專利名稱：超精加工機(jī)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高加工量的杯形砂輪超精加工系統(tǒng)和方法，特別是涉 及工件識別、裝載、卸載以及重新定位。
背景技術(shù)：
超精加工是一種7>^的工藝，其中通過產(chǎn)生非常少的熱量或表面 應(yīng)力的加工來去除工件的外表面，從而生成具有精確輪廓和與主體材料 類似特性的光滑表面。超精加工操作能夠在幾乎任何之前已經(jīng)機(jī)加工過的表面上進(jìn)行， 所述已經(jīng)機(jī)加工過的表面可以是平面、柱面、球面或其它特定構(gòu)造。這 種超精加工通過去除表面材料或由之前的機(jī)加工操作留下的"切屑"， 以及通過切除工件的基質(zhì)金屬表面上的隆起來改善之前已經(jīng)機(jī)加工過 的表面的光潔度。超精加工還能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的尺寸或形狀的小型修 正。超精加工的表面還具有有益于潤滑的微小劃痕的圖案的特征。這種 劃痕的形式可以是由工件移動和磨石移動的組合切割而成的網(wǎng)格狀圖 案。公知的工藝采用例如具有相對恒定的相對速度的精磨杯形妙-輪來 產(chǎn)生研磨圖案，所述精磨杯形砂輪因杯體和工件的旋轉(zhuǎn)而以近似直角的 角度在接觸區(qū)域中作用于表面上，從而產(chǎn)生特征化的網(wǎng)格狀表面圖案。 所述過程通常被控制以便在杯形砂輪快速旋轉(zhuǎn)并且工件緩慢移動時在 工件的表面上施加恒定的力，從而杯形砂輪對表面的所有區(qū)域進(jìn)行至少 一次(通常為多次)處理。這種設(shè)置有利于對平面或球面進(jìn)行精加工。常規(guī)的超精加工磨石形成為實(shí)心的磨料塊并且依賴于冷卻劑，所 述冷卻劑通常具有相對較高的粘度、通過外部供應(yīng)噴嘴或通過浸沒澆灌 在磨石和工件表面上。這種常規(guī)的磨石根據(jù)使用者對尺寸、砂粒材料、
粘結(jié)度以及石級的具體要求進(jìn)行特別地配制。
通常，基于磨料在工件上的壓力來控制超精加工操作。不論最初 的表面構(gòu)造如何，這提供了對各工件的相應(yīng)部分的均勻處理，并且提供 了全局的均勻處理以致解決了拓樸問題。相應(yīng)地這又需要閉環(huán)伺服反饋 控制系統(tǒng)，以《更根據(jù)工件和磨料的相對力來對工件和磨料進(jìn)行定位。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述因素，本發(fā)明的第一目的在于提供一種超精加工系統(tǒng) 和方法，其中工件^^自動裝載、定位、和卸載到所述裝置內(nèi)。
通過提供一種自動化工件處理系統(tǒng)，所述過程易于進(jìn)行并且無需 進(jìn)行手工操作。這種自動化因此潛在地使得能夠提高連續(xù)工作的機(jī)器的 生產(chǎn)效率和人工操作員的生產(chǎn)效率，其中人工操作員能夠同時管理多個 工作中心或者執(zhí)行其它任務(wù)。
轉(zhuǎn)臺(即，斜角轉(zhuǎn)臺)提供具有相互傾斜的軸線的一組元件，因 此一個轉(zhuǎn)臺位置中的工件具有不同于另一轉(zhuǎn)臺位置中的工件的位置和 斜度。另一方面，分度工作臺使所述工件的軸線保持平行關(guān)系。
盡管機(jī)加工轉(zhuǎn)臺是公知的，但是這些機(jī)加工轉(zhuǎn)臺通常用于加工刀 具，而不是工件，并且這些機(jī)加工轉(zhuǎn)臺通常設(shè)計(jì)成在面向水平或豎直向 下的活動刀具位置中具有刀具。轉(zhuǎn)臺可以填充流體并包括液壓元件，因 而從向下的刀具方向的方位變化可能導(dǎo)致操作困難。同樣，雖然轉(zhuǎn)臺通 常設(shè)計(jì)成能夠耐受冷卻流體，但是轉(zhuǎn)臺通常并不設(shè)計(jì)成能夠在流體中沖 刷，正如轉(zhuǎn)臺用于安裝需要大量流體的超精加工操作的工件時所期望 的。由于相對的主軸是水平的，因此轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)在與豎直主軸相同的平面 中提供相對敞開的空間，從而易于觀察加工過程，以及裝載和卸載非機(jī) 加工主軸。采用轉(zhuǎn)臺可以在機(jī)器的基座上節(jié)省空間，因而比分度工作臺 設(shè)計(jì)占用更少的底板空間。
盡管已知一種系統(tǒng)順序地加工不同卡盤中的單一類型的工件的相 對面，并且一種自動化系統(tǒng)用于插入工件、翻轉(zhuǎn)工件，以及將所述工件 抽送到成品工件區(qū)域，然而采用分度工作臺的公知的超精加工系統(tǒng)不能 處理不同類型的工件。這種類型的系統(tǒng)被特別地設(shè)計(jì)為用于單一應(yīng)用場 合，因此適應(yīng)性不是特別強(qiáng)。本發(fā)明改進(jìn)了這種系統(tǒng)，所述改進(jìn)通過下列方式實(shí)現(xiàn)采用例如直接驅(qū)動分度工作臺的增量式旋轉(zhuǎn)分度工作臺， 以便選擇性地控制杯形砂輪軸線和工件軸線之間的偏置量，從而避免或 減輕在杯形砂輪驅(qū)動裝置上對這種偏置量進(jìn)行控制的需求并且使工件 軸線相對于機(jī)加工軸線具有不同的位置。這種控制還4吏得能夠加工工件 的兩個不同的表面(或者同時加工多個工件)而無須重新安裝。本發(fā)明的第二目的在于提供根據(jù)不同加工M對工件的兩個不同 表面的自動化超精加工。在各種實(shí)施方式中，盡管更換時間可能削弱本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，然而 也可以提供用于替換或更換杯形砂輪的機(jī)構(gòu)。例如，可以提供分度工作 臺或轉(zhuǎn)臺以便安裝杯形砂輪。在加工公差彼此緊密關(guān)聯(lián)的兩個表面時，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng) 和方法，其中，第一操作和第二操作以順序方式相互鏈接在一起，而無 需拆卸工件，從而在第一加工過程中實(shí)際生成的表面用作第二表面的位置參考。由于可以采用伺服-驅(qū)動來沿杯形砂輪軸線推進(jìn)杯形砂輪，因 此可以通過該系統(tǒng)獲取位置信息，從而減輕對獨(dú)立量規(guī)和進(jìn)行獨(dú)立測量 操作的需求。第三目的在于提供一種多位置轉(zhuǎn)臺，其在每個位置處具有用于在 超精加工過程中旋轉(zhuǎn)工件的卡盤，其中，不同的位置適用于不同的工件 或者適于采用不同的超精加工參數(shù)?？梢詫γ總€卡盤進(jìn)行編碼，從而所 述系統(tǒng)將自動識別工件及其相關(guān)的加工參數(shù)。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，其允許"實(shí)時備件"("live spares")。 即，在工件卡盤或主軸損壞的情況下，另一^^盤可以祐 使用從而用于實(shí) 現(xiàn)前述卡盤的目的。由于可以自動地進(jìn)行更換，因此能夠改善系統(tǒng)的可 靠性和/或"正常運(yùn)行時間"，這是經(jīng)常用于高產(chǎn)量環(huán)境中的超精加工機(jī) 的重要特征。本發(fā)明的第四目的在于提供一種用于例如在轉(zhuǎn)臺的非機(jī)加工位置 處裝載或卸載工件的機(jī)器人臂，其中，機(jī)器人臂安裝在與工件驅(qū)動主軸
共用的基座上。與獨(dú)立基座相比，這種設(shè)置減少了對準(zhǔn)問題。在這種情 況下，重要的是提供阻止大部分冷卻流體沖刷機(jī)器人臂的防濺罩，同時使得能夠自由i^裝載位置。由于優(yōu)選的轉(zhuǎn)臺是45度斜角轉(zhuǎn)臺，因此 可以設(shè)置具有在上部和下部之間分隔轉(zhuǎn)臺的下部斜角板的防濺軍，其中 上部受到冷卻流體的噴灑而下部則與冷卻流體隔離開。斜角板可具有與 轉(zhuǎn)臺和主軸的形狀相對應(yīng)的孑L口，僅留下小的開口用于4吏流體泄漏出。 機(jī)器人臂和轉(zhuǎn)臺的底部可以容納在次級箱體內(nèi)，以便將所有流體保持在 系統(tǒng)內(nèi)并且保護(hù)操作員在操作過程中免受傷害。本發(fā)明的第五實(shí)施方式提供了一種分度工作臺，即，主軸軸線彼 此平行的一組工件保持器，所述一組工件保持器安裝在可旋轉(zhuǎn)板上，從 而使不同的工件保持器能夠在多個位置之間移動。根據(jù)本發(fā)明，分度工 作臺可以被驅(qū)動至任意位置，而不是以機(jī)械方式預(yù)定的停止位置，從而 使得能夠選擇性地控制工件軸線和杯形砂輪軸線之間的偏置量。由于能 夠從工件側(cè)控制這種偏置量，因此無須從杯形砂-輪側(cè)對這種軸線進(jìn)行控 制，從而潛在地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制。根據(jù)第一目的，采用具有多個位置和至少一個主軸凈皮驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的 活動位置的轉(zhuǎn)臺來相對于杯形砂4M呆持、定位以及旋轉(zhuǎn)工件。例如，工 件可以在第一位置處裝載到轉(zhuǎn)臺中，在第二位置處^L^精加工，并且在 第三位置處被卸載?？商娲?，工件可以在相同的位置裝載和卸栽。有 利地，轉(zhuǎn)臺可以是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)加工轉(zhuǎn)臺，構(gòu)造成旋轉(zhuǎn)工件而非刀具。在第 二主軸上設(shè)置超精加工杯形磨輪，其通過過程反饋控制器進(jìn)行控制。通常，可用轉(zhuǎn)臺僅僅具有單個從動主軸位置，然而，在經(jīng)過改型 的轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)中，多個工件可以在單一時間點(diǎn)被以可旋轉(zhuǎn)方式驅(qū)動，從而 潛在地使得能夠在單個裝置中對多個工件進(jìn)行超精加工?？赡苡欣?是，例如，單組工件裝載/卸載系統(tǒng)凈皮i殳置為用于多個工作位置，其中單 個工件將在多個相繼的條件下(例如，不同的杯形砂輪等)或者其他條 件下被加工。應(yīng)當(dāng)注意的是，在通常采用這種轉(zhuǎn)臺的典型的銑和鉆孑L機(jī)加工操 作中，轉(zhuǎn)臺支撐切割工具而非工件。根據(jù)第二目的，兩個表面，例如平坦的端面和從柱體突出的環(huán)形 平面均M精加工。通常，由于最優(yōu)處理的參數(shù)不同，因此這些加工將 作為兩種不同的操作進(jìn)行處理。根據(jù)本發(fā)明，所述控制順序地采用多組 控制M，以便首先處理一個表面，并且隨后處理另一個表面，而無須 卸載工件。通常，待超精加工的表面處于不同深度。傳統(tǒng)情況下，人們將會 測量表面之間的相對深度或每個表面的絕對深度并將杯形砂輪進(jìn)給到 適當(dāng)?shù)奈恢?。另一方面，根?jù)本發(fā)明，由于所述過程是由過程反饋控制的，所以該系統(tǒng)能夠^J"料在所i^面的平面中相對于所M面重新定 位，然后使所述控制能夠自己發(fā)現(xiàn)工作深度。由此，根據(jù)本實(shí)施方式，所述控制必須針對每個工件存儲以及適 當(dāng)?shù)夭捎脙山M不同的控制^lt，這并非超精加工系統(tǒng)的常識。根據(jù)第三實(shí)施方式，單個機(jī)器可設(shè)置在多個工作流程內(nèi)，而無須 改變設(shè)置。提供一種多位置轉(zhuǎn)臺，所述轉(zhuǎn)臺優(yōu)選地與一個或多個自動化 進(jìn)給和/或去除機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)從而將超精加工機(jī)插入自動化流程中。通常，安 裝超精加工機(jī)用于單一類型的工件，所述單一類型的工件在其常規(guī)操作位置被插入卡盤以及從卡盤抽出。根據(jù)本實(shí)施方式，多個卡盤設(shè)置在一 個轉(zhuǎn)臺上，所述轉(zhuǎn)臺被自動控制。每個卡盤能夠適用于不同的工件，因 此無須改變設(shè)置，機(jī)器便能夠簡單地通過調(diào)用與特定卡盤(轉(zhuǎn)臺位置) 相關(guān)聯(lián)的超精加工操作以不同的超精加工過程在不同的工件上進(jìn)行操 作?？梢栽O(shè)置傳感器來確定卡盤是否被占用。在加工完成之后，工件可 以被抽送到獨(dú)立的工作流程中，例如通it沒置用于不同卡盤或卡盤類型 的獨(dú)立的自動插入和抽出M。分度編程實(shí)施方式的另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于通過機(jī)器的工作流程能 夠在逐件的基礎(chǔ)上在各項(xiàng)工作之間高效地分配，因此有助于實(shí)現(xiàn)"準(zhǔn)時 制，，生產(chǎn)方法。即使沒有獨(dú)立的自動化機(jī)構(gòu)用于裝載和卸載卡盤，由于 調(diào)節(jié)或更換進(jìn)給件比更換整個操作的工具省力，因此本實(shí)施方式仍然具 有優(yōu)勢。應(yīng)當(dāng)注意到，采用單個主軸或轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)，杯形砂輪的選擇和更換 也可以是自動化的。單個主軸是優(yōu)選的。
由此，用于超精加工系統(tǒng)和方法的控制包括對多個加工程序或參 數(shù)進(jìn)行存儲，所述加工程序或M基于所需的超精加工操作被選擇性地 調(diào)取和裝載，所需的超精加工操作由工件類型、工件的表面、和/或其它 M決定。本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)計(jì)成與包括S叩finaMachine Co.， Inc. (N. Kingstown, RI)的產(chǎn)品在內(nèi)的超精加工機(jī)的現(xiàn)有元件協(xié)同工作，并且 與^>知類型的工作中心自動化系統(tǒng)協(xié)同工作。通常情況下，第一種類型的自動化系統(tǒng)釆用目的相對特殊的單軸 線機(jī)構(gòu)或雙軸線機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)采用簡單的順序從卡盤中對工件進(jìn)行裝 載或卸載，或者在某些情況下既裝載又卸載。為了降低復(fù)雜性，優(yōu)選的 是用不同的機(jī)構(gòu)在不同的位置進(jìn)行裝載和卸載。這種自動化系統(tǒng)成4^目 對較低且體積較小，但是在功能和靈活性方面受到限制。這種類型的機(jī) 構(gòu)對于排列成直線或排列在管道中的小型工件特別有效。第二種類型的自動化系統(tǒng)采用諸如工業(yè)機(jī)器人之類的通用自動化 機(jī)構(gòu)，所述自動化機(jī)構(gòu)能夠被編程從而執(zhí)行多種操作并提供復(fù)雜的運(yùn)動 控制和感測。這種系統(tǒng)通常比專用機(jī)構(gòu)更昂貴，但是其通過編程能夠?qū)?現(xiàn)多種操作。由于這種靈活性，能夠在單個位置處進(jìn)行裝載和卸載。這 種類型的機(jī)構(gòu)特別適用于較大的工件，或者適用于排列在托架中或需要 對插入或抽出進(jìn)行操縱的工件。


圖l示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的超精加工裝置，其具有旋轉(zhuǎn)工件的第 一主軸和卡盤以及旋轉(zhuǎn)杯形磨輪的第二主軸，其中，所述加工在裝載和 卸載工件時必須中斷；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，其中，工件卡盤安^ 轉(zhuǎn)臺上，因此在加工另一工件的同時可以進(jìn)行裝載、卸載以及某些類型 的測量；圖3示出了第一自動化插入和抽出系統(tǒng)，其中，工件在不同的轉(zhuǎn) 臺位置處插入和抽出； 圖4示出了第二自動化插入和抽出系統(tǒng)，其中，工件在相同的轉(zhuǎn) 臺位置處插入和抽出；圖5示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方式，其中，多個轉(zhuǎn)臺位置對應(yīng)于不同的加工^Mt，使得超精加工機(jī)能夠在不同的工作流程上、在無須交 替安裝的情況下執(zhí)行多個不同的加工操作；圖6A、 6B和圖6C示出了本發(fā)明的第四實(shí)施方式，其中，分別 以不同的加工參數(shù)來加工安裝在同一<^"盤中的單個工件的不同表面；圖7示出了本發(fā)明的第一分度工作臺的實(shí)施方式，其中，不同的 工件通過不同的杯形砂輪同時進(jìn)行加工，并且分度工作臺的旋轉(zhuǎn)軸線能 夠^^連續(xù)地控制；圖8示出了本發(fā)明的機(jī)器人臂的實(shí)施方式，其在合適位置設(shè)置有 防濺罩以保護(hù)機(jī)器人臂不會濺到冷卻流體；以及圖9示出了加工順序鏈的流程圖，其中，第一表面被精加工，并 且第 一表面的位置用于以相對較高的精度形成第二表面。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有技術(shù)圖l示出了典型的杯形砂輪超精加工裝置。在這種類型的系統(tǒng)中， 杯形砂輪2以例如10,000 - 25,000 RPM的速度快速地旋轉(zhuǎn)。工件1也相對于杯形砂輪2移動，從而使待處理的整個表面r與杯形砂輪2接觸。在這種情況下，工件1也例如以500-3500 RPM的速度旋轉(zhuǎn)。杯形砂輪 的軸線7與工件的軸線8偏置，并且根據(jù)二者之間的相對角度，產(chǎn)生具 有正曲率的球面(凸面)或具有負(fù)曲率的球面(凹面)，或者產(chǎn)生具有 無窮大半徑的球面(平面)。由此除了選擇杯形砂輪2之外還存在許多 機(jī)械調(diào)節(jié)，包括杯形砂輪沿其軸線7的推進(jìn)、杯形砂輪軸線7和工件軸 線8的徑向位移、以及杯形砂輪軸線7相對于工件軸線8的角度。通常情況下，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式所述類型的超精加工操作提 供了圍繞不同于工件l的旋轉(zhuǎn)軸線8的軸線7(可以是平行或傾斜的)
的旋轉(zhuǎn)杯形砂輪2。工件1通常比杯形砂輪2旋轉(zhuǎn)得更慢，并且該過程 通過恒定的力或壓力i^f亍控制，或者通過其它控制系統(tǒng)(未圖示)進(jìn)4亍 控制以便在杯形砂輪2和工件1之間提供恒定的壓力，從而導(dǎo)致以受控 制的方式去除材料。通?；诹恳?guī)測量來控制工件l的材料去除，但是 在某些情況下公差要求并不嚴(yán)格，因而可以省去量規(guī)。如果杯形砂輪的 軸線7和工件的軸線8是平行的，則經(jīng)過加工的表面是平面，如果所述 軸線是傾斜的，則會產(chǎn)生球面。由于杯形砂輪2具有與工件1接觸的前 緣和尾緣，因此在工件l上產(chǎn)生特征化的網(wǎng)格狀圖案。通常，提供一股 冷卻劑(未圖示)以l更在加工過程中潤滑、清洗和冷卻工件l，并且可 以監(jiān)控該股冷卻劑中的聲發(fā)射以便分析和控制該過程的各個方面。其它 可行的控制M包括機(jī)構(gòu)的法向力、力矩、偏轉(zhuǎn)、和振動的感測。在圖1中，磨輪2在主軸馬達(dá)5的作用下高速旋轉(zhuǎn)?？ūP3安裝 在主軸(未圖示)上，該主軸以低于杯形磨輪2的速度使工件1旋轉(zhuǎn)。 卡盤3通過具有進(jìn)給絲杠(未圖示)的進(jìn)給系統(tǒng)4產(chǎn)生的壓力被壓向杯 形砂輪2，從而使工件1的待加工的表面l'與杯形砂輪2的表面相接觸。該過程被控制以便對工件l的所有部分提供最小加工，所述控制 被保持直到去除了適量的材料或滿足了其它M要求。如圖1所示，進(jìn)給系統(tǒng)4安裝在壁6上，所述壁6以剛性方式連 接至基座9，以便在整個過程中保持關(guān)鍵的定位和對準(zhǔn)。冷卻流體通過 噴嘴(未圖示)噴灑在工件1上以及杯形妙-輪2的外部。第一實(shí)施方式圖2示出了具有安裝在轉(zhuǎn)臺10的相應(yīng)主軸上的一組卡盤3的^1精 加工裝置。在這種設(shè)置中，超精加工操作能夠與裝載和卸載同時進(jìn)行， 并且/或者在中間步驟期間，可以在所述過程之前或之后，通過與非機(jī)加 工卡盤中的工件13協(xié)同定位的量規(guī)17來執(zhí)行測量操作，而無須過度地 降低加工量。當(dāng)然，也可以在加工過程中通過與機(jī)加工卡盤中的工件1 協(xié)同定位的量規(guī)16進(jìn)行測量。由此，可以在進(jìn)行超精加工處理的同時 在不同的轉(zhuǎn)臺工位執(zhí)行次級操作。優(yōu)選的轉(zhuǎn)臺是Pibomulti 256、 356或358，其提供單個電伺服馬
達(dá)以便定位轉(zhuǎn)臺和驅(qū)動單個轉(zhuǎn)臺位置中的主軸。轉(zhuǎn)臺10允許通過M夾具在單個位置處進(jìn)行裝載或卸載。如圖2所示，磨輪(杯形砂輪)以標(biāo)號2來標(biāo)示。圖1所示卡盤 3或夾持固定裝置被置于轉(zhuǎn)臺10上，所述卡盤3或夾持固定裝置由轉(zhuǎn)臺 10內(nèi)的主軸(未圖示)以旋轉(zhuǎn)方式驅(qū)動?？ūP3例如以液壓方式被^Mt。 杯形砂輪2沿其軸線7朝工件1快速移動，直到杯形砂輪2與工件接觸， 以便使加工過程加速并減少循環(huán)時間。通常，初始接觸或"碰撞，，通過 傳感器或過程參數(shù)變化進(jìn)行檢測，并且進(jìn)給系統(tǒng)4的進(jìn)給速率降低至適 當(dāng)?shù)募庸に俣?，直到加工過程完成。所述過程例如基于與切削力相關(guān)的 過程參數(shù)來控制，以便確保所述過程保持在適當(dāng)?shù)南薅葍?nèi)。如果試圖以 過高的速度去除材料，則所產(chǎn)生的熱量能夠損壞杯形妙、輪2或者以非期 望的方式改變工件1的特性或者只是簡單地產(chǎn)生不合格的光潔度。低速 導(dǎo)致加工過程延長，從而降低加工量。轉(zhuǎn)臺IO可以具有任意數(shù)目的位置，例如保持六個工件l、 11、 12、 13、 14、 15的位置。通常，雖然可能采用了具有多個從動軸的轉(zhuǎn)臺，但 是轉(zhuǎn)臺10中只有一個卡盤3被驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺IO可包括各種傳感器， 諸如卡盤裝載狀態(tài)、轉(zhuǎn)臺位置、旋轉(zhuǎn)速度、扭矩、力、振動傳感器等， 控制系統(tǒng)(未圖示)可有利地采用所述傳感器。通常，采用單個控制系 統(tǒng)來控制超精加工操作，特別是控制進(jìn)給系統(tǒng)4和轉(zhuǎn)臺IO的推進(jìn)，盡 管可以采用獨(dú)立但是相互協(xié)作的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺IO的機(jī)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)在于,其提供了可能富余的工件卡盤3， 從而即使轉(zhuǎn)臺10的一個位置出現(xiàn)缺陷或不可用時，也使機(jī)器能夠保持 運(yùn)行狀態(tài)。圖3示出了第一自動化插入和抽出系統(tǒng)，其中，卡盤3內(nèi)的工件 1在轉(zhuǎn)臺10的不同位置的卡盤12、 14處被插入和抽出。在這種情況下， 可以采用相對簡單的單軸線裝載機(jī)構(gòu)23和卸載機(jī)構(gòu)21。為了裝載工件 1，將空置的卡盤14設(shè)置在裝載工位處。 一旦就位，來自斜槽24中的 工件線性陣列的工件1在其軸線與卡盤14對準(zhǔn)的情況下被呈送，移動 到卡盤14內(nèi)，并且卡盤14被夾緊(或者關(guān)閉)以便保持住工件1。為 了卸載工件1，轉(zhuǎn)臺10定位成卡盤12位于卸載工位，并且機(jī)構(gòu)22 ,皮延 伸以便抓緊或抓住工件1?？ūP12 1^被解鎖或釋放，并且工件1從卡 盤12中抽出。在這種類型的系統(tǒng)中，對裝載或卸載的控制可以與轉(zhuǎn)臺 10的控制緊密或松散地結(jié)合在一起。適當(dāng)時，可以采用用于感測轉(zhuǎn)臺位 置、裝載斜槽24中是否存在新工件1或者抽出之后卸載斜槽25中是否 存在容置下一個工件的空間、插^/抽出機(jī)構(gòu)與卡盤軸線的對準(zhǔn)狀態(tài)、以 及插入/抽出狀態(tài)的傳感器。圖4示出了第二自動化插入和抽出系統(tǒng)，其中，工件l在轉(zhuǎn)臺10 的相同位置處被插入和抽出。在這種情況下，單個協(xié)作機(jī)構(gòu)31插入和 抽出工件1。這種例如為機(jī)器人臂的機(jī)構(gòu)通常具有很大的自由度并且通 常在時間和空間上均受控制從而遵循預(yù)定的路徑。與圖3所示實(shí)施方式 相反，該系統(tǒng)不要求工件l精確地排成陣列，并且事實(shí)上它們能夠在傳 送帶或托架上呈送。工件l可以是不規(guī)則形狀的或者難以用管道、斜槽 或斜板來進(jìn)給的。如圖4所示，機(jī)器人臂機(jī)構(gòu)31和轉(zhuǎn)臺10的基座20安裝在共用的 基座9上，基座9以剛性方式連接至豎直壁6，豎直壁6支撐杯形砂輪 2的定位機(jī)構(gòu)30。由于機(jī)器人臂機(jī)構(gòu)31需要復(fù)雜的運(yùn)動控制，因此該控制通常獨(dú)立 于轉(zhuǎn)臺10的控制和超精加工的控制。由此，獨(dú)立控制可以通過諸如 Profibus、 Ethernet ( 802.x )、 RS-232、 RS-485、 IEEE國1488、 I2C、 USB、 IEEE-1394、 IEEE-1451之類的通信信道或網(wǎng)絡(luò)，或者其它>^知的通信 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，或者通過通信總線ii行通信。第二實(shí)施方式圖5示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式，其中多個轉(zhuǎn)臺10的位置對應(yīng) 于不同的加工操作，從而使超精加工機(jī)能夠在不同的工作流程上執(zhí)行多 個不同的加工操作，而無須進(jìn)行額外的更換。本實(shí)施方式與圖2所示第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)類似，其區(qū)別可能在 于工件41、 42、 43、 44、 45、 46的多個流禾呈可能與轉(zhuǎn)臺IO相互作用， 從而裝載和卸載相應(yīng)的卡盤。然而，從控制的角度來看，本實(shí)施方式存 在一些不同之處。
在現(xiàn)有系統(tǒng)中，通過提供被安裝并運(yùn)行以便執(zhí)行單一操作的系統(tǒng)，控制復(fù)雜性得以限制。杯形妙、輪2和工件1都圍繞既定的軸線旋轉(zhuǎn)，并 且使用其過程參數(shù)傳感器或位置傳感器進(jìn)行控制以便開始接觸。此后， 對所述過程進(jìn)行控制以便以預(yù)期參數(shù)在工件上生成精加工面，所述參數(shù) 是例如尺寸參數(shù)、表面光潔度參數(shù)等。在本實(shí)施方式中，所述控制具有基于各工件41、 42、 43、 44、 45、 46的轉(zhuǎn)臺IO位置選擇的程序。由此，在具有六個位置轉(zhuǎn)臺10的情況下， 可以具有相應(yīng)選擇的六種不同的程序。通過將工件41、 42、 43、 44、 45、 46裝載到轉(zhuǎn)臺IO上的適當(dāng)?shù)目ūP內(nèi)，可以起動并控制適于工件41、42、 43、 44、 45、 46的^#加工過程。根據(jù)另 一個示例，可以對引入的部件的各種尺寸和a進(jìn)行測量 并對所述引入的部件相應(yīng)地進(jìn)行儲裝。根據(jù)分類，部件可以被選擇性地 插入相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺10的位置，相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺10的位置將隨后針對所述部件 觸發(fā)適當(dāng)?shù)募庸l件。這樣便減少了將新的控制程序(或者其M)以 電子方式傳遞至用于每個工件41、 42、 43、 44、 45、 46的控制的需求。當(dāng)然，過程控制參數(shù)不需M僅通過轉(zhuǎn)臺10的位置來確定，并且 與部件相關(guān)的參數(shù)可以在獨(dú)立于轉(zhuǎn)臺10位置的情況下傳遞到過程控制。第三實(shí)施方式圖6A、 6B和6C示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方式，其中，分別通 過不同加工;^對安裝在同一卡盤3中的單個工件l的不同的表面l'、 r'進(jìn)行加工。在這種情況下，如果沒有其他操作的話，所述控制分別 采用不同的控制M，以便限定待處理的各個表面的偏置量A、 B，而 且在加工過程中也釆用相應(yīng)的不同控制^。因此，在加工過程中，所述控制使杯形砂輪2與第一表面r接觸并且施加相應(yīng)的處理，直到完成 加工。在處理完第一表面r之后，第二加工程序被觸發(fā)，所述第二加工程序隨后重新排列杯形妙、輪2和工件1的軸線7、 8。在某些情況下，杯 形砂輪2由適于后續(xù)操作的不同的磨料取代。用下一組加工參數(shù)對后續(xù)的表面r '進(jìn)行處理。這些稱為順序組控制M的順序操作^L^復(fù)執(zhí)行， 直到所有的表面都被處理。因此，同一工件上的許多表面可以被順序地且高效地加工。由于進(jìn)給系統(tǒng)4通過傾斜調(diào)節(jié)器39安裝在板36上，而
傾斜調(diào)節(jié)器39又由x軸線伺月艮機(jī)構(gòu)37和z軸線伺服機(jī)構(gòu)38定位，因 此在順序加工過程中能夠進(jìn)行高精度的控制。進(jìn)一步地，杯形砂輪重新 定位機(jī)構(gòu)允許精確且可重復(fù)地進(jìn)行相對運(yùn)動，從而確保工件1的表面
r、 r'精確地相對間隔開。
該過程在圖9的流程圖中示出。該過程開始于步驟100，接下來 在步驟102中快速靠近第一表面l'。在步驟104中檢測杯形砂、輪2與工 件1的初始接觸，并且緊接著減緩進(jìn)給馬達(dá)的推iiil度。在步驟106中 軸線記錄器被置零，接下來在步驟108中通過沿其軸線7推進(jìn)杯形砂輪 2，從工件1上去除預(yù)定量的材料，直至到達(dá)對應(yīng)于第一表面1的預(yù)期 材料去除量的深度。然后在步驟IIO中停止杯形砂輪2的推進(jìn)，在亦稱 拋光到消失火花的加工步驟中，使杯形砂輪2和工件1之間的力下降至
o。然后在步驟u2中記錄第一表面r的最終軸線位置。接下來在步驟
114中杯形砂輪2通常從第一表面l'縮回預(yù)定距離，直到離開工件l。
然后在步驟116中重新定位杯形砂輪2的軸線7，以^f更對第二表 面1''進(jìn)行精加工。接下來在步驟122中進(jìn)給系統(tǒng)4推進(jìn)杯形砂輪2,
從而使其快速靠近第二表面r'。在步驟i24中檢測與第二表面r'的
接觸，接下來在步驟128中通過沿其軸線7推進(jìn)杯形砂輪2,從工件1
上去除一定量的材料，直至達(dá)到對應(yīng)于第二表面r'的預(yù)期深度的深度，
所述深U相對于在步驟112中記錄的第一表面l'的最終軸線位置來
計(jì)算的，并且如果需要獲得最終公差的話，則所述深度通常由杯形砂輪
2的磨損因數(shù)來補(bǔ)償。隨后在步驟130中停止杯形砂輪2的推進(jìn)，并且 使杯形砂輪2和工件1之間的力下降至0。然后在步驟134中杯形砂輪 2從第二表面r'縮回，直到離開工件l。然后工件l可以更換成新的、 未經(jīng)加工的工件，并且所述加工過程重復(fù)進(jìn)行。
第四實(shí)施方式
如圖8所示，可以繞杯形妙、輪2和轉(zhuǎn)臺10的機(jī)加工位置設(shè)置護(hù)板， 從而將由前面板61、側(cè)面板60、后部支撐體68以及護(hù)板63形成的箱 體內(nèi)的機(jī)加工空間與裝載和卸載空間分隔開。這樣能夠保護(hù)機(jī)器人臂機(jī) 構(gòu)31不會受大量的冷卻流體的沖刷，從而使得超精加工與這些輔助操 作能夠同時進(jìn)行。如圖8所示，機(jī)器人臂機(jī)構(gòu)31安裝在與轉(zhuǎn)臺10相同 的工作臺或基座9上，從而提供優(yōu)于獨(dú)立支撐設(shè)計(jì)的尺寸穩(wěn)定性。
所述護(hù)板是箱體的一部分，其具有傾斜的底部63并具有大體上將 轉(zhuǎn)臺IO—分為二的平面。護(hù)板63具有例如切口 64，切口64的形狀與 轉(zhuǎn)臺10和卡盤3、 35的形狀一致。在這種設(shè)置中，由于底部卡盤35相 對于頂部卡盤3成直角傾斜，因此即使在封閉的范圍內(nèi)裝載和卸載^Mt 也可以容易地與機(jī)加工分離。
機(jī)器人臂機(jī)構(gòu)31優(yōu)選地具有一對抓取裝置32、 33，以便使得能 夠在機(jī)器人臂的一組相協(xié)調(diào)的運(yùn)動中插入和抽出工件l。通常，裝載和 卸載空間也封閉在防護(hù)裝置中，所述防護(hù)裝置例如為操作員提供安全保 障并容納有剩余的冷卻液濺沫，所述冷卻液濺沫排入槽67中。
用于所述裝置的控制電子^L備容置在箱體65中并位于后部支撐 體68的后部。
第五實(shí)施方式
圖7示出了直接驅(qū)動分度工作臺50的實(shí)施方式，其具有兩個同步 機(jī)加工位置52、 55，分別用于不同的機(jī)加工操作——例如在一個工件上 的不同操作。由于分度工作臺50是直接驅(qū)動的，所以工件52、 54的旋 轉(zhuǎn)軸線可以可控制地M義位置偏置，從而提供用于機(jī)加工的額外的自 由度。由此，通過主軸馬達(dá)57、 58驅(qū)動的杯形砂輪56、 61的軸線7可 以保持固定在適當(dāng)位置，并且工件52、 55的軸線8以受控制的方式偏 置，從而潛在地簡化了杯形砂輪定位機(jī)構(gòu)59、 60,進(jìn)而使得能夠以簡單 的方式推進(jìn)杯形砂輪56、 61。
在圖7中，能夠看到，在加工工件52和55的過程中，能夠?qū)?件53和54進(jìn)行測量、插入和抽出，或者進(jìn)行其它操作。
盡管已經(jīng)基于說明性目的在此描述了本發(fā)明的某些代表性實(shí)施方 式，然而對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的 精神和范圍的情況下能夠做出本發(fā)明的各種改型。
權(quán)利要求
1.一種用于通過杯形砂輪在工件上生成表面的超精加工裝置，包括(a)杯形砂輪主軸，其具有杯形砂輪軸線；以及(b)轉(zhuǎn)臺，其具有多個工件卡盤，所述工件卡盤中至少一個以旋轉(zhuǎn)方式被驅(qū)動并且能夠在具有大體上與所述杯形砂輪軸線平行的軸線的位置和具有大體上相對于所述杯形砂輪軸線傾斜的軸線的位置之間被重新定位。
2. —種用于通過杯形砂輪在工件上生成表面的超精加工裝置，包括(a) 杯形砂輪主軸，其具有杯形砂輪軸線；以及(b) 分度工作臺，其具有重新定位軸線并具有以旋轉(zhuǎn)方式被驅(qū)動 的工件卡盤，所述工件卡盤具有工件軸線，所述分度工作臺能夠繞所述 重新定位軸線被重新定位從而在繞所述杯形砂輪軸線旋轉(zhuǎn)的杯形砂輪 和在工件卡盤中旋轉(zhuǎn)的單個工件之間提供多個移位的潛在接觸位置。
3. —種用于通過杯形砂輪在工件上生成表面的超精加工裝置，包括(a) 杯形砂輪主軸，其具有杯形砂輪軸線；以及(b) 多個工件卡盤，每個工件卡盤具有相應(yīng)的工件卡盤軸線，所 述多個工件卡盤各自能夠相對于所述杯形砂輪軸線被重新定位從而通 過所述杯形妙、輪選擇性地處理相應(yīng)的工件卡盤中的工件，(c) 其中，所述裝置適于對每個工件卡盤中的不同工件進(jìn)行不同 性質(zhì)的處理。
4. 一種超精加工裝置，其中，在杯形砂輪與夾持在工件卡盤中的 工件接觸的過程中，所述杯形砂輪和所述工件卡盤各自旋轉(zhuǎn)從而生成表 面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供具有多個工件卡盤的轉(zhuǎn)臺，每個工件離，從而所述多個卡盤各自用于加工工件，并且工件能夠沿所述杯形砂 輪的旋轉(zhuǎn)軸線在不同于所述表面的高度處插入所述卡盤或從所述卡盤 抽出。
5. —種超精加工裝置，其中，在杯形砂輪與夾持在工件卡盤中的 工件接觸的過程中，所述杯形砂輪和所述工件卡盤各自旋轉(zhuǎn)從而生成表 面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供具有多個工件卡盤的回轉(zhuǎn)工作臺，每個工件卡盤安裝成繞相應(yīng)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)，從而所述多個卡盤適于容納 和加工不同類型的工件。
6. —種超精加工裝置，其中，在杯形妙、輪與夾持在工件卡盤中的 工件接觸的過程中，所述杯形妙、輪和所述工件卡盤分別沿各自的不同軸 線旋轉(zhuǎn)從而生成表面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供具有增量式可控制 回轉(zhuǎn)軸線的工作臺，所述工作臺支撐繞相應(yīng)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)的所述工件 卡盤，所述工作臺繞所述回轉(zhuǎn)軸線的位移提供了一種控制，所述控制用 于針對所述杯形砂輪在所述工件上的相應(yīng)的不同接觸位置來改變所述 杯形砂輪的旋轉(zhuǎn)軸線相對于所述工件的旋轉(zhuǎn)軸線的關(guān)系。
7. —種超精加工裝置，其中，在杯形砂輪與夾持在工件卡盤中的 工件接觸的過程中，所述杯形砂輪和所述工件卡盤各自分別沿各自不同 的軸線旋轉(zhuǎn)從而生成表面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供具有增量式可 控制回轉(zhuǎn)軸線的工作臺，所述工作臺支撐繞相應(yīng)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)的所述工件卡盤，所述工作臺繞所述回轉(zhuǎn)軸線的第一位移提供了沿所述主軸軸 線在第一深度處的第一機(jī)加工操作，并且所述工作臺繞所述回轉(zhuǎn)軸線的 第二位移提供了沿所述主軸軸線在第二深度處的第二機(jī)加工操作。
8. —種超精加工裝置，其中，在杯形砂輪與夾持在工件卡盤中的 工件接觸的過程中，所述杯形砂輪和所述工件卡盤分別沿各自不同的軸 線旋轉(zhuǎn)從而生成表面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供一種控制，所述控 制用于沿所述工件卡盤旋轉(zhuǎn)軸線在第 一深度處生成第 一表面，此時相應(yīng) 的不同軸線處于第一狀態(tài)，隨后在不爭>開所述工件的情況下沿所述工件 卡盤旋轉(zhuǎn)軸線在第二深度處生成第二表面，此時相應(yīng)的不同軸線處于第 二狀態(tài)，其中，所產(chǎn)生的笫一表面和笫二表面具有預(yù)定的關(guān)系。
9. 一種用于控制超精加工裝置的方法，在所述超精加工裝置中， 在杯形砂輪與夾持在工件卡盤中的工件接觸的過程中，所述杯形砂-輪和 所述工件卡盤分別沿各自不同的軸線旋轉(zhuǎn)以^更從所述工件上去除材料 從而沿所述工件旋轉(zhuǎn)軸線在預(yù)期深度處生成表面，所述方法包括下列步 驟沿所述工件卡盤旋轉(zhuǎn)軸線在第一深度處生成第一表面，此時相應(yīng)的 不同軸線處于第一狀態(tài)；將所述杯形砂輪從與所述工件接觸的狀態(tài)撤回，并且將所勤目應(yīng)的 不同軸線重新定位到第二狀態(tài)，同時保持所述工件上的夾持力；以及沿所述工件卡盤旋轉(zhuǎn)軸線在第二深度處生成第二表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二深度相對于所述 第一深度來限定。
11. 一種超精加工裝置，其中，在機(jī)加工位置，在杯形砂輪與夾持 在工件卡盤中的工件接觸的過程中，所述杯形砂輪和所述工件卡盤各自 旋轉(zhuǎn)從而生成表面，所述裝置的改進(jìn)之處包括提供具有多個工件卡盤 的回轉(zhuǎn)工作臺，每個工件卡盤安裝成繞相應(yīng)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)；提供機(jī)器 人臂，所述機(jī)器人臂用于在非機(jī)加工位置選擇性地將工件插入松開的卡 盤以;S^M^開的卡盤中撤出工件；以及提供共用的基座，其中，所述回 轉(zhuǎn)工作臺和機(jī)器人各自安^所述共用的基座上。
12. —種超精加工裝置，包括杯形砂輪主軸和工件卡盤，所述杯 形砂輪主軸和工件卡盤各自適于在供有一股流體的情況下、在所述杯形 砂輪與夾持在所述卡盤中的工件接觸的過程中旋轉(zhuǎn)從而生成表面；以及 多軸機(jī)器人臂，其安裝在與所述卡盤共用的基座上，用于選擇性地將工件插入所述卡盤以及從所述卡盤撤出工件；以及防濺軍，其用于保護(hù)所 述機(jī)器人臂大體上不受該股流體的噴灑。
13. —種超精加工裝置，包括杯形砂輪主軸和工件卡盤，所述杯 形砂輪主軸和工件卡盤各自適于在供有一股流體的情況下、在所述杯形 砂輪與夾持在所述卡盤中的工件接觸的過程中旋轉(zhuǎn)從而生成表面，所述 工件卡盤安裝在具有多個卡盤的斜角轉(zhuǎn)臺上；以及豎向傾斜的流體護(hù) 板，其用于分離機(jī)加工空間和非機(jī)加工空間，所述機(jī)加工空間圍住所述 杯形砂輪、工件卡盤、以及該股流體，所述非機(jī)加工空間中具有所述多 個卡盤中至少一個。
14. 一種用于通過杯形砂輪在工件上生成表面的超精加工裝置，包括(a) 杯形砂輪主軸，其具有杯形砂輪軸線；以及(b) 多個工件卡盤，每個工件卡盤具有相應(yīng)的工件卡盤軸線，所 述多個工件卡盤各自能夠相對于所述杯形砂輪軸線被重新定位從而通 過所述杯形砂、輪選擇性地處理相應(yīng)的工件卡盤中的工件；(c) 其中，所述工件卡盤中至少一個是副本件并且在相應(yīng)的機(jī)加 工操作過程中處于非使用狀態(tài)，其用于替換產(chǎn)生故障的卡盤從而4吏得在 維修之前操作能夠連續(xù)進(jìn)行。
全文摘要
一種超精加工系統(tǒng)和方法，其中，采用磨料來加工工件，并且所述系統(tǒng)同時將多個工件安裝在斜角轉(zhuǎn)臺中，或者將多種不同類型的工件安裝在多個卡盤中，用于在其上進(jìn)行不同的操作，或者在相同的工件上執(zhí)行多種不同的操作而無須重新安裝。所述系統(tǒng)通過提供操作和多重任務(wù)方面的靈活性而提高了加工量。
文檔編號B24B35/00GK101213048SQ200680024325
公開日2008年7月2日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者諾貝特·克洛茨 申請人:德國索菲納有限公司