CN106457506A - 用于精密加工的方法及机床单元 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对多个工件的孔进行精密加工的方法和一种机床单元，在其中，在精密钻削加工和超精密加工，优选是滚光或整平滑之后进行后处理测量，并且依赖于该测量执行对精密钻削刀具的调整。

Description

用于精密加工的方法及机床单元

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于对多个工件的孔进行精密加工的方法以及一种用于执行该方法的机床单元。

背景技术

在对工件的孔或衬套进行精准加工时，对本来的钻削通常补充进行通过精密钻削引起的精密加工和通过整平滑或滚光引起的超精密加工。为了精密钻削使用精密钻头，其例如在AT 404 001 B中有所描述。整平滑可以借助整平滑刀具来进行，其例如在DE 102007 017 800 A1中公开。这种整平滑刀具具有球状的整平滑体，其通过改型(Umformen)使待加工的表面，也就是说孔圆周壁部或衬套圆周壁部整平滑。

替选地，为了进行超精密加工可以使用滚光刀具，其如例如在WO 2012/107582中公开。在这种滚光刀具中，能转动地支承的球体优选静液压地被压向待加工的圆周面，从而通过改型来加工该圆周面。

在精密钻削之后，经加工的表面仍具有一定的粗糙度，其尤其由刀刃几何形状、精密钻削刀具的进给和转速来决定。在随后进行滚光时，(特别明显表示出地)由于粗糙度构成的“凸部”朝凹部的方向改型，从而一方面减小了粗糙度并且另一方面使直径稍微扩开。

在至今所公知的方法中，在通过精密钻削的预加工之后进行孔直径的测量。在经过精密加工的孔的直径不在预先给定的公差之内的情况下，相应地进行对精密钻削刀具的刀刃的校正。为了提高准确性，该校正只有在对多个经测定的工件进行分析之后才可以进行，其中，从这些测量结果中获知趋势并且进行相应的刀刃校正。

在该做法中成问题的是，在滚光时的直径扩开尤其也与精密钻削之后的粗糙度有关。因此，例如在刀刃磨损时提高了粗糙度，从而相应地在滚光时增大了直径扩开。此外，尺寸精度在滚光时本身还有一定的不确定性，该不确定性仍在微米范围内，该不确定性必须在预先钻削时通过相应的公差来考虑到。

如上所实施地，因此在精密钻削刀具的刀刃磨损时改变了表面结构，并且因此改变了由滚光所造成的扩开。这会导致的是，虽然在进行精密加工之后的测定表现出位于精密钻削公差范围之内的结果，但是在进行超精密加工(整平滑、滚光)之后，孔却具有位于公差之外的直径。在此尤其成问题的是，不能够实现或只能够困难地实现对滚光刀具的横向进给，这是因为改型过程基本上通过静液压的压力来决定，经由静液压的压力使一个或多个球体向待加工的圆周面挤压。

在WO 2008/009411 A1中公开了一种测量方法，在其中，在各个精密加工步骤之间，具体而言是精密钻削加工与珩磨加工之间进行测量过程。

发明内容

与之相应地，本发明的任务是，提供一种用于对孔进行精密加工的方法以及一种用于执行该方法的机床单元，通过它们在很少花费的情况下改善了孔的表面品质。

在方法方面，该任务通过权利要求1的特征来解决，而在机床单元方面通过权利要求9的特征来解决。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

在根据本发明的用于对多个工件的孔进行精密加工的方法中，首先借助精密钻削刀具/精密钻头进行对第一个工件的孔的精密钻削。随后，借助整平滑刀具或滚光刀具对孔进行超精密加工(整平滑或滚光)。只有在进行超精密加工之后才进行用于检查工件的孔的尺寸精度的测量。在测定不处于预先给定的公差带的范围内的情况下，在对下一个工件进行加工之前对精密钻头的刀具调整进行校正。也就是说在这样的后处理测量(Post-Prozess-Messung)中，依赖于超精密加工之后的测量结果来进行对精密钻头的调整，这背弃了开头所述的在每次单个步骤之后进行测定的生产理念。在此，超精密加工优选被理解为通过改型，例如通过整平滑或滚光引起的加工。

表明的是，通过根据本发明的策略能够使高水准的表面品质在整个制造过程期间于狭窄的界限内得以保持，从而不会出现开头所述的在粗糙度方面的波动。

在本发明的实施例中设置的是，除了测量还执行对工件的光学检查。该光学检查也优选在超精密加工，优选整平滑/滚光之后且在对下一个工件进行加工之前进行。

经加工的工件可以是连杆、曲轴箱或工件的衬套。

对精密钻头的刀具调整在考虑整平滑、滚光时的扩开尺寸的情况下进行。

在本发明的实施例中，超精密加工优选通过滚光进行。

在本发明的变型方案中，除了在超精密加工之后进行测量之外，在超精密加工之前和精密钻削之后的时间段内执行测量，然后相应地补偿精密钻削刀刃。因此，这不对工艺时间造成负担。

当在超精密加工之后或在精密钻削与超精密加工之间借助测量装置来检测孔的表面品质时，可以进一步改善制造品质。在此，获知表征表面品质的参数，如例如粗糙度Ra或Rz，其中，这些结果也同样可以引入到对刀刃的校正中。以该方式可以避免不准确性，这些不准确性(如上所实施地)由在经精密钻削的孔的不同的粗糙度的情况下的不同的直径扩开造成。

当在用于检查孔的尺寸精度的测量步骤中使用了不仅检测孔的直径而且还检测孔的与预先给定的孔形状或预先给定的目标尺寸的轴向和径向偏差的测量装置时，可以进一步改善测量准确性。以该方式，可以在精密钻削之后检测孔的精确轮廓，并且可以通过对精密钻削刀具的相应的驱控来补偿可能的不期望的不准确性，如例如椭圆度或喇叭形状。对此特别适用的是压电精密钻头，经由该压电精密钻头可以在精密钻削期间补偿这种尺寸偏差。这种压电精密钻头例如在WO 2013/011072 A2中描述。

与之相应地，用于执行该方法的机床单元具有精密钻削装置、超精密加工装置和集成的和/或外部的用于测定工件的测量站。如下这样地设计机床单元的控制部，即，能够依赖于测量单元的测量结果来对精密钻削装置进行调整。

优选地，如下这样地实施控制部，即，也依赖于在整平滑时的扩开尺寸来进行对精密钻削刀具的调整。

根据本发明的机床单元可以实施为具有测量装置，其能够实现对表面品质的检测，例如对粗糙度参数，如Rz、Ra、Wt等的检测。然后附加地依赖于这些所检测到的表面品质来进行刀刃补偿。

用于测定孔直径的测量装置可以如下这样地构造，即，不仅检测平均的孔直径，而且也检测与理想的柱体形状的径向和轴向的偏差。该测量装置例如可以是塞规，其具有多个沿径向和轴向方向分布的测量位置，这些测量位置例如能够实现对各自的区域的感应测定。

与之相应地，机床单元的控制单元也可以被设计成用于能够将前述的测量装置的结果(表面品质或孔几何形状)引入到对精密钻削刀具的驱控中。在此，例如可以进行刀刃补偿，然而也能够设想的是，改变精密钻削刀具的进给或转速，以便能够调整所期望的表面品质并且/或者确保孔的尺寸精度。

机床单元优选实施为反向机器(Inversmaschine)，如其在WO 2013/038007 A2中有所描述。

附图说明

下面结合示意性的图示详细阐述本发明的优选实施例。其中：

图1示出用于对孔进行精密加工的方法步骤的原理图；

图2示出根据图1的方法的变型方案；并且

图3、4示出具有测量站的反向机床的视图。

具体实施方式

图1示出了用于说明根据本发明的用于对多个工件的孔，例如曲轴箱2的孔进行精密加工的方法的图解。在中间示出了机床单元，其被构造为反向机器4。在根据反向设计的机床中，工件被引导为支承在机器框架上的工件。反向机器4具有至少一个精密钻头6或其他的适用于精密加工的刀具，其刀具刀刃8优选能够沿径向方向被调节，以便对曲轴箱2的孔10进行精密钻削。该孔10首先根据传统的加工方法，例如通过钻削进行加工。此外，反向机器4实施有未示出的定心站，经由定心站在加工之前对工件2定心。

反向机器4还具有用于对孔10的被精密钻削的圆周面进行超精密加工的滚光刀具12。反向机器4原则上可以实施有多个精密钻头和滚光刀具，从而相应地同时能够加工多个工件。

在借助滚光刀具12对孔的圆周面进行超精密加工之后，将工件22输送给测量站14(后处理测量)。该测量站14实施有测量装置，以便测定孔10的尺寸精度。测量站14还实施有评估单元16(测量计算机)，在其中对测量值进行处理。如图1中所示，测量站14可以附加地还实施有用于对工件或孔10进行光学检查的站18。在各个站之间的运输全自动地，例如借助适当的处理系统或机器人臂来进行。

经由评估单元16获知的测量值与工件几何形状的预先给定的标定值作比较。在测量值与标定值有偏差的情况下，经由评估单元16获知校正值，然后相应地经由机器控制部依赖于校正值来调节精密钻削刀具6并且以该刀具调整来加工下一个工件或改变预先确定的工件数量。然后，又以前述的方式测定该工件或下一个、在改变了预先确定的工件数量之后出现的工件，并且必要时依赖于测量值对刀具进行调整。

与之相应地，在精密钻削和超精密加工之后对刀具刀刃的校正基于在后处理测量中所获知的数据来进行。在此，对精密钻削刀具的调整依赖于孔在超精密加工时所出现的扩开来进行。该扩开尺寸在校正循环中被考虑，其中，力求在精密钻削之后的直径保持在公差窗口的上极限值之内，从而在滚光时改型较少的材料。

在图1中所示的过程方式中，将用于光学检查的站18集成到机器设计中。

图2示出了如下变型方案，在其中，用于光学检查的站18在未集成到反向机器中的独特的SPC测量位上执行。除此之外，根据图2的方法方式相应于图1的那些方法方式，从而可以省略对图2的进一步的阐述。

图3和4示出了按照根据本发明的设计实施的机床的侧视图和俯视图。该机床实施为反向机器4并且在最广泛的意义下具有长方体形的框架，该框架围拢工作空间20。在由框架梁所限界的界域处例如在一侧布置有多个刀具22，如精密钻削刀具6和滚光刀具12。工件被布置在至少能够沿X和Y方向移行的工件载体24上，工件载体附加地还可以实施有至少一个旋转轴线。

测量单元14和所配属的评估单元16(测量计算机)被集成到机器设计中，并且经由测量单元和机床的共同的模块信号连接。如所述的那样，在反向机器4上至少设置有用于定心、精密钻削、滚光和测量的站。显然地，也可以设置有用于其他的加工步骤的刀具22。向反向机器4输送工件和从中导出工件自动地进行。

在对这种反向机器的结构的另外的细节可以参考开头所述的现有技术。

显然地，也可以使用其他合适的用于对孔进行超精密加工的刀具，例如根据DE 102007 017 800 A1的整平滑刀具来代替滚光刀具。

如开头所述，可以经由另外的(未示出的)测量装置在精密钻削之后或超精密加工(优选是滚光)之后紧接着检测孔的表面品质，然后依赖于相应的测量结果(例如获知趋势之后)进行对精密钻头的驱控的相应的干预。因此例如执行刀刃补偿(刀刃调节)。原则上也能够设想到对进给和/或转速的改变，以便保持预先确定的表面品质。表面品质例如可以由粗糙度参数Ra、Rz、Wt等来表示。

替选或附加地，如下这样地实施测量装置，即，沿轴向方向和径向方向精确检测孔的几何形状。

对此，例如可以使用塞规，塞规沿径向方向和轴向方向具有多个测量位置，从而能够检测椭圆度、喇叭形状或与理想的柱体形状的其他的偏差。然后在精密钻削中通过相应地驱控精密钻头，尤其是压电精密钻头来补偿这些偏差。

该测量装置，例如测量探针可以是集成的或外部的用于测定工件的测量单元的一部分。

如开头所述，除了在超精密加工之后的后处理测量之外，也可以在超精密加工之前和精密钻削之后的时间段中执行测量，然后依赖于这些测量来执行对精密钻削刀刃的补偿。根据本发明的解决方案的重要优点是，不对工艺时间造成负担地进行测量，从而能够执行具有高效率的工件加工。

公开了用于对多个工件的孔进行精密加工的方法和机床单元，在其中，在精密钻削加工和超精密加工，优选是滚光或整平滑之后进行后处理测量，并且依赖于该测量执行对精密钻削刀具的调整。

附图标记列表

2 曲轴箱

4 反向机器

6 精密钻头

8 刀具刀刃

10 孔

12 滚光刀具

14 测量站

16 评估单元

18 站

20 工作空间

22 刀具

24 工件载体

Claims (13)

1.一种用于对多个工件的孔(10)进行精密加工的方法，所述方法具有如下步骤：借助精密钻头(6)对第一个工件的孔进行精密钻削，优选借助整平滑刀具或滚光刀具对孔进行超精密加工，以及用于检查第一个工件的孔的尺寸精度的测量步骤和对至少一个另外的工件的孔(10)的相应的加工，其特征在于，测量在对所述第一个工件的孔(10)进行超精密加工之后进行，并且对所述精密钻头(6)进行刀具调整的校正依赖于在所述超精密加工之后的测量结果来执行。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法在所述超精密加工之后且在加工下一个工件之前对所述第一个工件进行附加的光学检查。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件是连杆、曲轴箱或衬套。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述精密钻头(6)进行刀具调整也依赖于在所述超精密加工时的扩开尺寸地执行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述超精密加工通过滚光或整平滑来进行。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述精密钻削之后且在对孔的所述超精密加工之前的时间段内执行另外的测量。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述精密钻削或滚光之后测量体现表面品质的参数，例如粗糙度(Ra、Ra、Wt)并且依赖于所述测量结果来进行校正。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在用于检查孔的尺寸精度的测量步骤中使用测量装置，经由所述测量装置检测孔与目标尺寸或目标几何形状的轴向和径向的偏差，并且依赖于所述偏差来进行对所述精密钻削刀具的驱控。

9.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的机床单元，所述机床单元具有定心装置、精密钻削装置、用于超精密加工的装置、集成的或外部的用于测定工件的测量单元以及如下设计的控制部，即，能够依赖于后处理测量的测量结果来调整所述精密钻削装置。

10.根据权利要求9所述的机床单元，其中，所述控制部被设计成用于依赖于在超精密加工时的扩开尺寸来执行对所述精密钻削装置的调整。

11.根据权利要求9或10所述的机床单元，其中，所述用于超精密加工的装置是滚光刀具。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的机床单元，其中，所述机床单元实施为反向机器(4)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的机床单元，所述机床单元具有用于检测表面品质的测量装置和/或用于检测孔的与目标值的轴向和径向偏差的测量装置。