本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于對(duì)多個(gè)工件的孔進(jìn)行精密加工的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的機(jī)床單元。

背景技術(shù)：

在對(duì)工件的孔或襯套進(jìn)行精準(zhǔn)加工時(shí)，對(duì)本來(lái)的鉆削通常補(bǔ)充進(jìn)行通過(guò)精密鉆削引起的精密加工和通過(guò)整平滑或滾光引起的超精密加工。為了精密鉆削使用精密鉆頭，其例如在AT 404 001 B中有所描述。整平滑可以借助整平滑刀具來(lái)進(jìn)行，其例如在DE 10 2007 017 800 A1中公開。這種整平滑刀具具有球狀的整平滑體，其通過(guò)改型(Umformen)使待加工的表面，也就是說(shuō)孔圓周壁部或襯套圓周壁部整平滑。

替選地，為了進(jìn)行超精密加工可以使用滾光刀具，其如例如在WO 2012/107582中公開。在這種滾光刀具中，能轉(zhuǎn)動(dòng)地支承的球體優(yōu)選靜液壓地被壓向待加工的圓周面，從而通過(guò)改型來(lái)加工該圓周面。

在精密鉆削之后，經(jīng)加工的表面仍具有一定的粗糙度，其尤其由刀刃幾何形狀、精密鉆削刀具的進(jìn)給和轉(zhuǎn)速來(lái)決定。在隨后進(jìn)行滾光時(shí)，(特別明顯表示出地)由于粗糙度構(gòu)成的“凸部”朝凹部的方向改型，從而一方面減小了粗糙度并且另一方面使直徑稍微擴(kuò)開。

在至今所公知的方法中，在通過(guò)精密鉆削的預(yù)加工之后進(jìn)行孔直徑的測(cè)量。在經(jīng)過(guò)精密加工的孔的直徑不在預(yù)先給定的公差之內(nèi)的情況下，相應(yīng)地進(jìn)行對(duì)精密鉆削刀具的刀刃的校正。為了提高準(zhǔn)確性，該校正只有在對(duì)多個(gè)經(jīng)測(cè)定的工件進(jìn)行分析之后才可以進(jìn)行，其中，從這些測(cè)量結(jié)果中獲知趨勢(shì)并且進(jìn)行相應(yīng)的刀刃校正。

在該做法中成問(wèn)題的是，在滾光時(shí)的直徑擴(kuò)開尤其也與精密鉆削之后的粗糙度有關(guān)。因此，例如在刀刃磨損時(shí)提高了粗糙度，從而相應(yīng)地在滾光時(shí)增大了直徑擴(kuò)開。此外，尺寸精度在滾光時(shí)本身還有一定的不確定性，該不確定性仍在微米范圍內(nèi)，該不確定性必須在預(yù)先鉆削時(shí)通過(guò)相應(yīng)的公差來(lái)考慮到。

如上所實(shí)施地，因此在精密鉆削刀具的刀刃磨損時(shí)改變了表面結(jié)構(gòu)，并且因此改變了由滾光所造成的擴(kuò)開。這會(huì)導(dǎo)致的是，雖然在進(jìn)行精密加工之后的測(cè)定表現(xiàn)出位于精密鉆削公差范圍之內(nèi)的結(jié)果，但是在進(jìn)行超精密加工(整平滑、滾光)之后，孔卻具有位于公差之外的直徑。在此尤其成問(wèn)題的是，不能夠?qū)崿F(xiàn)或只能夠困難地實(shí)現(xiàn)對(duì)滾光刀具的橫向進(jìn)給，這是因?yàn)楦男瓦^(guò)程基本上通過(guò)靜液壓的壓力來(lái)決定，經(jīng)由靜液壓的壓力使一個(gè)或多個(gè)球體向待加工的圓周面擠壓。

在WO 2008/009411 A1中公開了一種測(cè)量方法，在其中，在各個(gè)精密加工步驟之間，具體而言是精密鉆削加工與珩磨加工之間進(jìn)行測(cè)量過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

與之相應(yīng)地，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于對(duì)孔進(jìn)行精密加工的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的機(jī)床單元，通過(guò)它們?cè)诤苌倩ㄙM(fèi)的情況下改善了孔的表面品質(zhì)。

在方法方面，該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)解決，而在機(jī)床單元方面通過(guò)權(quán)利要求9的特征來(lái)解決。

本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。

在根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)多個(gè)工件的孔進(jìn)行精密加工的方法中，首先借助精密鉆削刀具/精密鉆頭進(jìn)行對(duì)第一個(gè)工件的孔的精密鉆削。隨后，借助整平滑刀具或滾光刀具對(duì)孔進(jìn)行超精密加工(整平滑或滾光)。只有在進(jìn)行超精密加工之后才進(jìn)行用于檢查工件的孔的尺寸精度的測(cè)量。在測(cè)定不處于預(yù)先給定的公差帶的范圍內(nèi)的情況下，在對(duì)下一個(gè)工件進(jìn)行加工之前對(duì)精密鉆頭的刀具調(diào)整進(jìn)行校正。也就是說(shuō)在這樣的后處理測(cè)量(Post-Prozess-Messung)中，依賴于超精密加工之后的測(cè)量結(jié)果來(lái)進(jìn)行對(duì)精密鉆頭的調(diào)整，這背棄了開頭所述的在每次單個(gè)步驟之后進(jìn)行測(cè)定的生產(chǎn)理念。在此，超精密加工優(yōu)選被理解為通過(guò)改型，例如通過(guò)整平滑或滾光引起的加工。

表明的是，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的策略能夠使高水準(zhǔn)的表面品質(zhì)在整個(gè)制造過(guò)程期間于狹窄的界限內(nèi)得以保持，從而不會(huì)出現(xiàn)開頭所述的在粗糙度方面的波動(dòng)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中設(shè)置的是，除了測(cè)量還執(zhí)行對(duì)工件的光學(xué)檢查。該光學(xué)檢查也優(yōu)選在超精密加工，優(yōu)選整平滑/滾光之后且在對(duì)下一個(gè)工件進(jìn)行加工之前進(jìn)行。

經(jīng)加工的工件可以是連桿、曲軸箱或工件的襯套。

對(duì)精密鉆頭的刀具調(diào)整在考慮整平滑、滾光時(shí)的擴(kuò)開尺寸的情況下進(jìn)行。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，超精密加工優(yōu)選通過(guò)滾光進(jìn)行。

在本發(fā)明的變型方案中，除了在超精密加工之后進(jìn)行測(cè)量之外，在超精密加工之前和精密鉆削之后的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行測(cè)量，然后相應(yīng)地補(bǔ)償精密鉆削刀刃。因此，這不對(duì)工藝時(shí)間造成負(fù)擔(dān)。

當(dāng)在超精密加工之后或在精密鉆削與超精密加工之間借助測(cè)量裝置來(lái)檢測(cè)孔的表面品質(zhì)時(shí)，可以進(jìn)一步改善制造品質(zhì)。在此，獲知表征表面品質(zhì)的參數(shù)，如例如粗糙度Ra或Rz，其中，這些結(jié)果也同樣可以引入到對(duì)刀刃的校正中。以該方式可以避免不準(zhǔn)確性，這些不準(zhǔn)確性(如上所實(shí)施地)由在經(jīng)精密鉆削的孔的不同的粗糙度的情況下的不同的直徑擴(kuò)開造成。

當(dāng)在用于檢查孔的尺寸精度的測(cè)量步驟中使用了不僅檢測(cè)孔的直徑而且還檢測(cè)孔的與預(yù)先給定的孔形狀或預(yù)先給定的目標(biāo)尺寸的軸向和徑向偏差的測(cè)量裝置時(shí)，可以進(jìn)一步改善測(cè)量準(zhǔn)確性。以該方式，可以在精密鉆削之后檢測(cè)孔的精確輪廓，并且可以通過(guò)對(duì)精密鉆削刀具的相應(yīng)的驅(qū)控來(lái)補(bǔ)償可能的不期望的不準(zhǔn)確性，如例如橢圓度或喇叭形狀。對(duì)此特別適用的是壓電精密鉆頭，經(jīng)由該壓電精密鉆頭可以在精密鉆削期間補(bǔ)償這種尺寸偏差。這種壓電精密鉆頭例如在WO 2013/011072 A2中描述。

與之相應(yīng)地，用于執(zhí)行該方法的機(jī)床單元具有精密鉆削裝置、超精密加工裝置和集成的和/或外部的用于測(cè)定工件的測(cè)量站。如下這樣地設(shè)計(jì)機(jī)床單元的控制部，即，能夠依賴于測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果來(lái)對(duì)精密鉆削裝置進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選地，如下這樣地實(shí)施控制部，即，也依賴于在整平滑時(shí)的擴(kuò)開尺寸來(lái)進(jìn)行對(duì)精密鉆削刀具的調(diào)整。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床單元可以實(shí)施為具有測(cè)量裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)表面品質(zhì)的檢測(cè)，例如對(duì)粗糙度參數(shù)，如Rz、Ra、Wt等的檢測(cè)。然后附加地依賴于這些所檢測(cè)到的表面品質(zhì)來(lái)進(jìn)行刀刃補(bǔ)償。

用于測(cè)定孔直徑的測(cè)量裝置可以如下這樣地構(gòu)造，即，不僅檢測(cè)平均的孔直徑，而且也檢測(cè)與理想的柱體形狀的徑向和軸向的偏差。該測(cè)量裝置例如可以是塞規(guī)，其具有多個(gè)沿徑向和軸向方向分布的測(cè)量位置，這些測(cè)量位置例如能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各自的區(qū)域的感應(yīng)測(cè)定。

與之相應(yīng)地，機(jī)床單元的控制單元也可以被設(shè)計(jì)成用于能夠?qū)⑶笆龅臏y(cè)量裝置的結(jié)果(表面品質(zhì)或孔幾何形狀)引入到對(duì)精密鉆削刀具的驅(qū)控中。在此，例如可以進(jìn)行刀刃補(bǔ)償，然而也能夠設(shè)想的是，改變精密鉆削刀具的進(jìn)給或轉(zhuǎn)速，以便能夠調(diào)整所期望的表面品質(zhì)并且/或者確?？椎某叽缇取?/p>

機(jī)床單元優(yōu)選實(shí)施為反向機(jī)器(Inversmaschine)，如其在WO 2013/038007 A2中有所描述。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合示意性的圖示詳細(xì)闡述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。其中：

圖1示出用于對(duì)孔進(jìn)行精密加工的方法步驟的原理圖；

圖2示出根據(jù)圖1的方法的變型方案；并且

圖3、4示出具有測(cè)量站的反向機(jī)床的視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)多個(gè)工件的孔，例如曲軸箱2的孔進(jìn)行精密加工的方法的圖解。在中間示出了機(jī)床單元，其被構(gòu)造為反向機(jī)器4。在根據(jù)反向設(shè)計(jì)的機(jī)床中，工件被引導(dǎo)為支承在機(jī)器框架上的工件。反向機(jī)器4具有至少一個(gè)精密鉆頭6或其他的適用于精密加工的刀具，其刀具刀刃8優(yōu)選能夠沿徑向方向被調(diào)節(jié)，以便對(duì)曲軸箱2的孔10進(jìn)行精密鉆削。該孔10首先根據(jù)傳統(tǒng)的加工方法，例如通過(guò)鉆削進(jìn)行加工。此外，反向機(jī)器4實(shí)施有未示出的定心站，經(jīng)由定心站在加工之前對(duì)工件2定心。

反向機(jī)器4還具有用于對(duì)孔10的被精密鉆削的圓周面進(jìn)行超精密加工的滾光刀具12。反向機(jī)器4原則上可以實(shí)施有多個(gè)精密鉆頭和滾光刀具，從而相應(yīng)地同時(shí)能夠加工多個(gè)工件。

在借助滾光刀具12對(duì)孔的圓周面進(jìn)行超精密加工之后，將工件22輸送給測(cè)量站14(后處理測(cè)量)。該測(cè)量站14實(shí)施有測(cè)量裝置，以便測(cè)定孔10的尺寸精度。測(cè)量站14還實(shí)施有評(píng)估單元16(測(cè)量計(jì)算機(jī))，在其中對(duì)測(cè)量值進(jìn)行處理。如圖1中所示，測(cè)量站14可以附加地還實(shí)施有用于對(duì)工件或孔10進(jìn)行光學(xué)檢查的站18。在各個(gè)站之間的運(yùn)輸全自動(dòng)地，例如借助適當(dāng)?shù)奶幚硐到y(tǒng)或機(jī)器人臂來(lái)進(jìn)行。

經(jīng)由評(píng)估單元16獲知的測(cè)量值與工件幾何形狀的預(yù)先給定的標(biāo)定值作比較。在測(cè)量值與標(biāo)定值有偏差的情況下，經(jīng)由評(píng)估單元16獲知校正值，然后相應(yīng)地經(jīng)由機(jī)器控制部依賴于校正值來(lái)調(diào)節(jié)精密鉆削刀具6并且以該刀具調(diào)整來(lái)加工下一個(gè)工件或改變預(yù)先確定的工件數(shù)量。然后，又以前述的方式測(cè)定該工件或下一個(gè)、在改變了預(yù)先確定的工件數(shù)量之后出現(xiàn)的工件，并且必要時(shí)依賴于測(cè)量值對(duì)刀具進(jìn)行調(diào)整。

與之相應(yīng)地，在精密鉆削和超精密加工之后對(duì)刀具刀刃的校正基于在后處理測(cè)量中所獲知的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行。在此，對(duì)精密鉆削刀具的調(diào)整依賴于孔在超精密加工時(shí)所出現(xiàn)的擴(kuò)開來(lái)進(jìn)行。該擴(kuò)開尺寸在校正循環(huán)中被考慮，其中，力求在精密鉆削之后的直徑保持在公差窗口的上極限值之內(nèi)，從而在滾光時(shí)改型較少的材料。

在圖1中所示的過(guò)程方式中，將用于光學(xué)檢查的站18集成到機(jī)器設(shè)計(jì)中。

圖2示出了如下變型方案，在其中，用于光學(xué)檢查的站18在未集成到反向機(jī)器中的獨(dú)特的SPC測(cè)量位上執(zhí)行。除此之外，根據(jù)圖2的方法方式相應(yīng)于圖1的那些方法方式，從而可以省略對(duì)圖2的進(jìn)一步的闡述。

圖3和4示出了按照根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)實(shí)施的機(jī)床的側(cè)視圖和俯視圖。該機(jī)床實(shí)施為反向機(jī)器4并且在最廣泛的意義下具有長(zhǎng)方體形的框架，該框架圍攏工作空間20。在由框架梁所限界的界域處例如在一側(cè)布置有多個(gè)刀具22，如精密鉆削刀具6和滾光刀具12。工件被布置在至少能夠沿X和Y方向移行的工件載體24上，工件載體附加地還可以實(shí)施有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線。

測(cè)量單元14和所配屬的評(píng)估單元16(測(cè)量計(jì)算機(jī))被集成到機(jī)器設(shè)計(jì)中，并且經(jīng)由測(cè)量單元和機(jī)床的共同的模塊信號(hào)連接。如所述的那樣，在反向機(jī)器4上至少設(shè)置有用于定心、精密鉆削、滾光和測(cè)量的站。顯然地，也可以設(shè)置有用于其他的加工步驟的刀具22。向反向機(jī)器4輸送工件和從中導(dǎo)出工件自動(dòng)地進(jìn)行。

在對(duì)這種反向機(jī)器的結(jié)構(gòu)的另外的細(xì)節(jié)可以參考開頭所述的現(xiàn)有技術(shù)。

顯然地，也可以使用其他合適的用于對(duì)孔進(jìn)行超精密加工的刀具，例如根據(jù)DE 10 2007 017 800 A1的整平滑刀具來(lái)代替滾光刀具。

如開頭所述，可以經(jīng)由另外的(未示出的)測(cè)量裝置在精密鉆削之后或超精密加工(優(yōu)選是滾光)之后緊接著檢測(cè)孔的表面品質(zhì)，然后依賴于相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果(例如獲知趨勢(shì)之后)進(jìn)行對(duì)精密鉆頭的驅(qū)控的相應(yīng)的干預(yù)。因此例如執(zhí)行刀刃補(bǔ)償(刀刃調(diào)節(jié))。原則上也能夠設(shè)想到對(duì)進(jìn)給和/或轉(zhuǎn)速的改變，以便保持預(yù)先確定的表面品質(zhì)。表面品質(zhì)例如可以由粗糙度參數(shù)Ra、Rz、Wt等來(lái)表示。

替選或附加地，如下這樣地實(shí)施測(cè)量裝置，即，沿軸向方向和徑向方向精確檢測(cè)孔的幾何形狀。

對(duì)此，例如可以使用塞規(guī)，塞規(guī)沿徑向方向和軸向方向具有多個(gè)測(cè)量位置，從而能夠檢測(cè)橢圓度、喇叭形狀或與理想的柱體形狀的其他的偏差。然后在精密鉆削中通過(guò)相應(yīng)地驅(qū)控精密鉆頭，尤其是壓電精密鉆頭來(lái)補(bǔ)償這些偏差。

該測(cè)量裝置，例如測(cè)量探針可以是集成的或外部的用于測(cè)定工件的測(cè)量單元的一部分。

如開頭所述，除了在超精密加工之后的后處理測(cè)量之外，也可以在超精密加工之前和精密鉆削之后的時(shí)間段中執(zhí)行測(cè)量，然后依賴于這些測(cè)量來(lái)執(zhí)行對(duì)精密鉆削刀刃的補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的重要優(yōu)點(diǎn)是，不對(duì)工藝時(shí)間造成負(fù)擔(dān)地進(jìn)行測(cè)量，從而能夠執(zhí)行具有高效率的工件加工。

公開了用于對(duì)多個(gè)工件的孔進(jìn)行精密加工的方法和機(jī)床單元，在其中，在精密鉆削加工和超精密加工，優(yōu)選是滾光或整平滑之后進(jìn)行后處理測(cè)量，并且依賴于該測(cè)量執(zhí)行對(duì)精密鉆削刀具的調(diào)整。

附圖標(biāo)記列表

2 曲軸箱

4 反向機(jī)器

6 精密鉆頭

8 刀具刀刃

10 孔

12 滾光刀具

14 測(cè)量站

16 評(píng)估單元

18 站

20 工作空間

22 刀具

24 工件載體