專利名稱：工件磨削加工過(guò)程的控制方法和磨床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用磨床上的砂輪對(duì)工件磨削時(shí)的加工過(guò)程進(jìn)行控制的方法，本發(fā)明還涉及一種磨床，特別是用于實(shí)施本方法的磨床，該磨床具有一個(gè)用于對(duì)一支承在工件主軸和一尾座套筒間的工件進(jìn)行粗磨(縱磨)的固定在砂輪主軸座上的砂輪、一個(gè)用于檢測(cè)被研磨的工件尺寸的測(cè)量傳感器和一個(gè)磨床控制單元。
目前應(yīng)用公知和公用的研磨方法和應(yīng)用此方法工作的磨床已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)很高的加工精度。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中部件制造的總趨勢(shì)，為了降低誤差率必須配備有過(guò)程監(jiān)視和有針對(duì)性的過(guò)程控制。在固有的研磨過(guò)程中優(yōu)選必要時(shí)進(jìn)行修正干預(yù)，以便實(shí)現(xiàn)制造的工件具有穩(wěn)定的良好的質(zhì)量。
在采用切入磨削和往復(fù)磨削加工工藝時(shí)，已知有用于對(duì)研磨過(guò)程進(jìn)行控制的過(guò)程中測(cè)量裝置和過(guò)程控制裝置。由于工件在磨削加工時(shí)有待形成的外徑是在縱向行程中研磨成的并因而通過(guò)測(cè)量控制檢測(cè)不到重要的中間步驟，以便根據(jù)該中間步驟對(duì)終值施加影響，所以迄今尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)也被稱作粗磨的縱磨的真正的過(guò)程中測(cè)量-和過(guò)程控制。
所以在采用粗磨加工工藝時(shí)迄今僅能根據(jù)所謂的過(guò)程后測(cè)量-和過(guò)程控制方法進(jìn)行工作。此方法的缺點(diǎn)在于，對(duì)于已經(jīng)研磨好的外徑，例如配合座，如果研磨成的實(shí)際尺寸已低于標(biāo)準(zhǔn)尺寸，則對(duì)該配合座的工件不再可能通過(guò)加工進(jìn)行修正。
所以，本發(fā)明的目的在于，提出一種方法和一種磨床，利用這種方法和這種車床在粗磨時(shí)可以不間斷地過(guò)程可靠地對(duì)所需的有待研磨的直徑進(jìn)行修正，該種方法和該種機(jī)床可在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，并且在應(yīng)用該種方法和該種機(jī)床時(shí)，為過(guò)程中測(cè)量-和過(guò)程控制方法應(yīng)用的測(cè)量方法及為此應(yīng)用的測(cè)量裝置并不需要延長(zhǎng)加工時(shí)間。
本發(fā)明的目的的實(shí)現(xiàn)方案是一種在利用磨床的砂輪對(duì)工件進(jìn)行粗磨加工時(shí)進(jìn)行過(guò)程控制的方法，其中在對(duì)工件進(jìn)行研磨加工時(shí)利用一測(cè)量傳感器對(duì)工件的實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)出的實(shí)際尺寸不間斷地向預(yù)給定的與研磨時(shí)間相關(guān)的額定尺寸進(jìn)行修正。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一目的的方案是一種磨床，特別是用于實(shí)施本方法的磨床，該磨床具有一個(gè)用于對(duì)一支承在工件主軸和一尾座套筒間的工件進(jìn)行粗磨(縱磨)的砂輪、一個(gè)用于檢測(cè)被研磨的工件尺寸的測(cè)量傳感器和一個(gè)磨床控制單元，其中測(cè)量傳感器基本設(shè)置在一由砂輪的環(huán)圍工件的作用范圍構(gòu)成的平面內(nèi)并且在粗磨過(guò)程中不間斷地將測(cè)量信號(hào)傳遞給磨床控制單元，磨床控制單元根據(jù)信號(hào)對(duì)砂輪進(jìn)行控制，從而以加工過(guò)程中控制的方式實(shí)現(xiàn)研磨加工過(guò)程。
本發(fā)明的方法系一種用于在利用磨床的砂輪對(duì)工件進(jìn)行粗磨時(shí)進(jìn)行過(guò)程控制的方法，其中根據(jù)本發(fā)明在對(duì)工件進(jìn)行研磨加工時(shí)利用一測(cè)量傳感器對(duì)工件的實(shí)際尺寸進(jìn)行持續(xù)及不間斷的測(cè)量，并且同時(shí)根據(jù)預(yù)給定的與研磨時(shí)間有關(guān)的額定尺寸對(duì)測(cè)出的實(shí)際尺寸不間斷地進(jìn)行自動(dòng)修正。這意味著，根據(jù)對(duì)磨床實(shí)時(shí)控制中所測(cè)出的實(shí)際尺寸，將實(shí)際尺寸修正到欲取得的尺寸，即以加工過(guò)程中控制方式進(jìn)行修正。通過(guò)這種實(shí)時(shí)控制可以避免被研磨加工的工件被研磨成低于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的情況。因此可以大大降低制造工件時(shí)的誤差率。另外，通過(guò)對(duì)研磨過(guò)程的實(shí)時(shí)控制可以產(chǎn)生積極地作用，減少或最佳地實(shí)現(xiàn)由砂輪加在工件上的熱負(fù)荷，從而減少了一方面由于熱造成的工件的變形，該變形同樣會(huì)導(dǎo)致工件的實(shí)際尺寸的不精確，并且另一方面也降低了砂輪的磨損。因此，可以實(shí)現(xiàn)總體的最佳磨削加工條件。
優(yōu)選對(duì)作為與時(shí)間有關(guān)的額定值曲線的額定尺寸進(jìn)行預(yù)給定。其中與時(shí)間有關(guān)的額定值曲線存儲(chǔ)在優(yōu)選作為磨床控制單元的一個(gè)組成部分的存儲(chǔ)單元內(nèi)。根據(jù)額定值曲線然后根據(jù)連續(xù)的或不間斷的對(duì)實(shí)際尺寸的確定進(jìn)行修正，以便使砂輪接近與研磨時(shí)間有關(guān)的額定值曲線，從而實(shí)現(xiàn)所需的工件最終的外形。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，直接在砂輪對(duì)工件的作用范圍內(nèi)對(duì)實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量。所謂“直接在砂輪對(duì)工件的作用范圍內(nèi)”系指，一以測(cè)量信號(hào)形式輸出測(cè)量值的測(cè)量傳感器基本設(shè)置在一個(gè)平面上，該平面由環(huán)繞工件的砂輪的作用點(diǎn)構(gòu)成。因此，有益地實(shí)現(xiàn)了直接在正好是工件被磨削的位置處進(jìn)行的測(cè)量，而在與額定值曲線出現(xiàn)微弱的偏差時(shí)可以立刻通過(guò)磨床控制單元進(jìn)行向額定值曲線的修正，從而避免了小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的情況的出現(xiàn)。
優(yōu)選將作為測(cè)量信號(hào)的不間斷測(cè)出的實(shí)際尺寸傳遞給磨床控制單元，其中根據(jù)測(cè)量信號(hào)然后進(jìn)行向額定尺寸的修正。此點(diǎn)與實(shí)時(shí)控制相符，實(shí)時(shí)控制也被稱作加工過(guò)程中控制。根據(jù)本發(fā)明提出一種方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)粗磨時(shí)的加工過(guò)程中控制。根據(jù)本發(fā)明的方法在研磨時(shí)根據(jù)工件的額定直徑對(duì)砂輪進(jìn)行微修正。
根據(jù)工件一特定的有待研磨的外形，該工件至少在一段內(nèi)被研磨成圓柱形或錐形。即采用所述的方法根據(jù)特定的所需的額定值曲線可以以最高精度對(duì)圓柱形的以及錐形的工件的外形進(jìn)行磨削加工。
為了保證作為實(shí)時(shí)控制基礎(chǔ)的測(cè)量值，檢測(cè)始終在砂輪的作用范圍內(nèi)或在由砂輪環(huán)繞工件的作用點(diǎn)構(gòu)成的面上進(jìn)行，砂輪和測(cè)量傳感器相互同步地在工件上移動(dòng)。與此相應(yīng)，砂輪和測(cè)量傳感器當(dāng)然也可以是固定的，而工件是移動(dòng)的。即使在此情況下也可以保證砂輪和測(cè)量傳感器的相互設(shè)置應(yīng)使測(cè)量值的檢測(cè)與工件上的直接進(jìn)行研磨過(guò)程的點(diǎn)相關(guān)。在采用本發(fā)明的方法時(shí)，為了進(jìn)行測(cè)量不必?cái)嚅_(kāi)磨床或使砂輪與工件脫離。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的磨床，尤其是用于實(shí)施上述方法的磨床具有一固定在砂輪主軸座上的用于研磨工件的砂輪，所述工件被支承在工件主軸與尾座主軸之間；一個(gè)用于檢測(cè)正在被研磨的工件尺寸的測(cè)量傳感器和一個(gè)磨床控制單元。根據(jù)本發(fā)明，測(cè)量傳感器基本設(shè)置在由環(huán)圍工件的砂輪的作用范圍構(gòu)成的平面上，其中在粗磨時(shí)測(cè)量信號(hào)被連續(xù)地輸送給磨床控制單元，所述磨床控制單元根據(jù)這些測(cè)量信號(hào)對(duì)砂輪進(jìn)行控制，從而通過(guò)在加工過(guò)程中的控制實(shí)現(xiàn)研磨加工過(guò)程。因而，采用本發(fā)明的裝置可以直接地在研磨過(guò)程中毫不遲延地及以實(shí)時(shí)控制的方式影響研磨加工過(guò)程，即砂輪在工件上的作用方式，從而確保所需工件的最終尺寸被保持在最窄的容限范圍內(nèi)，因而可以避免通常不能接受的工件的尺寸低于容限范圍的下限的情況出現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，測(cè)量傳感器固定在測(cè)量頭上，所述測(cè)量頭可向內(nèi)擺動(dòng)地設(shè)置在砂輪主軸座上。測(cè)量頭通過(guò)可向內(nèi)擺動(dòng)的設(shè)置與工件的各種直徑適配，其中可以確保測(cè)量傳感器在測(cè)量頭上的設(shè)置使測(cè)量傳感器始終位于由砂輪在工件上的作用點(diǎn)所構(gòu)成的平面的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，測(cè)量傳感器設(shè)置在砂輪作用范圍的對(duì)面，即優(yōu)選在砂輪作用范圍對(duì)面的180°位置處。而且還可以將測(cè)量傳感器設(shè)置在工件圓周上的一定角度位置處。采用本發(fā)明的實(shí)時(shí)-過(guò)程控制并結(jié)合磨床控制，根據(jù)檢測(cè)出的用于向額定值進(jìn)行修正的實(shí)際值研磨出工件的所需的額定圓柱形或額定錐形。這意味著，本發(fā)明粗研磨既適用于圓柱的工件形狀或工件段，又適用于錐形的工件或工件段。
下面將對(duì)照實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和應(yīng)用做一詳細(xì)的說(shuō)明。圖中示出

圖1為本發(fā)明的磨床俯視示意圖，其中示出直接研磨范圍Y；圖2為沿圖1中A-A向的剖視圖；和圖3為在圖1中示出的研磨范圍Y的放大詳視圖。
圖1為外圓磨床的俯視示意圖，所述外圓磨床按照粗磨方法(縱磨方法)工作。在應(yīng)用這種研磨方法時(shí)，采用具有耐磨粘合劑的CBN-砂輪。采用粗磨加工工藝的特點(diǎn)在于，通常采用縱磨方法一次加工即可磨掉所有的研磨加工余量。其中研磨時(shí)的徑向進(jìn)給等于工件2上的徑向研磨加工余量。已知磨床具有一個(gè)帶有工件主軸1A的工件主軸座1、一個(gè)工作臺(tái)3和一個(gè)帶有液壓移動(dòng)的尾座套筒4A的尾座4，所述尾座設(shè)置在床身5上。工作臺(tái)3設(shè)置在床身5的前段20內(nèi)的導(dǎo)軌上，工作臺(tái)在導(dǎo)軌上順CNC-軸Z的軸向運(yùn)行。在圖中未示出該軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。對(duì)設(shè)置在工作臺(tái)3上的帶有工件主軸1A的工件主軸座1用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中在工件主軸1A的前段形成的頂尖用于支承并用于將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給工件2。帶有液壓移動(dòng)套筒4A的尾座4同樣設(shè)置在工作臺(tái)3上，其中尾座4A的前段形成一個(gè)定心頂尖，該頂尖用于對(duì)工件2進(jìn)行支承。工件2被支承在工件主軸1A頂尖和尾座套筒4A的頂尖之間，其中工件主軸1A和尾座套筒4A以及工件2的中軸相互精確地對(duì)齊。
砂輪主軸座6設(shè)置在床身5的后段21，所述砂輪主軸座的支座上具有液壓導(dǎo)向件。在垂直于軸Z的CNC-軸X向的進(jìn)給是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器8實(shí)現(xiàn)的。在前段砂輪主軸座6的機(jī)殼對(duì)砂輪主軸進(jìn)行支承，砂輪10固定在砂輪主軸上。
在砂輪主軸座6的機(jī)殼上設(shè)置有一個(gè)測(cè)量裝置11，所述測(cè)量裝置具有一個(gè)臂件，所述臂件用于對(duì)測(cè)量頭12進(jìn)行固定，所述測(cè)量頭用于對(duì)工件的實(shí)際直徑進(jìn)行測(cè)量。用于直接在研磨加工時(shí)對(duì)工件的實(shí)際尺寸進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量傳感器13設(shè)置在砂輪10的研磨范圍內(nèi)，從而可以不間斷地實(shí)時(shí)檢測(cè)正在被磨削的直徑。因而，可以直接在加工時(shí)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行采集，并因此必要時(shí)可以在過(guò)程中對(duì)正在磨削的直徑進(jìn)行修正。這意味著根據(jù)該測(cè)量方法可以實(shí)現(xiàn)甚至對(duì)粗磨加工(縱磨)的實(shí)時(shí)控制，即加工過(guò)程中控制。
圖2為圖1中A-A向的切面原理視圖。圖中示出可內(nèi)擺的臂件22，所述臂件對(duì)帶有用于檢測(cè)被研磨的工件2的直徑的測(cè)量傳感器13的測(cè)量頭12進(jìn)行固定，并設(shè)置在砂輪主軸座6上。圖中的箭頭14表示測(cè)量傳感器13的掃掠的測(cè)量行程。附圖標(biāo)記23表示在用虛線示出的回?cái)[或外擺位置的臂件22。當(dāng)臂件在回?cái)[位置時(shí)可以從磨床上取下工件2并將一新的工件夾固。
圖3為圖1中Y部分的放大視圖。圖中示出測(cè)量傳感器13基本設(shè)置在砂輪10在工件2上的直接作用范圍的對(duì)面，其中測(cè)量頭12對(duì)某些測(cè)量傳感器13或在僅有一個(gè)測(cè)量傳感器13的情況下對(duì)一個(gè)測(cè)量傳感器13進(jìn)行固定。因而，可以保證不間斷地對(duì)工件精確的正在研磨的直徑進(jìn)行測(cè)量，并且通過(guò)將一個(gè)與該測(cè)量值相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)輸送給磨床控制單元，可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪10的作用位置的修正，從而可以將工件，尤其是軸承座的外徑修正到所需的額定尺寸。
測(cè)量傳感器13以砂輪10的厚度為基準(zhǔn)設(shè)置在對(duì)面，使測(cè)量傳感器直接設(shè)置在根據(jù)砂輪的磨損標(biāo)記(磨損棱)固有的作用點(diǎn)的后面。這意味著測(cè)量傳感器設(shè)置在砂輪對(duì)面的砂輪的圓周線上。
其中，利用測(cè)量傳感器13實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方式是，在砂輪10對(duì)工件2進(jìn)給時(shí)不間斷地進(jìn)行測(cè)量。一旦達(dá)到額定尺寸，根據(jù)粗磨加工工藝，工件2在縱向上進(jìn)行一定的進(jìn)給。其中不間斷地將測(cè)量值傳遞給磨床控制單元，從而在研磨加工時(shí)對(duì)工件的研磨直徑可以不間斷地進(jìn)行修整。根據(jù)對(duì)設(shè)備的控制既可以將工件2研磨成圓柱形的外徑，又可以研磨成錐形外徑。
應(yīng)用本發(fā)明的方法和采用實(shí)現(xiàn)該方法的本發(fā)明的磨床在研磨加工時(shí)可以實(shí)現(xiàn)比迄今的根據(jù)已有技術(shù)的過(guò)程后控制實(shí)現(xiàn)的更高的加工過(guò)程安全性。同時(shí)還可以對(duì)砂輪和工件的相互熱特性最佳化，這是因?yàn)樵诠逃械难心ゼ庸み^(guò)程中不間斷地進(jìn)行測(cè)量并可以對(duì)與額定值的偏差直接和立刻進(jìn)行補(bǔ)償之故。
權(quán)利要求
1.在磨床上利用砂輪對(duì)工件進(jìn)行粗磨時(shí)進(jìn)行過(guò)程控制的方法，其特征在于，在研磨時(shí)利用測(cè)量傳感器測(cè)量工件的實(shí)際尺寸并將測(cè)量出的實(shí)際尺寸不間斷地并自動(dòng)地向預(yù)給定的與研磨時(shí)間有關(guān)的額定尺寸進(jìn)行修正。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以與時(shí)間有關(guān)的額定值曲線的方式預(yù)給定出額定尺寸。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在砂輪對(duì)工件的直接作用范圍內(nèi)測(cè)量實(shí)際尺寸。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為測(cè)量信號(hào)的連續(xù)測(cè)出的實(shí)際尺寸被傳遞給磨床控制單元，根據(jù)測(cè)出的實(shí)際尺寸向額定尺寸進(jìn)行修整(加工過(guò)程中控制)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，研磨時(shí)對(duì)砂輪向工件的額定直徑進(jìn)行微修正。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少工件的一個(gè)段被研磨成圓柱形。
7.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少工件的一個(gè)段被研磨成錐形。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，砂輪和測(cè)量傳感器相互同步地在工件上移動(dòng)，或者砂輪和測(cè)量傳感器相互固定設(shè)置和工件相對(duì)移動(dòng)。
9.一種磨床，尤其是用于實(shí)施按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法的磨床，所述磨床具有一個(gè)固定在砂輪主軸座(6)上的砂輪(10)，該砂輪用于對(duì)一個(gè)支承在工件主軸(1A)與尾座套筒(4A)間的工件進(jìn)行粗磨(縱磨)；一個(gè)用于檢測(cè)被研磨工件的尺寸的測(cè)量傳感器(13)和一磨床控制單元，其特征在于，測(cè)量傳感器(13)基本設(shè)置在由砂輪(10)的環(huán)圍工件的作用范圍構(gòu)成的平面上，并且磨削時(shí)測(cè)量信號(hào)被連續(xù)地輸送給磨床控制單元，磨床控制單元根據(jù)測(cè)量信號(hào)對(duì)砂輪(10)進(jìn)行控制，從而以在加工過(guò)程中控制的方式實(shí)現(xiàn)研磨加工過(guò)程。
10.按照權(quán)利要求9所述的磨床，其特征在于，測(cè)量傳感器(13)固定在測(cè)量頭(10)上，測(cè)量頭可內(nèi)擺地設(shè)置在砂輪主軸座(6)上。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的磨床，其特征在于，測(cè)量傳感器(13)設(shè)置在砂輪(10)在工件上的作用范圍的對(duì)面。
12.按照權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的磨床，其特征在于，磨床控制單元對(duì)砂輪(10)進(jìn)行控制，形成所需的工件(2)的圓柱形。
13.按照權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的磨床，其特征在于，磨床控制單元對(duì)砂輪(10)進(jìn)行控制，形成所需的工件(2)的錐形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)工件粗磨加工時(shí)進(jìn)行過(guò)程控制的方法,其中根據(jù)本發(fā)明在研磨時(shí)利用測(cè)量傳感器測(cè)量工件的實(shí)際尺寸并根據(jù)測(cè)量出的實(shí)際尺寸連續(xù)自動(dòng)地向預(yù)給定的與研磨時(shí)間有關(guān)的額定尺寸進(jìn)行修正。本發(fā)明還涉及實(shí)施所述方法的磨床,所述磨床具有一個(gè)固定在砂輪主軸座上的對(duì)工件進(jìn)行磨削的砂輪、一個(gè)用于檢測(cè)被研磨工件的尺寸的測(cè)量傳感器和一個(gè)磨床控制單元,其中工件支承在工件主軸和尾座套筒之間。根據(jù)本發(fā)明測(cè)量傳感器基本設(shè)置在由砂輪的環(huán)圍工件的作用范圍構(gòu)成的平面上并且磨削時(shí)測(cè)量信號(hào)被連續(xù)地輸送給磨床控制單元,磨床控制單元根據(jù)測(cè)量信號(hào)對(duì)砂輪進(jìn)行控制,從而在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)研磨過(guò)程的控制。
文檔編號(hào)B24B49/02GK1330582SQ99814313
公開(kāi)日2002年1月9日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月11日
發(fā)明者埃爾溫·容克爾 申請(qǐng)人:埃爾溫·容克爾機(jī)械制造有限公司