加工工具及其操作方法
【专利摘要】本发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），其由加工基部支撑，用于保持工件（2），该保持器能够绕轴线（15）旋转；以及工件旋转驱动件（10、MW、EW），其用于使保持器绕该轴线旋转。工具安装座（16）由加工基部支撑，用于承载待与保持在保持器中的工件接合的工具（4），驱动布置能够操作以使工件保持器和工具安装座相对于彼此在与该轴线成横向的平面中运动。控制布置（6）被构造成控制工件旋转驱动件和驱动布置，以便在与所述轴线成横向的平面中加工工件上的与所述轴线（15）不等距的表面轮廓，使得安装在安装座中的工具（4）与工件（2）接合，以便在工件通过工件驱动件而旋转的同时开始进行加工操作。本发明还提供一种加工工件的方法。
【专利说明】加工工具及其操作方法【技术领域】
[0001]本发明涉及加工工具及其控制。更具体地，本发明涉及加工操作期间工具安装座和工件的运动的协调。
【背景技术】
[0002]在历史上，用来精磨曲轴曲柄销直径的工作表面的方法涉及使曲柄销表面绕其自身的中心旋转。加工工具在每个接续曲柄销之间进行调节，使得在每个销上的磨削动作为圆柱形磨削的形式。
[0003]提供了各种方法来使得磨削轮跟随相应曲柄销绕工具的纵向轴线的轨道运动而进行轨道运动，例如如CA-A-364437中所述。
[0004]最近，加工工具已经采用计算机数控(“CNC”)系统，其中在精确伺服控制下进给加工轴的位置与工具的旋转电子地相连。US4，375，670中描述了这样的方法，其描述了加工工具，该加工工具包括分别用于使曲轴旋转的驱动装置和用于使刀架位移的驱动装置的独立的控制器。两种控制器被控制成使得一种运动的不规则不能够影响另一种运动，原因是一种运动并不依赖于另一种运动。
[0005]在已有的 技术中，工具与工件接合，同时工件在其旋转的限定点处静止。一旦已经到达该开始位置，工具和工件就被同时且同步地驱动。
【发明内容】
[0006]本发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，该工件保持器由加工基部支撑，用于保持工件，该保持器能够绕一轴线旋转；
[0009]工件旋转驱动件，该工件旋转驱动件用于使保持器绕所述轴线旋转；
[0010]工具安装座，该工件安装座由加工基部支撑，用于承载待与保持在保持器中的工件接合的工具；
[0011]驱动布置，通过使工件保持器和工具安装座中的至少一个相对于加工基部运动，该驱动布置用于使工件保持器和工具安装座相对于彼此在与所述轴线成横向的平面中运动；以及
[0012]控制布置，该控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和驱动布置，以便在与所述轴线成横向的平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，其中安装在安装座中的工具与工件接合，以便在工件通过工件驱动件而旋转的同时开始进行加工操作。
[0013]当需要进行两种或更多种离散的加工操作时，在工件旋转的同时使工具与工件接合的能力(即使加工的表面与旋转所绕的轴线不等距(即相对于该轴线不是圆形的))显著地减少了加工工件所花费的时间。这不需要停止工件的旋转，由此节省了否则使工件的旋转减速到停止、使工具与工件接合、然后使工件和工具加速到它们的正常操作速度所要花费的时间。
[0014]要加工到工件上的表面轮廓是将与最终成品工件中的工件保持器旋转轴线不等距的轮廓，也就是，期望的最终表面不是以保持器的旋转轴线为中心的圆柱形表面，而是与这样的表面明显偏离。
[0015]例如，加工的表面可以是绕曲轴轴线进行轨道运动的曲柄销表面，或者是凸轮轴上的凸轮升角。
[0016]加工工具被控制成使得工具与工件表面接合，该表面与工件保持器旋转轴线不等距，同时，工件旋转(优选地保持基本上恒定的工件旋转速度)，以将该表面加工成这样的轮廓，该轮廓是加工的工件部分最终期望的表面，该轮廓与工件保持器旋转轴线不等距。
[0017]在一个优选的实施例中，所述轴线是加工工具的纵向轴线，工具安装座能够在与所述轴线成横向的平面中运动，驱动布置包括用于使工具安装座进行横向运动的工具安装座驱动件，控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和工具安装座驱动件，以加工工件上的表面轮廓。
[0018]或者，在另一个实施例中，工件保持器能够在与所述轴线成横向的平面中运动，驱动布置包括用于使工件保持器进行横向运动的工件横向驱动件，控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和工件横向驱动件，以加工工件上的表面轮廓。
[0019]本发明还提供一种利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步骤:
[0020]使工件绕一轴线旋转；以及
[0021]使工具和工件中的一个相对于另一个在与所述轴线成横向的平面中运动，以便在该横向平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，使得工具与工件接合，以便在工件旋转的同时开始进行加工操作。
[0022]根据本发明的实施例，在工件继续其旋转的同时，工具安装座驱动件受到控制，以使得工具与工件接合，以开始进行加工操作，使得工件和工件的相应接触点的速度和加速度相匹配。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]现在将参考附图，借助实例描述本发明的实施例，其中:
[0024]图1为实施本发明的结合有工件和磨轮的加工工具的控制布置的方框图；
[0025]图2为根据实施本发明的方法的在加工操作期间工作头旋转角度和进给轴线位置的曲线图；以及
[0026]图3和4是来自控制加工操作的CNC系统的数据采集记录的在加工操作期间工作头旋转角度和进给轴线位置的曲线图，图4更加详细地表示了图3的曲线的一部分。
【具体实施方式】
[0027]在以下的实施例中，工件保持器被布置成使得工件绕加工工具的纵向轴线旋转，该纵向轴线是在加工期间相对于加工基部保持在固定位置中的基准轴线。在加工操作期间，工具安装座朝向和远离该轴线运动。在实施本发明的其它实施方式中，工件保持器被布置成使得旋转工件朝向和远离一工具而运动，该工具在加工期间相对于加工基部保持在固定位置中。后一种方法更加适合于具有较小惯量的较小的和/或重量较轻的工件。例如，这可以适合于工具磨床。
[0028]图1示出了实施本发明的控制布置的各部件，该控制布置被布置成利用磨轮4加工工件2。工件安装在工件保持器14中，并且磨轮由为主轴头16形式的工具安装座承载。工件保持器和主轴头由加工工具的加工基部18支撑。工件保持器能够绕轴线15旋转。
[0029]计算机数控(CNC)系统6经由数字驱动控制总线8联接到工件驱动件和工具安装座驱动件。工件驱动件包括工作头驱动放大器10、伺服驱动马达(Mw)和工件位置编码器(Eff)0
[0030]工具安装座驱动件包括进给驱动放大器12、磨轮伺服驱动马达(Me)和磨轮位置编码器(Ee)。
[0031]CNC系统6执行计算，以生成控制命令参数，这些控制命令参数经由驱动控制总线传递到工件和工具安装座驱动件。控制总线8可以是SERCOS、Ethernet、Profidrive或类似构造中的任一种，传递指令数据包，并且接收来自驱动件的状态数据包。
[0032]工作头驱动放大器10和进给驱动放大器12利用经由驱动控制总线8接收的数据来更新它们各自的内部轴线指令寄存器。伺服驱动马达Mw、Me接收来自相应驱动放大器10、12的控制信号，并且分别使工件2和磨轮4进行相应的运动。位置编码器Ew、Eg将位置数据传递回到相关的放大器。驱动放大器内的伺服控制环执行使驱动马达稳定所需的任何计算，并且使得接收到的指令与驱动马达的实际位置之间的任何误差最小化。
[0033]图2为同步图表，示出了实施本发明的三个加工过程期间工作头旋转角度和进给轴线位置的曲线。锯齿形曲线20代表工作头旋转角度，表明工件以恒定旋转速度连续旋转。标记为“情形1”、“情形2”和“情形3”的曲线示出了实施本发明的三种不同的场景，其中工具在工件旋转时在不同的点处与工件接触。
[0034]在情形I中，工具和工件的相应接触点在它们沿着工具往复运动的方向的速度为零的点处、在工件沿着该方向的速度反向的点处进行接合。紧接着该接合之后，工具安装座驱动件被同步地约束，以匹配工件的运动。
[0035]当工件的接触点加速离开工具时，如情形2所示，工具安装座驱动件被控制以加速到比接触点处的线性速度大的速度，直到其能够减速到工具在计算的位置、速度和加速度下接触运动工件的速度。
[0036]在情形3中，工件在接触点处朝向工具加速。使得工具安装座驱动件减速、反向且加速到与工件接触点的速度匹配的速度和加速度。然后，当工件有效地跟上工具安装座驱动件时，保持同步。
[0037]图3和4示出了实施本发明的加工循环的记录。其是利用CNC控制系统的数据记录能力记录的。其在全曲轴磨削循环的一部分中对应于动态加工同步，该部分处于第一曲柄销磨削循环结束与接下来的第二曲柄销磨削循环开始之间。可以看到，进给轴线的位置在其与工件同步时经历了小的反向，与上述“情形3”一致。图4中更加详细地示出了加工操作的这个位置。
【权利要求】
1.一种用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，该工件保持器由加工基部支撑，用于保持工件，该保持器能够绕一轴线旋转; 工件旋转驱动件，该工件旋转驱动件用于使保持器绕所述轴线旋转； 工具安装座，该工件安装座由加工基部支撑，用于承载待与保持在保持器中的工件接合的工具； 驱动布置，通过使工件保持器和工具安装座中的至少一个相对于加工基部运动，该驱动布置用于使工件保持器和工具安装座相对于彼此在与所述轴线成横向的平面中运动；以及 控制布置，该控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和驱动布置，以便在与所述轴线成横向的平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，其中安装在安装座中的工具与工件接合，以便在工件通过工件驱动件而旋转的同时开始进行加工操作。
2.根据权利要求1所述的加工工具，其中所述轴线是加工工具的纵向轴线，工具安装座能够在与所述轴线成横 向的平面中运动，驱动布置包括用于使工具安装座进行横向运动的工具安装座驱动件，控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和工具安装座驱动件，以加工工件上的表面轮廓。
3.根据权利要求1所述的加工工具，其中工件保持器能够在与所述轴线成横向的平面中运动，驱动布置包括用于使工件保持器进行横向运动的工件横向驱动件，控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和工件横向驱动件，以加工工件上的表面轮廓。
4.根据前述权利要求中任一项所述的加工工具，其中控制布置被构造成加工由保持器保持的曲轴的曲柄销，当曲轴通过工件保持器进行旋转时，该曲柄销绕所述轴线进行轨道运动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的加工工具，其中控制布置被构造成使由工具安装座承载的工具与由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接触点的朝向工具安装座的速度分量基本上等于零时开始进行加工操作。
6.根据权利要求2或者从属于权利要求2的权利要求4所述的加工工具，其中控制布置被构造成使得由工具安装座承载的工具与由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接触点加速离开工具安装座时开始进行加工操作。
7.根据权利要求6所述的加工工具，其中控制布置被构造成使工具安装座朝向工件上的接触点加速，直到工具安装座的沿着朝向接触点的方向的速度分量大于工件沿该方向的速度，然后使工具安装座沿该方向减速，使得其在与工件接合时与工件沿该方向的速度和加速度相匹配。
8.根据权利要求2或者从属于权利要求2的权利要求4所述的加工工具，其中控制布置被构造成使得由工具安装座承载的工具与由保持器保持的工件接合，以便在工件上的接触点朝向工具安装座加速时开始进行加工操作。
9.根据权利要求8所述的加工工具，其中控制布置被构造成使工具安装座沿着朝向接触点的方向减速，使工具安装座的运动方向反向，然后使工具安装座沿着离开接触点的方向加速，使得其在与工件接合时与工件沿该方向的速度和加速度相匹配。
10.根据前述权利要求中任一项所述的加工工具，其中每个驱动件包括控制器、驱动马达和位置编码器，每个位置编码器被构造成向相应的控制器反馈分别与工件保持器和工具安装座的测量位置相对应的信号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的加工工具，其中工具安装座被布置成承载磨轮。
12.根据权利要求2或者从属于权利要求2的权利要求4至11中任一项所述的加工工具，其中工具安装座被布置成沿着线性基准轴线运动。
13.根据权利要求2或者从属于权利要求2的权利要求4至11中任一项所述的加工工具，其中工具安装座由支撑臂承载，该支撑臂安装成绕着与加工工具的纵向轴线平行的轴线旋转，并且工具安装座与支撑臂的旋转轴线间隔开。
14.一种利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步骤: 使工件绕一轴线旋转；以及 使工具和工件中的一个相对于另一个在与所述轴线成横向的平面中运动，以便在该横向平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，使得工具与工件接合，以便在工件旋转的同时开始进行加工操作。
15.—种利用根据权利要求1至13中任一项所述的加工工具加工工件的方法。
16.一种参考附图基本上如本文所述的加工工具。
17.—种参考附图基本上如本文所述的利用加工工具加工工件的方法。
18.一种用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，该工件保持器由加工基部支撑，用于保持工件，该保持器能够绕加工工具的纵向轴线旋转； 工件驱动件，该工件驱动件用于使保持器绕所述纵向轴线旋转； 工具安装座，该工件安装座由加工基部支撑，用于承载待与保持在保持器中的工件接合的工具，该安装座能够在与所述纵向轴线成横向的平面中运动； 工具安装座驱动件，该工具安装座驱动件用于使安装座进行横向运动；以及控制布置，该控制布置被构造成控制工件和工具安装座驱动件，以便在该横向平面中加工工件上的与所述纵向轴线不等距的表面轮廓，其中安装在安装座中的工具与工件接合，以便在工件通过工件驱动件而旋转的同时开始进行加工操作。
19.一种利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步骤: 使工件绕加工工具的纵向轴线旋转；以及 使工具在与所述纵向轴线成横向的平面中运动，以便在该横向平面中加工工件上的与所述纵向轴线不等距的表面轮廓，使得工具与工件接合，以便在工件旋转的同时开始进行加工操作。
20.一种用于加工工件的加工工具，其包括: 加工基部； 工件保持器，该工件保持器由加工基部支撑，用于保持工件，该保持器能够绕一轴线旋转; 工件旋转驱动件，该工件旋转驱动件用于使保持器绕所述轴线旋转； 工具安装座，该工件安装座由加工基部支撑，用于承载待与保持在保持器中的工件接合的工具； 驱动布置，该驱动布置用于使工件保持器和工具安装座中的一个相对于另一个在与所述轴线成横向的平面中运动；以及 控制布置，该控制布置被构造成控制工件旋转驱动件和驱动布置，以便在与所述轴线成横向的平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，其中安装在安装座中的工具与工件接合，以便在工件通过工件驱动件而旋转的同时开始进行加工操作。
21.一种利用加工工具加工工件的方法，其包括以下步骤: 使工件绕一轴线旋转；以及 使工具和工件中的一个相对于另一个在与所述轴线成横向的平面中运动，以便在该横向平面中加工工件上的与所述轴线不等距的表面轮廓，使得工具与工件接合，以便在工件旋转的同时开始进行加工操作。
【文档编号】B24B5/42GK103958122SQ201280025708
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年5月24日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】S·J·格里菲丝, R·E·韦纳姆, D·R·福克纳 申请人:辛涅提克兰迪斯有限公司