刀具磨損糾正方法
2023-10-30 05:08:32 2
專利名稱：刀具磨損糾正方法
技術領域：
本發明涉及一種具有自動糾正刀具磨損功能的工件加工方法。詳細來講，本發明涉及一種具有獨立權利要求所描述的特徵的方法。
背景技術：
當對工件進行磨削加工或銑削加工時，刀具上會有加工過程造成的磨損。這個磨損導致刀具切削幾何形狀的改變，從而在加工的工件上產生尺寸偏差。在諸如磨削和銑削的加工過程中，刀具上發生的磨損是一個連續過程，且磨損是不能預先測定的。
為了避免工件的偏差過大，眾所周知的是，中斷加工過程且使用機器中相適配的測量裝置來自動測量刀具和/或工件。
其後刀具的進給量得到糾正，從而以想要的方式把工件表面加工到精確尺寸。當超過規定的磨損公差限度時，刀具可以被所謂的同型刀具替代以繼續加工操作。這樣的同型刀具與原來的刀具相似。
在指定的機器中，例如在平磨床(flat grinding machines)中，已知在加工操作過程中有刀具或磨盤的連續控制。這樣的連續控制被用來在加工過程中通過機器中的連續進給(feed)在控制器中連續地糾正磨損。然而在許多機器中，這樣的方法是不可行的，因為從技術上說，在加工過程中是不能對刀具的幾何形狀進行測量的。在這樣的機器中，必須中斷加工過程來測量刀具。
然而，這個方法的缺點是磨損的測量帶有間隔性而且具有延遲。在表面加工時間短的機器中，例如車床，因為在連貫的區域被加工後刀具總是可以被測量的，這不會產生什麼影響。
然而在加工區域需要較長加工時間的機器中，例如刀具和模具的銑刀，中斷加工區域的加工、刀具的測量和接著用測量的磨損對刀具進給量作糾正，會導致待加工區域上產生臺階，這需要以後進行大量的手工清理工作，例如拋光來消除。
在許多應用場合，尤其是刀具和模具製作中，需要加工的表面的特定尺寸公差範圍很嚴格。表面還必須達到拋光質量。因此，已經在加工刀具上試圖製作在公差範圍內並達到儘可能高的表面質量的表面，尤其是不能有討厭的臺階。
發明內容
本發明的目的是提供一種上述類型的方法，它設計簡單、執行可靠，還可以糾正磨損而沒有現有技術的缺點。
根據本發明，這個目標由獨立權利要求的特徵組合而達到；從屬權利要求顯示本發明的進一步有利配置。
因此，根據本發明，刀具在磨損測量後至少回到中斷以前它佔據的進給位置，而加工過程繼續進行，其後刀具在一段時間內持續進給以補償測量出的磨損。
因此，本發明可以在加工表面時為了測量刀具而不限次數地中斷加工過程並在控制器中糾正測量出的磨損，使得表面上沒有不需要的臺階形成。結果，在加工過程中可以產生更窄的公差和更好的表面。
為此，在控制器中使用了一種蠕動(creeping)糾正。加工過程中斷後在高精度的測量裝置中測量加工刀具的磨損。測量裝置可以是比如雷射擋板(laser light barrier)或者記錄與旋轉刀具相接觸時發出聲音的測量裝置(測量鑽石)，由此檢測刀具的尺寸。
根據本發明，在測量操作結束後，加工過程首先繼續進行而不進給用測量出磨損糾正的刀具(刀具軸)。例如，避免了在被加工表面上產生臺階。此外，可以選擇能夠被機器的操作人員自由選擇的「蠕動」糾正。機器軸的進給量的必要糾正就這樣在加工過程中連續地進行。
在磨損測量完成和刀具再次進給後，刀具也可以回縮一個預定的量，使得刀具平穩地進入工件表面。同樣方法也可以用到刀具變化上。
糾正過程的速度可以通過加工路徑或加工時間來確定。此外，速度可以根據測出的總磨損或根據測量單位來確定，諸如以0.001mm，就是說0.001mm/min來界定。
這裡也可以這樣，糾正速度選得很慢，使得當為了作下一個磨損測量而下一個加工過程的中斷已經在進行時，這個糾正還沒有完成。在這種情況下，可以向操作人員產生出錯信號(error message)或警告信息或者把新的磨損測量和還沒有完成糾正的前一個測量而得的磨損糾正疊加在一起，而讓蠕動糾正根據疊加的糾正值繼續進行下去。
在某些應用場合中，工件總是只由刀具邊緣上的一個點來加工的。根據要被加工的區域的傾斜度，所述點沿著刀刃移動到各個地方，例如在用球形銑刀加工自由形狀的表面的情況下。其後，磨損不會在刀刃上均勻分布，而是根據刀刃上各個獨立的點的嚙合時間長短來決定的。因此，在這種情況下有必要測量整個刀刃，例如逐段進行。不僅檢測刀具的一個磨損值，而是沿著刀刃檢測。在具有好幾個刀刃的刀具中，刀具的旋轉會造成包絡體。在刀具測量過程中，會測量由所有刀刃的最高點所形成的包絡體。
在這種情況下的磨損糾正，也就是機器軸的進給，必須考慮到各個當前正在加工的刀刃的嚙合點。本發明的蠕動糾正只能對刀刃的這個嚙合點起作用，因為，如果嚙合點的變化總是在刀刃上，臺階會再次出現。因此，本發明提供了一個細分到小部分的刀刃的視圖，例如經過支撐點的柵格。進給是在垂直於工件表面的方向進行的。因此，必須知道工件表面的方向。這通常可以經過在加工程序中輸出的面法線向量來說明。
例如在銑削加工程序的情況下，如果不能通過法線向量從加工程序中知道刀刃的嚙合點，也可以按照本發明來計算在控制器聯機加工中的加工進程，就是說，好比在控制器內部模擬它，好像從模擬程序中知道一樣。當然，為此，刀具的幾何形狀是必須知道的，例如通過測量。因為一直在計算材料的切除，所以只要知道刀刃正在切除哪些材料和嚙合點位於刀刃的何處，就可以聯機計算出來。所說的點可以用來糾正磨損。
在本發明中，材料切除的聯機計算也可以用來為刀具測量控制加工過程的中斷間隔。當控制器計算到很大量的材料被切除時，會更頻繁地進行測量。
一種稍粗略的方法是平均法。在這種情況下，磨損也是沿著整個刀刃測量的，但是計算的是平均值。於是根據這個平均值進行「蠕動」糾正。也可以決定只在一根軸上進行糾正，如主軸上。在這種情況下，即使磨損在一點上測量，例如刀具尖端，也就夠了。如果不知道控制器中的嚙合點，且由於也沒有計算過表面傾斜度，這個步驟是需要的。
磨損測量的間隔和由此需要的加工過程的中斷可以通過加工路徑或加工時間來確定。也可以把各自上一次磨損測量的結果作為直至下一次測量的間隔時間的量度。舉例來說，可以實現一種自我調節過程，高磨損時測量被執行的更加頻繁，磨損小時測量被執行的比較少。
按照本發明的「蠕動」糾正也可以以一種線性方式來進行。然而，其他任何需要的數學函數也是可用的。
在整個加工操作過程中，加工刀具的整個磨損也可以根據本發明計算出來。如果刀具的總磨損超過由操作人員預定的公差，加工過程將不再使用所述刀具繼續進行下去，因為所述刀具磨損太大，將不能進行正常的切削操作。在這種情況下，刀具可以自動地由同型刀具所替代。
而且，從一個測量到下一個測量的磨損的過度增加可能會使得刀具被分類為過量磨損，且加工過程不是被一起中斷就是由相應的同型刀具繼續進行。
在某些加工操作中，刀具在加工中稍微偏離一點，也就是，刀具被切削力壓離工件表面，導致不想要的公差，如長銑刀進行橫向加工操作。偏離可以隨著磨損而變化，也就是，在新的鋒利的刀具中，偏離小於略有磨損的刀具。當然，這樣的偏離也導致工件上的尺寸偏離。根據本發明，這樣的與磨損有關的偏離可以在通過儲存在控制器中的經驗數據附加地被考慮到「蠕動」磨損糾正中。在這種情況下，為補償隨著磨損的增加而增加的偏離，磨損會得到略微過多的補償。
在機器中使用同型刀具是眾所周知的。當超過一定的磨損限度時，同型刀具就自動地被用作替代物。在這裡磨損是如上所述以一定間隔測量的。當超過由操作人員預定的或儲存在控制器中的刀具的磨損公差時，機器自動地將相同幾何形狀的同型刀具作為替代物，然後用所述的同型刀具繼續加工操作。為了保持窄的公差，已知控制器在加工程序中回到上次磨損測量的地方，且從所述的地方繼續加工操作。舉例來說，工件上加工過程中磨損超過公差的區域重新用新刀具加工來補償被超過的磨損公差。然而，在這個方法中，工件表面也會形成臺階。這是因為新的同型刀具比之前的刀具鋒利。當加工操作在上次測量的地方開始時，新的銳利刀具的切削力較小，因而以較輕的程度被壓離工件表面，結果，切除更多材料，因此在工件表面的所述地方形成臺階。
根據本發明的「蠕動」進給，也可以避免在使用同型刀具時工件上產生這樣的不需要的臺階。新的同型刀具如上所述在上次刀具測量的程序位置開始加工操作。然而，加工操作從小的刀具糾正開始，以使得新的同型刀具開始時並不切除材料，因為這個區域已經被之前的刀具加工過了。因此，它保持在稍為高於工件表面的位置。在程序運行過程中，再次進行緩慢的進給運動，也就是說，刀具糾正被緩慢減小，從而刀具緩慢地接近被之前刀具加工成的材料表面，最後非常緩慢地伸入材料，開始切除一些材料。從而生成一種近乎切向的過渡，因此避免了不需要的臺階。在本方法中，沒有必要精確地在上次測量的地方用同型刀具繼續加工操作。為了有足夠的加工路徑來進行緩慢進給，可以回到加工程序中更往後的地方。
在許多應用場合中使用了不同尺寸的加工刀具。這是如在進行銑削任務中必須加工位於相對大的表面旁的小內徑時需要的。在這些情況下，大表面通常使用大直徑的刀具來正常加工，使得加工時間不會過長，且為了得到良好的表面質量，刀具路徑之間的直線間隔不必太窄。加工小內徑時，使用小半徑的刀具。工件表面上不需要的臺階大多數情況是由於刀具的變化而產生。這些臺階是由於刀具測量中的公差和切削力的不同以及其他因素造成的。它們不能被一起避免。在工件上可靠地避免臺階的一個可能性是較小的連續刀具的「蠕動」進入。在相似於同型刀具的說明的方式中，刀具開始加工工件表面上之前已經被較大刀具加工過的區域中的小內徑，而且保持稍微高於工件刀具。加工程序其後配置為加工刀具緩慢地(例如成線性)移向小半徑，再次發生「蠕動」供料運動，使得小刀具非常緩慢地進入工件表面，並建立幾乎切向的過渡。
根據本發明，當所述刀具又鄰近之前使用較大刀具加工過的表面時，同樣方法可在加工操作結束時用於較小刀具。不是突然完成加工操作，加工程序要進入之前被較大刀具加工過的工件表面的區域，機器在加工中要非常緩慢地增加刀具糾正量，以使得使用較小刀具加工的工件表面在用較大刀具加工的工件表面接近切向退出。
下面結合附圖參考實施例來說明本發明，其中圖1是使用處於離開狀態的刀具來加工工件的加工情況的示意圖；圖2是根據現有技術的誤差糾正的說明圖；圖3是根據本發明的誤差糾正的說明圖；圖4是刀具相對於工件的運動示意圖；圖5是刀具相對於工件表面的進給方向的示意圖；圖6是本發明的加工過程中的弧形工件表面的說明圖。
具體實施例方式
圖1是被旋轉刀具2(銑刀、磨具，等等)加工的工件的示意圖。刀具2的面端帶有至少一個刀刃3。
圖1顯示一個被舊刀具加工過的加工區域1a。這就是為什麼在區域1a中的材料切除量太少的原因。區域1b顯示一個材料切除量正確的加工區域。圖2中顯示的高度差造成區域1a和1b之間的一個臺階5。臺階5的高度差是由於在現有技術中中斷表面1a的加工以及對刀具的測量而產生的。發現所述刀具沒有被向工件1的方向被施加足夠的進給，差一個高度差的距離(見圖2)。因此，增加了進給量。雖然這生成了表面1b的正確尺寸，但在進一步的加工中形成了上述臺階(見圖2中的水平箭頭)。這個臺階必須在以後再加工處理。
圖1顯示了根據現有技術在加工過程結束和刀具2已經離開後的加工操作。圖2顯示了在後續加工操作過程中根據圖1的加工操作。標號1c是指沿刀具2的移動方向還沒有加工過的區域。如圖2所示，在磨損測量進行以後進給量改變了一個高度差h的量。這形成了臺階5的邊緣。
圖3顯示了改進的情況。沿整個路徑長度L進行「蠕動」糾正直到刀具2被進給來補償高度差h。由此，避免了邊緣或臺階5的形成。如上所述，長度L可以通過路徑、加工時間或加工速度來確定。
圖4示意性地顯示刀具2相對於工件1的表面4移動的彎曲方向。
圖5顯示具有凸面4的工件1。可以看出，刀具2(未顯示)的進給方向是工件表面4的法線方向，即垂直於工件表面4。
圖5以示意性視圖顯示了法線向量。
圖6顯示具有凹彎或凹邊的工件1的情況。圖示的操作順序顯示了具有半徑較小的刀頭從而適用於加工凹邊的刀具2(未顯示)進行加工的過程。看得出來，在使用替代刀具2的過程中採用「蠕動」式進入進給和在替換刀具之前採用相應的「蠕動」退出，就可以避免臺階或邊緣。
權利要求
1.一種使用設置有至少一個刀刃(3)的旋轉刀具(2)來加工工件(1)的方法，在這個方法中，加工過程以預定的時間間隔被中斷，刀具(2)被移離工件(1)，接著對刀具(2)執行磨損測量，其特徵在於，在磨損測量之後，刀具(2)至少返回其中斷之前所佔據的進給位置，加工操作繼續進行，接下來在一段時間間隔內刀具連續進給以補償測量出的磨損。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，為了補償測量出的磨損，刀具的連續進給速度和/或時間長度通過加工路徑確定。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，為了補償測量出的磨損，刀具的連續進給速度和/或時間長度通過加工時間確定。
4.如權利要求1至3中的任意一項所述的方法，其特徵在於，為了補償測量出的磨損，刀具的連續進給速度和/或時間長度通過測量出的磨損確定。
5.如權利要求1至4中的任意一項所述的方法，其特徵在於，如果為了補償測量出的磨損的刀具連續進給在進行下一次磨損測量的預定時間間隔結束之前還沒有完成，就發出一個出錯信號和/或警告信息。
6.如權利要求1至5中的任意一項所述的方法，其特徵在於，磨損是沿著刀具(2)的整個刀刃(3)測量的。
7.如權利要求1至5中的任意一項所述的方法，其特徵在於，磨損糾正是沿著刀具(2)的刀刃(3)對各個小段逐段進行的。
8.如權利要求1至5中的任意一項所述的方法，其特徵在於，磨損是在刀具(2)的旋轉過程中形成的包絡體上測量的。
9.如權利要求1至8中的任意一項所述的方法，其特徵在於，為了糾正磨損，刀具(2)是沿工件表面(4)的法線方向(垂直方向)進給的。
10.如權利要求所述9的方法，其特徵在於，垂直於工件表面(4)的進給是根據由加工程序預定的刀具(2)的刀刃的嚙合點來進行的。
11.如權利要求所述9的方法，其特徵在於，垂直於工件表面(4)的進給是根據與各自的材料切除有關的刀具(2)的刀刃的嚙合點的聯機計算結果來進行的。
12.如權利要求1至11中的任意一項所述的方法，其特徵在於，預定的時間間隔是根據刀刃(3)的各個當前材料的切除情況來決定的。
13.如權利要求1至12中的任意一項所述的方法，其特徵在於，當達到刀具(2)的預定最大磨損量時，進行刀具更換。
14.如權利要求1至13中的任意一項所述的方法，其特徵在於，一旦刀具(2)進行更換，加工操作在之前中斷的地方繼續進行，並以較小的值開始繼續進給，從而刀具(2)在進給開始時不與工件表面(4)相嚙合。
15.如權利要求1至13中的任意一項所述的方法，其特徵在於，對工件(2)的磨損進行測量後，為了補償由於磨損造成的誤差，進給是在稍為高出一點的水平上進行的，以補償刀具(2)的塑性變形。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，為了補償刀具(2)的橫向偏離，還要相對於工件(1)的表面(4)作橫向和/或法向的附加進給。
17.如權利要求1至16中的任意一項所述的方法，其特徵在於，連續進給是以線性方式進行的。
18.如權利要求1至16中的任意一項所述的方法，其特徵在於，連續進給是以非線性方式進行的。
全文摘要
本發明涉及一種使用設置有至少一個刀刃(3)的旋轉刀具(2)來加工工件(1)的方法，在這個方法中，加工過程以預定的時間間隔被中斷，刀具(2)被移離工件(1)，接著對刀具(2)執行磨損測量，其特徵在於，在磨損測量之後，刀具(2)至少返回其中斷之前所佔據的進給位置，加工操作繼續進行，接下來在一段時間間隔內刀具連續進給以補償測量出的磨損。
文檔編號B23Q15/24GK1835822SQ200480023252
公開日2006年9月20日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年8月14日
發明者榮格爾·勒德斯 申請人:P&L兩合有限公司