數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，在數(shù)控制齒機(jī)床的電子齒輪箱中增設(shè)一根虛擬軸為主動軸，且虛擬軸與同步軸中的跟隨軸重合，再將同步軸中各軸的誤差補(bǔ)償量通過相應(yīng)的同步系數(shù)換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償量，并線性疊加得到同步軸總的等效補(bǔ)償量，最后利用虛擬軸的理論運動實現(xiàn)同步軸的誤差補(bǔ)償。該發(fā)明在獲取各軸的誤差后，不需要對單一數(shù)控軸進(jìn)行補(bǔ)償，也不需要改變機(jī)床的硬件和系統(tǒng)參數(shù)，僅需在電子齒輪箱中設(shè)置一根虛擬軸進(jìn)行補(bǔ)償，就可保證制齒加工嚙合運動所需要的精度；該方法柔性好、適應(yīng)性和擴(kuò)展性強(qiáng)、補(bǔ)償精度高，能補(bǔ)償機(jī)床坐標(biāo)系中任意點處的綜合誤差。特別是進(jìn)行機(jī)床動態(tài)誤差補(bǔ)償時，實時交換數(shù)據(jù)量小，響應(yīng)速度快。
【專利說明】數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪的制造領(lǐng)域，涉及高精度齒輪數(shù)字化制造領(lǐng)域，尤其是一種通過對制齒機(jī)床同步軸的誤差補(bǔ)償提高齒輪的加工精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)床的幾何誤差、熱誤差及切削力誤差是影響加工精度的關(guān)鍵因素，這三項誤差可占總加工誤差的80%左右。提高機(jī)床加工精度有兩種基本方法:誤差預(yù)防法和誤差補(bǔ)償法。誤差預(yù)防法是一種“硬技術(shù)”，通過設(shè)計和制造途徑消除或減少可能的誤差源，靠提高機(jī)床制作精度來滿足加工精度要求。誤差預(yù)防法有很大的局限性，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)上的代價往往是很高的。誤差補(bǔ)償法是一種“軟技術(shù)”，通過人為產(chǎn)生出一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差，是一種既有效又經(jīng)濟(jì)的提高機(jī)床加工精度的手段。近年來，誤差補(bǔ)償技術(shù)以其強(qiáng)大的技術(shù)生命力迅速被各國學(xué)者、專家所認(rèn)識，并使之得以迅速發(fā)展和推廣，已成為現(xiàn)代精密工程的重要技術(shù)支柱之一。
[0003]制齒工藝大都采用展成原理進(jìn)行包絡(luò)加工，如滾齒、插齒、剃齒、蝸桿砂輪磨齒、大平面磨齒、錐面砂輪磨齒等，在齒輪加工過程中制齒刀具始終與被加工齒輪保持高精度嚙合關(guān)系，這種嚙合關(guān)系是靠數(shù)控機(jī)床上的運動部件之間的關(guān)系保證的。最初的機(jī)械式制齒機(jī)床利用齒輪箱和分度機(jī)構(gòu)來保證運動部件間的傳動比，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段的數(shù)控制齒機(jī)床都是通過設(shè)定電子齒輪箱來保證運動部件(即運動軸)的同步關(guān)系，去掉了復(fù)雜、笨重、傳動比固定且精度保持性不高的實體齒輪箱。
[0004]電子齒輪箱的同步軸可分為主動軸和跟隨軸，啟用電子齒輪箱后，不能單獨對某一同步軸進(jìn)行主動控制，因而，傳統(tǒng)軸誤差補(bǔ)償方法一疊加指令法，無法實現(xiàn)對同步軸的誤差補(bǔ)償?，F(xiàn)階段還未見針對數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，一般采用?shù)控系統(tǒng)自帶的螺距誤差補(bǔ)償功能，但只能實現(xiàn)同步軸的靜態(tài)誤差補(bǔ)償；針對機(jī)床軸的動態(tài)誤差，有人提出了一種基于機(jī)床外部坐標(biāo)系偏移功能的誤差補(bǔ)償方法，該方法需要硬件和軟件的雙重支持，還需修改機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)步驟繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種提高齒輪加工精度的數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，包括如下步驟:
[0008]I)通過在數(shù)控制齒機(jī)床的電子齒輪箱中增設(shè)一根虛擬軸為主動軸，且虛擬軸與同步軸中的跟隨軸重合；
[0009]2)再將同步軸中各軸的誤差補(bǔ)償量通過相應(yīng)的同步系數(shù)換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償量，并線性疊加得到同步軸總的等效補(bǔ)償量；
[0010]3)最后利用虛擬軸的理論運動實現(xiàn)同步軸的誤差補(bǔ)償。[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在步驟2)中，所述虛擬軸與跟隨軸的同步系數(shù)設(shè)為1，原有主動軸與跟隨軸間的同步系數(shù)依據(jù)不同齒輪加工工藝的展成嚙合運動關(guān)系確定；依據(jù)主動軸與跟隨軸的同步關(guān)系，將原有各主動軸誤差的補(bǔ)償運動量換算為跟隨軸的補(bǔ)償量，再與跟隨軸自身的補(bǔ)償運動量進(jìn)行線性疊加，最終將跟隨軸的運動量換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償運動量。
[0012]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，被加工齒輪的成形過程直觀表現(xiàn)為進(jìn)給沖程，沖
程軌跡是由各軸坐標(biāo)點構(gòu)成的樣條曲線(保證軸運動的光順)，在沖程軌跡上選擇一系列樣
條點作為誤差補(bǔ)償點；通過步驟2)的方法計算出各誤差補(bǔ)償點的虛擬軸等效補(bǔ)償量；在
由經(jīng)過樣條點的進(jìn)給沖程進(jìn)行齒輪加工時，通過增設(shè)的虛擬軸完成對原有同步軸的誤差補(bǔ)m
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[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0014]1、在機(jī)床電子齒輪箱中增設(shè)一個虛擬軸為主動軸，利用虛擬軸方便的實現(xiàn)原有同步軸(包括主動軸和跟隨軸)的誤差補(bǔ)償，達(dá)到提高齒輪加工精度的目的。
[0015]2、利用虛擬軸補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床同步軸誤差方法，不用改變機(jī)床原有硬件設(shè)置，也不用改變電子齒輪箱原有同步軸的運動量，僅通過增設(shè)虛擬軸來方便的實現(xiàn)誤差補(bǔ)償，具有柔性好、適應(yīng)性和擴(kuò)展性強(qiáng)、補(bǔ)償精度高，能補(bǔ)償機(jī)床坐標(biāo)系中任意點處的綜合誤差；特別是進(jìn)行機(jī)床動態(tài)誤差補(bǔ)償時，實時交換數(shù)據(jù)量小，響應(yīng)速度快；因此該方法的實現(xiàn)簡潔明了，機(jī)床軸的運動產(chǎn)生的二次誤差很?。淮送?，利用修改HMI界面程序自動生成補(bǔ)償后的樣條點位置，無數(shù)據(jù)實時交換，補(bǔ)償滯后現(xiàn)象較小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實現(xiàn)同步軸誤差補(bǔ)償?shù)腨W7232數(shù)控磨齒機(jī)三維模型的示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實現(xiàn)同步軸誤差補(bǔ)償?shù)腨W7232數(shù)控磨齒機(jī)刀具運動軌跡圖。
[0018]附圖中:1 一機(jī)床床身；2—工作臺；3—工件(齒輪);4一X軸；5—Z軸；6—A軸；7—Y軸；8—刀具(蝸桿砂輪)；9一機(jī)床尾座(W軸)；10—金剛滾輪；11一探測頭。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0020]數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，包括虛擬軸的安裝及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，設(shè)定虛擬軸與同步軸運動關(guān)系及虛擬軸與同步軸之間的運動量轉(zhuǎn)換關(guān)系，誤差補(bǔ)償點的規(guī)劃及虛擬軸補(bǔ)償量的計算與補(bǔ)償實現(xiàn)方法。其具體包括如下步驟:
[0021]I)通過在數(shù)控制齒機(jī)床的電子齒輪箱中增設(shè)一根虛擬軸為主動軸，且虛擬軸與同步軸中的跟隨軸重合。其中虛擬軸不同于電子齒輪箱中的其他同步軸，沒有指向?qū)嶋H的物理運動部件，因而也就沒有實際的運動量。齒輪機(jī)床電子齒輪箱的同步軸系統(tǒng)中，只有一個跟隨軸(一般為齒輪工件軸)，將虛擬軸設(shè)置為與跟隨軸重合，因虛擬軸僅用于理論計算，因此虛擬軸的安裝只需要在系統(tǒng)參數(shù)中完成對軸的設(shè)定，其參數(shù)類似于跟隨軸的系統(tǒng)參數(shù)。
[0022]2)再將同步軸中各軸的誤差補(bǔ)償量通過相應(yīng)的同步系數(shù)換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償量，并線性疊加得到同步軸總的等效補(bǔ)償量。
[0023]虛擬軸與跟隨軸的同步系數(shù)設(shè)為1，原有主動軸與跟隨軸間的同步系數(shù)依據(jù)不同齒輪加工工藝的展成嚙合運動關(guān)系確定；依據(jù)主動軸與跟隨軸的同步關(guān)系，將原有各主動軸誤差的補(bǔ)償運動量換算為跟隨軸的補(bǔ)償量，再與跟隨軸自身的補(bǔ)償運動量進(jìn)行線性疊加，最終將跟隨軸的運動量換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償運動量。這樣在不改變電子齒輪箱原有同步系數(shù)的前提下，通過虛擬軸與跟隨軸之間1:1的同步關(guān)系，很方便的將誤差補(bǔ)償量疊加到跟隨軸上。
[0024]3)最后利用虛擬軸的理論運動實現(xiàn)同步軸的誤差補(bǔ)償，即利用虛擬軸的運動完成對所有同步軸(包括主動軸和跟隨軸)的誤差補(bǔ)償。
[0025]對齒輪加工過程中的誤差補(bǔ)償點進(jìn)行規(guī)劃及完成補(bǔ)償點虛擬軸補(bǔ)償量的計算。被加工齒輪的成形過程直觀表現(xiàn)為進(jìn)給沖程，而目前數(shù)控制齒機(jī)床進(jìn)給沖程軌跡一般為樣條曲線(保證軸運動的光順)，可在進(jìn)給沖程軌跡上選擇一系列樣條點作為誤差補(bǔ)償點。通過步驟2)中的方法，計算出各誤差補(bǔ)償點的虛擬軸等效補(bǔ)償量，這樣，在由經(jīng)過樣條點的進(jìn)給沖程進(jìn)行齒輪加工時，通過增設(shè)的虛擬軸完成對原有同步軸的誤差補(bǔ)償。
[0026]通過在某廠生產(chǎn)的YW7232型數(shù)控磨齒機(jī)上實現(xiàn)機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償，對數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法作具體介紹。YW7232型數(shù)控磨齒機(jī)的三維模型如圖1所示，通過電子齒輪箱定義的同步軸包括Y、Z、B (刀具軸)、C (工件軸)軸，其中Y、Z、B軸為主動軸，C軸為跟隨軸。虛擬軸SIMl設(shè)置為與跟隨軸C重合，其軸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置類似于C軸。將其定義為主動軸，且與跟隨軸C的同步系數(shù)為I。
[0027]根據(jù)同步軸之間的換算關(guān)系將所有同步軸誤差補(bǔ)償量換算為虛擬軸的運動量，所有運動量在虛擬軸上線性疊加得出虛擬軸等效補(bǔ)償量，具體步驟為:
[0028]1.根據(jù)同步關(guān)系將Y、Z、B軸的補(bǔ)償量換算為C軸的等效補(bǔ)償量，同步關(guān)系式如下所示:
【權(quán)利要求】
1.數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)通過在數(shù)控制齒機(jī)床的電子齒輪箱中增設(shè)一根虛擬軸為主動軸，且虛擬軸與同步軸中的跟隨軸重合； 2)再將同步軸中各軸的誤差補(bǔ)償量通過相應(yīng)的同步系數(shù)換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償量，并線性疊加得到同步軸總的等效補(bǔ)償量； 3)最后利用虛擬軸的理論運動實現(xiàn)同步軸的誤差補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，其特征在于:在步驟2)中，所述虛擬軸與跟隨軸的同步系數(shù)設(shè)為1，原有主動軸與跟隨軸間的同步系數(shù)依據(jù)不同齒輪加工工藝的展成嚙合運動關(guān)系確定；依據(jù)主動軸與跟隨軸的同步關(guān)系，將原有各主動軸誤差的補(bǔ)償運動量換算為跟隨軸的補(bǔ)償量，再與跟隨軸自身的補(bǔ)償運動量進(jìn)行線性疊加，最終將跟隨軸的運動量換算為虛擬軸的等效補(bǔ)償運動量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控制齒機(jī)床同步軸誤差補(bǔ)償方法，其特征在于:被加工齒輪的成形過程直觀表現(xiàn)為進(jìn)給沖程，沖程軌跡是由各軸坐標(biāo)點構(gòu)成的樣條曲線，在沖程軌跡上選擇一系列樣條點作為誤差補(bǔ)償點；通過步驟2)的方法計算出各誤差補(bǔ)償點的虛擬軸等效補(bǔ)償量；在由經(jīng)過樣條點的進(jìn)給沖程進(jìn)行齒輪加工時，通過增設(shè)的虛擬軸完成對原有同步軸的誤差補(bǔ)償。
【文檔編號】B23F23/10GK103817380SQ201410086484
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】李國龍, 何坤, 孔二方, 李先廣, 夏冬, 劉小旭, 張汐 申請人:重慶大學(xué)