用于精整加工旋转对称的工件区段的精整方法和精整装置的制造方法
【专利说明】用于精整加工旋转对称的工件区段的精整方法和精整装置
[0001]背景
[0002]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在工件上对旋转对称的工件区段进行精整加工的精整方法以及一种根据权利要求9的前序部分所述的被设置用于实施该方法的精整装置。
[0003]精整也被称为超精整，它是一种利用非定型刀刃进行切削的精整加工方法。通过精整可以在工件如曲轴、凸轮轴、传动轴或其它用于动力机器和做功机器的构件上加工旋转对称的或非旋转对称的工件区段的工件表面，以产生期望的表面细微结构。在精整时，装有粒状的切割介质的精整工具(精整石或精整带)被压紧到待加工的周缘面上。为了产生对于材料去除所必需的切割速度，使工件围绕其工件轴线旋转。在精整的一些方法变型中，同时在工件与贴靠在周缘面上的精整工具之间产生平行于工件轴线振动的相对运动。通过工件的旋转运动和叠加的振动运动的组合，可以产生所谓的交叉磨削花样，由此，被加工的工件表面例如特别适合作为用于滑动轴承或滚动轴承等的工作面。待加工的工件区段例如可以是曲轴的主轴承或连杆轴承，或者是凸轮轴轴承。
[0004]与磨削不同，精整是热中性的加工方法，按照该加工方法，没有布满微裂纹或表面张力的软表皮产生。精整常常在磨削加工之后被用作加工链最后的切削加工方法，以去除软表皮、又露出原来的组织结构、提高粗糙的表面结构的承重比率并且改善轴向方向和周缘方向有关圆度和短波误差的构件几何结构。
[0005]磨削在此是最后的成型加工操作。在磨削时已知机器控制的磨削工具的几何形状，从而可以根据由机器控制引起的工具导向通过磨削构造工件轮廓。这种成型加工的前提条件是要对磨削工具进行定期校准和测量。但是磨削加工通常不能够实现通过精整加工可实现的表面性能。
[0006]例如在带式精整时将研磨性的精整带利用具有适当设计的硬质、软质和/或柔性的模具插入件的压紧装置以规定的压紧力(例如在50N和500N之间)压到待加工的工件区段上，由此来实现通过精整产生的有利的表面性能。在该种情况下，例如通过设定液压致动器的液压压力来控制压紧力。通过由此在精整带和工件表面之间产生的单位表面压力(通常在0.05和2N/mm2之间)实现所希望的材料去除以及精细的表面结构。带式精整加工以力受控和停留时间受控的方式进行，从而使得加工结果尤其是压紧力和加工时间的函数。
[0007]与之相反，加工位置的所产生的几何形状主要取决于初加工即前面的磨削加工。无论沿着轴向方向还是沿着切向方向都保持整体的几何形状造型，必要时可以沿着切向和轴向方向仅仅减小高等级的波纹度。
[0008]因此必须适当设计磨削加工，从而在磨削加工结束时没有残留无法通过精整消除的形状误差，例如也被称为多边形的低等级的波纹度。避免在磨削加工期间的形状误差并且在磨削加工结束时获得最终所需的整体的同心度品质的可行方案是:在磨削加工中将进给参数限定为相当小的值。由此通常必须忍受相当长的初加工时间。
[0009]目的和解决方案
[0010]在该背景下，本发明的目的在于，提出一种用于精整加工的所述类型的方法，在至少保持被加工的工件的最终质量相同的情况下，所述方法可以实现对工艺链即磨削-精整的成本优化。另一目的是提出一种适于实施所述方法的精整装置。
[0011]为了实现该目的，本发明提出一种具有权利要求1所述特征的精整方法。此外，提出了一种具有权利要求9所述特征的精整装置。
[0012]有利的改进方案在从属权利要求中给出。所有权利要求的内容都援引为说明书的内容。
[0013]在根据要求保护的本发明的精整方法中，确定与压紧力成比例的力信号，并且在精整方法的至少一个阶段期间根据力信号对精整工具的进给路径进行控制。
[0014]术语“进给”在此系指精整工具沿着待加工的工件区段的方向的做功运动，或在运动方向反向的情况下系指用于分离精整工具与工件区段的回程运动。在要求保护的本发明中，为了该运动规定有位移控制或位置控制。由此可以通过精整加工还在待加工的工件区段上减小沿着周缘方向的较低等级的形状误差。因此，精整加工在一定程度上不仅可以用于改善由初加工阶段产生的微型结构，而且可以用于改善宏观结构即用于成型。术语“微型结构”在此主要是指那些形态异常，即特别是圆度、短波纹的或高波纹的形状误差以及粗糙度，它们也可以通过常规的精整方法得以改善。而术语“宏观结构”还指代沿着周缘方向(多边形)低波纹的形状误差，它们通常不能够通过精整来改善。
[0015]已知的是，在调节(闭环控制)情况下将输出参数连续地反馈到调节器(调节机构)的输入端。在控制(开环控制)情况下没有这种反馈。无论控制还是调节都包括对有待影响的参数产生有针对性的影响，该参数在控制情况下可以被称为“控制参数”而在调节情况下可以被称为“调节参数”。在所要求保护的本发明中，精整工具的位置被作为待影响的参数来控制。因为该控制根据(取决于位置的)被反馈给控制机构的力信号来进行，实现了对进给运动的位置调节或位移调节。
[0016]因为一定量的造型可以从采用磨削的初加工朝向精整加工转移，可以降低对通过磨削可实现的形状精度的要求。因此也可以减少初加工时间，现今所述加工时间是通过磨削和精整而加工出的组件的价值链的显著的组成部分。由此可以节约整个加工链的成本，磨削和后续的精整处于所述加工链的末端。
[0017]为了通过精整进行有针对性的成型，被认为有利的是:至少在精整加工的最后阶段，为了控制精整装置，精整工具的有效轮廓和位置是已知的。为了实现这一目标，在一些方法变型中规定:在精整加工开始之前，通过沿着工件区段的方向引导的进给运动使得精整工具向工件区段起动，在进给运动期间监测力信号，并且检测在第一次接触工件时即在精整工具和工件区段之间发生第一次接触时产生的力信号突变，并且对该突变进行处理以便控制进给。通过在起动识别期间对力信号的分析，对工具与工件第一次接触时的位置进行检测，从而自该时刻起或从该工具位置起，对于控制来说，相对于工件的工具位置是已知的。精整加工的后续阶段可以根据该定位(Referenzierung)进行控制。因此，不仅可以用带式精整工具而且可以用精整石实现成型的精整加工，而不必在加工之前已知精整工具的几何形状。
[0018]在一个方法变型中，该方法变型在消除低等级的形状误差即所谓的多边形时是十分有利的，在精整工具进给运动期间监测力信号，并且使得进给运动停止在第一位置，在该位置，力信号达到可预先给定的第一阈值，然后，在进给停止在第一位置的情况下，继续进行精整加工。因此，精整工具朝向待加工工件运动(进给)，直至到达第一位置。在该进给运动中，当精整工具与工件区段相接触时，力信号增大。该进给运动在预定的压紧力情况下停止。因为工件转动和必要时在工件和精整工具之间沿着轴向方向附加规定的相对的振动运动继续进行，主要在产生最大压紧力的区域发生材料去除。由此，在相对于工件轴线的径向上，相比于位于内部深处的周缘区段，位于外部的周缘区段被去除得更多，从而使得半径差异减小并且使得圆度得以改善。
[0019]优选地，在进给停止在第一位置时对力信号进行监测，并且当力信号达到可预先给定的低于第一阀值的第二阀值时继续进给运动。在进给停止在第一位置情况下的上述加工导致在最向外的区域内的优选的材料去除，由此逐渐减小压紧力。如果达到力信号的第二阈值就继续进给，从而接下来再次增大压紧力并且可以进一步进行材料去除。然后优选地又在靠外的区域去除其它的材料，如果还存在有这些区域的话。
[0020]优选地，采用下述方式继续进给运动，S卩，精整工具进给预定的位移增量，直到第二位置。由此又增大了压紧力和与其成比例的力信号。然后通常持续保持第二位置，