加工工具及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于加工工件（2）的加工工具，其包括：加工基部（18）；工件保持器（14），其由加工基部支撐，用于保持工件（2），該保持器能夠繞軸線（15）旋轉(zhuǎn)；以及工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件（10、MW、EW），其用于使保持器繞該軸線旋轉(zhuǎn)。工具安裝座（16）由加工基部支撐，用于承載待與保持在保持器中的工件接合的工具（4），驅(qū)動(dòng)布置能夠操作以使工件保持器和工具安裝座相對(duì)于彼此在與該軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)?？刂撇贾茫?）被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)布置，以便在與所述軸線成橫向的平面中加工工件上的與所述軸線（15）不等距的表面輪廓，使得安裝在安裝座中的工具（4）與工件（2）接合，以便在工件通過工件驅(qū)動(dòng)件而旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。本發(fā)明還提供一種加工工件的方法。
【專利說明】加工工具及其操作方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加工工具及其控制。更具體地，本發(fā)明涉及加工操作期間工具安裝座和工件的運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)。
【背景技術(shù)】
[0002]在歷史上，用來精磨曲軸曲柄銷直徑的工作表面的方法涉及使曲柄銷表面繞其自身的中心旋轉(zhuǎn)。加工工具在每個(gè)接續(xù)曲柄銷之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在每個(gè)銷上的磨削動(dòng)作為圓柱形磨削的形式。
[0003]提供了各種方法來使得磨削輪跟隨相應(yīng)曲柄銷繞工具的縱向軸線的軌道運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)，例如如CA-A-364437中所述。
[0004]最近，加工工具已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)控(“CNC”)系統(tǒng)，其中在精確伺服控制下進(jìn)給加工軸的位置與工具的旋轉(zhuǎn)電子地相連。US4，375，670中描述了這樣的方法，其描述了加工工具，該加工工具包括分別用于使曲軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置和用于使刀架位移的驅(qū)動(dòng)裝置的獨(dú)立的控制器。兩種控制器被控制成使得一種運(yùn)動(dòng)的不規(guī)則不能夠影響另一種運(yùn)動(dòng)，原因是一種運(yùn)動(dòng)并不依賴于另一種運(yùn)動(dòng)。
[0005]在已有的 技術(shù)中，工具與工件接合，同時(shí)工件在其旋轉(zhuǎn)的限定點(diǎn)處?kù)o止。一旦已經(jīng)到達(dá)該開始位置，工具和工件就被同時(shí)且同步地驅(qū)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供用于加工工件的加工工具，其包括:
[0007]加工基部；
[0008]工件保持器，該工件保持器由加工基部支撐，用于保持工件，該保持器能夠繞一軸線旋轉(zhuǎn)；
[0009]工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件，該工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件用于使保持器繞所述軸線旋轉(zhuǎn)；
[0010]工具安裝座，該工件安裝座由加工基部支撐，用于承載待與保持在保持器中的工件接合的工具；
[0011]驅(qū)動(dòng)布置，通過使工件保持器和工具安裝座中的至少一個(gè)相對(duì)于加工基部運(yùn)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)布置用于使工件保持器和工具安裝座相對(duì)于彼此在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)；以及
[0012]控制布置，該控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)布置，以便在與所述軸線成橫向的平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，其中安裝在安裝座中的工具與工件接合，以便在工件通過工件驅(qū)動(dòng)件而旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
[0013]當(dāng)需要進(jìn)行兩種或更多種離散的加工操作時(shí)，在工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)使工具與工件接合的能力(即使加工的表面與旋轉(zhuǎn)所繞的軸線不等距(即相對(duì)于該軸線不是圓形的))顯著地減少了加工工件所花費(fèi)的時(shí)間。這不需要停止工件的旋轉(zhuǎn)，由此節(jié)省了否則使工件的旋轉(zhuǎn)減速到停止、使工具與工件接合、然后使工件和工具加速到它們的正常操作速度所要花費(fèi)的時(shí)間。
[0014]要加工到工件上的表面輪廓是將與最終成品工件中的工件保持器旋轉(zhuǎn)軸線不等距的輪廓，也就是，期望的最終表面不是以保持器的旋轉(zhuǎn)軸線為中心的圓柱形表面，而是與這樣的表面明顯偏離。
[0015]例如，加工的表面可以是繞曲軸軸線進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)的曲柄銷表面，或者是凸輪軸上的凸輪升角。
[0016]加工工具被控制成使得工具與工件表面接合，該表面與工件保持器旋轉(zhuǎn)軸線不等距，同時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)(優(yōu)選地保持基本上恒定的工件旋轉(zhuǎn)速度)，以將該表面加工成這樣的輪廓，該輪廓是加工的工件部分最終期望的表面，該輪廓與工件保持器旋轉(zhuǎn)軸線不等距。
[0017]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述軸線是加工工具的縱向軸線，工具安裝座能夠在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)布置包括用于使工具安裝座進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)的工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，以加工工件上的表面輪廓。
[0018]或者，在另一個(gè)實(shí)施例中，工件保持器能夠在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)布置包括用于使工件保持器進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)的工件橫向驅(qū)動(dòng)件，控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和工件橫向驅(qū)動(dòng)件，以加工工件上的表面輪廓。
[0019]本發(fā)明還提供一種利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟:
[0020]使工件繞一軸線旋轉(zhuǎn)；以及
[0021]使工具和工件中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，以便在該橫向平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，使得工具與工件接合，以便在工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在工件繼續(xù)其旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，工具安裝座驅(qū)動(dòng)件受到控制，以使得工具與工件接合，以開始進(jìn)行加工操作，使得工件和工件的相應(yīng)接觸點(diǎn)的速度和加速度相匹配。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖，借助實(shí)例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0024]圖1為實(shí)施本發(fā)明的結(jié)合有工件和磨輪的加工工具的控制布置的方框圖；
[0025]圖2為根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的方法的在加工操作期間工作頭旋轉(zhuǎn)角度和進(jìn)給軸線位置的曲線圖；以及
[0026]圖3和4是來自控制加工操作的CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集記錄的在加工操作期間工作頭旋轉(zhuǎn)角度和進(jìn)給軸線位置的曲線圖，圖4更加詳細(xì)地表示了圖3的曲線的一部分。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在以下的實(shí)施例中，工件保持器被布置成使得工件繞加工工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，該縱向軸線是在加工期間相對(duì)于加工基部保持在固定位置中的基準(zhǔn)軸線。在加工操作期間，工具安裝座朝向和遠(yuǎn)離該軸線運(yùn)動(dòng)。在實(shí)施本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，工件保持器被布置成使得旋轉(zhuǎn)工件朝向和遠(yuǎn)離一工具而運(yùn)動(dòng)，該工具在加工期間相對(duì)于加工基部保持在固定位置中。后一種方法更加適合于具有較小慣量的較小的和/或重量較輕的工件。例如，這可以適合于工具磨床。
[0028]圖1示出了實(shí)施本發(fā)明的控制布置的各部件，該控制布置被布置成利用磨輪4加工工件2。工件安裝在工件保持器14中，并且磨輪由為主軸頭16形式的工具安裝座承載。工件保持器和主軸頭由加工工具的加工基部18支撐。工件保持器能夠繞軸線15旋轉(zhuǎn)。
[0029]計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)6經(jīng)由數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制總線8聯(lián)接到工件驅(qū)動(dòng)件和工具安裝座驅(qū)動(dòng)件。工件驅(qū)動(dòng)件包括工作頭驅(qū)動(dòng)放大器10、伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(Mw)和工件位置編碼器(Eff)0
[0030]工具安裝座驅(qū)動(dòng)件包括進(jìn)給驅(qū)動(dòng)放大器12、磨輪伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(Me)和磨輪位置編碼器(Ee)。
[0031]CNC系統(tǒng)6執(zhí)行計(jì)算，以生成控制命令參數(shù)，這些控制命令參數(shù)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)控制總線傳遞到工件和工具安裝座驅(qū)動(dòng)件?？刂瓶偩€8可以是SERCOS、Ethernet、Profidrive或類似構(gòu)造中的任一種，傳遞指令數(shù)據(jù)包，并且接收來自驅(qū)動(dòng)件的狀態(tài)數(shù)據(jù)包。
[0032]工作頭驅(qū)動(dòng)放大器10和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)放大器12利用經(jīng)由驅(qū)動(dòng)控制總線8接收的數(shù)據(jù)來更新它們各自的內(nèi)部軸線指令寄存器。伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)Mw、Me接收來自相應(yīng)驅(qū)動(dòng)放大器10、12的控制信號(hào)，并且分別使工件2和磨輪4進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。位置編碼器Ew、Eg將位置數(shù)據(jù)傳遞回到相關(guān)的放大器。驅(qū)動(dòng)放大器內(nèi)的伺服控制環(huán)執(zhí)行使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)穩(wěn)定所需的任何計(jì)算，并且使得接收到的指令與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的實(shí)際位置之間的任何誤差最小化。
[0033]圖2為同步圖表，示出了實(shí)施本發(fā)明的三個(gè)加工過程期間工作頭旋轉(zhuǎn)角度和進(jìn)給軸線位置的曲線。鋸齒形曲線20代表工作頭旋轉(zhuǎn)角度，表明工件以恒定旋轉(zhuǎn)速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。標(biāo)記為“情形1”、“情形2”和“情形3”的曲線示出了實(shí)施本發(fā)明的三種不同的場(chǎng)景，其中工具在工件旋轉(zhuǎn)時(shí)在不同的點(diǎn)處與工件接觸。
[0034]在情形I中，工具和工件的相應(yīng)接觸點(diǎn)在它們沿著工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向的速度為零的點(diǎn)處、在工件沿著該方向的速度反向的點(diǎn)處進(jìn)行接合。緊接著該接合之后，工具安裝座驅(qū)動(dòng)件被同步地約束，以匹配工件的運(yùn)動(dòng)。
[0035]當(dāng)工件的接觸點(diǎn)加速離開工具時(shí)，如情形2所示，工具安裝座驅(qū)動(dòng)件被控制以加速到比接觸點(diǎn)處的線性速度大的速度，直到其能夠減速到工具在計(jì)算的位置、速度和加速度下接觸運(yùn)動(dòng)工件的速度。
[0036]在情形3中，工件在接觸點(diǎn)處朝向工具加速。使得工具安裝座驅(qū)動(dòng)件減速、反向且加速到與工件接觸點(diǎn)的速度匹配的速度和加速度。然后，當(dāng)工件有效地跟上工具安裝座驅(qū)動(dòng)件時(shí)，保持同步。
[0037]圖3和4示出了實(shí)施本發(fā)明的加工循環(huán)的記錄。其是利用CNC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄能力記錄的。其在全曲軸磨削循環(huán)的一部分中對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)加工同步，該部分處于第一曲柄銷磨削循環(huán)結(jié)束與接下來的第二曲柄銷磨削循環(huán)開始之間。可以看到，進(jìn)給軸線的位置在其與工件同步時(shí)經(jīng)歷了小的反向，與上述“情形3”一致。圖4中更加詳細(xì)地示出了加工操作的這個(gè)位置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，該工件保持器由加工基部支撐，用于保持工件，該保持器能夠繞一軸線旋轉(zhuǎn); 工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件，該工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件用于使保持器繞所述軸線旋轉(zhuǎn)； 工具安裝座，該工件安裝座由加工基部支撐，用于承載待與保持在保持器中的工件接合的工具； 驅(qū)動(dòng)布置，通過使工件保持器和工具安裝座中的至少一個(gè)相對(duì)于加工基部運(yùn)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)布置用于使工件保持器和工具安裝座相對(duì)于彼此在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)；以及 控制布置，該控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)布置，以便在與所述軸線成橫向的平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，其中安裝在安裝座中的工具與工件接合，以便在工件通過工件驅(qū)動(dòng)件而旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工工具，其中所述軸線是加工工具的縱向軸線，工具安裝座能夠在與所述軸線成橫 向的平面中運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)布置包括用于使工具安裝座進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)的工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，以加工工件上的表面輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工工具，其中工件保持器能夠在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)布置包括用于使工件保持器進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)的工件橫向驅(qū)動(dòng)件，控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和工件橫向驅(qū)動(dòng)件，以加工工件上的表面輪廓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成加工由保持器保持的曲軸的曲柄銷，當(dāng)曲軸通過工件保持器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，該曲柄銷繞所述軸線進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成使由工具安裝座承載的工具與由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接觸點(diǎn)的朝向工具安裝座的速度分量基本上等于零時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求4所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成使得由工具安裝座承載的工具與由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接觸點(diǎn)加速離開工具安裝座時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成使工具安裝座朝向工件上的接觸點(diǎn)加速，直到工具安裝座的沿著朝向接觸點(diǎn)的方向的速度分量大于工件沿該方向的速度，然后使工具安裝座沿該方向減速，使得其在與工件接合時(shí)與工件沿該方向的速度和加速度相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求4所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成使得由工具安裝座承載的工具與由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接觸點(diǎn)朝向工具安裝座加速時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工工具，其中控制布置被構(gòu)造成使工具安裝座沿著朝向接觸點(diǎn)的方向減速，使工具安裝座的運(yùn)動(dòng)方向反向，然后使工具安裝座沿著離開接觸點(diǎn)的方向加速，使得其在與工件接合時(shí)與工件沿該方向的速度和加速度相匹配。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中每個(gè)驅(qū)動(dòng)件包括控制器、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和位置編碼器，每個(gè)位置編碼器被構(gòu)造成向相應(yīng)的控制器反饋分別與工件保持器和工具安裝座的測(cè)量位置相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中工具安裝座被布置成承載磨輪。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求4至11中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中工具安裝座被布置成沿著線性基準(zhǔn)軸線運(yùn)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求4至11中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中工具安裝座由支撐臂承載，該支撐臂安裝成繞著與加工工具的縱向軸線平行的軸線旋轉(zhuǎn)，并且工具安裝座與支撐臂的旋轉(zhuǎn)軸線間隔開。
14.一種利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟: 使工件繞一軸線旋轉(zhuǎn)；以及 使工具和工件中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，以便在該橫向平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，使得工具與工件接合，以便在工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
15.—種利用根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的加工工具加工工件的方法。
16.一種參考附圖基本上如本文所述的加工工具。
17.—種參考附圖基本上如本文所述的利用加工工具加工工件的方法。
18.一種用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，該工件保持器由加工基部支撐，用于保持工件，該保持器能夠繞加工工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)； 工件驅(qū)動(dòng)件，該工件驅(qū)動(dòng)件用于使保持器繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)； 工具安裝座，該工件安裝座由加工基部支撐，用于承載待與保持在保持器中的工件接合的工具，該安裝座能夠在與所述縱向軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)； 工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，該工具安裝座驅(qū)動(dòng)件用于使安裝座進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)；以及控制布置，該控制布置被構(gòu)造成控制工件和工具安裝座驅(qū)動(dòng)件，以便在該橫向平面中加工工件上的與所述縱向軸線不等距的表面輪廓，其中安裝在安裝座中的工具與工件接合，以便在工件通過工件驅(qū)動(dòng)件而旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
19.一種利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟: 使工件繞加工工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；以及 使工具在與所述縱向軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，以便在該橫向平面中加工工件上的與所述縱向軸線不等距的表面輪廓，使得工具與工件接合，以便在工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
20.一種用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，該工件保持器由加工基部支撐，用于保持工件，該保持器能夠繞一軸線旋轉(zhuǎn); 工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件，該工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件用于使保持器繞所述軸線旋轉(zhuǎn)； 工具安裝座，該工件安裝座由加工基部支撐，用于承載待與保持在保持器中的工件接合的工具； 驅(qū)動(dòng)布置，該驅(qū)動(dòng)布置用于使工件保持器和工具安裝座中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)；以及 控制布置，該控制布置被構(gòu)造成控制工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)布置，以便在與所述軸線成橫向的平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，其中安裝在安裝座中的工具與工件接合，以便在工件通過工件驅(qū)動(dòng)件而旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
21.一種利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟: 使工件繞一軸線旋轉(zhuǎn)；以及 使工具和工件中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在與所述軸線成橫向的平面中運(yùn)動(dòng)，以便在該橫向平面中加工工件上的與所述軸線不等距的表面輪廓，使得工具與工件接合，以便在工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)開始進(jìn)行加工操作。
【文檔編號(hào)】B24B5/42GK103958122SQ201280025708
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】S·J·格里菲絲, R·E·韋納姆, D·R·福克納 申請(qǐng)人:辛涅提克蘭迪斯有限公司