CN118076452A - 具有用于校准对心传感器的校准设备的机床 - Google Patents

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CN118076452A CN202280061155.9A CN202280061155A CN118076452A CN 118076452 A CN118076452 A CN 118076452A CN 202280061155 A CN202280061155 A CN 202280061155A CN 118076452 A CN118076452 A CN 118076452A
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Abstract

一种用于加工预制齿的工件的机床,具有工件架(20)和工件主轴(21),所述工件主轴具有工件主轴壳体(211)和可围绕工件主轴轴线(A)旋转的工件主轴中心轴(212)。所述机床还具有:对心传感器(1),其构成用于求取围绕工件主轴轴线(A)旋转的工件(23)的齿的相位;校准件(10),其位于相对于工件主轴(21)的限定的校准位置(CM)处;以及传感器控制器,其构成用于实施以下方法:使对心传感器(1)相对于工件主轴(21)运动到校准位置中,在所述校准位置中,对心传感器(1)处于校准件(10)处;求取对心传感器(1)的响应性能,其方式为:传感器控制器(3)使对心传感器(1)相对于校准件(10)运动并且在此期间接收对心传感器(1)的传感器校准信号;以及使对心传感器(1)运动到工件测量位置(PW)中,在所述工件测量位置中,对心传感器(1)处于工件处,其中工件测量位置与求取的响应性能相关。

Description

具有用于校准对心传感器的校准设备的机床
技术领域
本发明涉及一种用于加工预制齿的工件的机床,所述机床具有校准设备,所述校准设备构成用于校准机床的对心传感器。
背景技术
在精加工预制齿的工件时,在每次加工开始之前,刀具和要加工的工件必须相对于彼此定向为,使得刀具可以无碰撞地伸入工件的齿槽中。所述过程在专业领域中作为“对心(Einzentrieren)”已知。
这种对心尤其在连续工作的滚动加工方法中是必要的。在这种方法中,要加工的工件与螺旋状刀具形成接合并且与刀具滚动耦合地被加工。在现代的NC控制的制齿机中为此还将工件夹紧在NC控制的、旋转驱动的工件主轴上。将刀具夹紧在同样NC控制的、旋转驱动的刀具主轴上。随后电子地通过NC控制器建立在刀具主轴和工件主轴之间的滚动耦合。在与滚动加工法不同的方法中,例如在成型磨削中,也需要对要加工的工件的齿槽的位置的准确认识。
通常,为了对心使用无接触的对心传感器,所述对心传感器基于电感或电容工作并且确定齿面的位置,而工件转动。滚动耦合角基于这种无接触的测量电子地确定。
例如从DE 36 15 365 C1中已知这种无接触的对心方法。在所述方法中,要加工的工件处于转动中,并且确定信号的相位,当工件的齿掠过固定的对心传感器时,产生所述信号。将这些相位与已在参考测量中借助已知取向的齿轮求取的相位比较。根据这些相位的差设定在工件和刀具之间的滚动耦合角。
根据经过工件转动的所有齿的信号的相位也还可以进行其他检查。例如,可以进行对预先加工误差和径跳偏差的检查,并且可以根据齿槽宽度进行现有的加工余量的估算。
由对心传感器求取的相位通常与对心传感器相对于工件的位置相关。如果例如在参考测量和在要加工的工件处的测量之间,对心传感器相对于齿轮沿切向方向的位置关于齿轮的转动轴线改变,则求取的相位不再对应于齿的实际位置。这导致在随后的加工中从右侧齿面去除比期望更多的材料,而从左侧齿面去除比期望更少的材料,或者反之亦然。在极端情况下,从齿面的一部分完全不再进行材料去除。在斜齿的情况下,求取的相位也还与对心传感器沿着齿轮的转动轴线的轴向位置相关。关于对心传感器相对于转动轴线的径向位置的偏差可能导致过大或过小估算齿槽宽度或者说现有的加工余量。
因此,对于对心传感器的正常功能重要的是,对心传感器相对于工件主轴的空间位置从测量到测量总是相同的。然而,这不总能简单地保证。例如,对心传感器的这些位置在制齿机的运行中可能由于热膨胀而改变。这尤其在对心传感器受结构类型影响不紧邻工件主轴安装在机器处时适用。特别具有挑战性的是,当对心传感器可相对于工件主轴移动时对心传感器的可再现的定位。例如,对心传感器可以位于机器的刀架处并且可以与刀具一起相对于工件主轴运动。因此,期望的是,可以确定对心传感器相对于工件主轴的精确的空间位置,以便可以将对心传感器相对于工件主轴可再现地定位。
此外,对心传感器通常必须被替换,例如以便代替损坏的对心传感器。对心传感器然而不总是具有刚好相同的响应性能。如果例如对心传感器是具有切换区域的对心传感器,其中通过由对心传感器发送的输出信号的改变显示在切换区域之内存在材料,则切换区域关于对心传感器表面的形状和位置可以从对心传感器到对心传感器变化。因此,期望的是,可以求取对心传感器的响应性能,以便校准对心传感器并且可以相应地在将对心传感器相对于工件主轴定位时将响应性能考虑在内。
在DE 102019104812 A1中使用了一种测量探针或无接触地工作的测量元件,以便求取齿面或型廓侧面的有效加工余量。附加地,提出发送切换信号的电感式对心传感器的应用,以便在对心传感器与测量探针或无接触地工作的测量元件的组合中实现进一步优化的方法过程。测量探针或无接触地工作的测量元件的定位优选经由磨床的线性轴线进行。该文件公开了,在借助于已知几何形状的参考体(例如具有已知直径的球体)校准测量探针之后,测量探针可以借助于线性轴线有针对性地移动到所需的位置中。测量探针的或无接触地工作的测量元件的检测出的测量值由机器控制器检测并且以本身已知的方式进行处理,以便关于制齿或仿形找到工件相对于磨削刀具的最优的中心位置。然而在该文件中,没有被提到进行切换的电感式对心传感器的校准。
发明内容
因此,本发明的目的是,提出一种具有校准设备的用于加工预制齿的工件的机床,所述机床适合于校准在机床中使用的对心传感器的空间位置。
所述目的通过具有权利要求1的特征的机床实现。其他实施方式在从属权利要求中提出。
因此,提出一种用于加工预制齿的工件的机床。所述机床具有:
工件架;
设置在工件架上的工件主轴,所述工件主轴限定工件主轴轴线,其中所述工件主轴具有工件主轴壳体和在工件主轴壳体中可围绕工件主轴轴线旋转的工件主轴中心轴,用于旋转地驱动要加工的预制齿的工件;和
对心传感器,其构成用于当工件围绕工件主轴轴线旋转时,求取工件的齿的相位。
所述机床还具有:校准件,其位于相对于工件主轴的限定的校准位置处;以及传感器控制器,其构成用于实施以下方法:
使对心传感器相对于工件主轴运动到校准位置中,在所述校准位置中,对心传感器处于校准件处;
求取对心传感器的响应性能,其方式为:传感器控制器使对心传感器相对于校准件运动并且在此期间接收对心传感器的传感器校准信号,以及
使对心传感器运动到工件测量位置中,在所述工件测量位置中,对心传感器处于工件处,其中工件测量位置与求取的响应性能相关。
对心传感器相对于校准件的运动可以包含关于工件主轴沿轴向方向和/或沿径向方向和/或沿切向方向的运动。
根据在机床中的设置方式,校准件可以具有不同的形状和结构。本发明的校准件的所有实施方式是共同的,即所述实施方式可实现求取传感器的响应性能。如果对心传感器在用于校准的方法期间关于工件主轴沿切向或轴向或径向方向沿着校准件运动,则校准件沿着所述方向优选具有至少一个结构,例如边缘或阶梯部,所述结构可以作为对心传感器的输出信号的改变被识别。
为了优化的校准,使传感器在校准方法期间沿着校准件沿如下所有方向运动,对心传感器可沿所述方向运动。
可考虑将校准件设置在机床中的多种可能性。优选的是,将校准件在机床中设置成,使得即使当加工刀具已经夹紧在机床中,对心传感器也可以无碰撞地从校准位置运动到工件测量位置(和相反地运动)。
校准件例如可以设置在工件架处。工件架可以是可移动的滑块,工件主轴处于所述滑块上。校准件随后可与工件架一起移动并且始终位于相对于工件架的限定的位置中。优选地,校准件设置为,使得所述校准件不妨碍最佳地用于夹紧加工刀具和/或工件的夹臂。
尤其,校准件可以设置在工件主轴的固定的部分处,尤其设置在工件主轴壳体处。
替代于此,校准件然而也可以设置在工件主轴的可旋转的部分处。
通过将校准件设置在工件主轴的固定的或可旋转的部分处得出以下优点,即校准件靠近要加工的工件,由此降低了可能的校准不准确性。
工件主轴可以具有用于将工件夹紧在工件主轴中心轴上的夹紧机构。在这种情况下,校准件可以设置在夹紧机构处。在此,校准件可以构成为,使得所述校准件可以以可松开的方式紧固在夹紧机构处。
校准件还可以构成为,使得其可以通过自动的工件加载设备安置在夹紧机构上并且可以从夹紧机构移除。
为了紧固在夹紧机构处,特别适合的优选是盘形的校准件,所述校准件具有带有至少一个齿结构例如校准齿或校准齿槽的外部型廓。例如,校准件可以是参考工件,所述参考工件可以夹紧在工件主轴上。校准件也可以是要加工的或新加工的工件。
夹紧件夹紧在工件主轴上的设置方式使在工件测量位置和校准位置之间的距离最小,由此对心传感器为了校准仅须运动短的距离,这允许精确的定位机构的使用。另一方面,校准件必须总是在加工工件之前装入夹紧机构中并且在校准对心传感器之后再次被移除,这与借助永久安装(例如在刀架处或在刀具主轴的固定的部分处)的校准件校准相比,带来更高的时间耗费。此外,必要的可以是,在可以校准对心传感器之前,首先求取校准件围绕工件主轴轴线的转动角位置。如果校准件是要加工的工件,则省去用于装入和移除单独的校准件的附加的时间耗费,然而在这种情况下通常也必须首先根据附加的测量至少求取工件的角位置。
为了求取校准件的位置和/或为了其测量,机床可以具有扫描机构。所述扫描机构尤其可以构成用于求取盘形的校准件例如工件的至少一个齿结构的位置。
校准件例如可以具有基本上方形的基体。
校准件的基体可以具有带有优选矩形的或梯形的横截面的第一槽。由此,校准件具有不同的边缘,所述边缘沿不同的空间方向延伸,这适合于为了求取响应性能的目的借助对心传感器无接触地扫描校准件。
优选地,校准件在机床中设置成,使得第一槽在校准件的基体中垂直于工件主轴轴线伸展。
校准件的基体还可以具有带有优选矩形的或梯形的横截面的第二槽,所述第二槽与第一槽成角度地,尤其垂直于第一槽伸展,并且通入第一槽中。通过所述第二槽形成切口,所述切口模仿在工件处的齿槽的形状进而是对于对心传感器的校准特别适合的形状。
如果校准件如上文所述具有第二槽,通过第二槽形成齿槽状的切口,则有利的是,校准件在机床中设置成,使得第二槽在校准件的基体中平行于工件主轴轴线伸展,由此校准件的齿槽状的切口在机床的坐标系中具有与直齿的工件的齿槽类似的取向。
校准件可以具有方形的突出部,所述突出部从工件主轴的一部分的表面径向地延伸,其中两个取向面位于方形的突出部两侧,并且其中位于两侧的取向面关于切向方向设置在突出部两侧。对心传感器的响应性能在这种校准件中优选根据方形的突出部求取。取向面可以用于在机床中关于参考面定向工件主轴,以便获得校准件的限定的取向。
替选地,校准件可以具有柱形的基体,其中柱形的基体具有柱轴线,所述柱轴线优选垂直于工件主轴轴线伸展。具有这种柱形的基体的校准件尤其当在机床中加工斜齿的工件时是有利的,因为在这种情况下对心传感器为了求取响应性能可以沿法向于斜齿的工件的齿面的方向相对于校准件运动。
作为另外的替选方案,校准件也可以具有球形的基体或半球形的基体。球形的或半球形的基体可以特别适合于模拟要加工的工件的压力角和螺旋角。
机床可以具有刀架,在所述刀架处设置有用于旋转地驱动加工刀具的刀具主轴,其中对心传感器设置在刀架处。
传感器控制器可以是机床控制器的集成部分。所述机床控制器可以构成用于通过刀架相对于工件主轴的运动引起对心传感器相对于工件主轴的运动。
机床还可以具有用于定位对心传感器的传感器定位设备,所述传感器定位设备设置在刀架处并且可以与刀架一起相对于工件主轴运动,其中传感器定位设备构成用于使对心传感器相对于刀架运动,并且其中传感器控制器构成用于通过刀架相对于工件主轴的运动和/或通过刀架相对于工件主轴的运动和/或通过传感器定位设备相对于刀架的运动引起对心传感器相对于工件主轴的运动。
传感器定位设备还可以具有传感器定位臂,所述传感器定位臂可相对于刀架运动,尤其线性地移动。
附加地,传感器定位设备具有用于容纳传感器架的传感器保持件,其中传感器架具有止挡元件,其中对心传感器具有对心传感器表面,并且其中对心传感器在传感器架中安装成,使得对心传感器表面与止挡元件具有限定的间距。
这种传感器架形成与用于不同结构大小的对心传感器的传感器保持件的统一的接口。如果必须替换对心传感器,则所述对心传感器可以连同传感器架一起从传感器保持件中取出。新的对心传感器随后在传感器架中装入,使得其对心传感器表面同样与止挡元件具有相同的限定的间距,这在传感器架再次装入传感器保持件中之前,可以通过适合的测量机构检查。
对心传感器优选是无接触地工作的电感式或电容式传感器。然而,基于光学测量原理的对心传感器同样是可考虑的。如果使用电感式传感器,则校准件优选由导电材料尤其钢或铝构成和/或具有导电的表面。而如果使用电容式传感器,则校准件优选由介电材料构成和/或具有由介电材料构成的表面。
对心传感器可以构成用于发送切换信号,其中对心传感器具有传感器特有的切换区域,并且其中传感器特有的切换区域限定虚构的传感器轴线。如果材料进入切换区域中,则切换信号改变。切换信号可以是模拟的或数字的。切换信号尤其可以是二元切换信号,其显示:材料是否处于切换区域内:如果是,则二元切换信号采用第一值,优选逻辑1;如果不是,则切换信号采用第二值,优选逻辑0。
校准件的校准位置优选在工件架的坐标系中是已知的。传感器控制器优选构成用于通过求取对心传感器在校准件处的响应性能来求取虚构的传感器轴线的位置。
在第一步骤中可以求取对心传感器的切换区域的顶端切换点,其方式为:使对心传感器沿法向方向朝向校准件的端面运动,其中端面优选平行于工件主轴轴线设置。如果对心传感器在工件架的坐标系中的理论位置已经已知,例如因为所述理论位置已通过在机器中的几何测量求取并且被保存在传感器控制器中,则也可以取消顶端切换点的求取,因为通过对心传感器的已知的理论位置,可以直接将后者移动到预先限定的校准位置上。然而,对心传感器也可以位于暂时位置中,所述暂时位置与理论位置不同;例如当机器处于与在求取理论位置期间不同的温度状态中时。同样,当存在对心传感器的装入误差时,对心传感器的暂时位置可以与理论位置不同。通过求取在工件架的坐标系中的顶端切换点,可以识别这种装入误差。
如果顶端切换点(通过精确的求取或从在传感器控制器的保存中)是已知的,则对心传感器可以定位成,使得对心传感器的对心传感器表面与校准件的端面径向间隔开第一测量距离。优选地,所述第一测量距离对应于预先限定的测量距离,当对心传感器位于工件测量位置中时,所述测量距离也应当在对心传感器表面和工件的齿顶圆之间产生。现在,对心传感器可以相对于校准件轴向地和/或切向地运动,以便无接触地扫描校准件。在此期间,对心传感器优选发送传感器校准信号,可以从所述传感器校准信号中求取侧面切换点,所述侧面切换点位于限界切换区域的切换边界面上。从这些侧面切换点中可以接着求取中心点,虚构的传感器轴线可以穿过所述中心点,其中虚构的传感器轴线优选垂直于工件主轴轴线并且法向于校准件的端面穿过中心点。
替选地,在另一测量距离的情况下也可以求取侧面切换点,由此可以求取另一中心点,另一虚构的传感器轴线可以穿过所述另一中心点。同样可考虑的是,在多于两个测量距离的情况下求取侧面切换点,使得像这样的整个切换边界面可以虚拟地重建。
传感器控制器优选进一步构成用于从校准件的已知的校准位置、预先限定的测量轴线和求取的虚构的传感器轴线中计算工件测量位置,使得求取的虚构的传感器轴线与预先限定的测量轴线重合,其中当对心传感器位于计算出的工件测量位置中时,求取的中心点之一优选位于测量轴线与工件的齿顶圆的交点上。
由于求取的虚构的传感器轴线位于测量轴线上,确保接着在工件处测量的相位在理想情况下仅与要加工的工件的特性相关并且不由于对心传感器的虚构的传感器轴线关于测量轴线的不期望的偏移而失真。
校准件的校准位置和预先限定的测量轴线在此可以保存在传感器控制器的存储器中,由此可以自动化地执行所述方法。
工件架的坐标系可以是具有X方向、Y方向和Z方向的笛卡尔坐标系。替选地,工件架的坐标系可以是球坐标系或柱坐标系,或其他可实现明确表示在空间中的点的位置的坐标系。
附图说明
下面,根据附图描述本发明的优选的实施方式,所述附图仅用于阐述而不理解为是限制性的。在附图中示出:
图1a、1b示出根据本发明的用于加工预制齿的工件的机床的一个实施方式的立体视图;
图2a-2d示出根据本发明的校准件的五个不同的实施方式的立体视图;
图2e示出具有校准件的第六实施方式的根据本发明的机床的立体视图;
图2f示出图2e的校准件的第六实施方式的放大立体视图;
图2g示出具有校准件的第七实施方式的根据本发明的机床的侧视图;
图2h示出图2g的校准件的第七实施方式的放大侧视图;
图3a、3b示出校准件在根据本发明的机床中的优选的设置方式;
图3c示出用于容纳对心传感器的传感器保持件;
图4a-4d以示意(并非按照比例)的方式示出根据本发明的用于校准对心传感器的方法;
图5示出图解说明根据本发明的一个实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
图1a和1b示出用于加工预制齿的工件的机床2的一个实施方式的立体视图,其中图1b示出在图1a中框出的局部E的放大图。这里示出的实施方式尤其是用于滚动加刀具有槽形的型廓的旋转件的机床。这种机床在文件WO2021008915A1中被描述,其公开内容通过参引完全地在此并入。机床2具有工件架20、设置在工件架20上的工件主轴21,所述工件主轴限定工件主轴轴线A,其中工件主轴21具有工件主轴壳体211和在工件主轴壳体211中围绕工件主轴轴线A可旋转的、用于旋转驱动要加工的预制齿的工件工件主轴中心轴212,以及具有夹紧机构22,其中夹紧机构22构成用于容纳要加工的工件。在图1b中示出关于工件架20的、具有XM方向、YM方向和ZM方向的笛卡尔坐标系KM,在此作为实例具有在工件主轴轴线A上的原点。工件架20在这里示出的实施例中是沿YM方向可移动的工件滑块。这里示出的机床2还具有传感器定位设备25,所述传感器定位设备设置在刀架24处,其中在刀架24处设置有用于旋转驱动加工刀具的刀具主轴241。传感器定位设备25与刀架24一起可沿XM方向和沿ZM方向运动并且具有在YM/ZM平面中可线性移动的传感器定位臂251,在所述传感器定位臂中设置对心传感器1。对心传感器1在此反向平行于YM方向地定向。在图1a和1b中为了图解说明目的将校准件10的不同实施方式设置在相同的机床2中。而在实践中通常足够的是,机床具有校准件10的这些实施方式中的仅一个实施方式。如从图1b中可见,不同实施方式在机床中设置成,使得对心传感器1为了求取其响应性能可以借助传感器定位设备25沿着校准件10运动,其中对心传感器在运动1期间在此始终保持反向平行于YM方向定向。此外,为了实现校准件10相对于对心传感器1沿YM方向的运动,在这里示出的机床2中工件架20也可以运动。同样可见的是,在刀架24处设置的感触式探针30,所述探针可以用于求取在机床2的坐标系KM中校准件10的校准位置CM
在图2a-d中放大地可见校准件10的在图1a和1b中示出的实施方式。
在图1b的在图2a中示出的图局部D1中可见校准件10的两个实施方式。这两个实施方式设置在工件主轴壳体211处。在图局部中在前方的平面中示出的第一实施方式具有方形的基体,其中基体具有带有矩形横截面的第一槽11,其中第一槽11沿XM方向伸展。在图局部中在后方的平面中示出的第二实施方式从工件主轴壳体211的倾斜的表面中伸出并且同样具有沿XM方向伸展的、具有矩形横截面的第一槽11。如在图1b中可见,所述两个实施方式在工件主轴壳体处设置成,使得槽11沿关于工件主轴21的切向方向伸展。为了求取对心传感器1的响应性能,对心传感器1可以在校准件10的具有槽11的一侧上沿切向方向沿着槽11和/或沿ZM方向(这对应于关于工件主轴21的轴向方向)和/或沿YM方向(这对应于关于工件主轴21的径向方向)运动。
在图1b的在图2b中示出的图局部D2中可见校准件10的第三实施方式,所述第三实施方式设置在工件架20处。在图2b中示出的第三实施方式具有方形的基体,其中基体具有带有矩形横截面的第一槽11。校准件10的所述第三实施方式的基体还具有第二槽12,所述第二槽垂直于第一槽11伸展并且通入第一槽11中,其中所述第二槽12具有梯形横截面。在校准件10的与具有槽11的一侧相对置的一侧上,校准件10具有另一槽11’,所述另一槽平行于槽11伸展。具有矩形横截面的另一槽12’垂直于槽11’伸展,所述另一槽通入槽11’中。如从图1b中可看出,校准件10的所述第三实施方式在工件滑块处设置成,使得第二槽12平行于工件主轴轴线A伸展,由此模仿在要加工的工件中齿槽的形状和取向。为了求取对心传感器1的响应性能,对心传感器1可以在校准件10的具有槽11和12的一侧上沿切向方向沿着槽11和/或沿ZM方向(这对应于关于工件主轴21的轴向方向)和/或沿YM方向(这对应于关于工件主轴21的径向方向)运动。如在图1b中所表明,校准件的所述实施方式也可以在工件架(20)处转动180°地安装,由此于是将具有矩形横截面的槽12’在校准法期间朝向对心传感器1定向。
在图1b的在图2c中示出的图局部D3中可见校准件10的第四实施方式,所述第四实施方式可松开地设置在夹紧机构22中。校准件10的所述第四实施方式是盘形的并且具有带有校准齿13、13’的外部型廓。在所述实施方式中,两个校准齿13、13’彼此径向地相对置,其中第一校准齿13具有矩形的形状,而第二校准齿13具有梯形的形状。校准齿13、13’沿YM方向定向。为了求取对心传感器1的响应性能,所述对心传感器可以沿关于工件主轴的切向方向(XM方向)运动,由此反向平行于YM方向定向的对心传感器1可以无接触地扫描这两个校准齿之一(在此是具有矩形的形状的那个校准齿13)。如果校准齿13’(梯形的形状)的扫描变得是优选的,则校准件可以转动180°地设置。
在图1b的在图2d中示出的图局部D4中可见校准件10的第五实施方式,所述第五实施方式设置在夹紧机构22处。校准件10的第五实施方式具有方形的突出部14,所述突出部从夹紧机构21的表面径向地延伸,其中两个伸入夹紧机构的表面中的取向面15置于方形的突出部14两侧。在示出的实施例中,突出部指向YM方向并且置于两侧的取向面15关于切向方向在突出部14的两侧设置为,使得取向面15处于XM/ZM平面中。
图2e示出具有校准件的第六实施方式的机床2的立体视图,所述第六实施方式设置在工件主轴壳体211处。如在图2f中的图局部D5的放大图中可见,校准件的所述第六实施方式具有柱形的基体,所述柱形的基体设置在方形的承载件17处。柱形的基体具有柱轴线16,所述柱轴线在此平行于YM轴线伸展。
图2g示出具有校准件的第七实施方式的机床2,所述第七实施方式设置在工件主轴壳体211处。如在图2h的图局部D6的放大图中可见,校准件的所述第七实施方式具有半球形的基体,所述半球形的基体设置在方形的承载件17处,其中半球形的基体指向YM方向。
图3a和3b示出校准件10在机床2中的优选的设置方式,所述设置方式对应于图2a中的实施方式,其中图3b示出在图3a中框出的局部F的放大图。传感器定位臂251具有传感器保持件26,所述传感器保持件形成用于传感器架27的机械容纳部。如在图3c中可见,传感器架27具有止挡元件271,所述止挡元件用作为用于将传感器架27安装在传感器保持件26中的定位辅助。对心传感器1具有对心传感器表面O并且在传感器架27中安装为,使得对心传感器表面O与止挡元件271具有限定的间距e。这种传感器架27形成与用于不同结构尺寸的对心传感器1的传感器保持件26的统一接口。如果必须替换对心传感器1,则所述对心传感器连同传感器架27一起从传感器保持件26中取出。随后在传感器架27中装入新的对心传感器,使得对心传感器表面同样与止挡元件271具有相同的限定的间距e,这在传感器架27再次装入传感器保持件26中之前,可以通过适合的测量机构检查。如在图3a和3b中可见,尽管在刀架24处设置有加工刀具28,带有在传感器架26中的对心传感器1的传感器定位设备25也可以与校准件10无碰撞地运动,以便沿着方向XM、YM和ZM无接触地扫描校准件10,其中对心传感器1反向平行于YM方向定向。
在图4a-4d中以示意(并非按照比例)的方式图解说明根据本发明的用于校准无接触地工作的、发送切换信号的对心传感器1的方法。在本实施例中示出的对心传感器具有切换区域B,所述切换区域从对心传感器表面O延伸至在此虚线示出的切换边界面G并且限定虚构的传感器轴线AS。如果材料进入切换区域B中,则对心传感器1发送的切换信号改变。为了可以可靠地确定具有齿顶圆K的预制齿的工件23的齿的相位,应当计算工件测量位置PW,使得达到对心传感器1的尽可能对称的响应性能。当虚构的传感器轴线AS与预先限定的测量轴线AM(在此在沿ZM方向的预先限定的高度上平行于YM方向)重合时,并且当对心传感器表面O以预先限定的测量距离d与齿顶圆K间隔开使得齿顶圆K与切换区域B交叉时(参见图4a),达到这种对称的响应性能。
根据本发明,对心传感器1的虚构的传感器轴线AS借助校准件10求取,其中校准件10具有已知的几何形状并且位于工件架的坐标系KM中的已知的校准位置CM处。为此,对心传感器1被带到校准件附近。
在图4b-4d中示出校准方法的可能步骤:
在本实例中首先在第一步骤(图4b)中求取切换区域的顶端切换点S,其方式为:向校准件10的端面F的移近,其中端面在此位于XM-ZM平面中。如果对心传感器1在工件架的坐标系KM中的理论位置已经已知,例如,因为所述理论位置已通过在机器中的几何测量求取并且保存在传感器控制器中,则也可以省去顶端切换点S的求取,因为通过对心传感器1的已知的理论位置可以直接将后者移动到预先限定的校准位置PC。然而,对心传感器也可以位于暂时位置中,所述暂时位置与理论位置不同;例如当机器处于与在求取理论位置期间不同的温度状态中时。同样,当存在装入误差时;例如,当对心传感器表面O不具有在图3c中示出的与止挡元件设有的间距e时,或当传感器架27的止挡元件271已经以不齐平地贴靠在传感器支架26处的方式安装时,对心传感器的暂时位置可以与理论位置不同。通过求取在工件架的坐标系KM中的顶端切换点S,这种装入误差可以被识别。
在第二步骤(图4c和图4d)中,对心传感器1反向平行于YM方向运动靠近校准件10,在理想情况下,使得对心传感器表面O与端面F以预先限定的测量距离d间隔开,当对心传感器1(如在图4a中所示)位于工件测量位置PW中时,所述测量距离于是也应当在对心传感器表面O和工件23的齿顶圆K之间产生。
在第三步骤中,现在求取侧面切换点,所述侧面切换点沿XM方向和沿ZM方向位于对心传感器的切换区域B的切换边界面G上。在校准法的一个简单的实施方式中,在沿YM方向的唯一的测量距离d的情况下执行所述第三步骤,其中沿XM方向和沿ZM方向优选分别求取两个侧面切换点。在图4c中作为实例可见,对心传感器为了求取侧面切换点SF1如何平行于XM方向运动经过校准件的第一边缘k1,而图4d示出,对心传感器为了求取第二侧面切换点SF2如何反向平行于XM方向运动经过校准件的第二边缘k2。通过对心传感器1沿着ZM方向的运动,可以以相同的方式求取两个另外的侧面切换点。求取的侧面切换点存储在传感器控制器3的存储器31中。从存储的侧面切换点中于是可以求取切换区域B的理论中心点SZ。虚构的轴线AS穿过所述理论中心点SZ,其中所述虚构的轴线AS法向于XM/ZM平面。
为了在工件处测量,对心传感器于是达到工件测量位置PW,使得所述虚构的传感器轴线AS处于期望的测量轴线AM上,更确切地说如在图4a中所示出理想情况下,使得中心点SZ处于测量轴线AM与齿顶圆K的交点上,由此实现对心传感器1的尽可能对称的响应性能。
图5示出在用于加工预制齿的工件的机床2中的对心传感器1的校准法的上述实例,为了实施所述校准法,所述机床根据本发明的一个实施方式构成。首先,在刀架的坐标系KM中限定101测量轴线AM和测量距离d,以及求取102校准位置CM,在所述校准位置处设置校准件10。接着,将对心传感器1朝向校准件的端面F运动200并且在此求取201切换区域B的顶端切换点S。随后将对心传感器1定位成,使得对心传感器表面O与校准件10的端面间隔开202测量距离d。现在,使对心传感器1沿着校准件10运动,以便无接触地扫描203所述校准件。在此期间,对心传感器1发送切换信号,从所述切换信号中求取204侧面切换点。接着,从这些侧面切换点中求取205虚构的传感器轴线AS。在最后的步骤206中,将对心传感器1带到达到由传感器控制器3计算出的工件测量位置PW中,在所述工件测量位置中,所求取的虚构的传感器轴线AS与测量轴线AM重合。
附图标记列表
1 对心传感器
2 机床
3 传感器控制器
10 校准件
11、11’第一槽
12、12’第二槽
13、13’校准齿
14 突出部
15 取向面
16 柱轴线
17 方形的承载件
20 工件架
21 工件主轴
211 工件主轴壳体
212 工件主轴中心轴
22 夹紧机构
23 工件
24 刀架
241 刀具主轴
25 传感器定位设备
251 传感器定位臂
26 传感器支架
27 传感器架
271 止挡元件
28 加工刀具
30 扫描机构
31 存储器
KM 工件架的坐标系
CM 校准位置
PW 工件测量位置
PC 校准位置
A 工件主轴轴线
AM 测量轴线
AS 虚构的传感器轴线
B 切换区域
d 测量距离
F 端面
O 对心传感器表面
G 切换限界面
S 顶端切换点
SZ 中心点
SF1、SF2侧面切换点
k1、k2边缘。

Claims (29)

1.一种用于加工预制齿的工件的机床,具有:
工件架(20);
设置在所述工件架(20)上的工件主轴(21),所述工件主轴限定工件主轴轴线(A),其中所述工件主轴(21)具有工件主轴壳体(211)和在所述工件主轴壳体(211)中能围绕所述工件主轴轴线(A)旋转的工件主轴中心轴(212),用于旋转地驱动要加工的预制齿的工件(23);
对心传感器(1),所述对心传感器构成用于当所述工件(23)围绕所述工件主轴轴线(A)旋转时求取所述工件(23)的齿的相位,
其特征在于,
所述机床(2)还具有:
校准件(10),所述校准件位于相对于所述工件主轴(21)的限定的校准位置(CM)处;
传感器控制器(3),所述传感器控制器构成用于实施以下方法:
使所述对心传感器(1)相对于所述工件主轴(21)运动到校准位置(PC)中,在所述校准位置中,所述对心传感器(1)处于所述校准件(10)处;
求取所述对心传感器(1)的响应性能,其方式为:所述传感器控制器(3)使所述对心传感器(1)相对于所述校准件(10)运动并且在此期间接收所述对心传感器(1)的传感器校准信号,以及
使所述对心传感器(1)运动到工件测量位置(PW)中,在所述工件测量位置中,所述对心传感器(1)处于所述工件(23)处,其中所述工件测量位置(PW)与求取的响应性能相关。
2.根据权利要求1所述的机床,
其中所述对心传感器(1)相对于所述校准件(10)的运动包含关于所述工件主轴(21)沿轴向方向和/或沿径向方向和/或沿切向方向的运动。
3.根据权利要求1或2所述的机床,
其中所述校准件(10)设置在所述工件架(20)处。
4.根据权利要求1或2所述的机床,
其中所述校准件(10)设置在所述工件主轴(21)的固定的部分处,尤其设置在所述工件主轴壳体(211)处。
5.根据权利要求1或2所述的机床,
其中所述校准件(10)设置在所述工件主轴(21)的能旋转的部分处。
6.根据权利要求1或2所述的机床,
其中所述刀具主轴(21)具有用于将工件(23)夹紧在所述工件主轴中心轴(212)上的夹紧机构(22),并且其中所述校准件(10)设置在所述夹紧机构(22)处。
7.根据权利要求6所述的机床,
其中所述校准件(10)构成为,使得所述校准件能够以可松开的方式紧固在所述夹紧机构(22)处。
8.根据权利要求7所述的机床,
其中所述校准件(10)构成为,使得所述校准件能够通过自动的工件加载设备安置在所述夹紧机构(22)上并且能够从所述夹紧机构(22)移除。
9.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述校准件(10)具有基本上方形的基体。
10.根据权利要求9所述的机床,
其中所述校准件的基体具有槽(11),所述槽具有优选矩形的或梯形的横截面。
11.根据权利要求10所述的机床,
其中所述校准件(10)在所述机床中设置成,使得所述第一槽(11)在所述校准件(10)的基体中垂直于所述工件主轴轴线(A)伸展。
12.根据权利要求10或11所述的机床,
其中所述校准件的基体具有第二槽(12),所述第二槽具有优选矩形的或梯形的横截面,所述第二槽关于所述第一槽(11)成角度地,优选垂直于所述第一槽(11)伸展,并且通入所述第一槽(11)中。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的机床,
其中所述校准件(10)具有方形的突出部(14),所述突出部从所述工件主轴(21)的一部分的表面径向地延伸,
其中两个取向面(15)处于所述方形的突出部(14)两侧,并且其中处于两侧的所述取向面(15)关于切向方向设置在所述突出部(14)两侧。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的机床,
其中所述校准件(10)具有柱形的基体。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的机床,
其中所述校准件(10)具有球形的基体或半球形的基体。
16.根据权利要求1至8中任一项所述的机床,
其中所述校准件(10)是盘形的并且具有带有至少一个齿结构尤其校准齿(13)的外部型廓。
17.根据权利要求16所述的机床,
其中所述校准件(10)是要加工的工件。
18.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述机床(2)具有扫描机构(30),
其中所述扫描机构(30)构成用于测量所述校准件(10),以便获得限定的校准位置(CM)。
19.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述机床具有刀架(24),在所述刀架处设置有用于旋转地驱动加工刀具(27)的刀具主轴(241),并且其中所述对心传感器(1)设置在所述刀架(24)处。
20.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述传感器控制器(3)构成用于通过所述刀架(24)相对于所述工件主轴(21)的运动引起所述对心传感器(1)相对于所述工件主轴(21)的运动。
21.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述机床(2)具有用于定位所述对心传感器(1)的传感器定位设备(25),所述传感器定位设备设置在所述刀架(24)处并且能够与所述刀架(24)一起相对于所述工件主轴(21)运动,其中所述传感器定位设备(25)构成用于使所述对心传感器(1)相对于所述刀架(24)运动,并且其中所述传感器控制器(3)构成用于通过所述刀架(24)相对于所述工件主轴(21)的运动和/或通过所述传感器定位设备(25)相对于所述刀架(24)的运动引起所述对心传感器(1)相对于所述工件主轴(21)的运动。
22.根据权利要求21所述的机床,
其中所述传感器定位设备(25)具有传感器定位臂(251),所述传感器定位臂能够相对于所述刀架(24)运动,尤其能够线性地移动。
23.根据权利要求21或22所述的机床,
其中所述传感器定位设备(25)具有用于容纳传感器架(27)的传感器保持件(26),
其中所述传感器架(27)具有止挡元件(271),
其中所述对心传感器(1)具有对心传感器表面(O),并且其中所述对心传感器(1)在所述传感器架(27)中安装成,使得所述对心传感器表面(O)与所述止挡元件(271)具有限定的间距(e)。
24.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述对心传感器(1)是电感式对心传感器,并且
其中所述校准件(10)由导电材料尤其钢或钢铸件或铝构成,和/或具有导电表面。
25.根据权利要求1至23中任一项所述的机床,
其中所述对心传感器(1)是电容式对心传感器,并且
其中所述校准件(10)由介电材料构成和/或具有由介电材料构成的表面。
26.根据上述权利要求中任一项所述的机床,
其中所述对心传感器(1)构成用于发送切换信号,
其中所述对心传感器(1)具有传感器特有的切换区域(B),并且
其中所述传感器特有的切换区域(B)限定虚构的传感器轴线(As)。
27.根据权利要求26所述的机床,
其中在所述工件架(2)的坐标系(KM)中的所述校准件(10)的校准位置(CM)是已知的,
其中所述传感器控制器(3)构成用于通过求取所述对心传感器(1)在所述校准件(10)处的响应性能来求取虚构的传感器轴线(AS),
其中所述传感器控制器(3)还构成用于从所述校准件(10)的已知的校准位置(CM)、预先限定的测量轴线(AM)和求取的虚构的传感器轴线(AS)中计算所述工件测量位置(PW),使得当所述对心传感器(1)位于计算出的工件测量位置(PW)中时,求取的虚构的传感器轴线(AS)与预先限定的测量轴线(AM)重合。
28.根据权利要求26或27所述的机床,
其中所述传感器控制器(3)为了求取所述对心传感器(1)的响应性能构成为,求取在所述工件架(2)的坐标系(KM)中切换区域(B)的顶端切换点(S),其方式为:使所述对心传感器(1)沿法向方向朝向所述校准件(10)的端面(F)运动。
29.根据权利要求27或28所述的机床,
其中所述校准件(10)的校准位置(CM)和预先限定的轴线(AM)被保存在所述传感器控制器(3)的存储器(31)中,并且所述方法自动化地执行。
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