CN1856386A - 带有同心度修正的研磨机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨机工具，其包括一个机器控制装置，该装置通过一个例如包括传感器(9)和测量模块的合适的测量装置，首先确定相对于工件接收器的理想接收器轴线(C)的摆动偏斜。在一个坯件(7)或工件的研磨加工中，考虑该摆动倾斜并予以补偿；也就是，研磨工具以将工件加工到精确的预定尺寸及同心的方式跟踪一滚动工件。

Description

带有同心度修正的研磨机
对于研磨机器，特别是工具研磨机器而言，目前必须达到很高的精确度，这就对所包含的所有机械元件的精确度有了严格要求，特别是对于工件的支承和导引以及研磨头的支承和导引。这里不精确的夹具意味着很大的问题。
从这一点考虑，，本发明的目的在于制造一种研磨机，特别是工具研磨机，其可以以简单、可靠的方式以高精确的同心度来制造工具。
根据权利要求1-8的研磨机可以实现该目的，所述研磨机在由夹持工件限定的坐标系的基础上实施所需求的研磨加工。其可以通过直接使用工具坐标进行加工来完成，或者，最好通过首先由测量来确定工具坐标系的位置和方位并随后通过动态转换将该工具坐标系转化为研磨机的坐标系来完成。对于动态转换而言，使用了一个转换矩阵，其可以通过机械坐标系内工件的方位及其坐标系来获得。结果，机器控制装置会考虑工件在研磨机坐标系中的实际任意的定向误差。如果例如，该机器的坐标包括笛卡尔坐标X、Y、Z，该坐标描述了研磨轮和工件之间的相对运动以及研磨头和/或工件夹具所围绕转动的一个或多个转动轴线的特征，那么除了研磨机的坐标外，还使用了工件接收器的接收器轴线，该轴线描绘了工件接收器相绕被夹持工件的纵向的转动。因此，在大多数情况下，研磨机的坐标系具有六个自由度；即，它具有三条线性轴线和两条枢转轴线以及一条转动轴线。这最后一条轴线由接收器的轴线形成。
工具坐标系统例如为一笛卡尔或极坐标系。该坐标系被设计成至少一条轴线形成优选圆柱形坯件的对称轴线。在第一测量步骤中决定该坐标方向(也称为工件轴线)。其在研磨机坐标系统中，可通过一个合适的测量装置(例如一个光学测量装置或一个机械示踪器)来实现，其中，所述测量装置在工件接收器绕接收器轴线转动的一圈或多圈过程中，在其外套表面上对最初大致为圆柱形的坯件进行跟踪。记录所存在的滚动。从坯件所采用的路径，能够计算出工件轴线相对于接收器轴线的位置。接收器轴线和工件轴线不必相互交叉。工件轴线相对于接收器轴线的位置由两个量x0、r0确定。这两个矢量描述了这两条轴线彼此之间的偏心度和未对准度的特征。
考虑这些矢量，控制装置将坯件的位置转换为研磨机的坐标系，并且在起动与部件(即，研磨机的研磨头或工件夹具)的运动(轴线)的各种方向相关的适合的控制马达时，对其加以考虑。对其进行考虑的方式为：修改关于各个轴线的各个控制马达运行的现存及之前确定的命令。然而，其实现方式也可以是：当形成控制马达的各个控制命令时，考虑工件的滚动。最后通过建立一个转换特性曲线T来完成，其中，该转换特性曲线考虑到矢量x0、r0，将工件坐标系中的点PW的动态转换转化为机器坐标系(PM＝T(PW))中的点PM。随后，再将这个新变形TNEW(T、x0、r0)用于将工件坐标系中的点PW转换(拷贝)为机器坐标系中的点PM；PM＝TNEW(PW)。应注意的是，矢量x0、r0取决于描述了接收器绕接收器轴线转动的机器坐标系的坐标C。
优选，在每次开始对尚未加工的坯件进行机加工操作时，确定矢量x0、r0。对于每次机加工操作而言，由此建立各个转换特性曲线TNEW(T、x0、r0)。因此，对于各个坯件而言，可使用不同的夹具，其准确性不再严格。即使使用非常便宜的夹具，也可以制造高精度机加工的工具，其磨削刀刃和其它的功能面均以对于工具轴线可能是最好的方式来定位。工具轴线由坯件上的预定工具轴限定。后者可形成圆柱或圆锥形。虽然能够确保精确夹具中的精确同心度，但是，也可以在一个精度非常低的夹具中研磨所述工件。
通过附图、说明书和权利要求书，将能更清楚地了解本发明的有利实施例中的细节。在附图中显示了本发明的一个示意性实施例。其中：
图1为工具研磨机的概略示意图；
图2为工具夹具和研磨头的顶视图；
图3为在最初测量期间的工具夹具和被夹紧的坯件的示意图；
图4为机器坐标系以及其中的坯件的位置的示意性放大视图；以及
图5为图1所示的研磨机的机器控制器的电路框图。
在图1中，示意性地显示了工具研磨机1。它包括一个机架2，该机架带有一个研磨头3和一个工具夹具4。如图1中箭头示意性所示的那样，工具夹具4和研磨头3彼此间沿三个坐标方向X、Y和Z是可调节的。X方向、Y方向和Z方向的相应导引件以及未示出的用于沿这些方向移动所述工具夹具4和研磨头3的驱动机构此处表示“轴”或“CNC轴”。工具夹具4还绕垂直轴线B可枢转地被支承。工具夹具4还具有一个可绕接收器轴线C转动的工件接收器5。如图5示意性所示，沿所有方向X、Y、Z和绕轴线B和C的运动由机器控制装置6监控，或者，换句话说，由其控制/调节。
研磨头3用于把固定在工件接收器5中的坯件7制成所希望的工件，例如钻头或铣刀或类似物。坯件7优选为圆柱体。如图3所示，其通常由不完全与接收器轴线C共轴的工件接收器5夹持。取而代之，圆柱坯件7的对称的轴线，或者换句话说，工件轴线D偏离接收器轴线C。通常，该偏离是随机的，并且，其越高，工件接收器5的精度就越低。接收器轴线C和工件轴线D根本不必相互交叉；即，它们可以彼此倾斜。一旦坯件7绕接收器轴线C转动，坯件7就会滚动。
机器控制装置6具有测量模块8，属于该测量模块的一个或多个测量示踪器9(图3)或其它测量装置能够检测坯件7的位置。如果使用示踪器9，则例如在坯件7的一圈或多圈转动期间，这些示踪器例如在不同点处，在工件的外周边上，或者换句话说，在其外表面上跟踪该坯件。通过确保在跟踪操作彼此之间，在所有情况下绕接收器轴线C转过一固定角度值，并且，随后再次跟踪，由此能够在其外周边的三个或多个点上跟踪坯件。如果在多次转动过程中执行所述跟踪操作，也可以检测到周期误差，该误差的周期延续于坯件的多圈转动中并且这些误差起源于例如驱动齿轮或球轴承。测量模块8还包括一个评估程序，其以所获得的新测量点为基础，得出关于工件轴线D的位置的结论。如图3中虚线所示，跟踪操作可在相对于接收器轴线C的多个轴向隔开的位置上进行。
测量模块8还用于以所获得的测量数值为基础，得出关于相对于接收器轴线C固定坯件7的偏心度和未对准度。如图4中放大所示，通过矢量x0、r0说明了偏心度和未对准度。坯件7以相对于接收器轴线C偏斜的方式被调节。同心度偏差由与坯件7或其它工件的中心轴线平行的方向矢量r0和另一个描述了工件距离其理想位置的偏移量的矢量x0描述。将由测量模块8确定的矢量x0、r0传递至计算模块11，通过该模块11，将工件或坯件7的坐标从特定——工件坐标系转换为机器坐标系X、Y、Z、B、C。除了通常的转换T(如果未发生偏斜运动，或者换句话说，当矢量r0具有与接收器轴线C相同的方向时并且当矢量x0消失时(为零)，则利用该转换，将工具坐标系中的给定点PW转化为机器坐标系中的点PM)以外，转换TNEW还要考虑矢量x0、r0(TNEW(T、x0、r0))。通过机器控制装置6中运行的程序形成的计算模块从控制模块12接收数据和命令，可以将它们认为是与轴线X、Y、Z、B、C相关的各个导引马达的定位命令。这些控制命令由计算模块11修改，并作为修正控制命令被发送至驱动机构14。
所描述的工具研磨机能够起到以下功能：
为了研磨一个工件，或者换句话说，为了由坯件7制造一个工具，首先，将坯件7夹持在工件接收器5中，并在其中对该坯件进行测量。至此，计算模块11开始起动工件夹具4的合适的驱动机构，以便坯件7绕接收器轴线C加快转动。可以连接到研磨头3或者以其它方式被导引的示踪器9在相同的轴向位置的不同位置处，跟踪坯件7的外表面，并向计算模块11提供相应的测量值。为了沿坯件7周边再次对其进行跟踪，在坯件7的至少一圈，优选为多圈转动后，沿轴向对示踪器9进行调整。至此，计算模块11使坯件向前加快转动。如果需要，可以在其它位置处，对坯件7进行跟踪。
一旦已跟踪了坯件7的至少两个轴向隔开的环形区域，随后，测量模块8或计算模块9由此计算描述坯件7的偏心度和定向误差的特征的矢量x0、r0。随后，为已被测量的工件或坯件7单独保存这两个矢量x0、r0，进而，将这两个矢量用于将与工件相关的坐标转换为与机器相关的坐标。
随后，如果在研磨操作中对坯件7进行加工，如图2所示，并且，如果例如形成圆柱面，则随后，如图2所示，将研磨头3带到坯件7。为了形成圆柱面，坯件7绕接收器轴线C转动同时，研磨轮15与坯件7接合。在前面的测量操作中确定坯件7的摆动偏斜，并且，通过机器控制装置6将其存储在存储器中。此时，控制装置在起动研磨头3时考虑摆动倾斜，以便如图2中的箭头16所示，研磨头进行往复运动。采取的运动应确保由研磨轮15和坯件7周边之间的接触点描述的在坯件7上的圆与其工件轴线D同心设置。因此，无论在部分工件接收器15上的夹持不准确性怎么样，均能够在坯件7上形成与工件轴线D同心且尺寸精确的圆柱面。
也可以相对于工件轴线D的位置对称并精确地形成其它表面，例如侧面、正面和切割边。
工具研磨机1具有一个机器控制装置6，该装置通过一个合适的测量装置(例如，包括一个示踪器9和一个测量模块8)，首先确定相对于工件接收器的理想接收器轴线C的摆动倾斜。在坯件7或工件的研磨机中，考虑该摆动倾斜并对其进行补偿；即，研磨工具以将工件加工到精确的预定尺寸并使其达到同心的方式跟踪一滚动工件。

Claims (14)

1、一种研磨机(1)，特别是一种工具研磨机，其具有：
工件接收器(5)，该工件接收器用于接收一个细长的可转动对称的坯件(7)或工件(7)；
转动定位装置，该装置用于使工件接收器(5)绕一预定接收器轴线(C)转动，并具有一个转动位置检测装置，它们与工件接收器(5)相连；
研磨头(3)，其具有一个旋转驱动机构并带有至少一个研磨工具(15)；
与工件接收器(5)和/或研磨头(3)相连的定位装置(14)，该装置用于实现研磨工具(15)和坯件(7)或工件(7)之间的相对转动；
测量装置(8、9)，其用于确定坯件(7)或工件(7)相对于接收器轴线(C)的偏心度和未对准度；
机器控制装置(6)，该装置与转动定位装置、转动定位检测装置、定位装置(14)以及测量装置(8、9)相连，并且，具有一个计算模块(11)，该模块考虑未对准度和偏心度，确定用于定位装置(14)的控制命令。
2、根据权利要求1的研磨机，其特征在于：测量装置(8、9)包括至少一个测量示踪器(9)，通过所述示踪器，在沿轴向彼此分离的多个位置处跟踪坯件(7)或工件(7)。
3、根据权利要求1的研磨机，其特征在于：测量装置(8、9)包括至少一个测量示踪器(9)，通过所述示踪器，在沿周向彼此分离的多个位置处跟踪坯件(7)或工件(7)。
4、根据权利要求1的研磨机，其特征在于：为了测量坯件或工件(7)的偏心度和未对准度，所述坯件或工件加快转动，并在处理过程中，首先在第一轴向位置被跟踪，随后，在至少另一轴向位置处被跟踪。
5、根据权利要求1的研磨机，其特征在于：根据由两个矢量(x0、r0)获得的测量值确定计算模块(11)，这两个矢量描述了工件轴线(D)偏离接收器轴线(C)的偏离量以及工件轴线(D)相对于接收器轴线(C)的方向。
6、根据权利要求5的研磨机，其特征在于：计算模块在坐标转化过程中，将工件坐标转换为机器坐标，并且，在该转换过程中考虑了矢量(x0、r0)。
7、根据权利要求1的研磨机，其特征在于：在每次夹持操作后，以矢量的确定为基础，确定偏心度和未对准度，其中，工件或坯件(7)已被夹持在工件接收器(5)内。
8、一种用于控制研磨机，特别是工具研磨机的方法，其中，所述研磨机其具有：
工件接收器(5)，该工件接收器用于接收一个细长的可转动对称的坯件(7)或工件(7)；
转动定位装置，该装置用于使工件接收器(5)绕一预定接收器轴线(C)转动，并具有一个转动位置检测装置，它们与工件接收器(5)相连；
研磨头(3)，其具有一个旋转驱动机构并带有至少一个研磨工具(15)；
与工件接收器(5)和/或研磨头(3)相连的定位装置(14)，该装置用于实现研磨工具(15)和坯件(7)或工件(7)之间的相对转动；
测量装置(8、9)，其用于确定坯件(7)或工件(7)相对于接收器轴线(C)的偏心度和未对准度；
机器控制装置(6)，该装置与转动定位装置、转动定位检测装置、定位装置以及测量装置相连，并且，具有一个计算模块(11)，该模块考虑未对准度和偏心度，确定用于定位装置(14)的控制命令。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：测量装置包括至少一个测量示踪器，通过所述示踪器，在沿轴向彼此分离的多个位置处跟踪坯件或工件。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：测量装置包括至少一个测量示踪器，通过所述示踪器，在沿周向彼此分离的多个位置处跟踪坯件或工件。
11、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：为了测量坯件或工件的偏心度和未对准度，所述坯件或工件加快转动，并在处理过程中，首先在第一轴向位置被跟踪，随后，在至少另一轴向位置处被跟踪。
12、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：通过计算模块，由获得的测量值确定两个矢量(x0、r0)，这两个矢量描述了工件轴线偏离接收器轴线的偏离量以及工件轴线相对于接收器轴线的方向。
13、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：计算模块在坐标转化过程中，将工件坐标转换为机器坐标，并且，在该转换过程中考虑了矢量(x0、r0)。
14、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在每次夹持操作后，以矢量的确定为基础，确定偏心度和未对准度，其中，工件或坯件已被夹持在工件接收器内。
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