用于精整加工旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的工件區(qū)段的精整方法和精整裝置的制造方法
【專利說明】用于精整加工旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的工件區(qū)段的精整方法和精整裝置
[0001]背景
[0002]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于在工件上對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的工件區(qū)段進(jìn)行精整加工的精整方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求9的前序部分所述的被設(shè)置用于實(shí)施該方法的精整裝置。
[0003]精整也被稱為超精整，它是一種利用非定型刀刃進(jìn)行切削的精整加工方法。通過精整可以在工件如曲軸、凸輪軸、傳動(dòng)軸或其它用于動(dòng)力機(jī)器和做功機(jī)器的構(gòu)件上加工旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的或非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的工件區(qū)段的工件表面，以產(chǎn)生期望的表面細(xì)微結(jié)構(gòu)。在精整時(shí)，裝有粒狀的切割介質(zhì)的精整工具(精整石或精整帶)被壓緊到待加工的周緣面上。為了產(chǎn)生對(duì)于材料去除所必需的切割速度，使工件圍繞其工件軸線旋轉(zhuǎn)。在精整的一些方法變型中，同時(shí)在工件與貼靠在周緣面上的精整工具之間產(chǎn)生平行于工件軸線振動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。通過工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和疊加的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的組合，可以產(chǎn)生所謂的交叉磨削花樣，由此，被加工的工件表面例如特別適合作為用于滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承等的工作面。待加工的工件區(qū)段例如可以是曲軸的主軸承或連桿軸承，或者是凸輪軸軸承。
[0004]與磨削不同，精整是熱中性的加工方法，按照該加工方法，沒有布滿微裂紋或表面張力的軟表皮產(chǎn)生。精整常常在磨削加工之后被用作加工鏈最后的切削加工方法，以去除軟表皮、又露出原來的組織結(jié)構(gòu)、提高粗糙的表面結(jié)構(gòu)的承重比率并且改善軸向方向和周緣方向有關(guān)圓度和短波誤差的構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)。
[0005]磨削在此是最后的成型加工操作。在磨削時(shí)已知機(jī)器控制的磨削工具的幾何形狀，從而可以根據(jù)由機(jī)器控制引起的工具導(dǎo)向通過磨削構(gòu)造工件輪廓。這種成型加工的前提條件是要對(duì)磨削工具進(jìn)行定期校準(zhǔn)和測(cè)量。但是磨削加工通常不能夠?qū)崿F(xiàn)通過精整加工可實(shí)現(xiàn)的表面性能。
[0006]例如在帶式精整時(shí)將研磨性的精整帶利用具有適當(dāng)設(shè)計(jì)的硬質(zhì)、軟質(zhì)和/或柔性的模具插入件的壓緊裝置以規(guī)定的壓緊力(例如在50N和500N之間)壓到待加工的工件區(qū)段上，由此來實(shí)現(xiàn)通過精整產(chǎn)生的有利的表面性能。在該種情況下，例如通過設(shè)定液壓致動(dòng)器的液壓壓力來控制壓緊力。通過由此在精整帶和工件表面之間產(chǎn)生的單位表面壓力(通常在0.05和2N/mm2之間)實(shí)現(xiàn)所希望的材料去除以及精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)。帶式精整加工以力受控和停留時(shí)間受控的方式進(jìn)行，從而使得加工結(jié)果尤其是壓緊力和加工時(shí)間的函數(shù)。
[0007]與之相反，加工位置的所產(chǎn)生的幾何形狀主要取決于初加工即前面的磨削加工。無論沿著軸向方向還是沿著切向方向都保持整體的幾何形狀造型，必要時(shí)可以沿著切向和軸向方向僅僅減小高等級(jí)的波紋度。
[0008]因此必須適當(dāng)設(shè)計(jì)磨削加工，從而在磨削加工結(jié)束時(shí)沒有殘留無法通過精整消除的形狀誤差，例如也被稱為多邊形的低等級(jí)的波紋度。避免在磨削加工期間的形狀誤差并且在磨削加工結(jié)束時(shí)獲得最終所需的整體的同心度品質(zhì)的可行方案是:在磨削加工中將進(jìn)給參數(shù)限定為相當(dāng)小的值。由此通常必須忍受相當(dāng)長(zhǎng)的初加工時(shí)間。
[0009]目的和解決方案
[0010]在該背景下，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于精整加工的所述類型的方法，在至少保持被加工的工件的最終質(zhì)量相同的情況下，所述方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝鏈即磨削-精整的成本優(yōu)化。另一目的是提出一種適于實(shí)施所述方法的精整裝置。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出一種具有權(quán)利要求1所述特征的精整方法。此外，提出了一種具有權(quán)利要求9所述特征的精整裝置。
[0012]有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。所有權(quán)利要求的內(nèi)容都援引為說明書的內(nèi)容。
[0013]在根據(jù)要求保護(hù)的本發(fā)明的精整方法中，確定與壓緊力成比例的力信號(hào)，并且在精整方法的至少一個(gè)階段期間根據(jù)力信號(hào)對(duì)精整工具的進(jìn)給路徑進(jìn)行控制。
[0014]術(shù)語“進(jìn)給”在此系指精整工具沿著待加工的工件區(qū)段的方向的做功運(yùn)動(dòng)，或在運(yùn)動(dòng)方向反向的情況下系指用于分離精整工具與工件區(qū)段的回程運(yùn)動(dòng)。在要求保護(hù)的本發(fā)明中，為了該運(yùn)動(dòng)規(guī)定有位移控制或位置控制。由此可以通過精整加工還在待加工的工件區(qū)段上減小沿著周緣方向的較低等級(jí)的形狀誤差。因此，精整加工在一定程度上不僅可以用于改善由初加工階段產(chǎn)生的微型結(jié)構(gòu)，而且可以用于改善宏觀結(jié)構(gòu)即用于成型。術(shù)語“微型結(jié)構(gòu)”在此主要是指那些形態(tài)異常，即特別是圓度、短波紋的或高波紋的形狀誤差以及粗糙度，它們也可以通過常規(guī)的精整方法得以改善。而術(shù)語“宏觀結(jié)構(gòu)”還指代沿著周緣方向(多邊形)低波紋的形狀誤差，它們通常不能夠通過精整來改善。
[0015]已知的是，在調(diào)節(jié)(閉環(huán)控制)情況下將輸出參數(shù)連續(xù)地反饋到調(diào)節(jié)器(調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))的輸入端。在控制(開環(huán)控制)情況下沒有這種反饋。無論控制還是調(diào)節(jié)都包括對(duì)有待影響的參數(shù)產(chǎn)生有針對(duì)性的影響，該參數(shù)在控制情況下可以被稱為“控制參數(shù)”而在調(diào)節(jié)情況下可以被稱為“調(diào)節(jié)參數(shù)”。在所要求保護(hù)的本發(fā)明中，精整工具的位置被作為待影響的參數(shù)來控制。因?yàn)樵摽刂聘鶕?jù)(取決于位置的)被反饋給控制機(jī)構(gòu)的力信號(hào)來進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置調(diào)節(jié)或位移調(diào)節(jié)。
[0016]因?yàn)橐欢康脑煨涂梢詮牟捎媚ハ鞯某跫庸こ蚓庸まD(zhuǎn)移，可以降低對(duì)通過磨削可實(shí)現(xiàn)的形狀精度的要求。因此也可以減少初加工時(shí)間，現(xiàn)今所述加工時(shí)間是通過磨削和精整而加工出的組件的價(jià)值鏈的顯著的組成部分。由此可以節(jié)約整個(gè)加工鏈的成本，磨削和后續(xù)的精整處于所述加工鏈的末端。
[0017]為了通過精整進(jìn)行有針對(duì)性的成型，被認(rèn)為有利的是:至少在精整加工的最后階段，為了控制精整裝置，精整工具的有效輪廓和位置是已知的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在一些方法變型中規(guī)定:在精整加工開始之前，通過沿著工件區(qū)段的方向引導(dǎo)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使得精整工具向工件區(qū)段起動(dòng)，在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)期間監(jiān)測(cè)力信號(hào)，并且檢測(cè)在第一次接觸工件時(shí)即在精整工具和工件區(qū)段之間發(fā)生第一次接觸時(shí)產(chǎn)生的力信號(hào)突變，并且對(duì)該突變進(jìn)行處理以便控制進(jìn)給。通過在起動(dòng)識(shí)別期間對(duì)力信號(hào)的分析，對(duì)工具與工件第一次接觸時(shí)的位置進(jìn)行檢測(cè)，從而自該時(shí)刻起或從該工具位置起，對(duì)于控制來說，相對(duì)于工件的工具位置是已知的。精整加工的后續(xù)階段可以根據(jù)該定位(Referenzierung)進(jìn)行控制。因此，不僅可以用帶式精整工具而且可以用精整石實(shí)現(xiàn)成型的精整加工，而不必在加工之前已知精整工具的幾何形狀。
[0018]在一個(gè)方法變型中，該方法變型在消除低等級(jí)的形狀誤差即所謂的多邊形時(shí)是十分有利的，在精整工具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)期間監(jiān)測(cè)力信號(hào)，并且使得進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止在第一位置，在該位置，力信號(hào)達(dá)到可預(yù)先給定的第一閾值，然后，在進(jìn)給停止在第一位置的情況下，繼續(xù)進(jìn)行精整加工。因此，精整工具朝向待加工工件運(yùn)動(dòng)(進(jìn)給)，直至到達(dá)第一位置。在該進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)精整工具與工件區(qū)段相接觸時(shí)，力信號(hào)增大。該進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在預(yù)定的壓緊力情況下停止。因?yàn)楣ぜD(zhuǎn)動(dòng)和必要時(shí)在工件和精整工具之間沿著軸向方向附加規(guī)定的相對(duì)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，主要在產(chǎn)生最大壓緊力的區(qū)域發(fā)生材料去除。由此，在相對(duì)于工件軸線的徑向上，相比于位于內(nèi)部深處的周緣區(qū)段，位于外部的周緣區(qū)段被去除得更多，從而使得半徑差異減小并且使得圓度得以改善。
[0019]優(yōu)選地，在進(jìn)給停止在第一位置時(shí)對(duì)力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且當(dāng)力信號(hào)達(dá)到可預(yù)先給定的低于第一閥值的第二閥值時(shí)繼續(xù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)給停止在第一位置情況下的上述加工導(dǎo)致在最向外的區(qū)域內(nèi)的優(yōu)選的材料去除，由此逐漸減小壓緊力。如果達(dá)到力信號(hào)的第二閾值就繼續(xù)進(jìn)給，從而接下來再次增大壓緊力并且可以進(jìn)一步進(jìn)行材料去除。然后優(yōu)選地又在靠外的區(qū)域去除其它的材料，如果還存在有這些區(qū)域的話。
[0020]優(yōu)選地，采用下述方式繼續(xù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，S卩，精整工具進(jìn)給預(yù)定的位移增量，直到第二位置。由此又增大了壓緊力和與其成比例的力信號(hào)。然后通常持續(xù)保持第二位置，