SE524349C2 - En metod för samtidig bearbetning och mätning av parametrar hos en yta som utsättes för maskinbearbetning - Google Patents

Description

25 30 35 40 524 34.9 2 Uppfinningens ändamål och mest framträdande särdrag Ändamålet med föreliggande uppfinning är att föreslå en metod som möjliggör en samtidig bearbetning och mätning av parametrar hos en maskinbearbetad yta på ett arbetsstycke, såsom borrningsdiameter, konicitet och rundhet hos en borrning under invändig maskinbearbetning, såsom slipning därav, och detta har uppnåtts med en metod som definieras i det bifogade patentkravet 1.

Kortfattad beskrivning av ritningarna I det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till ett icke begränsande utföringsexempel av en maskinspindel som visas i de bifogade ritningarna, och som kan användas för att genomföra metoden enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 1 visar i en schematískt sidovy i tvärsnitt en slipspindel under samtidig slipning och mätning i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 2 är en ändvy i tvärsnitt längs linjen A-Ai Fig. 1.

Fig. 3 är en ändvy av en hållare, som uppbär ett antal sensorer ingående i anordningen, och Fig. 4 är ett tvärsnitt längs linjen B-C i Fig. 3.

Beskrivning av det föredragna utföringsexemplet Fig. 1 visar schematískt en maskinspindel 1, vilken drives att rotera av en drivanordning, såsom en elektrisk motor 2, och som är roterbart lagrad i ett första lager 3 och ett andra lager 4. Lagren 3, 4 och motorn 2 är inneslutna i ett hus S, genom en öppning i vilket maskinspindeln skjuter ut med en fri ände 6, till vilken är fixerat ett verktyg 7, i detta fall en slipskiva, som i det illustrerade fallet befinner sig i avverkande kontakt med en borrning 8 i ett ringformat arbetsstycke 9, som i sin tur är roterbart drivet av en inte visad drivmotor via ett inte visat chuckningsarrangemang. Det finns en förskjutning mellan rotationsaxeln 10 för arbetsstycket 9 och rotationsaxeln 11 för spindeln 1, 6. Arbetsstycket kan också roteras enligt microcentric-principen.

Vid en position i närheten av lagret 4 beläget närmast verktyget 7, och i huset S finns anordnat en hållare 12 för åtminstone en förskjutningssensor 13, som via en kabel 14 är ansluten till en utvärderingsenhet, antydd vid 16.

Fig. 2 visar i ett snitt längs linjen A-A arbetsstycket 9, med dess borrning 8, vilken i ritningen visas med överdrivna oregelbundenheter och orundhet. Som man kan se befinner sig ytan på verktyget eller slipskivan 7 i bearbetande kontakt med innerytan på borrningen 10 15 20 25 30 35 40 3 8 i arbetsstycket 9, medan axlarna 10 och 11 på arbetsstycket och verktyget är förskjutna från varandra.

I Fig. 3 visas en schematisk ändvy av hållaren 12 med fyra sensorer 13 anordnade att detektera förskjutning av spindeln i radiella riktningar, och också två sensorer 15 anordnade att detektera förskjutning av spindeln i axieli riktning. Antalet och typen av sensorer är inte kritiska, men sensorer av samma typ är företrädesvis anordnade med likformig fördelning i förhållande till varandra. Det föredras vidare, att alla sensorer kopplas differentiellt för att kompensera för temperaturskillnader, och drift och för elektriska och mekaniska störningar.

Sensorerna skall normalt vara av kontaktfri typ.

Alla sensorer 13, 15 är anslutna via kabeln 14 till en utvärderingsenhet 16.

Fig. 4 visar i ett tvärsnitt längs linjen B-C i Fig. 3 positioneringen av olika sensorer för radiell förskjutningsmätning - sensorerna 13 - och för axieli förskjutning - sensorerna 15 Grundidén med föreliggande uppfinning är att i realtid, samtidigt som maskinbearbetnings- operationen, fastställa sådana parametrar hos föremålet, som utsättes för en maskin- bearbetningsoperation, såsom diameter, rundhet och konicitet, utan behov av att anordna någon mätutrustning varken vid eller i arbetsstycket, och detta uppnås med förskjutnings- sensorerna 13, 15 med hög upplösning integrerade i spindeln, varvid axelns deflektion kan mätas under slipningsoperationen. Genom att fastställa överföringsfunktioner-na för deflektion, position och vinkel från slipskivans kontakt relativt arbetsstyckets kontakt med de uppmätta förskjutningssignalerna är det möjligt att beräkna positionen och deflektionsvinkeln för sllpskivan relativt arbetsstycket. Dessa överföringsfunktioner är beroende av böjningen av axeln och dubbröret och på deformationen av lagret plus deformationen i maskin, arbetsdocka, spindel, slider, o.s.v. Parametrarna i överförings- funktionerna kan beräknas och/eller kalibreras för systemet. Funktionen är ofta rent linjär för de små deformationer som uppträder vid slutet av slipningscykeln. Förhållandet mellan uppmätta förskjutningssignaler och slipkraften kan också uppskattas genom beräkning och/eller provning. Den informationen kan användas för att optimera matningshastigheter och för att se hur bra skivan biter för tillfället. Genom att plotta den verkliga deflektionen och arbetsspindelns kast mot rotationsvinkeln för arbetsstycket kan man åstadkomma ett diagram för borrningens rundhet i realtid. Arbetshastigheten kan mätas antingen direkt på arbetsspindeln, t.ex. med hjälp av en tachometer (ej visad) eller indirekt med hjälp av en frekvensanalys av sensorsignalerna. Diametern hos borrningen beräknas ur den verkliga deflektionen och spindelns matningsposition. Koniciteten fås fram från skivans deflektions- vinkel. Genom mätning i två riktningar kan man få skärkraften i förhållande till matnings- krafterna. Med högupplösande sensorer kan man detektera slutet på luftmatningen. Här kan förskjutningssensorerna ersätta andra system såsom akustiska sensorsystem.

Metoden för fastställande av olika parametrar på en yta till ett arbetsstycke 9 under maskinbearbetning av ytan med användande av en maskin med en spindel 1, 6, som 10 15 20 25 30 35 40 « u o - nu uoouua 4 uppbär ett verktyg 7, vilken spindel är lagrad i minst ett lager 4 i ett hus 5 på ett roterbart sätt, och där förskjutningssensororgan 13, 15 är anordnade i huset för mätning av den förskjutning som spindeln utsättes för under bearbetningsoperationen, kännetecknas av att två första arbetsstycken 9 bearbetas med olika avbackningstider för att skapa två uppsättningar signaler med olika nivåer av avbackningstider, varvid sensorsignalerna som representerar spindelns deflektion lagras i en utvärderingsenhet 16, varvid de två sålunda bearbetade arbetsstyckena uppmätes och resultatet av dessa mätningar laddas in i utvärderingsenheten,varvid de lagrade sensorsignalerna, som representerar förskjutningen som spindeln utsattes för under maskinbearbetningen av de två arbetsstyckena jämföres i utvärderingsenheten 16 med resultatet från mätningen av samma arbetsstycken, och konstanter beräknas, vilka konstanter är överföringskonstanter, som representerar inverkan av den totala deflektionen hos maskinstyvhetskedjan (från maskinkontakt, via spindel, maskin och arbetsstycke tillbaka till maskinkontakten) på sensorsignalerna, varvid förskjutningssensorsignaler, som erhålles vid bearbetning av efterföljande arbetsstycken 9 matas in i utvärderingsenheten och där bearbetas med konstanterna för att ge en serie sensorsignaler, som representerar den verkliga totala förskjutningen för den belastade och arbetande maskinstyvhetskedjan, och därefter att använda dessa verkliga totala deflektionssignaler för beräkning av olika parametrar hos de därefter bearbetade arbets- styckena.

De verkllga totala deflektionskonstanterna kan också beräknas från ett arbetsstycke när maskinen har stannat tidigt och det fortfarande finns en kraftig orundhet. Kombinationen av den registrerade signalen för de sista varvens rotation innan avbackning, som plottats mot rotationsvinkeln för arbetsstycket och det uppmätta arbetsstycket ger överförings- funktionerna.

Baserat på de verkliga totala deflektionssignalerna och den registrerade matnings- positionen är det möjligt att från dessa två värden beräkna den bearbetade borrningens diameter, med det först bearbetade arbetsstycket som referens.

Genom att mäta eller beräkna rotationsvinkeln för arbetsstycket är det möjligt att åstadkomma ett realtidsdiagram för rundheten hos arbetsstycket samtidigt som detta undergår maskinbearbetning, genom att den verkliga totala deflektionen plottas mot arbetsstyckets rotationsvinkel.

Istället för att mäta förskjutning av slipspindeln kan sensorerna vara applicerade på arbetsspindeln eller på referensytor på arbetsstycket och samma parametrar kan beräknas.

Rotationsvinkeln för arbetsstycke 9 kan mätas med hjälp av en vinkelpositionsdetektor, såsom en tachometer på arbetsspindeln eller på arbetsstycket, eller den kan beräknas genom Signalbehandling för att fastställa den period vid vilken sensorsignalen upprepar sig själv. 10 15 20 n u u q u .n o u u u . o u. n. q n. 5 2 4 3 4 9 -jälj-s För borrningar där längden av borrningen och slipskivan är densamma, beräknas borrningens konicitet direkt ur överföringsfunktionen för deflektionsvinkeln och sensorsignalen.

Genom att mata verktyget 7 axiellt och utföra mätningen för att fastställa borrningens diameter i två positioner på axiellt avstånd från varandra är det möjligt att bestämma konicitet hos den bearbetade ytan, också för längre borrningar.

Sensorhållaren är innesluten i spindelhuset S och trots den besvärliga miljön för mätningen är alla sensorer skyddade genom huset och dettas tätningar.

Genom den beskrivna metoden är det möjligt att i realtid samtidigt med bearbetnings- operationen åstadkomma klara illustrationer (företrädesvis i diagramform) av de ögonblickliga parametrarna för arbetsstycket, och det är därför möjligt att under själva bearbetningsoperationen ta del av toleranserna och kvaliteten hos det sålunda bearbetade arbetsstycket. Det är också möjligt att detektera skärkrafter och därefter att optimera skärpningsintervallerna för en slipskiva.

Uppfinningen är inte begränsad till de utföringsexempel som illustrerats och beskrivits, utan modifikationer och varianter är möjliga inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 40 I u nun c a nu u ao I -1 v 1 9 u nu u a v o I - v n u n o 1 a v o va. m1 11 a ana-to n Q I to 1 0 n n n I 4 vs u I 6 o n a oo~n Patentkrav

1. En metod för att fastställa olika parametrar hos en yta på ett arbetsstycke (9) under maskinbearbetning av ytan med hjälp av en maskin med en spindel (1, 6), som uppbär ett verktyg (7), vilken spindel är lagrad i minst ett lager (4) i ett hus (5) på ett roterbart sätt, och där förskjutningssensorer (13, 15) är anordnade, för att mäta förskjutningar som verktygsspindeln eller arbetsdockans spindel utsättes under en maskinbearbetnings- operation, kännetecknad därav, att två första arbetsstycken (9) bearbetas med olika avbackningstider för att skapa två uppsättningar signaler med olika nivå på avbackningstider, varvid sensorsignalerna som representerar förskjutningarna av spindeln lagras i en utvärderingsenhet (16), varvid de två första arbetsstyckena, som bearbetats på så sätt mätes och resultatet av dessa mätningar laddas in i utvärderingsenheten, de lagrade sensorsignalerna, som representerar den förskjutning, som spindeln utsattes för under de två första maskinbearbetningarna jämföres i utvärderingsenheten (16) med resultatet från mätningen av samma arbetsstycken, och konstanter beräknas, vilka konstanter är överföringskonstanter, som representerar inverkan av den totala deflektionen för maskinstyvheten på sensorsignalerna, registrering av skillnaden i matningspositioner mellan de två första arbetsstyckena, varvid förskjutningssensorsignaler, som erhålles vid bearbetning av efterföljande arbetsstycken (9) matas in i utvärderingsenheten och där behandlas med konstanterna för att ge en serie sensorsignaler, som representerar den verkliga totala deflektionen av den belastade och arbetande maskinstyvhetskedjan, och att därefter använda dessa verkliga totala deflektionssignaler för att beräkna olika parametrar hos de därefter bearbetade arbetsstyckena.

2. En metod för att fastställa olika parametrar hos en yta på ett arbetsstycke (9) under maskinbearbetning av ytan med hjälp av en maskin med en spindel (1, 6), som uppbär ett verktyg (7), vilken spindel är lagrad i minst ett lager (4) i ett hus (5) på ett roterbart sätt, och där förskjutningssensorer (13, 15) är anordnade i huset, för att mäta förskjutningar som verktygsspindeln eller arbetsdockans spindel utsättes för under en maskin- bearbetningsoperation, kännetecknad därav, att ett första arbetsstycke (9) bearbetas och att bearbetningen stoppas tidigt, när det fortfarande föreligger en stor orundhet, att man i en utvärderingsenhet (16) lagrar sensorsignaler som representerar deflektionerna hos spindeln, som erhållits ur kombinationen av registrerad signal för de sista varvens rotation före avbackning plottad mot rotationsvinkeln för arbetsstycket och det uppmätta arbetsstycket, den lagrade sensorsignalen, som representerar förskjutningen som spindeln har utsatts för under bearbetningen av de första arbetsstyckena jämföres i utvärderingsenheten (16) med resultatet från mätningen av samma arbetsstycken, och en konstant beräknas, vilken 10 15 20 25 30 35 40 45 349 jš -' ' 7 524 konstant är en överföringskonstant, som representerar inverkan av den totala deflektionen hos maskinstyvheten på sensorsignalerna, att matningspositionen för det första arbetsstycket registreras, varvid förskjutningssensorsignaler som erhålles vid maskinbearbetning av därpå följande arbetsstycken (9) matas in i utvärderingsenheten och där behandlas med konstanterna för att ge en serie av sensorsignaler, som representerar den verkliga totala deflektionen för den belastade och arbetande maskinstyvhetskedjan, och att därefter dessa verkliga totala deflektionssignaler användes för att beräkna olika parametrar hos de därefter bearbetade arbetsstyckena.

3. En metod enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av, användning av de registrerade matningspositionerna och beräkning av borrningsdiameter från dessa registrerade matningspositioner och verkliga totala deflektionssignaler, med det eller de först bearbetade arbetsstycket/arbetsstyckena, som referens.

4. En metod enligt patentkravet 3, kännetecknad av uppmätning eller beräkning av rotationsvinkeln för arbetsstycket, och alstrande av ett realtidsdiagram över rundheten hos arbetsstycket, som samtidigt utsättes för maskin- bearbetning, genom plottning av den verkliga totala deflektionen mot rotationsvinkeln för arbetsstycket.

5. En metod enligt patentkravet 4, kännetecknad av uppmätning av rotationsvinkeln för arbetsstycket (9) med hjälp av en vinkelpositionsdetektor, såsom en tachometer.

6. En metod enligt patentkravet 4, kännetecknad av beräkning av rotationsvinkeln för arbetsspindeln (10) genom Signalbehandling för att fastställa den period under vilken signalen upprepar sig själv.

7. En metod enligt något av patentkraven 3 till 6, kännetecknad av matning av verktyget (7) axiellt och genomförande av mätningen för att fastställa borrningsdiametern i två axiella positioner på axiellt avstånd från varandra för bestämning av koniciteten hos den bearbetade ytan.

8. En metod enligt något av patentkraven 3 till 6, och där en borrning har samma längd som slipskivan, kännetecknad av beräkning av koniciteten hos borrningen direkt ur överföringsfunktionen för deflektionsvinkeln till sensorsignalen.