CN103737491A - 一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法，涉及数控磨床。利用成形砂轮刀具刃形计算方法计算磨削螺杆转子所需要的成形砂轮，并用该成形砂轮对螺杆转子毛坯进行磨削加工；用螺杆转子测量仪对加工后的螺杆转子进行齿廓测量，得到转子实际型线的坐标点和转子的齿廓误差数据；将转子齿廓误差数据一一对应加载到理论转子型线的各个型值点的法向量上，新组成的型值点构成一条新转子型线，该新转子型线即为补偿转子型线，包含有机床几何误差的转子型线；采用误差补偿方法对转子的齿廓误差实施补偿，补偿后重新磨削得到的转子；用螺杆转子测量仪再次对螺杆转子进行齿廓测量，得到测量报告；通过多次补偿，螺杆转子精度能够达到0.005mm以内。

Description

一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法

技术领域

本发明涉及数控磨床，尤其是涉及一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法。

背景技术

在转子加工过程中所产生的加工误差实际上是指加工所要得到的理想模型与实际加工出来的实际工件之间的差异。转子的加工误差主要是由于磨床误差造成的，磨床误差按其本身属性可以分为外部误差和内部误差两大类，内部误差主要由磨床几何运动误差、加工过程中在切削力作用下的变形误差、磨床自身振动、砂轮磨损和磨床主轴的热误差组成，外部误差主要考虑外部加工环境的影响，外部温度、湿度、邻近振动等。忽略外部误差的条件下，内部误差根据产生的机理不同，按机械加工系统的组成“磨床—夹具—转子—砂轮”的构成，可以分成以下几类：磨床误差、夹具误差和误差检测过程中的误差。对于普通磨床，其几何误差可达到35%，其他误差的分配大致如表1所示。

表1误差因素所占比例

机床误差的存在严重影响到螺杆转子的高精度磨削。文献（陈书涵，严宏志，明兴祖，钟掘，谢耀东。螺旋锥齿轮误差齿面及差曲面的建立与分析[J]。中国机械工程，Vol19(18)，2008）针对六轴五联动螺旋锥齿轮磨床结构，应用多体系统理论、齿轮啮合理论，建立了含几何误差、热误差的螺旋锥齿轮误差齿面与差曲面模型并进行了实验验证。文献（[2]李敬财，王太勇，范胜波，何改云，邢元。基于数字化制造的螺旋锥齿轮齿面误差修正[J]。农业机械学报，Vol39(5)，2008）基于实际齿面坐标测量，建立误差曲面公式并给出求解方法；通过以需要调整的参数为设计变量生成的齿面去拟合误差曲面，建立齿面误差修正理论公式，最终求得调整参数修正值；以误差曲面公式和齿面误差修正公式为基础，建立了各阶齿面误差与机床调整参数的关系式；并通过采用单面法和双面法加工齿轮齿面误差的实际算例验证了修正效果。文献都有提及误差补偿，但是都是基于齿轮误差做的补偿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法。

本发明包括以下步骤：

1)利用成形砂轮刀具刃形计算方法（参见文献：陆如升，沈志煌，彭丽文，姚斌，姚博世.磨削螺杆转子砂轮截形计算与仿真验证[J].厦门大学学报（自然科学版），2011，50(5)：852-855）计算磨削螺杆转子所需要的成形砂轮，并用该成形砂轮对螺杆转子毛坯进行磨削加工；

2)用螺杆转子测量仪对加工后的螺杆转子进行齿廓测量，得到转子实际型线的坐标点和转子的齿廓误差数据；

3)将转子齿廓误差数据一一对应加载到理论转子型线的各个型值点的法向量上，新组成的型值点构成一条新转子型线，该新转子型线即为补偿转子型线，包含有机床几何误差的转子型线；

4)采用误差补偿方法对转子的齿廓误差实施补偿，补偿后重新磨削得到的转子；

5)用螺杆转子测量仪再次对螺杆转子进行齿廓测量，得到测量报告；可见补偿后的螺杆转子的齿廓误差明显减小，磨削精度大大提高；

6)通过多次补偿，螺杆转子精度能够达到0.005mm以内。

传统的螺杆转子数控磨床几何误差的误差补偿方法虽然取得了一定的成果，但在工业中的应用还远未达到商业化程度，绝大部分还停留在实验室范围内。主要原因如下：缺少理想建模方法、硬件误差补偿技术缺陷显著、软件误差补偿技术不成熟。

与传统的螺杆转子数控磨床几何误差的误差补偿方法相比，本发明具有以下突出优点：

能够快速对机床的综合误差进行针对性的补偿，补偿效果显著，所加工的螺杆转子精度得到明显提升，快速、准确、方便、稳定、周期短、成本低等显著优势来提高转子的磨削精度。

附图说明

图1为螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法原理图。

图2为阴转子型线。

图3为阳转子型线。

图4为阴转子所对应的成形砂轮刀具刃形。

图5为阳转子所对应的成形砂轮刀具刃形。

图6为未经补偿的阳转子齿廓误差报告。

图7为经过补偿的阳转子齿廓误差报告。

图8为未经补偿的阴转子齿廓误差报告。

图9为经过补偿的阴转子齿廓误差报告。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

加工实例：

1)成形砂轮刀具刃形

以某公司排量为1m³的阴、阳转子试制为例。转子的结构参数如表2所示，转子所用的材料是42CrMo。图2、图3所示的曲线分别是阴、阳转子的转子型线。阴、阳转子对应的成形砂轮刀具刃形如图4、图5所示。

表2转子结构参数

类型	旋向	齿数	导程(mm)	螺旋角(°)	外圆(mm)
						阳转子	右旋	4	128	44.47	65
阴转子	左旋	5	160	44.47	52.05

2)加工过程及测量

首先将所求得的成形砂轮刀具刃形转换成数控系统能够识别的数控加工指令，然后通过砂轮修整器来对砂轮进行修整，最后利用成形砂轮完成对转子的磨削加工。磨削加工后的螺杆转子经专用的螺杆转子测量仪测量得到转子的测量报告。

3)误差补偿

测量报告图形显示的误差为放大50倍的效果，图中粗实线表示理论转子型线，细实线表示转子实际齿廓线。图6和8为阴、阳转子未经补偿的成形砂轮刀具刃形磨削加工得到的转子齿廓误差报告，从图中可以看出转子包含有一定的齿廓误差。采用误差补偿方法对转子的齿廓误差实施补偿，补偿后重新磨削得到的转子齿廓如图7和9所示，由图可见，经过补偿的转子齿廓误差明显较小，补偿效果明显，为了得到更加接近于理论转子型线的转子齿廓，可进行多次误差补偿，最终转子的齿廓误差可以控制在0.005mm以内。

本发明提出了一种螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法，可以有效地对转子轮廓误差进行补偿。其基本原理如图1所示，通过测量仪对转子进行齿廓测量，得到转子实际齿廓线和转子误差数据，再将测量仪采集到的转子误差数据一一对应地加载到转子型线的各个型值点的法向上，计算得到的型值点构成一条新的转子型线，即为补偿转子型线。然后再用转子补偿型线重新求解所对应的成形砂轮，经补偿的成形砂轮磨削出来的转子的齿廓误差明显减小。通过此方法，转子齿廓误差能够控制在0.005mm以内。

Claims (1)

1.一种基于螺杆转子数控磨床几何误差的补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用成形砂轮刀具刃形计算方法计算磨削螺杆转子所需要的成形砂轮，并用该成形砂轮对螺杆转子毛坯进行磨削加工；

2)用螺杆转子测量仪对加工后的螺杆转子进行齿廓测量，得到转子实际型线的坐标点和转子的齿廓误差数据；

3)将转子齿廓误差数据一一对应加载到理论转子型线的各个型值点的法向量上，新组成的型值点构成一条新转子型线，该新转子型线即为补偿转子型线，包含有机床几何误差的转子型线；

4)采用误差补偿方法对转子的齿廓误差实施补偿，补偿后重新磨削得到的转子；

5)用螺杆转子测量仪再次对螺杆转子进行齿廓测量，得到测量报告；

6)通过多次补偿，螺杆转子精度能够达到0.005mm以内。

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