專利名稱：校準方法和使用這種方法的腐蝕和磨削機床的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，用于對一個磨床、一個腐蝕機床或一個組合的磨削-腐蝕機床進行校準和再校準，本發明還涉及一個實現這種方法的設備。
背景技術：
例如在工具加工中使用磨床和/或腐蝕機床，以便以高精度加工工具。在此對加工精度提出越來越高的要求。不是在個別情況下而是要長期保證這種加工精度。這要求對所涉及的機床以及其控制系統進行仔細的校準。這種校準要盡可能長期有效并以簡單的方法實現。
發明內容
本發明的目的是，實現一種用于一個磨床或腐蝕機床的校準方法，通過該方法能夠長期地保證工件的加工精度。此外本發明的目的是實現一種實現這種方法的設備。
這個目的至少對其第一部分通過如權利要求1所述的方法得以實現。
按照本發明的方法機理是，所涉及的機床在初校準后不時地進行再校準，其中通過一個基準探頭進行初校準而通過一個機床探頭進行再校準。通過一個機床探頭在再校準過程中獲得的校準值是修正數據，它們被存儲并由機床控制程序在后面的磨削或腐蝕過程中使用，以便修正磨床或腐蝕機床的軸位移。所述再校準在需要時有時可以自動進行，因此所述再校準在其精度上追述到初校準。所述初校準最好通過基準探頭進行，該基準探頭固定在工件夾具上。在工作主軸上在腐蝕刀具或磨削刀具的位置上固定一個基準體，例如一個基準盤。當存在這個條件時，在第一步驟中通過基準探頭多次觸摸基準體。在此對于每個坐標方向X，Y，Z分別進行至少一次觸摸過程，所述坐標方向例如與相應的、作用于工件夾具或工作主軸軸承的定位裝置的調整方向相一致。由此對于每個坐標方向獲得一個第一測量值。具體地說，通過由各對應于各坐標的調整裝置提供的位置數值與已知的基準盤或基準探頭的三維坐標的計算獲得測量值。但是這樣獲得的測量值只是一個第一近似值，因為最好可通斷的基準探頭的觸摸點通常不能精確地已知。因此為了計算首先隨機地假設一個探頭的觸摸點并在以這個假設以及已知的基準盤和探頭尺寸以及調整機構的坐標值為前提的條件下計算一個用于所有坐標的第一修正值Δx，Δy，Δz。這個修正值應該表示誤差位置，由于機床機架、導向裝置的結構不精確性、由于熱變化等在每個坐標方向上產生該誤差位置。所述修正值存儲在控制裝置或一個對應于這個控制裝置的存儲器里面。
現在在第二步驟中進行一個試件磨削過程，在該過程中使用所存儲的用于修正調整裝置控制誤差的修正值。符號正確地將修正值添加到用于試件磨削過程的坐標方向。在試件磨削過程中多次磨削一個試件體而且對于每個要被檢驗的坐標由兩個方向進行磨削。磨痕例如是在試件體表面上磨出的很小的棱面。兩個屬于相同坐標的、由不同的坐標方向(例如+x和-x)進行的試件磨削或相應的棱面在試件體上相鄰地設置。由尺寸差能夠推斷出+x與-x之間的位置誤差。如果兩個棱面大小相同，則不存在位置誤差。如果兩個棱面大小不同，則由尺寸差推導出一個修正值Δx，Δy，Δz并存儲在控制裝置或存儲器里面。然后進行第二次試件磨削，仍然對其進行相同的評價。一直重復進行這種迭代直到在相關的坐標方向上磨削出相同大小的棱面。通常對于唯一的坐標例如X坐標進行這種迭代過程就足夠了。這一點至少在所使用的基準探頭對于其探測銷在所有徑向上的側向偏轉具有相同的觸摸點時是有效的。對于X坐標(或所選擇的其它坐標)獲得的探頭修正值可以用于其它現有的坐標。
如果磨削或腐蝕機床以這種方式獲得其初校準，接著通過使位于機床中的試件體與位于機床中的機床探頭處于觸摸直接進行第一次再校準。存儲在這種試件探測中獲得的修正值Δxn，Δyn，Δzn。它們表示機床探頭相對于基準探頭的測量偏差。以后的再校準過程在這些通過初校準獲得的修正值上進行測量。如果在以后的再校準中例如對于三個坐標方向X，Y，Z得到與Δxn，Δyn，Δzn偏離的Δxs，Δys，Δzs，則這些偏差表示例如由于溫度變化引起的機床尺寸變化并在繼續加工中予以考慮。
有利的是，使用所述基準探頭或至少一個坐標方向進行兩次觸摸。在此所述基準探頭最好一次作用于且觸摸在探頭縱向上而另一次作用于且觸摸在探頭橫向上。由兩次探測檢驗能夠計算探測銷的旋轉點，它對于繼續的測量值處理過程是有意義的。
上述目的的第二部分通過一個具有權利要求10特征的機床得以實現。這個機床配有一個試件體和一個機床探頭，其中一個這種部件固定在工作主軸軸承上而另一部件固定在工件支架上。此外該機床具有一個控制裝置，它具有相應的控制軟件，該控制軟件可以在校準模式中通過基準探頭進行校準過程并可以在一個再校準模式中通過相應的機床探頭進行上述校準過程。該控制軟件執行上述步驟，其中它要求由操作者在校準過程(初校準)中輸入。這些輸入在最簡單的情況下可以是測量偏差的推測值Δx，由在步驟2中產生的棱面尺寸差得出該推測值。在此所述機床調整裝置必需提供一個合理的推測值。但是也可以在控制軟件中設置一個推測模型，它可以由棱面的尺寸差推測出修正值Δx(或Δy或Δz)。在此該推測模型建立在這樣一個假設上，即，對棱面之間的一個較大的尺寸差配置一個在趨勢上更大的修正值Δx。在最簡單的情況下假設并建立一個成比例的關系。
由附圖、描述以及權利要求給出本發明有利實施例的其它細節。在附圖中示出一個本發明的實施例。附圖中圖1以極其簡化的視圖示出一個磨削或腐蝕機床，圖2至5以示意圖示出初校準過程的不同步驟，圖6和7分別以俯視示意圖示出在試磨削過程期間在不同的位置一個具有磨削刀具的磨頭與一個毛坯觸摸，圖8以側視示意圖示出按照圖6和7的磨削刀具和毛坯，圖9以另一比例的側視示意圖示出經過磨削的毛坯，圖10和11分別以極其簡化的俯視圖示出在一個磨削過程期間在不同的磨削位置具有一個磨削刀具的磨頭和毛坯，圖12以簡化正視圖示出在執行按照圖10和11的磨削過程之后的毛坯。
圖13至16示出了再校準的不同步驟。
具體實施例方式
在圖1中簡示出一個磨削機床1，它具有一個機床機架2，該機架支承一個磨頭3和一個工件夾具。所述磨頭3通過一個相應的滑板結構可移動地支承在兩個方向Y，Z上。為了在這兩個方向上調整磨頭使用一個驅動裝置，該驅動裝置通過一根Y控制導線和一根Z控制導線連接到一個控制裝置7上。在這里“控制導線”也可以是各種信息通道，例如一個數據總線，通過它們可以將控制命令傳遞到相應的驅動裝置并將驅動裝置的位置信號返回到控制裝置7。
所述工件夾具4同樣通過一個滑板結構支承在機床機架2上，使得它可以在X方向上調整。該工件夾具在X方向上的調整運動通過一根X控制導線8由控制裝置7進行監控。此外可以規定，所述工件夾具4圍繞一個垂直軸線A可旋轉地支承。該旋轉運動通過一個旋轉驅動裝置起作用，它通過一根A控制導線9與控制裝置7連接。該控制裝置7例如是一個具有一個用于存取的存儲裝置11的計算機，該存儲裝置可以存儲數據和程序并通過存儲裝置11隨時準備用于存取。
所述磨頭3具有一個工作主軸12，在其上可以固定磨削刀具，例如砂輪，用于加工工件。所述工作主軸12的旋轉軸線平行于X方向。在磨頭3上還設置一個機床探頭14，它具有一個用于觸摸一個試件體16的探頭部件15，該試件體固定在工件夾具4上。所述試件體16例如是一個剛性裝配在工件夾具4上的球體，而探頭部件15是一個具有探測板和/或探測球的探測銷。所述工件夾具4具有一個用于一個工件、如一個圓柱形毛坯的容納體17，從容納體中在磨削工藝中使用一個鉆頭或其它刀具。
因此對所述磨床1進行如下的校準如圖2所示，為了進行初校準在磨頭3的工作主軸12上固定一個例如基準盤13形式的基準體并在工件夾具4的工件容納體17上固定一個基準探頭19。這個探頭例如由可通斷的測量探頭構成。其探測銷21是可以側向偏轉以及軸向移動的。如圖3所示，在側向偏轉時該探測銷圍繞一個旋轉點D旋轉。
在將基準盤18和基準探頭19固定在磨頭3和工件夾具4上之后，所述控制裝置7以一個校準運行方式使磨頭3在Z方向上移動到工件夾具4的高度并且使工件夾具4在X方向上運動移動到磨頭3上，以便通過基準探頭19觸摸基準盤18，如圖2所示。為此所述工件夾具4圍繞其軸線A這樣旋轉，使探測銷21沿著X方向豎立。當探頭到達其觸摸點時，停止工件夾具4的進給運動。現在通過已知的和存儲的基準盤18和基準探頭19的尺寸數據計算通過X控制導線8得到的工件夾具4的位置數據。由基準探頭19和基準盤18的尺寸數據以及X-位置數據得到一個所期望的觸摸點，對于該觸摸點所述基準探頭19必需動作。實際的觸摸點通常與其偏離。存儲該行程差Δx。
然后如圖3所示，通過A控制導線9這樣控制對應于A軸線的控制裝置，使基準探頭19通過其探測銷21平行于Y方向豎立。然后再通過X控制導線通過對對應于X方向的驅動裝置的控制進行基準盤18在X方向上的觸摸。由這個觸摸檢驗確定一個Δx值，其中由按照圖2和圖3的兩次觸摸檢驗的結果比較能夠確定探測銷21旋轉軸線D在基準探頭19中的位置。
現在接著進行在圖4中所示的觸摸檢驗，其中使用在圖4中垂直于圖面的Z軸作為觸摸方向。為此通過Z控制導線6這樣控制對應于Z方向的驅動裝置，使基準探頭19動作。然后按照圖5進行Y方向的觸摸檢驗。由此得到相應的數值Δx，Δy。將它們進行存儲。
直接在進行這個探測過程之后還總是在用于重新校準的第一步驟范圍中進行一系列的磨削檢驗。在圖6至12至示出這些磨削檢驗。按照圖6，一個對應于X方向的第一磨削檢驗使一個由工件夾具4夾緊的圓柱形毛坯或其它物體22在Y方向上對準并在X方向上在一個由磨頭3支承的砂輪23上導引。現在在X方向上進行一個進入到給定磨削深度的進給運動。按照圖7在同一物體22上通過同一砂輪23進行第二次磨削檢驗，其中該工件夾具4圍繞A軸線旋轉180°而物體22圍繞其縱軸線旋轉180°。現在直接在第一次磨削檢驗中產生的且在圖9中示出的棱面24旁邊產生一個第二棱面25。在此按照現有的機床調整數據致力于相同的磨削深度。但是這個磨削深度一般不能在第一次檢驗中直接得到，因為在上述基準中獲得的修正值Δx(按照圖2和圖3獲得的)還是不精確的。圖8示出，對于按照圖6和圖7的兩次磨削檢驗所述砂輪23實際上如何在以不同的深度頂進物體22，因此在磨削深度幾乎沒有不同的時候所述棱面24，25已經具有明顯不同的大小。
現在由棱面24，25的尺寸差可以推斷出修正值Δx的一個必需的修正。在最簡單的情況下這一點可以由操作者進行并通過輸入裝置輸入到控制裝置7。但是也可以僅測量棱面24，25的尺寸差，即，其在物體22圓周方向上的長度差并將這個尺寸輸入到控制裝置7。在這種情況下所述控制裝置7可以通過一個尺寸修正修正值Δx，該尺寸與棱面24，25的尺寸差成比例。
在完成這個修正以后重復進行按照圖6和圖7的磨削檢驗和與其銜接的棱面24，25的測試以及修正值Δx的修正，直到所述棱面24，25大小相同。如果做到這一點，可以將現在所確定的用于修正值Δx所計算的、在磨削檢驗中反復確定的附加修正值ΔxR作為基準探頭的修正值并據此用于其余的坐標方向Y和Z。至少在基準探頭19在所有垂直于其探測銷21的偏轉方向上這個修正值具有相同的觸摸點位置。
在圖6至9中所示的磨削檢驗被用于按照圖3至5的基準探頭19的觸摸過程的定標，而圖10至12示出一個試件磨削過程用于對基準探頭19在其按照圖2的觸摸過程中的定標。仍然使用所述試件體22或者也可以使用其它的相應試件體并且這一次在其端面上磨削。為此該試件體從正的或負的X方向移動到砂輪23并分別磨削標定的相同深度。由按照圖12所產生的具有不同棱面26，27的磨削圖形仍然可以推斷出一個X誤差。這個誤差表示一個對于基準探頭19軸向的偏差ΔxA。在迭代進行的磨削檢驗中獲得的棱面26，27的參數完全相同大小的時候確定數值ΔxA。
在由此實現的機床1和基準探頭19的定標之后必需進行磨床1的第一次再校準，在其中校準所述機床探頭14。在圖13至16中示出這個過程。通過試件體16觸摸機床探頭14或其探頭部件15實現所述再校準，該探頭部件例如通過一個立方體構成。為此所述試件體16按照圖3和4兩次在X方向上探測，其中該試件體在兩次探測檢驗期間以90°圍繞A軸旋轉。在緊接著前面通過基準探頭19進行的初校準之后存儲現在獲得的觸摸位置并作為給定值，對于該觸摸位置所述觸摸探頭14動作。所述試件體15相應地按照圖15在Y方向上并按照圖16在Z方向上進行探測，其中所獲得的觸摸位置仍作為給定值存儲。
由此完全結束磨床的校準。該磨床在運行中可以以現有修正值Δx、Δy、ΔxR、ΔxA為基礎。
如果在一定的時間過后需要再校準，例如因為磨床產生溫度變化，則重復進行按照圖13至16的再校準。如果在這四個試件探測過程中產生與在初校準中存儲的數據的偏差，則獲得并再存儲這些與所存儲數值的偏差。它們可以作為在磨頭3和工件支架4在未來定位時的再校準修正值。
所述再校準可以隨意地經常重復并且每一次都通過試件體16與來自不同的探測方向的機床探頭15的觸摸實現。無需重新校準。
在類似的方法中可以實現對于腐蝕機床和在組合的磨削-腐蝕機床上的重新校準和再校準。
一種用于對磨床和/或腐蝕機床進行校準的方法提供了一個初校準過程和相應的再校準過程。在初校準過程中通過一個基準體和一個基準探頭對所述機床進行一次檢測，其中該基準體固定在一個工作主軸或一個工件支架上而基準探頭固定在工件支架或工作主軸上。對從所有坐標方向的第一次觸摸過程銜接磨削檢驗，在其中以迭代方式確定重復的觸摸過程、尤其是以探頭允差為基準的偏差并使其不起作用。直接在完成加工檢驗并因此完成對加工機床的初定標后，通過從所有的坐標方向觸摸機床探頭和一個試件體并存儲所得到的位置數值，對機床內部的測量系統進行校準。對以后的再校準提供以存儲的數值進行補償的測量值，其中由所述偏差得到用于對工件繼續進行加工的修正值。
權利要求
1.一種方法，用于對一個磨床(1)、一個腐蝕機床或一個組合的磨削-腐蝕機床進行校準和再校準，該機床具有一個用于安裝一個磨削刀具(23)或一個腐蝕刀具的工作主軸(12)和一個連接在一個工作主軸軸承(3)上的機床探頭(14)，該機床對于工件具有一個工件支架(4)，它具有一個工件容納體(17)，其中所述工作主軸(3)和工件支架(4)通過一個調整裝置在一個控制單元(7)的監控下可以相互調整，其中所述控制單元(7)具有一個存儲裝置(8)，以存儲校準值并且在工作主軸軸承(3)上并在工件支架(4)上固定一個機床探頭(14)和一個試件體(16)，本方法具有一個第一步驟，在其中對工作主軸(12)配備一個基準體(18)而對工件容納體(17)配備一個基準探頭(19)，并且在該步驟中通過相應地調整調整裝置對基準體(16)進行多次觸摸并存儲得到的測量值；本方法具有一個第二步驟，在其中對工作主軸(12)配備一個磨削刀具(23)而對工件容納體(17)配備一個物體(22)并在該步驟中在一個磨削檢驗中對物體(22)由不同的方向進行磨削；本方法具有一個第三步驟，在其中由在第二步驟中產生的磨削圖形(24，25，26，27)確定出對于在第一步驟中存儲的測量值的推測修正值，其中當該修正值大于一個容許值時，將該修正值通知控制單元(17)，以便修正存儲的校準值，并返回到第二步驟，在其它情況下繼續第四步驟；本方法具有第四步驟，在其中通過機床探頭(14)觸摸試件體(16)并通過在步驟一至三中確定的測量值對探測結果進行補償。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在第四步驟中進行補償時通過在步驟一至三中確定的測量值與第四步驟獲得的測量值之間的差值確定對于現有的機床坐標(X，Y，Z，A)的修正值并且在以后的局部處理時考慮該差值。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，不時地重復第四步驟，以便實現測量值補償。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，作為基準體(18)使用一個基準盤。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，作為基準探頭(19)使用一個可通斷(schalten)的探頭。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，從所有的坐標方向各一次地觸摸所述基準體(19)并從所選擇的坐標方向(X)以不同的觸摸方向兩次地觸摸基準體。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步驟中為了檢驗一個坐標的精度分別從這個坐標的相反方向磨削所述物體(22)。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在兩個相鄰的位置(24，25，26，27)磨削所述物體(22)。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，由所述相鄰位置(24，25，26，27)的尺寸差確定在第三步驟中要推測的修正值。
10.一個機床，具有一個用于執行如權利要求1所述方法的裝置。
全文摘要
一種用于對磨床和/或腐蝕機床進行校準的方法提供了一個初校準過程和相應的再校準過程。在初校準過程中通過一個基準體和一個基準探頭對所述機床進行一次檢測，其中該基準體固定在一個工作主軸或一個工件支架上而基準探頭固定在工件支架或工作主軸上。對從所有坐標方向的第一次觸摸過程銜接磨削檢驗，在其中以迭代方式確定重復的觸摸過程、尤其是以探頭允差為基準的偏差并使其不起作用。直接在完成加工檢驗并因此完成對加工機床的初定標后，通過從所有的坐標方向觸摸機床探頭和一個試件體并存儲所得到的位置數值，對機床內部的測量系統進行校準。對以后的再校準提供以存儲的數值進行補償的測量值，其中由所述偏差得到用于對工件繼續進行加工的修正值。
文檔編號B24B3/00GK1807020SQ20051000429
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月20日 優先權日2005年1月20日
發明者T·恩格爾弗里德, H·海克, C·迪爾格爾 申請人:沃爾特機器制造有限責任公司