CN1105621C - 改进的磨床 - Google Patents

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Abstract

磨床，特别是磨削硅片表面的平面磨床，具有磨削主轴(20)和工件主轴(22)，其被固定以便分别围绕轴线(A，B)转动，每一轴线垂直于其各自主轴的转动轴线并正交于另一主轴的转动轴线。设置三个传感器或测头(1，2，3)以测量一个主轴相对另一主轴的位置并产生控制伺服电机26，28的信号以围绕其枢轴轴线调整每一主轴的角度取向。

Description

改进的磨床
发明领域
本发明涉及磨床，特别是根据工件主轴轴线和砂轮主轴轴线间角度取向控制砂轮横进给的机构。
本发明的背景
特别在平面磨削时，磨削所产生的力可影响这样两个主轴间的角度关系，这样可引起磨削过程中的误差。
在文献JP-A-63191559中，公开一种磨床，其中，砂轮固定在主轴上，其垂直于其轴线可转动地被固定。检测器测量主轴的偏转并发出控制信号以通过压电元件纠正这样的偏转。
US-A-5573443公开了用于磨削过程的刀具主轴结构，其中，由一装置测量磨削工件的倾斜，响应该装置的信号主轴轴线的角度被调整。
本发明目的
本发明目的是提供精确控制这样两个主轴间的角度取向的装置，以便确定和维持两个主轴间的理想角度取向，并由此增加随后磨削过程的精度。
发明概述
根据本发明，提供一种磨床包括工件主轴和磨削主轴，各主轴围绕相应的旋转轴线转动；第一固定装置，其固定上述主轴的其中之一以便围绕第一轴线枢轴转动，第一轴线垂直于上述一个主轴的转动轴线；第一伺服电机，其可操作地围绕第一轴线定位上述一个主轴，其特征在于，包括传感器，该些传感器能够测量距离，相对于主轴定位于三个不同的点，通过产生控制第一伺服电机的控制信号，可使上述一个主轴的位置相对于另一主轴被精确地确定。
有利的是，该磨床还包括第二固定装置，其固定另一主轴以便围绕第二轴线枢轴转动，第二轴线与第一轴线正交，第二伺服电机，其可操作地围绕第二轴线定位上述另一主轴，上述传感器同样控制第二伺服电机。
在另一主轴上设置第二固定装置和第二伺服电机。
最好，采用位移传感器。
优选地，从传感器获得的信息可使两个主轴间的角度被精确确定。
上述传感器可位于相对上述主轴的三个分离的点。
优选地，在三个分离的点进行连续的测量。替换地，以重复的方式进行测量。
能够利用测量中的相对变化计算两个主轴间角度的变化，由此确定控制信号以调整一个或两个伺服电机，从而补偿已检测的运动并重新定位主轴轴线以保持两个主轴轴线间所希望的关系。
利用任一主轴围绕其轴线的角运动获得由该角运动产生的两个主轴间的直线距离的改变，其中，调节或修正砂轮进给控制信号以补偿两个主轴间的已知线性运动并因此精确地控制磨削主轴和工件主轴之间的横进给位置。
在一结构中，每一主轴部件支承在耳轴承上，耳轴承固定在支承件上，以便可围绕相应的第一或第二轴线转动。
在另一结构中，每一主轴部件由挠性件支承，该挠性件分别限定两个正交的轴线的其中之一，围绕该轴线主轴转动。
正交的转动轴线其中之一是垂直的，而另一个是水平的。
根据本发明的另一方面，提供一种平面磨床，其中，磨削主轴和工件主轴由各自的壳体支承，
磨削主轴轴线和工件主轴轴线是平行的，三个测头被固定以确定两个壳体之间的距离，每一测头与传感器相连以产生指示在测头的位置处两个壳体之间的距离的信号，并且还包括响应传感器产生的信号以便相对另一主轴定位一个主轴的伺服电机。
在另一主轴上设置第二固定装置和第二伺服电机。
最好，采用位移传感器。
优选地，从传感器获得的信息可使两个主轴间的角度被精确确定。
优选地，在三个不同的点进行连续的测量。替换地，以重复的方式进行测量。
能够利用测量中的相对变化计算两个主轴间角度的变化，由此确定控制信号以调整一个或两个伺服电机，从而补偿已检测的运动并重新定位主轴轴线以保持两个主轴轴线间所希望的关系。
利用任一主轴围绕其轴线的角运动获得由该角运动产生的两个主轴间的直线距离的改变，其中，调节或修改砂轮进给控制信号以补偿两个主轴间的已知线性运动并由此精确地控制砂轮主轴和工件主轴之间的横进给位置。
在一结构中，每一主轴部件支承在耳轴承上，耳轴承固定在支承件上，以便可围绕上述正交的轴线转动。
在另一结构中，每一主轴部件由挠性件支承，该挠性件分别限定两个正交的轴线的其中之一，围绕该轴线主轴转动。
正交的转动轴线的其中之一是垂直的，而另一个是水平的。
本发明特别应用于平面磨床，其中，磨削主轴和工件主轴是平行的，其特征在于三个测头被固定以确定两个壳体之间的距离，一个壳体包含磨削主轴，另一壳体包含工件主轴，每一测头与传感器相连以产生指示在测头的位置处两个壳体之间的距离的信号。因此，与距离成比例的信号被数字化，提供产生的数字信号给数字计算装置，数字计算装置被编制程序以便由数字信号确定两个主轴之间的任何相对角度运动(如存在的话)，如测头信号所指示的，并产生控制信号以调节与一个或两个主轴相连的伺服电机并纠正所检测的角度位移，数字计算装置还被编制程序以便由来自传感器和/或从那里所获得的控制信号的数字信息进行计算，从而控制一个或几个伺服电机，修正调整砂轮控制信号的信号，以调整磨削主轴和工件主轴间的横进给位置并补偿两个主轴的相对位置的变化。
传感器的信号不必是数字信号，可以替代的是模拟信号，并提供适当的增益修正量。
附图简要说明
仅通过实例说明附图中的本发明实施例，其中：
图1是平面磨床的平面图；
图2是图1所示磨床的端视图；和
图3是其侧视图。
图1中箭头II和III表示观看方向。
实施例详细说明
参考图1，该磨床包括底座10，导轨12，导轨16，磨削主轴支座14沿导轨12可滑动，工件主轴的支座6沿导轨16可滑动。20表示磨削主轴部件，22表示工件主轴部件，轴线A表示磨削主轴的转动轴线，轴线B表示工件主轴可围绕其转动的正交轴线。
附图显示三个测头，每一测头有一传感器。图1可以看到测头1和2；测头3在图1中被测头1遮挡，它在图2和3中可以看到。
三个测头1、2和3分别装在固定到工件主轴22本体上的三角形托架23的拐角部，它们作用于在相应托架25上固定的基准面(未示出)，托架25固定到磨削主轴20的本体上。但是，测头可替换地固定在托架25上，相反，基准面固定在托架23。
测头位于工作砂轮和杯形砂轮(未示出)的旋转区的外侧。测头可以是任何类型，其可测量距离和提供电信号输出，例如，线性位移测头，电容测量仪，感应仪，气压计，线性可变差接变压器(LVDT)，或激光干涉仪。在所示实例中，测头是线性位移测头，其包括玻璃刻度编码器。优选的专有测头是由德国D-83301 Traunreut of DrJohannes Heidenhain GmbH制造的Certo range型C60M。
横进给轴线在图3标号24处表示。
伺服电机26调整围绕轴线B的工件主轴部件；伺服电机28调整围绕轴线A的磨削主轴部件。但是，可使用任何类型的促动器或原动机代替伺服电机。
没有详细表示控制电子装置，也没有表示该电机的控制装置，其与磨削主轴和工件主轴相连，磨削主轴和工件主轴包含在部件20和22中。
从部件20和22的侧面伸出的短轴限定轴线A和B，短轴支承在对准的轴承中(未示出)，围绕轴线B，轴承装在支承件30和32的上端，而围绕轴线A，轴承装在支承件34和36中。滚珠丝杠提供围绕枢轴的杠杆动作，一般可使用轴承上的短轴。
在所示实例中，轴线A是垂直的，而轴线B是水平的。
另外，在所示实例中，测头1和3垂直地固定在工件主轴轴线之上和其之下；测头2固定在两个测头1和3的中间位置，但在包含工件主轴轴线的水平面内位移。
在使用时，伺服电机26和28围绕轴线A和B移动其各自的部件，以维持每一测头的信号在定值。因此，围绕轴线B的移动由测头1和2之间的输出信号差控制，而围绕轴线A的移动由测头2与测头1和3的平均输出信号之间的输出信号差控制。杯形砂轮的线性横进给由所有三个测头的平均输出信号控制。
测头非对称地围绕砂轮定位的情况下，每一测头的读数必须由增益修正量调节。
在所述实施例中，其中之一的主轴可以是磨削主轴，而在所有情况下，另一主轴是工件主轴。
在一改进结构中(未示出)，主轴的其中之一可固定，而另一主轴支承在双万向节装置内以便能够围绕两个正交轴线由各自的伺服电机转动。
另外，在一些应用场合，机床可以被设置成关于正交轴线的其中之一是相对刚性的，从而角度误差或不准确性仅要求在另一轴线被纠正。在这样情况下，主轴的其中之一仅围绕这样的另一轴线转动，而另一主轴相对固定。
例如，通过同轴伺服电机，离轴伺服电机经齿轮，滚珠丝杠，液压螺杆，气缸，液压驱动装置、线性电动机，压电堆，泊松推动装置或热位移驱动装置，可代替伺服电机。
例如，枢轴线可以是实轴，弯曲的，或者，其由两个线性的和一个旋转的，或者，由三角架腿或六角架腿或它们的结合而形成。
本发明的特殊应用是在于磨削硅片表面。
可以理解，在传统的结构中，在磨削砂轮的主轴轴线和工件之间角度的甚至微小的变化将导致错误地磨削工件表面，略呈锥形，或相反，呈略微的哥特式尖拱形，或两者的结合。由于各种磨床固有地具有砂轮和工件之间的顺应性，轴线间角度形成的改变，如果不纠正，其不可避免地产生这样的形状误差。但是，通过按本发明测量角度的这一改变，如上所述，使用这一测量结果控制角度的纠正，这样，至少可以大大减小形状误差。这样误差的减小仅受限于测量的精度和控制回路的频带宽度，而不依赖于机床的刚性。

Claims (15)

1、一种磨床，包括工件主轴(22)和磨削主轴(20)，各主轴围绕相应的旋转轴线转动；第一固定装置，其固定上述主轴的其中之一以便围绕第一轴线(A)枢轴转动，第一轴线垂直于上述一个主轴的转动轴线；第一伺服电机(26或28)，其可操作地围绕第一轴线定位上述一个主轴，其特征在于，包括传感器(1、2、3)，该些传感器能够测量距离，相对于主轴定位于三个不同的点，通过产生控制第一伺服电机的控制信号，可使上述一个主轴的位置相对于另一主轴被精确地确定。
2、按权利要求1的磨床，其特征在于，还包括第二固定装置，其固定另一主轴(20、22)以便围绕第二轴线(B)枢轴转动，第二轴线与第一轴线正交，第二伺服电机(28或26)，其可操作地围绕第二轴线定位上述另一主轴，上述传感器同样控制第二伺服电机。
3、按权利要求2的磨床，其特征在于，在另一主轴上设置第二固定装置和第二伺服电机。
4、按权利要求3的磨床，其特征在于，上述传感器是位移传感器。
5、按权利要求4的磨床，其特征在于，在三个不同的点进行连续的测量。
6、按权利要求4的磨床，其特征在于，以重复的方式进行三个分离的点处的测量。
7、按权利要求4的磨床，其特征在于，每一主轴部件支承在耳轴承上，耳轴承固定在支承件上，以便可围绕相应的第一或第二轴线转动。
8、按权利要求7的磨床，其特征在于，第一轴线(A)是垂直的，而第二轴线(B)是水平的。
9、按权利要求1的磨床，其特征在于，该磨床是平面磨床，其中，磨削主轴(20)和工件主轴(22)由各自的壳体支承，工件主轴轴线和磨削主轴轴线是平行的，安装三个测头以确定两个壳体之间的距离，每一测头与传感器相连以产生指示在测头的位置处两个壳体之间的距离的信号。
10、按权利要求9的磨床，特征在于，与距离成比例的场被数字化，提供产生的信号给数字计算装置，数字计算装置被编制程序以便由数字信号确定两个主轴之间的任何相对角度运动，如测头信号所指示的，并产生控制信号以调节与含有主轴的一个或两个壳体相连的伺服电机并纠正所检测的角度位移，数字计算装置还被编制程序以便由来自传感器和/或从那里所获得的控制信号的数字信息进行计算，从而控制一个或几个伺服电机，修正调整砂轮控制信号的信号，以调整磨削主轴和工件主轴间的横进给位置并补偿两个主轴的相对位置的变化。
11、按权利要求9的磨床，其特征在于，传感器的信号是模拟信号，并提供适当的增益修正量。
12、按权利要求11的磨床，其特征在于，其结合有信号处理和计算装置，以便处理来自传感器的信号并控制伺服电机并由此减少磨削时由于主轴的非对准所产生的误差。
13、按权利要求12的磨床，其特征在于，利用测量中的相对变化计算两个主轴间角度的变化，由此确定控制信号以调整一个或两个伺服电机，从而补偿已检测的运动并重新定位主轴轴线以保持两个主轴轴线间所希望的关系。
14、按权利要求13的磨床，其特征在于，利用任一主轴围绕其轴线的角运动获得由该角运动产生的两个主轴间的近距离的改变，其中，调节或修正砂轮进给控制信号以补偿两个主轴间的已知线性运动并此精确地控制磨削主轴和工件主轴之间的横进给位置。
15、按权利要求14的磨床，其特征在于，除主轴的角度位置之外，经处理和计算的信号调整进给控制信号。
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