CN1807020A - 校准方法和使用这种方法的腐蚀和磨削机床 - Google Patents

Abstract

一种用于对磨床和/或腐蚀机床进行校准的方法提供了一个初校准过程和相应的再校准过程。在初校准过程中通过一个基准体和一个基准探头对所述机床进行一次检测，其中该基准体固定在一个工作主轴或一个工件支架上而基准探头固定在工件支架或工作主轴上。对从所有坐标方向的第一次触摸过程衔接磨削检验，在其中以迭代方式确定重复的触摸过程、尤其是以探头允差为基准的偏差并使其不起作用。直接在完成加工检验并因此完成对加工机床的初定标后，通过从所有的坐标方向触摸机床探头和一个试件体并存储所得到的位置数值，对机床内部的测量系统进行校准。对以后的再校准提供以存储的数值进行补偿的测量值，其中由所述偏差得到用于对工件继续进行加工的修正值。

Description

校准方法和使用这种方法的腐蚀和磨削机床

技术领域

本发明涉及一种方法，用于对一个磨床、一个腐蚀机床或一个组合的磨削-腐蚀机床进行校准和再校准，本发明还涉及一个实现这种方法的设备。

背景技术

例如在工具加工中使用磨床和/或腐蚀机床，以便以高精度加工工具。在此对加工精度提出越来越高的要求。不是在个别情况下而是要长期保证这种加工精度。这要求对所涉及的机床以及其控制系统进行仔细的校准。这种校准要尽可能长期有效并以简单的方法实现。

发明内容

本发明的目的是，实现一种用于一个磨床或腐蚀机床的校准方法，通过该方法能够长期地保证工件的加工精度。此外本发明的目的是实现一种实现这种方法的设备。

这个目的至少对其第一部分通过如权利要求1所述的方法得以实现。

按照本发明的方法机理是，所涉及的机床在初校准后不时地进行再校准，其中通过一个基准探头进行初校准而通过一个机床探头进行再校准。通过一个机床探头在再校准过程中获得的校准值是修正数据，它们被存储并由机床控制程序在后面的磨削或腐蚀过程中使用，以便修正磨床或腐蚀机床的轴位移。所述再校准在需要时有时可以自动进行，因此所述再校准在其精度上追述到初校准。所述初校准最好通过基准探头进行，该基准探头固定在工件夹具上。在工作主轴上在腐蚀刀具或磨削刀具的位置上固定一个基准体，例如一个基准盘。当存在这个条件时，在第一步骤中通过基准探头多次触摸基准体。在此对于每个坐标方向X，Y，Z分别进行至少一次触摸过程，所述坐标方向例如与相应的、作用于工件夹具或工作主轴轴承的定位装置的调整方向相一致。由此对于每个坐标方向获得一个第一测量值。具体地说，通过由各对应于各坐标的调整装置提供的位置数值与已知的基准盘或基准探头的三维坐标的计算获得测量值。但是这样获得的测量值只是一个第一近似值，因为最好可通断的基准探头的触摸点通常不能精确地已知。因此为了计算首先随机地假设一个探头的触摸点并在以这个假设以及已知的基准盘和探头尺寸以及调整机构的坐标值为前提的条件下计算一个用于所有坐标的第一修正值Δx，Δy，Δz。这个修正值应该表示误差位置，由于机床机架、导向装置的结构不精确性、由于热变化等在每个坐标方向上产生该误差位置。所述修正值存储在控制装置或一个对应于这个控制装置的存储器里面。

现在在第二步骤中进行一个试件磨削过程，在该过程中使用所存储的用于修正调整装置控制误差的修正值。符号正确地将修正值添加到用于试件磨削过程的坐标方向。在试件磨削过程中多次磨削一个试件体而且对于每个要被检验的坐标由两个方向进行磨削。磨痕例如是在试件体表面上磨出的很小的棱面。两个属于相同坐标的、由不同的坐标方向(例如+x和-x)进行的试件磨削或相应的棱面在试件体上相邻地设置。由尺寸差能够推断出+x与-x之间的位置误差。如果两个棱面大小相同，则不存在位置误差。如果两个棱面大小不同，则由尺寸差推导出一个修正值Δx，Δy，Δz并存储在控制装置或存储器里面。然后进行第二次试件磨削，仍然对其进行相同的评价。一直重复进行这种迭代直到在相关的坐标方向上磨削出相同大小的棱面。通常对于唯一的坐标例如X坐标进行这种迭代过程就足够了。这一点至少在所使用的基准探头对于其探测销在所有径向上的侧向偏转具有相同的触摸点时是有效的。对于X坐标(或所选择的其它坐标)获得的探头修正值可以用于其它现有的坐标。

如果磨削或腐蚀机床以这种方式获得其初校准，接着通过使位于机床中的试件体与位于机床中的机床探头处于触摸直接进行第一次再校准。存储在这种试件探测中获得的修正值Δxn，Δyn，Δzn。它们表示机床探头相对于基准探头的测量偏差。以后的再校准过程在这些通过初校准获得的修正值上进行测量。如果在以后的再校准中例如对于三个坐标方向X，Y，Z得到与Δxn，Δyn，Δzn偏离的Δxs，Δys，Δzs，则这些偏差表示例如由于温度变化引起的机床尺寸变化并在继续加工中予以考虑。

有利的是，使用所述基准探头或至少一个坐标方向进行两次触摸。在此所述基准探头最好一次作用于且触摸在探头纵向上而另一次作用于且触摸在探头横向上。由两次探测检验能够计算探测销的旋转点，它对于继续的测量值处理过程是有意义的。

上述目的的第二部分通过一个具有权利要求10特征的机床得以实现。这个机床配有一个试件体和一个机床探头，其中一个这种部件固定在工作主轴轴承上而另一部件固定在工件支架上。此外该机床具有一个控制装置，它具有相应的控制软件，该控制软件可以在校准模式中通过基准探头进行校准过程并可以在一个再校准模式中通过相应的机床探头进行上述校准过程。该控制软件执行上述步骤，其中它要求由操作者在校准过程(初校准)中输入。这些输入在最简单的情况下可以是测量偏差的推测值Δx，由在步骤2中产生的棱面尺寸差得出该推测值。在此所述机床调整装置必需提供一个合理的推测值。但是也可以在控制软件中设置一个推测模型，它可以由棱面的尺寸差推测出修正值Δx(或Δy或Δz)。在此该推测模型建立在这样一个假设上，即，对棱面之间的一个较大的尺寸差配置一个在趋势上更大的修正值Δx。在最简单的情况下假设并建立一个成比例的关系。

附图说明

由附图、描述以及权利要求给出本发明有利实施例的其它细节。在附图中示出一个本发明的实施例。附图中：

图1以极其简化的视图示出一个磨削或腐蚀机床，

图2至5以示意图示出初校准过程的不同步骤，

图6和7分别以俯视示意图示出在试磨削过程期间在不同的位置一个具有磨削刀具的磨头与一个毛坯触摸，

图8以侧视示意图示出按照图6和7的磨削刀具和毛坯，

图9以另一比例的侧视示意图示出经过磨削的毛坯，

图10和11分别以极其简化的俯视图示出在一个磨削过程期间在不同的磨削位置具有一个磨削刀具的磨头和毛坯，

图12以简化正视图示出在执行按照图10和11的磨削过程之后的毛坯。

图13至16示出了再校准的不同步骤。

具体实施方式

在图1中简示出一个磨削机床1，它具有一个机床机架2，该机架支承一个磨头3和一个工件夹具。所述磨头3通过一个相应的滑板结构可移动地支承在两个方向Y，Z上。为了在这两个方向上调整磨头使用一个驱动装置，该驱动装置通过一根Y控制导线和一根Z控制导线连接到一个控制装置7上。在这里“控制导线”也可以是各种信息通道，例如一个数据总线，通过它们可以将控制命令传递到相应的驱动装置并将驱动装置的位置信号返回到控制装置7。

所述工件夹具4同样通过一个滑板结构支承在机床机架2上，使得它可以在X方向上调整。该工件夹具在X方向上的调整运动通过一根X控制导线8由控制装置7进行监控。此外可以规定，所述工件夹具4围绕一个垂直轴线A可旋转地支承。该旋转运动通过一个旋转驱动装置起作用，它通过一根A控制导线9与控制装置7连接。该控制装置7例如是一个具有一个用于存取的存储装置11的计算机，该存储装置可以存储数据和程序并通过存储装置11随时准备用于存取。

所述磨头3具有一个工作主轴12，在其上可以固定磨削刀具，例如砂轮，用于加工工件。所述工作主轴12的旋转轴线平行于X方向。在磨头3上还设置一个机床探头14，它具有一个用于触摸一个试件体16的探头部件15，该试件体固定在工件夹具4上。所述试件体16例如是一个刚性装配在工件夹具4上的球体，而探头部件15是一个具有探测板和/或探测球的探测销。所述工件夹具4具有一个用于一个工件、如一个圆柱形毛坯的容纳体17，从容纳体中在磨削工艺中使用一个钻头或其它刀具。

因此对所述磨床1进行如下的校准：

如图2所示，为了进行初校准在磨头3的工作主轴12上固定一个例如基准盘13形式的基准体并在工件夹具4的工件容纳体17上固定一个基准探头19。这个探头例如由可通断的测量探头构成。其探测销21是可以侧向偏转以及轴向移动的。如图3所示，在侧向偏转时该探测销围绕一个旋转点D旋转。

在将基准盘18和基准探头19固定在磨头3和工件夹具4上之后，所述控制装置7以一个校准运行方式使磨头3在Z方向上移动到工件夹具4的高度并且使工件夹具4在X方向上运动移动到磨头3上，以便通过基准探头19触摸基准盘18，如图2所示。为此所述工件夹具4围绕其轴线A这样旋转，使探测销21沿着X方向竖立。当探头到达其触摸点时，停止工件夹具4的进给运动。现在通过已知的和存储的基准盘18和基准探头19的尺寸数据计算通过X控制导线8得到的工件夹具4的位置数据。由基准探头19和基准盘18的尺寸数据以及X-位置数据得到一个所期望的触摸点，对于该触摸点所述基准探头19必需动作。实际的触摸点通常与其偏离。存储该行程差Δx。

然后如图3所示，通过A控制导线9这样控制对应于A轴线的控制装置，使基准探头19通过其探测销21平行于Y方向竖立。然后再通过X控制导线通过对对应于X方向的驱动装置的控制进行基准盘18在X方向上的触摸。由这个触摸检验确定一个Δx值，其中由按照图2和图3的两次触摸检验的结果比较能够确定探测销21旋转轴线D在基准探头19中的位置。

现在接着进行在图4中所示的触摸检验，其中使用在图4中垂直于图面的Z轴作为触摸方向。为此通过Z控制导线6这样控制对应于Z方向的驱动装置，使基准探头19动作。然后按照图5进行Y方向的触摸检验。由此得到相应的数值Δx，Δy。将它们进行存储。

直接在进行这个探测过程之后还总是在用于重新校准的第一步骤范围中进行一系列的磨削检验。在图6至12至示出这些磨削检验。按照图6，一个对应于X方向的第一磨削检验使一个由工件夹具4夹紧的圆柱形毛坯或其它物体22在Y方向上对准并在X方向上在一个由磨头3支承的砂轮23上导引。现在在X方向上进行一个进入到给定磨削深度的进给运动。按照图7在同一物体22上通过同一砂轮23进行第二次磨削检验，其中该工件夹具4围绕A轴线旋转180°而物体22围绕其纵轴线旋转180°。现在直接在第一次磨削检验中产生的且在图9中示出的棱面24旁边产生一个第二棱面25。在此按照现有的机床调整数据致力于相同的磨削深度。但是这个磨削深度一般不能在第一次检验中直接得到，因为在上述基准中获得的修正值Δx(按照图2和图3获得的)还是不精确的。图8示出，对于按照图6和图7的两次磨削检验所述砂轮23实际上如何在以不同的深度顶进物体22，因此在磨削深度几乎没有不同的时候所述棱面24，25已经具有明显不同的大小。

现在由棱面24，25的尺寸差可以推断出修正值Δx的一个必需的修正。在最简单的情况下这一点可以由操作者进行并通过输入装置输入到控制装置7。但是也可以仅测量棱面24，25的尺寸差，即，其在物体22圆周方向上的长度差并将这个尺寸输入到控制装置7。在这种情况下所述控制装置7可以通过一个尺寸修正修正值Δx，该尺寸与棱面24，25的尺寸差成比例。

在完成这个修正以后重复进行按照图6和图7的磨削检验和与其衔接的棱面24，25的测试以及修正值Δx的修正，直到所述棱面24，25大小相同。如果做到这一点，可以将现在所确定的用于修正值Δx所计算的、在磨削检验中反复确定的附加修正值ΔxR作为基准探头的修正值并据此用于其余的坐标方向Y和Z。至少在基准探头19在所有垂直于其探测销21的偏转方向上这个修正值具有相同的触摸点位置。

在图6至9中所示的磨削检验被用于按照图3至5的基准探头19的触摸过程的定标，而图10至12示出一个试件磨削过程用于对基准探头19在其按照图2的触摸过程中的定标。仍然使用所述试件体22或者也可以使用其它的相应试件体并且这一次在其端面上磨削。为此该试件体从正的或负的X方向移动到砂轮23并分别磨削标定的相同深度。由按照图12所产生的具有不同棱面26，27的磨削图形仍然可以推断出一个X误差。这个误差表示一个对于基准探头19轴向的偏差ΔxA。在迭代进行的磨削检验中获得的棱面26，27的参数完全相同大小的时候确定数值ΔxA。

在由此实现的机床1和基准探头19的定标之后必需进行磨床1的第一次再校准，在其中校准所述机床探头14。在图13至16中示出这个过程。通过试件体16触摸机床探头14或其探头部件15实现所述再校准，该探头部件例如通过一个立方体构成。为此所述试件体16按照图3和4两次在X方向上探测，其中该试件体在两次探测检验期间以90°围绕A轴旋转。在紧接着前面通过基准探头19进行的初校准之后存储现在获得的触摸位置并作为给定值，对于该触摸位置所述触摸探头14动作。所述试件体15相应地按照图15在Y方向上并按照图16在Z方向上进行探测，其中所获得的触摸位置仍作为给定值存储。

由此完全结束磨床的校准。该磨床在运行中可以以现有修正值Δx、Δy、ΔxR、ΔxA为基础。

如果在一定的时间过后需要再校准，例如因为磨床产生温度变化，则重复进行按照图13至16的再校准。如果在这四个试件探测过程中产生与在初校准中存储的数据的偏差，则获得并再存储这些与所存储数值的偏差。它们可以作为在磨头3和工件支架4在未来定位时的再校准修正值。

所述再校准可以随意地经常重复并且每一次都通过试件体16与来自不同的探测方向的机床探头15的触摸实现。无需重新校准。

在类似的方法中可以实现对于腐蚀机床和在组合的磨削-腐蚀机床上的重新校准和再校准。

一种用于对磨床和/或腐蚀机床进行校准的方法提供了一个初校准过程和相应的再校准过程。在初校准过程中通过一个基准体和一个基准探头对所述机床进行一次检测，其中该基准体固定在一个工作主轴或一个工件支架上而基准探头固定在工件支架或工作主轴上。对从所有坐标方向的第一次触摸过程衔接磨削检验，在其中以迭代方式确定重复的触摸过程、尤其是以探头允差为基准的偏差并使其不起作用。直接在完成加工检验并因此完成对加工机床的初定标后，通过从所有的坐标方向触摸机床探头和一个试件体并存储所得到的位置数值，对机床内部的测量系统进行校准。对以后的再校准提供以存储的数值进行补偿的测量值，其中由所述偏差得到用于对工件继续进行加工的修正值。

Claims (10)

1.一种方法，用于对一个磨床(1)、一个腐蚀机床或一个组合的磨削-腐蚀机床进行校准和再校准，该机床具有一个用于安装一个磨削刀具(23)或一个腐蚀刀具的工作主轴(12)和一个连接在一个工作主轴轴承(3)上的机床探头(14)，该机床对于工件具有一个工件支架(4)，它具有一个工件容纳体(17)，其中所述工作主轴(3)和工件支架(4)通过一个调整装置在一个控制单元(7)的监控下可以相互调整，其中所述控制单元(7)具有一个存储装置(8)，以存储校准值并且在工作主轴轴承(3)上并在工件支架(4)上固定一个机床探头(14)和一个试件体(16)，本方法具有一个第一步骤，在其中对工作主轴(12)配备一个基准体(18)而对工件容纳体(17)配备一个基准探头(19)，并且在该步骤中通过相应地调整调整装置对基准体(16)进行多次触摸并存储得到的测量值；本方法具有一个第二步骤，在其中对工作主轴(12)配备一个磨削刀具(23)而对工件容纳体(17)配备一个物体(22)并在该步骤中在一个磨削检验中对物体(22)由不同的方向进行磨削；本方法具有一个第三步骤，在其中由在第二步骤中产生的磨削图形(24，25，26，27)确定出对于在第一步骤中存储的测量值的推测修正值，其中当该修正值大于一个容许值时，将该修正值通知控制单元(17)，以便修正存储的校准值，并返回到第二步骤，在其它情况下继续第四步骤；本方法具有第四步骤，在其中通过机床探头(14)触摸试件体(16)并通过在步骤一至三中确定的测量值对探测结果进行补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第四步骤中进行补偿时通过在步骤一至三中确定的测量值与第四步骤获得的测量值之间的差值确定对于现有的机床坐标(X，Y，Z，A)的修正值并且在以后的局部处理时考虑该差值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不时地重复第四步骤，以便实现测量值补偿。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为基准体(18)使用一个基准盘。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为基准探头(19)使用一个可通断(schalten)的探头。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所有的坐标方向各一次地触摸所述基准体(19)并从所选择的坐标方向(X)以不同的触摸方向两次地触摸基准体。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步骤中为了检验一个坐标的精度分别从这个坐标的相反方向磨削所述物体(22)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在两个相邻的位置(24，25，26，27)磨削所述物体(22)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由所述相邻位置(24，25，26，27)的尺寸差确定在第三步骤中要推测的修正值。

10.一个机床，具有一个用于执行如权利要求1所述方法的装置。

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