CN101925438B - 机床及其操作方法 - Google Patents

Abstract

在此提供了一种机床，该机床包括一个机器底座(10)、安装在该底座上的一个第一转动加工轴线上的一个第一支座(20，100)、以及安装在该底座上的一个第二转动加工轴线上的一个第二支座(22，102)。该第二转动轴线平行于该第一转动轴线并且与其横向间隔开并且携带一个安装座(38，112)，该安装座相对于该第二支座沿着正交于该第二转动轴线的一个第一线性加工轴线是可移动的。一种控制安排是可操作的，以便控制该第一支座在该第一转动轴线上的定向、以及该安装座相对于该第二转动轴线的定向以及其沿着该线性轴线的定位，以便控制该第一支座和该安装座彼此相对的定位和定向。现有的机床常常使用长的线性导轨以及堆叠的正交轴线，这些引入了对准和偏移误差。本发明避免了所需要的和/或减少了在机床中的这些结构的数目。

Description

机床及其操作方法

技术领域

本发明涉及机床，并且具体涉及减小此类机床中的对准误差。

背景技术

对于机床存在着许多的应用，这些应用要求空间中的两个点在扫掠面积或体积上的位置和角度彼此相对受到控制。令人希望的是使参与优化这种控制的机器轴线的数目最小化。还令人希望的是在这两点之间保持一个非常严格的刚度环并且理想地是当这些点的位置和角度被调整时在该环中保持一个恒定的刚度值。这改进了精度水平和移动的可重复性。

现有的机床经常使用长的线性导轨以便能够在沿着一个工件长度的任何位置处在切削刀具(如一个研磨砂轮)与工件之间进行接触。可以由这些长的轨道来携带较短的线性导轨，以便在与长轨道正交的方向上协助刀具朝向或背离工件的运动。这些堆叠的轨道(或轴线)引进了不想要的柔顺性，以致减小了刀具至部件的刚度。就部件的尺寸精度和光洁度而言，这进而导致降低的部件品质。同样，长的线性导轨典型地需要是最少与有待机加工的工件一样长。这经常导致一个轴线在该轴线在切削力的方向上是最顺性的地方具有不良的支承比。当一个正交横给进轴线被堆叠在长轴线上时这个问题就更加复杂。

如果使用轴线上的位置编码器，使用堆叠的轴线也是有问题的。这些轴线的堆叠越高，在这些兴趣点与编码器之间的距离就越大。这导致“阿贝偏移”误差，这些误差减小了机床的内在精度。

此外，使用正交堆叠的线性轴线要求耗费时间并且昂贵的对准，以保持这些轴线之间的正交性并且使对于每个轴线的纵摇、左右摇摆和横向摇摆误差最小化。

这些长的线性轴线还要求长的伸缩性盖件，这些伸缩盖件是昂贵的、引入摩擦、易于出故障并且此外可能影响线性运动的精度(例如，其直度、定位精度以及可重复性)。

本发明试图克服与使用长导轨相关联的以上这些问题，并且减少对堆叠的、正交轴线的需要。

发明内容

本发明提供了一种机床，该机床包括：一个机器底座；安装在该底座上的一个第一转动加工轴线上的一个第一支座；安装在该底座上的一个第二转动加工轴线上的一个第二支座，其中该第二转动轴线平行于该第一转动轴线并且与其横向间隔开并且携带一个安装座，该安装座相对于该第二支座沿着正交于该第二转动轴线的一个第一线性加工轴线是可移动的；以及一个控制安排，该控制安排是可操作的以控制该第一支座在该第一转动轴线上的定向、以及该安装座相对于该第二转动轴线的定向以及它沿该线性轴线的定位，以便控制该第一支座和该安装座彼此相对的位置和定向。

这种配置允许控制由这些支座携带的对应点以及通过那些点的参考轴线的相对定位和定向。它避免了对于多个长的线性轴线以及堆叠的线性轴线的需要，由此抵消了与以上所讨论的已知配置相关联的这些问题。

堆叠的轴线的阵列常常导致在两个兴趣点之间的多个柔性刚度环。另外，通常的情况是多个线性轴线在与运动的方向是正交的方向上是远远不够刚性的。多个转动轴线可以被构形为使得刚度在从这些转动轴线径向向外的所有径向方向上是均匀的。这导致更加可预测的刚度环并且常常是一种更高的刚度，这进而导致了更高的精度水平和可重复性。

根据本发明的多个实施方案，多个转动轴线提供了在这两个兴趣点之间的最初位置和角度的控制，以便在这些最初运动控制轴中提供轴对称的刚度特性。

与现有的机床相比，这些转动轴线可以安装在例如由花岗岩、铸铁或聚合物混凝土形成的相对便宜的平坦的床或台中。

此外，使用可转动的支座意味着工件、切削刀具、修整砂轮以及类似物可以被移动到一个容易接近的位置，例如在该机床的前面，用于加载和/或替换操作。

在现有的机床中，使用长的线性轴线要求大功率以及多个服务电缆，它们可以影响加工操作并且导致额外的轴的误差运动、翻转误差、可变的摩擦力以及轴线的未对准。相比之下，在根据本发明的一种机床中，这些可转动的支座可以被连接到从上方悬挂的多个电缆盘上，从而避免了线性电缆的拖曳。

此外，代替与长的线性轴线一起使用的这些长的伸缩盖件，在本发明的多个实施方案中使用多个转动的主轴线意味着可以使用多个实心的、转动盖或迷宫式构件。这些可以不具有摩擦接点并且避免对这些加工轴线的精确运动的任何影响。

同样，已知的机床常常要求在尾架下提供一个附加的线性轴线以便对抗“斜度”误差，这些误差是由机器中心相对于机器的这些线性轴线未对准而引起的。使用根据本发明的转动轴线避免了这个问题。

术语“加工轴线”表示一个实体的加工轴线，它与参考轴线相反。每个加工轴线具有两个部分，这两个部分围绕或沿着一条参考轴线彼此相对移动。

在此提及“安装在该底座上”的一个加工轴线表示安装在该底座上的一个加工轴线的所述部分之一相对于该底座在位置上是固定的。

在一个优选实施方案中，这些支座之一提供了沿着平行于其转动轴线的一个第二线性加工轴线相对于该机器底座的移动。这个额外维度的移动协助在体积空间上控制由这些支座携带的对应点的相对定位和定向。

该安装座的移动可以是在关于该第二支座的转动轴线的一个径向方向上。线性轴线(该安装座沿其是可移动的)可以使一个安装在其上的刀具能够在机加工过程中朝向或背离工件移动，并且因此仅需要是相对短的，从而使任何未对准误差最小化。当一个研磨砂轮被安装在该安装座上时，这个实施方案协助在工件的全部长度上的切入、倾斜、成角度和插入研磨。它特别适合于研磨细长的、多特征的部件，如凸轮和曲轴。

安装在另一个支座上的工件的纵向轴线可以与该第二对应的轴间隔开，例如使该工件靠近该支座的周边，这样其全部长度易于可呈现给一个支座上的刀具。更具体地讲，该工件的纵向轴线可以位于与一个径向线正交的定向中，该径向线从该对应的转动轴线上延伸。

这些支座围绕它们对应的转动轴线可以是独立地可转动的。可替代地，它们可以被安排为用于转动，这样一个支座在一个方向上的转动运动是与另一个支座在相反方向上的等效转动相匹配的。

这些支座的转动位置相对于机器底座可以是选择性地可锁定的。例如，在一个切入研磨操作过程中，仅一个轴(即该安装座的线性轴线)是“运行的”，从而使在研磨过程中机床的动态刚度显著地大于仅使用线性导轨的常规机床的动态刚度。每个转动轴线可以是可锁定的，例如通过使用一种制动器伺服保持、或者通过关掉相关联的空气或流体静力学轴承，从而有效地使对应的轴固定。

在多个优选实施方案中，这些支座由多个轴颈和止推轴承支持在机器底座上。大的止推轴承可以直接被安装在机器底座上以提供高度刚性的、在所有方向上具有一个非常好的承载比的阻尼轴，从而导致了轴对称的刚度特性。可以容易地构建一个平坦的、平面机器底座，在该底座上安装两个转动轴线推力面。

这些支座相对于机器底座的转动可以由对应的直流驱动电机来实现。

优选地，每个支座包括一个转动传感器，用于提供关于该对应的支座相对于该机器底座的转动位置的一个信号。该控制安排可以从这些转动传感器接收信号并且控制这些支座的转动位置。具体地讲，这样一种控制安排可以是可配置的以便在机加工操作过程中补偿这些支座移动中的不准确性。这个误差纠正可以被用来例如维持在一个切削刀具与一个工件之间的相对移动的真实度，而不是仅依靠一台机器的多个线性轴线的直度。

在一个优选的实施方式中，这些支座之一携带一个刀具安装座，例如该刀具安装座可以是被适配用来转动安装在其上的一个研磨砂轮的研磨砂轮头的形式。它可以被定向为使得该研磨砂轮的转动轴线是正交于该第一转动轴线并且可以与其间隔开。

可替代地或此外，一个支座可以携带一个刀具，如一个车刀、一个或多个量规、或多个传感器，例如像一个抛光工具检查传感器。多个刀具、量规、修整工具以及类似物的组合可以被提供在每个支座上并且被选择为按照对应支座的转动是适合的。

可以由这些刀具支座之一携带两个刀具安装座，各自相对于一个刀具支座独立于另一个沿正交于该第一转动轴线的多个互相平行的线性轴线是可移动的。以此方式，可以同时在一个工件上进行两个特征的机加工。这些刀具安装座中的至少一个还可以相对于一个支座沿另一个线性轴线是可移动的从而改变这些刀具安装座的间隔。

另一个支座可以被安排为支持一个长形的工件，其中该长形的工件的纵向轴线处于正交于这些转动加工轴线的一个平面中。

本发明进一步提供了使用如以上定义的机床来对工件进行机加工的一种方法，该方法包括以下步骤：将一个工件安装在这些支座之一上；转动这些支座以便将该工件的一个选定部分呈现给由另一个支座携带的切削刀具；并且用该切削刀具对该工件的选定部分进行机加工。

以此方式，这些转动轴线可以被用来将一个切削刀具带到沿一个工件所要求的位置上。然后这些转动轴线可以被锁定并且该第一线性加工轴线被用来将一个切削刀具送入该工件。

该方法还可以包括以下另外的步骤：在相反的方向上转动这些支座并且相对于该对应的支座移动该工件和/或该切削刀具以使该工件的一个第二部分与该切削刀具相接合；并且用该切削刀具对该工件的第二部分进行机加工。

通过这些支座的同步转动以及该工件和/或该切削刀具相对于对应支座的移动，一个切削刀具可以沿着一个长形的工件横移，从而能够产生复杂的部件外形。

本发明还提供了使用如以上定义的机床对工件进行机加工的一种方法，该方法包括以下步骤：将一个具有纵向轴线的工件安装在这些支座之一上；转动另一个支座，使得由另一个支座携带的一个研磨砂轮的转动轴线相对于该工件的纵向轴线是不平行的；并且用该研磨砂轮研磨该工件，其中该研磨砂轮的转动轴线与该工件的纵向轴线成一个角度。

根据本发明提供了另一种方法，该方法包括以下步骤：

(a)将一个工件安装在这些支座之一上；

(b)将具有一个参考轴线的刀具安装在另一个支座上；并且

(c)相对于该第一转动轴线移动该第一支座并且相对于该第二转动轴线以及该第一线性轴线移动该安装座，这样在该工件上定义了一个预定的弯曲的表面，同时使该刀具的参考轴线保持与所述表面垂直。

在此还提供一种校准如以上定义的机床的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将一个激光源安装在这些支座之一上；

(b)从该光源发射一个激光束，该激光束入射在由另一个支座支持的一个光学器件上；

(c)监测相对于由对应的转动传感器所测量的这些支座的位置的激光束路径；

(d)计算定位误差；并且

(e)校准该控制装置以减小这些误差。

例如，该光学器件可以是一个检测器、或是用于朝向被安装在另一个支座上的一个检测器反射回入射激光一个反射器。在一个优选实施方式中，使用了双激光束并且使用了干涉测量法来测量该激光源与该光学器件之间的距离。

使用两个主转动轴线能够使用软件误差纠正来保持这两个兴趣点之间的定位、直度以及有角度的移动控制，而不是必须依赖这些机器的线性轴线的直度。在机器制造过程中，有可能测量这两个点之间的插值线性移动的位置并且作出软件补偿。

本发明具有很大范围的潜在应用，其中两个点彼此相对的位置和角度需要在一个扫掠面积或体积上得到控制。具体地讲，在复杂部件的机加工、检查或定位中可能是特别有利的，这些部件要求在一个扫掠面积或体积上控制位置和角度。一个具体实例是金刚石车削，其中常常必须使一个切削刀具保持在一个相对于正被机加工的表面的垂直定向中。

附图说明

现在将参考示意性附图通过实例说明一种已知机床以及本发明的多个实施方案，在附图中：

图1是一种已知的线性轴线机床的平面图；

图2至图8是体现本发明的一种机床的透视图，以便展示其操作；

图9是包括安装在一个线性轴线上的转动轴线的机床的平面图；

图10是图9的部分的放大图；

图11是体现本发明的一种机床(包括安装在一个转动轴线上的线性轴线)的平面图，以展示对一个长形工件的机加工；

图12是在安装座线性移动后图11的一部分的放大图；

图13至图15是体现本发明的一种机床的平面图，以展示相对于一个机加工表面保持“刀具垂直”；

图16是在体现本发明的机床中使用的一种机器底座的透视图；

图17a和图17b是体现本发明的一种机床的透视图，其中补充的细节被包括在图18b的视图中；

图18a至图18c是体现本发明的一种机床平面图，它们示出了机加工一个长形工件的多个连续阶段；

图19是一个放大的局部平面图，展示了在一个工件上机加工一个楔形；

图20是一个部分放大的平面图，示出了使用一个预制的研磨砂轮进行机加工；

图21是体现本发明的一种机床的平面图，该机床包括双研磨砂轮头；并且

图22a和图22b是示出一个激光校准程序中的多个连续阶段的透视图。

应当指出，这些图仅是示意性的。相同的参考符号总体上被用来表示修改的和不同的实施方案中的对应或相似特征。

具体实施方式

图1示出了一种已知类型的线性轴线机床的布置。它包括两个研磨砂轮2、4，用于研磨安装在一个车床头8与尾架9之间的一个工件6。每个研磨砂轮沿一个线性轴线Z1、Z2是可移动的，以便接近沿着工件6的任何轴向位置。另外的线性轴线X1和X2被堆叠在轴Z1和Z2上以朝向或背离该工件移动每个研磨砂轮，并且由此控制在该工件上机加工的直径的特征。

图2是体现本发明的一种机床的透视示意图示。它包括一个机器底座10。第一和第二支座100、102被直接安装在该底座上用于围绕对应的转动加工轴线的转动，这些转动加工轴线垂直于机器底座的平面。它们的转动运动分别由箭头A和B表示。顶尖104和106代表与每个支座相关的参考点。每个顶尖具有一条穿过它的参考轴线108、110。

一个安装座112被第二支座102携带并且可沿着一个线性加工轴线移动。参考点104是在该第一支座上，而参考点106是在由第二支座102携带的安装座112上。该第一支座和该安装座的位置和方向的控制在此是参照点104和106以及它们相关的参考轴线108和110来考虑。

图2中包括了第一支座、第二支座和安装座的虚线图100’、102’和112’以示出围绕它们对应的转动加工轴线转动之后它们的不同定向。这展示了改变参考轴线108与110之间的角度的移动。

图3展示了安装座112沿其线性轴线移动到以虚线外形线示出的一个第二位置112’。箭头C代表移动的方向。这种能力协助控制两个固定的点104与106之间的距离。两个转动轴线和一个线性轴线的组合能够控制这些点在一个扫掠面积上的位置和角度的移动，如以下将参见图4至图6进一步展示。

正方形S通过举例代表了一个面积，该面积可以被两个固定的点104和106扫过。

图4a和图4b展示了通过关于这三个轴移动而在角度和位置上控制这两个点的定向。当点106在方向D上沿着该正方形的一个边移动时保持了参考轴线108与110之间的一种平行关系。

图5a和图5b展示了参考轴线108与110之间的角度变化，同时保持参考点104与106之间的一个恒定的距离。这种移动是通过同步控制这两个转动轴线以及该线性轴线而实现的。

图6a和图6b展示了保持轴线108与110之间的一个平行关系同时增加那些轴线之间的间隔。以此方式，参考点104停留在正方形S的一个角上，同时参考点106沿着该正方形的一个边从其移开，这个路径在这些图中被标为E。

图7示出了一种机床构造，其中第一支座100还是沿着平行于其转动轴线的一个线性加工轴线F是可移动的。该支座在沿着这个轴移动之后的位置由虚线外形线100’示出这种另一个维度上的移动协助控制该第一支座以及该安装座彼此相对在一个扫掠体积上的定位和定向。

通过图解，图8a和图8b包括一个体积V的外形线，在该体积上可以控制两个固定的点104、106的位置和角度。在这些图中示出了支座100沿其垂直线性轴线的运动，它将参考点104在箭头G的方向上沿着体积V的一个垂直边移动。

本发明人已经确定，有利的是将水平线性加工轴线安装在相关的转动加工轴线上而不是与之相反。现在将参见图9和图10说明为此的一个原因。

在图9所示的构造中，安装座120被可转动地安装在支座122上。支座122进而由在机器底座10上的一个线性加工轴线携带。支座124被安装在该底座上的一个转动加工轴线上。具有垂直于其纵向轴线128的多个肩台特征的一个长形工件126被安装在支座124上。

为了在工件126上定义一个垂直的肩台特征130，必须要在垂直于该工件的纵向轴线128的一个方向上移动参考点132。为了优化这种移动的控制，优选的将是仅使用一个加工轴线来沿着部件肩台移动参考点132。然而，可以看出如果在该构造中该线性轴线被撤回，那么代替的是点132将跟随路径134(见图10)。为了跟随该部件的垂直肩台，所有三个加工轴线(两个转动和一个线性)将需要被同步。

相比之下，使用如在图11中描绘的体现本发明的一种机床，该线性加工轴线被安装在一个转动轴线上。这能够使支座100、102和安装座112被定向为在沿着该工件肩台移动参考点106之前使这些参考轴线108、110是平行的。那么这种移动是通过仅沿着其线性加工轴线移动安装座112实现的，如图12所示。

可以将关于这三个加工轴线的移动插入以便能够由参考点106接近长形工件126的长度。

图13至图15示出了两个支座102、104以及安装座112的连续定向。参考点106限定了与参考点104等距离的一个球形表面140，同时保持其参考轴线110处于相对于该表面的一个垂直的“刀具垂直”定向。

对于连续金刚石车削高精度部件保持“刀具垂直”是一个常见的要求。常常必不可少的是(为了保持部件的几何形状和恒定的切削条件)该刀具上的相同的点一直与正在被机加工的部件保持接触。

如果被机加工的形状是除了平面之外的任何形状，那么如果要保持“刀具垂直”的话必须相对于该部件来调整刀具轴线的位置。

通常的机器是将切削刀具安装在一个额外的转动轴线上以便能够进行“刀具垂直”的机加工。当前的机器设计能够使刀具垂直而不需要一个额外的轴。

图16示出了用在体现本发明的一种机床中的加工平台。两个转动轴线被安装在机器底座10上。每个轴线包括一个转动轴线颈轴承12、一个大的转动止推轴承14以及一个直流驱动电机16。每个止推轴承可以具有一个相对大的直径(例如，0.75至1m或更大的直径)或使它极其硬。该转动轴线颈和止推轴承可以是空气静力学的、流体静力学的或类似的。该轴线安装的特征可以被机加工在该机器底座中。鉴于这种相对简单的构造，它们可以被非常精确地彼此对齐。还可以提供一个与每个轴线相关的在轴上的转动编码器。一个工件支座是与一个轴线相关联的而一个刀具支座是与另一个轴线相关联。

在图17a和图17b中示出了展示本发明的多个实施方案的示意图。一个工件支座20被提供在一个轴线上而一个刀具支座22被提供在另一个轴线上。一个工件24被安装在工件支座20上的车床头26与尾架28之间。一个横移修整工具30和一个全式修整轧辊32也被提供在工件支座20上。还示出了一系列的部件稳定器34。应该认识到，视情况而定多种量规、研磨、修整、和/或成形砂轮以及其他切削刀具(如车刀)可以被提供在该工件支座上。

一个研磨砂轮头38被提供在刀具支座22上。提供一个线性轴线40以协助朝向或背离该工件移动一个研磨砂轮36。在该刀具支座上可以提供多个研磨砂轮或其他刀具。例如，可以包括一个分度头以协助于同时选择安装在该机器上的几个刀具之一。

在图17b中，更详细地示出了包括两个转动轴线和一个线性轴线的一个实施方案。

图18a至图18c示出的序列视图展示了包括三个移动轴(两个转动轴线、一个线性轴线)的一个实施方案如何允许一个研磨砂轮获得对于一个长形工件的全长的接触。可以看出，当两个转动轴线相对于该机器底座移动时，调整线性轴线的位置以便沿着该部件的表面在轴向上移动研磨砂轮。

图19展示了调整刀具支座22和工件支座20的相对转动定向可以怎样被用来在一个研磨砂轮36的旋转轴线50与一个工件24的纵向轴线52之间产生一个角度，以协助在该工件上形成一个楔形的外形。

图20展示了如何使用体现本发明的一种机床来应用一个预成形研磨砂轮60来形成一个在工件24上的预定外形。

图21中示出了使用双研磨砂轮的一种机床。两个砂轮头70、72被安装在刀具支座22上。一个额外的线性轴线74、76被提供为与堆叠在另一个对应的线性轴线78、80上的每个砂轮头70、72相关联。这协助了独立控制这些研磨砂轮相对于工件24的纵向轴线定位。通过这样一种构造，可以同时在该工件上研磨两个特征，这可以被用在例如轨道式曲柄销研磨中。

在包括两个转动轴线和一个线性轴线的一种机床中，将仅要求一个线性轴线移动的盖件。两个转动轴线可以具有实心的转动的盖件或迷宫式构件。这些可以不具有任何摩擦接点或显著地影响这些精确的加工轴线的移动。

该机器底座可以由例如花岗岩、铸铁或聚合物混凝土形成并且与使用长线性轴线的现有机床相比其制造相对便宜。

在构建根据本发明的一种机床的过程中，在一个切削刀具与一个工件之间插入的线性移动的精度可以被测量出并且将任何要求的补偿计算出。这种补偿可以被结合在调节操作该机床的控制器的指令中，例如，软件中。

关于角度、线性位置和直度可以使用激光校准，从而能够进行关于转动和线性轴线移动的误差校正。

图22a和图22b示出了该机器可以怎样进行激光校准。将一个光源70安装在车床头26上，该光源产生两个平行的激光束72、74，这些激光束入射在由刀具支座22携带的一个探测器76上。

通过移动这两个转动轴线和该一个线性轴线，有可能(使用不同组的激光光学器件)测量直度、位置和角度误差并且做纠正以补偿这些误差。该纠正程序将根据任何给定工件的主要要求(例如，正被机加工的特征的平行度、直径或轴向位置)而变化。

该校准程序可以包括以下步骤：

I.使用角度误差测量光学器件：

i.转动这两个轴，在机加工最长部件所要求移动的整个范围上使次要轴(例如，该刀具支座轴)从属于该主要轴(例如，该工件夹头支座轴)。该线性轴线也将从属于该主要轴以便保持在该测量光学器件上的激光束的恒定位置。

ii.角度误差将影响：

1.被机加工的特征的直径；

2.被机加工的特征的平行度；

3.被机加工的特征的轴向位置。

iii.任何测量的角度误差可以通过改变次要轴相对于主要轴的移动来补偿。

iv.该程序将使转动轴线误差(来自每个编码器)以及任何额外的转动误差最小化，例如来自支承轴倾斜误差和该线性轴线的偏摆误差。

II.使用线性位置测量光学器件：

i.重复(I)的移动程序。

ii.线性位置误差将影响被机加工的特征的轴向位置。

iii.如果一个特征的轴向位置比正被机加工的特征的平行度具有更高的优先权，那么该测量的位置误差可以被补偿(使用次要转动轴线)。这将略微增加在程序I过程中被最小化的角度位置误差。

1.额外的角度误差可以是相对不重要的。例如，为了纠正一个3微米的轴向位置误差要求(大致)一个1角秒的角度纠正。在一个50mm长的特征上的1角秒将导致一个0.25微米的楔度。

III.使用直度测量光学器件来确定水平直度误差：

i.重复该移动程序。

ii.线性直度误差将影响被机加工的特征的直径。

iii.使用该线性轴线可以直接补偿所测量的水平直度误差。

这些程序能够进行误差移动纠正而不需要对准正交轴，这是这种机器设计的一个关键性优点。

如果这些被机加工的特征的轴向位置特别紧凑，那么可以使用一个线性编码器(如安装在这两个转动轴线之间的一个激光干涉仪)作为一个第二编码器以使由转动编码器误差引起的线性位置误差最小化。

应用与以上校准程序所用的那些原理类似的原理可以实现这一点。

该机床的多个优选实施方案使用转动编码器来使两个转动轴线之间的移动同步。保持这两个轴之间的大约1角秒的绝对位置误差可以是有可能的。一个转动位置误差产生了大致5微米(线性误差的)每米(半径的)每角秒(误差的)的在一个给经半径处的一个线性误差。对于大约1500mm长的一个部件，从转动轴线中心至该部件的一端的半径可以是例如大约900mm。这导致了大约3微米每角秒误差的一个线性位置误差(在该部件的轴向方向上)。

在大多数情况下这将是可接受的。然而，对于极其严格的要求(例如，要求不大于1微米的线性误差)，可以优选的是做一个直接的、在线的线性误差测量(而不是来自一个转动编码器的一个推断线性测量)。

一个长范围线性激光编码器的一个实例是如由Renishaw(RTM)销售的一个RLEIO。这种类型的编码器可以被用来在两个转动轴线相对于彼此移动时提供线性位置反馈。因此，由转动编码器误差产生的在切削刀具与部件之间的轴向位置误差可以直接被测量作为线性位置误差。

该线性编码器的构造将类似于以上在图22a和图22b中所示的用于机器校准程序的编码器。然而，该编码器的激光和靶将需要被封闭在一个盖件(在这些图中未示出)中，离开(有可能在下面)机加工的接触位置。

尽管参考这些附图描述的实施方案是研磨机，但是应该认识到，根据本发明可以实施宽范围的与机加工有关的操作。除了研磨操作以外，其他应用是例如车削或抛光、以及机加工部件的检查。

应该认识到，在此提及的正交或平行对应的定向以及类似情况应被解释为限定了在实用公差之内多个部件之间基本上正交或平行的关系。

Claims (17)

1.一种机床，包括：

一个机器底座；

一个第一支座，该第一支座被提供在一个第一转动加工轴线上，该第一转动加工轴线安装在该底座上，相对于该底座在位置上是固定的；

一个第二支座，该第二支座被提供在一个第二转动加工轴线上，该第二转动加工轴线安装在该底座上，相对于该底座在位置上是固定的，其中该第二转动加工轴线平行于该第一转动加工轴线并且与其横向间隔开并且携带一个安装座，该安装座相对于该第二支座沿着正交于该第二转动加工轴线的一个第一线性加工轴线是可移动的；以及

一种控制安排，该控制安排是可操作的以控制该第一支座在该第一转动加工轴线上的定向、以及该安装座相对于该第二转动加工轴线的定向以及它沿着该第一线性加工轴线的定位，以便控制该第一支座以及该安装座彼此相对的定位和定向。

2.如权利要求1所述的机床，其中这些支座之一提供了沿着平行于其转动加工轴线的一个第二线性加工轴线相对于该机器底座的移动。

3.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中这些支座围绕它们对应的转动加工轴线是可独立转动的。

4.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中这些支座被安排为用于围绕它们的对应的转动加工轴线的转动，这样一个支座在一个方向上的转动运动是与另一个支座在相反方向上的转动相匹配的。

5.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中这些支座的转动位置是相对于该机器底座选择性地可锁定的。

6.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中这些支座通过多个轴颈和止推轴承携带在该机器底座上。

7.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中这些支座是通过对应的直流驱动电机可相对于该机器底座转动的。

8.如权利要求1或权利要求2所述的机床，其中每个支座包括一个转动传感器，该转动传感器用于提供关于该对应的支座相对于该机器底座的转动位置的一个信号，并且该控制安排是可操作的以便从这些转动传感器接收信号、并且补偿在一个机加工操作过程中在这些支座的移动中的不准确性。

9.如权利要求1所述的机床，其中这些支座之一携带刀具安装座。

10.如权利要求9所述的机床，其中两个刀具安装座被这些支座之一所携带，各自相对于一个支座独立于另一个沿着正交于第一转动加工轴线和第二转动加工轴线中提供有该一个支座的一个的多个互相平行的线性轴线是可移动的。

11.如权利要求10所述的机床，其中这些刀具安装座的至少一个还是相对于一个支座沿着正交于这些互相平行的线性轴线的另一个线性轴线可移动的。

12.如权利要求9至11中任一项所述的机床，其中另一个支座被安排为支持一个长形工件，该长形工件的纵向轴线处于正交于第一转动加工轴线和第二转动加工轴线的一个平面中。

13.一种使用如以上任一权利要求所述的机床对工件进行机加工的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将一个工件安装在这些支座之一上；

(b)将一个切削刀具安装在另一个支座上；

(c)转动这些支座以便将该工件的一个选定部分呈现给由该另一个支座携带的一个切削刀具；并且

(d)用该切削刀具对该工件的选定部分进行机加工。

14.如权利要求13所述的方法，包括以下另外的步骤：

(e)在相反的方向上转动这些支座并且相对于其上安装有工件的支座移动该工件和/或相对于其上安装有切削刀具的支座移动该切削刀具以使该工件的一个第二部分与该切削刀具相接合；并且

(f)用该切削刀具对该工件的第二部分进行机加工。

15.一种使用如权利要求1至12中任一项所述的机床对工件进行机加工的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将具有一个纵向轴线的一个工件安装在这些支座之一上；

(b)将一个研磨砂轮安装在另一个支座上；

(c)转动该另一个支座，这样该研磨砂轮的旋转轴线关于该工件的纵向轴线是不平行的；并且

(d)用该研磨砂轮来研磨该工件，使该研磨砂轮的旋转轴线与该工件的纵向轴线成一个角度。

16.一种使用如权利要求1至12中任一项所述的机床对工件进行机加工的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将一个工件安装在这些支座之一上；

(b)将具有一个参考轴线的一个刀具安装在另一个支座上；并且

(c)相对于该第一转动加工轴线移动该第一支座并且相对于该第二转动加工轴线以及该第一线性加工轴线移动该安装座，这样在该工件上加工一个预定的弯曲表面同时保持该刀具的参考轴线垂直于所述表面。

17.一种校准如权利要求1至12中任一项所述的机床的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将一个激光光源安装在这些支座之一上；

(b)从该光源发射一个激光束，该激光束入射在由另一个支座支持的一个光学器件上；

(c)监测该激光束关于由多个对应的转动传感器所测量的这些支座的位置的路径，其中转动传感器布置成提供关于对应的支座相对于该机器底座的转动位置的一个信号；

(d)计算定位误差；并且

(e)校准该控制安排以减小这些误差。

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