[发明专利]用于工件切削加工的机床

说明书

本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于工件切削加工的机床，用于这种机床的补偿单元及用于工件切削加工的相应方法。

这种机床例如是具有旋转铣头的铣床、钻床、磨床及类似机床、或车床。

这些机床在现今以数字控制(CNC)加工自动装置的形式获得极高的精确度标准。这除了自动装置高精确度的机械构造外还基于精密的控制及调节方法，它使得高成本的结构件可借助相对小的铣头进行铣加工，以致无需更换刀具，并由此减小了加工自动装置的停机时间。

在此情况下为了能满足所需的高质量标准，在生产工序中需要尽可能地避免或排除所有影响产品质量的误差源。在生产工序中起副作用的一种误差源譬如是不平衡，即一个转动刀具如铣头的不平衡或旋转工件如被加工轴等的不平衡。

当例如一个转动铣头显示不平衡时，则视不平衡量及转速的不同，可导致铣头在圆周方向上偏移，并将铣出大于所希望的铣加工范围。这虽然可通过使用高精度(平衡)铣头及通过铣头夹具的再调整作为对策，但这种不平衡的完全消除是不可能的。此外在铣头或夹具上可能由于损坏或磨损形成不平衡，这就需要及早地更换刀具或再调整。这两者均是相对高成本及耗工时的。

同样地，旋转工件的不平衡也起到副作用。譬如当快速转动的旋转体如轴或类似工件出现不平衡时，可导致过早的轴承磨损。因此这类工件通常应进行平衡处理。

在此平衡处理工序时，将旋转工件夹持在平衡装置中并使其投入转动，及通过不平衡传感器如在轴承上设置的力传感器，根据力的大小及其位置(转动位置)来确定可能出现的不平衡。接着使旋转工件制动，并在相应于不平衡的位置上除去材料或是补上材料；也可以在一个位置上除去材料并在另一位置补上材料来补偿不平衡。这个过程需重复进行，即为了要重新确定不平衡使旋转工件投入转动并接着为平衡其不平衡使工件制动，直至所产生的不平衡低于一个可容许的限值为止。这种处理过程也是费工、费时的。

本发明的任务在于，提供一种开始部分所述类型的对工件进行切削加工的机床及相应的方法，可以用简单的方式补偿在旋转体中可能出现的不平衡。

该任务将通过根据权利要求1的机床、根据权利要求10的方法及根据权利要求15的补偿单元来解决；从属权利要求涉及本发明进一步的有利构型。

在根据本发明的机床中，借助于一个不平衡传感器来检测转动工件或转动刀具的不平衡，并根据该不平衡量来对实现刀具与工件之间相对运动的进给传动装置进行控制。对于该不平衡，例如可与转动件的转角位置一起，通过作用于转动件夹具上的不平衡力来测量；或通过使转动件产生变形的不平衡力来测量，在此情况下可以使用光传感器或譬如感应式传感器。

这样，在具有转动刀具例如铣头的数控机床中，可通过不平衡检测来校正刀具及工件之间相对运动的预给定位置控制。

如开始所述的，因为在刀具上由于磨损或损坏引起的不平衡是不可能完全避免的，因此本发明建议，对铣头的不平衡及与此关联的“虚拟加大量”进行检测并在位置控制时加以考虑。在现有技术中人们试图通过刀具更换或重调整来减小不平衡，与现有技术不同本发明又前进了一步，即认为刀具中还存在“剩余不平衡”，它引起刀具虚拟地变大了。故这样地控制机床，就好比所使用的是有些加大的铣头。

根据本发明的依赖不平衡检测控制进给量的原理也可非常有效地应用在车床上。在车床上，通常刀具可相对转动工件移动地被夹持着，随着高度发展的驱动技术，例如可通过线性电动机实现极其快速地移动刀具，譬如在一种非圆车床上这已经实现。现在根据本发明，使这样快速的刀具进给传动装置与不平衡传感器相耦合，并根据不平衡转动位置通过控制进给传动装置切削掉相应于工件不平衡的材料，由此使工件在车床上可即刻被平衡。这里应注意到，为了使不平衡得以平衡，不需要使工件制动，而是与检测不平衡的运动状态下同时进行的。因此就消除了必须使工件在停止状态进行处理的高成本平衡工序。

当然，根据本发明的原理也可以应用在一个纯粹的平衡装置上。

在根据本发明方法的一个优选构型中，例如，对每件工具或每种工具类型一次地建立一个参考表，它给出不平衡摆幅(“虚拟加大量”)与预给定不平衡量的关系。这个参考表可以“一劳永逸”地求得，并存储到譬如一个数控机床的工作计算机中。在机床运转时，其控制则参照该参考表进行，并对不平衡传感器测得的每个不平衡量调用相应的不平衡摆幅并在位置控制时予以考虑。