CN101208177A - 一种用于对轻质合金轮进行机械加工、尤其是钻孔和车削的方法以及根据该方法运行的机械加工设备 - Google Patents

Abstract

一种对轻质合金轮(1)进行机械加工、尤其是钻孔和车削的方法，在加工步骤之前还包括用于对轮(1)进行定向和测量的步骤(10)，该定向和测量的步骤包括以下步骤：设置用于安置所述轮的装置(4)，该装置设有以规则角间距彼此呈角度地间隔开的至少三个安置区域(5)，且各所述安置区域(5)形成彼此共面且属于共同参考平面(R)的相应安置表面，将轮(1)以其前部凸缘(2)的一部分与这些表面安置接触，该轮大致与垂直于参考平面(R)的装置的中心参考轴线(Z)同轴。该方法还提供了以下步骤：用距离传感装置(9)确定凸缘(2)的公共表面上第一组点(Qi)的径向坐标，所述组的点以如下方式来确定：在平行于中心参考轴线(Z)测量的恒定距离处沿相应的径向于轴线的方向相对于中心参考轴线(Z)径向移动传感装置(9)直到截取到凸缘，并且，通过第一组点(Qi)的径向坐标的插值法来计算平行于参考轴线(Z)延伸的主轮轴线(Zr)的位置；以及用传感装置(9)确定属于面向安置区域(5)的凸缘的公共表面的第二组点(Pi)相对于参考平面(R)的坐标，并通过插值法计算第二组点(Pi)之间的中值平面(M)，第二组中的每个点通过传感装置(9)以如下方式来定位：将传感装置沿第一径向方向，从主轮轴线(Zr)开始移动预定的径向距离，并沿垂直于径向方向的第二方向进一步继续移动所述距离，直到截取到公共凸缘表面。该方法还提供了：存储第二组点(Pi)相对于参考平面(R)和中值平面(M)的位置坐标，以能够在随后的机械加工步骤中对轮(1)进行定向的再定位，以至少在第二组点(Pi)处得到属于或设置成平行于中值平面(M)的凸缘的加工的表面区域，以补偿轮凸缘(1)上平面度的偏差。

Description

一种用于对轻质合金轮进行机械加工、尤其是钻孔和车削的方法以及根据该方法运行的机械加工设备

技术领域

本发明涉及根据主权利要求的前序部分的一种用于机械加工、尤其是用于对轻质合金轮钻孔和车削的方法。本发明的主题还有根据上述方法运行的加工设备。

背景技术

本发明尤其落入(尽管非排除地)用于轻质合金、尤其是铝合金的车轮的生产中设置的机械加工操作的具体技术领域。应当理解，本发明可同样适用于通常具有轴对称几何形状特征的其它类型机械部件(例如，制动盘等)的机械加工。

在该具体领域中，使半成品轮铸件经受切削去除加工循环，主要是对首先适当定中心并夹在合适的工件固定件上的半成品部件进行钻孔和车削。

通常，用于生产轻质合金轮的机械加工的工业领域的特征是高生产量和加工每单个轮相当短的循环时间，这种机械加工应用在需要高生产率的大批量生产领域。

此外，目前考虑到市场的进展和全球化，需要相当高的生产灵活性，因而其主要目的包括提供部件(轮)能够以几乎任意(关于尺寸、类型、几何形状等)的顺序馈送到加工中心的生产线，该生产线具有能够识别并将最为适当的工作循环应用于馈送到生产线的每单个部件的装置，同时可特别根据部件特性的不同和产量的变化，来优化加工和切削时间和成本并迅速且有效地响应于市场提出的要求和需求。

在市场提出更高的灵活性和响应速度的目标的同时提出的另一要求是在更复杂的领域中也能够经济、快速且有效地重新调节生产循环，以使技工能以这种水平在生产线上执行重新调节的操作。

此外，当今还要求在轻质合金轮的生产中获得更高水平的尺寸和形状的精确度，其目标在于如果不能消除、也要减小对用以平衡轮的随后校正操作的需要，所有这些还有利地使平衡操作中常规采用的诸如铅之类的材料的使用显著减少，这些材料以其毒性和附属所伴随的处置困难而著称。

关于尺寸精确度，还已知在铸造操作之后半成品轮会有尺寸扭曲，这尤其会影响轮的前边缘的平面度。该扭曲作用主要是由于用于处理粗糙轮铸件的铸造自动机械的操作装置所施加的压力所致，该压力沿着直径线挤压该部件，使轮的前边缘呈椭圆形，且因此可能影响其平面度。在使用将部件安置和定中心在加工中心的常规系统的情况下，上述类型的扭曲对部件的定位有不利影响，这必须通过费力的加工操作来消除，且通常意味着仅通过加工不能专门实现预先选定的平衡度，从而需要对轮进行随后的校正平衡。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于机械加工、尤其是对轻质合金轮进行钻孔和车削的方法和设备，它们被设计成符合上述要求，同时又可克服所述的已有技术所遇到的限制。

借助于根据以下权利要求书实施的用于机械加工的方法和设备，通过本发明可实现在下文中会变得清楚的该目的和其它目的。

附图说明

本发明的特征和优点会从以下参照附图仅以非限制性实例方式示出的实施例的较佳示例的详细说明书中显现出来，在这些图中：

-图1是根据本发明的加工方法中主要步骤的框图，

-图2是根据本发明所揭示的方法运行的装置的平面示意图，

-图3是在根据本发明的方法的步骤中图2的装置的侧视立体图，

-图4是图3中的轮经受本发明所揭示的加工方法的局部放大侧视图，

-图5是该方法的步骤中与图2对应的另一示意图，

-图6是前图的轮在本发明所揭示方法的另一步骤中的正视图，

-图7是根据图1中所示步骤运行的机械加工操作设备的示意图，

-图8是图6中轮的侧视图，

-图9是图6中细节的放大图，

-图10是前图中轮的侧视图，

-图11是图10中细节的放大图。

具体实施方式

首先参照图1，示出的框图表示用于根据本发明进行的轻质合金轮的机械加工、尤其是钻孔和车削的方法中主要步骤的顺序。

在以下说明中，具体参见总体标以标号1并在图中示意地示出的、通过铸造工艺得到的半成品轮的机械加工，将该半成品轮馈送到进行钻孔、车削和表面抛光的主要加工操作的机械加工线上。

在由标号10确定的该方法的第一步骤中，使轮1经受识别过程，在该过程中，通过使用探测装置(例如具有电视摄像机或类似物的视频装置)或使用触角装置来识别诸如高度和/或主要直径之类的轮的几何形状的一些主要特征，且附加或替代地识别关于铸造工艺中得到的几何形状的类型和形状的一些参数。一旦探测到这些特征，通过处理单元将它们与存储在相应数据库中的参数相比较，在相应数据库中已预先输入有关于每个相应和具体类型的轮的相应加工和处理次数和循环的信息。结果是可通过自动识别步骤，将成批的半成品轮或单个部件以基本上任意的顺序馈送到加工线，这是因为一旦接收到所有的信息，一旦适当地确定具体类型的轮，该加工中心就可自动地准备对具体类型的轮进行加工。这使得加工线尤其灵活，可实现高的总体生产率。

该步骤还提供了轮1的初步定向，用以随后形成阀孔1a，阀孔的位置与轮的几何形状相关，尤其与从中心毂3径向延伸的轮的凸缘或前部2的形状相关(阀孔的位置取决于从毂径向延伸的轮辐的数量和尺寸)。

在该步骤中，还使轮1经受其实际位置相对于参考平面(图中用R表示)的第一次测量，进行能够通过随后的机械加工对半成品轮1的前凸缘特有的平面度误差进行适当补偿的操作(在说明书中会更加清楚地显现出来)。这些误差主要是由于在铸造时通过钳子或类似的使轮呈椭圆形的操作装置在高温下对轮进行处理所产生的扭曲。

在观察和识别步骤中特别要准备好使用安置轮的装置4，该装置包括以规则间距呈角度地间隔开的三个安置区域5(具有有限的周界延伸部)，也就是说彼此以120°设置，形成彼此共面并属于共同参考平面R的相应表面5a。

这些安置表面5a具有径向延伸部，从而使具有在预选范围内变化的不同直径的轮1能够安置在其上，以可提供按照基本上任意顺序馈送不同直径的成批或单件轮的特别的灵活性。

此外，安置装置4安装在可围绕其轴线Z旋转的工作台(未示出)上，以使轮1能够围绕轴线Z相对于参考平面R定向。

具体地说，用于轮1的方法首先将其前凸缘2安置接触在装置4的安置表面5a上。

标号6表示设置在安置区域5下方的诸如具有视频摄像机的视频装置之类的观察装置，在转台初步旋转之后，通过该装置识别和确认轮的前凸缘2上的阀孔1a的位置。可以相对于安置件5的位置(已知)的角度来测量该位置。

接着，确定轮的主轴线和其相对于由平面R和轴线Z限定的参考系的位置。这通过插值法测量过程来确定，在下文中会有更清楚的解释。该方法使用第一组的六个点，由Qi(i＝1，.....6)表示，这些点属于轮的前凸缘2的公共表面，并以离开轴线Z的预选距离沿周界以规则间距(60°的角间距)设置。用例如接触式触角9的距离传感装置，监测该触角相对于上述参考系(平面R/轴线Z)的运动来确定这些点的坐标。对于每个点Qi，保持沿轴线Z测量的预选恒定垂直距离，将触角9沿相应径向方向移动，直到与凸缘2接触并测量到接触点相对于轴线Z的径向距离。对六个点Qi中的每个点重复该测量，并然后通过插值法计算平行于轴线Z延伸的Zr表示的轮的主轴线的位置，这是其相对于该中心参考轴线Z的位置。对于插值计算，可使用例如基于以下标准的运算法则。将六个点Qi分成各包括三个点的两个分开的组，使其中一组点与另一组的点呈单个交替顺序。对于每组的三个点Qi，通过得到它们相应的圆周中心来计算经过这些点的相应圆周。从两个中心坐标的中值计算，可得到轮的主轴线的位置的点。还应当理解，可在测量和随后的插值程序中使用不同数量的点Qi，并在适当处使用其它插值标准，根据想要得到的计算的精确度和可靠度来进行选择。对于距离传感装置，可使用采用激光来技术的位置探测装置作为接触触角9的替代形式。

一旦从上述计算程序确定和得知主轴线Zr的位置，就可确定通过第二组12个点Pi(i＝1，.....12)的插值得到的中值平面(median plane)M，在该位置对触角9进行定位，如下文所解释的那样。在这种情况下也可选择不同数量的点。所述点Pi有利地选择成属于共同前凸缘表面并以离开轴线Zr的预选径向距离以规则间距(30°的角间距)沿周界设置。各点Pi和各点Qi可有利地选择成以每个点Qi与相应点Pi径向(沿相同径向方向)对齐的方式设置，如图5所示。

尤其参见图3，触角9从主轴线Zr开始沿着每个径向方向移动预选长度的第一径向距离，然后顺序是平行于轴线Z垂直驱动移动第二距离，直到它接触到前边缘2，确定与相应点Pi接触，存储其空间坐标、尤其是Z坐标。对12个点Pi中的每个点重复该测量，并然后通过插值法(通过插入在点Pi测得的Z坐标)计算点Pi之间的中值平面M。然后存储该平面M相对于参考平面R的相对位置。对于插值法计算，可使用最小二乘法或其它合适的插值运算作为标准。因此存储从插值程序得到的关于轴线Zr和平面M的位置的数据，然后将其传输给在随后的对轮进行钻孔和车削的步骤中所提供的(数控的)定中心和加工装置。

应当注意，通过在识别步骤10中进行轮的测量，能够使轮在随后的加工步骤中进行定向的再定位，在该加工步骤中该定位有利于要进行的加工，因为它允许进行适当的补偿以得到高度平衡的轮。

在该方法的以下步骤20中，使轮1经受钻孔机械加工操作，在轮上形成用于将轮固定到车辆上的孔11。使用先前计算的轴线Zr和平面M的位置将轮1定位在车削中心，具体是通过使平面M平行于车削中心的参考平面来定位该轮，且还相对于轴线Zr定中心。

在该步骤中，对位于靠近轮的最大外部直径De的轮直径D1处的三个固定接触表面12(彼此间隔120°设置)进行加工，较佳的是进行磨削。具体地说，三个表面12中的每个表面具有用于在随后的加工操作中将轮1安置在工件保持装置的表面部分12a和想要与定中心装置接触的表面部分12b。部分12a，12b较佳地相对彼此成直角地延伸。该加工使得通过移除材料直到得到垂直坐标Z平行于先前确定的中值平面M而得到轮上的表面部分12a。

由于在钻孔的同时加工这些表面12，因此它们有与钻孔实现的定中心精确性相关的高度尺寸精确性的特征。此外，由于使用步骤10中测得的轮1的定向来定中心，所以加工表面12平行于轮的中值平面M延伸，且它们在随后的加工步骤中随后用作将轮安置在工件保持装置上的表面，且还用作定中心装置(部分12b相对于轴线Zr定中心)的径向固定接触点，使车削能够平行于未加工的凸缘进行，得到更精确的轮平衡。在彼此间隔120°的三个上述点处进行上述表面12的车削，这些点之一较佳地离开阀孔位置一定的角度间隔，如图6所示。

在该方法的下一步骤30中，在轮1上进行车削，具体是设置成用于将轮与轮胎配合的圆柱形壁13的车削。在该步骤中，使加工中心的定中心装置与固定接触表面12接触以确保较高度定中心精确度和因此明显减小的轮的不平衡。应当理解，分别为钻孔和车削的加工步骤20和30可相对于以上描述以相反顺序设置。

参照图7，标号100表示仅示意地示出的、用于根据前述本发明揭示的方法进行机械加工的设备整体。

设备100包括在入口工位101a和出口工位101b之间延伸的、用于运输和传输半成品轮1的生产线101。

从工位101a再向后，设备包括设置成在该处根据上述加工方法中的步骤10对轮识别且还用于测量轮的定向的工作区域102。

标号103表示用于钻孔的加工中心，其中轮1经受钻孔步骤20，对固定接触表面12进行磨削。从钻孔中心103再向后，设有用于车削的加工中心104，轮1被传输到这里以进行相应的车削步骤30，轮子在其终端处被移到出口工位101b。

因此本发明实现了所提出的目的，可提供所指出的、优于已知技术方案的优点。

主要优点在于以下实事：提供与机械加工操作分开的、考虑部件的实际扭曲的、测量部件在机器上的实际位置的步骤，从而可通过优化材料的移除进行补偿，并实现改善的轮平衡。

另一优点在于用根据本发明的方法可得到的显著的灵活性，因为半成品轮可以任意的顺序馈送到机械加工线上，与送入的轮的类型和成批部件的尺寸无关。

另一优点在于用本发明所揭示的方法可得到的高度定中心精确性，这能够在加工操作之后的轮子上得到特别小量的轮的不平衡，因此明显地减少了对随后轮平衡操作的需要。

Claims (12)

1.一种对轻质合金轮(1)进行机械加工、尤其是钻孔和车削的方法，其特征在于，所述方法在所述加工步骤之前还包括用于对所述轮(1)进行定向和测量的步骤(10)，所述定向和测量的步骤包括以下步骤：

-设置用于安置所述轮的装置(4)，该装置设有以规则角间距彼此呈角度地间隔开的至少三个安置区域(5)，且各所述安置区域(5)形成彼此共面且属于共同参考平面(R)的相应安置表面，将轮(1)以其前部凸缘(2)的一部分与所述表面安置接触，所述轮大致与垂直于所述参考平面(R)的所述装置的中心参考轴线(Z)同轴，

-用距离传感装置(9)确定所述凸缘(2)的公共表面上第一组点(Qi)的径向坐标，所述组的点以如下方式来确定：在平行于中心参考轴线(Z)测量的恒定距离处沿相应的径向于所述轴线的方向相对于所述中心参考轴线(Z)径向移动所述传感装置(9)，直到截取到所述凸缘为止，并且，通过所述第一组点(Qi)的径向坐标的插值法来计算平行于所述参考轴线(Z)延伸的主轮轴线(Zr)的位置，

-用所述传感装置(9)确定属于面向所述安置区域(5)的所述凸缘的公共表面的第二组点(Pi)相对于所述参考平面(R)的坐标，并通过插值法计算所述第二组点(Pi)之间的中值平面(M)，所述第二组中的每个点通过所述传感装置(9)以如下方式来定位：将所述传感装置沿第一径向方向从所述主轮轴线(Zr)开始移动到预定的径向距离，并沿垂直于所述径向方向的第二方向进一步继续所述距离，直到截取到所述公共凸缘表面为止，

-存储所述第二组点(Pi)相对于所述参考平面(R)和所述中值平面(M)的位置坐标，以能够在随后的加工步骤中对所述轮(1)进行定向的再定位，以便至少在所述第二组点(Pi)处得到属于或设置成平行于所述中值平面(M)的凸缘的加工的表面区域，以补偿所述轮凸缘(1)上平面度的偏差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组的点(Qi)选择成沿属于所述点的相应径向方向彼此间隔恒定角间距。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一组包括可通过所述传感装置(9)探测的至少六个测量点(Qi)。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二组点(Pi)位于所述轮的所述前部凸缘表面(2)上以规则的间距呈角度地间隔开的位置处。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二组点包括可通过所述传感装置(9)探测的至少十二个测量点(Pi)。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一组点(Qi)中的每个点属于径向于所述主轴线(Z)并经过所述第二组点(Qi)的一相应点的相应平面。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述装置(4)上的所述至少三个安置区域(5)具有径向延伸部，以使所述轮的凸缘(2)与可在预选值范围内变化的不同外部直径安置接触。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述安置装置(4)围绕所述中心参考轴线(Z)旋转，以使支承在所述安置区域(5)上的所述轮具有预选的角度定向。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述定向和测量步骤(10)先于在所述轮(1)上形成孔以用于将所述轮固定到所述车辆上的钻孔步骤(20)，还可通过在所述钻孔阶段(20)进行磨削来得到所述轮的所述外部直径处的表面(12)，每个所述表面包括平行于所述中值平面(M)延伸的第一表面部分(12a)和相对于所述主轮轴线(Zr)径向定中心的第二部分(12b)，所述主轮轴线(Zr)通过所述定向和测量步骤(10)的插值法从所述测量和计算操作得到。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使三个固定接触表面(12)彼此成角度地隔开120°，每个所述表面(12)的所述第一和第二表面部分(12a，12b)相对于彼此成直角地延伸，并构成用于与定中心装置接触的相应固定接触点，所述定中心装置能够在所述钻孔步骤(20)之后进行的车削步骤(30)中将所述轮(1)定中心。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述定位表面(12)位于所述轮上离开形成在所述轮上的所述阀孔的位置一定角度间隔的位置处。

12.一种用于根据前述权利要求中一项或多项所述的加工方法来操作的轻质合金轮的机械加工、尤其是钻孔和车削的设备。

Images