專利名稱：一種對被加工表面同時進行加工和測量參數(shù)的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種便于對被加工表面同時進行加工和測量參數(shù)的方法，特別是用在受研磨操作的工件上的孔。
背景技術(shù)：
在工件內(nèi)不同形式的加工孔或其它表面的加工過程中，很明顯，為了得到良好的結(jié)果，應該對孔進行測量，從而連續(xù)的確定如孔徑、錐度和圓度等參數(shù)。在實施上述方式之前，主要采用不同型式的測量儀表，這種測量方法意味著測量必須在研磨操作之間進行。這樣必然在某種程度上增加總的加工時間，在大量生產(chǎn)中這種情況是不能接受的。
為了改進加工過程和測量孔徑和錐度的操作，常常使用測量指針，當砂輪移開時，該測量指針進入孔內(nèi)，然而，即使在這種情況下，測量也是在研磨操作之間進行，這就意味著需要長的研磨周期。測量指針不能用于圓度測量，而這一使用要求就意味著機械需要額外的設備，該設備在測量指針接近測量位置和離開該位置時容易被損壞。而且，該已知的測量設備具有較低的分辨率。
DE-A1-10029965涉及一種為了達到工具檢測的目的，對旋轉(zhuǎn)軸進行準確、無接觸加載測量的方法和裝置。該裝置裝有至少一個位移傳感器，該傳感器測量由作用在軸支承的工具上的軸向力、徑向力或扭矩引起的旋轉(zhuǎn)軸相對殼體的位置變化。因此，工具上未加負載的軸旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的測量信號曲線，代表旋轉(zhuǎn)軸被測表面的不規(guī)則和不圓度，并把該信號曲線存儲在計算裝置內(nèi)；然后，從裝有工具的軸和軸負載旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的測量信號曲線減去上述信號曲線，以補償由軸自身的不規(guī)則和不圓度產(chǎn)生的測量信號曲線部分，因而，使計算裝置發(fā)射只代表軸和工具負載的輸出。通過重復檢測和借助旋轉(zhuǎn)角度傳感器，從計算裝置中能得到代表沒有軸不規(guī)則和不圓度以及軸負載影響的純工具負載曲線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對工件的被加工表面同時進行加工和參數(shù)測量的方法，例如對內(nèi)部加工如研磨中的孔的孔徑、錐度和孔的圓度進行測量，該方法如權(quán)利要求1中所請求保護的方法。


下面，參照非限制性的附圖中表示的機械軸的實施例進行更詳細的說明，該裝置可用于執(zhí)行本發(fā)明的方法。
圖1表示本發(fā)明同時進行研磨和測量中磨削主軸的示意斷面?zhèn)纫晥D；圖2表示沿圖1中線A-A的橫截面端視圖；圖3表示帶有多個裝在裝置內(nèi)的傳感器的保持器的端視圖；圖4表示沿圖3中沿B-C線的斷面圖。
具體實施例方式
圖1示意性地表示出機械軸1，該軸由例如電馬達2的驅(qū)動裝置可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動且可旋轉(zhuǎn)地支承在第一軸承3和第二軸承4內(nèi)。軸承3、4和馬達2裝在殼體5內(nèi)，通過它們當中的開口，機械軸伸出一自由端6，該自由端上固定一工具7，在此是砂輪，其在圖中的情況下表示砂輪與環(huán)形工件9內(nèi)的孔8處于加工接觸，該工件由未示出的驅(qū)動馬達、通過未示出的夾具可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。在工件9的旋轉(zhuǎn)軸線10與軸1、6的旋轉(zhuǎn)軸線11之間有一偏移量O。工件還可以根據(jù)由電磁圓板驅(qū)動和二塊支承瓦支持工件的特種無心(microcentric)原理旋轉(zhuǎn)。
在鄰近軸承4最接近工具7且在殼體5內(nèi)的某一位置，設置一保持架(retainer)12，該保持架用于至少一個位移傳感器13，該傳感器通過電纜14與用16表示的計算裝置(evaluation unit)連接。
圖2表示沿帶有孔8的工件9的線A-A的斷面圖，圖中表示的孔具有夸大的不規(guī)則和不圓度。從圖中可以看出，工具或砂輪7的表面與工件9的孔8的內(nèi)表面正處于加工接觸中，因而工件和工具的軸線10和11彼此偏離。
圖3表示保持架12的示意端視圖，該保持架帶有四個用于檢測軸沿徑向位移的傳感器13，還帶有兩個用于檢測軸沿軸向位移的傳感器15。對傳感器的數(shù)量和類型都沒有苛求，但對于同類型的傳感器而言，最好等間距地彼此間隔開。而且，最好有差別地連接所有的傳感器，以補償溫度差、漂移(drift)以及電和磁的干擾。
傳感器通常是非接觸式的。
所有傳感器13、15通過電纜14與計算裝置16連接。
圖4以沿圖3中線B-C的斷面圖表示在保持架12中用于徑向位移測量的傳感器13和用于軸向位移測量的傳感器15的不同傳感器的定位。
本發(fā)明的基本思想在于在機加工操作的同時，實時地確定正被加工操作的物體的參數(shù)如直徑、圓度和錐度，而無需在工件上或工件內(nèi)提供任何測量設備，同時，上述參數(shù)利用與軸成整體的具有高分辨率的位移傳感器13、15測得，從而在研磨操作中測量出軸的偏離。通過確認從相對于工件接觸的砂輪接觸到被測量的位移信號的偏離、位置和角度的傳遞函數(shù)，能夠計算出砂輪相對工件的位置和偏角。這些傳遞函數(shù)取決于軸和主軸(quill)的彎曲度以及軸承的變形、加上機械、機架(workhead)、軸、滑動面(slides)等的變形。傳遞函數(shù)中的參數(shù)可用于系統(tǒng)被計算和/或校準。對于在研磨循環(huán)末端出現(xiàn)的小變形，函數(shù)通常是純線性的。被測量的位移信號與磨力銷之間的關系，還可以通過計算和/或測試而估算。該信息可用于優(yōu)化進給速度且可以看出砂輪立即切銷的情況。通過依據(jù)工件的旋轉(zhuǎn)角度標繪出真實的偏離和機架軸的偏心率(runout)，能實時地產(chǎn)生出孔的圓度圖表。工作速度既可以在機架軸上例如利用轉(zhuǎn)速計(未示出)直接測量出來，也可以通過傳感器信號的頻率分析間接測出。孔徑可以從軸的真實偏離和輸送位置計算出來。錐度從砂輪的偏離角度中得到。通過在兩個方向上測量，可以得到與進給力有關的切削力。利用高分辨率的傳感器，可以探測送氣端。在此，位移傳感器可以取代例如聲傳感器系統(tǒng)的其它的系統(tǒng)。
在利用具有支承工件7的軸1、6的機械對表面進行機加工當中，確定工件9表面的不同參數(shù)的方法，其中，軸以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在殼體5中的至少一個軸承4內(nèi)，同時位移傳感器裝置13、15安裝在殼體內(nèi)，用于測量在機加工操作中軸受到的位移，其特點是兩個被加工的第一工件9在不同的退下次數(shù)(back off time)進行加工，以在退下次數(shù)產(chǎn)生兩組不同級別(level)的信號，因而把代表軸偏離的傳感器信號儲存在計算裝置16內(nèi)，因此，對這樣被加工兩個工件進行測量，將測量結(jié)果加到計算裝置中，然后把已存儲的代表在兩個工件加工當中軸受到的位移的傳感器信號在計算裝置16中，與同一工件的測量結(jié)果相比較，計算出恒定值，該恒定值是傳輸恒定值(transferconstants)，其代表傳感器信號上的機械剛度鏈(machinestiffness chain)(從機械接觸(machine contact)，經(jīng)過軸、機械和工件回到機械接觸)的總偏離的影響，由此，把后來工件9加工當中得到的位移傳感器信號加入到計算裝置并對恒定值進行處理，給出代表被加載和運轉(zhuǎn)機械剛度鏈真實總偏離的一系列傳感器信號，然后，利用該真實的總偏離信號，用于計算后來被加工的工件的不同參數(shù)。
真實的總偏離恒定值還可以通過一個加工操作早已停止、且仍有很大的非圓度(unroundness)的工件計算出來。把依據(jù)工件的旋轉(zhuǎn)角度標繪的退下之前最后旋轉(zhuǎn)的記錄信號與被測工件的結(jié)合給出傳遞函數(shù)。
根據(jù)真實的總偏離信號和記錄的輸送位置，能依據(jù)這兩個值、參照第一被加工工件計算出被加工的孔徑。
通過測量或計算工件的旋轉(zhuǎn)角度及根據(jù)工件的旋轉(zhuǎn)角度標繪真實的總偏離，能產(chǎn)生同時加工的工件的圓度的實時圖。
代替在研磨軸上測量位移，傳感器可用于機架軸或者工件的基準面上，也可以計算出同樣的參數(shù)。
利用一角度位置探測器，例如在機架軸上或工件上的轉(zhuǎn)速計，可以測量工件9的旋轉(zhuǎn)角度，或者通過用于確定傳感器信號自我重復的周期的信號處理來計算。
對于孔的長度和砂輪是相同的孔而言，孔的錐度可以直接從用于角偏離量的傳遞函數(shù)和傳感器信號計算。
通過沿軸向輸送工件7以及在沿軸向彼此間隔開的兩個位置上確定的孔徑而進行測量，能夠確定被加工表面的錐度，對較長的孔也是這樣。
傳感器固定器都安裝在旋轉(zhuǎn)殼體5內(nèi)，而且不管在多么艱難的測量環(huán)境下，傳感器都由殼體保護著并密封在其中。
通過上述方法，能夠?qū)崟r的得到在加工操作中清楚的說明(最好是圖表)工件的即時參數(shù)，因此，能夠考慮到在真正的機加工操作中，被加工工件的公差和質(zhì)量。還能檢測切削力且使砂輪的磨削間距優(yōu)化。
本發(fā)明并不局限于已說明和描述的實施例，而是能在從屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種在使用帶有支承工具(7)的軸(1，6)的機械進行表面加工中確定工件(9)表面的不同參數(shù)的方法，該軸以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在殼體(5)中至少一個軸承(4)內(nèi)，其中安裝有位移傳感器裝置(13，15)，該裝置用于測量在加工操作中工具軸或機架軸所承受的位移，其特征是以兩個不同的退下次數(shù)加工兩個第一工件(9)以在退下次數(shù)產(chǎn)生兩組具有不同級別的信號，由此將代表軸偏離的傳感器信號存儲到計算裝置(16)中；這樣被加工的所述第一兩個工件被測量，且將這個測量結(jié)果輸入計算裝置內(nèi)；代表在第一兩個工件加工中軸所承受的位移的存儲的傳感器信號在計算裝置(16)中與相同工件的測量結(jié)果進行比較，并計算出恒定值，該恒定值是傳輸恒定值，其代表傳感器信號上機械剛度的總偏離的影響；記錄所述兩個第一工件之間輸送位置上的差別；由此，把后來工件(9)加工時得到的位移傳感器信號送入計算裝置，并與恒定值一同進行處理，以給出代表被加載的和運行著的機械剛度鏈的真實總偏離的一系列傳感器信號；其后，利用這些真實總的偏離信號計算接下來被加工工件的不同參數(shù)。
2.一種在使用帶有支承工具(7)的軸(1，6)的機械進行表面加工中確定工件(9)表面的不同參數(shù)的方法，該軸以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在殼體(5)中至少一個軸承(4)內(nèi)，其中位移傳感器裝置(13，15)安裝在所述殼體中，該裝置用于測量在加工操作中工具軸或機架軸所承受的位移，其特征是第一工件(9)被加工，所述加工在仍有很大不圓度時被早期停止；存儲在計算裝置(16)內(nèi)的代表軸偏離的傳感器信號，通過依據(jù)工件旋轉(zhuǎn)角度標繪的在退下之前最后旋轉(zhuǎn)的記錄的信號與被測工件的結(jié)合得到，已存儲的代表第一工件加工中軸所承受的位移的傳感器信號在計算裝置(16)中與相同工件的測量結(jié)果進行比較，且計算出一恒定值，該恒定值是一個傳輸恒定值，其代表傳感器信號上機械剛度的總偏離的影響；記錄第一工件的輸送位置；由此，在后來的工件(9)加工中得到的位移傳感器信號被送入計算裝置，并與恒定值一同處理以給出代表被加載的和運動著的運轉(zhuǎn)機械剛度鏈的真實總偏離的一系列傳感器信號；其后，利用這些真實的總偏離信號以計算后來被加工工件的不同參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是利用已記錄的輸送位置，從這些已記錄的輸送位置和真實的總偏離信號、參照第一被加工工件或多個工件，計算被加工的孔的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是測量或計算工件的旋轉(zhuǎn)角度；以及通過依據(jù)工件的旋轉(zhuǎn)角度標繪出真實的總偏離來產(chǎn)生同時承受加工的工件的圓度的實時圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是利用例如轉(zhuǎn)速計的角度位置探測器來測量工件(9)的旋轉(zhuǎn)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是通過用于確定傳感器信號自身重復周期的信號的處理來計算機架軸(10)的旋轉(zhuǎn)角。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一項所述的方法，其特征是沿軸向輸送工具(7)并進行測量以在軸向上彼此隔開的兩個位置上確定孔直徑，從而確定被加工表面的錐度。
8.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一項所述的方法，其中孔與砂輪的長度相等，其特征是從用于偏離角度的傳遞函數(shù)到傳感器信號直接計算孔的錐度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用帶有支承一工具的軸的機械對表面加工中、確定工件表面不同參數(shù)的方法，其中軸以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在殼體的至少一個軸承內(nèi)，位移傳感器裝置安裝在殼體中，兩個第一工件用不同的退下次數(shù)加工，在退下次數(shù)中產(chǎn)生兩組不同級別信號，軸偏離的傳感器信號儲存在計算裝置內(nèi)；對第一兩個工件進行加工和測量，結(jié)果加在計算裝置內(nèi)；第一工件加工中軸位移的存儲傳感信號，在與具有同一工件測量結(jié)果比較，并計算恒定值；在后來工件加工中得到的位移傳感信號輸入計算裝置，同時對恒定量處理，給出已輸入的和運行著的機械剛度鏈的真實總偏離的一系列傳感器信號；利用該真實的總偏離信號，對后面加工工件的不同參數(shù)計算。
文檔編號B23Q17/20GK1496788SQ0316017
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月7日
發(fā)明者布·約蘭松, 布 約蘭松 申請人:Skf公司