CN1496788A - 一种对被加工表面同时进行加工和测量参数的方法 - Google Patents

一种对被加工表面同时进行加工和测量参数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用带有支承一工具的轴的机械对表面加工中、确定工件表面不同参数的方法，其中轴以可旋转的方式支承在壳体的至少一个轴承内，位移传感器装置安装在壳体中，两个第一工件用不同的退下次数加工，在退下次数中产生两组不同级别信号，轴偏离的传感器信号储存在计算装置内；对第一两个工件进行加工和测量，结果加在计算装置内；第一工件加工中轴位移的存储传感信号，在与具有同一工件测量结果比较，并计算恒定值；在后来工件加工中得到的位移传感信号输入计算装置，同时对恒定量处理，给出已输入的和运行着的机械刚度链的真实总偏离的一系列传感器信号；利用该真实的总偏离信号，对后面加工工件的不同参数计算。

Description

一种对被加工表面同时进行加工 和测量参数的方法
技术领域
本发明涉及一种便于对被加工表面同时进行加工和测量参数的方法，特别是用在受研磨操作的工件上的孔。
背景技术
在工件内不同形式的加工孔或其它表面的加工过程中，很明显，为了得到良好的结果，应该对孔进行测量，从而连续的确定如孔径、锥度和圆度等参数。在实施上述方式之前，主要采用不同型式的测量仪表，这种测量方法意味着测量必须在研磨操作之间进行。这样必然在某种程度上增加总的加工时间，在大量生产中这种情况是不能接受的。
为了改进加工过程和测量孔径和锥度的操作，常常使用测量指针，当砂轮移开时，该测量指针进入孔内，然而，即使在这种情况下，测量也是在研磨操作之间进行，这就意味着需要长的研磨周期。测量指针不能用于圆度测量，而这一使用要求就意味着机械需要额外的设备，该设备在测量指针接近测量位置和离开该位置时容易被损坏。而且，该已知的测量设备具有较低的分辨率。
DE-A1-10029965涉及一种为了达到工具检测的目的，对旋转轴进行准确、无接触加载测量的方法和装置。该装置装有至少一个位移传感器，该传感器测量由作用在轴支承的工具上的轴向力、径向力或扭矩引起的旋转轴相对壳体的位置变化。因此，工具上未加负载的轴旋转一圈产生的测量信号曲线，代表旋转轴被测表面的不规则和不圆度，并把该信号曲线存储在计算装置内；然后，从装有工具的轴和轴负载旋转一圈产生的测量信号曲线减去上述信号曲线，以补偿由轴自身的不规则和不圆度产生的测量信号曲线部分，因而，使计算装置发射只代表轴和工具负载的输出。通过重复检测和借助旋转角度传感器，从计算装置中能得到代表没有轴不规则和不圆度以及轴负载影响的纯工具负载曲线。
发明内容
本发明的目的是提供一种对工件的被加工表面同时进行加工和参数测量的方法，例如对内部加工如研磨中的孔的孔径、锥度和孔的圆度进行测量，该方法如权利要求1中所请求保护的方法。
附图说明
下面，参照非限制性的附图中表示的机械轴的实施例进行更详细的说明，该装置可用于执行本发明的方法。
图1表示本发明同时进行研磨和测量中磨削主轴的示意断面侧视图；
图2表示沿图1中线A-A的横截面端视图；
图3表示带有多个装在装置内的传感器的保持器的端视图；
图4表示沿图3中沿B-C线的断面图。
具体实施方式
图1示意性地表示出机械轴1，该轴由例如电马达2的驱动装置可旋转地驱动且可旋转地支承在第一轴承3和第二轴承4内。轴承3、4和马达2装在壳体5内，通过它们当中的开口，机械轴伸出一自由端6，该自由端上固定一工具7，在此是砂轮，其在图中的情况下表示砂轮与环形工件9内的孔8处于加工接触，该工件由未示出的驱动马达、通过未示出的夹具可旋转地驱动。在工件9的旋转轴线10与轴1、6的旋转轴线11之间有一偏移量O。工件还可以根据由电磁圆板驱动和二块支承瓦支持工件的特种无心(microcentric)原理旋转。
在邻近轴承4最接近工具7且在壳体5内的某一位置，设置一保持架(retainer)12，该保持架用于至少一个位移传感器13，该传感器通过电缆14与用16表示的计算装置(evaluation unit)连接。
图2表示沿带有孔8的工件9的线A-A的断面图，图中表示的孔具有夸大的不规则和不圆度。从图中可以看出，工具或砂轮7的表面与工件9的孔8的内表面正处于加工接触中，因而工件和工具的轴线10和11彼此偏离。
图3表示保持架12的示意端视图，该保持架带有四个用于检测轴沿径向位移的传感器13，还带有两个用于检测轴沿轴向位移的传感器15。对传感器的数量和类型都没有苛求，但对于同类型的传感器而言，最好等间距地彼此间隔开。而且，最好有差别地连接所有的传感器，以补偿温度差、漂移(drift)以及电和磁的干扰。
传感器通常是非接触式的。
所有传感器13、15通过电缆14与计算装置16连接。
图4以沿图3中线B-C的断面图表示在保持架12中用于径向位移测量的传感器13和用于轴向位移测量的传感器15的不同传感器的定位。
本发明的基本思想在于：在机加工操作的同时，实时地确定正被加工操作的物体的参数如直径、圆度和锥度，而无需在工件上或工件内提供任何测量设备，同时，上述参数利用与轴成整体的具有高分辨率的位移传感器13、15测得，从而在研磨操作中测量出轴的偏离。通过确认从相对于工件接触的砂轮接触到被测量的位移信号的偏离、位置和角度的传递函数，能够计算出砂轮相对工件的位置和偏角。这些传递函数取决于轴和主轴(quill)的弯曲度以及轴承的变形、加上机械、机架(workhead)、轴、滑动面(slides)等的变形。传递函数中的参数可用于系统被计算和/或校准。对于在研磨循环末端出现的小变形，函数通常是纯线性的。被测量的位移信号与磨力销之间的关系，还可以通过计算和/或测试而估算。该信息可用于优化进给速度且可以看出砂轮立即切销的情况。通过依据工件的旋转角度标绘出真实的偏离和机架轴的偏心率(runout)，能实时地产生出孔的圆度图表。工作速度既可以在机架轴上例如利用转速计(未示出)直接测量出来，也可以通过传感器信号的频率分析间接测出。孔径可以从轴的真实偏离和输送位置计算出来。锥度从砂轮的偏离角度中得到。通过在两个方向上测量，可以得到与进给力有关的切削力。利用高分辨率的传感器，可以探测送气端。在此，位移传感器可以取代例如声传感器系统的其它的系统。
在利用具有支承工件7的轴1、6的机械对表面进行机加工当中，确定工件9表面的不同参数的方法，其中，轴以可旋转的方式支承在壳体5中的至少一个轴承4内，同时位移传感器装置13、15安装在壳体内，用于测量在机加工操作中轴受到的位移，其特点是：两个被加工的第一工件9在不同的退下次数(back off time)进行加工，以在退下次数产生两组不同级别(level)的信号，因而把代表轴偏离的传感器信号储存在计算装置16内，因此，对这样被加工两个工件进行测量，将测量结果加到计算装置中，然后把已存储的代表在两个工件加工当中轴受到的位移的传感器信号在计算装置16中，与同一工件的测量结果相比较，计算出恒定值，该恒定值是传输恒定值(transferconstants)，其代表传感器信号上的机械刚度链(machinestiffness chain)(从机械接触(machine contact)，经过轴、机械和工件回到机械接触)的总偏离的影响，由此，把后来工件9加工当中得到的位移传感器信号加入到计算装置并对恒定值进行处理，给出代表被加载和运转机械刚度链真实总偏离的一系列传感器信号，然后，利用该真实的总偏离信号，用于计算后来被加工的工件的不同参数。
真实的总偏离恒定值还可以通过一个加工操作早已停止、且仍有很大的非圆度(unroundness)的工件计算出来。把依据工件的旋转角度标绘的退下之前最后旋转的记录信号与被测工件的结合给出传递函数。
根据真实的总偏离信号和记录的输送位置，能依据这两个值、参照第一被加工工件计算出被加工的孔径。
通过测量或计算工件的旋转角度及根据工件的旋转角度标绘真实的总偏离，能产生同时加工的工件的圆度的实时图。
代替在研磨轴上测量位移，传感器可用于机架轴或者工件的基准面上，也可以计算出同样的参数。
利用一角度位置探测器，例如在机架轴上或工件上的转速计，可以测量工件9的旋转角度，或者通过用于确定传感器信号自我重复的周期的信号处理来计算。
对于孔的长度和砂轮是相同的孔而言，孔的锥度可以直接从用于角偏离量的传递函数和传感器信号计算。
通过沿轴向输送工件7以及在沿轴向彼此间隔开的两个位置上确定的孔径而进行测量，能够确定被加工表面的锥度，对较长的孔也是这样。
传感器固定器都安装在旋转壳体5内，而且不管在多么艰难的测量环境下，传感器都由壳体保护着并密封在其中。
通过上述方法，能够实时的得到在加工操作中清楚的说明(最好是图表)工件的即时参数，因此，能够考虑到在真正的机加工操作中，被加工工件的公差和质量。还能检测切削力且使砂轮的磨削间距优化。
本发明并不局限于已说明和描述的实施例，而是能在从属权利要求的范围内进行修改和变型。

Claims (8)

1.一种在使用带有支承工具(7)的轴(1，6)的机械进行表面加工中确定工件(9)表面的不同参数的方法，该轴以可旋转的方式支承在壳体(5)中至少一个轴承(4)内，其中安装有位移传感器装置(13，15)，该装置用于测量在加工操作中工具轴或机架轴所承受的位移，其特征是：
以两个不同的退下次数加工两个第一工件(9)以在退下次数产生两组具有不同级别的信号，由此将代表轴偏离的传感器信号存储到计算装置(16)中；
这样被加工的所述第一两个工件被测量，且将这个测量结果输入计算装置内；
代表在第一两个工件加工中轴所承受的位移的存储的传感器信号在计算装置(16)中与相同工件的测量结果进行比较，并计算出恒定值，该恒定值是传输恒定值，其代表传感器信号上机械刚度的总偏离的影响；
记录所述两个第一工件之间输送位置上的差别；
由此，把后来工件(9)加工时得到的位移传感器信号送入计算装置，并与恒定值一同进行处理，以给出代表被加载的和运行着的机械刚度链的真实总偏离的一系列传感器信号；
其后，利用这些真实总的偏离信号计算接下来被加工工件的不同参数。
2.一种在使用带有支承工具(7)的轴(1，6)的机械进行表面加工中确定工件(9)表面的不同参数的方法，该轴以可旋转的方式支承在壳体(5)中至少一个轴承(4)内，其中位移传感器装置(13，15)安装在所述壳体中，该装置用于测量在加工操作中工具轴或机架轴所承受的位移，其特征是：
第一工件(9)被加工，所述加工在仍有很大不圆度时被早期停止；
存储在计算装置(16)内的代表轴偏离的传感器信号，通过依据工件旋转角度标绘的在退下之前最后旋转的记录的信号与被测工件的结合得到，已存储的代表第一工件加工中轴所承受的位移的传感器信号在计算装置(16)中与相同工件的测量结果进行比较，且计算出一恒定值，该恒定值是一个传输恒定值，其代表传感器信号上机械刚度的总偏离的影响；
记录第一工件的输送位置；
由此，在后来的工件(9)加工中得到的位移传感器信号被送入计算装置，并与恒定值一同处理以给出代表被加载的和运动着的运转机械刚度链的真实总偏离的一系列传感器信号；
其后，利用这些真实的总偏离信号以计算后来被加工工件的不同参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：
利用已记录的输送位置，从这些已记录的输送位置和真实的总偏离信号、参照第一被加工工件或多个工件，计算被加工的孔的直径。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是：
测量或计算工件的旋转角度；以及
通过依据工件的旋转角度标绘出真实的总偏离来产生同时承受加工的工件的圆度的实时图。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：
利用例如转速计的角度位置探测器来测量工件(9)的旋转角度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是：
通过用于确定传感器信号自身重复周期的信号的处理来计算机架轴(10)的旋转角。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的方法，其特征是：
沿轴向输送工具(7)并进行测量以在轴向上彼此隔开的两个位置上确定孔直径，从而确定被加工表面的锥度。
8.根据权利要求3到6中任一项所述的方法，其中孔与砂轮的长度相等，其特征是：
从用于偏离角度的传递函数到传感器信号直接计算孔的锥度。
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