CN101224562B - 用于控制可移动工具的方法和设备和机械工具 - Google Patents

Abstract

一种用于控制可移动工具的方法和设备、输入装置和机械工具。在用于控制可移动工具，特别是磨削工具的方法中，利用指定工具在至少一个轴上随时间的移动的进给函数，在监视器上显示至少一个初始进给曲线(29)的形式的初始进给函数。根据初始进给函数和通过指示装置实施的输入，计算进给函数并将其作为修改后初始进给曲线显示在监视器上。根据进给函数生成用于移动工具的控制命令。简化了进给函数的输入并使其更灵活。

Description

用于控制可移动工具的方法和设备和机械工具

技术领域

本发明涉及一种用于控制可移动工具的方法和设备、用于实现该方法的输入装置和具有该输入装置的机械工具。 

背景技术

已知通过以可控的方式移动工具而允许精密机械加工工件的机械工具。此处通过根据期望的工件几何形状指定的进给函数定义工具随时间的位置。然而，只可指定相对简单的进给函数。例如，在磨床的情况，通过转动电位计，操作者能够定义磨轮的不同位置的值以及磨轮在两个位置之间的特定行进速度的值，磨轮的不同位置例如是磨轮碰到工件的接触位置、开始通过半精加工(semi-finishing)移走材料的转换位置和磨轮获得完工尺寸(finished size)的最终位置。 

此外，由于当输入值时可能容易出现误差，且精确确定各个值需要操作者具有一定的经验水平以获得机械加工的工件中的期望准确度，所以进给函数的规格恶化。 

发明内容

从现有技术开始，本发明的一个目的是简化进给函数的输入并使其更灵活，以及指定允许进给函数的该改进的输入的一种方法和设备、一种输入装置和一种机械工具。 

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制可移动工具以对工件进行机械加工的方法以实现上述目的，该方法包括下列步骤：在监视器上以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线的形状显示该工具的初始进给函数，根据初始进给函数和通过指示装置实施的输入，计算第二进给函数，其中第二进给函数指定该工具沿着接近和远离该工件的至少一个轴随时间的移动，在监视器上以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线的形状显示第二进给函数，根据所述第二进给函数生成用于移 动所述可移动工具的控制命令，以及基于所述控制命令沿着所述至少一个轴移动所述工具，其中所述工具的所述移动对所述工件进行机械加工。 

根据本发明的第二方面，提供了一种用于机械加工工件的机械工具来实现上述目的。该机械工具包括以下部件：至少一个监视器，至少一个指示装置，与所述监视器和所述指示装置相连接的计算装置，至少一个可移动工具，以及至少一个控制单元，用于控制所述可移动工具，所述计算装置与所述控制单元相连接，其中所述计算装置被编程和配置用于：在所述监视器上以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线的形状显示所述工具的初始进给函数；根据所述初始进给函数和通过指示装置实施的输入，计算第二进给函数，其中所述第二进给函数指定所述工具沿着接近和远离所述工件的至少一个轴随时间的移动；在所述监视器上以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线的形状显示所述第二进给函数；以及根据所述第二进给函数生成用于移动所述工具以对所述工件进行机械加工的控制命令。 

根据本发明的第三方面，提供了一种用于通过进给函数控制可移动工具对工件进行机械加工的设备以实现该目的，该设备包括：用于以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线的形状显示所述可移动工具的初始进给函数、以及以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线的形状显示第二进给函数的装置；用于根据初始进给函数和通过指示装置实施的输入计算第二进给函数的装置，其中所述第二进给函数指定所述可移动工具沿着接近和远离所述工件的至少一个轴随时间的移动；用于根据第二进给函数生成用于移动可移动工具的控制命令的装置；以及用于基于所述控制命令沿着所述至少一个轴移动所述可移动工具的装置，其中所述可移动工具的所述移动对所述工件进行机械加工。 

根据本发明的方法和设备以及根据本发明的输入装置和机械工具尤其具有下列优点：即使复杂的进给函数也可以以简单且可靠的方式输入而操作者不必执行复杂的编程。本发明还基于下列知识：对于操作者来说，根据进给函数的图形表示而不是根据单独数值来理解并评估机械加工处理的过程较容易。 

附图说明

下面参考附图，通过优选的示例性实施例来解释本发明，其中： 

图1示出一种已知类型的进给函数的图； 

图2示意性示出用于生成进给函数的输入装置； 

图3示意性示出具有进给函数的图的监视器； 

图4-7示出进给曲线的图的修改的不同的例子； 

图8示出具有修改的进给曲线的根据图3的监视器；以及 

图9示出具有根据图2的输入装置的机械工具。 

具体实施方式

图1示出一种已知类型的进给函数的图。横坐标t对应于时间轴，纵 坐标x指定工具在x轴上的位置。 

为了确定进给函数，对于工具的位置X1、X2、X3、X4、X5和工具在各位置之间，即X1和X2之间、X2和X3之间、X3和X4之间以及X4和X5之间移动的各行进速度V1、V2、V3、V4分别指定值。如果工具是例如磨轮，则X1对应于例如工具碰到工件表面的接触位置，X2对应于第一转换位置，其中通过粗加工从该第一转换位置移走材料，X3对应于第二转换位置，其中，通过半精加工从该第二转换位置移走材料，X4对应于第三转换位置，其中从该第三转换位置开始精加工(fine-finishing)，X5对应于工具获得完工尺寸的最终位置。行进速度V1、V2、V3、V4各为常数，使得线性实现工具在位置之间的进给。从图1中清楚看到，在图中生成包括各个直线的进给函数。在这里，段的特定倾角分别对应于行进速度V1、V2、V3和V4。 

图2示意性示出输入装置10，通过该输入装置10可生成进给函数，输入装置10包括监视器11、计算机17、键盘19以及计算机鼠标形式的指示装置20。 

指示装置20用来控制监视器光标12，从而例如标记特定点或区域或选择菜单元素。通过移动指示装置20，监视器光标12的位置相应地改变。 

计算机17是传统设计，并包括中央处理单元(CPU)和例如随机存取存储器(RAM)和/或硬盘形式的存储器以进行数据处理。在操作期间，计算机17从指示装置20以及可选地从键盘19接收数据，估计该数据并生成由监视器11接收的监视信号。为此，计算机17包含用于估计来自指示装置20和键盘19的数据并用于生成监视信号的适当的图形程序，该监视信号使得进给函数以曲线的形式表现在监视器11上。 

进给函数定义了工具随时间的移动，其中对于工具可沿其在控制下移动的各轴设置进给曲线。如果例如工具可沿X、Y和Z轴移动，进给函数表示三元函数(X(t)，Y(t)，Z(t))。在更加简单的控制的情况下，可定义工具沿着少于三个轴移动，使得仅需要输入一个进给曲线，例如X(t)，或两个进给曲线，例如X(t)和Z(t)。 

通常，需要一些处理步骤来完成具有期望几何形状的工件。例如，通过以适当的方式(纵磨削、切入式磨削(plunge grinding)等)移动磨轮，工件上不同的区域，如柱面、左右肩、螺纹等被逐渐磨削。在此处所述的方法的情况，每个可能的机械加工步骤由基本进给函数来表征，基本进给 函数可基于经验值指定。从而图形程序能够访问基本进给函数，所述基本进给函数组合成集合，该集合包含在计算机17的存储器中。代替该集合或对其进行补充，图形程序可包括建模区域，通过该建模区域，计算机17基于输入的数据对特定基本进给函数建模。 

下面解释可在控制下沿X轴和Z轴移动的磨轮形式的工具的进给函数的输入。图3示意性示出具有各种打开的窗口21-24的监视器11。 

窗口21和22示出了进给曲线29、29′的形式的当前进给函数。各进给曲线29、29′的横坐标t对应于时间轴，纵坐标给出工具分别在X轴和Z轴上的位置。在X轴和Z轴上的零点对应于工具获得完工尺寸的最终位置。 

窗口23示出列出可能的处理步骤的选择菜单。单个处理步骤例如特征由以下参数表征：要使用的磨轮的性质、要处理的表面的类型(例如左肩、右肩等)以及磨轮前进的方式(例如直切入式磨削(straight plungegrinding)、斜角切入式磨削(angular plunge grinding)等)。与这些参数相关的信息在选择菜单的域23a中给出。通过操作指示装置20，操作者可选择期望的处理步骤。 

窗口24包含操作者可使用键盘19输入数据的输入框，其中有要机械加工的工件区域的尺寸，如初始尺寸和期望的完工尺寸。 

在选择处理步骤之后，图形程序访问对应于机械加工步骤的集合中的基本进给函数，采用该基本进给函数作为初始进给函数并生成监视信号，该监视信号分别在监视器11的窗口21和22中以初始进给曲线29、29′的形式再现初始进给函数。图3中的曲线29和29′作为例子示出对于斜角切入式磨削的机械加工处理，磨轮分别在X轴和Z轴前进的初始进给曲线。在该例中，初始进给曲线29、29′上的点P1-P5和P1′-P5′标记在机械加工中的以下按时间顺序排列的事件： 

P1、P1′：磨轮位于开始位置。在时间t＝0之后，磨轮移向工件直到该磨轮碰到工件的表面并开始粗加工。 

P2、P2′：机械加工从粗加工改为半精加工。 

P3、P3′：机械加工从半精加工改为精加工。 

P4、P4′：无火花磨削阶段开始。 

P5、P5′：磨轮从工件提起。 

通过操作指示装置20，可修改初始进给曲线29、29′。图形程序被设计成使得不同的修改选项可用。四个可能的修改例子在图4-图7示出，在各例中初始进给曲线显示为虚线，而修改后曲线显示为实线： 

-标记并移位例如点P2，随后的点随该点移位(参见图4)。箭头31指示通过操作指示装置20移位监视器光标的方向。 

-标记并移位点P2，随后的点保持不变(参见图5)。 

-标记并删除例如点P2(参见图6)。 

-添加点P1a(参见图7)。 

为了选择修改类型，除了指示装置20之外还使用键盘19。还可能设计图形程序，例如通过在监视器11上显示选择菜单，使得仅可通过操作指示装置20来选择修改类型。 

在图3-8中，在点P1-P5和点P1′-P5′之间的进给曲线在各例中线性运行，添加的点P1a、P2a、P1a′、P2a′的坐标由操作者指定。可选地，图形程序可被设计成使得计算机17例如通过使用样条函数计算添加的点的坐标。如果提供了该选项，那么操作者能够标记初始进给曲线29、29′位于特定时间段内的点。计算机17然后通过经由标记的点放置样条函数来计算修改的初始进给函数，该初始进给函数然后以具有特定数目的点的折线函数的形式显示在监视器11上。 

通过成功地应用不同类型的修改，操作者能够改变初始进给曲线29、29′直到初始进给曲线29、29′与期望的进给曲线相对应。图8示出具有修改的进给曲线30、30′的图3的监视器11。在该例子中，在进给曲线30上，点P2和P3被移位且添加了点P1a和P2a。从而在完成加工之前，在点P1和P1a之间提供粗磨削，在点P2a和P3之间提供第一无火花磨削。通过图形程序将与添加的点P1a和P2a有关的数据自动显示在选择菜单的框23a中。 

在该例子中，工具可在两个轴移动，三维移动对应于所选择的处理步骤是时间链接的。如果例如实施45度角的切入式磨削，那么在X轴的移动对应于在Z轴的移动。 

设计图形程序使得其考虑对应于所选择的处理步骤的轴的时间链接。因此如果操作者例如在窗口21中修改初始进给曲线29，那么在窗口22中的初始进给曲线29′同时被自动修改。在根据图8的例子中，图形程序使得点P2′和P3′在修改窗口21中的初始进给曲线29的期间移位且添加 了点P1a′和P2a′。 

如果结束了对进给曲线30、30′的修改，则计算机17生成控制程序，该控制程序包括用于移动工具的控制命令并可被输入到工具的控制单元内。 

在此处所示的例子中，点P1的X坐标和P1′的Z坐标由基本进给函数预设。将这些坐标的值选择为足够大使得在常规机械加工处理期间，磨轮仅在时间t＝0之后碰到工件表面，例如，在t＝0处X＝0.3mm且Z＝0.15mm。如果在如下情况机械加工工件：粗尺寸和完工尺寸之差太大，从而磨轮将会在时间t＝0之前接触工件，则操作者可使用上述修改选项分别改变初始曲线29和29′使得磨轮直到t＝0之后才碰到工件表面。 

如上所述，还可能对图形程序提供建模区域。可进行该设计，例如使得计算机根据基本进给函数和输入的几何数据来确定初始进给函数。 

图9示出机械工具40的示例性实施例，其中集成了包括监视器11、计算机17，键盘19以及指示装置20的输入装置10。机械工具40是外圆磨削机的形式，并除了包括作为工具42的磨轮之外还包括控制单元41以及用于保持并驱动要机械加工的工件39的工件头架43和尾架44。磨轮42可围绕磨削轴转动并可在X和Z方向移动。控制单元41连接到可移动工具42并和计算机17一起形成CNC控制单元。如上所述，进给函数的零点在完工尺寸处。设置CNC控制单元使得该CNC控制单元根据预设的进给函数和在监视器11的窗口24中输入的几何数据来生成控制程序，且该控制程序导致工具42在空间中如此移动使得工具在关于工件表面的正确位置获得完工尺寸。 

通过输入确认信号开始机械加工处理。控制单元41使用控制程序生成控制信号，工具42接收该控制信号使得其相应地沿轴移动并机械加工工件39。 

可选地，机械工具40包括连接到计算机17的测量装置45，通过该测量装置在对工件39进行机械加工期间在工件39上可确定测量的变量，如直径和具体长度。确定的测量的变量存储在计算机17中并对于特定轴与进给曲线一起作为实际曲线显示在监视器11上。实际曲线再现例如工件直径按时间顺序的序列。输入的进给曲线对应于期望的曲线。通过比较实际曲线和期望的曲线，操作者可评估是否可例如在时间和/或质量方面进一步优化工件的机械加工。 

优选地，测量装置45是控制环的一部分，通过该测量装置校正在制造处理期间实际值相对于期望值的变化。 

到目前为止所述的方法、输入装置和机械工具尤其具有下列优势： 

-图形显示以及修改图形的可能性便利了进给函数的输入。可通过指示装置实施该修改，使得操作者不需要输入任何数字，从而减小了错误键盘操作的风险。 

-实际上可输入任何进给函数。与例如图1所示的进给函数相比，可定义任何数目的转换点。 

根据前面的说明，在不偏离由权利要求所限定的本发明的保护范围的情况下，专业人员可作出无数修改。因而代替计算机鼠标或对其进行补充，可使用以下指示装置：触摸屏、跟踪球、触摸板。因而例如监视器11可以是触摸屏的形式，在这种情况下通过操作者在触摸屏上引导笔或其一个手指来图形地修改进给曲线。 

代替磨轮，此处所述的用于输入进给函数的方法还可用于其它类型的工具的情况，如车刀或铣刀。 

输入装置10不一定集成在机械工具40中，而还可以是分离站的形式。在这种情况下，通过连接线或通过例如盘的数据介质将所生成的控制程序传递到机械工具40的控制单元41。 

Claims (16)

1.一种用于控制可移动工具(42)以对工件(39)进行机械加工的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

在监视器(11)上以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线(29，29’)的形状显示所述工具的初始进给函数；

根据所述初始进给函数和通过指示装置(20)实施的输入，计算第二进给函数，其中所述第二进给函数指定所述工具(42)沿着接近和远离所述工件(39)的至少一个轴随时间的移动；

在所述监视器(11)上以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线(30，30’)的形状显示所述第二进给函数；

根据所述第二进给函数生成用于移动所述工具(42)的控制命令；以及

基于所述控制命令沿着所述至少一个轴移动所述工具(42)，其中所述工具(42)的所述移动对所述工件(39)进行机械加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示装置(20)包括以下部件中的至少一个：计算机鼠标、触摸屏、跟踪球和触摸板。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述初始进给曲线(29，29’)显示在具有纵坐标和横坐标的坐标系中，其中纵坐标和横坐标中的一个指定时间，而另一个指定可移动工具(42)在所述至少一个轴的其中一个轴中的位置。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于另外地通过键盘(19)实施所述输入。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过从存储在数据存储器中的基本进给函数的集合中选择的基本进给函数，和/或通过输入的数据计算所述初始进给函数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于可移动工具(42)是磨削工具、车刀或铣刀。

7.一种用于机械加工工件的机械工具，该机械工具包括以下部件：

至少一个监视器(11)，

至少一个指示装置(20)，

与所述监视器和所述指示装置相连接的计算装置(17)，

至少一个可移动工具(42)，以及

至少一个控制单元(41)，用于控制所述可移动工具，所述计算装置与所述控制单元(41)相连接，其中所述计算装置被编程和配置用于：

在所述监视器(11)上以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线(29，29’)的形状显示所述工具的初始进给函数；

根据所述初始进给函数和通过指示装置(20)实施的输入，计算第二进给函数，其中所述第二进给函数指定所述工具(42)沿着接近和远离工件(39)的至少一个轴随时间的移动；

在所述监视器(11)上以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线(30，30’)的形状显示所述第二进给函数；以及

根据所述第二进给函数生成用于移动所述工具(42)以对所述工件(39)进行机械加工的控制命令。

8.根据权利要求7所述的机械工具，其特征在于所述机械工具包括测量装置(45)，该测量装置(45)用于在机械加工工件(39)期间获取测量的变量。

9.根据权利要求7所述的机械工具，其特征在于所述可移动工具(42)是磨轮、车刀或铣刀。

10.根据权利要求7所述的机械工具，其特征在于所述机械工具还包括工件头架(43)和尾架(44)。

11.一种用于通过进给函数控制可移动工具(42)以对工件(39)进行机械加工的设备，其特征在于该设备包括：

用于以第一图形表示的形式以至少一个初始进给曲线(29，29′)的形状显示所述可移动工具的初始进给函数、以及以第二图形表示的形式以至少一个修改后的初始进给曲线(30，30’)的形状显示第二进给函数的装置；

用于根据所述初始进给函数和通过指示装置(20)实施的输入计算第二进给函数的装置，其中所述第二进给函数指定所述可移动工具(42)沿着接近和远离所述工件(39)的至少一个轴随时间的移动；

用于根据所述第二进给函数生成用于移动所述可移动工具(42)的控制命令的装置；以及

用于基于所述控制命令沿着所述至少一个轴移动所述可移动工具(42)的装置，其中所述可移动工具(42)的所述移动对所述工件(39)进行机械加工。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于所述指示装置(20)包括以下部件中的至少一个：计算机鼠标、触摸屏、跟踪球和触摸板。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于用于显示初始进给函数和第二进给函数的装置在具有纵坐标和横坐标的坐标系中显示所述初始进给曲线(29，29′)，其中所述纵坐标和横坐标中的一个指定时间，而另一个指定可移动工具(42)在所述至少一个轴的其中一个轴中的位置。

14.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于另外地通过键盘(19)实施所述输入。

15.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于该设备还包括用于通过从存储在数据存储器中的基本进给函数的集合中选择的基本进给函数和/或通过输入的数据计算所述初始进给函数的装置。

16.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于可移动工具(42)是磨削工具、车刀或铣刀。

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