专利名称：超精加工机和方法
技术领域：
本发明涉及高加工量的杯形砂轮超精加工系统和方法，特别是涉 及工件识别、装载、卸载以及重新定位。
背景技术：
超精加工是一种7>^的工艺，其中通过产生非常少的热量或表面 应力的加工来去除工件的外表面，从而生成具有精确轮廓和与主体材料 类似特性的光滑表面。超精加工操作能够在几乎任何之前已经机加工过的表面上进行， 所述已经机加工过的表面可以是平面、柱面、球面或其它特定构造。这 种超精加工通过去除表面材料或由之前的机加工操作留下的"切屑"， 以及通过切除工件的基质金属表面上的隆起来改善之前已经机加工过 的表面的光洁度。超精加工还能够实现对工件的尺寸或形状的小型修 正。超精加工的表面还具有有益于润滑的微小划痕的图案的特征。这种 划痕的形式可以是由工件移动和磨石移动的组合切割而成的网格状图 案。公知的工艺采用例如具有相对恒定的相对速度的精磨杯形妙-轮来 产生研磨图案，所述精磨杯形砂轮因杯体和工件的旋转而以近似直角的 角度在接触区域中作用于表面上，从而产生特征化的网格状表面图案。 所述过程通常被控制以便在杯形砂轮快速旋转并且工件緩慢移动时在 工件的表面上施加恒定的力，从而杯形砂轮对表面的所有区域进行至少 一次(通常为多次)处理。这种设置有利于对平面或球面进行精加工。常规的超精加工磨石形成为实心的磨料块并且依赖于冷却剂，所 述冷却剂通常具有相对较高的粘度、通过外部供应喷嘴或通过浸没浇灌 在磨石和工件表面上。这种常规的磨石根据使用者对尺寸、砂粒材料、
粘结度以及石级的具体要求进行特别地配制。
通常，基于磨料在工件上的压力来控制超精加工操作。不论最初 的表面构造如何，这提供了对各工件的相应部分的均匀处理，并且提供 了全局的均匀处理以致解决了拓朴问题。相应地这又需要闭环伺服反馈 控制系统，以《更根据工件和磨料的相对力来对工件和磨料进行定位。
发明内容
考虑到上述因素，本发明的第一目的在于提供一种超精加工系统 和方法，其中工件^^自动装载、定位、和卸载到所述装置内。
通过提供一种自动化工件处理系统，所述过程易于进行并且无需 进行手工操作。这种自动化因此潜在地使得能够提高连续工作的机器的 生产效率和人工操作员的生产效率，其中人工操作员能够同时管理多个 工作中心或者执行其它任务。
转台(即，斜角转台)提供具有相互倾斜的轴线的一组元件，因 此一个转台位置中的工件具有不同于另一转台位置中的工件的位置和 斜度。另一方面，分度工作台使所述工件的轴线保持平行关系。
尽管机加工转台是公知的，但是这些机加工转台通常用于加工刀 具，而不是工件，并且这些机加工转台通常设计成在面向水平或竖直向 下的活动刀具位置中具有刀具。转台可以填充流体并包括液压元件，因 而从向下的刀具方向的方位变化可能导致操作困难。同样，虽然转台通 常设计成能够耐受冷却流体，但是转台通常并不设计成能够在流体中冲 刷，正如转台用于安装需要大量流体的超精加工操作的工件时所期望 的。由于相对的主轴是水平的，因此转台设计在与竖直主轴相同的平面 中提供相对敞开的空间，从而易于观察加工过程，以及装载和卸载非机 加工主轴。采用转台可以在机器的基座上节省空间，因而比分度工作台 设计占用更少的底板空间。
尽管已知一种系统顺序地加工不同卡盘中的单一类型的工件的相 对面，并且一种自动化系统用于插入工件、翻转工件，以及将所述工件 抽送到成品工件区域，然而采用分度工作台的公知的超精加工系统不能 处理不同类型的工件。这种类型的系统被特别地设计为用于单一应用场 合，因此适应性不是特别强。本发明改进了这种系统，所述改进通过下列方式实现采用例如直接驱动分度工作台的增量式旋转分度工作台， 以便选择性地控制杯形砂轮轴线和工件轴线之间的偏置量，从而避免或 减轻在杯形砂轮驱动装置上对这种偏置量进行控制的需求并且使工件 轴线相对于机加工轴线具有不同的位置。这种控制还4吏得能够加工工件 的两个不同的表面(或者同时加工多个工件)而无须重新安装。本发明的第二目的在于提供根据不同加工M对工件的两个不同 表面的自动化超精加工。在各种实施方式中，尽管更换时间可能削弱本系统的优点，然而 也可以提供用于替换或更换杯形砂轮的机构。例如，可以提供分度工作 台或转台以便安装杯形砂轮。在加工公差彼此紧密关联的两个表面时，本发明提供了一种系统 和方法，其中，第一操作和第二操作以顺序方式相互链接在一起，而无 需拆卸工件，从而在第一加工过程中实际生成的表面用作第二表面的位置参考。由于可以采用伺服-驱动来沿杯形砂轮轴线推进杯形砂轮，因 此可以通过该系统获取位置信息，从而减轻对独立量规和进行独立测量 操作的需求。第三目的在于提供一种多位置转台，其在每个位置处具有用于在 超精加工过程中旋转工件的卡盘，其中，不同的位置适用于不同的工件 或者适于采用不同的超精加工参数。可以对每个卡盘进行编码，从而所 述系统将自动识别工件及其相关的加工参数。转台系统的另一优点在于，其允许"实时备件"("live spares")。 即，在工件卡盘或主轴损坏的情况下，另一^^盘可以祐 使用从而用于实 现前述卡盘的目的。由于可以自动地进行更换，因此能够改善系统的可 靠性和/或"正常运行时间"，这是经常用于高产量环境中的超精加工机 的重要特征。本发明的第四目的在于提供一种用于例如在转台的非机加工位置 处装载或卸载工件的机器人臂，其中，机器人臂安装在与工件驱动主轴
共用的基座上。与独立基座相比，这种设置减少了对准问题。在这种情 况下，重要的是提供阻止大部分冷却流体冲刷机器人臂的防溅罩，同时使得能够自由i^装载位置。由于优选的转台是45度斜角转台，因此 可以设置具有在上部和下部之间分隔转台的下部斜角板的防溅軍，其中 上部受到冷却流体的喷洒而下部则与冷却流体隔离开。斜角板可具有与 转台和主轴的形状相对应的孑L口，仅留下小的开口用于4吏流体泄漏出。 机器人臂和转台的底部可以容纳在次级箱体内，以便将所有流体保持在 系统内并且保护操作员在操作过程中免受伤害。本发明的第五实施方式提供了一种分度工作台，即，主轴轴线彼 此平行的一组工件保持器，所述一组工件保持器安装在可旋转板上，从 而使不同的工件保持器能够在多个位置之间移动。根据本发明，分度工 作台可以被驱动至任意位置，而不是以机械方式预定的停止位置，从而 使得能够选择性地控制工件轴线和杯形砂轮轴线之间的偏置量。由于能 够从工件侧控制这种偏置量，因此无须从杯形砂-轮侧对这种轴线进行控 制，从而潜在地简化了系统的结构和控制。根据第一目的，采用具有多个位置和至少一个主轴净皮驱动旋转的 活动位置的转台来相对于杯形砂4M呆持、定位以及旋转工件。例如，工 件可以在第一位置处装载到转台中，在第二位置处^L^精加工，并且在 第三位置处被卸载。可替代地，工件可以在相同的位置装载和卸栽。有 利地，转台可以是标准的机加工转台，构造成旋转工件而非刀具。在第 二主轴上设置超精加工杯形磨轮，其通过过程反馈控制器进行控制。通常，可用转台仅仅具有单个从动主轴位置，然而，在经过改型 的转台设计中，多个工件可以在单一时间点被以可旋转方式驱动，从而 潜在地使得能够在单个装置中对多个工件进行超精加工。可能有利的 是，例如，单組工件装载/卸载系统净皮i殳置为用于多个工作位置，其中单 个工件将在多个相继的条件下(例如，不同的杯形砂轮等)或者其他条 件下被加工。应当注意的是，在通常采用这种转台的典型的铣和钻孑L机加工操 作中，转台支撑切割工具而非工件。根据第二目的，两个表面，例如平坦的端面和从柱体突出的环形 平面均M精加工。通常，由于最优处理的参数不同，因此这些加工将 作为两种不同的操作进行处理。根据本发明，所述控制顺序地采用多组 控制M，以便首先处理一个表面，并且随后处理另一个表面，而无须 卸载工件。通常，待超精加工的表面处于不同深度。传统情况下，人们将会 测量表面之间的相对深度或每个表面的绝对深度并将杯形砂轮进给到 适当的位置。另一方面，根据本发明，由于所述过程是由过程反馈控制的，所以该系统能够^J"料在所i^面的平面中相对于所M面重新定 位，然后使所述控制能够自己发现工作深度。由此，根据本实施方式，所述控制必须针对每个工件存储以及适 当地采用两组不同的控制^lt，这并非超精加工系统的常识。根据第三实施方式，单个机器可设置在多个工作流程内，而无须 改变设置。提供一种多位置转台，所述转台优选地与一个或多个自动化 进给和/或去除机构关联从而将超精加工机插入自动化流程中。通常，安 装超精加工机用于单一类型的工件，所述单一类型的工件在其常规操作位置被插入卡盘以及从卡盘抽出。根据本实施方式，多个卡盘设置在一 个转台上，所述转台被自动控制。每个卡盘能够适用于不同的工件，因 此无须改变设置，机器便能够简单地通过调用与特定卡盘(转台位置) 相关联的超精加工操作以不同的超精加工过程在不同的工件上进行操 作。可以设置传感器来确定卡盘是否被占用。在加工完成之后，工件可 以被抽送到独立的工作流程中，例如通it没置用于不同卡盘或卡盘类型 的独立的自动插入和抽出M。分度编程实施方式的另一优点在于，由于通过机器的工作流程能 够在逐件的基础上在各项工作之间高效地分配，因此有助于实现"准时 制，，生产方法。即使没有独立的自动化机构用于装载和卸载卡盘，由于 调节或更换进给件比更换整个操作的工具省力，因此本实施方式仍然具 有优势。应当注意到，采用单个主轴或转台设计，杯形砂轮的选择和更换 也可以是自动化的。单个主轴是优选的。
由此，用于超精加工系统和方法的控制包括对多个加工程序或参 数进行存储，所述加工程序或M基于所需的超精加工操作被选择性地 调取和装载，所需的超精加工操作由工件类型、工件的表面、和/或其它 M决定。本发明的实施方式设计成与包括S叩finaMachine Co.， Inc. (N. Kingstown, RI)的产品在内的超精加工机的现有元件协同工作，并且 与^>知类型的工作中心自动化系统协同工作。通常情况下，第一种类型的自动化系统釆用目的相对特殊的单轴 线机构或双轴线机构，所述机构采用简单的顺序从卡盘中对工件进行装 载或卸载，或者在某些情况下既装载又卸载。为了降低复杂性，优选的 是用不同的机构在不同的位置进行装载和卸载。这种自动化系统成4^目 对较低且体积较小，但是在功能和灵活性方面受到限制。这种类型的机 构对于排列成直线或排列在管道中的小型工件特别有效。第二种类型的自动化系统采用诸如工业机器人之类的通用自动化 机构，所述自动化机构能够被编程从而执行多种操作并提供复杂的运动 控制和感测。这种系统通常比专用机构更昂贵，但是其通过编程能够实 现多种操作。由于这种灵活性，能够在单个位置处进行装载和卸载。这 种类型的机构特别适用于较大的工件，或者适用于排列在托架中或需要 对插入或抽出进行操纵的工件。
图l示出了一种现有技术的超精加工装置，其具有旋转工件的第 一主轴和卡盘以及旋转杯形磨轮的第二主轴，其中，所述加工在装载和 卸载工件时必须中断；图2示出了根据本发明的第一实施方式，其中，工件卡盘安^ 转台上，因此在加工另一工件的同时可以进行装载、卸载以及某些类型 的测量；图3示出了第一自动化插入和抽出系统，其中，工件在不同的转 台位置处插入和抽出； 图4示出了第二自动化插入和抽出系统，其中，工件在相同的转 台位置处插入和抽出；图5示出了本发明的第三实施方式，其中，多个转台位置对应于不同的加工^Mt，使得超精加工机能够在不同的工作流程上、在无须交 替安装的情况下执行多个不同的加工操作；图6A、 6B和图6C示出了本发明的第四实施方式，其中，分别 以不同的加工参数来加工安装在同一<^"盘中的单个工件的不同表面；图7示出了本发明的第一分度工作台的实施方式，其中，不同的 工件通过不同的杯形砂轮同时进行加工，并且分度工作台的旋转轴线能 够^^连续地控制；图8示出了本发明的机器人臂的实施方式，其在合适位置设置有 防溅罩以保护机器人臂不会溅到冷却流体；以及图9示出了加工顺序链的流程图，其中，第一表面被精加工，并 且第 一表面的位置用于以相对较高的精度形成第二表面。
具体实施方式
现有技术图l示出了典型的杯形砂轮超精加工装置。在这种类型的系统中， 杯形砂轮2以例如10,000 - 25,000 RPM的速度快速地旋转。工件1也相对于杯形砂轮2移动，从而使待处理的整个表面r与杯形砂轮2接触。在这种情况下，工件1也例如以500-3500 RPM的速度旋转。杯形砂轮 的轴线7与工件的轴线8偏置，并且根据二者之间的相对角度，产生具 有正曲率的球面(凸面)或具有负曲率的球面(凹面)，或者产生具有 无穷大半径的球面(平面)。由此除了选择杯形砂轮2之外还存在许多 机械调节，包括杯形砂轮沿其轴线7的推进、杯形砂轮轴线7和工件轴 线8的径向位移、以及杯形砂轮轴线7相对于工件轴线8的角度。通常情况下，本发明的优选实施方式所述类型的超精加工操作提 供了围绕不同于工件l的旋转轴线8的轴线7(可以是平行或倾斜的)
的旋转杯形砂轮2。工件1通常比杯形砂轮2旋转得更慢，并且该过程 通过恒定的力或压力i^f亍控制，或者通过其它控制系统(未图示)进4亍 控制以便在杯形砂轮2和工件1之间提供恒定的压力，从而导致以受控 制的方式去除材料。通常基于量规测量来控制工件l的材料去除，但是 在某些情况下公差要求并不严格，因而可以省去量规。如果杯形砂轮的 轴线7和工件的轴线8是平行的，则经过加工的表面是平面，如果所述 轴线是倾斜的，则会产生球面。由于杯形砂轮2具有与工件1接触的前 缘和尾缘，因此在工件l上产生特征化的网格状图案。通常，提供一股 冷却剂(未图示)以l更在加工过程中润滑、清洗和冷却工件l，并且可 以监控该股冷却剂中的声发射以便分析和控制该过程的各个方面。其它 可行的控制M包括机构的法向力、力矩、偏转、和振动的感测。在图1中，磨轮2在主轴马达5的作用下高速旋转。卡盘3安装 在主轴(未图示)上，该主轴以低于杯形磨轮2的速度使工件1旋转。 卡盘3通过具有进给丝杠(未图示)的进给系统4产生的压力被压向杯 形砂轮2，从而使工件1的待加工的表面l'与杯形砂轮2的表面相接触。该过程被控制以便对工件l的所有部分提供最小加工，所述控制 被保持直到去除了适量的材料或满足了其它M要求。如图1所示，进给系统4安装在壁6上，所述壁6以刚性方式连 接至基座9，以便在整个过程中保持关键的定位和对准。冷却流体通过 喷嘴(未图示)喷洒在工件1上以及杯形妙-轮2的外部。第一实施方式图2示出了具有安装在转台10的相应主轴上的一组卡盘3的^1精 加工装置。在这种设置中，超精加工操作能够与装载和卸载同时进行， 并且/或者在中间步骤期间，可以在所述过程之前或之后，通过与非机加 工卡盘中的工件13协同定位的量规17来执行测量操作，而无须过度地 降低加工量。当然，也可以在加工过程中通过与机加工卡盘中的工件1 协同定位的量规16进行测量。由此，可以在进行超精加工处理的同时 在不同的转台工位执行次级操作。优选的转台是Pibomulti 256、 356或358，其提供单个电伺服马
达以便定位转台和驱动单个转台位置中的主轴。转台10允许通过M夹具在单个位置处进行装载或卸载。如图2所示，磨轮(杯形砂轮)以标号2来标示。图1所示卡盘 3或夹持固定装置被置于转台10上，所述卡盘3或夹持固定装置由转台 10内的主轴(未图示)以旋转方式驱动。卡盘3例如以液压方式被^Mt。 杯形砂轮2沿其轴线7朝工件1快速移动，直到杯形砂轮2与工件接触， 以便使加工过程加速并减少循环时间。通常，初始接触或"碰撞，，通过 传感器或过程参数变化进行检测，并且进给系统4的进给速率降低至适 当的加工速度，直到加工过程完成。所述过程例如基于与切削力相关的 过程参数来控制，以便确保所述过程保持在适当的限度内。如果试图以 过高的速度去除材料，则所产生的热量能够损坏杯形妙、轮2或者以非期 望的方式改变工件1的特性或者只是简单地产生不合格的光洁度。低速 导致加工过程延长，从而降低加工量。转台IO可以具有任意数目的位置，例如保持六个工件l、 11、 12、 13、 14、 15的位置。通常，虽然可能采用了具有多个从动轴的转台，但 是转台10中只有一个卡盘3被驱动而旋转。转台IO可包括各种传感器， 诸如卡盘装载状态、转台位置、旋转速度、扭矩、力、振动传感器等， 控制系统(未图示)可有利地采用所述传感器。通常，采用单个控制系 统来控制超精加工操作，特别是控制进给系统4和转台IO的推进，尽 管可以采用独立但是相互协作的系统。转台IO的机构的另一优点在于,其提供了可能富余的工件卡盘3， 从而即使转台10的一个位置出现缺陷或不可用时，也使机器能够保持 运行状态。图3示出了第一自动化插入和抽出系统，其中，卡盘3内的工件 1在转台10的不同位置的卡盘12、 14处被插入和抽出。在这种情况下， 可以采用相对简单的单轴线装载机构23和卸载机构21。为了装载工件 1，将空置的卡盘14设置在装载工位处。 一旦就位，来自斜槽24中的 工件线性阵列的工件1在其轴线与卡盘14对准的情况下被呈送，移动 到卡盘14内，并且卡盘14被夹紧(或者关闭)以便保持住工件1。为 了卸载工件1，转台10定位成卡盘12位于卸载工位，并且机构22 ,皮延 伸以便抓紧或抓住工件1。卡盘12 1^被解锁或释放，并且工件1从卡 盘12中抽出。在这种类型的系统中，对装载或卸载的控制可以与转台 10的控制紧密或松散地结合在一起。适当时，可以采用用于感测转台位 置、装载斜槽24中是否存在新工件1或者抽出之后卸载斜槽25中是否 存在容置下一个工件的空间、插^/抽出机构与卡盘轴线的对准状态、以 及插入/抽出状态的传感器。图4示出了第二自动化插入和抽出系统，其中，工件l在转台10 的相同位置处被插入和抽出。在这种情况下，单个协作机构31插入和 抽出工件1。这种例如为机器人臂的机构通常具有很大的自由度并且通 常在时间和空间上均受控制从而遵循预定的路径。与图3所示实施方式 相反，该系统不要求工件l精确地排成阵列，并且事实上它们能够在传 送带或托架上呈送。工件l可以是不规则形状的或者难以用管道、斜槽 或斜板来进给的。如图4所示，机器人臂机构31和转台10的基座20安装在共用的 基座9上，基座9以刚性方式连接至竖直壁6，竖直壁6支撑杯形砂轮 2的定位机构30。由于机器人臂机构31需要复杂的运动控制，因此该控制通常独立 于转台10的控制和超精加工的控制。由此，独立控制可以通过诸如 Profibus、 Ethernet ( 802.x )、 RS-232、 RS-485、 IEEE國1488、 I2C、 USB、 IEEE-1394、 IEEE-1451之类的通信信道或网络，或者其它>^知的通信 标准进行通信，或者通过通信总线ii行通信。第二实施方式图5示出了本发明的第二实施方式，其中多个转台10的位置对应 于不同的加工操作，从而使超精加工机能够在不同的工作流程上执行多 个不同的加工操作，而无须进行额外的更换。本实施方式与图2所示第一实施方式的结构类似，其区别可能在 于工件41、 42、 43、 44、 45、 46的多个流禾呈可能与转台IO相互作用， 从而装载和卸载相应的卡盘。然而，从控制的角度来看，本实施方式存 在一些不同之处。
在现有系统中，通过提供被安装并运行以便执行单一操作的系统，控制复杂性得以限制。杯形妙、轮2和工件1都围绕既定的轴线旋转，并 且使用其过程参数传感器或位置传感器进行控制以便开始接触。此后， 对所述过程进行控制以便以预期参数在工件上生成精加工面，所述参数 是例如尺寸参数、表面光洁度参数等。在本实施方式中，所述控制具有基于各工件41、 42、 43、 44、 45、 46的转台IO位置选择的程序。由此，在具有六个位置转台10的情况下， 可以具有相应选择的六种不同的程序。通过将工件41、 42、 43、 44、 45、 46装载到转台IO上的适当的卡盘内，可以起动并控制适于工件41、42、 43、 44、 45、 46的^#加工过程。根据另 一个示例，可以对引入的部件的各种尺寸和a进行测量 并对所述引入的部件相应地进行储装。根据分类，部件可以被选择性地 插入相应的转台10的位置，相应的转台10的位置将随后针对所述部件 触发适当的加工条件。这样便减少了将新的控制程序(或者其M)以 电子方式传递至用于每个工件41、 42、 43、 44、 45、 46的控制的需求。当然，过程控制参数不需M仅通过转台10的位置来确定，并且 与部件相关的参数可以在独立于转台10位置的情况下传递到过程控制。第三实施方式图6A、 6B和6C示出了本发明的第三实施方式，其中，分别通 过不同加工;^对安装在同一卡盘3中的单个工件l的不同的表面l'、 r'进行加工。在这种情况下，如果没有其他操作的话，所述控制分别 采用不同的控制M，以便限定待处理的各个表面的偏置量A、 B，而 且在加工过程中也釆用相应的不同控制^。因此，在加工过程中，所述控制使杯形砂轮2与第一表面r接触并且施加相应的处理，直到完成 加工。在处理完第一表面r之后，第二加工程序被触发，所述第二加工程序随后重新排列杯形妙、轮2和工件1的轴线7、 8。在某些情况下，杯 形砂轮2由适于后续操作的不同的磨料取代。用下一组加工参数对后续的表面r '进行处理。这些称为顺序组控制M的顺序操作^L^复执行， 直到所有的表面都被处理。因此，同一工件上的许多表面可以被顺序地且高效地加工。由于进给系统4通过倾斜调节器39安装在板36上，而
倾斜调节器39又由x轴线伺月艮机构37和z轴线伺服机构38定位，因 此在顺序加工过程中能够进行高精度的控制。进一步地，杯形砂轮重新 定位机构允许精确且可重复地进行相对运动，从而确保工件1的表面
r、 r'精确地相对间隔开。
该过程在图9的流程图中示出。该过程开始于步骤100，接下来 在步骤102中快速靠近第一表面l'。在步骤104中检测杯形砂、轮2与工 件1的初始接触，并且紧接着减緩进给马达的推iiil度。在步骤106中 轴线记录器被置零，接下来在步骤108中通过沿其轴线7推进杯形砂轮 2，从工件1上去除预定量的材料，直至到达对应于第一表面1的预期 材料去除量的深度。然后在步骤IIO中停止杯形砂轮2的推进，在亦称 抛光到消失火花的加工步骤中，使杯形砂轮2和工件1之间的力下降至
o。然后在步骤u2中记录第一表面r的最终轴线位置。接下来在步骤
114中杯形砂轮2通常从第一表面l'缩回预定距离，直到离开工件l。
然后在步骤116中重新定位杯形砂轮2的轴线7，以^f更对第二表 面1''进行精加工。接下来在步骤122中进给系统4推进杯形砂轮2,
从而使其快速靠近第二表面r'。在步骤i24中检测与第二表面r'的
接触，接下来在步骤128中通过沿其轴线7推进杯形砂轮2,从工件1
上去除一定量的材料，直至达到对应于第二表面r'的预期深度的深度，
所述深U相对于在步骤112中记录的第一表面l'的最终轴线位置来
计算的，并且如果需要获得最终公差的话，则所述深度通常由杯形砂轮
2的磨损因数来补偿。随后在步骤130中停止杯形砂轮2的推进，并且 使杯形砂轮2和工件1之间的力下降至0。然后在步骤134中杯形砂轮 2从第二表面r'缩回，直到离开工件l。然后工件l可以更换成新的、 未经加工的工件，并且所述加工过程重复进行。
第四实施方式
如图8所示，可以绕杯形妙、轮2和转台10的机加工位置设置护板， 从而将由前面板61、侧面板60、后部支撑体68以及护板63形成的箱 体内的机加工空间与装载和卸载空间分隔开。这样能够保护机器人臂机 构31不会受大量的冷却流体的冲刷，从而使得超精加工与这些辅助操 作能够同时进行。如图8所示，机器人臂机构31安装在与转台10相同 的工作台或基座9上，从而提供优于独立支撑设计的尺寸稳定性。
所述护板是箱体的一部分，其具有倾斜的底部63并具有大体上将 转台IO—分为二的平面。护板63具有例如切口 64，切口64的形状与 转台10和卡盘3、 35的形状一致。在这种设置中，由于底部卡盘35相 对于顶部卡盘3成直角倾斜，因此即使在封闭的范围内装载和卸载^Mt 也可以容易地与机加工分离。
机器人臂机构31优选地具有一对抓取装置32、 33，以便使得能 够在机器人臂的一组相协调的运动中插入和抽出工件l。通常，装载和 卸载空间也封闭在防护装置中，所述防护装置例如为操作员提供安全保 障并容纳有剩余的冷却液溅沫，所述冷却液溅沫排入槽67中。
用于所述装置的控制电子^L备容置在箱体65中并位于后部支撑 体68的后部。
第五实施方式
图7示出了直接驱动分度工作台50的实施方式，其具有两个同步 机加工位置52、 55，分别用于不同的机加工操作——例如在一个工件上 的不同操作。由于分度工作台50是直接驱动的，所以工件52、 54的旋 转轴线可以可控制地M义位置偏置，从而提供用于机加工的额外的自 由度。由此，通过主轴马达57、 58驱动的杯形砂轮56、 61的轴线7可 以保持固定在适当位置，并且工件52、 55的轴线8以受控制的方式偏 置，从而潜在地简化了杯形砂轮定位机构59、 60,进而使得能够以简单 的方式推进杯形砂轮56、 61。
在图7中，能够看到，在加工工件52和55的过程中，能够对工 件53和54进行测量、插入和抽出，或者进行其它操作。
尽管已经基于说明性目的在此描述了本发明的某些代表性实施方 式，然而对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的 精神和范围的情况下能够做出本发明的各种改型。
权利要求
1.一种用于通过杯形砂轮在工件上生成表面的超精加工装置，包括(a)杯形砂轮主轴，其具有杯形砂轮轴线；以及(b)转台，其具有多个工件卡盘，所述工件卡盘中至少一个以旋转方式被驱动并且能够在具有大体上与所述杯形砂轮轴线平行的轴线的位置和具有大体上相对于所述杯形砂轮轴线倾斜的轴线的位置之间被重新定位。
2. —种用于通过杯形砂轮在工件上生成表面的超精加工装置，包括(a) 杯形砂轮主轴，其具有杯形砂轮轴线；以及(b) 分度工作台，其具有重新定位轴线并具有以旋转方式被驱动 的工件卡盘，所述工件卡盘具有工件轴线，所述分度工作台能够绕所述 重新定位轴线被重新定位从而在绕所述杯形砂轮轴线旋转的杯形砂轮 和在工件卡盘中旋转的单个工件之间提供多个移位的潜在接触位置。
3. —种用于通过杯形砂轮在工件上生成表面的超精加工装置，包括(a) 杯形砂轮主轴，其具有杯形砂轮轴线；以及(b) 多个工件卡盘，每个工件卡盘具有相应的工件卡盘轴线，所 述多个工件卡盘各自能够相对于所述杯形砂轮轴线被重新定位从而通 过所述杯形妙、轮选择性地处理相应的工件卡盘中的工件，(c) 其中，所述装置适于对每个工件卡盘中的不同工件进行不同 性质的处理。
4. 一种超精加工装置，其中，在杯形砂轮与夹持在工件卡盘中的 工件接触的过程中，所述杯形砂轮和所述工件卡盘各自旋转从而生成表 面，所述装置的改进之处包括提供具有多个工件卡盘的转台，每个工件离，从而所述多个卡盘各自用于加工工件，并且工件能够沿所述杯形砂 轮的旋转轴线在不同于所述表面的高度处插入所述卡盘或从所述卡盘 抽出。
5. —种超精加工装置，其中，在杯形砂轮与夹持在工件卡盘中的 工件接触的过程中，所述杯形砂轮和所述工件卡盘各自旋转从而生成表 面，所述装置的改进之处包括提供具有多个工件卡盘的回转工作台，每个工件卡盘安装成绕相应的主轴轴线旋转，从而所述多个卡盘适于容纳 和加工不同类型的工件。
6. —种超精加工装置，其中，在杯形妙、轮与夹持在工件卡盘中的 工件接触的过程中，所述杯形妙、轮和所述工件卡盘分别沿各自的不同轴 线旋转从而生成表面，所述装置的改进之处包括提供具有增量式可控制 回转轴线的工作台，所述工作台支撑绕相应的主轴轴线旋转的所述工件 卡盘，所述工作台绕所述回转轴线的位移提供了一种控制，所述控制用 于针对所述杯形砂轮在所述工件上的相应的不同接触位置来改变所述 杯形砂轮的旋转轴线相对于所述工件的旋转轴线的关系。
7. —种超精加工装置，其中，在杯形砂轮与夹持在工件卡盘中的 工件接触的过程中，所述杯形砂轮和所述工件卡盘各自分别沿各自不同 的轴线旋转从而生成表面，所述装置的改进之处包括提供具有增量式可 控制回转轴线的工作台，所述工作台支撑绕相应的主轴轴线旋转的所述工件卡盘，所述工作台绕所述回转轴线的第一位移提供了沿所述主轴轴 线在第一深度处的第一机加工操作，并且所述工作台绕所述回转轴线的 第二位移提供了沿所述主轴轴线在第二深度处的第二机加工操作。
8. —种超精加工装置，其中，在杯形砂轮与夹持在工件卡盘中的 工件接触的过程中，所述杯形砂轮和所述工件卡盘分别沿各自不同的轴 线旋转从而生成表面，所述装置的改进之处包括提供一种控制，所述控 制用于沿所述工件卡盘旋转轴线在第 一深度处生成第 一表面，此时相应 的不同轴线处于第一状态，随后在不爭>开所述工件的情况下沿所述工件 卡盘旋转轴线在第二深度处生成第二表面，此时相应的不同轴线处于第 二状态，其中，所产生的笫一表面和笫二表面具有预定的关系。
9. 一种用于控制超精加工装置的方法，在所述超精加工装置中， 在杯形砂轮与夹持在工件卡盘中的工件接触的过程中，所述杯形砂-轮和 所述工件卡盘分别沿各自不同的轴线旋转以^更从所述工件上去除材料 从而沿所述工件旋转轴线在预期深度处生成表面，所述方法包括下列步 骤沿所述工件卡盘旋转轴线在第一深度处生成第一表面，此时相应的 不同轴线处于第一状态；将所述杯形砂轮从与所述工件接触的状态撤回，并且将所勤目应的 不同轴线重新定位到第二状态，同时保持所述工件上的夹持力；以及沿所述工件卡盘旋转轴线在第二深度处生成第二表面。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二深度相对于所述 第一深度来限定。
11. 一种超精加工装置，其中，在机加工位置，在杯形砂轮与夹持 在工件卡盘中的工件接触的过程中，所述杯形砂轮和所述工件卡盘各自 旋转从而生成表面，所述装置的改进之处包括提供具有多个工件卡盘 的回转工作台，每个工件卡盘安装成绕相应的主轴轴线旋转；提供机器 人臂，所述机器人臂用于在非机加工位置选择性地将工件插入松开的卡 盘以;S^M^开的卡盘中撤出工件；以及提供共用的基座，其中，所述回 转工作台和机器人各自安^所述共用的基座上。
12. —种超精加工装置，包括杯形砂轮主轴和工件卡盘，所述杯 形砂轮主轴和工件卡盘各自适于在供有一股流体的情况下、在所述杯形 砂轮与夹持在所述卡盘中的工件接触的过程中旋转从而生成表面；以及 多轴机器人臂，其安装在与所述卡盘共用的基座上，用于选择性地将工件插入所述卡盘以及从所述卡盘撤出工件；以及防溅軍，其用于保护所 述机器人臂大体上不受该股流体的喷洒。
13. —种超精加工装置，包括杯形砂轮主轴和工件卡盘，所述杯 形砂轮主轴和工件卡盘各自适于在供有一股流体的情况下、在所述杯形 砂轮与夹持在所述卡盘中的工件接触的过程中旋转从而生成表面，所述 工件卡盘安装在具有多个卡盘的斜角转台上；以及竖向倾斜的流体护 板，其用于分离机加工空间和非机加工空间，所述机加工空间围住所述 杯形砂轮、工件卡盘、以及该股流体，所述非机加工空间中具有所述多 个卡盘中至少一个。
14. 一种用于通过杯形砂轮在工件上生成表面的超精加工装置，包括(a) 杯形砂轮主轴，其具有杯形砂轮轴线；以及(b) 多个工件卡盘，每个工件卡盘具有相应的工件卡盘轴线，所 述多个工件卡盘各自能够相对于所述杯形砂轮轴线被重新定位从而通 过所述杯形砂、轮选择性地处理相应的工件卡盘中的工件；(c) 其中，所述工件卡盘中至少一个是副本件并且在相应的机加 工操作过程中处于非使用状态，其用于替换产生故障的卡盘从而4吏得在 维修之前操作能够连续进行。
全文摘要
一种超精加工系统和方法，其中，采用磨料来加工工件，并且所述系统同时将多个工件安装在斜角转台中，或者将多种不同类型的工件安装在多个卡盘中，用于在其上进行不同的操作，或者在相同的工件上执行多种不同的操作而无须重新安装。所述系统通过提供操作和多重任务方面的灵活性而提高了加工量。
文档编号B24B35/00GK101213048SQ200680024325
公开日2008年7月2日 申请日期2006年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者诺贝特·克洛茨 申请人:德国索菲纳有限公司