專利名稱：用來通過磨削制造工件成品輪廓的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分的裝置和按權利要求8前序部分的方法。
背景技術：
在借助于磨削加工工件時，毛坯件必須具有這樣的輪廓，它在公差帶范圍內具有與成品尺寸相比的余量。因為毛坯件不同程度地滿足公差帶，通常磨削程序這樣設計，使得試探式地接近材料，這造成不必要的空行程(空磨削)，這時不切削材料，這種空行程要求不必要的加工時間。
特別是為了制造裝配式凸輪軸，凸輪和凸輪軸的其他功能構件按公差規定加工成毛坯件并安裝在凸輪軸上。這里形成一公差帶，裝配的未磨削的凸輪/功能構件的外形輪廓在此公差帶內變動。這個輪廓稱為毛坯輪廓。此毛坯輪廓必須具有磨削余量。
在裝配后，磨削凸輪、支承部位和有時其他工作面。這時磨除磨削余量。磨削余量是必需的，以便在加工結束時得到真正磨削表面，并且保證不小于理論輪廓(成品輪廓)。
按照現有技術，磨削以這樣的方式按多個工作循環進行，使得砂輪按程序控制非常迅速地接近在考慮公差的情況下毛坯輪廓可能最大外圓周，接著開始磨削過程本身。在真正的磨削過程中，砂輪以規定的進給量用規定的轉速程序控制地移動到所磨削工件的理論尺寸。這個進給運動比較慢地進行，從而使所磨削的工件不致過熱和不損壞砂輪。根據待磨削層厚度的不同，開始時進給速度較快(粗磨)，然后放慢(精磨、精整磨)。在到達理論輪廓時不再進行進給。工件進行無火花磨削。在無火花磨削一定時間后，工件便具有理論尺寸，亦即成品尺寸，并通過砂輪的快速退刀結束磨削過程。這里彼此相繼的多次進給運動稱為多個工序。
對于控制砂輪所需要的程序包含軸向和徑向進給量(工件轉速)以及徑向進刀量的數值，砂輪以這個進刀量接近工件。其中存在具有一個主軸的磨床和具有多個主軸的磨床。
迄今為止已知的用于磨床的控制程序的缺點是，根據毛坯輪廓尺寸的不同，亦即根據未磨削功能構件實際磨削余量的不同，砂輪盡管與工件不接觸，仍然通過有時幾個1/10mm非常緩慢地接近功能構件的毛坯輪廓。這個過程在專業界常常稱為空磨。其中根據毛坯輪廓在公差帶內的位置的不同空磨持續的時間也不同。因此在許多情況下需要許多不必要的磨削時間。此外對較可靠的加工過程的高的質量要求導致，沒有完全利用允許的公差范圍。因此在多數情況下進行不必要的長的空磨。然而又不能放棄空磨，因為總是含有個別工件毛坯具有或可能具有允許的最大毛坯輪廓。
發明內容
本發明的目的是，提供一種裝置和方法，用這種裝置和方法可以以盡可能縮短對于通過磨削以多個工序制造具有毛坯輪廓的工件的成品輪廓所需要的時間，同時防止砂輪碎裂或工件過高地發熱。
在裝置方面，按照本發明這個目的通過具有權利要求1特征的裝置實現。有利的設計方案和改進方案在權利要求2至7中說明。在方法方面，這個目的通過具有權利要求8特征的方法實現。該方法的有利改進方案在權利要求9和10中給出。
通過上述方案有利地達到，避免不必要的、加長加工時間的空磨。通過將測量在功能上和磨床分開的措施有利地達到在與測量裝置相比昂貴的磨床上的加工時間的進一步縮短。
在一個具體實施形式中，本發明涉及一種用來磨削凸輪軸的凸輪的成品輪廓的具有一磨床和一控制該磨床的控制裝置的裝置，其中可通過控制裝置規定磨削程序，這個程序包含關于磨削參數如磨削工具和/或工件轉速、送進量、進刀量和工件軸向位置的規定數值。
按照本發明，該裝置最好具有以下部件·-用來測量待磨削工件毛坯輪廓的測量裝置；·-用來確定和/或選擇一個或幾個磨削程序的過程計算機；·-在測量裝置和過程計算機之間的第一數據傳輸裝置以及一在過程計算機和控制裝置之間的第二數據傳輸裝置，其中由測量裝置測量的毛坯輪廓測量值可通過第一數據傳輸裝置輸送給過程計算機，根據這個測量值在過程計算機內確定和/或選擇至少一個磨削程序，并可通過第二數據傳輸裝置輸送給控制裝置，并可根據確定的和/或選擇的磨削程序由控制裝置控制磨床。
首先，這里數據連接是借助于固定連接，例如通過電纜、無線電等等還是借助于不固定的連接，例如通過軟盤或在工件即凸輪軸上的標記等表示，這是無關緊要的。
在一種優選的實施形式中兩個數據連接都做成電纜形式的固定連接。數據傳輸通過在工業控制技術中常用的協議或總線系統，例如現場總線或互連總線進行。過程計算機可以是工業用個人計算機、微型計算機或其他數據處理裝置。
此外本發明涉及一種用來通過磨削以多個工序制造具有毛坯輪廓的工件的成品輪廓的方法，優選是對凸輪軸的凸輪的加工，其中工件的毛坯輪廓在每個工序中磨掉規定的量，使得在最后的工序后得到工件的成品輪廓。
按照本發明在用這種方法時進行以下工步a)在磨削過程開始前測量工件的毛坯輪廓；b)將測出的測量值直接或間接傳輸給控制單元；c)根據這個測量值或者計算一個與實際毛坯輪廓相匹配的磨削程序，其中磨床磨削工具進刀量的控制在考慮實際毛坯輪廓的情況下進行，或者選擇一個規定的儲存的磨削程序，其中磨床砂輪進刀量的控制與可選擇的其余磨削程序相比和實際毛坯輪廓最佳地匹配。
其中磨削程序用以下方式方法確定由測量毛坯輪廓直接確定，至哪個尺寸為止砂輪能以最大進刀速度趨近待磨削工件。在理想情況下砂輪以最大進刀速度直接開到毛坯輪廓上。但是為了安全起見，砂輪也可以不完全趨近所測量的毛坯輪廓，而是預調到一個0.02mm至0.1mm行程的空磨。行程大小由用來測量輪廓的測量系統的測量精度確定。由測量的毛坯輪廓同時確定磨削余量，亦即要磨去的材料厚度。由此確定粗磨、精磨和精整磨削的不同范圍以及所屬的進刀速度。這時待磨削工件的材料以及硬度和幾何造型起重要作用。薄的零件不能排出像厚的實心零件那么多熱量。根據材料性能的不同，在相同的進刀速度的情況下釋放不同的熱量，同樣根據機床的可能性確定工件和砂輪的轉速。設計這種程序的標準和規定對于專業人員是已知的。
用本發明的方法，與現有技術不同，根據測量系統的測量精度便知道磨削余量。因此按照磨削技術中常用的方法確定具有各自最佳的進刀程序的磨削程序。亦即分別精確地確定，還能使工件不發生過熱并精確達到成品輪廓的盡可能快的進刀。對于確定其中規定工件每轉的進給量的進刀程序，伴隨磨削過程所進行的能量和功率輸入有重要的作用，從而可以防止磨削缺陷，如燒損磨削，表面軟化。此外允許的進給量與材料有關。
由于精確地知道待磨去的層厚，用本發明可以精確平衡粗磨、精磨和精整磨削過程。這里分別與待磨去的磨削余量相匹配的磨削程序常常造成優化和縮短的磨削時間，因為例如與精磨相比可以提高精磨的進刀量，而空磨階段減小到最小或完全去除。
在本發明方法一種優選實施形式中，在過程計算機內儲存了大量預先計算好的具有與一定的毛坯輪廓相應地對應的程序。在加工過程期間由過程計算機選擇各個與測量的毛坯輪廓對應的程序。
在本發明另一種有利的改進方案中，甚至可以在線計算磨削程序。這里可以采用能量和/或功率平衡作為計算標準。其中根據層厚和其他常用的參數作為工件每轉最大許可進刀量的基礎，并由此數學計算確定使加工時間最小化磨削程序連同進刀程序。
本發明的方法既可以用于具有任意數量凸輪的凸輪軸，也可以用于其他待磨削的功能構件。其中對于每個構件可選擇一個單獨的磨削程序，或者在較簡單的情況下對于功能構件組可以選擇同一個磨削程序。這里用來控制磨床的數據的傳輸既可以在對于相應零件所需要的所有磨削程序組中進行，也可以根據需要逐件地在砂輪進刀到相應位置上之前進行。
在本發明一種有利的改進方案中，構件配備標記，如序列號、條形碼等等，它們在過程計算機內與毛坯輪廓的測量數據關聯。這些數據也可以離線傳輸給磨床的控制裝置。在軸進入磨床時讀取這些編碼，并由此載入所屬的程序。其中在一種改進方案中標記直接是所用磨削程序的標識。
借助于在圖1和2中所示的實施例詳細說明本發明。
圖1表示根據本發明用來磨削凸輪軸的裝置的示意結構。
在圖2中表示凸輪和最終輪廓的位置以及毛坯輪廓公差的上、下限。
具體實施例方式
在圖1中示意表示，凸輪軸1連同待磨削功能構件2，例如凸輪，在位于裝配線(這里未畫出)末端毛坯輪廓測量工位中的情況。用一用于測量的傳感裝置13，這里在所示實施例中是一側頭或一激光三角測量裝置，測量凸輪2的輪廓數據。測量值通過信號線9輸送給過程計算機5。過程計算機5具有一用來儲存許多特別是包含進刀程序的磨削程序的數據存儲器7。此外過程計算機5具有一計算裝置6、一第二數據存儲器8和相應的內部數據線10，所述數據線通常通過數據總線實現。在過程計算機5的計算裝置6內，根據信號線9上的輸入即測量值，從數據存儲器7中選擇一相應的磨削程序并儲存在數據存儲器8內。通過數據線11將特別是包含相應進刀程序的相應磨削程序傳輸給磨床3的控制裝置4。
與此同時用相應的傳送操作器14，例如機械手，將凸輪軸1裝入磨床3內，進行加工。通過控制信號線12a和12b傳輸控制磨床所需要的數據，并根據所選擇的控制程序磨削凸輪軸1。
在上述方法的一種變型方案中，在測量毛坯輪廓以后給凸輪軸做單一的標記(例如條形碼)，并通過控制線12a向控制裝置4也傳輸一個識別信號來識別哪個凸輪軸正位于磨床內。這里，標記帶有關于測量的毛坯輪廓或所選擇的磨削程序的信息。接著控制裝置4由識別信號與磨削程序的對應關系選擇相應的磨削程序。
在一種替代實施形式中，控制裝置4，從識別信號出發，向過程計算機5請求磨削程序。
按照本發明，過程計算機5和控制裝置4可以集成在一個計算單元15內。但是計算單元確切的結構可以是非常不同的。正像在機械制造中常見的那樣，數據線9、10、11、12a、12b也可以集成在一個總線系統中。
借助于表1和圖2進行現有技術和本發明方法的對比、選擇一個帶凸輪2的凸輪軸1作為例子，其中毛坯件待磨去的余量在包絡曲線17至18之內。在裝配后毛坯件的這個相對于成品輪廓的尺寸盈余也稱為余量，在該實施例中根據加工情況的不同它在成品輪廓加0.1mm(包絡曲線17)至成品尺寸加0.5mm(包絡曲線18)的區間內。其中在凸輪外圍輪廓的所有點處的尺寸余量都必須位于包絡曲線17和包絡曲線18之間的范圍內。在所選擇的例子中在輪廓的任意一點上實際的余量為0.35mm。
表1砂輪進刀必須這樣進行，即在任何情況下砂輪都不會以在砂輪趨近工件時所用的最大速度切入工件表面內。
因此按照現有技術，如表1左半部所示，砂輪開到表示最大可能的余量的包絡曲線18外。接著工件每轉砂輪行駛規定的進刀量，直至最后一次進刀。這里是第7次為止，以0mm進刀進行無火花磨削，工件磨削到成品輪廓16。按照現有技術，7次進刀意味著總進刀量為0.5mm。總的工作時間為例如約7秒。
但是由表格可見，對于0.15mm的路程進刀以與磨削相匹配的速度進行，盡管根本沒有磨掉任何材料。在現有技術中這個過程稱為空磨。
如表格1右半部中所示，用本發明的方法，這種空磨被完全排除。進刀直接從所測量的余量，這里是+0.35mm處進行，在工件再轉5圈后磨削操作結束。在所述例子中每個凸輪節省的加工時間約為2秒。
此外如表格1中所示，在采用本發明方法時開頭2轉的進刀量比現有技術中大。這里表示本發明方法的一種優良改進方案，其中進刀速度根據余量厚度適配。對于比較大的余量通常以高的進刀速度磨削(粗磨)。在小的余量時才降低進刀速度(精磨，精整磨或無火花磨削)。在粗磨時，高的進刀速度必須這樣選擇，即在工件上不致加入太大的功率。因此不造成工件過熱。在該實施例中，在余量為0.500mm時，將開頭4轉進刀量0.400mm，直至余量為0.100mm，以及相應的功率輸入設為最大值。但是如果余量僅為0.350mm，那么到0.100mm的余量為止的這個進刀量甚至還可以提高，這時總進刀不應該超過原先的功率輸入。作為衡量的尺度可以采用單位時間切屑量。
除了所述優點外本發明的方法還提供其他重要的優點。例如測量可以在磨削前挑出功能構件的毛坯輪廓已經太小，亦即不再在公差帶內的軸。在這種情況下即使通過繼續加工軸也不再能成為合格零件，因此不必再磨削。因此不再繼續加工廢品，并節省為此所需的加工時間和成本。
此外更大的優點還在于，即具有超過允許的最大包絡曲線18的余量的工件可以不造成損壞地加工。因此可以部分或在出現一定生產問題的時間內降低公差要求。
此外可以用統計寬度確定毛坯件質量，從而可以早期識別在前面的加工過程中可能出現的問題。
雖然，這里所述的方法和裝置也可以用于除裝配式凸輪軸以外的其他構件。例如可以用于鑄造的或鍛造的凸輪軸、曲軸、控制軸以及磨削傳動軸的支承部位。
附圖標記表1凸輪軸2功能構件，凸輪3磨床4控制裝置5過程計算機6計算裝置7數據存儲器8數據存儲器9信號線10 內部數據線11 數據線12a 控制信號線12b 控制信號線13 傳感裝置，測頭14 向磨床輸入凸輪軸傳送操作器15 計算單元16 成品輪廓17 包絡曲線，毛坯件輪廓的公差下限18 包絡曲線，毛坯件輪廓的公差上限
權利要求
1.用來通過在多個工序中用磨削優選是在凸輪軸(1)的凸輪(2)上制造具有一毛坯件輪廓的工件的成品輪廓的裝置，包括一具有用來磨去相當于毛坯件輪廓和成品輪廓之間的差值的余量的磨削工具的磨床(3)、和一用來控制磨床(3)的控制裝置(4)，其特征為設有一用來測量工件實際毛坯件輪廓的測量裝置(13)，該測量裝置借助于至少一個數據傳輸裝置(9，10，11，12a，12b)與控制裝置(4)直接或間接連接，使由測量裝置(13)測得的測量值輸送給控制裝置(4)，并通過控制裝置(4)由該測量值至少可確定用來控制磨削工具進刀量的規定值。
2.按權利要求1的裝置，其特征為測量裝置(13)與磨床(3)分開設置，并在測量裝置(13)和磨床(3)之間設置一用于工件傳送的傳送裝置。
3.按權利要求1或2的裝置，其特征為在測量裝置(13)和控制裝置(4)之間連接一過程計算機(5)，測量裝置(13)的測量值可通過第一數據傳輸裝置(9)輸送給所述過程計算機，使得可通過過程計算機(5)根據測量值選擇適合于存在的磨削任務的磨削程序，該磨削程序可通過第二數據傳輸裝置(11)傳輸給控制裝置(4)。
4.按權利要求1至3之任一項或幾項的裝置，其特征為設置一個裝置，用它使通過測量裝置(13)求出的測量值和/或所選擇的磨削程序直接或間接地對應于各個工件。
5.按權利要求4的裝置，其特征為此裝置使包含測量值的代碼與工件相對應，并設有另一裝置，它在工件裝入磨床(3)時讀取此代碼。
6.按權利要求1至5之任一項的裝置，其特征為，設置一個裝置，當測量的毛坯件輪廓小于成品輪廓超過允許的公差帶時，用所述裝置使工件在測量裝置(13)內測量毛坯件輪廓后不再輸送給后續加工。
7.用來磨削凸輪軸(1)的凸輪(2)的成品輪廓的裝置，具有一磨床(3)和一控制該磨床的控制裝置(4)，其中可通過控制裝置(4)規定磨削程序，所述磨削程序包括有關磨削參數的規定值包括磨削工具和/或工件轉速、進給量、進刀量和工件的軸向位置，其特征為至少設有以下部件·用來測量工件的待磨削毛坯件輪廓的測量裝置(13)，·用來確定和/或選擇一個或幾個磨削程序的過程計算機(5)；·在測量裝置(13)和過程計算機(5)之間的第一數據傳輸裝置(9)以及一在過程計算機(5)和控制裝置(4)之間的第二數據傳輸裝置(11)，其中由測量裝置(13)測量的毛坯件輪廓測量值可通過第一數據傳輸裝置(9)輸送給過程計算機(5)，根據所述測量值在過程計算機(5)內確定和/或選擇至少一個磨削程序，并可通過第二數據傳送裝置輸送給控制裝置(4)，磨床(3)可根據規定的和/或選擇的磨削程序由控制裝置(4)控制。
8.用來通過在多個工序中用磨削優選是在凸輪軸(1)和凸輪(2)上制造具有毛坯件輪廓的工件的成品輪廓的方法，其中工件的毛坯輪廓在每個工序中磨去規定的量，使得在最后一次工序后存在工件的成品輪廓，其特征是包括以下工步a)在磨削過程開始前測量工件的毛坯輪廓；b)測出的測量值直接或間接傳輸給控制單元(4)；c)根據所述測量值或者計算一與實際毛坯輪廓相匹配的磨削程序，這時對磨床(3)磨削工具的進刀量在考慮實際毛坯輪廓的情況下進行控制，或者選擇一預先規定并儲存的磨削程序，這時磨床(3)磨削工具進刀量的控制與可選擇的其余磨削程序相比可以與實際的毛坯輪廓最佳地匹配。
9.按權利要求8的方法，其特征為在具有多個磨削工序的磨削程序不可變的情況下，根據測出的毛坯輪廓測量值，跳過第一磨削工序。
10.按權利要求9的方法，其特征為除了跳過第一磨削工序外還跳過在第一磨削工序后面的其它磨削工序。
全文摘要
用來通過在多個工序中用磨削優選是在凸輪軸(1)的凸輪(2)上制造具有毛坯輪廓的工件的成品輪廓的裝置和方法，包括一臺磨床(3)和一用來控制磨床(3)的控制裝置(4)，其中設有一在磨削過程開始前用來測量工件實際毛坯輪廓的測量裝置(13)，該測量裝置借助于一數據傳輸裝置(9、10、11、12a、12b)與控制裝置(4)直接或間接連接，使得由測量裝置(13)測量的測量值可輸送給控制裝置(4)，并可由所述測量值由控制裝置(4)確定用于控制的規定值。或者由所述測量值計算與實際毛坯輪廓相匹配的磨削程序，其中磨床(3)的控制在考慮實際毛坯輪廓的情況下進行，或者選擇一預先規定和儲存的磨削程序，這時磨床(3)的控制與可選擇的其他磨削程序相比與實際毛坯輪廓最佳地匹配。
文檔編號B24B49/00GK1921984SQ200580006025
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月10日 優先權日2004年2月26日
發明者P·莫伊斯博格, M·穆斯特 申請人:泰森克魯普汽車股份公司