘通过无需工具即可操作的锁定机构连接。

图2示出了根据本发明一种优选设计的修整机的修整心轴。

局部图A示出了包含旋转轴L的平面内的纵向截面图，而局部图B示出了沿BB线的横向截面图。

修整心轴1包括轴柄10，其带有起到轴向定位作用的定位肩14，以及布置在轴柄10两侧的两个轴承，即第一轴承11和第二轴承12，它们的作用是将轴柄固定在根据本发明所述修整机的外壳中，示例如图1所示。轴承11、12在此示为滚动轴承，但其他类型的轴承，例如(空气)滑动轴承或磁性轴承，也可以在本发明的范畴内使用。第二轴承12外轴承套的端面上定位有传感器13，其特别可以是一个声学传感器，并以已知的方式用于监测和确定机器的(工作)状态和正确功能。

修整心轴1的轴柄10又包括由弹性夹紧段22、在其径向下方的充注加压液压介质的(液压介质)腔室21、以及用于调节液压腔室压力的预载元件23组成的夹紧装置2。夹紧段22的外表面及夹紧面的形状为圆柱面，而内侧表面具有支承结构221，如纵向截面图(局部图A)示出。后者的作用是提高夹紧段22的稳定性，以抵御局部或较大区域内超过液压腔室压力的径向力的作用，而这些力有可能损坏夹紧装置2。夹紧段22两端向内曲拐，圆柱弹簧222a和222b在此置入轴柄10相应的互补槽或凹口101a和101b中。由此确保夹紧段22被牢固可靠地固定在轴柄上。此外，也由此确保轴柄与夹紧段的连接的密封性，防止液压介质在高压下泄漏。

用于调整液压腔室静态压力的预载元件23由螺杆233构成，该螺杆作为柱塞插入到轴柄10侧面的径向孔中。该孔通入液压腔室，而该液压腔室至少在这一点上延伸到夹紧段之外，或者该孔通入到腔室的末端延伸部分。螺杆233的进一步旋进或旋出则改变液压腔室的有效体积，从而也改变了其内部介质的压力。这样，可以根据需要设置所需的(静态)预紧力：如果要装上或拆卸圆形工具，则拧开螺杆233，使得夹紧段22的外径小于工具的开口，或者不对工具施加明显的张力。现在工具可以装上或卸下。根据现有技术状态应用的热收缩或膨胀工艺需要多个小时，而且对于工具和修整心轴都具有高度的损坏风险，而根据本发明所述的心轴与之相比，其工艺只需要几秒到最多几十秒。这样时间增益，在实践中如何高估都不为过。需要承受的缺点则是，其结构决定了的修整心轴的弹性更高：薄壁和相应的弹性夹紧段以及液压介质，其弹性一般比实心轴柄更高。具体表现为：在不均匀作用力的情况下，振动增大，径向和轴向跳动减小。在图2所示的设计中，存在于夹紧段内侧的支承结构221，只能在振动幅度大于液压腔室21底部结构间距的范围内对此进行补偿。减少这些振动的一种操作可能性是确保在修整圆形工具时，尽可能只对工具施加均匀的、即相互补偿的力，修整心轴也由此受到这样的力。然而，如果希望在结构上增加稳定性、即减少弹性，本发明还提出了周向和/或轴向的划分，如图3或图4所示的设计形式。

在图3中，所示为根据本发明另一优选设计的修整机的带有夹紧体的修整心轴。

局部图A为纵向截面图，局部图B和C分别为沿局部图A中BB和CC线的横向截面图。

修整心轴1包括一个轴柄10，其一端又包括一个带有外螺纹的区域15，用于将轴向固定盘16拧上，另一端是一个定位肩14以及位于其间的带有夹紧装置2的夹紧区域。还包括此处未示出的修整心轴、至少一个轴承、优选为布置在轴柄10两侧的两个轴承、以及一个传感器，如图2所示。在轴柄10或夹紧装置2上放置一个形式为砂轮3的圆形工具。

夹紧装置2包括液压介质腔室，分为上腔室21a和下腔室21b，两者均位于薄壁夹紧段22的下方，而夹紧段22又在两侧与轴柄10的其余部分整体式连接。由此，与图2所示的设计相比，既改善了对轴柄的力传递，又提高了加压液压介质防止泄漏的密闭性。上、下液压腔室21a、21b的径向下方的空腔，其由厚度与夹紧段22相当的弹性薄材料层隔开，在空腔中存在着可径向移动的夹紧体29。夹紧体具有尽可能高的空间密度和径向延伸，以实现高的表面密度。由此，通过修整心轴旋转过程中作用在夹紧体上的离心力，液压介质的压力得以动态增加，从而增加了夹紧装置2对工具3静态施加的夹紧力。然而，由于轴柄10所需的必要稳定性，夹紧体29的径向延伸是有限制的。

在图3所示的设计中，采用了两部分的液压腔室，其中，如局部图B所示，一个上方的、朝向定位肩14的(子)腔室21a和一个下方的腔室21b，除了几个用于压力均衡的通道之外，均由一块坚实隔板隔开。隔板增加了轴柄10的稳定性，从而增加了修整心轴针对外部作用力的稳定性。除了轴向划分外，还可以如图4所示，周向划分为子腔室，以进一步提高轴柄的抗扭转和抗折弯刚度。

轴柄10具有定位肩14，其与拧在轴柄螺纹部位15上的固定盘16共同作用，以便对工具3进行轴向定位和固定。在该设计中，起到调节液压介质压力作用的预载元件23通过下述方式实现：在定位肩朝向工具的端面中，存在突出部233形式的、直径上对置的传力元件，液压腔室至少在出口延伸部位中延伸直至这些突出部的正下方，从而使定位肩包含突出部的区域在轴向力的作用下灵活变形，以此减小液压腔室的有效体积。当插上圆形工具并通过拧上固定盘进行轴向固定时，固定盘施加的轴向力通过圆形工具传递给突出部，其产生弹性形变，从而减小液压腔室的体积，由此增加液压介质的静态压力。作为这种生成预紧力方式的补充或替代，还可以使用另一个预载元件，如图2所示的张紧螺杆。

图4所示为根据本发明第三优选设计的修整机的修整心轴，其夹紧体位于液压腔室径向上方。

局部图A所示仍为纵向截面图，局部图B或C分别为沿局部图A中BB或CC线的横向截面图。

局部图A以及局部图B中可以看到，根据本发明的这一设计中，夹紧体29共有4个，布置在液压腔室的上方。这样做的作用是增加夹紧体与修整心轴旋转轴线的距离，从而增加上述动态夹紧效果。位于夹紧体上方的夹紧段22，其外表面构成夹紧面，为了达到高弹性，夹紧段被设计得尽可能薄。这一做法是可行的，因为作用于轴柄的弯曲力可以通过位于夹紧体之间的分隔部分和夹紧体本身吸收和消散。这一点是可能的，因为与加注液压介质的腔室相比，夹紧体29具有明显更高的弹性模量，并且作为固体具有形状稳定性；图2和图3所示的其他设计中的液压腔室位置，在此处即由夹紧体29占据。在本设计中，夹紧体29的横截面为圆环段形，并具有一定的径向运动间隙，以便能够使夹紧段22产生明显的拱起。为了实现夹紧体的轴向和切向尽可能无间隙的引导，同时确保其径向运动的顺畅自如，可以在容纳夹紧体29的空腔中加入润滑剂。替代方式也可以使用滚动轴承。

液压腔室分为四个周向的、旋转对称的子腔室21.1至21.4，出于压力均衡的目的，它们通过通道流体相通，每一个子腔室被分配给四个夹紧体中的一个，即位于其正下方(见局部图B)。腔室横截面可以采用对应于夹紧体29的圆形环段，也可以采用其他的设计，唯一的条件是，分隔腔室和夹紧体空腔体的隔盖要足够薄、并具有足够的弹性，以便当液压介质腔室内压力发生变化时，实现相应的变形，从而实现夹紧体的径向位移。此外，还可以像图3所示的设计那样，进行腔室的轴向划分，以增加抵抗能力。

局部图C所示为通过轴柄10螺纹部位15横截面，位于该区域的固定盘16与定位肩共同作用，对工具3进行轴向方向的定位和固定。如图所示，此处轴柄的横截面明显偏离了圆形：在每个液压(子)腔室21.1-21.4的上方有一个隆起部151。其尺寸测定如下方式：在隆起部最高点的轴柄半径略大于固定盘16开口的净半径。由于此处的腔室类似于夹紧段、延伸到轴柄的表面之下，所以轴柄在这些隆起部151中具有一定的弹性。当固定盘拧上后，隆起部被向内压，从而减小了液压腔室的体积，使其内部的介质压力相应增大。为了在拧上固定盘的过程中实现压力的逐渐增加，轴柄10含有螺纹部分15被设计成：从背离定位肩的一端开始，其半径逐步增加。变化必须根据隆起部的屈服度进行调整，但一般不会超过百分之几。

虽然这样在原则上能够足以设置预紧力，但在朝向工具3的定位肩14的端面上还有附加元件用于产生或增加静态预紧力，类似于图3所示的传力元件。但与那里不同的是，这里的元件由销232构成，这些销插入延伸到液压腔室21.1至21.4的孔231之中，并且可径向位移。

由于上述含螺纹部位15的几何形状在拧上固定盘的转数和(径向)预紧力之间形成了固定关系，因此，对于较薄的工具而言，可能在充分轴向固定之前就达到了最大预紧力。为了平衡这一点，可以提供一个此处并未示出的第三元件，以调整液压介质静态压力，从而调整预紧力，例如图2所示设计中的张紧螺杆。