專利名稱：加工工具及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加工工具，并且具體地，本發(fā)明涉及減小這種工具中的對(duì)準(zhǔn)誤差。
背景技術(shù)：
針對(duì)加工工具的許多應(yīng)用要求空間中的兩個(gè)點(diǎn)在掃掠面積或空間范圍內(nèi)在位置和角度方面受到控制而相對(duì)彼此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。期望使所涉及的加工軸的數(shù)量最少，以優(yōu)化這種控制。還期望在兩個(gè)點(diǎn)之間保持非常緊密的剛性回路，并且當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)的位置和角度時(shí)將回路中的剛度值理想地保持恒定。這改善了運(yùn)動(dòng)的精度水平和可重復(fù)性?，F(xiàn)有的加工工具通常使用長(zhǎng)的線性引導(dǎo)軌道，以便允許在沿著工件長(zhǎng)度的任何位 置處在切削工具(例如磨削輪)和工件之間的接觸。較短的線性引導(dǎo)軌道可以由長(zhǎng)軌道承載，以方便切削工具沿著與長(zhǎng)軌道正交的方向朝向或離開(kāi)工件的運(yùn)動(dòng)。這些堆疊的軌道(或軸)引起了不期望的順應(yīng)性，減小了工具對(duì)部件的剛度。這又在尺寸精度和精加工方面導(dǎo)致部件質(zhì)量降低。另外，長(zhǎng)的線性引導(dǎo)軌道通常需要至少和待加工的工件一樣長(zhǎng)。這通常導(dǎo)致軸具有不利的支承比，其中該軸沿著切削力的方向最為順應(yīng)。當(dāng)正交的進(jìn)給軸堆疊在長(zhǎng)軸上時(shí)該問(wèn)題是復(fù)合性的。如果采用軸上位置編碼器，那么使用堆疊的軸也存在問(wèn)題。軸堆疊得越高，所關(guān)注的點(diǎn)和編碼器之間的距離越大。這導(dǎo)致“阿貝偏移”誤差，這降低了加工工具的固有精度。此外，使用正交的堆疊線性軸需要消耗時(shí)間和昂貴的對(duì)準(zhǔn)來(lái)保持軸之間的正交性并且使得每個(gè)軸的俯仰、搖晃和搖擺誤差最小化。這些長(zhǎng)線性軸還需要長(zhǎng)伸縮覆蓋件，該長(zhǎng)伸縮覆蓋件是昂貴的，產(chǎn)生摩擦，易于故障，并且還能夠影響線性運(yùn)動(dòng)的精度(例如其筆直度、定位精度和可重復(fù)性)。本發(fā)明試圖克服以上與使用長(zhǎng)引導(dǎo)軌道相關(guān)的問(wèn)題，并且減少堆疊的正交軸的需要。國(guó)際公開(kāi)W02009/093064 (屬于本申請(qǐng)人)描述了一種加工工具，其包括加工基部、安裝在基部上的第一旋轉(zhuǎn)加工軸上的第一支撐件和安裝在基部上的第二旋轉(zhuǎn)加工軸上的第二支撐件。第二旋轉(zhuǎn)軸與第一旋轉(zhuǎn)軸平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)，并且承載安裝座，該安裝座能夠相對(duì)于第二支撐件沿著與第二旋轉(zhuǎn)軸正交的第一線性加工軸運(yùn)動(dòng)。設(shè)有控制裝置，該控制裝置能夠操作成控制第一支撐件在第一旋轉(zhuǎn)軸上的定向和安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的定向及其沿線性軸的位置，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向。這可以在不需要長(zhǎng)線性軸和堆疊的線性軸的情況下實(shí)現(xiàn)，由此克服與上述已知構(gòu)造相關(guān)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種加工工具，其包括加工基部；第一支撐件，該第一支撐件設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第一旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上；第二支撐件，該第二支撐件設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第二旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上，其中第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線與第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)；
安裝座，該安裝座由支撐臂承載在第二支撐件上，該支撐臂能夠相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；以及控制裝置，該控制裝置能夠操作成控制第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以及安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向及其繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)位置，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向。這種構(gòu)造提供與W02009/093064中所述實(shí)施例相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)來(lái)自于提供設(shè)置成間隔開(kāi)固定距離的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)加工軸。不同之處在于安裝座相對(duì)于第二支撐件的運(yùn)動(dòng)是圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸，安裝座通過(guò)支撐臂與轉(zhuǎn)動(dòng)軸間隔開(kāi)，而不是安裝座能夠相對(duì)于第二支撐件沿著線性加工軸運(yùn)動(dòng)。如W02009/093064中所述，線性加工軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)加工軸的組合方便對(duì)在掃掠面積范圍內(nèi)第一支撐件和第二支撐件上的安裝座的相對(duì)定向的通用控制。在與第一和第二旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面中的線性運(yùn)動(dòng)分量與它們的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)有利地組合，以便例如能夠通過(guò)實(shí)施該概念的磨削機(jī)磨削圓柱形表面。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，由線性加工軸提供的自由度實(shí)際上可以方便由另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸代替，從而消除了用于該功能的線性軸的需要。采用控制裝置的適當(dāng)控制，利用相關(guān)的驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)安裝座繞其軸的旋轉(zhuǎn)，以提供安裝座相對(duì)于第一支撐件的所需線性運(yùn)動(dòng)分量。從而，在一些實(shí)施例中，加工工具采用僅僅這些三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，從而方便第一支撐件和安裝座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低對(duì)對(duì)準(zhǔn)誤差的敏感性。使用第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸取代線性軸意味著，所有的三個(gè)軸都可以是能夠用迷宮式密封進(jìn)行密封而不會(huì)產(chǎn)生摩擦力的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。這與線性軸所需的線性滑動(dòng)防護(hù)件或覆蓋件完全不同。這些防護(hù)件或覆蓋件往往重、昂貴且產(chǎn)生不可重復(fù)的摩擦力。此外，使用第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸有可能意味著，較小的質(zhì)量塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生期望的線性運(yùn)動(dòng)分量。當(dāng)采用線性軸時(shí)，沿著軸運(yùn)動(dòng)的包括滑架的較大的質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)越過(guò)第二支撐件軸，這將第二支撐件組件的極慣性矩改變到較大的程度。這又可能要求“調(diào)低”轉(zhuǎn)動(dòng)軸伺服回路，以防止整個(gè)極慣性范圍內(nèi)的伺服不穩(wěn)定性。術(shù)語(yǔ)“加工軸”在本文中表示物理加工軸，與基準(zhǔn)軸線相對(duì)。每個(gè)加工軸具有兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分在使用中通過(guò)由控制裝置支配的相關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)而相對(duì)于彼此繞或沿著基準(zhǔn)軸線運(yùn)動(dòng)。對(duì)于安裝在安裝座上的磨削輪，要求保護(hù)的本發(fā)明方便在保持在第一支撐件上的工件的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的橫向進(jìn)給、漸縮、角度和內(nèi)推磨削。尤其適合于磨削細(xì)長(zhǎng)的多特征部件，例如凸輪和曲軸。安裝在另一個(gè)支撐件上的工件的縱向軸可以與支撐件的旋轉(zhuǎn)軸間隔開(kāi)，例如工件靠近支撐件的周邊，使得其整個(gè)長(zhǎng)度易于呈現(xiàn)給一個(gè)支撐件上的工具。更具體地，工件的縱向軸可以處于與從相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸向外延伸的徑向線正交的定向中。第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以與第二旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線正交?；蛘?，其可以處于與第二旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行的定向中。支撐件能夠繞其相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)?；蛘?，他們可以布置成用于進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得一個(gè)支撐件沿一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)基本上與另一個(gè)支撐件的等效旋轉(zhuǎn)相匹配，但是處于相反的方向。支撐件的旋轉(zhuǎn)定位能夠相對(duì)于加工基部選擇性地鎖定。例如，在橫向進(jìn)給磨削操作期間，僅僅一個(gè)軸，即安裝座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，是“活的”，使得磨削期間加工工具的動(dòng)剛度顯著大于僅僅采用線性引導(dǎo)軌道的常規(guī)的加工工具。每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以例如利用制動(dòng)器或者通過(guò)關(guān)閉相關(guān)的空氣或流體靜力學(xué)軸承通過(guò)伺服保持而鎖定，以便有效地磨削相應(yīng)的軸。在優(yōu)選的實(shí)施例中，支撐件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(優(yōu)選地通過(guò)軸頸和推力軸承)支撐在加 工基部上。大的推力軸承可以直接安裝在加工基部上，以提供高剛性阻尼軸，其在所有方向上具有非常好的支承比，從而導(dǎo)致軸對(duì)稱剛性特性。平的平面加工基部可能易于構(gòu)造，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸推力平面安裝在該平的平面加工基部上。三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以采用共同的部件，以降低整體機(jī)器成本。例如，它們可以采用相同或類似的馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)件、編碼器和/或軸承部件。優(yōu)選地，第一和第二旋轉(zhuǎn)軸以及與安裝座相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承為流體靜力學(xué)軸承的形式。線性軸承通常具有比轉(zhuǎn)動(dòng)軸承大的軸承間隙，并且需要使用較厚(更粘性)的油來(lái)保持將流量降到可接受的水平。對(duì)于實(shí)踐目的，所有的加工軸(如果有的話，包括磨削主軸)優(yōu)選地使用相同的流體靜力學(xué)油。使用較厚的油在高速磨削主軸中產(chǎn)生較大的油加熱。這可能導(dǎo)致主軸過(guò)熱的問(wèn)題。從而，較薄的油優(yōu)選地用于磨削主軸。如果所有的三個(gè)加工軸都具有轉(zhuǎn)動(dòng)流體靜力學(xué)軸承，那么所有的軸承都可以具有較小的軸承間隙，并且使用較低粘性的油，這對(duì)于磨削主軸是有利的。支撐件相對(duì)于加工基部的旋轉(zhuǎn)可以受到相應(yīng)的直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的影響。優(yōu)選，每個(gè)支撐件都包括旋轉(zhuǎn)傳感器以用于提供與相應(yīng)的支撐件相對(duì)于加工基部的旋轉(zhuǎn)定位有關(guān)的信號(hào)。控制裝置能夠接收來(lái)自旋轉(zhuǎn)傳感器的信號(hào)并且控制支撐件的旋轉(zhuǎn)定位。具體地，這樣的控制裝置可以構(gòu)造為在加工操作期間補(bǔ)償這些支撐件的運(yùn)動(dòng)中的不精確性。這種誤差修正可以用來(lái)例如保持切削工具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的校準(zhǔn)，而不是僅僅取決于機(jī)器的線性軸的筆直度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，一個(gè)支撐件承載工具安裝座，該工具安裝座可以為磨削主軸或磨頭的形式，適于旋轉(zhuǎn)例如安裝在其上的磨削輪。磨頭可以由支撐臂承載，并且定向成使得磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。或者，磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸可以與轉(zhuǎn)動(dòng)軸正交。作為另外一種選擇或除此之外，支撐件可以承載工具，該工具為例如車削工具、一個(gè)或多個(gè)量規(guī)或傳感器，例如拋光工具檢測(cè)傳感器。工具、量規(guī)、整形工具等的組合可以設(shè)置在每個(gè)支撐件上并且選擇為適合于相應(yīng)支撐件的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，安裝座的中心線(和/或工具安裝座和相關(guān)工具的質(zhì)心)在加工基部上方比工件中心線(和/或其質(zhì)心)高。這導(dǎo)致通過(guò)工具施加在工件上的力向下指向加工基部，從而增加機(jī)器的穩(wěn)定性。兩個(gè)工具安裝座可以由支撐件中的一個(gè)支撐件承載，每個(gè)工具安裝座夠能夠相對(duì)于該支撐件獨(dú)立于另一個(gè)工具安裝座進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這樣，可以同時(shí)在工件上加工兩個(gè)特征結(jié)構(gòu)。
每個(gè)工具安裝座可以由第二支撐件上的相應(yīng)的支撐臂承載，每個(gè)支撐臂都能夠相對(duì)于第二支撐件繞相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，每個(gè)支撐臂都安裝在共同的軸上。支撐臂中的至少一個(gè)還能夠相對(duì)于該一個(gè)支撐件沿著線性軸運(yùn)動(dòng)以改變工具安裝座的間距。另一個(gè)支撐件可以布置成支撐細(xì)長(zhǎng)工件，該細(xì)長(zhǎng)工件的縱向軸處于與旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線正交的平面內(nèi)。根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種加工工具，其包括加工基部；第一支撐件，該第一支撐件設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第一旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上；
第二支撐件，該第二支撐件設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第二旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上，其中第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線與第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)；安裝座，該安裝座由第二支撐件承載并且能夠相對(duì)于第二支撐件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；以及控制裝置，該控制裝置能夠操作成控制第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以及安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向，其中加工基部包括位于加工軸之間的中心支撐件，并且該加工軸安裝在支撐件的相對(duì)兩側(cè)上。從而，一個(gè)旋轉(zhuǎn)加工軸作用在另一個(gè)上所產(chǎn)生的力在張緊和壓縮方面受到抵抗，而不是在彎曲方面受到抵抗(在彎曲方面受到抵抗是已知機(jī)床構(gòu)造存在的情況)。此外，剛性和熱回路保持基本上與加工軸的定向獨(dú)立。優(yōu)選，兩個(gè)加工軸的重量基本上由中心支撐件支撐。本發(fā)明還提供一種利用如上所述的加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟將工件安裝在一個(gè)支撐件上；旋轉(zhuǎn)支撐件以將工件的選定部分呈現(xiàn)給由另一個(gè)支撐件承載的切削工具；以及利用切削工具加工工件的選定部分。這樣，第一和第二旋轉(zhuǎn)軸可以用來(lái)將切削工具沿著工件帶到所需位置。然后，可以鎖定這些轉(zhuǎn)動(dòng)軸并且第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸用來(lái)將切削工具進(jìn)給到工件中。該方法還可以包括以下進(jìn)一步的步驟沿相反的方向旋轉(zhuǎn)支撐件并且使工件和/或切削工具相對(duì)于相應(yīng)的支撐件運(yùn)動(dòng)，以使工件的第二部分與切削工具接合；以及利用切削工具加工工件的第二部分。對(duì)于支撐件的旋轉(zhuǎn)以及工件和/或切削工具相對(duì)于相應(yīng)支撐件的運(yùn)動(dòng)的同步，切削工具可以沿著工件成橫向，從而能夠產(chǎn)生復(fù)雜的部件輪廓。本發(fā)明還提供一種利用如上所述的加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟將具有縱向軸的工件安裝在一個(gè)支撐件上；旋轉(zhuǎn)該另一個(gè)支撐件，使得由另一個(gè)支撐件承載的磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸不與工件的縱向軸平行；以及
利用磨削輪磨削工件，其中磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸與工件的縱向軸成一角度。根據(jù)本發(fā)明還提供另一個(gè)方法，其包括以下步驟(a)將工件安裝在一個(gè)支撐件上；(b)將具有基準(zhǔn)軸線的工具安裝在另一個(gè)支撐件上；以及(C)使第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)，并且使安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線和轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，使得在工件上限定預(yù)定曲線或輪廓表面，同時(shí)保持工具的基準(zhǔn)軸線與所述表面垂直。還提供一種校正如上所述的加工工具的方法，其包括以下步驟(a)將激光光源安裝在一個(gè)支撐件上；(b)從該光源發(fā)射激光光束，該激光光束入射在由另一個(gè)支撐件支撐的光學(xué)器件上；(c)相對(duì)于由相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器測(cè)量的支撐件的定位監(jiān)測(cè)激光光束路徑；(d)計(jì)算定位誤差；以及( e )校正該控制裝置以降低誤差。光學(xué)裝置可以是例如檢測(cè)器，或用于將入射激光向后朝向安裝在另一個(gè)支撐件上的檢測(cè)器反射的反射器。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用雙激光光束，并且干涉測(cè)量法用來(lái)測(cè)量激光光源和光學(xué)裝置之間的距離。使用兩個(gè)主要旋轉(zhuǎn)軸能夠使用軟件誤差修正來(lái)保持兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)之間的定位、筆直度和角度運(yùn)動(dòng)控制，而不是必須取決于機(jī)器的線性軸的筆直度。在加工構(gòu)建期間，能夠測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的插入線性運(yùn)動(dòng)的定位并且進(jìn)行軟件補(bǔ)償。本發(fā)明具有寬范圍的可能應(yīng)用，其中兩個(gè)點(diǎn)相對(duì)于彼此的定位和角度需要在整個(gè)掃掠面積和空間范圍內(nèi)進(jìn)行控制。具體地，這在需要在整個(gè)掃掠面積和空間范圍內(nèi)控制定位或角度的復(fù)雜部件的加工、檢測(cè)或定位中可能是尤其有利的。一個(gè)具體的實(shí)例是金剛石車削，其通常需要保持切削工具相對(duì)于被加工表面處于法向定向。


現(xiàn)在將參考附圖，借助實(shí)例描述已知的加工工具構(gòu)造和本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖I至3為W02009/093064中所述加工工具的透視圖；圖4至9為實(shí)施本發(fā)明的加工工具的透視圖，以示出其操作；圖10和11分別為實(shí)施本發(fā)明且具有能夠繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)的磨削輪的加工工具的側(cè)視圖和透視圖；圖12為圖10和11中所示形式的加工工具的簡(jiǎn)化透視圖；圖13為為實(shí)施本發(fā)明且具有能夠繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)的安裝座的另一個(gè)加工工具的透視圖；圖14為實(shí)施本發(fā)明的加工工具的透視圖，其中磨削輪能夠相對(duì)于第二支撐件繞豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)；以及圖15至18為實(shí)施本發(fā)明的加工工具的透視圖，其包括能夠繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸獨(dú)立地 旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)支撐臂；圖19為已知的磨削機(jī)的透視圖，以示出其可變熱回路；
圖20為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的加工工具的側(cè)橫截面圖，其包括用于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)加工軸的中心支撐件；
圖21至26為圖13所示形式的加工工具處于不同定向的透視圖；以及圖27至32取自W02009/093064，以示出也能夠應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)施例的加工工具的特征和能力。應(yīng)該指出的是，附圖僅僅是示例性的。相同的附圖標(biāo)記在修改的和不同的實(shí)施例中通常用來(lái)表示對(duì)應(yīng)的或類似的特征。
具體實(shí)施例方式圖I至3為表示W(wǎng)02009/093064中所述加工工具的透視圖。它們包括加工基部10。第一和第二支撐件100、102直接安裝在基部上，以用于繞與加工基部的平面垂直的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。它們的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別由箭頭A和B指示。點(diǎn)104和106代表與各個(gè)支撐件相關(guān)的基準(zhǔn)點(diǎn)。每個(gè)點(diǎn)都具有穿過(guò)該點(diǎn)的基準(zhǔn)軸線108、110。安裝座112由第二支撐件102承載，并且能夠沿著線性加工軸運(yùn)動(dòng)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)104處于第一支撐件上，基準(zhǔn)點(diǎn)106處于由第二支撐件102承載的安裝座112上。在這里參考點(diǎn)104和106以及它們相關(guān)的基準(zhǔn)軸線108和110來(lái)考慮第一支撐件和安裝座的定位和定向的控制。第一支撐件、第二支撐件和安裝座的虛影圖像100’、102’和112’of包含在圖I中，以示出其在繞它們各自的旋轉(zhuǎn)加工軸旋轉(zhuǎn)之后的不同定向。這示出了用于改變基準(zhǔn)軸線108和110之間的角度的運(yùn)動(dòng)。圖2示出了安裝座112沿著其線性軸到虛影輪廓所示的第二位置112’的運(yùn)動(dòng)。箭頭C表示運(yùn)動(dòng)方向。這種能力方便控制兩個(gè)固定點(diǎn)104和106之間的距離。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和一個(gè)線性軸的組合使得該點(diǎn)能夠在掃掠面積范圍內(nèi)在兩個(gè)位置和角度中進(jìn)行受控制的運(yùn)動(dòng)。圖3示出了加工工具構(gòu)造，其中第一支撐件100也能夠沿著與其旋轉(zhuǎn)軸線平行的線性加工軸F運(yùn)動(dòng)。通過(guò)虛影輪廓100’示出了支撐件在沿著該軸運(yùn)動(dòng)之后的定位。這種進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)維度方便了在掃掠空間范圍內(nèi)對(duì)第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向的控制。在本發(fā)明的實(shí)施例中，能夠通過(guò)在支撐件上提供安裝座來(lái)實(shí)現(xiàn)圖I至3中所示的已知加工工具構(gòu)造的能力，該安裝座能夠相對(duì)于支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)支撐臂與轉(zhuǎn)動(dòng)軸間隔開(kāi)。采用安裝座的繞該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)的線性分量來(lái)實(shí)現(xiàn)在這些已知裝置中出現(xiàn)的線性自由度。圖4至9示出了使用轉(zhuǎn)動(dòng)軸以提供用于安裝座的水平運(yùn)動(dòng)分量。第一和第二支撐件200、202直接安裝在加工基部10上，以用于繞與加工基部的平面垂直的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)204和206代表與各個(gè)支撐件相關(guān)的基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)軸線214穿過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)204。支撐臂208由第二支撐件202承載，并且能夠相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸210運(yùn)動(dòng)。圖4至6示出了隨著基準(zhǔn)點(diǎn)204和206在由立方形工作區(qū)212代表的想象工件的表面上移動(dòng)加工工具部件的相繼定位。當(dāng)支撐件沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)支撐臂繞軸210的旋轉(zhuǎn)而沿基準(zhǔn)軸線214的方向保持基準(zhǔn)點(diǎn)之間的恒定間距。圖7至9示出了在圖4至6中所示的加工工具定向的側(cè)視圖。在支撐臂208的一部分上標(biāo)記的延伸穿過(guò)支撐件202的基準(zhǔn)線216突出顯示了支撐臂相對(duì)于支撐件的旋轉(zhuǎn)定位中的變化。

圖10和11中示出了實(shí)施本發(fā)明的磨削機(jī)。磨削輪220設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸222，該旋轉(zhuǎn)軸222處于水平定向并且通過(guò)支撐臂(在這些圖中不可見(jiàn))與水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸210間隔開(kāi)。工件224安裝在另一個(gè)支撐件202上(可見(jiàn)于圖11中)。箭頭226表示由于磨削輪相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸210的運(yùn)動(dòng)而引起的磨削輪的軸沿著弧的運(yùn)動(dòng)，繞該轉(zhuǎn)動(dòng)軸210的旋轉(zhuǎn)由箭頭228表示。當(dāng)在W02009/093064所述的加工工具中具有線性加工軸時(shí)，磨削輪繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸210的運(yùn)動(dòng)的水平分量實(shí)現(xiàn)相同的水平修正運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)229安裝在第二支撐件202上，其中心線與磨頭軸222平行，并且具體地，其中心線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸210重合。配重223也由第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸承載，以幫助控制磨頭相對(duì)于該軸的定位。圖12示出了 CAD模型，其用來(lái)證實(shí)利用繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸來(lái)提供修正運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需的控制數(shù)學(xué)模型。當(dāng)利用線性軸在磨削輪和工件之間提供直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該修正運(yùn)動(dòng)時(shí)，線性修正數(shù)據(jù)保持不變，而與待磨削的部件的直徑或磨削輪的直徑無(wú)關(guān)。對(duì)于圖12所示形式的加工構(gòu)造，保持直線運(yùn)動(dòng)所需的修正運(yùn)動(dòng)(例如)隨著磨削輪直徑和工件直徑而變化。在下表中示出了利用CAD模型計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)軸角度
權(quán)利要求
1.一種加工工具，其包括 加工基部； 第一支撐件，該第一支撐件設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第一旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上； 第二支撐件，該第二支撐件設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第二旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上，其中第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線與第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)； 安裝座，該安裝座由支撐臂承載在第二支撐件上，該支撐臂能夠相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；以及 控制裝置，該控制裝置能夠操作成控制第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以及安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向及其繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)位置，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工工具，其中轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工工具，其中轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件能夠繞其相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)加工軸獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件布置成用于繞其相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)加工軸旋轉(zhuǎn)，使得一個(gè)支撐件沿一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)基本上與另一個(gè)支撐件的旋轉(zhuǎn)相匹配，但是處于相反的方向。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件的旋轉(zhuǎn)定位能夠相對(duì)于加工基部選擇性地鎖定。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件經(jīng)由軸頸和推力軸承支撐在加工基部上。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件能夠通過(guò)相應(yīng)的直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)而相對(duì)于加工基部旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中每個(gè)支撐件都包括旋轉(zhuǎn)傳感器以用于提供與相應(yīng)的支撐件相對(duì)于加工基部的旋轉(zhuǎn)定位有關(guān)的信號(hào)，控制裝置能夠操作成接收來(lái)自旋轉(zhuǎn)傳感器的信號(hào)并且在加工操作期間補(bǔ)償支撐件的運(yùn)動(dòng)中的不精確性。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐臂相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)動(dòng)軸承提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐臂相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)由彎曲部提供。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加工工具，其中該彎曲部能夠相對(duì)于基部沿著與基部平行的線性軸運(yùn)動(dòng)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中支撐件中的一個(gè)承載工具安裝座。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的加工工具，其中兩個(gè)工具安裝座由支撐件中的一個(gè)支撐件承載，每個(gè)工具安裝座夠能夠相對(duì)于該一個(gè)支撐件獨(dú)立于另一個(gè)工具安裝座進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加工工具，其中每個(gè)工具安裝座由第二支撐件上的相應(yīng)的支撐臂承載，每個(gè)支撐臂都能夠相對(duì)于第二支撐件繞相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的加工工具，其中每個(gè)支撐臂都安裝在共同的軸上。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中工具安裝座中的至少一個(gè)還能夠相對(duì)于該一個(gè)支撐件沿著線性軸運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中另一個(gè)支撐件布置成支撐細(xì)長(zhǎng)工件，該細(xì)長(zhǎng)工件的縱向軸處于與旋轉(zhuǎn)加工軸正交的平面內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中該工具安裝座或該工具安裝座中的一個(gè)為磨削輪主軸的形式。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的加工工具，其中該主軸的旋轉(zhuǎn)軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的加工工具，其中該主軸的旋轉(zhuǎn)軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸正交。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具，其中加工基部包括位于加工軸之間的中心支撐件，并且該加工軸安裝在支撐件的相對(duì)兩側(cè)上。
23.—種加工工具，其包括 加工基部； 第一支撐件，該第一支撐件設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第一旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上； 第二支撐件，該第二支撐件設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)加工軸上，該第二旋轉(zhuǎn)軸在相對(duì)于基部的固定位置中安裝在基部上，其中第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線與第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)； 安裝座，該安裝座由第二支撐件承載并且能夠相對(duì)于第二支撐件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；以及 控制裝置，該控制裝置能夠操作成控制第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以及安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向， 其中加工基部包括位于加工軸之間的中心支撐件，并且該加工軸安裝在支撐件的相對(duì)兩側(cè)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的加工工具，其中兩個(gè)加工軸的重量基本上由中心支撐件支撐。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或從屬于權(quán)利要求23的權(quán)利要求24所述的加工工具，其中安裝座由支撐臂支撐在第二支撐件上，支撐臂能夠相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，并且控制裝置能夠操作成控制安裝座繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)定位。
26.一種利用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟 (a)將工件安裝在一個(gè)支撐件上； (b)將切削工具安裝在另一個(gè)支撐件上； (C)旋轉(zhuǎn)支撐件以將工件的選定部分呈現(xiàn)給切削工具；以及 Cd)利用切削工具加工工件的選定部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其還包括以下步驟 Cd)沿相反的方向旋轉(zhuǎn)支撐件并且使工件和/或切削工具相對(duì)于相應(yīng)的支撐件運(yùn)動(dòng)，以使工件的第二部分與切削工具接合；以及(e)利用切削工具加工工件的第二部分。
28.一種利用根據(jù)權(quán)利要求I至25中任一項(xiàng)所述的加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟 (a)將具有縱向軸的工件安裝在一個(gè)支撐件上； (b)將磨削輪安裝在另一個(gè)支撐件上； (C)旋轉(zhuǎn)該另一個(gè)支撐件，使得磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸不與工件的縱向軸平行；以及 (d)利用磨削輪磨削工件，其中磨削輪的旋轉(zhuǎn)軸與工件的縱向軸成一角度。
29.一種利用根據(jù)權(quán)利要求I至25中任一項(xiàng)所述的加工工具加工工件的方法，其包括以下步驟 (a)將工件安裝在一個(gè)支撐件上； (b)將具有基準(zhǔn)軸線的工具安裝在另一個(gè)支撐件上；以及 (c)使第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)，并且使安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)加工軸的旋轉(zhuǎn)軸線和轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，使得通過(guò)工具在工件上加工處預(yù)定輪廓，同時(shí)保持工具的基準(zhǔn)軸線與所述表面垂直。
30.一種校正根據(jù)權(quán)利要求I至25中任一項(xiàng)所述的加工工具的方法，其包括以下步驟 (a)將激光光源安裝在一個(gè)支撐件上； (b)從該光源發(fā)射激光光束，該激光光束入射在由另一個(gè)支撐件支撐的光學(xué)器件上； (C)相對(duì)于由相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器測(cè)量的支撐件的定位監(jiān)測(cè)激光光束路徑； (d)計(jì)算定位誤差；以及 Ce)校正該控制裝置以降低誤差。
31.一種參考附圖的圖4至32基本上如本文所述的加工工具。
32.—種參考附圖的圖4至32基本上如本文所述的加工工件的方法。
33.一種參考附圖的圖4至32基本上如本文所述的校正加工工具的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加工工具，其包括加工基部(10)；設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)加工軸上的第一支撐件(200)，第一旋轉(zhuǎn)軸安裝在基部上，相對(duì)于基部處于固定位置中；設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)加工軸上的第二支撐件(202)，第二旋轉(zhuǎn)軸安裝在基部上，相對(duì)于基部處于固定位置中，其中第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線與第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行且沿側(cè)向間隔開(kāi)。安裝座由支撐臂承載在第二支撐件上，該支撐臂能夠相對(duì)于第二支撐件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸(210、232、252)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。控制裝置能夠操作成控制第一支撐件相對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向，以及安裝座相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的定向及其繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)位置，以便支配第一支撐件和安裝座相對(duì)于彼此的定位和定向。這樣，繞三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)的組合方便對(duì)第一支撐件和第二支撐件上的安裝座的相對(duì)定向的通用且精確的控制。加工基部可以包括位于加工軸(322，324)之間的中心支撐件(320)，加工軸安裝在支撐件的相對(duì)兩側(cè)上。
文檔編號(hào)B24B19/00GK102639289SQ201080052876
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
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