CN107735218B - 研磨具有柱形支承面的工件的方法和用于确定工艺参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种借助于磨轮研磨工件的方法。工件包括柱形支承面(3)，从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁(4)，以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分(5)。在研磨过程中，选择增量中的给送，以便在磨轮的导致工件的最高表面温度的点处达到工件的预设最大表面温度。此外，本发明公开了一种用于确定这种研磨方法的工艺参数的方法。

Description

研磨具有柱形支承面的工件的方法和用于确定工艺参数的 方法

技术领域

本公开总体上涉及一种借助于磨轮研磨工件的方法，工件包括柱形支承面，从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁，以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分。本公开还涉及用于确定这种研磨方法的工艺参数的方法。

背景技术

曲柄轴1具有旋转轴线A并且包括多个曲柄销2或轴颈，如图1a所示。图1b展示这种曲柄销2的一部分的横截面图。曲柄销2包括柱形支承面3，径向延伸的侧壁4以及通常的弯曲部分5。柱形支承面3具有平行于曲柄轴的旋转轴线的中心轴线。侧壁布置在柱形支承面的相反轴向端部处并且经由相应的弯曲部分5连接到柱形支承面，所述弯曲部分在与布置有柱形支承面的轴线的平面重合的平面中具有一半径。侧壁每一个围绕柱形支承面的整个圆周延伸，并且因此具有围绕柱形支承面的中心轴线的柱形表面的形式。

锻钢曲柄轴对研磨引起的热损伤敏感，这可能导致曲柄轴的品质较差。对工件造成的热损伤的常见类型是研磨烧伤(氧化烧伤)、冶金相变、具有可能再硬化的表面层软化(回火)、不利的残余拉伸应力、裂纹、以及降低的疲劳强度。这例如已由Malkin和Guo在CIRPAnnals-Manufacturing Technology，第56卷，第2期，2007年，第760-782页中报道。因此，曲柄销的研磨是关键的，因为它不仅影响柱形支承面而且影响弯曲部分和侧壁的尺寸、表面品质、以及疲劳寿命。而且，曲柄销的研磨通常会导致不均匀的磨轮磨损，继而也会影响曲柄轴的品质。

先前已知通过使用宽度与要研磨的销的宽度相等并且磨轮轮廓的角半径与柱形支承面和侧壁之间的弯曲部分的半径相等的磨轮的切入式研磨来研磨曲柄销。因此，在研磨过程中，侧壁被同时研磨。然而，这种方法存在不均匀的磨轮磨损和对曲柄销热致损伤的风险大的缺点。因此，也已经开发了其他研磨策略，其中研磨不仅通过磨轮的径向给送来执行。

曲柄销的研磨的另一种方法是组合的径向切入式轴向研磨方法，其中对于工艺的主要部分而言，磨轮径向切入曲柄销中，接着在精加工期间进行斜角切入式研磨。在这种方法中，磨轮宽度小于两个侧壁之间的距离。除其他因素外，这种组合的径向切入式轴向研磨方法可能由于磨轮径向切入而受到某些缺点影响。例如，如果选择研磨参数以避免研磨烧伤，则研磨循环时间变长。如果需要较短的研磨循环时间，则研磨烧伤的风险将大大增加。此外，这种研磨涉及高研磨度和高度不均匀的磨轮磨损。

另一种研磨方法是所谓的斜角切入式研磨方法，其中磨轮以一定角度径向和轴向地切入到曲柄销中，典型地在选定的磨轮给送角度下进行研磨，使得侧壁研磨将在柱形支承面的研磨之前完成。EP1635989B1公开了这种工艺的一个实施例。

此外，US4603514A公开了一种研磨工件的方法，所述工件具有柱形部分、两个侧壁部分和将柱形部分与相应的侧壁连接的弯曲部分，例如曲柄销或轴颈。借助于宽度小于工件的两个侧壁之间的空间的磨轮进行研磨。在研磨过程中，磨轮和工件同时沿两个垂直相交的方向彼此相对移动，使得工件的一个侧壁和一部分柱形部分通过斜向给送研磨成形，随后在另一个侧面和其余柱形部分上进行类似的研磨操作。这种倾斜矢量研磨基本上是使用具有任意轮廓的旋转对称磨轮的柱形研磨，其中磨轮和工件的旋转轴线平行。

与径向切入式研磨相比，倾斜切入式研磨是更好的工艺，缩短研磨循环时间并且降低烧伤风险。然而，倾斜切入式研磨的严重缺点是，当传入的曲柄销尺寸有很大程度的偏差时，材料去除率可能会出现大的波动。此外，虽然倾斜切入式研磨是本质上更好的工艺，但基本研磨参数没有被明确地理解或量化。相反，研磨参数基于试错法任意选择，导致曲柄销的一些区域具有高温而其他区域具有低温。

不管选择何种研磨方法，曲柄销的研磨都不容易控制。与研磨柱形表面相比，侧壁研磨经历研磨度沿磨轮轮廓的极大变化以及更长的切削路径长度。因此，磨轮的一部分经历高研磨度，导致过度磨轮磨损和工件的表面光洁度差(表面粗糙度高)，而磨轮的另一部分经历低研磨度，引起可以导致工件的热损伤的高温。

Oliveira等人在CIRP Annals-Manufacturing Technology，第54卷，2005年第1期，第269-272页讨论了用于研磨曲柄销侧壁的轴向或径向研磨策略。在轴向给送中，磨轮相对于曲柄轴轴向移动，而在径向给送中，磨轮朝向曲柄轴旋转轴线垂直切入。Oliveira等人得出结论，除其他因素外，可以根据所应用的每种研磨策略来确定磨轮轮廓的最受影响的区域，并且基于所述信息选择最合适的研磨策略和研磨条件以减少热损伤和磨轮磨损。此外，得出的结论是，多级轴向端面研磨策略为工艺设计提供了灵活的解决方案，并且根据所选步骤的数量，可以调节具体的材料去除率和沿着磨轮轮廓的最大磨损位置从而实现更好地控制工艺。

曲柄销相对于轴杆旋转轴线偏心，因此需要根据曲柄轴的旋转相位将旋转的磨轮(磨头)沿曲柄销的方向移动。径向给送的这种调节可以通过借助于CNC朝向工件沿径向方向来回移动研磨主轴来实现。轴向给送由CNC控制的z轴独立于x轴实现。这例如在US6878043B1中公开。

此外，当曲柄轴以恒定的转速旋转时，随着磨轮围绕工件的圆周经过，相对工件速度根据曲柄轴的旋转相位连续地变化。

虽然以上已经公开了与曲柄销研磨相关的问题，但是包括柱形支承面、侧壁和弯曲的过渡部分在内的其他工件也是如此。

发明内容

本发明的目的是借助于磨轮实现一种工件的研磨方法，工件包括柱形支承面，从柱形支承面的轴向端部径向向外延伸的至少一个侧壁，以及将柱形支承面与所述至少一个侧壁连接的弯曲过渡区域，其中研磨方法在避免热损伤方面导致高生产率和受控的工件品质，并且所述研磨方法可以在工业上实施。

根据本发明，工件可以例如是曲柄轴的曲柄销，但不限于此。工件可以是包括柱形支承面、弯曲部分、以及从柱形支承面的轴向端部径向向外延伸并且借助于弯曲部分连接到柱形支承面的侧壁在内的任何工件。

本发明基于通过在每个增量期间控制切削深度来研磨工件，使得磨轮轮廓上的引起工件的最高表面温度的点保持低于或处于工件的预设最大表面温度。因此，工件的表面温度永远不会高于预设最大表面温度阈值，从而避免工件的热损伤。此外，通过根据设定表面温度控制研磨循环的每一个增量的切削深度，导致研磨工件所需的最小增量数量，并因此也在本质上导致最低研磨循环时间。由此，可以以高生产率以受控方式进行研磨，而没有由研磨引起的工件的热损伤的风险，并因此实现工件的受控品质。

根据本发明，提供一种借助于基本上旋转对称的磨轮研磨工件的方法，其中工件包括柱形支承面、从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁、以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分，并且其中磨轮的轴向延伸小于柱形支承面的轴向延伸。所述方法包括以一起限定研磨循环的多个研磨增量来研磨工件，每一个研磨增量利用磨轮相对于工件的相应给送来执行。在每个单独的研磨增量中，选择给送以便在磨轮的导致工件的最高表面温度的点处实现工件的预设最大表面温度。

给送可适当地包括轴向给送和径向给送，其独立地选择以在磨轮的导致工件的最高表面温度的点处实现工件的所述预设最大表面温度。因此，研磨方法可以适当地是倾斜切入式研磨工艺。与例如其中对于工艺的主要部分而言磨轮径向切入到工件中的工艺相比，这具有给予更短循环时间的优点。轴向给送和径向给送优选设定为在每一个研磨增量中实现最大材料去除率。

为了简化工艺的控制，磨轮可以适当地以恒定的转速旋转。

此外，在整个研磨循环中，工件可以适当地以恒定转速旋转，以实现简单地控制工艺。然而，也可以将工件在每个增量内以恒定转速旋转，但是在随后的两个增量中以不同转速旋转。取决于所使用的设备，如果需要，还可以在增量内改变转速。

本发明还提供了一种确定用于借助于具有磨轮轮廓的基本上旋转对称的磨轮研磨工件的研磨方法的工艺参数的方法。工件包括柱形支承面、从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁、以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分，并且其中磨轮的轴向延伸小于柱形支承面的轴向延伸。所述方法包括基于预设最大表面温度确定增量的数量以及所述增量的相应轴向给送和径向给送，并且包括以下步骤：

a)基于研磨循环结束时的磨轮位置，分别确定沿径向方向和轴向方向进入到工件中的距离，并且由此确定由(磨轮轮廓的)下限和上限设定的对应接触部分；

b)在对应增量中，确定在所述对应增量期间在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度所需的轴向给送和径向给送；

c)基于在步骤b)中确定的轴向给送和径向给送来确定在利用所述轴向给送和径向给送完成一个增量之后所得到的磨轮位置，

d)基于在步骤c)中获得的磨轮位置来确定具有磨轮轮廓的对应下限和上限的对应接触部分；

e)如果接触部分的下限小于接触部分的在步骤d)中获得的上限，则重复步骤b)至d)，直到接触部分的接触下限不小于上限；

f)根据研磨工艺，将获得的增量和它们各自的轴向给送和径向给送进行索引。

可以适当地在步骤b)中执行确定在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度所需的轴向给送和径向给送，诸如以实现增量中的最大去除率。这进一步确保尽可能短的研磨循环而没有任何热损伤的风险。

轴向给送和径向给送可以通过计算磨轮位置的切削函数的极限深度以匹配预设的最大表面温度并且进一步包括在当前接触间隔中选择切削函数的极限深度的两个临界点而在步骤b中确定。所述临界点然后用于确定对应轴向给送和径向给送。由此预设最大表面温度仅在接触间隔的两点匹配，在其他地方，切削的实际深度将较低。

切削的极限深度可以表示为：

其中θ^*是预设最大表面温度，k是工件材料的热导率，ρ是工件材料的密度，c_p是工件材料的比热，e_w是进入到工件中的比能量，vs是磨轮速度，并且aggr是研磨度。

总比能量特征，即e_tot(aggr)，例如可以通过在仅包括侧壁研磨(其中仅使用轴向给送)的第一步骤以及仅包括柱形支承面研磨(其中仅使用径向给送)的第二步骤中执行的研磨功率测量(即，实验)中获得，并且其中过渡区域中的总比能量通过指数插值获得。进入到工件中的比能量特征e_w(aggr)接下来通过计算能量分配比并且对于每一种研磨类型(即，仅研磨侧壁和仅研磨柱形支承面)而言分别将所述能量分配比应用到总比能特征来确定，并且其中过渡区域中的比能量依然通过指数插值获得。

根据本发明的一个方面，提供一种用于确定研磨方法的工艺参数的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行如以上公开的用于确定工艺参数的方法的方法步骤的程序代码。

根据本发明的一个方面，提供一种用于确定研磨方法的工艺参数的计算机程序，所述计算机程序包括存储在计算机可读介质上的用于执行如以上公开的用于确定工艺参数的方法的方法步骤的程序代码。

计算机程序还可以设置为将确定出的工艺参数提供给电子控制单元或连接到或适于与电子控制单元通信的另一计算机。

电子控制单元例如可以是适于控制参数(诸如轴向给送和径向给送)以及增量的数量的研磨机的电子控制单元。

根据本发明的一个方面，提供一种包含存储在计算机可读介质上的程序代码的计算机程序制品，所述程序代码用于当所述计算机程序在电子控制单元或连接到或适于与电子控制单元通信的另一个计算机上运行时执行如上所述的确定研磨方法的工艺参数的方法。

附图说明

图1a示意性地展示曲柄轴的侧视图。

图1b示意性地展示曲柄销的一部分的横截面图。

图2示意性地展示工件(诸如曲柄销)的研磨的运动学。

图3a和3b示意性地展示曲柄销研磨几何形状的二维视图。

图4展示根据本发明的用于确定研磨参数的方法的第一示例性实施方式。

图5展示根据本发明的用于确定研磨参数的方法的第二示例性实施方式。

图6示意性地展示根据一个实施方式的包括计算机程序的设备。

具体实施方式

在下文中，参照附图对本发明进行更详细的说明。然而，本发明不限于公开和讨论的实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。此外，附图不应被认为是按比例绘制的，因为为了更清楚地说明特征，某些特征可能被夸大。

此外，工件在下面有时以曲柄销为例。然而，工件和研磨方法不限于曲柄销的研磨，并且工件可以是具有柱形支承面、径向延伸的侧壁和弯曲过渡部分的任何工件，所述弯曲过渡部分具有一半径并且将柱形支承面与侧壁连接。典型地，工件包括从柱形支承面向外延伸并且各自通过弯曲过渡部分连接到柱形支承面的两个径向延伸的侧壁。

本公开涉及工件借助于磨轮的研磨。工件包括围绕中心轴线布置的柱形支承面。在柱形支承面的轴向端处，工件包括径向延伸的侧壁，所述侧壁从柱形支承面围绕柱形支承面的整个圆周径向向外延伸。柱形支承面借助于构成具有一半径的弯曲过渡部分的表面连接到侧壁。如前所述，图1a和1b展示这种工件的一个实施例。

磨轮基本上围绕其旋转轴线旋转对称，并且围绕所述旋转轴线旋转。磨轮的旋转轴线基本平行于柱形支承面的中心轴线。因此，磨轮的径向外周面将研磨柱形支承面，而磨轮的轴向外周面将研磨工件的侧壁。磨轮的宽度(即，轴向延伸)小于柱形支承面的轴向延伸。

本发明基于深入研究以在基本研磨参数方面了解在磨轮与工件之间的界面处，在柱形支承面、侧壁以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分处出现的复杂机构。这些基本研磨参数是：工件与磨轮之间的接触长度(l_c)、比材料去除率(Q_w’)、研磨度(aggr)、研磨功率(P_g)、以及工件的最大表面温度(θ_m)。在建模的基础上，已开发出一种研磨方法的策略。提供所述策略以实现基本恒温的工艺，所述工艺可以达到在温度阈值内可以实现的最短循环时间，以避免工件的热损伤。

避免工件的热损伤的温度极限取决于工件的材料和热处理工艺。温度极限可以经由测量出的Barkhausen噪声信号、测量出的残余应力值与进入到材料中的深度的关系、来自硬度测量的热软化与进入到材料中的深度的关系来确定、以及通过切片和检查“白色层”(包括未淬火的马氏体和由工件材料中的相变引起的残留奥氏体)查出的再硬化烧伤来确定，以便“校准”Barkhausen噪声信号以确定研磨的阈值而不对工件造成热损伤。然后，这些Barkhausen噪声阈值可以通过将在下面进一步公开的模型与模拟出的温度相关联，以确定为了避免对工件造成热损伤的风险所需的用于研磨的工艺参数。

已经发现，用于研磨方法的最佳策略是倾斜切入式研磨(也称为矢量研磨)的独特版本，其利用本质上更好的倾斜切入式研磨，并且避免基于试错法选择输入的问题。然而，开发出的模型也可以在利用其他的研磨策略(例如利用径向切入然后轴向切入的研磨方法)的情况下使用。

根据本发明开发的模型可以嵌入到模拟工具(即，用于确定工艺参数的计算机程序)中，所述模拟工具用于使基本研磨参数(即，对于选择的研磨增量而言在磨轮轮廓上的所有点处的工件与磨轮之间的接触长度、比材料去除率、研磨度、研磨功率和最大表面温度)可视化。

在工件(诸如在如前所述的工件)的研磨期间，瞬时比材料去除率、研磨度和比能量(即，每单位体积材料去除的能量)不仅沿从柱形支承面的接触长度通过弯曲过渡部分到侧壁变化，而且实际瞬时接触长度也在整个工艺中改变。此外，磨轮“所见”的东西由于沿弯曲过渡部分的半径和通过接触的弧的变化的三维表面而变化。这种复杂的几何形状先前没有被建模和分析，并且试图分析所有三个部分(柱形支承面、弯曲过渡部分和侧壁)可以证明是非常困难的，因为情况在砂轮表面的与工件接触的各点之间的很短距离中急剧变化。

为了克服这些困难，已经采取一种分析方法来对瞬时研磨情况的几何形状和运动学进行建模，将磨轮表面的每个点单独地考虑并且将其视为与磨轮表面上的相邻点分离的实体。以这种方式，在接触长度、比材料去除率、研磨度、研磨功率和最大表面温度方面的基本研磨参数可以在不做出假设的情况下在每个点处被明确地确定。基于这种方法，用于整个研磨循环的研磨参数可以基于磨轮在每个时刻的最临界点(即，磨轮的在特定的情况和时间点处会对工件造成热损伤的最大风险的点)优化。

图2示意性地展示如何导出构成建模所需的基本运动研磨参数的相对工件速度v_w。更具体地说，图2示意性地展示工件研磨运动学的一般情况，其中工件角速度ω围绕工件建模(即，在此为了建模而假定磨轮围绕工件运动)，并且因此展示用于相对工件速度v_w的功能确定的几何和运动框架。工件例如可以是如图1a和1b所示的曲柄销2，并且为了清楚起见，工件将在下面以曲柄轴的这种曲柄销2作为示例。

如图2所示，工件具有从柱形支承面3的中心轴线3b到其外周面3a的半径r_w，并且磨轮6具有从其旋转中心6b到其外周面6a的半径r_s。包括曲柄销2的曲柄轴1具有旋转轴线A。因此，在曲柄轴的旋转轴线A与磨轮的旋转轴线6b之间存在距离其中角度构成所使用的独立变量。曲柄销相对于旋转轴线A的偏心率被命名为ecc_w。

为了建模目的，考虑固定的曲柄轴，磨轮相对于固定的曲柄轴的运动是磨轮旋转和磨轮平移的组合。矢量的方向垂直于旋转轴线A与旋转轴线6b之间的直线，并且大小由于在实际应用中的已知的曲柄轴的转速而已知。矢量的方向平行于旋转轴线A与旋转轴线6b之间的直线。矢量(矢量和的和)的方向是已知的，因为磨轮围绕曲柄销旋转，如同垂直于中心轴线3b与旋转轴线6b之间的直线一样。

根据已知的矢量的大小和方向以及和矢量和方向，确定和矢量的大小。因此，根据图2所示的关系，相对工件速度v_w可以按照下面的公式1进行计算。

上面给出的相对工件速度v_w考虑到在研磨循环期间工件的角速度变化的可能性。但是，在工件的角速度不是变量的情况下，或者在其被有目的地选择为恒定的情况下，则只需要考虑到平均工件速度。平均相对工件速度可以根据公式2计算。

v_w＝r_bsω (公式2)

其中一般工件半径r_w被曲柄销的柱形支承面3的半径r_bs代替。

图3a和3b展示曲柄销研磨的基本几何形状。如图所示，磨轮6具有轴向延伸b_s(即，宽度)，从旋转轴线到径向外周面6a的半径r_s，并且包括磨轮的外周径向表面与外周轴向表面之间的弯曲过渡部分6c。磨轮的弯曲过渡部分6c具有半径r₀，其适当地可以等于工件的弯曲过渡部分5的预期半径。如图3a所示，当已去除预期沿径向方向去除的总量δ_x,tot时，柱形支承面3具有半径r_bs。要在工件的侧壁4处(即，轴向方向)去除的总量由δ_z,tot表示。侧壁4从柱形支承面径向向外延伸，使得侧壁的径向外周面具有半径r_sw，即，侧壁由具有半径r_sw的柱形部分形成。

如前所述，可以通过沿工件的z方向(轴向方向)和x方向(径向方向)不同的给送进行研磨。如图3a和3b所示，磨轮可以以轴向距离a_z,i并且以径向距离a_x,i(径向深度)运动到工件中，其中i是工件转数的迭代次数，即，研磨增量的数量。尽管从图3a和3b所示的二维透视图可以看出，侧壁可以看作一个平坦的表面，但磨轮在工件上形成弧。

在每一个增量中，磨轮与工件之间的接触实际上是三维表面。表面可以使用两个参数进行几何描述。在当前情况下，使用参数“s”并且表示磨轮轮廓上的弧长，其中原点位于半径的开始处并且处于横截面中。参数“s”在模型中用作研磨模型中的独立变量，这将在下面进一步描述。用于描述磨轮与工件之间的接触表面的第二参数例如可以是沿磨轮的圆周方向的角度。然而，通过在每个点s中应用基本研磨建模方法，可以避免沿圆周方向的变化。

基于基本几何形状，当磨轮与工件接触时，磨轮轮廓(即磨轮的外周面)上的在通过磨轮轴线和工件轴线的横截面中的每个点s可以相对于从柱形支承面(负值)开始以半径r₀(正值，从磨轮的角度来看)运动并且到达磨轮的侧壁(即，磨轮的轴向外周面)的磨轮轮廓弧长分析。在每个研磨增量处，取决于由距离d_z,i和d_x,i以及给送a_z,i和a_x,i给出的磨轮位置，磨轮轮廓的接触部分可以由下限s_0,i和上限s_1,i确定。

用于曲柄销的研磨工艺(或者如上所述的包括柱形支承面、侧壁和弯曲过渡部分的任何其他工件的研磨)的稳固模型可以通过在基本研磨参数方面将实际的本质上复杂的三维几何场景连同磨轮轮廓替换为在轮廓的每个点s处的等同的平面表面研磨场景来开发。所述模型接下来可以用于工艺规划(即，在用于研磨增量的给送方面的研磨循环的设计)，并且用于同时工艺优化(即，最小化研磨循环时间)。

根据本发明，研磨几何尺寸的建模通过确定在柱形支承面处(公式3和公式4)、弯曲过渡部分处(公式5和公式6)和工件的侧壁处(公式7和公式8)的轴向和径向给送(a_z，a_x)、对应切削深度ae、和接触长度lc之间的简化关系来进行。更具体地：

·在柱形支承面处；s≤0：

a_e(s)＝a_x (公式3)

·在工件的弯曲过渡部分处，

·在工件的侧壁处，

a_e(s)＝a_z (公式7)

在以上公式中，r_eq是等效半径并且由公式9定义。

基于上述建模方法，基本研磨参数比材料去除率Q’_w、研磨度aggr、研磨功率P_g和最大表面温度θ_m可以在磨轮轮廓的每个点s中通过公式10到公式13在下面给出。

Q'_w(s)＝v_wa_e(s) (公式10)

在公式11中，v_s是磨轮速度。在公式13中，k是热导率，ρ是密度，并且c_p是工件材料的比热。

热建模的核心部分是确定进入到工件特征中的比能量(相对于研磨度的关系)e_w(aggr)，所述比能量基于总比能量特征e_tot(aggr)以及热模型。

总比能量特征e_tot(aggr)可以从研磨实验中获得，其中对于各种给送测量研磨功率。实验可以适当地分两个阶段进行：i)仅使用轴向给送的侧壁研磨以及ii)仅使用径向给送的柱形支承面研磨。总比能量特征参考公式14到公式18在下面给出。

·低研磨度——侧壁研磨；aggr≤aggr_0z：

其中aggr_0z是用于侧壁研磨的最优研磨度。

·高研磨度——柱形支承面研磨；aggr≥aggr_0x：

其中aggr_0x是用于支承面研磨的最优研磨度。

·过渡区域；aggr_0z<aggr<aggr_0x：

基于指数插值：

确定系数c₁、c₂和c₃以获得连续且平滑的总比能量特征。

通过最小二乘法利用测量出的结果的近似来获得特征的常数e_0z、C_z、e_0x、C_x，而表达式中的指数选择为：μ_z＝1和μ_x＝3/2，以得到当切削深度接近零值时的有限值。

接下来通过对于每一种研磨类型而言分别计算能量分配比ε_z和ε_x来确定进入到工件特征中的比能量e_w(aggr)。计算基于使用热模型与测量出的Barkhausen噪声信号的组合，所述噪声信号与特定最大表面温度值相关联。通过这种方式，基于参照公式19至公式21在下面给出的总比能量特征获得进入到工件特征中的比能量。

·低研磨度——侧壁研磨；aggr≤aggr_0z：

·高研磨度——柱形支承面研磨；aggr≥aggr_0x：

·过渡区域；aggr_0z<aggr<aggr_0x：

基于连续且平滑的指数插值：

通过使用如上所述的模型，可以如下所述优化包括柱形支承面、径向侧壁和将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分在内的工件的研磨。通过确定在每一个增量内对于在设定最大表面温度下研磨工件而言必需的轴向和径向给送(a_z和a_x)从而也获得所需增量的数量(其本质上也是对于研磨循环而言尽可能少的数量)来优化研磨方法。最少数量的研磨增量给予最小研磨循环时间。通过控制所述方法使得设定最大表面温度在工件与磨轮之间的接触上的任何点处不被超过，在研磨期间不存在工件的热损伤的风险。

基于上文，可以实现用于确定研磨参数的方法。因此，本发明提供一种确定用于借助于基本上旋转对称的磨轮来研磨工件的研磨方法的工艺参数的方法，工件包括柱形支承面3、从柱形轴承向外延伸的径向延伸侧壁4、以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分5，其中磨轮的轴向延伸小于柱形支承面的轴向延伸，所述方法包括：基于预设最大表面温度，确定增量的数量以及所述增量的相应轴向给送和径向给送。所述方法包括以下步骤：

a)基于研磨循环结束时的磨轮位置，分别确定沿径向方向和轴向方向进入到工件中的距离，并且由此确定由(磨轮轮廓的)下限和上限设定的对应接触部分；

b)在对应增量中，确定在所述对应增量期间在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度所需的轴向给送和径向给送；

c)基于在步骤b)中确定的轴向给送和径向给送来确定在利用所述轴向给送和径向给送完成一个增量之后所得到的磨轮位置，

d)基于在步骤c)中获得的磨轮位置来确定具有磨轮轮廓的对应下限和上限的对应接触部分；

e)如果接触部分的下限小于接触部分的在步骤d)中获得的上限，则重复步骤b)至d)，直到接触部分的接触下限不小于上限；

f)根据研磨工艺，将获得的增量和它们各自的轴向给送和径向给送进行索引。

图4展示用于确定研磨参数的这种方法的第一示例性实施方式。所述方法包括基于系统和热输入400确定在每一个增量中构成增量数量n、以及的轴向给送a_z,i和径向给送a_x,i(i＝1，2...n)的输出406。

根据所述方法，给送的计算从最终磨轮位置开始(即，当d_z＝δ_z,tot并且d_x＝r_sw-r_bs+δ_x,tot时)，并且在研磨的开始之前向后运动到磨轮的初始位置。总研磨余量δ_z,tot和δ_x,tot可以包括补偿传入的工件尺寸中的可能的偏差所需的特定偏移。

因此，基于研磨结束时的磨轮位置和由d_z,j和d_x,j定义的进入到工件中的相应距离，确定401由磨轮的下限s_0,j和上限s_1,j设定的对应接触部分。

所述方法的中心部分是恒温工艺，其中确定402在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度同时在这样的增量期间实现最大材料去除率Q_w,j所需的轴向给送a_z,j和径向给送a_x,j。

首先，将极限切削深度ae^*作为磨轮轮廓位置s的函数进行计算，以匹配预设最大表面温度θ^*。为此，热模型以下面的形式(公式22)写出：

其包括作为磨轮轮廓位置和极限切削深度函数的研磨参数。

也就是说，无论研磨增量j/和接触部分极限s_0,j和s_1,j如何，在磨轮轮廓的每个点s中都计算极限切削深度ae^*。这意味着ae^*(s,θ^*)是用于所有增量的仅一个函数，并且可以对于给定预设温度θ^*预先计算。换言之，函数ae^*(s,θ^*)代表转换成极限切削深度(由于变化的几何形状，其在每一个点s中是不同的值)的预设温度(其对于所有点s具有相同的值)。

接下来，所述算法以如下方式确定轴向给送a_z,j和径向给送a_x,j：

·在磨轮轮廓接触部分中未超过预设最大表面温度，其在切削深度方面按照公式23为：

·根据公式24计算出的最大材料去除率在当前研磨增量j中实现：

如果在每个点s都使用极限切削深度函数，那么在每个点s处都将达到预设最大表面温度。然而，仅使用给送a_z,j和a_x,j以在当前增量中调节。这意味着预设温度在当前增量中仅可以在接触部分的两个点s处实现。因此，在当前接触间隔中应当选择极限切削深度函数的两个临界点。换言之，a_z,j和a_x,j的值将被确定为仅在接触间隔的两个点(sc_r1,j，和sc_r2,j)中匹配预设最大表面温度θ^*。在其他地方，实际切削深度低于在这些点中的极限切削深度，因为ae^*的两个临界值用于计算a_z,j和a_x,j并且因此工件的表面温度将会低于预设最大表面温度。

因此，根据本发明，所述算法接下来在当前研磨增量中选择计算出的极限切削深度函数的两个临界点。这两个点的候选者是在当前接触间隔中的同时满足由公式23和公式24给出的条件的点。两个临界点还用于将对应轴向和径向给送确定为：

其中并且

接下来，新的磨轮位置通过针对计算出的给送的减小来确定，并且因此确定403新的磨轮轮廓接触极限。

所述算法继续进行计算，直到磨轮与曲柄销之间不存在接触404。在最后阶段中，确定研磨增量的数量，并且根据研磨工艺，对计算出的给送进行索引405。

图5展示用于确定研磨参数的方法的第二示例性实施方式。第二示例性实施方式对应于图4所示的示例性实施方式，除了它提供设置两个输入表面温度θ₁ ^*和θ₂ ^*的可能性500。第一设定温度θ₁ ^*可以高于θ₂ ^*以具有进一步减少研磨循环时间的附加可能性，因为其用于控制与规定量的轴向研磨余量δ_z,1有关的第一研磨部分。在该第一研磨部分中，如果研磨循环时间是关键的，则工艺规划者可以设定较高的θ₁ ^*以便以受控的方式对工件造成轻微的热损伤(例如，轻微的残余拉伸应力)。接下来在作为最后一个的第二研磨部分中，余下的余量(即，δ_z,tot-δ_z,1)以较低的设定温度θ₂ ^*研磨，以改善研磨出的工件表面的质量(表面完整性)，而不造成任何热损伤。

研磨方法不限于上述的具体实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。例如，可以在每一个递增期间以工件的恒定或非恒定的转速进行研磨。此外，如果需要的话，一个增量中的工件转速可以不同于后续增量中的工件转速。此外，研磨方法可以例如是倾斜切入式研磨方法或组合的径向和轴向切入式研磨方法，其中对于工艺的主要部分而言，磨轮径向切入到工件中。其他类型的研磨工艺也是可行的。

此外，这里公开的研磨方法可以用在常规的用于相同目的的研磨机或设备上，并且不限于特定研磨机等。

图6是示例性装置600的示图。研磨机的电子控制单元可以例如包括示例性装置600，或者装置可以是与研磨机分离的单元。装置600包括非易失性存储器620、数据处理单元610和读/写存储器650。非易失性存储器620具有第一存储器元件630，其中存储有计算机程序(例如，操作系统)以控制装置600的功能。装置600还可以包括总线控制器、串行通信端口、I/O器件、AD转换器、时间和日期输入和传送单元、事件计数器和中断控制器(未示出)。非易失性存储器620还具有第二存储器元件640。

提供一种计算机程序P，其包括用于确定借助于基本上旋转对称的磨轮研磨工件的研磨方法的工艺参数(更具体地，增量的数量和每一个增量中的给送)的程序段，其中工艺参数通过以下步骤确定：

a)基于研磨循环结束时的磨轮位置，分别确定沿径向方向和轴向方向进入到工件中的距离，并且由此确定由(磨轮轮廓的)下限和上限设定的对应接触部分；

b)在对应增量中，确定在所述对应增量期间在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度所需的轴向给送和径向给送；

c)基于在步骤b)中确定的轴向给送和径向给送来确定在利用所述轴向给送和径向给送完成一个增量之后所得到的磨轮位置，

d)基于在步骤c)中获得的磨轮位置来确定具有磨轮轮廓的对应下限和上限的对应接触部分；

e)如果接触部分的下限小于接触部分的在步骤d)中获得的上限，则重复步骤b)至d)，直到接触部分的接触下限不小于上限；

f)根据研磨工艺，将获得的增量和它们各自的轴向给送和径向给送进行索引。

计算机程序还可以设置成向电子控制单元或者连接到或适于与电子控制单元通信的另一计算机提供确定出的处理参数。

计算机程序可以以可执行形式以压缩形式存储在存储器660和/或读/写存储器650中。

在数据处理单元610被描述为执行特定功能的情况下，这意味着数据处理单元610实现存储在存储器660中的程序的特定部分，或者存储在读/写存储器650中的程序的特定部分。

数据处理设备610可以经由数据总线615与数据端口699通信。非易失性存储器620旨在经由数据总线612与数据处理单元610通信。独立存储器660旨在经由数据总线611与数据处理单元610通信。读/写存储器650适于经由数据总线614与数据处理单元610通信。

当在数据端口699上接收到数据时，它们被临时存储在第二存储器单元640中。当接收到的输入数据已被临时存储时，数据处理单元610准备好实现如上所述的代码执行。

这里描述的方法的一部分可以由装置600借助于运行存储在存储器660或读/写存储器650中的程序的数据处理单元610来影响。当装置600运行程序时，这里描述的方法被执行。

提供本发明的示例性实施方式的前述描述是为了展示和描述的目的。这并不是穷尽性的或将本发明限制于所描述的变型。对于本领域技术人员而言，许多修改和变化将是显然的。已经选择和描述实施方式是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，并且因此使得专业人员能够理解本发明的各种实施方式以及适合于预期用途的各种改型。

Claims (11)

1.借助于基本上轴向对称的磨轮(6)研磨工件的方法，工件包括柱形支承面(3)、从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁(4)、以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分(5)，其中磨轮的轴向延伸小于柱形支承面的轴向延伸，所述方法包括以一起限定研磨循环的多个研磨增量来研磨工件，每个研磨增量利用磨轮相对于工件的相应给送来执行，并且其中，在每一个研磨增量中，选择给送以在磨轮的导致工件的最高表面温度的点处实现工件的预设最大表面温度，以最大化瞬时比材料去除率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中给送包括轴向给送和径向给送，并且独立地选择轴向给送和径向给送以在磨轮的导致工件的最高表面温度的接触点处实现工件的所述预设最大表面温度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中磨轮在整个研磨循环中以恒定转速旋转。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中工件在整个研磨循环中以恒定转速旋转。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中工件是曲柄轴(1)的曲柄销(2)。

6.确定借助于具有磨轮轮廓的基本上旋转对称的磨轮(6)研磨工件的研磨方法的工艺参数的方法，工件包括柱形支承面(3)、从柱形支承面向外延伸的径向延伸侧壁(4)、以及将柱形支承面与侧壁连接的弯曲过渡部分(5)，其中磨轮轴向延伸的小于柱形支承面的轴向延伸，所述方法包括：基于预设最大表面温度(θ^*)确定增量的数量(n)和所述增量的相应轴向给送(a_z,i)和径向给送(a_x,i)，所述方法包括以下步骤：

a)基于研磨循环结束时的磨轮位置，分别确定沿径向方向和轴向方向进入到工件中的距离(d_z,j，d_x,j)，并且由此确定由磨轮轮廓的下限(s_0,j)和上限(s_1,j)设定的对应接触部分(401)；

b)在对应增量中，确定在所述对应增量期间在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度(θ^*)所需的轴向给送(a_z,j)和径向给送(a_x,j)(402)；

c)基于在步骤b)中确定的轴向给送(a_z,j)和径向给送(a_x,j)来确定在利用所述轴向给送和径向给送完成一个增量之后所得到的磨轮位置；

d)基于在步骤c)中获得的磨轮位置来确定具有磨轮轮廓的对应下限和上限的对应接触部分(403)；

e)如果接触部分的下限小于接触部分的在步骤d)中获得的上限，则重复步骤b)至d)，直到接触部分的接触下限不小于上限(404)；

f)根据研磨工艺，将获得的增量(i)和它们各自的轴向给送和径向给送进行索引(405)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤b)中执行确定在磨轮的接触部分的导致工件的最高表面温度的点处保持预设最大表面温度(θ^*)所需的轴向给送(a_z,j)和径向给送(a_x,j)，以实现相应增量中的最大材料去除率。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其中轴向给送和径向给送在步骤b)中通过以下步骤确定：计算作为磨轮轮廓位置(s)的函数的极限切削深度(a_e ^*)以匹配预设最大表面温度(θ^*)、在当前接触间隔中选择极限切削深度函数的两个临界点(s_cr1，s_cr2)、以及使用这两个临界点以确定对应轴向给送和径向给送。

9.根据权利要求8所述的方法，其中极限切削深度函数由以下公式(公式22)给出：

其中θ^*是预设最大表面温度，k是工件材料的热导率，ρ是工件材料的密度，c_p是工件材料的比热，e_w是进入到工件中的比能量，v_s是磨轮速度，aggr是研磨度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中总比能量特征e_tot(aggr)从在其中仅使用轴向给送的仅包括侧壁研磨的第一步骤以及其中仅使用径向给送的仅包括柱形支承面研磨的第二步骤中执行的研磨功率测量中获得，并且其中过渡区域中的总比能量通过指数插值获得；并且其中进入到工件特征中的比能量e_w(aggr)通过计算能量分配比并且对于每一种研磨类型而言分别将所述能量分配比应用到总比能量特征来确定，并且其中过渡区域中的比能量依然通过指数插值获得。

11.存储有程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码在电子控制单元或者连接到或适于与电子控制单元通信的另一计算机上运行以执行根据权利要求6至10中任一项所述的方法。