加工操作的進程補償及機器布置的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于執行進程補償在工件上加工操作的方法，其中，所述補償過程包括產生代表相對于工件的加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號；基于所述控制信號，確定補償參數值；以及基于所述補償參數值，補償所述加工操作。本發明還涉及相應的機器布置，用于執行在工件上加工操作，比如硬車削過程。
【專利說明】加工操作的進程補償及機器布置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于在工件上執行加工操作的方法及機器布置，其中，所述加工操作包括通過采用切削工具經受工件的加工表面并且通過提供所述工件與切削工具之間的相對旋轉運動及相對平移運動在物理上將材料從工件去除。例如，本發明可以用于例如金屬或陶瓷部件的車削、硬車削以及鏜削(內部車削)，例如基于手動、半自動或自動的加工操作使用車床或自動車床。例如，加工操作可以基于CNC(計算機數字控制)，其中，命令被傳遞至例如布置成基于CNC參數來執行加工操作的機床。
【背景技術】
[0002]各種高性能和高品質的金屬、鋼或陶瓷部件，比如軸承部件、桿、輪軸、軸、聯接器、發動機構件等，可以通過使用車削過程由工件制造。車削過程涉及加工操作，其采用切削工具在物理上將材料從工件的加工表面去除，切削工具通常包括可更換的工具刀片或尖端，比如碳化物、CBN(立方氮化硼)或陶瓷刀片。加工操作過程中的材料去除是這樣實現的，通過提供工件與切削工具之間的相對旋轉運動，采用切削工具的尖端接觸工件的加工表面，以及相對于工件移動切削工具，從而在車削過程的每個旋轉中去除適量的材料。
[0003]為了實現部件的適當高品質性能比如高尺寸精度，如作為關鍵因素的圓度和圓柱度，通常利用進一步的處理涉及例如研磨和/或珩磨的制造步驟。但是，額外的制造步驟需要額外的機器并增加制造時間和復雜性以及成本。因此，為了便于制造，需要根據加工操作提高部件最終切削的質量，從而可以減少或避免用于實現部件的預期尺寸和表面精加工的后續制造步驟。特別是，這適用于硬車削制造，其中加工操作在部件工件上進行，該部件工件具有由最終部件應用所需的硬度，比如在軸承環或滾動體部件的情況下的滾動軸承應用。
[0004]然而，加工操作涉及切削工具與工件的加工表面之間的高度復雜的相互作用，其在制造過程中妨礙定型部件的精度和性能。例如，初始工件變形(例如來自硬化過程)以及待處理加工表面的初始高水平的表面粗糙度和尺寸不精確對加工結果具有負面影響。此夕卜，基本上隨機的和/或不可控的與切削工具有關的車削過程，比如崩刃、斷裂、磨損、刀瘤等，影響最終切削，例如通過增加加工部件的輪廓誤差。這導致該部件的最終質量和性能受到損害，而且生產效率受到阻礙。
[0005]因此，存在需要改善目前的技術以及實現能夠提供改進的且更有效的加工操作、更高的生產率及具有增加的尺寸精度和表面性能的改進部件的制造過程和加工設備。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術的上述及其他缺點，本發明的總體目的是通過提供涉及工件加工操作的改進的、更有效的和尺寸上更精確的制造以及用于工件加工操作的改進的機器布置來減輕上述提及的缺點。
[0007]根據其第一方面，本發明涉及一種用于補償在工件上加工操作的方法，所述方法包括執行加工操作，其通過采用切削工具進行工件的表面加工，并且通過提供所述工件與切削工具之間的相對旋轉運動及相對運動，例如相對平移運動，在物理上將材料從工件去除，其中，所述方法還包括所述加工操作的進程補償，所述補償包括產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號；基于所述控制信號，確定補償參數；以及基于所述補償參數，補償所述加工操作。
[0008]有利地，本發明通過使得能夠進程補償的加工操作來實現工件的改進加工操作。特別地，基于在特定工件的制造過程中被測量的實時信息，所述進程補償允許提高加工操作的精度。改進質量的部件可在更加耐久且有效的過程中被制造，其中，廢棄產品的數量，例如由于制造上的過失和/或缺陷，可以大大降低。此外，通過使用相同的機器布置，用于進程補償的方法使得能夠更靈活且通用地制造不同部件和具有不同形狀的部件。因此，在加工操作之后，可以大大減少或避免笨重且昂貴的后處理過程，比如研磨等。另外，可以減少或避免用于不同部件生產線的不同后處理機器設備和不同機器配置。相反，根據補償加工操作的本方法，相同的過程和機器布置可以用于制造高品質的不同部件，所有這些都滿足例如特定形狀誤差和表面粗糙度要求等。因此，通過使得能夠有效補償加工操作，具有足夠精確尺寸和形狀特性的部件可直接在例如自動車削或硬車削制造過程中被制造。
[0009]本發明基于的實現是，由加工操作過程中切削工具與工件的加工表面之間的高度復雜且隨機的相互作用而產生的形狀誤差和制造缺陷可以得到減少，并且在制造過程中被直接補償。這有利地通過在加工操作過程中相對于在法線方向上相對加工表面施加在切削工具上的所測得的接觸力的大小補償切削工具來實現。換句話說，本發明人已經實現的是，通過利用在加工表面的法線方向上施加在切削工具上的測量力即法向力與沒有進程補償所制造的最終產品的所測得的形狀輪廓之間的相關性，可能會大大增加有效過程中加工操作的尺寸精度。例如，根據本方法的示例性實施例，測量施加在切削工具上的法向力的增量增加，并且由用于確定補償參數的所生成的控制信號表示，其中通過調整相對于工件的切削工具的位置，基于所確定的補償參數，所述加工操作得到適當地補償。特別地，可以相對于所述工件調整切削工具，從而使機器布置的任何部分的任何變形由于增加的法向力而以這樣的方式被抵消，也就是切削工具尖端在加工或切削操作過程中相對于工件及加工表面而被保持在正確的相對位置。
[0010]加工操作過程中作用在切削工具上的增加的法向力可能產生于原始工件的尺寸不精確或材料缺陷，比如要從工件去除的材料的厚度。作為示例，加工操作之后相對于工件的理論上所需的最終尺寸通常所測得的要去除的材料的增加的厚度增加施加在切削工具上的法向力，其產生切削工具、工具架和/或整機布置及任何額外的機械支承裝置比如車床旋轉器或沖壓裝置的非期望的偏轉。所產生的偏轉促使切削工具尖端非期望地運動，從而使該尖端相對于工件的理論上所需的最終尺寸被移動遠離其正確的切削位置。然而，根據本發明的方法，發生在加工操作過程中的偏轉被測量和補償，以使得在該過程中切削工具在相對于預定的操作性能和特點的所允許容限內連續保持在正確的位置，從而實現具有預定形狀、尺寸精度和表面性能的部件。另外，施加在切削工具上的法向力還可能在加工操作過程中受到切削工具損壞的影響，比如崩刃、斷裂、磨損、刀瘤等。因此，切削工具的損壞可在操作過程中根據本發明而得以有利地補償。
[0011 ] 本發明人對無補償加工操作過程中法向力與出現的形狀誤差之間的相關性的實現是特別有利的，因為其使得能夠以直接有利的方式實現用于補償加工操作的持久有效的方法，其中，影響加工性能的切削工具與加工表面之間的相互作用的復雜性有利地減少至代表法向力大小的簡化的、可檢測的、且高度可控的控制信號。
[0012]根據各種實施例，加工操作的進程補償可以通過例如自動車床的主控制系統或主算法或者車削機器布置而被控制。換言之，控制加工操作比如根據預定切削輪廓的切削工具移動的實際控制參數或算法可以被補償，從而抵消法向力的任何測量差異。例如，進程補償可能涉及實時調整CNC操作代碼。還可以通過獨立于主加工操作或主控制系統運行的或者聯同其一起運行的單獨子控制系統和/或單獨致動器裝置執行進程補償。例如，致動器可以布置成基于控制信號相對于工件和車床的主旋轉器或沖壓裝置致動切削工具。此外，根據示例性實施例，加工操作的進程補償可以配置成調整組合的加工操作與單獨子控制系統的主要控制參數。
[0013]根據本發明的各種實施例，加工操作可以包括相對于切削工具旋轉工件，切削工具可以大致固定、相對于工件的旋轉軸線在平移方向上移動或者可以自由移動，例如根據相對于工件的預定輪廓曲線。可替換地，相對旋轉運動還可以通過相應地相對于工件旋轉切削工具或者相對于彼此旋轉工件和切削工具來實現。
[0014]例如可以根據本發明來實現加工操作的進程補償，用于車削操作，其包括但不限于縱向車削/刮面、仿形、斷面加工、切入或切槽、以及鏜孔各種部件，比如軸承部件、桿、輪軸、軸、聯接器、發動機部件等。本方法還可以有利地用于制造軸承部件，比如內/外圈或滾動元件，其中不同的軸承類型和尺寸具有不同的滾道輪廓和外部尺寸。特別是，相同的機器布置可以用于提供不同的定型產品。例如，這對于硬車削制造軸承部件是有利的，其中，在硬化的部件工件上執行加工操作，該工件具有由最終部件應用所需的硬度，比如在軸承圈或滾動體的情況下的滾動軸承應用。換句話說，由硬化鋼制成的部件可以在根據本發明不同實施例的進程車削操作后被基本上直接定型。
[0015]根據本發明的示例性實施例，在進程補償中的所產生的控制信號代表僅施加在切削工具上的法向力。換句話說，基本上只有從工件作用于切削工具上的力的法向分量用于確定補償參數。例如，術語基本上只有法向力分量可以被理解為在任何方向上在5、10或15度區域或者相對于實際法線方向的方向錐形內的力分量。此外，實際的法線方向通常定義為相對于工件的最終理論上所需的加工表面，因為加工表面的實際最終尺寸和表面將至少在非常低水平的程度上包括小的缺陷和粗糙度變化。
[0016]根據本發明的示例性實施例，補償加工操作的步驟包括相對于工件補償切削工具，例如通過調整或維持切削工具尖端相對于工件或相對于機器布置的位置。更詳細地，進程補償可能涉及小規模的調整，其中所述切削工具、工具架以及機器的偏轉被抵消。因此，進程補償可能涉及調整工具架相對于工件的位置，而由于切削工具、工具架以及圍繞設備和支承構件的偏轉，切削工具尖端保持相對于工件的基本上相同的相對位置。
[0017]根據本發明的進程補償的額外有益效果在于，可以利用更輕且更具成本效益的機器布置，因為機器及機器支承構件的偏轉和彎曲變得不再是個大問題，原因是這些問題可在加工操作過程中得到補償。
[0018]根據示例性實施例，補償切削工具的步驟包括在法線方向上相對于工件致動切削工具。因此，在操作過程中，例如當減小的法向力被檢測到并且表示在所產生的控制信號中時，補償加工操作的步驟包括在遠離工件的法線方向上調整工具架，從而抵消由于減小的法向力的機器布置的減少的偏轉。換句話說，在正常操作期間，切削工具、工具架及額外機器布置得以偏轉或彈性壓縮。然而，如果作用于切削工具上的法向力減少，則切削設備的法向偏轉將減少，這可能導致不期望的效果，比如增加的切削深度。因此，通過在朝向及遠離工件的法線方向上調整切削工具，加工操作的效率和直接進行補償被提供。優選地，所述切削工具和工具架由布置成基于所施加的控制電流在法線方向上致動工具架的致動器調整，比如壓電致動器或放大的壓電致動器。然而，切削工具還可以由電動、氣動和/或液壓致動器致動。例如，致動器由電能及電信號驅動和操作，從而使其通過施加控制電流而在法線方向上伸長。
[0019]根據基于所述法向力的進程補償的另一示例性實施例，補償加工操作的步驟包括相對于工件調整切削工具的進給速率。因此，加工操作過程中的變化的法向力可以被抵消，從而通過控制加工操作的相對進給速度減輕切削工具的偏轉。任選地，根據示例性實施例，加工操作的進程補償包括偏轉穩定過程，其包括相對于切削路徑中的工件例如在切線方向上或在任何其他方向上調整切削工具的瞬時進給，同時監測相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力并保持其恒定。
[0020]例如，可以調整理論上的切削深度，即在忽略偏轉時的所需切削深度、基于每轉多少毫米的進給速度、或切削旋轉速度。而且，考慮與進給速率相關的額外參數。
[0021]根據本方法的另一示例性實施例，確定補償參數值的步驟包括基于所述控制信號來確定偏轉參數值，所述偏轉參數值代表相對于工件的切削刀具的進程偏轉，其中基于所述偏轉參數值來確定補償參數值。因此，該方法基于所述控制信號允許并涉及確定偏轉參數。例如，偏轉參數從代表與特定機器布置相關聯的和/或與特定操作模式相關聯的偏轉特性的參數值的所存儲的存儲器中被提取。基于施加在切削工具上的所測量的法向力，偏轉參數值代表與正在進行加工操作相關聯的實際偏轉，且可以被提取并用于實時確定補償參數。換句話說，偏轉參數形成偏轉指紋，用于特定機器和/或加工操作。基于為不同機器和加工操作條件的所定制的信息，這有利地允許精確有效地進程補償。還可以根據偏轉算法確定偏轉參數，該算法基于所述控制信號輸出偏轉參數。可以利用一般的偏轉算法，或者可以為特定的設備和操作條件定制算法。
[0022]根據另一示例性實施例，所述進程補償步驟獨立于執行加工操作的步驟而得到控制。這是有利的，因為可以更快更精確地控制該進程補償，這是因為其形成主要或僅僅利用控制信號作為輸入的單獨系統。此外，該方法可以與已經現有的加工操作一起使用，并且布置成將其改善，而不會主要重新配置現有的操作/控制參數。
[0023]例如，根據示例性實施例，基于加工操作參數，比如CNC代碼，執行加工操作的步驟例如由加工操作控制單元控制，并且進程補償步驟可以由補償控制單元控制。因此，加工操作及補償操作的控制可以以更有效的方式同時進行。
[0024]根據另一示例性實施例，所述工件可以是大致圓筒形的構件，用作滾動軸承部件，比如圈或滾動體，其中所述法線方向與圓柱形構件的徑向方向重合。此外，根據示例性實施例，該方法以這樣的方式而被有利地使用，也就是補償所述加工操作的步驟補償工件的輪廓誤差、非圓度和/或橢圓度。例如，工件可以包括一個或多個凸角，其以微米范圍突出并且因此致使工件非圓。更詳細地，凸角使工件的表面不平，從而使工件的加工深度波動，其頻率正比于工件的旋轉速度和凸角的數量。然而，根據本發明，可以通過補償相對于對應工件的波動加工表面的工件的切削工具來補償對凸角的加工操作的影響。
[0025]此外，所述方法例如是車削過程或硬車削過程，其可以定義為執行加工操作具有的洛氏C硬度大于45的這樣的工件。通常，硬車削涉及在工件被熱處理之后進行的加工操作。例如，硬車削包括約0.05毫米至2或3毫米的切削深度。
[0026]根據本發明的另一方面或示例性實施例，其涉及一種計算機程序產品或裝置，包括存儲在可讀介質上的程序代碼，用于當所述程序在控制單元或計算機裝置上運行時執行根據本發明的方法及其實施例。
[0027]根據本發明的另一方面，提供了一種計算機可讀介質，其體現計算機程序產品，用于補償在工件上加工操作，所述計算機程序產品包括配置成在由處理器或計算機執行時的代碼:執行加工操作，其通過采用切削刀具進行工件的表面加工，并且通過提供所述工件與切削工具之間的相對旋轉運動及相對運動，在物理上將材料從工件去除；并且執行所述加工操作的進程補償，所述補償包括產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號，基于所述控制信號來確定補償參數值，以及基于所述補償參數值來補償所述加工操作。根據各種示例性實施例，所述計算機程序還可以包括配置成根據本發明的方法和/或其實施例操作的代碼。
[0028]所述計算機可讀介質可以是可移動非易失性隨機存取存儲器、硬盤驅動器、軟盤、⑶-ROM、DVD-ROM、USB存儲器、SD存儲卡或本領域中已知的類似計算機可讀介質之一。
[0029]此外，根據本發明的另一方面，其涉及用于工件加工操作的機器布置，所述加工操作包括在物理上從所述工件去除材料，所述機器布置包括工件架，其布置成固定和旋轉所述工件；切削工具，其連接至工具架；以及運動裝置，其用于所述工具架，其中，所述運動裝置布置成設置所述切削工具與工件的加工表面接觸，并且根據加工操作參數使切削工具相對于工件移動。所述布置還包括傳感器，其布置成產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號；以及補償控制單元，其可操作地連接至所述傳感器，并且布置成基于所述控制信號來確定補償參數，其中，補償控制單元布置成基于所述補償參數來提供所述加工操作的進程補償。該機器布置是有利的，因為其能夠實現包括加工操作的改進的、更高效的、且尺寸上更準確的制造。這通過相對于在法線方向上相對于加工表面施加在切削工具上的力的所測得的大小在加工操作過程中補償切削工具來實現。此外，所述機器布置相對于用于補償根據本發明的加工操作的方法以如上所述的類似方式是有利的。
[0030]根據示例性實施例，所述傳感器是多部件壓電測力計。
[0031]例如，根據示例性實施例，所述補償控制單元布置成基于所述控制信號來實時地調整所述加工操作參數，其中，所述運動裝置布置成基于所調整的加工操作參數來相對于工件調整所述切削工具。
[0032]根據本發明的另一方面，其涉及一種用于工件加工操作的機器布置，所述加工操作包括在物理上從所述工件去除材料，所述機器布置包括工件架，其布置成在加工操作過程中固定和旋轉所述工件；切削工具，其連接至工具架；以及運動裝置，其用于支承所述工具架，其中，所述運動裝置布置成設置所述切削工具與工件的加工表面接觸，并且根據加工操作參數使切削工具相對于工件移動。所述機器布置還包括致動器裝置，其支承所述工具架，所述致動器布置在所述運動裝置與工具架之間，其中，所述致動器布置成相對于所述運動裝置調整工具架的位置。這方面是有利的，因為其允許在加工操作過程中相對于工件改進控制切削工具，其中所述切削工具可以相對于運動裝置而被控制。例如，致動器可用于進程補償，或用于主動地控制加工操作，以便提供例如表面特性，比如加工表面的某些區域具有增加的或減少的摩擦、或者潤滑屬性。此外，所述機器布置相對于根據本發明的方法以如上所述的類似方式是有利的。
[0033]根據所述機器布置的示例性實施例，所述致動器布置成在法線方向上相對于工件致動所述切削工具。例如，所述致動器可以具有的工作范圍小于500、100、50、25、15、10、5或I微米或者在其內。所述致動器還可以布置成在0.1與500微米之間或0.2與20微米之間或0.5與10微米之間的范圍內進行操作。因此，該致動器可被優化，用于以高頻例如多達15、10、8、6或4千赫執行快速但微小的調整。所述致動器還是有利的，因為其允許與車削機器的定期運動裝置有關的相當多的可控操作，特別是由于其較小的尺寸和重量。
[0034]根據本發明的另一示例性實施例，所述機器布置還包括傳感器，其布置成產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號；以及補償控制單元，其可操作地連接至所述傳感器，并且布置成基于所述控制信號來確定補償參數，其中，所述致動器布置成至少部分地基于所述控制信號來調整切削工具的位置。
[0035]根據示例性實施例，所述傳感器是多部件壓電測力計。
[0036]例如，傳感器布置在主運動裝置與致動器之間、致動器與工具架之間、或者與致動器結合一體。因此，致動器和傳感器形成有利的補償單元，其允許進程補償加工操作。特別地，基于如由傳感器所測量的施加在切削工具上的法向力，所述補償單元允許有效補償切削工具、切削架以及周圍機器布置的偏轉。
[0037]此外，根據各種實施例，控制裝置比如補償控制單元可以包括微處理器、微控制器、可編程數字信號處理器或其他可編程設備。所述控制裝置還可以或者替代地包括專用集成電路、可編程門陣列或可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件或者數字信號處理器。其中所述控制裝置包括可編程裝置，比如微處理器、微控制器或上述可編程數字信號處理器，該處理器還可以包括控制所述可編程裝置的操作的計算機可執行代碼。
[0038]通過研究所附的權利要求及下面的說明，本發明的進一步的特征和優點將變得顯而易見。本領域技術人員要認識到的是，在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對本發明的不同特征進行組合，以創建不同于下面所述的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]下面，參照示出了本發明示例性實施例的附圖，對本發明的這些及其它方面進行更詳細地描述，其中:
[0040]圖1是用于根據本發明加工操作的機器布置的示例性實施例的示意圖，所述機器布置包括傳感器裝置。
[0041]圖2是用于根據本發明加工操作的機器布置的示例性實施例的示意圖，所述機器布置包括傳感器裝置和致動器裝置。
[0042]圖3a是根據本發明示例性實施例的代表著相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力與機器布置的偏轉之間的關系的示意性曲線圖。[0043]圖3b是根據本發明示例性實施例的用于調整切削工具的致動器的驅動電流與致動器的伸長率之間的關系的示意性曲線圖。
[0044]圖4是代表在測試部件的無補償加工操作過程中施加在切削工具上的法向力(下圖)與在無補償加工操作之后測試部件的所得到的表面輪廓(上圖)之間的相關性的兩個示意性曲線圖。
[0045]圖5是根據本發明示例性實施例的代表來自無補償加工操作(下圖)和進程補償加工操作(上圖)的測試結果的示意性曲線圖。
[0046]圖6是根據本發明示例性實施例的在加工操作之前的工件的示意性剖視圖。
[0047]圖7是根據本發明示例性實施例的用于執行工件加工操作的機器布置的示意性首1J視圖。
[0048]圖8是根據本發明示例性實施例的加工操作過程中切削工具尖端與工件的示意性放大視圖。
[0049]圖9示出了根據本發明的方法的示例性實施例的概念性流程圖。
【具體實施方式】
[0050]下面，參照其中示出了本發明示例性實施例的附圖，在下文中對本發明進行更全面地描述。但是，本發明可以體現為許多不同的形式，并且不應被解釋為限于本文所闡述的實施例；相反，這些實施例用于徹底及完整性。全文中類似參考符號指代類似元件。附圖僅是示意圖且未按真實比例繪制。
[0051]在圖1和2中，示出了用于執行根據本發明加工操作的兩個示例性機器布置10和20的示意圖。機器布置10和20每個都包括相應的切削工具12和22，比如碳化物、CBN、陶瓷或非陶瓷插入件，以及相應的工具架13和23，用于在加工操作過程中支承切削工具。
[0052]參照圖1，工具架13牢固地連接至運動裝置14，其通常包括機器旋轉器或沖壓裝置，用于相對于工件移動工具架13和切削工具12的目的。該運動裝置由控制系統17控制，該控制系統配置成基于加工操作參數來執行并控制加工操作過程。
[0053]此外,機器布置10包括傳感器或力傳感器15,其布置成產生代表相對于工件的加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號16。如圖所示，傳感器15布置在工具架13與運動裝置14之間。在操作過程中，切削工具12保持與工件切削接觸，其中在工件相對于切削工具的車削運動過程中，工件的表面變化連續引發切削工具與工件之間變化的法向力，該法向力由傳感器15測得。
[0054]機器布置10進一步設置有用于控制進程補償加工操作的補償控制系統，該補償控制系統包括采樣裝置19。采樣裝置19連接至傳感器15，并且布置成例如通過采樣和濾波來處理由傳感器15輸出到處理過的控制信號16b中的控制信號16。補償控制系統還包括補償控制單元19’，其布置成基于由采樣裝置19所提供的處理過的控制信號16b來確定補償參數值16c。如進一步示出，補償參數值被提供給控制系統17，以便通過控制和調整運動裝置14來提供進程補償，從而使切削工具的尖端在操作過程中被保持在相對于工件的正確配置和切削深度。
[0055]在圖1中，包括采樣裝置19和補償控制單元19’的補償系統被示出為單獨的裝置。然而，應當指出的是，例如補償單元可以結合到整體機器布置設置的整體控制系統/單元中，例如作為加工操作控制單元17的子系統。
[0056]在示于圖2并且如果沒有說明或以其他方式描述的話則根據機器布置10而布置的機器布置20中，工具架23由傳感器25和致動器28支承并牢固地連接至運動裝置24。如圖所示，傳感器25和致動器布置在工具架23與運動裝置24之間。在加工操作過程中，運動裝置24由控制系統27控制，該控制系統配置成基于加工操作參數來執行并控制加工操作過程，其中，運動裝置24根據加工操作參數同時致動切削工具22、工具架23、致動器28以及傳感器25作為一個單元。
[0057]此外，如圖2所示，獨立于由運動裝置24所提供的切削單元的致動，致動器28布置成調整工具架23與切削工具22相對于運動裝置24的位置。因此，致動器允許進程實時補償加工操作。
[0058]機器布置20進一步包括補償控制單元30，其被可操作地連接以接收來自傳感器25的信息，該信息用于確定補償參數。補償控制單元30可操作地連接至致動器28，其中所述補償參數用于產生控制致動器28的致動器控制信號31。
[0059]更詳細地，由采樣裝置29對來自傳感器25的控制信號26進行采樣并過濾，以便產生由補償控制單元30所接收到的處理過的控制信號26b，該處理過的控制信號代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力的大小。基于處理過的控制信號26b，所述補償控制單元還確定代表由接觸力所引起的機器布置的偏轉水平的偏轉參數。例如，偏轉參數可以根據算法確定，比如圖3a所示，這是代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力(由X軸例如以牛頓單位表示)與機器布置的偏轉(由y軸例如以微米表示)之間的關系的示意性曲線圖。
[0060]特定機器布置的法向力與偏轉之間的偏轉關系，即機器力-偏轉指紋，可被表示為函數或作為存儲在可由補償控制單元訪問的存儲裝置中的參數值。例如，如圖3a所示，偏轉-力關系可以被建模為直線，根據:
[0061]偏轉=C*力
[0062]其中C是常數。變量C還可以由描述機器布置的偏轉-力關系的更復雜的函數來表不。
[0063]以類似的方式，圖3b示出了代表致動器控制信號30 (例如由y軸以安培單位表示的致動器驅動電流)與致動器伸長率(由X軸例如以微米單位表示)之間關系的示例性圖表，該關系可用于基于偏轉參數來確定致動器控制信號。例如，致動器控制信號由驅動電流形成，參照圖2，該驅動電流產生致動器28在方向100上的平移運動，從而使切削工具22的工具尖端相對于運動裝置24移動，以便補償該運動裝置和/或整體機器布置20的偏轉。
[0064]根據本發明的進程補償基于在沿加工表面的輪廓的每個點的法向力與車削部件的所測孔輪廓之間的相關性。這種關系示于圖4，該圖示出了揭露相似模式的兩條示意性曲線。在上面的曲線中，無補償孔輪廓的變化以微米表示為以毫米的孔的特定長度部分的函數，在下面的曲線中，在無補償加工操作部件過程中施加在切削工具上的所測得的法向力以牛頓表示為加工操作特定長度部分過程中的時間函數。
[0065]根據本發明的進程補償進一步示于圖5，其示出了根據本發明示例性實施例的代表來自無補償加工操作(下圖)和進程補償加工操作(上圖)的測試結果的示意性曲線圖，其中y軸表示以微米的輪廓誤差曲線作為由X軸表示的以毫米的相應測試部件的長度的函數。測試部件設置有相等的槽，用于模擬測試部件的未處理加工表面的尺寸不精確，便于以80微米的車削加工切削深度評估機器偏轉。具有約40微米深度和7毫米長度的第一槽以約11毫米設置，具有20微米深度和相似長度的第二槽以約24毫米設置。如上圖所示，相對于其中這些槽在下圖中清晰可見的無補償測試部件的所得到的誤差曲線，由于加工表面的尺寸不精確在包括進程補償機器偏轉的加工操作后所得到的誤差輪廓被減小至約土I微米的范圍。
[0066]在圖6中，采用夸張的尺寸示出了加工操作前的工件60的示意性剖視圖。該工件基本上是圓柱形的，但是包括在微米范圍內徑向突出的有助于使工件非圓的多個凸角64a、64b,64c0凸角使工件的表面沿著其圓周不平，從而使對應于要被去除的材料的厚度的工件的切削深度65相對于具有半徑61的理論上所需的最終圓尺寸62波動。更詳細地，在加工操作過程中，切削深度65會波動，其頻率正比于工件的旋轉速度和凸角的數量。這導致在無補償加工操作過程中，增加的切削深度產生施加在將沿徑向向外偏轉的切削工具和機器布置上的增加的法向力，從而切削工具的工具尖端的偏差發生在對應于凸角64a、64b、64c的位置。因此，相對于理論上所需的尺寸62，工件60的實際最終尺寸將具有對應于虛線63的增加的徑向厚度。然而，通過利用進程補償，由于凸角64a、64b、64c的施加在切削工具上的增加的法向力被識別、測量以及由根據本發明的進程補償而被補償。
[0067]在圖7中，示出了機器布置70的示意性剖視圖，其中以球形軸承的外圈71的形式的工件在內滾道表面72上經受鏜孔加工操作。外圈71被固定至具有旋轉軸線73的工件架76并由其旋轉。機器布置70進一步包括運動裝置系統，其布置成在鏜孔過程中致動和支承切削工具22、致動器28以及傳感器25。運動裝置系統包括可移動支承構件74，其可移動地布置至被固定到機器結構700的固定支承構件75，其中，通過垂直和水平運動來控制可移動支承構件74相對于固定的支承構件75的位置而相對于工件致動切削工具。如圖進一步所示，機器布置70被偏轉，其中可移動支承構件74在遠離工件加工表面的方向上彎曲至由虛線表示的示意性示出的且高度夸張的偏轉位置77。
[0068]參照圖8，示出了加工操作過程中的切削工具82、其切削工具尖端及工件81的示意性放大視圖。切削工具82沿著根據對應于所需加工表面的理論上所需的最終尺寸82a的預定路徑平移。然而，沿著對應于要被去除的材料的厚度的預定的切削深度85因工件外表面的尺寸變化而變化，這會影響相對于所需的加工表面在法線方向86a上施加在切削工具上的力87a。
[0069]進一步示出了對應于第二理論上所需的最終尺寸86b的可替代的預定的切削路徑，其中，相對于對應所需的加工表面在法線方向86b上，力87b被施加在切削工具82上。對于給定的理論上所需的最終尺寸的法向力可以被確定為力87b在該理論上所需的最終尺寸的法線方向上的投影。因此，根據示例性實施例，可通過比較如由控制加工操作的加工操作參數所指定的工件的理論上所需的最終尺寸與切削工具之間的角度來確定相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力。
[0070]在圖9中，示出了根據本發明的方法步驟的示例性實施例。在第一步驟801中，產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號。例如，控制信號基于來自傳感器15或25所提供的信息，如分別關于圖1和圖2所述。在步驟805a中，所產生的控制信號被進一步用于確定與特定機器布置相關聯的偏轉參數值，其中，在步驟805b中，所述偏轉參數反過來用于確定補償參數值。接著，例如通過提供在圖2中致動器28的100方向上的伸長率，或者通過控制圖1中的運動裝置14，輸出用于補償加工操作的控制信號。
[0071]盡管已通過參照具體的示例性實施例對本發明進行了描述，但對于本領域技術人員來說，許多不同的改變、修改等將變得顯而易見。根據對附圖、公開內容及所附權利要求的研究，可以由實施所要求保護的發明中的技術收件人理解并實現所公開的實施例的變化。例如，根據本發明的方法步驟可以以彼此不同的順序被執行，并且不限于如在示例性實施例中或者在權利要求中所描述的具體實施順序。
[0072]此外，在權利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。
【權利要求】
1.一種用于補償在工件上加工操作的方法(800)，所述方法包括 執行加工操作，其通過采用切削工具使工件的表面經受加工，并且通過提供所述工件與切削工具之間的相對旋轉運動及相對運動，在物理上將材料從工件去除， 其中，所述方法還包括所述加工操作的進程補償，所述補償包括產生(801)代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號， 基于所述控制信號，確定(805)補償參數值，以及 基于所述補償參數值，補償(810)所述加工操作。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，補償所述加工操作的步驟包括 相對于工件，補償所述切削工具。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，補償所述切削工具的步驟包括在法線方向上相對于工件致動切削工具。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，補償所述加工操作的步驟包括相對于工件調整切削工具的進給速度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，確定補償參數值的步驟包括基于所述控制信號來確定偏轉參數值，所述偏轉參數值代表相對于工件的切削工具的進程偏轉，其中，基于所述 偏轉參數值來確定所述補償參數值。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述進程補償步驟獨立于執行所述加工操作的步驟而得到控制。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述工件是大致圓柱形構件，用作滾動軸承部件，比如圈或滾動體，并且 其中，所述法線方向與圓柱形構件的徑向方向重合。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，補償所述加工操作的步驟補償工件的輪廓誤差和/或不圓度。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法是車削過程或硬車削過程。
10.一種計算機可讀介質，其體現計算機程序產品，用于補償在工件上的加工操作，所述計算機程序產品包括配置成在由處理器執行時的代碼: 執行加工操作，其通過采用切削工具使工件的表面經受加工，并且通過提供所述工件與切削工具之間的相對旋轉運動及相對運動，在物理上將材料從工件去除，并且執行所述加工操作的進程補償，所述補償包括 產生(801)代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號， 基于所述控制信號，確定(805)補償參數值，以及 基于所述補償參數值，補償(810)所述加工操作。
11.一種用于工件加工操作的機器布置(10)，所述加工操作包括在物理上從所述工件去除材料， 所述機器布置包括 工件架，其布置成固定和旋轉所述工件， 切削工具(12)，其連接至工具架(13)，以及運動裝置(14)，其用于所述工具架， 其中，所述運動裝置布置成設置所述切削工具與工件的加工表面接觸，并且根據加工操作參數使切削工具相對于工件移動， 其中，所述布置還包括 傳感器(15),其布置成產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號，以及 補償控制單元(19)，其可操作地連接至所述傳感器，并且布置成基于所述控制信號來確定補償參數， 其中，補償控制單元布置成基于所述補償參數來提供所述加工操作的進程補償。
12.根據權利要求11所述的機器布置(10)，其中，所述補償控制單元布置成基于所述控制信號來實時地調整所述加工操作參數，并且 其中，所述運動裝置布置成基于所調整的加工操作參數來相對于工件調整所述切削工具。
13.一種用于工件加工操作的機器布置(20)，所述加工操作包括在物理上從所述工件去除材料， 所述機器布置包括 工件架，其布置成在加工操作過程中固定和旋轉所述工件， 切削工具(22)，其連接至工具架(23)，以及 運動裝置(24)，其用于支承所述工具架， 其中，所述運動裝置布置成設置所述切削工具與工件的加工表面接觸，并且根據加工操作參數使切削工具相對于工件移動， 其中，所述布置還包括 致動器(28)，其支承所述工具架，所述致動器布置在所述運動裝置與工具架之間， 其中，所述致動器布置成相對于所述運動裝置調整工具架的位置。
14.根據權利要求13所述的機器布置(20)，其中，所述致動器布置成在法線方向上相對于工件致動所述切削工具。
15.根據權利要求13-14中任一項所述的機器布置(20)，其中，所述致動器具有的工作范圍小于 500、100、50、25、15、10、5 或 I 微米。
16.根據權利要求13-15中任一項所述的機器布置(20),還包括傳感器(25),其布置成產生代表相對于加工表面在法線方向上施加在切削工具上的接觸力大小的控制信號(26)，以及 補償控制單元(30)，其可操作地連接至所述傳感器，并且布置成基于所述控制信號來確定補償參數， 其中，所述致動器布置成至少部分地基于所述控制信號來調整切削工具的位置。
【文檔編號】B23B25/06GK104039502SQ201280057285
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2011年9月22日
【發明者】J.卡明斯基, S.霍格納斯, O.A.內古姆博 申請人:Skf公司