CN111093898A - 用于精加工柱形工件面的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助精加工工具(26)精加工工件毛坯(14)的柱形工件面(16)的方法，具有如下步骤：在工具(26)与工件毛坯(14)之间围绕与所述工件毛坯(14)的柱形工件面(16)同心的加工轴线(18)产生相对旋转(nW)；在所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间沿着所述加工轴线(18)产生相对的进给速度(vW；vF)；检测工艺参数(TP；FP)的实际值(TPIST；FPIST)，该工艺参数是所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的相对力的函数，并且可以具有多个工艺参数值；通过改变所述相对的进给速度(vW；vF)来连续地调控所述工艺参数(TP；FP)，其方式为，所述工艺参数的实际值(TPIST；FPIST)与所述工艺参数(TP；FP)的给定值(TPSOLL；FPSOLL)相差得越大，所述相对的进给速度(vW；vF)改变得就越大。

Description

用于精加工柱形工件面的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助精加工工具精加工工件毛坯的柱形工件面的方法。本发明还涉及一种用于加工柱形工件面的装置，带有：用于工件的夹紧机构；用于加工工件的柱形工件面的刀具；旋转驱动设备，以便在工件与刀具之间产生相对旋转；以及轴向驱动设备，以便在工件与刀具之间产生相对的进给速度。
背景技术
本发明普遍地涉及柱形工件面的精加工领域。这种精加工在此尤其是指如下加工过程：在工件毛坯上已经借助切削刀具比如车削刀具、钻头等产生了柱形工件面，并且，这种切削地(特别是利用规定造型的刀刃)制得的柱形工件面在其质量方面还有待改善。这尤其可以是表面状态的改善，但也可以是柱形工件面的形状精度、尺寸精度或其他质量特征的改善。待精加工的柱形工件面也可以通过激光加工、电火花绕蚀或芯部模制、铸造、3D打印等来产生。
通常的形状误差是不圆整、斜棱、波纹、锥度或香蕉形状。此外，通常要求工件具有数微米的尺寸精度。
通常的精加工或最精加工技术是所谓的珩磨。珩磨属于采用造型不确定的刀刃的切削制造法。其他的这种方法有磨削、磨光、抛光。
在珩磨时，往往把旋转运动、进给运动和径向行程运动相互组合起来。为此，珩磨工具经常具有一个或多个珩磨条，这些珩磨条例如利用弹簧结构径向向外地受到顶压。
由文献EP 1 236 539 A2已知一种用于珩磨加工的方法，其中，利用销棒珩磨工具要么相同地进行后续加工，要么在销棒珩磨之后利用相同的工具进行后续加工，在后续加工中，工件的行程速度与转速的比例明显提高。由此应实现珩磨痕的改善的交叉结构，该交叉结构又能实现改善的机油保持能力。
文献US 2010/0029179 A1公开了一种用于工件钻孔的珩磨系统，其带有安置在车削芯轴上的珩磨工具，其中，珩磨工具具有至少一个可径向地移动的珩磨条。进给系统包括可移动的进给部件，可自动地控制，以便对珩磨工具施加进给力，确切地说，围绕至少一个珩磨条径向向外地顶压。工具在整体上可以沿着加工轴线轴向地前移。由此进行的珩磨方法包括，操纵进给部件，用于在工件的钻孔内部径向地顶压珩磨条，而珩磨工具则转动。一旦实现首次接触，就减小进给速率。
文献WO 2006/029180 A1同样涉及一种方法，在该方法中，可以按不同的方式来操纵珩磨条，即采用两种不同的进给力水平。
此外，文献WO 97/26113公开了用于加工孔的方法和机器，确切地说，特别是例如在陶瓷毛坯中加工小孔的方法和机器。作为珩磨工具，采用线材，其中，在毛坯与线材之间产生振荡式的平移运动。特别地，机械地把线材裸露地插入到原初孔中，并且根据加工进度相对于毛坯推动或向前推进。平移运动能够以0.1Hz直至上千赫兹范围内的频率进行。可以测量拉力和/或压力，并且用来控制振荡式的作业运动或相对于毛坯的相对进给。线材自动地从料箱中伸出地予以供应，并且设有耐磨剂，然后它裸露地插入到原初孔中。
文献WO 01/92815 A1公开了一种用于检查小工件中的钻孔的自动装置。在此，传感器可以在一定的测试针压力下检测到工件的回缩。
文献WO 01/45902 A1公开了用于工件的同心的外圆磨削的装置和方法。
文献DE 10 2012 216 360 A1也公开了一种特别是用来在加工中心进行珩磨的珩磨系统，带有：工具头，其可松开地可固定在工具机的可旋转驱动的机器芯轴上；珩磨工具，其可耦联在工具头上。珩磨工具具有珩磨条，这些珩磨条可通过工具侧的移调机构横向于旋转轴线移调。工具头包括设置有伺服电机的驱动机构，用于操纵移调机构。
最后，由文献“
Figure BDA0002410330690000021
und wirtschaftlich auch kleine Bohrungen fertigen”(CH-精加工技术2017，2017年7月30日，瑞士Microcut)和“Hochgenau in Maβ und Form”(瑞士精加工技术，2017年7月)已知一种一体地且单层地覆设有金刚石或CBN的刀具(带有不确定的刀刃)，该刀具具有锥形的和柱形的区段，力受控地通过旋转运动和平移运动在多个行程中被驱动经过待加工的钻孔。这种珩磨技术是销棒珩磨(单行程珩磨)的一种改进。这种技术尤其在经济上用来优化小且中断的通孔的功能，特别是也用于坚硬且难以切削的材料。可以在过程上可靠地在最窄的公差范围内制得钻孔的形状、表面和直径。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是，提出一种改善的精加工方法、一种改善的精加工装置以及一种改善的精加工工具。
上述目的通过一种用于借助精加工工具精加工工件毛坯的柱形工件面的方法得以实现，该方法具有如下步骤：在工具与工件毛坯之间围绕与工件毛坯的柱形工件面同心的加工轴线产生相对旋转；在工具与工件毛坯之间沿着加工轴线产生相对的进给速度；检测工艺参数的实际值，该工艺参数是工具与工件毛坯之间的相对力的函数，并且可以具有多个工艺参数值；通过改变相对的进给速度来连续地调控工艺参数，其方式为，工艺参数实际值与工艺参数给定值相差得越大，相对的进给速度改变得就越大。
该目的还通过一种用于加工柱形工件面的装置得以实现，该装置带有：用于工件的夹紧机构；用于加工工件的柱形工件面的工具；旋转驱动设备，以便在工件与工具之间产生相对旋转；轴向驱动设备，以便在工件与工具之间产生相对的进给速度；以及控制装置，其被设计用于实施根据本发明的方法。
在根据本发明的精加工或最精加工方法中，所用的工具可以是通常的珩磨工具，该珩磨工具带有可径向地调节的珩磨条。特别地，工具可以是销棒珩磨工具，其具有柱形的固定的或套筒式的珩磨区段，该珩磨区段带有通常螺旋形的表面结构。在使用这种销棒珩磨工具时，受控的进给速度和/或在不受控的或受控的进给速度上叠加振荡也可以是有利的。但优选的是，精加工工具是一体的或整体的工具，其基本上销棒形地构造，且带有锥形区段和杆轴区段。
最后，上述目的通过一种用于实施本发明的方法的精加工工具得以实现，该精加工工具带有：锥形区段，其在第一轴向长度上伸展；杆轴区段，其具有一致的工具直径且在第二轴向长度上伸展，其中，第一轴向长度与第二轴向长度的比例处于1:2～10:1的范围内。
工件毛坯或工件的柱形工件面可以是柱形的外表面，但优选是钻孔。工件面优选已借助切削刀具产生，该切削刀具具有造型确定的刀刃，即例如为钻头、车削刀具等。但工件面也可以通过其他加工方式来产生，例如通过激光加工、电火花绕蚀或芯部模制(例如CIM(陶瓷注射成型)或等静压，伴有随后的去接合和烧结工艺)、铸造、3D打印等来产生。
精加工工具通常覆设有磨削材料，即例如带有金刚石、CBN等。
该方法在此优选如下执行：使得工具的锥形区段首先与柱形工件面接触。柱形工件面在此已由切削刀具优选如下产生：相对于给定尺寸，设计了轻微的欠尺寸，该欠尺寸借助精加工过程而变成给定尺寸。锥形区段的锥形面首先贴靠在柱形工件面的圆周边缘(环形边缘)上，并且建立相对的进给速度，由此可以实现高质量的精加工。
在现有技术中，在达到工具与工件之间的一定的相对力时，立即引入与进给速度相逆的返回行程，以便防止工具“卡紧”在工件上。该过程因而在整体上相当耗费时间。
通过改变相对的进给速度来连续地调控工艺参数，从而工艺参数的实际值与工艺参数的给定值偏差越多，相对的进给速度改变得就越大，通过该措施，可以实现加工速度的明显提高。因为在很多情况下可以在一个行程中进行加工过程，即具有向前运动且必要时具有改变的速度，而不必引入返回行程。
该过程在此甚至会导致目前常见的加工速度减半。
此外，特别是也对于工具，产生明显较小的负荷峰值。当连续的调节器注意到工艺参数上升时，始终都使得相对的进给速度例如略微降低，以便按此方式例如避免达到阈值，在阈值时于是必定要引入返回行程。因为这种阈值在此方法中也可以像以前一样设定。但由于连续的调控，明显不那么频繁地达到该阈值，从而不发生或者至少很少发生返回行程过程。
特别是在附加的振荡(快速行程)或“清磨”情况下，也可以借助精加工工具在柱形工件表面上实现交叉磨削。此外特别是多次方向变换可以对在横向钻孔上形成毛刺具有积极影响。
在一种优选的变型中，因而精加工方法包括至少一个返回行程，该返回行程必要时主动地由控制机构引入，即特别是当此点出于上级原因而有利时被引入，而没有达到工艺参数的一定的阈值。
此外，采用本方法并不产生由于“拧入效应(Einschraub-Effekt)”所致的卡住工具的趋势，其特别是带有附加的快速行程。
工具优选具有比待加工的柱形工件面的相应轴向长度大多倍的轴向长度。工具的轴向总长度与柱形工件面的轴向长度的比例优选处于500:1～2:1的范围内，特别是处于300:1～10:1的范围内。
(锥形区段或杆轴区段的)第一轴向长度和第二轴向长度的比例优选处于1:0.1～1:2(＝1:2～10:1)的范围内，从而锥形区段的长度可以为杆轴区段的十倍，但也可以仅为杆轴区段的一半。该比例优选处于1:0.3～1:0.8的范围内。
如所述，柱形工件面优选为钻孔面，但也可以为柱形区段的外环周面。
工具与工件毛坯之间的相对旋转优选可以设有直至每分钟10000转的转速。优选地，例如借助工具机，特别是当在珩磨模块上执行该方法时，通过使得工件毛坯围绕加工轴线转动来产生相对旋转。但对于珩磨机，工具本身也可以相对于静止的工件毛坯旋转。
工具和工件毛坯之间的相对的进给速度优选通过工具的移动来产生，但也可以通过工件毛坯的移动或者通过它们的组合来产生。沿着加工轴线的方向优选与其平行。
作为工具与工件毛坯之间的相对力的函数的工艺参数，该工艺参数例如可以是轴向力，但尤其可以是它们之间的扭矩。替代于此可行的是，工艺参数是产生相对进给速度的电动机和/或产生相对旋转的电机的电机电流。通常也可行的是，当例如采用气动的气缸/阀解决方案时，把工艺参数设定为压力，以便抑制工具与工件之间的相对旋转，和/或以便使得工具在进给方向上移动。
在此，工艺参数可以具有多个工艺参数值，因而并非仅设为一个单独的阈值。多个工艺参数值应当尤其是3个或4个或明显更多个不同的工艺参数值。
工艺参数可以在工具或工件上测得。为了求取工艺参数，可以设置至少一个传感器。该传感器可以是通常的模拟传感器，例如位移传感器或力传感器。位移传感器尤其可以与在测量方向上可移动的组件和弹簧机构和/或减振机构(或者能产生力/位移特性曲线的部件)相连接地设置。但不言而喻的是，这种“模拟”传感器的信号通常被转换到数字域中，以便在控制装置中处理。替代地也可行的是，使用马上就提供数字数据的传感器，但这些传感器在任何情况下都可以检测多个不同的工艺参数值。
连续的调控在此因而尤其是指没有传统的两点或三点特性的调控过程。确切地说，连续的调控可以处理多个不同的工艺参数值，和/或可以产生多个不同的调节参数。
连续的调节器尤其可以是比例调节器(P调节器)。在此，调节参数或调节器输出参数(例如相对进给速度的控制值)通常与调节差(即优选在工艺参数实际值与工艺参数给定值之间的差)成比例。
对于比例调节器，虽然通常可以对实际参数的变化做出快速的反应。但在比例调节器情况下，在给定值与实际值之间通常留有一定的调节偏差。然而这在此并非很大的缺点，因为并不指望产生工艺参数或相对进给速度的一定的值，而是灵活地且快速地对过程的变化和干扰参数的变化做出反应。
但必要时也可以把这种比例调节器与积分调节器和/或差分调节器组合(例如组合成所谓的PI调节器或PD调节器或PID调节器)。
通常可以产生最大的进给速度，然后，当加工扭矩上升时，根据需要来减小该进给速度。
在其他情况下可考虑的是，适当设计连续的调控，从而当例如工艺参数的实际值下降到工艺参数给定值以下时，提高进给速度。优选地，在减小测得的工艺参数时，通常提高速度。
优选地，因而根据本发明规定，工具与工件之间的相对进给速度或相对进给连续地特别是与工艺参数成比例地予以调控，该工艺参数尤其可以是工具与工件之间的相对扭矩。
在很多情况下，真正的精加工过程可以在较长的时间内连续地且无工件返回行程地进行。但出于上级原因，例如为了去除切屑，也可以有益的是，在精加工过程期间时不时地进行返回行程。
精加工过程的参数可以根据各种不同的环境参数来调整。例如，这种环境参数可以是，精加工工具是否为新的，或者已经使用很久。由此可以避免新的起初很“光滑的”工具过快地“吞入”到工件中。
调节器优选是基于实际工艺参数与给定工艺参数的差的比例调节器。必要时也可以基于该差的微分。
工艺参数的给定值可以是恒定的值，但也可以是在处理过程中变化的值。
所述目的完全得到实现。
优选地，把工艺参数给定值与工艺参数实际值之间的差输入给调节器，该调节器输出调节参数，该调节参数控制驱动电机，用于产生进给速度。
由此，调节参数可以直接对进给速度产生影响。
如所述，工艺参数可以是轴向力、扭矩，但也可以是电机电流或者气动总成的压力。
特别优选的是，工艺参数是工具与工件毛坯之间的轴向相对力的函数。
此外优选的是，工艺参数是工具与工件毛坯之间的相对扭矩的函数。
根据另一优选的实施方式，如果工具与工件毛坯之间的轴向相对力超过轴向力阈值和/或如果工具与工件毛坯之间的相对扭矩超过扭矩阈值，则中断轴向的进给运动。
在此特别优选的是，在进给运动中断之后，进行与进给速度相逆地朝向的返回行程。
在此认为，在返回行程之后又重新引入加工过程，即例如在一定程度上重新开始。
根据另一优选的实施方式，检测对于加工工件毛坯所需要的功。在此，例如可以随着时间检测位移与扭矩(或力)的乘积，并且处理例如积分，以便检测总功。
对于加工工件毛坯所需要的功例如可以用于确定出工具是否仍足够锐利，或者必要时必须予以更换。
根据另一整体优选的实施方式(其结合以权利要求1的前序部分形成了独立的发明)，至少分段地对进给速度叠加相对的振荡运动，该振荡运动优选具有在30Hz～100Hz范围内的频率，和/或具有在0.5mm～4mm范围内的幅度。
由此可以在很多情况下再一次明显地提高加工速度。
此外整体上优选的是，在产生相对进给速度之前，进行缩进或起动过程，其中检查是否可以利用工具来加工工件毛坯。
在此例如可以询问，工件毛坯是否完全具有钻孔或有待柱形地加工的工件面。此外，必要时可以询问钻孔是否太小或者太大。
此外有利的是(其结合以权利要求1的前序部分形成了独立的发明)，工具具有锥形区段，其中，在产生相对的进给速度之前，工件毛坯和工具彼此相对移动，直至锥形区段接触工件毛坯的环形边缘，其中，检测工具与工件毛坯之间的在此所产生的轴向相对位置。
这种检测可以表明钻孔有多大，该钻孔已经开设到工件中，以便产生柱形工件面。该轴向相对位置必要时可以用来影响借助切削刀具对后续工件的加工，即例如使得后续的钻孔略大或略小。
根据另一种有利的实施方式(其结合以权利要求1的前序部分形成了独立的发明)，工具具有锥形区段，其中，工件毛坯和工具彼此相对地移动至缩进位置，直至锥形区段的至少一部分轴向地与柱形工件面交叠，但柱形工件面的环形边缘不被工具接触。
由此可以快速地产生用于精加工过程的初始位置。此外，通过检查锥形区段和柱形工件面是否可以轴向地交叠，可以检查出是否在根本上存在柱形工件面，例如在工件中是否存在钻孔。
在此特别优选的是，在到达缩进位置之后，产生相对的进给速度，并且通过改变相对的进给速度来调控工艺参数。
这里的目的是，使得工具尽快与柱形工件面接触，并且加工该柱形工件面，而不超过工艺参数的最大值(例如最大扭矩)。因而在该实施方式中，在工具以锥形区段与柱形工件面的环形边缘接触之前，开始真正受控的精加工过程。由于平坦的锥角，该首次接触会相对分散。但这也可以具有优点，因为工艺参数于是通常不那么急剧地上升，并且由于调控而存在有足够的时间来减小相对的进给速度。对于越过从缩进位置直至接触位置的路段来说，连续的调控过程非常特别适宜，因为在此潜在地可以节省很多时间，进而可以力求并达到尽量高的缩进速度。
不言而喻，前面提到的特征和下面还要介绍的特征不仅可按分别给出的组合来采用，而且可按其他组合采用，或者单独采用，而不偏离本发明的范围。
附图说明
图1为用于实施精加工方法的工具机总成的示意图；
图2为用于实施精加工方法的精加工模块的示意图；
图3示出了图2的精加工模块，其安装在工具机特别是加工中心的工具安装部位；
图4示出本发明的用于精加工柱形工件面的装置的一种替代的实施方式；
图5示出用来应用在本发明的精加工装置的控制装置中的调控电路；
图6示出图5的调控电路的示范性的调控特性；
图7为用于加工工件柱形工件面的示范性精加工过程的不同状态参数的时间流程图；
图8为用于实施精加工方法的精加工模块的示意性的纵剖视图；
图9为沿着图8的线IX-IX剖切的剖视图；
图10为图8的精加工模块的滑座的立体详图；和
图11为用于精加工柱形工件面的方法的流程图。
具体实施方式
图1中以示意性的形式示出用于加工工件的工具机总成，并且整体地标有10。
工具机总成10包括夹紧机构12，借助于该夹紧机构可以将工件14夹紧。工件14在此也称为工件坯件，其包括当前为钻孔形式的柱形的工件面16。柱形工件面16在工件14的端侧规定了环形边缘17。
夹紧机构12被构造用于使得工件14围绕纵轴线18转动，确切地说，借助示意性地示出的旋转驱动设备20转动，该旋转驱动设备可以使得工件14以转速nW转动。
夹紧机构12还可以配设有工件轴向驱动设备22，借此可以平行于纵轴线18以进给速度vW驱动工件14。在有些情况下，夹紧机构12也可以经过构造，从而工件14可在横向于纵轴线18的方向上移位，以便能够把工件14指配给安装在工具机总成10上的不同的工具。
在此，工具机总成10例如包括切削刀具24，该切削刀具具有规定造型的刀刃，并且例如可以构造成钻头、车削刀具等。在此，切削刀具24被构造用于在工件毛坯14上形成钻孔，该钻孔形成柱形的工件面16。
工具机总成10在此还包括精加工工具26，该精加工工具例如可以构造成珩磨工具。精加工工具26一体地构造，确切地说，基本上销棒形地带有在外圆周上构造的工具涂层28，该工具涂层例如可以基于金刚石、基于CBN等。
在纵向上观察，精加工工具26具有第一工具端30，在其区域内可以夹紧精加工工具26。精加工工具26还具有对置的轴向的第二工具端32。精加工工具26从在第一工具端30区域中的夹紧部起沿着纵轴线伸展，该纵轴线在此与工具14的纵轴线18重叠。
在该突伸的区域中，精加工工具26具有锥形区段34，该锥形区段从第二工具端32锥形地展宽，确切地说，以锥角36展宽，该锥角例如可以处于0.003°～0.05的范围内。在第二工具端32的区域中，锥形区段34具有大于0的第一直径D1。
精加工工具26的从夹紧部突伸的区段还具有杆轴区段38，该杆轴区段与锥形区段34邻接，并且具有一致的第二直径D2。直径D2与直径D1之间的差优选处于0.5mm～0.005mm的范围内。D2与D1的比例优选处于10:1～2:1的范围内。
精加工工具26可借助直线驱动设备40在轴向方向上移动。示意性地示出的轴向力传感器42被设计用来测量轴向力FP，该轴向力形成了工具26与工件14之间的相对力。此外设置了扭矩传感器44，借助该扭矩传感器可测量工具26与工件14之间的相对的扭矩TP。
锥形区段34具有第一轴向长度L1。杆轴区段38具有第二长度L2。L1与L2的比例优选处于10:1～1:2、特别是3:1～1:1的范围内，优选处于2.5:1～1.25:1的范围内。
切削刀具24具有直径D4，以便在工件14上产生具有直径D3的钻孔。也可以称为钻孔直径的D3的值优选小于D2的值。
在精加工工具26首次伸入到钻孔中时，环形边缘17与锥形区段34贴靠。根据图1，锥形区段34的轴向长度L1分成三个轴向长度LF1、LOK、LF2。LF1与第二工具端32邻接。LF2与杆轴区段38邻接。区段LOK位于区段LF1与LF2之间。
如果在首次接触时环形边缘17在区域LOK内与锥形区段34贴靠，则已制得具有正确的直径D3的钻孔。如果环形边缘17在区域LF1内与锥形区段34贴靠，则直径D3太小，从而工件14不正常，并且无法加工。如果环形边缘17在区域LF2内与锥形区段34贴靠，则直径D3太大，并且把工件14优选作为废品予以剔除。
对于按照上述规定为正常的工件14，可以测量环形边缘17在区域LOK的什么部位与锥形区段34贴靠。
该值可以被分析用于多个目的。一方面，必要时可以进行报告：将提供具有略大或略小的钻孔的后续工件，以便在理想情况下在区域LOK的中间实现首次接触。此外，该信息可以如下分析：精加工工具26有可能在其工具涂层28方面已发生一定的磨损，因而该信息也可以用来监视精加工工具26的工具质量。
借助于直线驱动设备40，精加工工具26可以沿进给方向vF移动，即朝向工件14移动。借助于直线驱动设备40，精加工工具26也可以沿相反的方向移动，如图1中用返回行程vR表示。
用来借助精加工工具26精加工工件14或工件毛坯14的柱形工件面16的方法优选包括如下步骤：其一为，在工具26与工件毛坯14之间围绕加工轴线18产生相对旋转，确切地说，例如借助夹紧机构12的旋转驱动设备20或者借助工具的旋转驱动设备来产生相对旋转。此外，在工具26与工件毛坯14之间沿着纵向轴线或加工轴线18产生相对的进给速度vF。这优选借助直线驱动设备40进行，但也可以通过轴向驱动设备22进行，或者通过其组合进行。
另外，检测如下工艺参数的实际值：该工艺参数是工具26与工件毛坯14之间的相对力的函数，并且可以具有多个工艺参数值。工艺参数例如可以是相对的扭矩TP，但也可以是轴向的相对力FP。此外，如果直线驱动设备40例如通过气动总成作用到精加工工具26上，工艺参数例如可以是直线驱动设备40的驱动电机的电机电流，或者是气动的压力。
于是在精加工时在锥形区段34与环形边缘17之间发生首次接触。随后，继续调节相对的进给速度，并且由此对柱形工件面16予以精加工。在此连续地调控工艺参数TP；FP，确切地说，通过改变相对的进给速度vF予以调控，从而工艺参数TP；FP的实际值相对于这些工艺参数的给定值相差越大，相对的进给速度改变就越大。
换句话说，根据对工艺参数的检测进行进给，其中，优选通过比例调节器对这些工艺参数进行连续的调控。
在该过程中，杆轴区段38在某一时刻进入到工件14的钻孔中。在此继续进行上述过程。随后可以进行返向行程。在该过程期间必要时也可以一次单独的返向行程，或者可以在需要时进行多次返向行程，特别是当柱形工件面16的轴向长度较长时，以便按此方式清除切屑。
在有些处理变型中，进给移动vF可以叠加有在图1中示意性地在v0处标出的振荡式移动。振荡式移动可以具有在30Hz～100Hz范围内的频率和/或在0.5mm～4mm范围内的幅度。可以使用如上面和下面所述的精加工工具来执行精加工过程，特别是珩磨过程。工具与工件之间的相对移动在此可以在进给速度方面予以调控，如上所述。但在其他实施方式中，也可以不受调控地进行进给。在这种情况下，特别是在上述工作范围内的附加的振动可以是有利的，例如也使用比如在销棒珩磨中所采用的工具。附加的振荡移动基于工具和工具芯轴以及偏移滑座的惯性有利地借助工件来实现。在此，比较小的移动质量能实现上述振荡频率，而机器不会把太大的振动输出到外界。轴向的偏移会在加工期间随着振荡而增强。例如，可以增大轴向的预紧力。
不言而喻，该过程优选可以在添加适当的润滑液体例如珩磨油等的情况下进行。
下面介绍工具机或者工具机的精加工模块的其他实施方式，这些实施方式全部都基于上述方法。因此，下述工具机或精加工模块的结构和构造以及功能在总体上被视为与上述特征相同。相同的部件因而标有相同的附图标记。下面主要介绍区别。
图2中示意性地示出了工具机总成10'的精加工模块50。
精加工模块50包括模块壳体52，该模块壳体具有轴向长度L3。在模块壳体52内部，滑座54可沿着轴向方向在位置x0与位置xMAX之间移动，确切地说，借助于图2中示意性地示出的直线驱动设备40'进行移动。
如在前述实施方式中那样，直线驱动设备40'也可以通过电动机结合旋转/平移转换器通过直线电动机等来实现。
此外，精加工模块50包括控制机构56，该控制机构可与模块壳体52连接，并且例如可以设计成用来布置在工具机总成10'附近的控制终端。
精加工工具26在其第一工具端30的区域中安置在滑座54上，确切地说，借助万向节58予以安置。
滑座54包括滑座基座60以及滑块62，滑座基座与直线驱动设备40'的驱动件耦联。滑块62与滑座基座60通过轴向弹簧总成64耦联。精加工工具26的第一工具端30安置在滑块62上。轴向力传感器42'被设计用于检测在滑座基座60和滑块62之间的相对移动。此外设置了扭矩传感器44'，该扭矩传感器可以检测在精加工工具26(或者与其刚性连接的夹紧机构)和滑座54或模块壳体52之间的相对转动。
图2中示出，滑座基座60和滑块62之间的相对位置可以在A0与AMAX之间的区域内移动。
模块壳体52具有壳体壁66，在该壳体壁上构造了工具引导件68。工具引导件68被构造用于引导精加工工具26的第二工具端32，特别是与加工轴线18同心地引导。可以把用于工艺流体的输送装置集成到工具引导件68中。
在滑座54的零位置x0，该滑座位于模块壳体52的轴向端部的区域中，确切地说，位于与壳体壁66轴向对置的任何轴向端部的区域中。精加工工具26在该位置基本上在模块壳体内部伸展，其中，第二轴向工具端32伸展至工具引导件68。
图2中在L4处示出了在滑座54的位置x0与最大偏移xMAX之间的最大行程。该行程L4的大小使得精加工工具26无论以锥形区段34还是以杆轴区段38(具有长度L1和L2)都从模块壳体52中伸出，以便对布置在模块壳体52外部的工件14进行加工，确切地说，优选借助工具机总成10'的夹紧机构12'夹紧。
直线驱动设备40与模块壳体52轴向搭叠地或者与精加工工具26轴向搭叠地布置。直线驱动设备40可以集成到模块壳体52中。轴向的模块长度L3与滑座54的最大行驶距离(行程)L4之间的比例优选处于1.3:1～2.5:1的范围内，优选处于1.4:1～2.2:1的范围内。
精加工模块50因而可以在轴向上紧凑地实现。
图3中示出了一种示范性的含有夹紧机构12'的工具机总成10'，该夹紧机构围绕加工轴线或纵轴线可转动，并且被设计用于夹紧工件14。
该工具机尤其可以构造成车削机床，并且具有加工空间74，该加工空间可借助门76封闭，图3中用箭头示出。
在加工空间74内部构造了工具安装部位78，在该工具安装部位例如可以固定不同的切削刀具24、24'。此外，可以在工具安装部位78固定图2的精加工模块50。图3中示出，精加工模块50的纵轴线18与工具机总成的加工轴线18对准。因此可以在该相对位置对夹紧的工件14进行精加工。
在有些实施方式中，夹紧机构12'也可以横向于轴线18移位，以便能够借助其他切削刀具24、24'对工件14进行加工。
图2还示出，精加工模块50的控制机构56可以布置在工具机总成10'的未详细示出的壳体外部，并且可以通过未详细示出的线缆束与精加工模块50连接。
模块50在此构造成用于工具机总成10'的更换模块或附加模块，且可以独立于工具机总成10'工作。为了启动借助精加工模块50的精加工过程，把具有柱形钻孔的工件14夹紧在夹紧机构12'中，并且与精加工模块50的轴线对准，如图3中所示。随后，在启动精加工过程之前，借助未详细示出的旋转驱动设备20使得工件14转动。转速可以处于500转/分钟～10000转/分钟的范围内，且优选处于高于5000转/分钟的范围内。
工件14的转速nW优选调控至恒定的转速。一旦建立起该转速，就可以开始精加工过程，其中，滑座54以相对的进给速度朝向工件14移动，从而锥形区段穿过工具引导件68插入到工件14的钻孔中，直到环形边缘17(见图1)与锥形区段34贴靠。
在此，把相对的进给速度vF调节至优选的值。此外检测工艺参数TP或FP的实际值。针对工艺参数，设定了一定的给定值。工艺参数随后连续地特别是成比例地予以调控，确切地说，通过改变相对的进给速度vF予以调控，从而工艺参数的实际值与工艺参数的给定值偏差越多，相对的进给速度vF改变得就越多。
在此优选把工艺参数给定值与工艺参数实际值之间的差输入到调节器中，比如P调节器、PI调节器或PID调节器，其中，该调节器输出调节参数，该调节参数控制直线驱动设备40'的驱动电机，以便产生进给速度vF。
精加工工具26由此越来越深地伸入到钻孔中，直到它以第二端32从位于环形边缘17对置的端侧伸出。通过杆轴区段38，在此可以把钻孔直径制成所希望的给定尺寸。
借助切削刀具24产生的钻孔的形状误差，例如不圆整、斜棱、波纹、锥度或香蕉形状，可以通过该精加工过程予以减小或者彻底消除。可以实现几微米的尺寸精度。
该过程稳定，并且力受控，形状、表面和尺寸的偏差最小。该系统还可以相对简单地实现，因为无论形状还是直径尺寸，都不必通过测量或调控予以调节或得到。确切地说，钻孔的最终尺寸通过杆轴区段38的直径D2来得到。
通过万向节58，精加工工具26在此可以在夹紧件与工具引导件68之间略微弯曲，从而在轴向方向上产生一定的弹性。万向节58特别是具有如下任务：一方面，补偿工具机与精加工模块之间的位置和角度误差。另一方面，补偿精加工模块的移动公差，还补偿由于轴向负载所致的精加工工具26的自身直线度公差和精加工工具26的弯曲的位置和角度误差。
此外，可以给滑座54指配轴向止挡传感器，其例如检测精加工工具26(尽管有其规定的进给速度vF)在何时不再轴向地移动。该轴向止挡传感器例如可以相应于滑块62相对于滑座基座60的最大偏移AMAX。该轴向止挡传感器通常可以基于间接的或直接的模拟的力测量。例如，轴向止挡传感器在此可以通过弹簧或压缩空气活塞而预加应力，从而轴向止挡传感器通常在到达最大偏移之前不久切断，确切地说，在接近A0时切断，从而直至AMAX的剩余位移可以用作“皱缩区(Knautschzone)”，直到停止进给。
在一种优选的实施方式中，扭矩传感器44'作为准模拟的传感器工作，其可以检测多个扭矩值。而轴向力传感器42'可以构造成上述的轴向止挡传感器。在其他实施方式中，作为工艺参数，可以不考虑扭矩TP，而是替代地考虑轴向力FP。此外，工艺参数可以通过这些参数的组合来形成。
一旦精加工过程已结束，控制装置56就可以把完毕信号传递至工具机的控制器，该控制器于是可以使得夹紧机构12'的旋转结束，以便能够取出按此方式制好的且被精加工的工件14。
图4中示出了工具机总成10”的一种替代的实施方式，其中，该工具机总成10”在整体上构造成精加工机器。在此，精加工工具26'借助直线驱动设备40”和旋转驱动设备20”可在进给方向上移位，并且可在旋转方向上驱动，如图4中v或n所示。必要时，工具机总成10”可以被设计用于通过相应的待加工工件的移动来实现快速行程，直到缩进位置。
在这种工具机中，可以把多个工件14a、14b例如布置在工件接纳部84上，该工件接纳部布置在工具机壳体82内部。
工件接纳部84可以构造成转盘，以便分别使得工件14a、14b与精加工工具26'的纵轴线18”对准，其中，轴线18”在该实施方式中优选竖直地朝向。
在此必要时也不再需要设置万向节58。万向节有益与否，特别是取决于工具直径和夹紧长度。如果可能，也可以用万向节的方式设置工件。
图5中以示意性的形式示出调控电路，其包括连续式调节器比如比例调节器90。
调控电路被设计用于调节工具26与工件14之间的相对扭矩TP作为工艺参数。该过程用调节对象92来表示。至少一个干扰参数94作用于调节对象92。产生了相对扭矩的可借助扭矩传感器44检测的实际值TPIST。
对于该过程，还规定了给定扭矩TPSOLL。在求差器Δ中，求取实际扭矩TPIST和给定扭矩TPSOLL的差，并且作为差值或调控偏差ΔT输入到调节器90中。该调节器由此产生调节参数，该调节参数在此是相对的进给速度v。该进给速度施加到调节对象92，由此于是间接地影响到实际扭矩TPIST。
在从实际扭矩到求差器的反馈中，必要时可以设置测量变换器96，以便反馈另一必要时可检测的工艺参数，并且转换为相应的扭矩值。测量变换器96例如可以把扭矩传感器的位移或弹簧力形式的输出转换为扭矩值。
图6所示为调节参数v关于扭矩T的调控特性的曲线图100。
调控特性包括在vFSOLL情况下具有恒定进给速度v的直线区段，该区段被规定用于为0的扭矩T直至给定扭矩TPSOLL。精加工过程应当在该值对TPSOLL vFSOLL情况下进行。
如果扭矩T上升超过该值，则进给速度v减小，确切地说，成比例地减小，如直线特性曲线102的直线区段所示。
在最大扭矩TMAX以上，进给速度立即下降到0。例如当轴向止挡传感器(例如图2中的42')输出信号时就会这样。在进给速度v减小到0之后，随后可以引入返回行程，但这在图6中未详细示出。这通常也不在图5的调控范围内进行。
图6中用虚线示出，特性曲线102的斜率可改变。较陡峭的特性曲线102”表示比例调节器90的较大的比例值。于是这表明了快速的变化，有时由此会略微降低稳定性。
直线路段102、102”的斜率可以按合适的方式予以调整，必要时也在工作期间调整。
还在102”'处示出，特性曲线不必为纯直线，而是也可以弯曲地设计，以便针对相对于给定值TPSOLL的不同的调控偏差实现比例值或特性曲线102的不同斜率。
此外在图6中示出，工作点并非必须一定位于直线的特性曲线102的末端，而是也可以位于特性曲线上，如图6中TPSOLL',vFSOLL'所示。在这种情况下，针对低于给定扭矩的情况，必要时再提高进给速度。
图7所示为根据本发明的方式的精加工过程的时间流程图106。
图7中沿时间t绘出：滑座的位置x、滑块62相对于滑座基座60的轴向偏移力A、进给速度vF以及扭矩TP。
滑块62相对于滑座基座60始终略受应力，从而图2的轴向弹簧总成64始终都处于一定的预应力下。由此在时间点0时，偏移力A0大于0。
在时间点t1，提高进给速度vF，确切地说，提高至相对低的值，直至到达缩进位置(在t1和t2之间)。随后还提高进给速度vF，从而精加工工具26快速地靠近工件14。在此，扭矩TP等于0。
在时间点t2，精加工工具26接触工件14，从而扭矩TP上升。这同样导致一定的偏移A，其中，滑块62朝向滑座基座60被顶压。另外，进给速度vF由此减小。
一旦扭矩TP超过给定扭矩，进给速度vF就相应地减小。
然而，扭矩TP例如可以通过进给速度vF的减小而明显下降，然后该进给速度又提高，如从t3起所示。
在t4时情况相反。在此产生相对大的扭矩TP，进给速度vF由此降低。
由于比例调节器的特性，这在一定程度上同时进行，从而可实现很好的调控。
在时间点t5达到最大值xMAX或此前的一个值。在此，杆轴区段38已经与柱形工件面16接触。因此在时间点t5进行返回行程，直至时间点t6，由此又到达初始位置，即滑座又到达点x0。
可见，精加工工具26进给到工件14中并且穿过该工件是连续进行的，即无需返回行程，直至达到最大值xMAX。
与已知方法相反，由此可以显著地提高加工速度。
在图8～10中示出了精加工模块50的另一实施方式，其在结构和工作方式上与图2的精加工模块50大体对应。因此，相同的部件用相同的附图标记表示。下面主要介绍区别。
一方面可看到，工具引导件68可以包括冷却剂输送装置110以及冷却剂喷嘴112，通过冷却剂喷嘴可以把冷却剂施加到穿过工具引导件68被引导的精加工工具26的表面上。
直线驱动设备40在此含有直线轴114以及牵拉件传动部116，滑座54在该直线轴上受到引导。直线轴114包括旋转/平移转换器，并且把牵拉件传动部116的旋转运动转变为滑座54的相应的直线运动。牵拉件传动部116还与具有长度L5的驱动电机119耦联。驱动电机119构造成电的驱动电机，其带有所示的旋转轴，通过该旋转轴可以驱动牵拉件传动部116，从而把驱动电机119的旋转运动引入到直线轴114中，以便使得滑座54直线地移动。
在模块壳体52的底侧，可以构造安装板118，通过该安装板可将精加工模块50安装在工具机10'的工具安装部位78。不言而喻，在此通过合适的准直件可以实现加工轴线18与夹紧机构12'的轴线对准。
如图9中所示，滑座54布置在直线轴114的纵向侧LS1。在相邻的上面的纵向侧LS3，布置了线缆引导件或线缆链120，通过它可以使得滑座54的传感器的信号在相应的信号导线中传播。
在图9和10中示出，扭矩传感器44可以包括杆件122，该杆件与夹紧机构或精加工工具26的万向节58连接，并且径向地突出于加工轴线18。杆件122通过弹簧124朝向距离传感器126被预紧。
在精加工工具26和工件14之间出现扭矩时，精加工工具26沿圆周方向偏移，由此使得杆件122克服弹簧124的力移动离开距离传感器126。距离传感器126因而可以提供与扭矩相应的特别是成比例的信号。
图9中示出，可以在纵向侧LS2布置控制机构128，该纵向侧在横向上与第一纵向侧LS1对置，该控制机构可以与静止的、布置在模块壳体52之外的控制装置56连接。
线缆引导件120布置在第三纵向侧LS3。
所有构件都在轴向方向上与直线轴114相交。因此，精加工模块50可以轴向地紧凑地实现。
在图8和图10中还可看到轴向力传感器42，其通常是模拟的间接的或直接的力测量传感器。例如，轴向力传感器42可以含有检测滑块62的位移的位移传感器，该滑块相对于滑座基座60轴向地预紧。当前，为此可以把轴向力传感器42构造成止挡传感器，以便检测最大偏移AMAX的值。此外，这种止挡传感器通常可以在A0附近接通，从而直至AMAX的剩余位移可以用作“皱缩区”，直到已停止进给。
另外不言而喻的是，在模块壳体上，特别是在直线轴114上方，可以设置用于滑座54的限位开关，但这些限位开关在图8中未详细示出。
万向节58可以包括重量补偿件。为了过程保险，还可以在万向节区域中设置针对过载的、未详细示出的传感器。此外，在精加工工具26和万向节58的工具接纳部之间可以设置连接件，作为带有预定断裂部位的过载牺牲件，以便能够在发生致命故障的情况下避免对滑座或精加工模块50的其他部件的损坏。
图11中示出了流程图130，其示出借助精加工工具对工件毛坯的柱形工件面予以精加工的过程。
该过程起始于缩进过程132，由此把精加工工具26带到一个位置，在该位置，锥形区段34刚好尚未接触环形边缘17。随后进行真正的加工过程134，其中，相对的进给速度再一次明显提高。
加工周期起始于缩进过程132，确切地说，在S2处开始。
接下来，把轴向的给定偏移力调节为“缩进”。此外，把工件或工具的转速调节为“缩进”，即调节至相对高的转速(S4)。
在步骤S6中把用于返回行程的计数器置为“0”。
在随后的步骤S8中把相对进给速度v调节至“缩进进给”。
然后在步骤S10中使得精加工工具26缩进到工件14中。
在步骤S12中询问，在加工位置之前不远处是否已经到达缩进位置(即锥形区段34与环形边缘17之间的接触)。
如果情况如此(在步骤S12中为是)，则过程转移至加工过程134，在该加工过程中在步骤S14中首先把轴向的偏移力调节至“最大程度的加工”。此外，把工件或工具的转速调节至“加工”。
在步骤S26中，随后把进给速度调节至“最大程度的加工”，相应于图6中的值vFSOLL。
如果在步骤S12中的答复为否，则在步骤S16中询问是否超过了轴向的偏移力或用于“缩进”的扭矩。如果情况并非如此，则该方法返回至步骤S10的开始。如果已超过了所述力或扭矩，则在步骤S18中询问是否已超过了最大返回行程数的计数器。
如果情况并非如此，则返回行程的计数器在步骤S20中递增，并且该方法返回至步骤S10的开始。如果已超过了返回行程的最大次数，则在步骤S12中对周期进行“中断”。进行故障通报“无法缩进”，并且滑座54移动回到“装载位置”。加工中断(S24)。
在加工过程中，在步骤S26之后执行步骤S28，其中询问是否存在加工矩/扭矩TP。如果情况如此，就在步骤S30中进行根据图5、图6的调控，其中，根据调节器调节(例如直线成比例地)调节进给速度。
在步骤S28和S30之后，在步骤S32中询问是否超过了扭矩阈值，或者是否超过了最大偏移A。如果满足了这些条件之一，就在步骤S42中停止进给，并且在步骤S46中进行返回行程，以及随后又按照参数化进行起动，也就是返回至步骤S28的开始。
如果在步骤S32中不满足所述条件，就在步骤S34中询问是否超过了最大的加工时间。如果情况如此，则在步骤S44中返回至“装载位置”，并且中断加工。例如，如果由切削刀具24产生的钻孔具有太小的直径D3，则情况如此。
在步骤S36中(在步骤S34中为否)询问是否到达加工终止位置(相应于图7中的xMAX)。如果情况如此，则加工过程134结束。在此，可以在步骤S38中询问是否要进行所谓的“清磨(Ausfunken)”。
清磨在此是指，加工工具以杆轴区段在钻孔内部至少再来回移动一次或两次，以便实现校准的表面。
如果不进行清磨，则在步骤S40中返回至装载位置，并且加工过程结束。
否则在步骤S48中进行清磨过程。

Claims (14)

1.一种用于借助精加工工具(26)对工件毛坯(14)的柱形工件面(16)进行精加工的方法，具有如下步骤：
-在工具(26)与工件毛坯(14)之间围绕与所述工件毛坯(14)的柱形工件面(16)同心的加工轴线(18)产生相对旋转(nW)；
-在所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间沿着所述加工轴线(18)产生相对的进给速度(vW；vF)；
其特征在于，
-检测工艺参数(TP；FP)的实际值(TPIST；FPIST)，该工艺参数是所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的相对力的函数，并且可以具有多个工艺参数值；
-通过改变所述相对的进给速度(vW；vF)来连续地调控所述工艺参数(TP；FP)，其方式为，所述工艺参数的实际值(TPIST；FPIST)与所述工艺参数(TP；FP)的给定值(TPSOLL；FPSOLL)相差得越大，所述相对的进给速度(vW；vF)改变得就越大。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述工艺参数的给定值(TPSOLL；FPSOLL)与所述工艺参数的实际值(TPIST；FPIST)之间的差输入给调节器(90)，该调节器输出调节参数(v)，该调节参数控制驱动电机(119)，用于产生所述进给速度(vW；vF)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工艺参数(TP；FP)是所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的轴向相对力的函数。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述工艺参数(TP；FP)是所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的相对扭矩的函数。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的轴向相对力(FP)超过轴向力阈值(AMAX)和/或如果所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的相对扭矩(TP)超过扭矩阈值，则中断轴向的进给运动(VF)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述进给运动中断之后，进行与所述进给速度(vF)相逆地朝向的返回行程(vR)。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，检测对于加工工件毛坯(14)所需要的功。
8.如权利要求1-7中任一项或者如权利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，至少分段地给所述进给速度(vF)叠加相对的振荡运动(vO)，该振荡运动优选具有在30Hz～100Hz范围内的频率，和/或具有在0.5mm～4mm范围内的幅度。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在产生所述相对的进给速度(vF)之前，进行缩进过程(132)，其中检查是否可以利用所述工具(26)来加工所述工件毛坯(14)。
10.如权利要求1-9中任一项或者如权利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，所述工具(26)具有锥形区段(34)，其中，在产生所述相对的进给速度之前，所述工件毛坯(14)和所述工具(26)彼此相对移动，直至所述锥形区段(34)接触所述工件毛坯(14)的环形边缘(17)，其中，检测所述工具(26)与所述工件毛坯(14)之间的在此所产生的轴向相对位置。
11.如权利要求1-9中任一项或者如权利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，所述工具(26)具有锥形区段(34)，其中，所述工件毛坯(14)和所述工具(26)彼此相对地移动至缩进位置，直至所述锥形区段(34)的至少一部分轴向地与所述柱形工件面(16)交叠，但所述柱形工件面(16)的环形边缘(17)不被所述工具(26)接触。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在到达所述缩进位置之后，产生相对的进给速度，并且通过改变所述相对的进给速度来调控所述工艺参数。
13.一种用于加工柱形工件面(18)的装置，带有：
-用于工件(14)的夹紧机构(12)；
-用于加工所述工件(14)的柱形工件面(16)的工具(26)；
-旋转驱动设备(20)，以便在所述工件(14)与所述工具(26)之间产生相对旋转(nW)；
-轴向驱动设备(40)，以便在所述工件(14)与所述工具(26)之间产生相对的进给速度(vF)；和
-控制装置(56)，其被设计用于实施根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
14.一种用于实施根据权利要求1-12中任一项的方法的精加工工具(26)，带有：锥形区段(34)，其在第一轴向长度(L1)上伸展；杆轴区段(38)，其具有一致的工具直径(D2)且在第二轴向长度(L2)上伸展，其中，第一轴向长度(L1)与第二轴向长度(L2)的比例处于1:0.1～1:2的范围内。
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