CN100339184C - 工件磨削加工过程的控制方法和磨床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对工件粗磨加工时进行过程控制的方法，其中根据本发明在研磨时利用测量传感器测量工件的实际尺寸并根据测量出的实际尺寸连续自动地向预给定的与研磨时间有关的额定尺寸进行修正。本发明还涉及实施所述方法的磨床，所述磨床具有一个固定在砂轮主轴座上的对工件进行磨削的砂轮、一个用于检测被研磨工件的尺寸的测量传感器和一个磨床控制单元，其中工件支承在工件主轴和尾座套筒之间。根据本发明测量传感器基本设置在由砂轮的环围工件的作用范围构成的平面上并且磨削时测量信号被连续地输送给磨床控制单元，磨床控制单元根据测量信号对砂轮进行控制，从而在加工过程中实现研磨过程的控制。

Description

工件磨削加工过程的控制方法和磨床
技术领域
本发明涉及一种利用磨床上的砂轮对工件磨削时的加工过程进行控制的方法，本发明还涉及一种磨床，特别是用于实施本方法的磨床，该磨床具有一个用于对一支承在工件主轴和一尾座套筒间的工件进行粗磨(纵磨)的固定在砂轮主轴座上的砂轮、一个用于检测被研磨的工件尺寸的测量传感器和一个磨床控制单元。
背景技术
目前应用公知和公用的研磨方法和应用此方法工作的磨床已经可以实现很高的加工精度。根据生产过程中部件制造的总趋势，为了降低误差率必须配备有过程监视和有针对性的过程控制。在固有的研磨过程中优选必要时进行修正干预，以便实现制造的工件具有稳定的良好的质量。
在采用切入磨削和往复磨削加工工艺时，已知有用于对研磨过程进行控制的过程中测量装置和过程控制装置。由于工件在磨削加工时有待形成的外径是在纵向行程中研磨成的并因而通过测量控制检测不到重要的中间步骤，以便根据该中间步骤对终值施加影响，所以迄今尚未实现对也被称作粗磨的纵磨的真正的过程中测量-和过程控制。
所以在采用粗磨加工工艺时迄今仅能根据所谓的过程后测量-和过程控制方法进行工作。此方法的缺点在于，对于已经研磨好的外径，例如配合座，如果研磨成的实际尺寸已低于标准尺寸，则对该配合座的工件不再可能通过加工进行修正。
发明内容
所以，本发明的目的在于，提出一种方法和一种磨床，利用这种方法和这种车床在粗磨时可以不间断地过程可靠地对所需的有待研磨的直径进行修正，该种方法和该种机床可在工业领域应用，并且在应用该种方法和该种机床时，为过程中测量-和过程控制方法应用的测量方法及为此应用的测量装置并不需要延长加工时间。
本发明的目的的实现方案是：
一种对工件进行外圆往复磨削时进行过程控制的方法，利用磨床上的砂轮的往复行程实现对工件外径的磨削，应用该方法利用测量传感器在磨削过程中对工件进行测量，以便测定实际尺寸和不间断地根据预给定的磨削-时间-相关的额定尺寸对测出的实际尺寸自动进行修正，直接在砂轮与工件的接触区内测出实际尺寸，并且在磨削过程中砂轮和测量传感器相互在一个平面上。
一种用于实施所述的方法的磨床，所述磨床具有：一个固定在砂轮主轴座上的砂轮，该砂轮用于对一个支承在工件主轴与尾座套筒间的工件进行外圆往复磨削；一个用于检测被研磨工件的尺寸的测量传感器和一个磨床控制单元，其中测量传感器基本设置在由砂轮的环围工件的作用范围构成的平面上并且磨削时测量信号被连续地输送给磨床控制单元，磨床控制单元根据测量信号对砂轮进行控制，从而以在加工过程中控制方式实现研磨加工过程。
本发明的方法系一种用于在利用磨床的砂轮对工件进行粗磨时进行过程控制的方法，其中根据本发明在对工件进行研磨加工时利用一测量传感器对工件的实际尺寸进行持续及不间断的测量，并且同时根据预给定的与研磨时间有关的额定尺寸对测出的实际尺寸不间断地进行自动修正。这意味着，根据对磨床实时控制中所测出的实际尺寸，将实际尺寸修正到欲取得的尺寸，即以加工过程中控制方式进行修正。通过这种实时控制可以避免被研磨加工的工件被研磨成低于标准尺寸的情况。因此可以大大降低制造工件时的误差率。另外，通过对研磨过程的实时控制可以产生积极地作用，减少或最佳地实现由砂轮加在工件上的热负荷，从而减少了一方面由于热造成的工件的变形，该变形同样会导致工件的实际尺寸的不精确，并且另一方面也降低了砂轮的磨损。因此，可以实现总体的最佳磨削加工条件。
优选对作为与时间有关的额定值曲线的额定尺寸进行预给定。其中与时间有关的额定值曲线存储在优选作为磨床控制单元的一个组成部分的存储单元内。根据额定值曲线然后根据连续的或不间断的对实际尺寸的确定进行修正，以便使砂轮接近与研磨时间有关的额定值曲线，从而实现所需的工件最终的外形。
根据本发明的进一步设计，直接在砂轮对工件的作用范围内对实际尺寸进行测量。所谓“直接在砂轮对工件的作用范围内”系指，一以测量信号形式输出测量值的测量传感器基本设置在一个平面上，该平面由环绕工件的砂轮的作用点构成。因此，有益地实现了直接在正好是工件被磨削的位置处进行的测量，而在与额定值曲线出现微弱的偏差时可以立刻通过磨床控制单元进行向额定值曲线的修正，从而避免了小于标准尺寸的情况的出现。
优选将作为测量信号的不间断测出的实际尺寸传递给磨床控制单元，其中根据测量信号然后进行向额定尺寸的修正。此点与实时控制相符，实时控制也被称作加工过程中控制。根据本发明提出一种方法，该方法可以实现粗磨时的加工过程中控制。根据本发明的方法在研磨时根据工件的额定直径对砂轮进行微修正。
根据工件一特定的有待研磨的外形，该工件至少在一段内被研磨成圆柱形或锥形。即采用所述的方法根据特定的所需的额定值曲线可以以最高精度对圆柱形的以及锥形的工件的外形进行磨削加工。
为了保证作为实时控制基础的测量值，检测始终在砂轮的作用范围内或在由砂轮环绕工件的作用点构成的面上进行，砂轮和测量传感器相互同步地在工件上移动。与此相应，砂轮和测量传感器当然也可以是固定的，而工件是移动的。即使在此情况下也可以保证砂轮和测量传感器的相互设置应使测量值的检测与工件上的直接进行研磨过程的点相关。在采用本发明的方法时，为了进行测量不必断开磨床或使砂轮与工件脱离。
根据本发明的另一方面，本发明的磨床，尤其是用于实施上述方法的磨床具有：一固定在砂轮主轴座上的用于研磨工件的砂轮，所述工件被支承在工件主轴与尾座主轴之间；一个用于检测正在被研磨的工件尺寸的测量传感器和一个磨床控制单元。根据本发明，测量传感器基本设置在由环围工件的砂轮的作用范围构成的平面上，其中在粗磨时测量信号被连续地输送给磨床控制单元，所述磨床控制单元根据这些测量信号对砂轮进行控制，从而通过在加工过程中的控制实现研磨加工过程。因而，采用本发明的装置可以直接地在研磨过程中毫不迟延地及以实时控制的方式影响研磨加工过程，即砂轮在工件上的作用方式，从而确保所需工件的最终尺寸被保持在最窄的容限范围内，因而可以避免通常不能接受的工件的尺寸低于容限范围的下限的情况出现。
根据本发明的进一步设计，测量传感器固定在测量头上，所述测量头可向内摆动地设置在砂轮主轴座上。测量头通过可向内摆动的设置与工件的各种直径适配，其中可以确保测量传感器在测量头上的设置使测量传感器始终位于由砂轮在工件上的作用点所构成的平面的范围内。根据本发明一优选的进一步设计，测量传感器设置在砂轮作用范围的对面，即优选在砂轮作用范围对面的180°位置处。而且还可以将测量传感器设置在工件圆周上的一定角度位置处。采用本发明的实时-过程控制并结合磨床控制，根据检测出的用于向额定值进行修正的实际值研磨出工件的所需的额定圆柱形或额定锥形。这意味着，本发明粗研磨既适用于圆柱的工件形状或工件段，又适用于锥形的工件或工件段。
附图说明
下面将对照实施例并结合附图对本发明的进一步的优点、特征和应用做一详细的说明。图中示出：
图1为本发明的磨床俯视示意图，其中示出直接研磨范围Y；
图2为沿图1中A-A向的剖视图；和
图3为在图1中示出的研磨范围Y的放大详视图。
具体实施方式
图1为外圆磨床的俯视示意图，所述外圆磨床按照粗磨方法(纵磨方法)工作。在应用这种研磨方法时，采用具有耐磨粘合剂的CBN-砂轮。采用粗磨加工工艺的特点在于，通常采用纵磨方法一次加工即可磨掉所有的研磨加工余量。其中研磨时的径向进给等于工件2上的径向研磨加工余量。已知磨床具有一个带有工件主轴1A的工件主轴座1、一个工作台3和一个带有液压移动的尾座套筒4A的尾座4，所述尾座设置在床身5上。工作台3设置在床身5的前段20内的导轨上，工作台在导轨上顺CNC-轴Z的轴向运行。在图中未示出该轴的电机驱动器。对设置在工作台3上的带有工件主轴1A的工件主轴座1用电机驱动，其中在工件主轴1A的前段形成的顶尖用于支承并用于将转动传递给工件2。带有液压移动套筒4A的尾座4同样设置在工作台3上，其中尾座4A的前段形成一个定心顶尖，该顶尖用于对工件2进行支承。工件2被支承在工件主轴1A顶尖和尾座套筒4A的顶尖之间，其中工件主轴1A和尾座套筒4A以及工件2的中轴相互精确地对齐。
砂轮主轴座6设置在床身5的后段21，所述砂轮主轴座的支座上具有液压导向件。在垂直于轴Z的CNC-轴X向的进给是通过电机驱动器8实现的。在前段砂轮主轴座6的机壳对砂轮主轴进行支承，砂轮10固定在砂轮主轴上。
在砂轮主轴座6的机壳上设置有一个测量装置11，所述测量装置具有一个臂件，所述臂件用于对测量头12进行固定，所述测量头用于对工件的实际直径进行测量。用于直接在研磨加工时对工件的实际尺寸进行检测的一个或多个测量传感器13设置在砂轮10的研磨范围内，从而可以不间断地实时检测正在被磨削的直径。因而，可以直接在加工时对测量值进行采集，并因此必要时可以在过程中对正在磨削的直径进行修正。这意味着根据该测量方法可以实现甚至对粗磨加工(纵磨)的实时控制，即加工过程中控制。
图2为图1中A-A向的切面原理视图。图中示出可内摆的臂件22，所述臂件对带有用于检测被研磨的工件2的直径的测量传感器13的测量头12进行固定，并设置在砂轮主轴座6上。图中的箭头14表示测量传感器13的扫掠的测量行程。附图标记23表示在用虚线示出的回摆或外摆位置的臂件22。当臂件在回摆位置时可以从磨床上取下工件2并将一新的工件夹固。
图3为图1中Y部分的放大视图。图中示出测量传感器13基本设置在砂轮10在工件2上的直接作用范围的对面，其中测量头12对某些测量传感器13或在仅有一个测量传感器13的情况下对一个测量传感器13进行固定。因而，可以保证不间断地对工件精确的正在研磨的直径进行测量，并且通过将一个与该测量值相应的测量信号输送给磨床控制单元，可实现对砂轮10的作用位置的修正，从而可以将工件，尤其是轴承座的外径修正到所需的额定尺寸。
测量传感器13以砂轮10的厚度为基准设置在对面，使测量传感器直接设置在根据砂轮的磨损标记(磨损棱)固有的作用点的后面。这意味着测量传感器设置在砂轮对面的砂轮的圆周线上。
其中，利用测量传感器13实现的测量方式是，在砂轮10对工件2进给时不间断地进行测量。一旦达到额定尺寸，根据粗磨加工工艺，工件2在纵向上进行一定的进给。其中不间断地将测量值传递给磨床控制单元，从而在研磨加工时对工件的研磨直径可以不间断地进行修整。根据对设备的控制既可以将工件2研磨成圆柱形的外径，又可以研磨成锥形外径。
应用本发明的方法和采用实现该方法的本发明的磨床在研磨加工时可以实现比迄今的根据已有技术的过程后控制实现的更高的加工过程安全性。同时还可以对砂轮和工件的相互热特性最佳化，这是因为在固有的研磨加工过程中不间断地进行测量并可以对与额定值的偏差直接和立刻进行补偿之故。

Claims (11)

1.一种对工件进行外圆往复磨削时进行过程控制的方法，利用磨床上的砂轮的往复行程实现对工件外径的磨削，应用该方法利用测量传感器在磨削过程中对工件进行测量，以便测定实际尺寸和不间断地根据预给定的磨削-时间-相关的额定尺寸对测出的实际尺寸自动进行修正，直接在砂轮与工件的接触区内测出实际尺寸，并且在磨削过程中砂轮和测量传感器相互在一个平面上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，预给定出作为与时间相关的额定值曲线的额定尺寸。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中作为测量信号的连续测出的实际尺寸被传递给磨床控制单元，根据测出的实际尺寸以过程控制方式向额定尺寸进行修正。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其中研磨时对砂轮向工件的额定直径进行微修正。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其中至少工件的一个段被研磨成圆柱形。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其中至少工件的一个段被研磨成锥形。
7.一种用于实施按照权利要求1所述的方法的磨床，所述磨床具有：一个固定在砂轮主轴座(6)上的砂轮(10)，该砂轮用于对一个支承在工件主轴(1A)与尾座套筒(4A)间的工件进行外圆往复磨削；一个用于检测被研磨工件的尺寸的测量传感器(13)和一个磨床控制单元，其中测量传感器(13)基本设置在由砂轮(10)的环围工件的作用范围构成的平面上并且磨削时测量信号被连续地输送给磨床控制单元，磨床控制单元根据测量信号对砂轮(10)进行控制，从而以在加工过程中控制方式实现研磨加工过程。
8.按照权利要求7所述的磨床，其中测量传感器(13)固定在测量头(10)上，测量头可内摆地设置在砂轮主轴座(6)上。
9.按照权利要求7或8所述的磨床，其中测量传感器(13)设置在砂轮(10)在工件上的作用范围的对面。
10.按照权利要求7或8所述的磨床，其中制成的工件(2)具有所需的额定圆柱形状。
11.按照权利要求7或8所述的磨床，其中制成的工件(2)具有所需的额定锥形形状。
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