CN105773423B - 补偿磨削机中温度诱发的偏差的方法和相应地装配的机器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于补偿磨削机中温度诱发的偏差的方法，磨削机包括：工具主轴，其具有能够被驱动以转动的磨削工具；修整器，其具有能够被驱动以转动的修整工具；用于控制修整工具相对于磨削工具的运动的控制器；设计成使磨削工具和磨削机的其它部件的接触信号化的第一切割检测部，所述方法的特征在于以下步骤：a.控制修整工具相对于磨削工具的运动以便使修整工具朝磨削工具相对地运动，b.检查第一切割检测部是否将磨削工具与修整工具的接触信号化，c.重复步骤a至c直到磨削工具和修整工具的接触被信号化，d.如果磨削工具和修整工具之间的接触被信号化，那么：i.记录当前的位置，ii.利用当前位置和参考或给定位置进行补偿计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于补偿磨削机中温度诱发的偏差的方法和相应地装配的机器。
背景技术
存在许多使用磨削工具的机械加工过程。特别是，在齿轮齿加工领域，采用能够被修整的磨削工具。例如存在大致碟形的磨削盘，还存在杯形以及圆锥形磨削盘。这些磨削工具典型地覆盖有尤其适于修整的磨料。
除磨削工具之外，在磨削机中经常设置有修整工具，如有需要，采用所述修整工具以修整磨削工具。现代磨削机典型地包括修整工具，所述修整工具被驱动以便转动并且受到轮廓控制用于自动限定和磨削工具的修整。
例如如果考虑对齿形件(toothing)进行磨削，在一段时间之后必须使磨削工具的工作表面恢复至期望的形状(称之为仿形切削)，以便能够确保齿形件具有足够的质量。
就本发明而言，优选地，采用受CNC轮廓控制的修整件或修整盘作为修整工具。然而，修整工具还能够固定至机床床身或者固定至其它静止或可移位的机器组件，使得所述修整工具能够被驱动而转动。在这种特殊情况下，通过受CNC控制的轴线运动进行所要求的轮廓控制，所述轴线运动在修整工具正好围绕修整轴线转动的同时使磨削工具相对于修整工具运动。
在修整工具和磨削工具之间能够发生相对修整(磨削)运动是借助修整工具进行修整的前提。修整工具能够与磨削工具沿相同方向或相反方向转动。为了使修整工具转动，磨削工具和修整工具之间的速度比是能够影响修整结果的参数中的一个。
成形修整或仿形切削修整过程受制于许多影响值，这些影响值能够显著影响磨削工具的修整。
调查显示，在中断生产过程之后，在磨削工件时能够出现误差。通过详细的分析可以得出这样的结论：这些误差由磨削机的温度诱发的变化引起。例如，相较于具有高本征温度的连续运转的磨削机，冷却状态下的磨削机的磨削工具相对于修整工具和/或工件的相对位置的差异最小。由温度引起的这种改变的相对位置能够对修整的精度造成影响。即，在这种情况下，磨削工具的几何形状与标称值相比略微改变。
众所周知，仿形机可以例如装配有触觉坐标传感器，以便能够在加工期间或者加工中断期间测量工件。然而，这种触觉坐标传感器既不适于测量修整工具也不适于测量磨削工具。这是因为修整工具典型地覆盖有多晶或天然金刚石或覆盖有一些其它硬质材料。当接触修整工具时，触觉坐标传感器的红宝石探头可能很快被损坏。
发明内容
因此，本发明的目的在于开发一种替代方案，所述替代方案使得具有可修整的磨削工具的磨削机能够识别是否出现温度诱发的变化。优选地，开发一种方法，所述方法能够在自动化的机器环境中采用并且有助于补偿检测到的温度诱发的变化。
根据本发明，提供一种用于补偿磨削机中温度诱发的变化的方法，所述磨削机包括：
·工具主轴，所述工具主轴具有能够被驱动以便转动的磨削工具，
·修整器，所述修整器具有能够被驱动以便转动的修整工具，
·(CNC)控制器，所述控制器用于控制修整工具相对于磨削工具的运动，
·第一切割检测部，所述第一切割检测部设计成将磨削工具与磨削机的其它部件的接触信号化。
本发明的方法的特征在于以下步骤：
a.控制修整工具相对于磨削工具的运动，以便使修整工具朝磨削工具相对地运动，
b.检查第一切割检测部是否将磨削工具与修整工具的接触信号化，
c.重复步骤a至c直到磨削工具和修整工具之间的接触被信号化，
d.如果磨削工具和修整工具之间的接触被信号化，那么：
i.记录当前位置，
ii.利用当前位置和参考或给定位置进行补偿计算。
在所有实施例中，能够同时进行或以在时间上错开的方式进行上述步骤中的一些。这例如涉及步骤a和b以及步骤d.i.和d.ii.。
最初，使用第一切割检测部以便检测磨削盘与工件的接触。本发明的独特之处在于，出于不同于原先目的而采用第一切割检测部。因为此时第一切割检测部已经达到较高的精度，因此这是可能的。
优选地，采用通过计算进行的坐标变换，以便将所确定的当前位置变换成与磨削工具和/或修整工具在磨削机的坐标系内的实际位置相关的表示。
在修整期间、甚至在存在温度诱发的变化的情况下，根据本发明的磨削机精确地进行操作，这是因为在磨削机内始终能够确定所限定的磨削工具相对于修整工具的相对位置。因此，始终给出精确的参考，所述参考结合本发明有利地使用。
特别是在自动化批量生产领域中，能够在因相对位置发生变化而出现有缺陷的磨削工具并且出现使用所述有缺陷的磨削工具生产出的不合适的齿轮之前，不时地或者根据需要地介入。
当采用本发明时，磨削机变得更为经济，并且加工可能比迄今为止的加工更为精确。
本发明能够主要用于受CNC控制的螺旋伞齿轮磨削机中，但也能够在磨削正齿轮时使用。
本发明有助于改进修整过程的自动化程度，并且有助于具有可重复的最高精度和较低的废品比例。
本发明的方法使得能够通过在机器内应用补偿而对修整工具的预先限定(程序化的)的相对修整运动进行调整，使得尽管存在温度诱发的变化，仍然可以最佳地工作。
在所有实施例中的第一切割检测期间，所涉及的部件中的至少一个(例如磨削工具)必须被驱动以便转动。相应的所涉及的另一部件(例如修整工具)能够静止不动。优选地，所涉及的两个部件(磨削工具和修整工具)都被驱动，以便在第一切割检测期间转动。
为了获得非常高的精度，一些磨削机装配有固定地连接至机床床身的金刚石修整辊。即，在这种情况下的金刚石修整辊(除了转动轴线以外)不需要额外的机器轴线。在这样的情况下，取决于实施例，在金刚石修整辊转动的同时使磨削工具对着该辊运动，以便能够借助所提及的第一切割检测部识别温度诱发的变化并且补偿这些变化。
附图说明
在下文中，参考附图并基于解释性实施例对本发明的更多细节和优点进行说明。附图中：
图1A示出了具有磨削杯的磨削机的一部分的示意性侧视图，其中，在所示时刻，该磨削杯在外周处借助修整盘正被修整；
图1B示出了图1A的磨削机的一部分的示意性侧视图，其中，在所示时刻，进行修整盘相对于磨削工具的相对接近运动；
图2示出了图1A的磨削机的一部分的放大的示意性侧视图，其中，在所示时刻，进行相对远离运动；以及
图3示出了具有轴线指示的(伞齿轮)磨削机的示意图，在该磨削机内实施本发明。
具体实施方式
术语结合本发明的说明书使用，所述术语也在相关公开物和专利中使用。然而，需要注意的是，这些术语的使用仅用于更好的理解本发明。本发明的构思和专利权利要求的保护范围并不限制于具体选择的术语给出的解释。本发明可以容易地转移至其他术语体系和/或技术领域。在其他技术领域中应用相应的术语。
所有附图都是示意性的并且未按照比例绘制。
在下文中，借助非常简化的简图1A来描述本发明的原理。图1A仅示出磨削机100的必要部件以及这些部件的基本(相对)运动。在该图中未示出工件。
在侧视图中可以看到示例性的磨削盘10，所述磨削盘能够被驱动以便围绕工具轴线A1转动。正如示意性示出的，磨削盘10安装在工具主轴11上。具有修整工具31(此处，具有成形修整盘的形状)的修整器30示出为紧挨着磨削盘10。修整工具31能够被驱动以便围绕修整轴线R1转动。
为了不使简图1A复杂化，借助箭头AB(XY)表示修整工具31能够沿着磨削盘10的外轮廓相对于磨削盘10运动(称之为修整运动)。能够由修整工具31或者由磨削盘10或者由修整工具31和磨削盘10进行相应的运动AB(X,Y)。因此，在本文中，相应的运动指的是相对运动。标识AB(X,Y)表明修整运动AB包括平行于磨削机100的X轴线和Y轴线的运动矢量(还参见图3)。
本发明涉及修整工具相对于磨削盘10的接近运动ZB。在本文中，表述“接近运动”用于使修整工具31能够与磨削盘10接触的相对运动。在确定补偿之后，在使修整工具31相对于磨削盘10运动的同时，对根据本发明进行的修整运动AB进行调整。
在本领域中，利用修整工具31(通过进行修整运动AB)对磨削盘10的有规律的修整加工是众所周知的。通常，修整运动AB是三维空间中的受CNC控制的相对运动。由CNC控制器50提供并控制各自的相对运动。CNC控制器50在图1A中示意性地示出。电路连接I1从CNC控制器50延伸至修整器30的旋转驱动器32，电路连接I2从CNC控制器50延伸至磨削工具10的旋转驱动器12。也由CNC控制器50控制的其它轴驱动器未在图1A中示出。正如现有技术已知的那样，使用这些轴驱动器以便进行修整运动AB和接近运动ZB。
电路连接I1和/或电路连接I2由双向箭头表示，这是因为驱动器32和/或驱动器12经由这些电路连接I1和/或电路连接I2而被驱动，并且信号从这些驱动器32和/或驱动器12馈送至CNC控制器50。通过发送回信号能够实现调节电路，因此(例如通过使用路径传感器和/或角度解码器)使这些运动能够受到控制。
图1B再次示出了图1A的磨削机100的一部分，其中，在给定的时刻，进行修整工具31相对于磨削工具10的相对接近运动ZB(Y)。在该示意性示例中，特意引导相对接近运动ZB(Y)，使得修整工具31在外周处接触磨削工具10。在该示例中，相对接近运动ZB(Y)相对于工具轴线A1垂直地进行，即，相对于磨削工具10径向地进行。接近运动ZB(Y)平行于磨削机100的Y轴线(还参见图3)进行。这就是为什么在该情况下接近运动由ZB(Y)来表示。
优选地，在所有实施例中，磨削工具10的接触发生在不用于进行工件的磨削加工的区域13中。在本示例中被选定用于接触的区域13是在磨削工具的外周处的环形区域。对于所有实施例，也能够选定磨削工具10的其它区域用于被修整工具31接触(例如参见图2)。
第一切割检测部51示出为CNC控制器50的区域中的独立模块。在所有实施例中，第一切割检测部51能够是CNC控制器50的模块，但是在所有实施例中，第一切割检测部51也能够是分配给CNC控制器50的、分别连接至CNC控制器的模块。在最简单的情况下，第一切割检测部51包括为CNC控制器50提供信号的传感器、和在CNC控制器50中进行信号处理和(一个或多个)补偿计算的软件。
在图1A和1B的实施例的情况下，第一切割检测部51借助对修整器30的驱动器32的电力输入的评估而进行检测。在修整工具31与磨削工具发生第一轻微接触的时刻，电力输入因修整工具31和磨削工具10之间的摩擦而增加。通过第一切割检测部51能够对电力输入的增加进行处理、评估和信号化。
例如，一旦电力输入超过阈值，第一切割检测部51便认为磨削工具10与修整工具31已经发生接触。在这种情况下，第一切割检测部51用信号表示发生接触。图3示出了这种信号表示的示例。在这种接触的同时或紧接在这种接触之后，记录磨削工具10和修整工具31的当前相对位置。在本文中，该位置被称为当前位置。
取决于本发明的实施例，当前位置能够与参考或给定位置相关。优选地，当前位置保存在磨削机100的存储器中。参考或给定位置例如提供了3D空间中应当发生磨削工具10和修整工具31之间的接触的位置。由于当前位置与参考或给定位置相关，磨削机100能够(用算术方法)确定当前的偏差、相应地确定位置变化。
随后，基于偏差、相应的位置变化，能够由磨削机100进行借助计算的补偿，正如在下文中借助简单的示例所解释的那样。
CNC控制器50和/或第一切割检测部51正在进行相对接近运动ZB(Y)，以便使磨削工具10和修整工具31到达相对于彼此的预先限定的相对或给定位置。当到达预先限定的相对或给定位置时，修整工具31应当在此时提供针对接触的信号。然而，由于因温度改变导致发生变化，只有在继续进行沿方向ZB(Y)的接近运动之后才发生相互接触。在该示例中，只有在继续运动1mm的延伸路径之后才发生接触。即，当前位置相对于相对或给定的位置改变了1mm。因为在本示例中，接近运动ZB(Y)平行于工具轴线A1进行，基于现在的当前位置与参考或给定位置的比较，能够确定如何进行实际的(修整)运动AB(X，Y)以便补偿位置的变化。
典型地，将路径传感器WS分配给工具主轴11、相应地分配给驱动器12。这种路程传感器WS不位于主轴11的最前端而是例如位于驱动器12的区域中。因此，路径传感器WS无法检测到主轴11和工具10的温度诱发的膨胀或收缩。然而，本发明的方法为这种情况提供了低廉的补救措施。
应当注意的是，如图1A和1B所示的实施例适于记录沿径向方向的变化。由于在工具10膨胀的情况下外周的环状区域13向外径向地移位，因此能够记录磨削工具10的周长的变化。在这种情况下，接触会更早地发生(且不会更迟地发生，正如在所描述的示例的情况下那样)。
在大多数的情况下，温度诱发的变化主要沿工具轴线A1的方向发生。例如因主轴11的长度的变化而出现这种情况。为了能够检测和补偿这种变化，接近运动ZB(X)应当被引导成使得修整工具31在位于垂直于工具轴线A1或者至少相对于工具轴线A1倾斜的平面中的表面处接触磨削工具10。前进方向由ZB(X)表示，这是因为在图2的示例中的前进运动相对于X轴线平行。
优选地，在所有实施例中，在接触之后进行步进操作ZR，以便在接触之后立即增加相对距离。优选地，在所有实施例中，这种步进操作自动进行，因此被称为距离的自动增加。在磨削工具10与修整工具31的接触之后立即进行距离的自动增加，以便调整磨削工具10相对于修整工具31的相对距离△A，其中，在所有实施例中相对距离△A的绝对值|△A|优选地被预先限定。在图2中示出了相对距离△A。
优选地，所有实施例的步进操作ZR的方向对应于刚刚进行的接近运动ZB(X)的方向。步进操作ZR的运动方向与接近运动ZB(X)的方向相反。
图3示出了示例性的受CNC控制的螺旋伞齿轮磨削机100。磨削机100包括具有磨削工具10的竖直磨削主轴11(A1轴线)。待加工的工件20坐置于B轴线上。具有修整工具31的直立式修整器30位于磨削主轴11的左手侧。修整工具31能够借助其驱动器32(例如参见图2)而被驱动，以便围绕修整轴线R1转动。另外，如图3所示，磨削机100包括相应地分配有驱动器的三个线性轴线X、Y、Z以及枢转轴线C。正如已经提及的，由CNC控制器50控制不同的轴线、控制各自的驱动器。CNC控制器50与已经提及的第一切割检测部51一起以示意的形式清楚地示出为紧挨着机器100。这里，使电路连接I1、I2成一束，以便表明这些连接能够例如沿着公共信号总线布线。
本发明优选地通过CNC控制器50和/或第一切割检测部51的合适编程实施于磨削机100中。因此，磨削机100能够进行以下步骤：
a.控制修整工具31相对于磨削工具10的运动ZB(例如ZB(Y)或ZB(X))，以便使修整工具31朝磨削工具10相对地运动，
b.检查第一切割检测部51是否将磨削工具10与修整工具31的接触信号化，
c.重复步骤a至c直到磨削工具10和修整工具31之间的接触被信号化，
d.如果磨削工具10和修整工具31之间的接触被信号化，那么：
i.记录当前位置，
ii.利用当前位置和参考或给定位置进行补偿计算。
原则上，针对在磨削机100中实施第一切割检测部51，存在三种可能性。
例如，第一切割检测部51能够监测磨削工具10的驱动器12和/或修整工具31的驱动器32的电流或电压。如果电流或电压发生变化(这种变化因驱动器12和/或驱动器32的电力输入增加导致)，那么，第一切割检测部51用信号表示发生接触。在接触情况下电力输入的增加由磨削工具10和修整工具31之间的摩擦引起。
替代地或另外地，第一切割检测部51可以监测振动传感器40的输出信号，以便在振动增加的情况下用信号表示发生接触。振动的增加也是因磨削工具10和修整工具31的接触引起。对于所有实施例，加速度传感器适于作为放置在磨削主轴和/或修整器30上的振动传感器40。
替代地或另外地，第一切割检测部51可以监测声传感器40的输出信号，以便在声音强度增加的情况下用信号表示发生接触。声音强度的增加因磨削工具10与修整工具31的接触引起。对于所有实施例，放置在磨削主轴和/或修整器30的区域中的声音发射水听器、声音发射拾音器或者(压电)本体声传感器适于作为声传感器。
在图3中示意性的示出了这种传感器40(例如，声传感器、功率传感器或振动传感器)能够坐置于工具主轴11的区域中。这种传感器40例如能够将信号S1传输至第一切割检测部51，正如在图3中借助虚箭头示意性地示出的那样。
与此同时，还存在用于第一切割检测部51的精度在微－毫米范围内的高精度系统。准确度一方面源于(一个或多个)传感器的灵敏度，另一方面源于用于确定当前位置的路径和/或角度分辨率的准确度。因为温度诱发的变化也在若干微米的范围内发生，所以精度对于本发明来说十分重要。
优选地，在所有实施例中，在提供信号S1(该信号表示发生接触)之后，立即触发以下两个反应：
－记录当前位置，
－进行距离ZR的增加。
控制器50始终知道被移动的部件的位置，这是因为控制器不仅限定运动而且还监测运动(例如，利用非常精确的路径传感器)。在接触的情况下，通过记录或存储现在的位置(称之为当前位置)，给出用于后续补偿计算的参考值。
优选地，在本发明的所有实施例中，只有在满足以下条件中的一个时，才触发执行步骤a至c：
·在预先限定或可限定的一段时间内未在生产中使用磨削机100之后，和/或
·在磨削机100已经被重新配置之后，和/或
·在环境传感器、优选地温度传感器已经指示或用信号表示发生变化之后。
优选地，在所有实施例中，出于有效加工的原因，紧接在进行修整工序之前触发执行步骤a至c。
本发明还能够实施于其它磨削机中。
附图标记
Claims (12)
1.一种用于补偿磨削机(100)中温度诱发的偏差的方法，所述磨削机包括：
·工具主轴(11)，所述工具主轴具有能够被驱动以便转动的可修整的磨削工具(10)，
·修整器(30)，所述修整器具有能够被驱动以便转动的修整工具(31)，
·控制器(50)，所述控制器用于控制所述修整工具(31)相对于所述磨削工具(10)的运动(AB、ZB、ZR)，
其特征在于，所述磨削机还包括：
·第一切割检测部(51)，所述第一切割检测部设计成将所述磨削工具(10)与所述磨削机(100)的修整工具(31)的接触信号化，
所述方法的特征在于以下步骤：
a.控制所述修整工具(31)相对于所述磨削工具(10)的运动(ZB)，以便使所述修整工具(31)朝所述磨削工具(10)相对地运动，
b.检查所述第一切割检测部(51)是否将所述磨削工具(10)与所述修整工具(31)的接触信号化，
c.重复步骤a至c直到由所述第一切割检测部(51)将所述磨削工具(10)和所述修整工具(31)之间的接触被信号化，
d.如果所述磨削工具(10)和所述修整工具(31)之间的接触被信号化，那么：
i.记录当前位置，
ii.利用所述当前位置以及利用参考或给定位置进行补偿计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一切割检测部(51)监测所述磨削工具(10)的驱动器(12)和/或所述修整工具(31)的驱动器(32)的电流或电压，以便在电流和/或电压因驱动器(12、32)的电力输入增加而发生改变的情况下用信号表示发生接触。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一切割检测部(51)监测振动传感器(40)的输出信号(S1)，以便在振动增加的情况下用信号表示发生接触。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一切割检测部(51)监测声传感器(40)的输出信号(S1)，以便在声音强度增加的情况下用信号表示发生接触。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在以下情况下触发执行所述步骤a至c：
·在预先限定或可限定的一段时间内未在生产中使用磨削机(100)之后，和/或
·在磨削机(100)已经被重新配置之后，和/或
·在环境传感器(41)已经指示或用信号表示发生变化之后。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，环境传感器(41)是温度传感器。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，触发执行所述步骤a至c，紧接着进行修整工序。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤d包括针对自动增加距离(ZR)的步骤，以便在所述磨削工具(10)与所述修整工具(31)接触之后立刻调节所述磨削工具(10)相对于所述修整工具(31)的相对距离(△A)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述相对距离(△A)的绝对值(|△A|)是预先限定的。
10.一种磨削机(100)，所述磨削机包括：
·工具主轴(11)，所述工具主轴具有能够被驱动以便转动的磨削工具(10)，
·修整器(30)，所述修整器具有能够被驱动以便转动的修整工具(31)，
·控制器(50)，所述控制器用于控制所述修整工具(31)相对于所述磨削工具(10)的运动，
·第一切割检测部(51)，所述第一切割检测部设计成将所述磨削工具(10)与所述磨削机(100)的其它部件的接触信号化，
其特征在于，所述磨削机(100)被编程，以便能够进行以下步骤：
a.控制所述修整工具(31)相对于所述磨削工具(10)的运动(ZB)，以便使所述修整工具(31)朝所述磨削工具(10)相对地运动，
b.检查所述第一切割检测部(51)是否将所述磨削工具(10)与所述修整工具(31)的接触信号化，
c.重复步骤a至c直到所述磨削工具(10)和所述修整工具(31)之间的接触被信号化，
d.如果所述磨削工具(10)和所述修整工具(31)之间的接触被信号化，那么：
i.在磨削机(100)的存储器中记录当前位置，
ii.利用所述当前位置以及利用参考或给定位置进行补偿计算。
11.根据权利要求10所述的磨削机(100)，其特征在于，所述磨削机包括设计成在以下情况下触发执行所述步骤a至c的部件，
·在预先限定或可限定的一段时间内未在生产中使用磨削机(100)之后，和/或
·在磨削机(100)已经被重新配置之后，和/或
·在环境传感器(41)已经指示或用信号表示发生变化之后。
12.根据权利要求11所述的磨削机(100)，其特征在于，环境传感器(41)是温度传感器。
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