本公開總體上涉及借助于基本上旋轉(zhuǎn)對稱的研磨輪研磨工件、諸如非圓形工件的方法。本公開還涉及確定這種研磨方法的過程參數(shù)的方法。

背景技術：

借助于研磨輪研磨非圓形工件(在本領域中還稱為非圓工件)、諸如凸輪凸角，帶來在旋轉(zhuǎn)對稱工件的研磨操作中無法發(fā)現(xiàn)的困難。工件與研磨輪之間的接觸區(qū)域在研磨輪圍繞工件的外周/圓周經(jīng)過時持續(xù)地改變。例如在凸輪凸角的情況下，接觸區(qū)域在側翼部分中與在鼻部分或基圓部分中相比相當大。因此，將用于非圓形工件的研磨方法優(yōu)化帶來多種難處并且成功通常很大程度上取決于操作者的經(jīng)驗。通常需要多次研磨迭代以實現(xiàn)期望結果。

在現(xiàn)今使用的大多數(shù)CNC柱形磨床上，研磨輪利用與工件轉(zhuǎn)速同步的給送速度(進給和退回)水平地移動以實現(xiàn)所需工具路徑。如果工件利用恒定工件轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則瞬時研磨條件由于工件的非圓形幾何形狀而在工件轉(zhuǎn)一圈期間急劇改變。因此，工件的工件瞬時轉(zhuǎn)速在工件轉(zhuǎn)一圈期間適當?shù)馗淖円钥刂坪蜏p少瞬時研磨條件中的改變的效果。

已提出不同策略用于將凸輪凸角研磨方法優(yōu)化。這些策略包括恒定切削速率或恒定主軸功率，上述兩種策略現(xiàn)今在產(chǎn)業(yè)中廣泛使用。

US 6808438B1公開了一種方法，其中部件在最終研磨步驟期間僅旋轉(zhuǎn)一圈，并且切削深度和頭架速度在單一旋轉(zhuǎn)期間被控制，以便維持研磨輪主軸驅(qū)動電機上的基本恒定載荷。部件速度在每轉(zhuǎn)一圈期間從一點更改到另一點，以便維持恒定載荷。

US 715394B2公開了一種研磨部件、諸如凸輪的方法，包括將部件在最終研磨步驟期間僅旋轉(zhuǎn)一圈，并且在轉(zhuǎn)一圈期間控制切削深度和部件轉(zhuǎn)速，以便在最終研磨步驟期間維持基本恒定的比金屬去除率。切削深度能夠是恒定的，而工件轉(zhuǎn)速在最終研磨步驟期間更改以適應工件的任何非旋轉(zhuǎn)特征，以便維持恒定比去除率。

在上文中描述的方法與利用工件的恒定工件轉(zhuǎn)速的常規(guī)研磨相比改進生產(chǎn)率。然而，實現(xiàn)恒定切削速率或恒定主軸功率的研磨方法不考慮工件表面溫度。因此，這些方法均不提供任何控制熱損傷的手段，所述熱損傷是研磨方法就生產(chǎn)率和質(zhì)量而言的主要限制。在發(fā)生熱損傷的情況下，由過程規(guī)劃者制訂的總體策略是減小輪給送增量或減少工件轉(zhuǎn)速，上述兩種策略都會導致無法被充分優(yōu)化的研磨方法，產(chǎn)生比所需更長的循環(huán)時間。過程規(guī)劃者僅使用在上文中描述的優(yōu)化方法計算工件轉(zhuǎn)速，用于實現(xiàn)恒定切削速率或恒定主軸功率。然而，確定增量數(shù)量以及用于每個增量的切削深度仍基于試錯并且由機械穩(wěn)健主觀地選擇。

用于將非圓形工件的外周柱形研磨優(yōu)化的新策略在《CIRP年鑒-制造技術62(2013)》347-350頁中由Krajnik等著的《經(jīng)由可適應恒定溫度過程將外周非圓柱形研磨優(yōu)化》一文中提出。依照這種策略，研磨以在避免對工件造成熱損傷的情況下減少研磨循環(huán)時間為目的通過基于用于實現(xiàn)工件的恒定最大表面溫度的熱模型而選擇過程參數(shù)來優(yōu)化。

在2014年4月13日在線可用的《CIRP年鑒-制造技術》中由Krajnik等著的《凸輪凸角研磨中以高生產(chǎn)率為目的的循環(huán)優(yōu)化》一文中公開了對于基于熱模型將研磨過程優(yōu)化的策略的進一步改進。這篇文章公開了例如能夠?qū)崿F(xiàn)與恒定切削量和恒定主軸功率的過程相比相當?shù)偷拿客馆喭菇茄心r間。所述文章還公開了進入工件中的瞬時比能量取決于研磨度。此外，所述文章公開了將研磨方法的每凸輪凸角研磨時間最小化需要利用最優(yōu)數(shù)量的給送增量，所述給送增量取決于設定溫度和機械限制。

雖然很清楚所提出的以維持工件的恒定最大表面溫度為目的的控制過程參數(shù)的策略克服與熱損傷有關的問題，但是并不清楚所述策略能夠如何在產(chǎn)業(yè)上實施。此外，利用所提出的以維持恒定的工件最大表面溫度為目的的控制過程參數(shù)的策略的研磨方法不一定導致在研磨之后可接受的工件質(zhì)量。事實上，并未教導如何控制工件表面的質(zhì)量。因此需要進一步開發(fā)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工件、諸如非圓形工件的研磨方法，導致工件的高生產(chǎn)率和始終如一的質(zhì)量，以及所述研磨方法能夠在產(chǎn)業(yè)上實施。為了能夠具有完全控制工件質(zhì)量的穩(wěn)健方法，操作員或過程規(guī)劃者的主觀作用必須去除、或至少被最小化。

所述目的通過根據(jù)獨立權利要求1所述的研磨方法以及根據(jù)權利要求10所述的用于確定研磨方法的過程參數(shù)的方法來實現(xiàn)。實施方式通過從屬權利要求來限定。

本研磨方法導致由與通過控制過程參數(shù)來將研磨方法優(yōu)化以便維持恒定切削速率或恒定主軸功率相比更低的總研磨時間引起的相當高的生產(chǎn)率，同時獲得期望產(chǎn)生的工件表面質(zhì)量。此外，所述研磨方法消除工件在研磨方法期間受到熱損傷的風險。此外，本發(fā)明導致完全控制工件質(zhì)量的穩(wěn)健研磨方法。從而，在利用本方法時不必在生產(chǎn)率與質(zhì)量之間妥協(xié)。此外，所述方法消除研磨循環(huán)設計中的機械穩(wěn)健的主觀作用，從而使得過程更加穩(wěn)健，因為過程參數(shù)能夠在開始研磨之前確定。

本研磨方法基于以維持工件的預選最大表面溫度為目的控制研磨方法的策略，所述溫度小于對工件材料造成熱損傷的閾值溫度，并且本研磨方法被控制以使得所述策略在研磨循環(huán)期間盡可能多地利用。研磨方法包括適于將待去除切削量中的大部分從工件中去除的第一階段，即所謂的粗加工階段，以及適于獲得具有預期質(zhì)量的工件最終預期幾何形狀的第二階段，即所謂的精加工階段。上述兩個階段基于控制過程參數(shù)的理論，以便維持工件的基本恒定表面溫度。然而，研磨方法的過程參數(shù)事實上僅被控制以使得工件的表面溫度在第一階段中被控制，以及第二階段利用與第一階段中相同的工件轉(zhuǎn)速曲線進行但具有更小的切削深度，導致第二階段中更少的研磨并且從而導致工件更低的表面溫度。更具體地，第二階段中的研磨度被控制意味著工件的表面溫度被間接地控制。由于在第二階段中利用的研磨度總會小于在第一階段中利用的研磨度(因為其用于以實驗性確定的研磨最佳點為目標)，工件的表面溫度在第二階段中也會更低。

盡管研磨方法被控制以在研磨方法的每個階段期間維持工件的基本恒定表面溫度，事實上過程受到機械限制影響。這些機械限制可能導致取決于工件的幾何形狀對于某些旋轉(zhuǎn)角度而言降低表面溫度(這還在2014年4月13日在線可用的《CIRP年鑒-制造技術》中由Krajnik等著的《凸輪凸角研磨中以高生產(chǎn)率為目的的循環(huán)優(yōu)化》一文中示出)。然而，由于研磨方法被控制以達到最大表面溫度，所述溫度從未被超過從而在研磨期間不存在熱損傷的風險。

此外，與被控制以實現(xiàn)恒定切削速率或恒定主軸功率的研磨方法相比，根據(jù)本公開的研磨方法對于同一幾何形狀而言、特別是在工件的非圓形區(qū)段中能夠利用更高的切削速率。

本研磨方法主要開發(fā)用于借助于基本上旋轉(zhuǎn)對稱的研磨輪來研磨具有非圓形橫截面的工件軸向延伸表面，但還能夠用于研磨具有圓形橫截面的工件、即圓柱形工件。研磨方法和用于確定研磨方法的過程參數(shù)的所述方法非常適于在研磨例如凸輪凸角時使用，因為這些凸輪凸角通常具有復雜的幾何形狀。其他非圓形工件的實施例可以例如包括具有方形、矩形、橢圓形等橫截面形狀或不規(guī)則形狀的工件。本研磨方法事實上能夠在研磨具有任意幾何橫截面的工件時使用。

與在《CIRP年鑒-制造技術62(2013)》347-350頁中由Krajnik等著的《經(jīng)由可適應恒定溫度過程將外周非圓柱形研磨優(yōu)化》一文中以及在2014年4月13日在線可用的《CIRP年鑒-制造技術》中由Krajnik等著的《凸輪凸角研磨中以高生產(chǎn)率為目的的循環(huán)優(yōu)化》公開的策略相比，本研磨方法不僅被控制以維持恒定最大表面溫度，而且被分隔成相關的兩個單獨的階段。在研磨方法的兩個階段中，過程參數(shù)基于控制所述方法的策略被控制以維持工件的恒定表面溫度。然而，兩個階段適于實現(xiàn)不同目的，第一階段主要以最高可能生產(chǎn)率為目標，以及第二階段主要以所得工件的最高質(zhì)量為目標。事實上，根據(jù)本公開的研磨方法被開發(fā)以在第一研磨階段期間控制預選最大表面溫度，而在第二研磨階段中，所述方法被控制以通過控制研磨度來實現(xiàn)工件的期望表面質(zhì)量。然而，研磨方法的兩個階段利用同一工件轉(zhuǎn)速。此外，本研磨方法不僅被開發(fā)以將研磨分隔成兩個單獨的階段，即粗加工階段和精加工階段，而且相應階段相對于彼此被優(yōu)化以實現(xiàn)在研磨之后具有期望始終如一的所得工件質(zhì)量的最短研磨循環(huán)時間。本方法還能夠分別確定第一和第二階段中的每個的切削量，以便將研磨方法充分優(yōu)化。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供借助于圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的基本上旋轉(zhuǎn)對稱的研磨輪研磨工件、諸如非圓形工件的所述方法，以及所述方法包括在第一階段和第二階段中研磨工件，其中所述第一階段中的工件轉(zhuǎn)速曲線被控制以在所述第一階段期間維持工件的預選最大表面溫度，工件在第二階段中的工件轉(zhuǎn)速曲線被控制以與工件在第一階段中的工件轉(zhuǎn)速曲線相同，以及其中工件在所述第二階段中的研磨通過控制所述第二階段的研磨度來執(zhí)行，以便通過所述第二階段中的預選數(shù)量的增量來實現(xiàn)預期最終表面質(zhì)量。

出于實際原因，優(yōu)選的是，切削深度在第一階段期間對于工件每轉(zhuǎn)一圈而言保持恒定。此外，優(yōu)選的是，切削深度在第二階段期間對于工件每轉(zhuǎn)一圈而言保持恒定。

第二階段中的研磨度可以通過控制所述第二階段中的切削深度來適當?shù)乜刂?。通過控制切削深度來控制研磨度與例如控制輪速以實現(xiàn)同一目的相比容易得多。

第一階段中的切削深度和增量數(shù)量可以被適當?shù)乜刂?，以便基于工件的預選最大表面溫度以及計算出的工件轉(zhuǎn)速曲線而將研磨時間最小化。

用于第一階段和第二階段的工件轉(zhuǎn)速曲線、第一階段中的增量數(shù)量、第一階段期間的用于每個增量的切削深度以及第二階段中的用于每個增量的切削深度可以通過利用用于第一階段的工件的預選最大表面溫度、第二階段期間的預選期望數(shù)量的增量以及為實現(xiàn)研磨最佳點而實驗性確定的研磨度迭代第一和第二階段來適當?shù)卮_定。

本研磨方法可以用于柱形研磨機，其中研磨輪適于圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上與工件的旋轉(zhuǎn)軸線平行并且從而與研磨機的頭架平行。

鑒于機械動力學，為了容易地控制研磨方法，研磨輪的轉(zhuǎn)速可以適當?shù)貙τ诘谝缓蛯τ诘诙A段而言相同。因此，工件與研磨輪之間的相對速度通過控制工件瞬時轉(zhuǎn)速來控制。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種確定如上文所公開的研磨方法的過程參數(shù)的方法。確定過程參數(shù)的所述方法包括通過以下步驟來迭代研磨方法的第一和第二階段：

a.選擇將要從工件中去除的總切削量作為在第一階段中去除的切削量；

b.利用第一階段中的每個增量的對應切削深度計算第一階段中的增量數(shù)量，以實現(xiàn)在第一階段中去除的切削量，同時控制工件瞬時轉(zhuǎn)速，以維持預先選擇的工件最大表面溫度；

c.根據(jù)在步驟b中獲得的第一階段中的增量數(shù)量以及工件瞬時轉(zhuǎn)速計算研磨循環(huán)時間；

d.在步驟c中獲得的研磨循環(huán)時間等于或小于在第一階段中研磨循環(huán)少包括一個增量所實現(xiàn)的研磨時間的情況下，重復步驟b和c以進行多包括一個附加增量的研磨循環(huán)，直到所獲得的研磨時間大于用于少包括一個增量的研磨循環(huán)的研磨時間，從而獲得計算出的用于第一階段的工件瞬時轉(zhuǎn)速、計算出的用于第一階段的增量數(shù)量以及計算出的用于第一階段中的每個增量的切削深度；

e.利用從步驟d中獲得的計算出的工件瞬時轉(zhuǎn)速、第二階段中的預選數(shù)量的增量以及預先確定的與第二階段期間的切削深度對應的第二階段的研磨度來計算第二階段的切削量；

f.通過從工件中的總切削量中減去第二階段中的切削量來計算第一階段中的切削量；

g.利用在步驟f中獲得的第一階段的切削量重復步驟b至f，直到與第一和第二階段的先前迭代中相同的用于第一階段的切削量在步驟f中得以實現(xiàn)；

由此確定工件瞬時轉(zhuǎn)速、第一階段中的增量數(shù)量(n₁)、第一階段中的每個增量中的切削深度(a_e1)以及第二階段中的每個增量中的切削深度(a_e2)。

被確定的工件瞬時轉(zhuǎn)速、第一階段中的增量數(shù)量(n₁)、第一階段中的每個增量中的切削深度(a_e1)以及第二階段中的每個增量中的切削深度(a_e2)可以接下來被編制到研磨機的電子控制單元中，從而使得電子控制單元能夠控制研磨機的操作以實現(xiàn)如上文所公開的研磨方法。鑒于以下事實，過程參數(shù)能夠如上文描述地確定，研磨機的操作員無需依賴他的經(jīng)驗或多次測試以將研磨方法優(yōu)化。因此，具有期望的所得工件質(zhì)量的高生產(chǎn)率能夠容易地獲得。

在上文中所公開的迭代優(yōu)選地利用用于第一和第二階段的研磨輪的恒定輪速進行，即包括第一和第二階段的總研磨循環(huán)期間的輪速優(yōu)選地保持恒定。

在上文中所公開的迭代優(yōu)選地利用用于第一階段期間的每個增量的恒定切削深度進行。在上文中所公開的迭代優(yōu)選地利用用于第二階段期間的每個增量的恒定切削深度進行。然而，第二階段期間的切削深度優(yōu)選地小于第一階段期間的切削深度。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于確定研磨方法的過程參數(shù)的計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼，所述程序代碼用于執(zhí)行如上文所公開的用于確定過程參數(shù)的所述方法的所述方法步驟。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于確定研磨方法的過程參數(shù)的計算機程序，所述計算機程序包括存儲在計算機可讀介質(zhì)上的程序代碼，所述程序代碼用于執(zhí)行如上文所公開的用于確定過程參數(shù)的所述方法的所述方法步驟。計算機程序還可以設置成將確定的過程參數(shù)提供給電子控制單元或連接到電子控制單元或適于與電子控制單元通信的另一計算機。

電子控制單元能夠例如是研磨機的電子控制單元，所述電子控制單元適于控制參數(shù)諸如研磨輪的速度、研磨輪的進給以及適于將工件旋轉(zhuǎn)的頭架的瞬時轉(zhuǎn)速、以及增量數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種計算機程序制品，所述計算機程序制品包含存儲在計算機可讀介質(zhì)上的程序代碼，所述程序代碼用于當所述計算機程序在電子控制單元或連接到電子控制單元或適于與電子控制單元通信的另一計算機上運行時執(zhí)行確定如上文所公開的研磨方法的過程參數(shù)的所述方法。

附圖說明

圖1示意性地展示凸輪凸角的橫截面圖，

圖2示意性地展示凸輪凸角和研磨輪在研磨方法期間的橫截面圖，

圖3示意性地展示優(yōu)化算法的流程圖，示出研磨方法的第一和第二階段的迭代，

圖4展示用于進入工件中的比能量的特征曲線以及用于研磨方法的第一和第二階段的工件表面溫度曲線相對于對應研磨度的一個實施例，以及

圖5示意性地展示包括根據(jù)實施方式的計算機程序的裝置。

具體實施方式

在下文中，研磨方法將會參照附圖詳細描述。然而，研磨方法不受限于所公開和所討論的實施方式，而是可以利用所附權利要求的范圍改變。此外，附圖不應被認為按比例繪制，因為某些特征可能被夸張，以便更清晰地展示所述特征。

本發(fā)明涉及研磨工件的軸向延伸的徑向外表面。盡管其可以用于具有任何類型形狀的工件，例如圓形橫截面，但其主要被開發(fā)用于研磨包含非圓形橫截面的工件，即形狀不是圓柱形的部件。在這方面而言，非圓形橫截面意味著工件的半徑在工件的不同旋轉(zhuǎn)角度之間改變。然而，工件可以具有圓形的部分并且因此在所述部分中具有恒定半徑，但工件包括半徑與其他部分的半徑不同的至少一部分。工件的幾何形狀因此是非旋轉(zhuǎn)對稱的。這些類型的工件幾何形狀在本領域中通常被稱為非圓。

圖1展示這種工件的一個實施例的橫截面圖，所述工件具有呈凸輪凸角1形式的非圓形橫截面。在所展示的實施例中，凸輪凸角1包括根部處的基圓部分2，兩個側翼部分3和鼻部分4。在基圓部分中，半徑恒定。然而，側翼部分3具有與基圓部分不同的半徑并且甚至可以基本上筆直或?qū)嵸|(zhì)上凹進。凸輪凸角的幾何橫截面形狀與在實施例中展示的相比能夠復雜得多。例如，其可以包括一個以上鼻部分或可以包括凹入部分。

圖2示意性地展示研磨輪5的一部分以及凸輪凸角1的一部分在研磨期間的橫截面圖。在所展示的實施例中，工件的旋轉(zhuǎn)軸線1a與研磨輪5的旋轉(zhuǎn)軸線5a平行，以及工件和研磨輪相對于彼此沿相反方向旋轉(zhuǎn)。借助于工件的旋轉(zhuǎn)，研磨輪能夠利用水平進給控制并且無需圍繞工件旋轉(zhuǎn)。研磨輪的進給被調(diào)節(jié)到如圖所示的切削深度a_e。

盡管在圖2展示的實施例中，研磨通過研磨輪的徑向外周執(zhí)行，但其也可以在背離本發(fā)明的情況下利用輪側面執(zhí)行。

依照本研磨方法，工件瞬時轉(zhuǎn)速被控制以實現(xiàn)特定目的，即在第一研磨階段期間實現(xiàn)工件的恒定最大表面溫度。工件轉(zhuǎn)速對于工件的所有旋轉(zhuǎn)而言、即對于所有增量而言是相同的，但在特定旋轉(zhuǎn)內(nèi)瞬時改變以適應工件與研磨輪之間的接觸區(qū)域的改變的幾何形狀。這意味著在工件轉(zhuǎn)一圈期間，工件轉(zhuǎn)速在一點與另一點之間不同。工件瞬時轉(zhuǎn)速因此涉及一個特定點中的工件轉(zhuǎn)速并且在研磨方法期間適應研磨條件中的差別。用于工件的每個旋轉(zhuǎn)角度的工件瞬時轉(zhuǎn)速因此形成工件轉(zhuǎn)速曲線。

此外，依照本研磨方法，工件瞬時轉(zhuǎn)速在第一階段中與在第二階段中相同。這被認為意味著在與研磨輪接觸時，工件轉(zhuǎn)速對于工件的同一旋轉(zhuǎn)角度而言將會基本上相同。也就是說，在工件的特定點經(jīng)過研磨輪時，工件轉(zhuǎn)速將會在每轉(zhuǎn)一圈中相同。因此，工件轉(zhuǎn)速曲線將會在研磨方法的第一和第二階段中相同。

盡管第二研磨階段利用同一工件轉(zhuǎn)速執(zhí)行，但研磨在控制研磨度以指向研磨最佳點的同時執(zhí)行。第二階段中的研磨度從而將會小于第一階段的研磨度，因為第一階段的主要目的是在避免對工件造成熱損傷的同時在盡可能短的時間中去除盡可能多的切削量。由于第二階段在研磨度更小的同時利用維持恒定表面溫度的同一策略執(zhí)行，工件的表面溫度與第一階段相比在第二階段中也將會更低。因此，不存在對工件造成熱損傷的風險。

依照本研磨方法，第二階段的研磨度被控制，以便指向研磨最佳點。優(yōu)選的是，如將會在下文中描述的，研磨度通過控制第二階段中的切削深度來控制。關鍵的是在第二階段中選擇適當研磨度用于實現(xiàn)期望的所得質(zhì)量。例如，如果將會在第二階段期間利用能夠?qū)⒀心テ频阶罴腰c下方的過小切削深度，則可能存在進入材料中的比能量過高的風險，這繼而可能導致對材料造成熱損傷并且從而導致低劣的質(zhì)量(繼而導致生產(chǎn)率降低，因為工件質(zhì)量將會不可接受)。這例如能夠在將空間留給操作員或過程規(guī)劃員以利用他的經(jīng)驗來確定任何過程參數(shù)的研磨方法中產(chǎn)生風險?？紤]一種假設案例，其中研磨方法將會利用的粗加工階段，其中將會使用由Krajnik等提出的恒定溫度策略，隨后是將會受到由操作員或過程規(guī)劃員設計影響的精加工階段，這種研磨方法將不會產(chǎn)生可重復且始終如一的工件質(zhì)量并且與本發(fā)明相比可能導致生產(chǎn)率的損失。如上文描述的，其還可能在將會由操作員選擇過小的切削深度的情況下受到熱損傷風險影響。然而，依照用于研磨以及確定過程參數(shù)的本方法，操作員或過程規(guī)劃員的主觀作用得以去除。因此，本發(fā)明確保實現(xiàn)始終如一的期望質(zhì)量。

鑒于以下事實，即研磨方法的第二階段中的研磨度被控制，以便指向預期表面質(zhì)量，即研磨最佳點，本研磨方法確保穩(wěn)健且高能力且可重復的過程。這是因為研磨總是在最佳點或接近最佳點執(zhí)行，導致工件表面質(zhì)量的偏差非常小。這繼而導致非常高過程能力指數(shù)(cpk)。

在本文中所公開的研磨方法通過如上文所公開的研磨工件來執(zhí)行。因此，其涉及研磨工件的外周表面，其中工件借助于頭架圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。研磨輪圍繞例如可以基本上與工件的旋轉(zhuǎn)軸線平行的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。過程被分隔成兩個單獨然而相關的階段，其中第一階段適于在指向最高可能生產(chǎn)率的同時將待去除的切削量中的大部分從工件中去除，以及第二階段適于僅去除總切削量的一小部分并且適于以工件的預期表面質(zhì)量、例如表面粗糙度為目標。

在下文中，將會描述研磨方法的控制背后的理論思考。所涉及的技術基于在2014年4月13日在線可用的《CIRP年鑒-制造技術》中由Krajnik等著的《凸輪凸角研磨中以高生產(chǎn)率為目的的循環(huán)優(yōu)化》一文中給出的信息，所述文章以其全文通過引用結合在本文中。然而Krajnik等并未公開利用研磨過程的第一和第二階段，以及這些階段中的每個應當被如何控制。

就工件的復雜幾何形狀而言，工件的外周形態(tài)應當被確定并且可以適當?shù)乇欢x為連續(xù)函數(shù)。實際上，幾何形狀能夠經(jīng)由圍繞工件圓周的跟隨器中心路徑利用升降臺確定。所使用的離散數(shù)據(jù)點由雙變量對組成，所述雙變量對包括跟隨器中心角度以及工件與為工件旋轉(zhuǎn)角度的每一度限定的跟隨器中心之間的距離。從而，360個輸入?yún)?shù)能夠用于將幾何形狀建模。

在研磨期間，由于工件的非圓形形式，工件與研磨輪的接觸區(qū)域的幾何形狀與工件旋轉(zhuǎn)角度一起改變。接觸區(qū)域的幾何形狀可以就瞬時接觸長度lc,i而言表達為：

其中r_s是研磨輪的半徑，以及a_e是切削深度。

考慮到切削深度a_e在研磨方法的一個階段中對于每個給送增量而言是恒定的，所述切削深度實際上能夠通過將所述階段中的總切削量δ除以給送增量n來計算，所述給送增量就是對于研磨方法的階段而言工件為達到預期工件形態(tài)的轉(zhuǎn)圈數(shù)量。工件的曲率半徑R_0,i用于每個第i次接觸點中的工件幾何形狀的圓形近似。

研磨動能的主要參數(shù)是瞬時相對工件速度v_w,i，其被定義為：

其中d_ws,i是研磨輪的旋轉(zhuǎn)中心與工件之間的距離，ψ_0,i是接觸角度，以及ω_i是工件角速度。所得瞬時單位切削速率Q'_w,i接下來能夠被計算為：

Q'_w,i＝a_ev_w,i

熱建模(基于具有三角形熱通量的移動熱源理論)適于研磨非圓形工件，其中最大表面溫度θ_m,i：

其中k是導熱系數(shù)，ρ是密度，c_p是工件材料的單位熱。進入工件中的瞬時比能量e_w取決于研磨度aggr_i(還能夠參照通過引用結合到本文中的《CIRP年鑒-制造技術，58(1)，2009》第307-310頁由Badger著的《在研磨中影響輪磨損的因素》)：

由于aggr_i的值較小，恒定C_aggr可以適當?shù)卦谏a(chǎn)中利用以給出更實用的值。利用106的C_aggr給出更實用的值，通常為10至120左右。

研磨度aggr是無量綱的并且與最大切削厚度成正比。然而，其避免估算通常難以確定的切割點密度和切削形狀因子。此外，其優(yōu)點在于僅取決于能夠在用于研磨方法的機械上更改的參數(shù)(例如研磨輪的速度v_s)。因此，研磨度適于在工業(yè)實施中利用。用于比能量e_w的特征曲線就研磨度aggr_i而言給出：

其中e_w0是進入工件中的比能量的不變量，C_w是恒定的，以及μ是指數(shù)。這些值以及從而用于進入工件中的比能量的特征曲線被實驗性并且取決于工件的材料以及所使用的研磨輪確定。《CIRP年鑒-制造技術62(2013)》第347-350頁由Krajnik等著的《經(jīng)由適當?shù)暮愣囟冗^程優(yōu)化外周非圓柱形研磨》中公開了如何執(zhí)行這種實驗性測試，以及其因此將不會在本公開中被進一步描述。用于比能量的特征曲線有助于確定研磨最佳點并且從而確定適于研磨方法的第二階段的研磨度。

被實驗性確定的進入工件中的比能量的特征曲線用于確定研磨最佳點并且從而確定用于研磨方法的第二階段的研磨度?；谶@個特征曲線，研磨最佳點研磨度aggr_gss被計算為：

為工件表面溫度給出最小值，無論所利用的切削深度(如圖4所示)。

用于確定進入工件中的比能量的特征曲線的試驗性測試僅是為了準確校準依照本研磨方法的研磨方法所需的試驗性測試。這種試驗性測試對于工件材料以及所選定的研磨輪的每個組合而言僅需進行一次。因此，機械的操作員無需依賴他的經(jīng)驗以進一步設計研磨方法以便優(yōu)化所述研磨方法，而是能夠使用如將會在下文中描述的迭代結果以操作研磨機。

工件θ*的恒定設定表面溫度的計算通過下式給出：

其中aggr*＝aggr*(θ*,n)是維持工件θ*的設定表面溫度所需的研磨度?；谠谏衔闹薪o出的研磨度的定義，工件為實現(xiàn)θ*的角速度ω_i能夠被計算為：

其中對應工件轉(zhuǎn)速n_w,i＝30ω_i/π。這個速度是理想的，并且不考慮機械限制。對于本領域中的技術人員而言顯然的是，在實際生產(chǎn)中，n_w,i的實現(xiàn)受到與頭架(包括最大角速度ω_max、最大角加速度α_max、以及最大角急動度j_max)和輪頭部(最大進給v_fa,max，最大加速度α_fa,max和最大急動度j_fa,max)有關的諸多機械限制影響。急動度限制加速度方面的改變并且使速度曲線更平滑。

此外，鑒于機械限制，盡管本研磨方法的第一階段中的研磨被控制以維持恒定設定最大表面溫度，但工件的表面溫度可能會在工件轉(zhuǎn)一圈的一小部分期間低于設定溫度。然而，工件的表面溫度絕不會高于設定最大表面溫度并且從而不存在對工件造成熱損傷的風險。

盡管控制研磨以便對于整個研磨循環(huán)而言維持工件的設定最大表面溫度的策略將會給出較短的循環(huán)時間并且因此給出較高的生產(chǎn)率，但工件的表面質(zhì)量對于工件的多種應用而言可能會是不可接受的。因此，需要在兩個階段中執(zhí)行研磨，第一研磨階段適于去除大部分切削量，以及第二階段適于實現(xiàn)工件的期望精加工質(zhì)量。本研磨方法從而被開發(fā)以包括兩個研磨階段，粗加工階段和精加工階段。先前已知利用適于維持恒定切削速率或恒定主軸功率的研磨方法在兩個階段中執(zhí)行研磨。然而，如先前所公開的，這些方法不考慮工件的表面溫度。此外，這些現(xiàn)有技術的方法不考慮優(yōu)化增量數(shù)量(以及每個增量中的對應切削深度)?，F(xiàn)有技術的方法從而未被完全優(yōu)化，以及研磨循環(huán)受到由操作員設計特定量的循環(huán)影響。與此相反，本研磨方法是完全穩(wěn)健的并且不依賴于操作員的經(jīng)驗，而是允許增量的最優(yōu)數(shù)量在不進行試錯測試的情況下被確定。研磨方法能夠通過確定增量的最優(yōu)數(shù)量來優(yōu)化，所述增量的最優(yōu)數(shù)量是根據(jù)現(xiàn)有技術在設計研磨循環(huán)時通常被忽略的參數(shù)。如將會在下文中進一步公開，過程參數(shù)通過用于確定過程參數(shù)的方法來確定。本研磨方法還克服與熱損傷有關的問題并且導致工件的高生產(chǎn)率以及高質(zhì)量。

本研磨方法的第一研磨階段被控制以維持工件的預選(設定)最大表面溫度。這種預選最大表面溫度基于工件材料的屬性設定并且自然地低于材料的熱損傷閾值(通常與工件材料的回火溫度有關)。以維持預選最大表面溫度為目的控制第一階段中的研磨通過控制工件每轉(zhuǎn)一圈期間的工件瞬時轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。工件每轉(zhuǎn)一圈(即每個增量)期間的切削深度在第一研磨階段期間在每個增量期間以及在不同增量之間是恒定的。

理論上，可以在第一與第二階段之間包括第三階段，所述第三階段利用與第一階段的研磨度相比較低但與第二階段的研磨度相比較高的研磨度執(zhí)行。然而，這種過程將會非常難以實施，因為用于每個階段的增量數(shù)量都要被確定并且被優(yōu)化，以便實現(xiàn)總研磨循環(huán)中的最高可能生產(chǎn)率以及最高工件質(zhì)量。因此，在研磨方法的第一階段之后并且在第二階段之間包括附加階段是不實際的。

本研磨方法的第二研磨階段適于指向研磨最佳點，以及用于第二階段的研磨度從而由此被選擇。在第二研磨階段期間，工件瞬時轉(zhuǎn)速被選擇為與在第一研磨階段中相同。盡管理論上可以通過從與將工件瞬時轉(zhuǎn)速在第一研磨階段中保持為與在第二研磨階段中相同相比不同的角度而言將過程優(yōu)化來實現(xiàn)相同期望結果，這是從機械角度而言唯一可行的解決方案，因為研磨機的常規(guī)CNC系統(tǒng)被設計以利用用于每個增量的同一工件轉(zhuǎn)速。依照本研磨方法，對于第二階段而言與第一階段相比減少的研磨度通過與第一階段相比在第二階段中減少切削深度來實現(xiàn)，諸如以實現(xiàn)用于指向研磨最佳點的期望研磨度。第二階段中減少的研磨度可以替代地通過改變研磨輪轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。然而，實際上這將會是非常困難的，因為研磨方法是非常迅速的過程，以及研磨機具有特定限制。因此，為了能夠在產(chǎn)業(yè)上實施研磨方法，研磨輪轉(zhuǎn)速對于第一和第二研磨階段而言保持恒定。

借助于本研磨方法將每個工件的總研磨時間最小化能夠通過利用最優(yōu)給送增量數(shù)量來實現(xiàn)。所述最優(yōu)給送增量數(shù)量取決于預選最大表面溫度以及用于執(zhí)行研磨的機械的機械限制。例如，用于第一研磨階段的最優(yōu)增量數(shù)量的隨著將設定最大表面溫度增大而減小。最優(yōu)增量數(shù)量還取決于工件的幾何形狀。為此，給送增量數(shù)量對于每個特定情況而言、即對于將會被研磨的工件以及所利用的研磨輪的每個組合而言被確定。如將會在下文中描述的，可以通過基于上文中給出的理論迭代兩個研磨階段來確定給送增量數(shù)量。

實際上，研磨方法的參數(shù)能夠參照圖3中示出的流程圖通過迭代如在下文中公開的研磨方法的第一階段和第二階段來確定。

在開始迭代研磨方法的第一和第二階段之前，選擇工件的期望最大表面溫度。這個最大溫度被設定成低于工件材料的熱閾值。此外，用于進入工件中的比能量的特征曲線被實驗性確定，以及研磨最佳點根據(jù)所述曲線確定，從而給出用于第二階段的研磨度。此外，期望的精加工增量數(shù)量被選擇。通常，精加工增量數(shù)量，即第二階段中的增量數(shù)量，出于實際原因?qū)且粋€、兩個或三個。應當注意到的是，相應階段中的切削量不是預選的，而是將會通過迭代第一和第二階段來確定，諸如以在研磨之后實現(xiàn)期望的工件質(zhì)量的同時提供最高生產(chǎn)率。

接下來，第一和第二階段的過程參數(shù)通過迭代(迭代研磨方法的第一和第二階段)來確定。

在初始迭代中(迭代指數(shù)m＝0)，在研磨循環(huán)期間將要從工件中去除的總切削量δ(輸入)被作為在第一階段中去除的切削量δ₁⁽⁰⁾。

研磨方法的第一階段的迭代接下來基于工件的預選恒定最大表面溫度的策略進行，以便將用于總研磨循環(huán)的時間最小化。更具體地，計算用于第一階段的增量數(shù)量n₁(輸出)和對應切削深度a_e1(輸出)，以便實現(xiàn)最小研磨時間，同時控制工件每轉(zhuǎn)一圈期間的工件瞬時轉(zhuǎn)速(輸出)(即工件轉(zhuǎn)速曲線)，以維持預選恒定最大表面溫度(輸入)。

此后，用于第一階段的研磨時間循環(huán)t_j在第一階段中的增量數(shù)量n₁＝j的情況下計算，以及如果等于或小于在少一個增量的情況下的研磨時間t_j-1，則用于第一階段的迭代利用一個附加增量重復。在計算出的用于j個增量的研磨時間不等于或小于用于j-1個增量的研磨時間的情況下，迭代研磨方法的第二階段。

通過第一研磨階段的迭代計算出的工件轉(zhuǎn)速接下來被用來計算用于實現(xiàn)預選最佳點研磨度(輸入)所必需的研磨方法的第二階段的切削深度a_e2(輸出)。因此，研磨方法的第二階段適于在利用與研磨方法的第一階段相同的工件瞬時轉(zhuǎn)速的情況下執(zhí)行。

在此應當注意到的是，與最佳點有關的研磨度總是小于第一階段中的研磨度。因此，工件的表面溫度在第二階段中將會總是小于在第一階段中。

接下來，基于第二階段中的預選數(shù)量的增量以及計算出的用于第二階段的切削深度a_e2，用于第二階段總切削量δ₂得以確定。

基于所獲得的δ₂值，用于第一階段的切削量δ₁通過從總切削量δ中減去δ₂來確定。

第一研磨階段和第二研磨階段的迭代接下來重復直到所獲得的用于第(m+1)次迭代的δ₁等于第m次迭代的δ₁。

鑒于以下事實，增量數(shù)量必須總是整數(shù)(因為工件的整個表面將被研磨)，迭代方法在第(m+1)次迭代中實現(xiàn)與在第m次迭代中相同的用于第一階段的增量數(shù)量n₁時終止。

圖4展示用于進入工件中的比能量的特征曲線的實施例，所述工件在這種情況下是凸輪凸角。在圖4中示出的結果通過CBN輪以及常規(guī)使用的用于凸輪凸角的材料來獲得。曲線用來確定研磨最佳點以及用于研磨方法的第二階段的對應研磨度(在這種情況下約40)。所述研磨度接下來用來進行在上文中規(guī)定的迭代。圖4還展示工件表面溫度相對于第一階段的研磨度以及第二階段的研磨度。

因此，用于確定研磨方法的過程參數(shù)的方法包括通過以下步驟來迭代研磨方法的第一和第二階段：

a.選擇將要從工件中去除的總切削量(δ)作為在第一階段中去除的切削量(δ₁)(S1)；

b.利用第一階段中的每個增量的對應切削深度(a_e1)計算第一階段中的增量數(shù)量(n₁)，以實現(xiàn)在第一階段中去除的切削量(δ₁)，同時控制工件瞬時轉(zhuǎn)速，以維持工件的預選最大表面溫度(θ*)(S2)；

c.根據(jù)在步驟b中獲得的第一階段中的增量數(shù)量(n₁)以及工件瞬時轉(zhuǎn)速計算研磨循環(huán)時間(t_j)(S3)；

d.在步驟c中獲得的研磨循環(huán)時間(t_j)等于或小于在第一階段中研磨循環(huán)少包括一個增量所實現(xiàn)的研磨時間(t_j-1)的情況下，重復步驟b和c以進行多包括一個附加增量的研磨循環(huán)，直到所獲得的研磨時間大于用于少包括一個增量的研磨循環(huán)的研磨時間，從而獲得用于第一階段的計算出的工件瞬時轉(zhuǎn)速、用于第一階段的計算出的增量數(shù)量(n₁)以及用于第一階段中的每個增量的計算出的切削深度(a_e1)(S4)；

e.利用從步驟d中獲得的計算出的工件瞬時轉(zhuǎn)速、第二階段中的預選數(shù)量(n₂)的增量以及預先確定的與第二階段期間的切削深度(a_e2)對應的第二階段的研磨度來計算第二階段的切削量(δ₂)(S5)；

f.通過從工件的總切削量(δ)中減去第二階段中的切削量(δ₂)來計算第一階段中的切削量(δ₁)(S6)；

g.利用在步驟f中獲得的第一階段的切削量(δ₁)重復步驟b至f，直到與在第一和第二階段(S7)的先前迭代中相同的用于第一階段的切削量(δ₁)在步驟f中實現(xiàn)；

由此確定工件瞬時轉(zhuǎn)速、第一階段(n₁)中的增量數(shù)量、第一階段中的每個增量中的切削深度(a_e1)以及第二階段中的每個增量中的切削深度(a_e2)。

上文中的迭代通過計算機程序適當?shù)貓?zhí)行，所述計算機程序包括適于執(zhí)行迭代的程序代碼。計算機程序能夠在相對于研磨機的單獨計算機上運行，以及所獲得的參數(shù)、即輸出能夠被編制到常規(guī)研磨機的控制構件(適于控制研磨機)中。替代地，參數(shù)通過任何常規(guī)通信構件傳遞并且提供給適于控制研磨機的控制構件。還可以將計算機程序結合到計算機或與研磨機有關的電子控制單元、適于間接地或直接地控制研磨機的操作的電子控制單元中。

利用研磨方法以及用于確定根據(jù)本公開的研磨方法的過程參數(shù)的所述方法執(zhí)行的測試已示出與利用同一研磨機的恒定切削量或恒定主軸功率的先前已知過程相比在實施時可以將過程生產(chǎn)率增加約30％至50％。此外，本研磨方法給出可重復且始終如一的工件質(zhì)量，這在采用依賴基于操作員或過程規(guī)劃員的經(jīng)驗的研磨循環(huán)設計的研磨方法的情況下是不可能的。

研磨方法不限于在上文中所描述的特定實施方式，而是可以在所附權利要求的保護范圍內(nèi)改變。

例如，研磨方法可以在期望不脫離本發(fā)明的保護范圍的情況下可選地包括所謂的清磨步驟。在這種清磨步驟中，不施加給送，因此研磨輪上的任何載荷存儲和工件得以去除。

此外，如在本文中公開的研磨方法能夠用于常規(guī)研磨機或用于同一目的的設備，并且不限于特定研磨機等。

圖5是示例性裝置500的示意圖。研磨機的電子控制單元可以例如包括示例性裝置500，或裝置可以是相對于研磨機的單獨單元。裝置500包括非易失性存儲器520、數(shù)據(jù)處理單元510和讀/寫存儲器550。非易失性存儲器520具有第一存儲器元件530，計算機程序、例如操作系統(tǒng)存儲在所述第一存儲器元件中，用于控制裝置500的功能。裝置500還可以包括總線控制器、串行通信端口、I/O構件、A/D轉(zhuǎn)換器、時間和日期輸入和傳遞單元、事件計數(shù)器和中斷控制器(未描繪)。非易失性存儲器520還具有第二存儲器元件540。

提供一種計算機程序P，所述計算機程序包括用于確定研磨方法的過程參數(shù)的程序段，所述研磨方法用于研磨圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的非圓形工件，所述工件借助于基本上旋轉(zhuǎn)對稱的研磨輪研磨，研磨方法包括第一階段和第二階段，其中過程參數(shù)通過以下步驟迭代研磨方法的第一和第二階段來確定：

a.選擇將要從工件去除的總切削量(δ)作為在第一階段中去除的切削量(δ₁)；

b.利用第一階段中的每個增量的對應切削深度(a_e1)計算第一階段中的增量數(shù)量(n₁)，所述增量用于實現(xiàn)在第一階段中去除的切削量(δ1)，同時控制工件瞬時轉(zhuǎn)速，以維持工件的預選最大表面溫度(θ*)；

c.根據(jù)第一階段中的增量數(shù)量以及在步驟b中獲得的工件瞬時轉(zhuǎn)速計算研磨循環(huán)時間(t_j)；

d.在步驟c中獲得的研磨循環(huán)時間(t_j)等于或小于在第一階段中研磨循環(huán)少包括一個增量所實現(xiàn)的研磨時間(t_j-1)的情況下，重復步驟b和c以進行多包括一個附加增量的研磨循環(huán)，直到所獲得的研磨時間大于用于少包括一個增量的研磨循環(huán)的研磨時間，從而獲得計算出的用于第一階段的工件瞬時轉(zhuǎn)速、計算出的用于第一階段的增量數(shù)量(n₁)以及計算出的用于第一階段中的每個增量的切削深度(a_e1)；

e.利用從步驟d中獲得的計算出的工件瞬時轉(zhuǎn)速、第二階段中的預選數(shù)量(n₂)的增量以及預先確定的與第二階段期間的切削深度(a_e2)對應的第二階段的研磨度來計算第二階段的切削量(δ₂)；

f.通過從工件的總切削量(δ)中減去第二階段中的切削量(δ₂)來計算第一階段中的切削量(δ₁)；

g.利用在步驟f中獲得的第一階段的切削量(δ₁)重復步驟b至f，直到用于第一階段的與第一和第二階段的先前迭代中相同的切削量(δ₁)在步驟f中得以實現(xiàn)；

從而確定工件瞬時轉(zhuǎn)速、第一階段(n₁)中的增量數(shù)量、第一階段中的每個增量的切削深度(a_e1)以及第二階段中的每個增量中的切削深度(a_e2)。

計算機程序還可以設置成將確定的過程參數(shù)提供給電子控制單元或連接到電子控制單元或適于與電子控制單元通信的另一計算機。

計算機程序可以以壓縮的可執(zhí)行形式存儲在存儲器560中和/或讀/寫存儲器550中。

在數(shù)據(jù)處理單元510被描述為執(zhí)行特定功能的情況下，這意味著數(shù)據(jù)處理單元510實現(xiàn)存儲在存儲器560中的程序的特定部分或存儲在讀/寫存儲器550中的程序的特定部分。

數(shù)據(jù)處理裝置510能夠經(jīng)由數(shù)據(jù)總線515與數(shù)據(jù)端口599通信。非易失性存儲器520適于經(jīng)由數(shù)據(jù)總線512與數(shù)據(jù)處理單元510通信。單獨的存儲器560適于經(jīng)由數(shù)據(jù)總線511與數(shù)據(jù)處理單元510通信。讀/寫存儲器550適于經(jīng)由數(shù)據(jù)總線514與數(shù)據(jù)處理單元510通信。

當數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)端口599上被接收時，所述數(shù)據(jù)被臨時存儲在第二存儲器元件540中。當接收的輸入數(shù)據(jù)已被臨時存儲時，數(shù)據(jù)處理單元510準備好實現(xiàn)如上文描述的代碼執(zhí)行。

在本文中所描述的所述方法的一部分可以借助于數(shù)據(jù)處理單元510通過裝置500實現(xiàn)，所述數(shù)據(jù)處理單元運行存儲在存儲器560或讀/寫存儲器550中的程序。當裝置500運行程序時，在本文中所描述的方法被執(zhí)行。

本發(fā)明的示例性實施方式的以上描述提供用于展示和說明目的。其并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制到所描述的變型。許多改型和變化對于本領域中的技術人員而言是顯然的。實施方式已被選擇和描述以便最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，并且從而使技術人員可以理解本發(fā)明的各種實施方式以及適于預期用途的各種改型。