专利名称：用来通过磨削制造工件成品轮廓的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的装置和按权利要求8前序部分的方法。
背景技术：
在借助于磨削加工工件时，毛坯件必须具有这样的轮廓，它在公差带范围内具有与成品尺寸相比的余量。因为毛坯件不同程度地满足公差带，通常磨削程序这样设计，使得试探式地接近材料，这造成不必要的空行程(空磨削)，这时不切削材料，这种空行程要求不必要的加工时间。
特别是为了制造装配式凸轮轴，凸轮和凸轮轴的其他功能构件按公差规定加工成毛坯件并安装在凸轮轴上。这里形成一公差带，装配的未磨削的凸轮/功能构件的外形轮廓在此公差带内变动。这个轮廓称为毛坯轮廓。此毛坯轮廓必须具有磨削余量。
在装配后，磨削凸轮、支承部位和有时其他工作面。这时磨除磨削余量。磨削余量是必需的，以便在加工结束时得到真正磨削表面，并且保证不小于理论轮廓(成品轮廓)。
按照现有技术，磨削以这样的方式按多个工作循环进行，使得砂轮按程序控制非常迅速地接近在考虑公差的情况下毛坯轮廓可能最大外圆周，接着开始磨削过程本身。在真正的磨削过程中，砂轮以规定的进给量用规定的转速程序控制地移动到所磨削工件的理论尺寸。这个进给运动比较慢地进行，从而使所磨削的工件不致过热和不损坏砂轮。根据待磨削层厚度的不同，开始时进给速度较快(粗磨)，然后放慢(精磨、精整磨)。在到达理论轮廓时不再进行进给。工件进行无火花磨削。在无火花磨削一定时间后，工件便具有理论尺寸，亦即成品尺寸，并通过砂轮的快速退刀结束磨削过程。这里彼此相继的多次进给运动称为多个工序。
对于控制砂轮所需要的程序包含轴向和径向进给量(工件转速)以及径向进刀量的数值，砂轮以这个进刀量接近工件。其中存在具有一个主轴的磨床和具有多个主轴的磨床。
迄今为止已知的用于磨床的控制程序的缺点是，根据毛坯轮廓尺寸的不同，亦即根据未磨削功能构件实际磨削余量的不同，砂轮尽管与工件不接触，仍然通过有时几个1/10mm非常缓慢地接近功能构件的毛坯轮廓。这个过程在专业界常常称为空磨。其中根据毛坯轮廓在公差带内的位置的不同空磨持续的时间也不同。因此在许多情况下需要许多不必要的磨削时间。此外对较可靠的加工过程的高的质量要求导致，没有完全利用允许的公差范围。因此在多数情况下进行不必要的长的空磨。然而又不能放弃空磨，因为总是含有个别工件毛坯具有或可能具有允许的最大毛坯轮廓。
发明内容
本发明的目的是，提供一种装置和方法，用这种装置和方法可以以尽可能缩短对于通过磨削以多个工序制造具有毛坯轮廓的工件的成品轮廓所需要的时间，同时防止砂轮碎裂或工件过高地发热。
在装置方面，按照本发明这个目的通过具有权利要求1特征的装置实现。有利的设计方案和改进方案在权利要求2至7中说明。在方法方面，这个目的通过具有权利要求8特征的方法实现。该方法的有利改进方案在权利要求9和10中给出。
通过上述方案有利地达到，避免不必要的、加长加工时间的空磨。通过将测量在功能上和磨床分开的措施有利地达到在与测量装置相比昂贵的磨床上的加工时间的进一步缩短。
在一个具体实施形式中，本发明涉及一种用来磨削凸轮轴的凸轮的成品轮廓的具有一磨床和一控制该磨床的控制装置的装置，其中可通过控制装置规定磨削程序，这个程序包含关于磨削参数如磨削工具和/或工件转速、送进量、进刀量和工件轴向位置的规定数值。
按照本发明，该装置最好具有以下部件·-用来测量待磨削工件毛坯轮廓的测量装置；·-用来确定和/或选择一个或几个磨削程序的过程计算机；·-在测量装置和过程计算机之间的第一数据传输装置以及一在过程计算机和控制装置之间的第二数据传输装置，其中由测量装置测量的毛坯轮廓测量值可通过第一数据传输装置输送给过程计算机，根据这个测量值在过程计算机内确定和/或选择至少一个磨削程序，并可通过第二数据传输装置输送给控制装置，并可根据确定的和/或选择的磨削程序由控制装置控制磨床。
首先，这里数据连接是借助于固定连接，例如通过电缆、无线电等等还是借助于不固定的连接，例如通过软盘或在工件即凸轮轴上的标记等表示，这是无关紧要的。
在一种优选的实施形式中两个数据连接都做成电缆形式的固定连接。数据传输通过在工业控制技术中常用的协议或总线系统，例如现场总线或互连总线进行。过程计算机可以是工业用个人计算机、微型计算机或其他数据处理装置。
此外本发明涉及一种用来通过磨削以多个工序制造具有毛坯轮廓的工件的成品轮廓的方法，优选是对凸轮轴的凸轮的加工，其中工件的毛坯轮廓在每个工序中磨掉规定的量，使得在最后的工序后得到工件的成品轮廓。
按照本发明在用这种方法时进行以下工步a)在磨削过程开始前测量工件的毛坯轮廓；b)将测出的测量值直接或间接传输给控制单元；c)根据这个测量值或者计算一个与实际毛坯轮廓相匹配的磨削程序，其中磨床磨削工具进刀量的控制在考虑实际毛坯轮廓的情况下进行，或者选择一个规定的储存的磨削程序，其中磨床砂轮进刀量的控制与可选择的其余磨削程序相比和实际毛坯轮廓最佳地匹配。
其中磨削程序用以下方式方法确定由测量毛坯轮廓直接确定，至哪个尺寸为止砂轮能以最大进刀速度趋近待磨削工件。在理想情况下砂轮以最大进刀速度直接开到毛坯轮廓上。但是为了安全起见，砂轮也可以不完全趋近所测量的毛坯轮廓，而是预调到一个0.02mm至0.1mm行程的空磨。行程大小由用来测量轮廓的测量系统的测量精度确定。由测量的毛坯轮廓同时确定磨削余量，亦即要磨去的材料厚度。由此确定粗磨、精磨和精整磨削的不同范围以及所属的进刀速度。这时待磨削工件的材料以及硬度和几何造型起重要作用。薄的零件不能排出像厚的实心零件那么多热量。根据材料性能的不同，在相同的进刀速度的情况下释放不同的热量，同样根据机床的可能性确定工件和砂轮的转速。设计这种程序的标准和规定对于专业人员是已知的。
用本发明的方法，与现有技术不同，根据测量系统的测量精度便知道磨削余量。因此按照磨削技术中常用的方法确定具有各自最佳的进刀程序的磨削程序。亦即分别精确地确定，还能使工件不发生过热并精确达到成品轮廓的尽可能快的进刀。对于确定其中规定工件每转的进给量的进刀程序，伴随磨削过程所进行的能量和功率输入有重要的作用，从而可以防止磨削缺陷，如烧损磨削，表面软化。此外允许的进给量与材料有关。
由于精确地知道待磨去的层厚，用本发明可以精确平衡粗磨、精磨和精整磨削过程。这里分别与待磨去的磨削余量相匹配的磨削程序常常造成优化和缩短的磨削时间，因为例如与精磨相比可以提高精磨的进刀量，而空磨阶段减小到最小或完全去除。
在本发明方法一种优选实施形式中，在过程计算机内储存了大量预先计算好的具有与一定的毛坯轮廓相应地对应的程序。在加工过程期间由过程计算机选择各个与测量的毛坯轮廓对应的程序。
在本发明另一种有利的改进方案中，甚至可以在线计算磨削程序。这里可以采用能量和/或功率平衡作为计算标准。其中根据层厚和其他常用的参数作为工件每转最大许可进刀量的基础，并由此数学计算确定使加工时间最小化磨削程序连同进刀程序。
本发明的方法既可以用于具有任意数量凸轮的凸轮轴，也可以用于其他待磨削的功能构件。其中对于每个构件可选择一个单独的磨削程序，或者在较简单的情况下对于功能构件组可以选择同一个磨削程序。这里用来控制磨床的数据的传输既可以在对于相应零件所需要的所有磨削程序组中进行，也可以根据需要逐件地在砂轮进刀到相应位置上之前进行。
在本发明一种有利的改进方案中，构件配备标记，如序列号、条形码等等，它们在过程计算机内与毛坯轮廓的测量数据关联。这些数据也可以离线传输给磨床的控制装置。在轴进入磨床时读取这些编码，并由此载入所属的程序。其中在一种改进方案中标记直接是所用磨削程序的标识。
借助于在图1和2中所示的实施例详细说明本发明。
图1表示根据本发明用来磨削凸轮轴的装置的示意结构。
在图2中表示凸轮和最终轮廓的位置以及毛坯轮廓公差的上、下限。
具体实施例方式
在图1中示意表示，凸轮轴1连同待磨削功能构件2，例如凸轮，在位于装配线(这里未画出)末端毛坯轮廓测量工位中的情况。用一用于测量的传感装置13，这里在所示实施例中是一侧头或一激光三角测量装置，测量凸轮2的轮廓数据。测量值通过信号线9输送给过程计算机5。过程计算机5具有一用来储存许多特别是包含进刀程序的磨削程序的数据存储器7。此外过程计算机5具有一计算装置6、一第二数据存储器8和相应的内部数据线10，所述数据线通常通过数据总线实现。在过程计算机5的计算装置6内，根据信号线9上的输入即测量值，从数据存储器7中选择一相应的磨削程序并储存在数据存储器8内。通过数据线11将特别是包含相应进刀程序的相应磨削程序传输给磨床3的控制装置4。
与此同时用相应的传送操作器14，例如机械手，将凸轮轴1装入磨床3内，进行加工。通过控制信号线12a和12b传输控制磨床所需要的数据，并根据所选择的控制程序磨削凸轮轴1。
在上述方法的一种变型方案中，在测量毛坯轮廓以后给凸轮轴做单一的标记(例如条形码)，并通过控制线12a向控制装置4也传输一个识别信号来识别哪个凸轮轴正位于磨床内。这里，标记带有关于测量的毛坯轮廓或所选择的磨削程序的信息。接着控制装置4由识别信号与磨削程序的对应关系选择相应的磨削程序。
在一种替代实施形式中，控制装置4，从识别信号出发，向过程计算机5请求磨削程序。
按照本发明，过程计算机5和控制装置4可以集成在一个计算单元15内。但是计算单元确切的结构可以是非常不同的。正像在机械制造中常见的那样，数据线9、10、11、12a、12b也可以集成在一个总线系统中。
借助于表1和图2进行现有技术和本发明方法的对比、选择一个带凸轮2的凸轮轴1作为例子，其中毛坯件待磨去的余量在包络曲线17至18之内。在装配后毛坯件的这个相对于成品轮廓的尺寸盈余也称为余量，在该实施例中根据加工情况的不同它在成品轮廓加0.1mm(包络曲线17)至成品尺寸加0.5mm(包络曲线18)的区间内。其中在凸轮外围轮廓的所有点处的尺寸余量都必须位于包络曲线17和包络曲线18之间的范围内。在所选择的例子中在轮廓的任意一点上实际的余量为0.35mm。
表1砂轮进刀必须这样进行，即在任何情况下砂轮都不会以在砂轮趋近工件时所用的最大速度切入工件表面内。
因此按照现有技术，如表1左半部所示，砂轮开到表示最大可能的余量的包络曲线18外。接着工件每转砂轮行驶规定的进刀量，直至最后一次进刀。这里是第7次为止，以0mm进刀进行无火花磨削，工件磨削到成品轮廓16。按照现有技术，7次进刀意味着总进刀量为0.5mm。总的工作时间为例如约7秒。
但是由表格可见，对于0.15mm的路程进刀以与磨削相匹配的速度进行，尽管根本没有磨掉任何材料。在现有技术中这个过程称为空磨。
如表格1右半部中所示，用本发明的方法，这种空磨被完全排除。进刀直接从所测量的余量，这里是+0.35mm处进行，在工件再转5圈后磨削操作结束。在所述例子中每个凸轮节省的加工时间约为2秒。
此外如表格1中所示，在采用本发明方法时开头2转的进刀量比现有技术中大。这里表示本发明方法的一种优良改进方案，其中进刀速度根据余量厚度适配。对于比较大的余量通常以高的进刀速度磨削(粗磨)。在小的余量时才降低进刀速度(精磨，精整磨或无火花磨削)。在粗磨时，高的进刀速度必须这样选择，即在工件上不致加入太大的功率。因此不造成工件过热。在该实施例中，在余量为0.500mm时，将开头4转进刀量0.400mm，直至余量为0.100mm，以及相应的功率输入设为最大值。但是如果余量仅为0.350mm，那么到0.100mm的余量为止的这个进刀量甚至还可以提高，这时总进刀不应该超过原先的功率输入。作为衡量的尺度可以采用单位时间切屑量。
除了所述优点外本发明的方法还提供其他重要的优点。例如测量可以在磨削前挑出功能构件的毛坯轮廓已经太小，亦即不再在公差带内的轴。在这种情况下即使通过继续加工轴也不再能成为合格零件，因此不必再磨削。因此不再继续加工废品，并节省为此所需的加工时间和成本。
此外更大的优点还在于，即具有超过允许的最大包络曲线18的余量的工件可以不造成损坏地加工。因此可以部分或在出现一定生产问题的时间内降低公差要求。
此外可以用统计宽度确定毛坯件质量，从而可以早期识别在前面的加工过程中可能出现的问题。
虽然，这里所述的方法和装置也可以用于除装配式凸轮轴以外的其他构件。例如可以用于铸造的或锻造的凸轮轴、曲轴、控制轴以及磨削传动轴的支承部位。
附图标记表1凸轮轴2功能构件，凸轮3磨床4控制装置5过程计算机6计算装置7数据存储器8数据存储器9信号线10 内部数据线11 数据线12a 控制信号线12b 控制信号线13 传感装置，测头14 向磨床输入凸轮轴传送操作器15 计算单元16 成品轮廓17 包络曲线，毛坯件轮廓的公差下限18 包络曲线，毛坯件轮廓的公差上限
权利要求
1.用来通过在多个工序中用磨削优选是在凸轮轴(1)的凸轮(2)上制造具有一毛坯件轮廓的工件的成品轮廓的装置，包括一具有用来磨去相当于毛坯件轮廓和成品轮廓之间的差值的余量的磨削工具的磨床(3)、和一用来控制磨床(3)的控制装置(4)，其特征为设有一用来测量工件实际毛坯件轮廓的测量装置(13)，该测量装置借助于至少一个数据传输装置(9，10，11，12a，12b)与控制装置(4)直接或间接连接，使由测量装置(13)测得的测量值输送给控制装置(4)，并通过控制装置(4)由该测量值至少可确定用来控制磨削工具进刀量的规定值。
2.按权利要求1的装置，其特征为测量装置(13)与磨床(3)分开设置，并在测量装置(13)和磨床(3)之间设置一用于工件传送的传送装置。
3.按权利要求1或2的装置，其特征为在测量装置(13)和控制装置(4)之间连接一过程计算机(5)，测量装置(13)的测量值可通过第一数据传输装置(9)输送给所述过程计算机，使得可通过过程计算机(5)根据测量值选择适合于存在的磨削任务的磨削程序，该磨削程序可通过第二数据传输装置(11)传输给控制装置(4)。
4.按权利要求1至3之任一项或几项的装置，其特征为设置一个装置，用它使通过测量装置(13)求出的测量值和/或所选择的磨削程序直接或间接地对应于各个工件。
5.按权利要求4的装置，其特征为此装置使包含测量值的代码与工件相对应，并设有另一装置，它在工件装入磨床(3)时读取此代码。
6.按权利要求1至5之任一项的装置，其特征为，设置一个装置，当测量的毛坯件轮廓小于成品轮廓超过允许的公差带时，用所述装置使工件在测量装置(13)内测量毛坯件轮廓后不再输送给后续加工。
7.用来磨削凸轮轴(1)的凸轮(2)的成品轮廓的装置，具有一磨床(3)和一控制该磨床的控制装置(4)，其中可通过控制装置(4)规定磨削程序，所述磨削程序包括有关磨削参数的规定值包括磨削工具和/或工件转速、进给量、进刀量和工件的轴向位置，其特征为至少设有以下部件·用来测量工件的待磨削毛坯件轮廓的测量装置(13)，·用来确定和/或选择一个或几个磨削程序的过程计算机(5)；·在测量装置(13)和过程计算机(5)之间的第一数据传输装置(9)以及一在过程计算机(5)和控制装置(4)之间的第二数据传输装置(11)，其中由测量装置(13)测量的毛坯件轮廓测量值可通过第一数据传输装置(9)输送给过程计算机(5)，根据所述测量值在过程计算机(5)内确定和/或选择至少一个磨削程序，并可通过第二数据传送装置输送给控制装置(4)，磨床(3)可根据规定的和/或选择的磨削程序由控制装置(4)控制。
8.用来通过在多个工序中用磨削优选是在凸轮轴(1)和凸轮(2)上制造具有毛坯件轮廓的工件的成品轮廓的方法，其中工件的毛坯轮廓在每个工序中磨去规定的量，使得在最后一次工序后存在工件的成品轮廓，其特征是包括以下工步a)在磨削过程开始前测量工件的毛坯轮廓；b)测出的测量值直接或间接传输给控制单元(4)；c)根据所述测量值或者计算一与实际毛坯轮廓相匹配的磨削程序，这时对磨床(3)磨削工具的进刀量在考虑实际毛坯轮廓的情况下进行控制，或者选择一预先规定并储存的磨削程序，这时磨床(3)磨削工具进刀量的控制与可选择的其余磨削程序相比可以与实际的毛坯轮廓最佳地匹配。
9.按权利要求8的方法，其特征为在具有多个磨削工序的磨削程序不可变的情况下，根据测出的毛坯轮廓测量值，跳过第一磨削工序。
10.按权利要求9的方法，其特征为除了跳过第一磨削工序外还跳过在第一磨削工序后面的其它磨削工序。
全文摘要
用来通过在多个工序中用磨削优选是在凸轮轴(1)的凸轮(2)上制造具有毛坯轮廓的工件的成品轮廓的装置和方法，包括一台磨床(3)和一用来控制磨床(3)的控制装置(4)，其中设有一在磨削过程开始前用来测量工件实际毛坯轮廓的测量装置(13)，该测量装置借助于一数据传输装置(9、10、11、12a、12b)与控制装置(4)直接或间接连接，使得由测量装置(13)测量的测量值可输送给控制装置(4)，并可由所述测量值由控制装置(4)确定用于控制的规定值。或者由所述测量值计算与实际毛坯轮廓相匹配的磨削程序，其中磨床(3)的控制在考虑实际毛坯轮廓的情况下进行，或者选择一预先规定和储存的磨削程序，这时磨床(3)的控制与可选择的其他磨削程序相比与实际毛坯轮廓最佳地匹配。
文档编号B24B49/00GK1921984SQ200580006025
公开日2007年2月28日 申请日期2005年2月10日 优先权日2004年2月26日
发明者P·莫伊斯博格, M·穆斯特 申请人:泰森克鲁普汽车股份公司