CN103273376A - 基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，涉及数控滚齿机床的二次对刀方法技术领域。包括如下步骤：a、采用不同规格的传感器对不同模数、齿数的被测齿轮进行单个齿的数据测量采集；b、以所测量采集获得的数据和被测齿轮的齿数为基础建立测量数学模型；c、以采用的传感器和被测齿轮为对象，根据建立的测量数学模型，通过实验测试传感器测量数据，确定放大器设置参数；d、通过首件工件的调切结果设置补偿角度，根据补偿角度改变工件安装轴的偏置参数，完成自动补偿，首件工件调切合格后，完成自动二次对刀的调整。本方法操作简单，能自动实现二次对刀，不受人为生产经验的制约，精度和效率都得到显著提高。

Description

基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法

 

技术领域

    本发明涉及数控滚齿机床的二次对刀方法技术领域。

背景技术          

数控滚齿机是按展成法加工齿轮的机床。二次对刀就是齿轮零件在粗切或半精加工后，脱离机床进行淬火或其它工艺处理。经淬火或其它工艺处理后的齿轮再次装夹进行精加工，此时滚刀与工件必须对准（滚刀齿与被加工零件齿槽吻合），即二次对刀。二次对刀是滚齿加工中复杂的工艺准备之一。

传统滚齿机的二次对刀操作是凭生产经验，用目测法确定滚刀与被加工工件的对中。具体方法是用滚刀刃顶在工件上刮印（0.06~0.15毫米），以目测刮印的对称情况来确定滚刀偏离工件中心的多少，然后再调整刀具轴向（窜刀方向）移动，以达到刀具对中。当工件齿数较少时(并非最少齿数)，经常出现齿廓误差大的问题，用目测法实现精准对刀不仅困难，还费时费力，对于批量零件的加工更为艰难，每件都需目测。一旦缺失经验丰富的操作工，二次对刀非常困难，更换人员后工件报废率达30%，滚刀损伤加大且使用寿命缩短。与数控滚齿机的高效加工应用背道而驰，采用目测法二次对刀零件加工时，往往加工零件的时间与对刀时间相比，对刀时间更长。人工二次对刀不仅精度低，效率低，而且对刀是否精准受人为生产经验制约，已不能适应现代制造工业的高效、自动化的发展需要。

经检索，目前国内外都未有公开文献报道关于数控滚齿机床的二次对刀方法的期刊文献或专利文献，在国内，这个技术还属于空白。

发明内容

本发明旨在针对传统滚齿机床二次对刀依靠人工经验进行目测对刀的方式，精度和效率都较低的技术问题，提出了一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，本方法操作简单，能自动实现二次对刀，不受人为生产经验的制约，精度和效率都得到显著提高。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于包括如下步骤：

a、采用不同规格的传感器对不同模数、齿数的被测齿轮进行单个齿的数据测量采集；

b、以所测量采集获得的数据和被测齿轮的齿数为基础建立测量数学模型； 

c、以采用的传感器和被测齿轮为对象，根据建立的测量数学模型，通过实验测试传感器测量数据，确定放大器设置参数；

d、通过首件工件的调切结果设置补偿角度，根据补偿角度改变工件安装轴的偏置参数，完成自动补偿，首件工件调切合格后，完成自动二次对刀的调整。

所述传感器为智能测量传感器。

测量采集的数据（智能传感器输出的位移值）是被测齿轮转角的函数。

建立测量数学模型是通过实验测试记录不同规格传感器测量不同模数、齿数的工件的数据，将所得数据经过数学计算和图形处理，建立测量数学模型；所述的数学计算包括函数的极值、函数的周期、阀值测量点、测量点灵敏度、饱和输出区间和函数的插值计算；所述的图形处理包括图形的光顺处理和阀值的截取处理。

所述的确定放大器设置参数是指：通过手轮移动工件轴找到齿顶中心和齿槽中心，根据测量数学模型推算的设置点，移动工件轴相应角度找到放大器需要设置的高点和低点数据。

所说的通过首件工件的试切结果设置补偿角度是：用于批量零件二次对刀时，在控制程序完成滚刀主轴和工件轴定位后，通过首件调切，确认精确补偿角度，当调切确认对称后，通过数控系统将精确补偿值输入人机界面中，在后续的二次对刀中控制程序会自动调用该精确补偿值。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、一方面，该自动二次对刀方法操作简单、维修方便、灵活性更好，可随时更换不同规格的智能传感器，适用性较强。另一方面，传感器和放大器的精度可以达到0.001mm或0.0001mm，数控系统控制工件轴的回转最小分辨率为0.001°，放大器高、低点参数的设置由测量数学模型确定，合理的参数设置提高了二次对刀的可靠性；同时本发明的数控系统还可以输入报警误差范围值，用户可根据自身加工零件的精度要求适当调整误差范围，保证在满足零件需求的前提下缩短二次对刀的时间，提高了加工效率；本发明在首次调切输入精确补偿值后，同类零件无需再调切，机床操作工将零件装夹完成后，按下循环启动按钮后，即可利用数控系统对刀程序控制，针对不同齿数模数的齿轮完成对刀，对刀时间仅为几秒到十几秒，对刀效率较高。

2、需要特别指出的是：本发明中，放大器高点和低点的设置是经过大量实验，反复测量不同规格传感器、不同规格的齿轮零件取得的数据，再经过数学推算和图形模型的建立，所使用的图形更能真实地反映实际应用情况，再加上智能传感器和数控系统的高辨率，使得这种自动二次对刀方法精度更高，稳定性更好，经过设备制造厂和最终用户反复使用验证，证明该方法不仅操作简便，还大大缩短了对刀时间，明显降低了二次对刀对人为经验的依赖。

附图说明

图1为本方法的详细工艺流程图；

图2为测量数据采集点示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明提出了一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀的实现方法。在数控滚齿机床滚刀轴和工件轴耦合前通过调整滚刀主轴位置和工件主轴的位置实现滚刀刃对准齿槽中心来实现的。本方法的实施基于数控滚齿机床的测量功能、专用软件、智能测量传感器装置的集成运用以实现自动二次对刀。

首先应用智能测量传感器装置对被测齿轮进行单个齿的数据采集，通过被测齿轮的齿数及采集的信号进行计算，建立测量数学模型；根据建立的测量数学模型、放大器参数设置方法设置放大器高、低信号参数；最后通过首件工件试切结果设置补偿角度。采用本方法可实现片齿、轴齿的自动二次对刀，同时明确了对不同规格的齿轮应用自动二次对刀时，传感器的选择和放大器的高低点设置方法和要点。

本发明包括数控系统测量功能运用、自动对刀控制、计算、测量数学判断模型、处理程序、放大器参数设置要点。在开始一种齿轮进行二次加工前，使用者需要根据被加工齿轮的模数、齿数、工件大小调整测量装置位置，记录智能传感器的测量数据；针对测量数据，按照给定的计算方法建立测量数学判断模型，在智能测量装置数码面板上设置合适的数据采集点，经过首个零件的调切得出精确补偿角度，将角度值输入数控系统中去改变工件安装轴的偏置参数，通过程序实现自动补偿。首件零件调切合格后，完成自动二次对刀的调整。

相同零件批量加工时，通过数控系统的自动二次对刀程序指令，测量装置自动接近被测工件；旋转工件轴，自动检测元件和智能信号处理装置将采集到的电信号转换成数值信号，显示在数码面板上，通过智能装置的运算和处理，输出测量信号送入数控系统；自动二次对刀程序依次测量三个不同点的数据，并根据计算结果进行判断处置，将机床工件安装轴和刀具安装轴自动定位到被加工齿轮和刀具的吻合位置，并自动投入齿轮加工工序。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式，其步骤包括:

a、采用不同规格的传感器对不同模数、齿数的被测齿轮进行单个齿的数据测量采集；

b、以所测量采集获得的数据和被测齿轮的齿数为基础建立测量数学模型； 

c、以采用的传感器和被测齿轮为对象，根据建立的测量数学模型，通过实验测试传感器测量数据，确定放大器设置参数；

d、通过首件工件的调切结果设置补偿角度，根据补偿角度改变工件安装轴的偏置参数，完成自动补偿，首件工件调切合格后，完成自动二次对刀的调整。

所述传感器为智能测量传感器。

测量采集的数据（智能传感器输出的位移值）是被测齿轮转角的函数。

建立测量数学模型是通过实验测试记录不同规格传感器测量不同模数、齿数的工件的数据，将所得数据经过数学计算和图形处理，建立测量数学模型；所述的数学计算包括函数的极值、函数的周期、阀值测量点、测量点灵敏度、饱和输出区间和函数的插值计算；所述的图形处理包括图形的光顺处理和阀值的截取处理。

所述的确定放大器设置参数是指：通过手轮移动工件轴找到齿顶中心和齿槽中心，根据测量数学模型推算的设置点，移动工件轴相应角度找到放大器需要设置的高点和低点数据。

所说的通过首件工件的试切结果设置补偿角度是：用于批量零件二次对刀时，在控制程序完成滚刀主轴和工件轴定位后，通过首件调切，确认精确补偿角度，当调切确认对称后，通过数控系统将精确补偿值输入人机界面中，在后续的二次对刀中控制程序会自动调用该精确补偿值。

在具体应用时，其至少需要具备以下几方面的内容：

1）CNC数控系统具备高级编程和测量功能；

2）自动二次对刀程序；

3）二次对刀测量数学模型；

4）放大器参数设置；

5）智能传感器适用范围；

6）融入对刀功能的专用加工软件。

所述CNC数控系统具备高级编程和测量功能是指数控滚齿机选用的数控系统必须具备自动二次对刀需要的跳转接口硬件和软件测量功能、删除剩余行程、跳转时工件坐标系坐标读取、工件坐标系坐标设定等一系列高级编程功能，以此满足自动二次对刀控制程序的动作实现和反馈读数等要求。

所述自动二次对刀程序是采用三点测量法实现对刀功能，该程序主要包含滚刀主轴定向、工件轴回转、判断实际安装零件与与数控系统输入滚刀工件参数是否一致、奇偶齿数判断、齿面判断、智能传感器动作、跳转信号触发、读取工件轴坐标、三点坐标数据采集、测量数据数学运算、测量与数控系统输入滚刀工件参数的计算比较、测量数据是否正常的判断、报警信息的提示、发布执行机构的动作命令，动作完成是否到位检测反馈数控系统、首件零件试切后补偿值的输入等一系列功能。

所述二次对刀测量数学模型是通过一系列的实验测试记录不同规格智能传感器测量不同模数、齿数的工件的数据，将所得数据经过数学计算和图形处理，建立测量数学模型。

所述放大器参数设置是对采用的智能传感器和被测齿轮对象，根据建立的测量数学模型，通过一系列的实验测试记录智能传感器测量数据，确定合理的放大器设置参数。

所述智能传感器适用范围是在Φ3、Φ5.4、Φ8三种规格的智能传感器用于不同齿数不同模数的齿轮一系列检测实验的基础上，总结的某种智能传感器用于不同齿数不同模数的齿轮进行二次对刀检测，是否适用的判断准则。

所述融入对刀功能的专用加工软件是在数控系统开放的平台上二次开发的一套专用加工软件，软件主要包含参数化编程人机界面和后台运行程序，在参数设置完成后，调用专用主程序后按下循环启动就可实现齿轮的加工。融入对刀功能的软件是在齿轮专用加工软件的基础上增加了自动二次对刀的相关内容。参数化编程人机界面上增加了自动二次对刀的选项功能，即用户在需要二次对刀时打开该功能，在不需要时可以关闭该功能。在自动二次对刀功能生效的时候，界面中还可以输入自动二次对刀需要的相关参数，比如报警值误差范围、精调后的补偿运动值等。同时在后台运行程序中也增加了自动二次对刀子程序，后台运行主程序中增加了参数化编程人机界面中自动二次对刀功能打开关闭的的判断，对刀相关参数的调用，并将这些信息融入到齿轮加工软件中，实现齿轮再加工前的自动二次对刀。

与传统二次对刀方法相比较：一方面，该自动二次对刀方法操作简单、维修方便、灵活性更好，可随时更换不同规格的智能传感器，适用性较强；另一方面，由于选用的智能传感器精度可以达到0.001mm，数控系统控制工件轴的回转，最小分辨率为0.001°，高点和低点的设置有测量数据的规律可依。同时数控系统还可以输入报警误差范围值，用户可根据自身加工零件的精度要求适当调整误差范围，保证在满足零件需求的前提下缩短二次对刀的时间，提高效率。本发明中，首件调切输入补偿值后，同类零件无需再调切，操作人员将零件装夹完成后，调用融入对刀功能的专用加工软件，按下循环启动按钮后，即可利用数控系统完成自动二次对刀和零件的加工。针对不同齿数、模数的齿轮二次对刀时间仅为几秒到十几秒，对刀效率高。

Claims (6)

1.一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于包括如下步骤：

a、采用不同规格的传感器对不同模数、齿数的被测齿轮进行单个齿的数据测量采集；

b、以所测量采集获得的数据和被测齿轮的齿数为基础建立测量数学模型；

c、以采用的传感器和被测齿轮为对象，根据建立的测量数学模型，通过实验测试传感器测量数据，确定放大器设置参数；

d、通过首件工件的调切结果设置补偿角度，根据补偿角度改变工件安装轴的偏置参数，完成自动补偿，首件工件调切合格后，完成自动二次对刀的调整。

2.根据权利要求1所述的基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于：所述传感器为智能测量传感器。

3.根据权利要求1所述的基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于：测量采集的数据是被测齿轮转角的函数。

4.根据权利要求1所述的基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于：

建立测量数学模型是通过实验测试记录不同规格传感器测量不同模数、齿数的工件的数据，将所得数据经过数学计算和图形处理，建立测量数学模型；所述的数学计算包括函数的极值、函数的周期、阀值测量点、测量点灵敏度、饱和输出区间和函数的插值计算；所述的图形处理包括图形的光顺处理和阀值的截取处理。

5.根据权利要求1所述的基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于：所述的确定放大器设置参数是指：通过手轮移动工件轴找到齿顶中心和齿槽中心，根据测量数学模型推算的设置点，移动工件轴相应角度找到放大器需要设置的高点和低点数据。

6.根据权利要求1所述的基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，其特征在于：所说的通过首件工件的试切结果设置补偿角度是：用于批量零件二次对刀时，在控制程序完成滚刀主轴和工件轴定位后，通过首件调切，确认精确补偿角度，当调切确认对称后，通过数控系统将精确补偿值输入人机界面中，在后续的二次对刀中控制程序会自动调用该精确补偿值。