本发明涉及一种磨削球表面的设备和方法，特别是，涉及一种要求表面精密度的如缝纫机曲轴球表面的磨削设备和方法。 在缝纫机中，曲轴是驱动系统的一个重要传动装置，它的旋转运动经各种杆传送到缝纫机的各种部件上。杆和曲轴的连接段是一球节。例如，一针杆曲柄杆与曲轴的球部分相配合。对于用作球节的曲轴，对这种球部分的抛光要求高精密度。
迄今为至，缝纫机曲轴球部分由一圆柱形磨削加工装置加以磨削，它使用了一高速旋转的盘形砂轮。在表面用一圆柱形磨削机磨削至表面粗糙度约3.0s后，进行称作油研磨或油磨以进行精加工表面。在油磨加工中，在用圆柱形磨削机进行常规磨削后，球形部分（以后称作球）和一杆连在一起，油被供到连接部分上，然后引起旋转直到接合部分获得平稳摩擦运动为止。在磨削加工中，可使用在机油（即一研磨剂）中悬浮的砂轮粉（下文称作剪屑）的悬浮物来代替油研磨加工中的油。
但利用上述圆柱磨削机的单独磨削，不能得到0.8s或更低的表面粗糙度。如果得到低于0.8s的表面粗糙度的话，必须采用＃100或以上的砂轮。这意味着磨削不仅需要较长的时间而且由于堵塞产生打磨过热现象，因而降低了成品球的表面硬度。此外，在油研磨加工中，操作是不方便的，并且效率格外低，在磨削加工中，剪屑（砂轮粉）侵入球或杆的表面，仅仅靠冲洗不能除去侵入的粉末。侵入的粉末促进了接合表面的磨损，并且大大地降低了接头的寿命。此外，上述加工使球的纵向直径略微短于横向直径，这样导致接合部分的不良摩擦。更进一步地，在油磨加工或油研磨加工中，为了精加工摩擦表面，要设置专门的球和杆。因此，如果精加工杆单独损坏的话，替换新的需另一精加工操作。即，存在着所涉及部件无互换性的问题。
本发明的一个目的是提供一种球表面磨削设备和方法，它能解决现有技术中的上述问题，并且其中通常磨削和精磨削作为系列操作来进行以稳定地提供具有高精确度的互换部件。
为了实现上述目的，按照本发明的一方面提供了一用于工件球表面磨削的设备，它包括一盘形砂轮，其凹形圆周表面与工件的球表面相吻合，一支承盘形砂轮以使其围绕着垂直于其圆平表面的中心轴线旋转的砂轮支承，一邻近砂轮支承设置的并平行于盘形砂轮旋转的台，一使所述台对着盘形砂轮旋转轴平行往复运动的驱动装置，一装在所述台一端部上的头架，一位于头架上并沿平行于盘形砂轮旋转轴延伸的主轴，一在主轴自由端上用于固定工件的法兰，一使主轴与法兰一同旋转的旋转装置以及一位于法兰上用于对工件的球表面进行精磨的精磨机，该机以磨粒尺寸细于盘形砂轮的不同砂轮对已被盘形砂轮的凹形圆周表面磨削过的工件球表面进行精磨。
按照本发明的第二方面，提供了一种用球表面磨削设备对工件球表面磨削的方法，磨削设备包括一盘形砂轮，一支承盘形砂轮以使其围绕着垂直于其圆平表面中心轴线旋转的砂轮支承，一设置在砂轮支承附近并平行于盘形砂轮旋转轴的台，一使所述台对着盘形砂轮旋转轴平行往复运动的驱动装置，一装在台一端上的头架，一位于头架上并沿平行于盘形砂轮旋转轴方向延伸的主轴，一在主轴自由端上用于固定工件的法兰以及使主轴与法兰一同旋转的旋转装置，该方法包括用盘形砂轮的凹形圆周表面对固定到法兰上的工件球表面而进行磨削，接着，用一弹性装置将一个磨粒尺寸小于盘形砂轮的不同砂轮推靠到球表面上对球表面进行精磨削，从弹性装置完全压缩直至其完全释放时进行精磨削，所以在从弹性装置开始释放到完全释放的时间内，空心圆柱形砂轮靠弹性装置自身弹力夹持着以与球表面相接触。
由于在使用高速旋转的盘形砂轮的球表面磨削设备中，用磨粒尺寸细于盘形砂轮的不同砂轮对已被盘形砂轮磨削过的工件球表面进行精磨削，因此可以在同样的设备上连续地用盘形砂轮将工件的表面粗糙度磨至1-2s，并且在同一台设备上通过精磨削使表面粗糙度达到0.4-0.8s。这样能够消除轴向偏移并提高工件表面精度。
按照本发明，盘形砂轮是一种由粒度为＃60至＃80的磨粒模制而成的砂轮，例如可为盘形。盘形砂轮的圆周表面加工有一与工件球表面相配合的凹形。
按照本发明，对由盘形砂轮的凹形圆周表面磨削得到的工件球表面，再用一包括较细砂轮磨粒的不同砂轮连续地磨削。这种磨削称作精磨。在精磨中，已被盘形砂轮磨削过的球表面被进一步磨掉5-20微米。精磨削砂轮具有一空心圆柱体并且可由例如磨粒为＃600-＃800的模制砂轮，制成如外直径为10mm而内直径为8mm的空心圆柱形。这种空心圆柱形砂轮的与工件球表面相接触的端部具有一向内凸起的端表面。根据工件的尺寸、种类等来决定空心圆柱形砂轮的内外径以及端表面的向内倾斜角。
在本发明中，最好是借助于如弹簧将精磨削砂轮推靠到工件上。在这种配置中，在磨削开始和结束时，推砂轮的力是弹簧的自身弹力，所以它能够防止对精磨削砂轮的损坏。可利用一自动定位器和一自动定量量规对工件和砂轮进行定位并能检测磨削程度。
当在工件的轴和工件球部位置间存在偏心时，例如在磨削缝纫机曲轴的球表面的情况下，最好用一偏心夹具来建立偏心。
图1示出了一个按照本发明的球表面磨削装置的实施例的局部视图;
图2示出了偏心夹具与工件间相互关系的视图;
图3示出了一个图解以偏心夹具为基础的工作原理视图;
图4示出了一个说明本发明一实施例中工件与空心圆柱形砂轮间位置关系的视图。
现在，将结合实施例详细地描述本发明。
图1示出了一个按照本发明的球表面磨削装置的实施例的局部视图。该装置包括一盘形砂轮7，一支承盘形砂轮7以使其围绕着一垂直于其圆平表面的轴线旋转的砂轮支承1，一位于砂轮支承1旁、平行于盘形砂轮7旋转轴线的台2，使台2在平行于盘形砂轮7轴线的方向上往复运动的驱动装置（未示出），一装在台2一端的头架3，一个与头架3相对设置的尾架（未示出），头架3上装有主轴4，该轴沿平行于盘形砂轮7轴线的方向延伸，一装在主轴4一端上以固定工件的法兰5，使主轴4与法兰5一同旋转的旋转装置（未示出），以及一台用于对固定于法兰5上的工件的球形面进行精磨的精磨机，上述工件已被砂轮7磨过，而这种精机所用的砂轮8的磨粒度比盘形砂轮7的磨粒细。盘形砂轮7的圆周表面上加工有一凹形表面，用以与工件的球表面相配合。盘形砂轮7的圆平面延伸部分垂直于沿主轴4的轴线延伸的头架3的延伸部分。盘形砂轮7和主轴4可沿上述延伸部分设置。序号10是一偏心夹具，11是一端面定位器，12是一自动的定量量规，13是一加油器，18是一用于自动定量量规的油压装置。
例如，当磨削缝纫机曲轴的球表面时，采用这种结构，使用一偏心夹具来相对曲轴轴线形成同轴球表面的偏心。图2示出了将曲轴6固定到偏心夹具10的情形。图3为说明偏心夹具10工作原理的视图。
参见图2和3，偏心夹具10包括一偏心夹具体10A，一位于夹具体10A上的曲轴插入孔14，一止挡块15，其一边缘用于为插入到曲轴插入孔14中的曲轴6定位，以及一将被止挡块15定位的曲轴6固定到夹具体10A上的固定螺钉19。
上述的曲轴插入孔14相对偏心夹具10的中心16偏离一段距离A。偏心距A等于球表面17相对曲轴6轴线的偏心距。序号20所示之处为一螺钉孔，螺钉被旋入该孔中以固定球表面研磨设备中法兰5的偏心夹具10。
利用这种结构，在将曲轴6固定到偏心夹具10上时，将曲轴6插到曲轴插入孔14中。接着，调节曲轴6，从而使曲轴6的偏心球表面17位于偏心夹具10中心轴线的延长线上，并且曲轴6由放到曲轴6上的止挡块15定位。为保持这种状态，旋入螺钉19，从而将曲轴6固定到偏心夹具10上。
在将曲轴6固定到偏心夹具10上之后，将止挡块15从曲轴6上松开，并从偏心夹具10上拆下，这样，曲轴6被固定到偏心夹具10上。
装有曲轴6的偏心夹具10被固定到图1所示的球表面磨削机的法兰5上，由于工件移至法兰5上，球表面磨削机与曲轴6一同被带动。当球表面磨削机被驱动时，主轴4带着曲轴6在例如200rpm速度下旋转。随后，主轴4沿与盘形砂轮7的旋转轴线平行的方向移动，当球表面17到达盘形砂轮7的位移线时，利用从端面定位器11接收到的指令来使主轴6停止。接着，曲轴6的球表面17在盘形砂轮7的位移线上连续地旋转。然后，砂轮支承1与在例如1500rpm速度下旋转的盘形砂轮7一同接近曲线6从而将高速旋转的盘形砂轮的凹形圆周表面推靠到曲轴6的球表面17上。这样，开始了曲轴6球表面17的磨削。此时，从加油器13向磨削表面供切削油。当球表面17被磨削至一预定量时，作为控制装置的自动定量量规工作，于是，盘形砂轮7与球表面17分开并且在停止前移到一预定位置。然后，精磨机9开始工作以使固定于其端部上的空心圆柱砂轮8围绕着砂轮8的轴线在例如约800rpm速度下旋转。上述一系列动作均可由常规顺序控制系统来实现。在这种状态下，精磨机9的主轴伸出以驱使旋转的空心圆柱砂轮8靠在旋转的球表面17上，以此方式进行精磨削。图4是示出空心圆柱形砂轮8和曲轴6球表面17之间相互位置关系的放大视图。参照该图，空心圆柱砂轮8具有一个向内凸的端面用以与球表面17相配合。这样，靠空心圆柱形砂轮8下端的旋转内圆周与旋转的球表面17的接触实现精磨削。
空心圆柱形砂轮8由作为弹性件的一弹簧（未示出）保持着推靠到球表面17上，并且初始推力靠压缩弹簧生产。即，球表面17有效磨削是在弹簧完全压缩的瞬间开始的。这样实现了精磨削，并且当自动定量量规12检测到已完成预定的精磨削时，对弹簧的推力逐渐减少。当推力减至预定值之下时，在压缩状态的弹簧开始伸长。在弹簧已完全伸展后，空心圆柱形砂轮8与球表面17分开。这意味着从弹簧开始伸展直至其完全伸展的时间例如为5秒空心圆柱形砂轮8靠弹簧自身的弹力保持与球表面的接触。这样，靠用一非常微小推力进行的磨削就使磨削后的表面得以抛光。
在包括有围绕其中心旋转的空心圆柱形砂轮8的精磨削机9这样的球表面磨削设备的实施例中，例如在连续使用一夹具的情况下，用＃60-＃80的砂轮得到通常磨削，用＃600-＃800能得到精磨削。这样，在精磨削时间内能够无需对中仍能得到没有轴向偏离并具有高表面准确度的成品的球表面。此外，在短的时间周期内能够产生一致地高质量产品，且稳定性和生产率能最大限度地得以提高。另外，与现有技术的磨削和类似加工不同，在磨削表面上不可能有剪切楔，这样大大地延长了产品的寿命。再有，因为这个实施例中用空心圆柱形砂轮进行的精磨削是在用盘形砂轮进行的粗磨削之后，所以能够避免由于现有技术中所见的磨擦过热所造成的表面硬度降低的现象。进一步地，能够延长盘形砂轮7的打磨间隙。
在这个实施例中，当精磨削机的空心圆柱形砂轮8通过弹簧被推靠在工件上时，在精磨削尽头处的推力可以是弹簧自身弹力。于是，适当地选择弹簧的弹力，就能得到一微小的推力以对工件表面加以精密抛光。
在这个实施例中获得的球表面内，尺寸X等于或最好是略长于Y（X≥Y），见图4，其中，X表示下球表面底端到上球表面顶端间的距离，而Y表示穿过上和下球表面间球体中心的距离。这样，在球表面17和空心圆柱形砂轮8间的连接段上能得到平稳摩擦、X和Y之差最好是1-2微米。
在本发明中，偏心夹具10可以根据工件的种类、尺寸等加以选定。无偏心率的工件可以不用偏心夹具来加以研磨，但需用法兰5直接支承这个工件。
作为推压空心圆柱形砂轮8的弹性件，除了弹簧外可使用压缩气体等。
设备的这个实施例中无工件和砂轮的任何弓形方向上的运动（也就是反运动），这样，工件可以用一悬臂支承或在相对两端上的支承加以固定。
按照所要求保护的本发明，利用球表面磨削设备中的精磨削，在工件由一夹具夹持情况下，能够连续地进行常规的粗磨削和精磨削步骤。这样，能够消除轴向偏离并且得到高表面精确度的产品。
此外，按照所要求保护的发明，例如在采用具有＃60-＃80的盘形砂轮将表面粗糙度磨至1-2s的粗磨之后，精磨削采用例如具有＃600-＃800的空心圆柱形砂轮。这样，能够很大程度地减少磨削时间并且提高生产率。