CN104526070A - 环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法 - Google Patents

Abstract

一种环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，属于机械技术领域。该方法采用两步定位，借助机床参数，在轴承档位初定位，用以求解蜗杆中心坐标和转台回转半径。把参数输入程序后，运行程序，大小滑台和转台运动到指定位置。然后沿垂直于蜗杆轴向方向移动小滑台，并交替转动蜗杆，最终使砂轮转动边缘与蜗杆齿根相接触，砂轮产形面与齿面相接触，完成第二步定位，实现蜗杆转角与其它三轴的位置匹配，最终完成四联动轴的定位。

Description

环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法

技术领域

本发明属于蜗杆加工技术领域，有关环面蜗杆的多轴联动数控加工，具体的说是一种加工前确定联动轴相对位置的方法。

背景技术

国内专利公开号：CN1907615A，公开了一种能虚拟中心距的环面蜗杆数控机床，该机床具有四个可联动坐标运动。可以实现以小中心距的机床加工大中心距凹、凸环面蜗杆。造价降低,结构紧凑,占用空间小。该机床配以不同的附件,可分别用于车削、铣削、磨削加工,功能强。

国内专利公开号：CN102107300A，公开了一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法，一次装夹即可完成两侧齿面的切削、修型及入口出口的倒坡修缘。

上述两种方法都从理论上论述了四轴联动加工的原理，但是没有指出加工前如何实现四联动轴位置的匹配。四联动轴的运动轨迹需要根据蜗杆参数、机床参数和四联动轴的初始定位关系来确定。加工前需要对四联动轴进行定位，使砂轮顶部与蜗杆齿根相接触，砂轮产形面与齿面相接触，从而避免程序运行过程中出现干涉。

磨削蜗杆后砂轮不可避免的存在磨损。为保证基圆半径正确，砂轮产形面磨损后有补偿机构，但是砂轮边缘磨损后，无砂轮半径补偿机构。所以每次磨削前需确定转台的回转半径。

对于接触面不好的蜗轮副，需要对蜗杆进行修磨。此时的蜗杆出入口进行了修缘，已不是理论齿形。若以出入口为准进行联动轴定位，在程序执行中就会出现磨削量过大现象，导致蜗杆过热，砂轮磨损加剧甚至破损。

本发明解决了上述问题，适用于任何型号的环面蜗杆，降低了加工前的调试准备时间，有效避免了机床干涉。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提出无需考虑砂轮半径的多轴联动磨削前的联动轴定位方法。

本发明所涉及的多轴联动加工装置，环面蜗杆(2)夹持在顶尖(1)和主轴(3)之间，磨削头(5)、回转台(6)、大滑台(7)、小滑台(8)为机床的主要部件。砂轮产形面(4)为砂轮的工作面。

该方法包括下述流程，记蜗杆回转轴线和砂轮产形面转动中心构成的平面为中间平面。在中间平面内O’为机床坐标系原点、O₀为基圆圆心、O₁为蜗杆中心、O₂为回转台回转中心、O₃为砂轮产形面转动中心、a为蜗杆的中心距、rb为基圆半径、Rf1为蜗杆齿根圆弧半径，L₁为轴承档两端轴肩距离、l为轴承档直径。机床坐标系原点O’到蜗杆回转轴的距离为L，L为机床参数。记O₁的坐标为(X_O1，Z_O1)，则X_O1＝-L。

在机床设计过程中已经实现砂轮产形面垂直于蜗杆轴向时Y向坐标为零。把砂轮产形面调至竖直位置；转动回转台使Y轴回零；移动大小滑台把砂轮转动边缘移至K点，使砂轮边缘和蜗杆轴承档相接触，砂轮产形面与轴承档端面接触。砂轮上电转动，当砂轮转动边缘和砂轮产形面均见火花时，记回转台回转中心O₂的坐标为(X_O2,Z_O2)，则完成第一步定位：

$Z_{O2}=Z_{O2}+\frac{L_1}{2}---\left(1\right)$

$r=x_{O2}+L\frac{1}{2}---\left(2\right)$

当回转台位于D点时，其相对于基圆圆心O₀点的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_D=r-\sqrt{{R_{f1}}^2-{r_b}^2}\\ K_D=r_b\end{array}\right.---\left(3\right)$

插补半径： $r_0=\sqrt{{I_D}^2+{K_D}^2}---\left(4\right)$

根据砂轮产形面运动轨迹可知，存在着一位置，砂轮转动边缘在O₀O₁连线上P'点，回转台位于B点。根据运动原理:

∠PO₀P'＝∠DO₀B   (5)

则B点坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_B=x_{O1}+a-r_0\sin (-a\tan \left(\frac{I_D}{K_D}\right)+a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right))\\ Y_B=a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right)\\ Z_B=Z_{O1}+r_0\cos (-a\tan \left(\frac{I_D}{K_D}\right)+a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right))\end{array}\right.---\left(6\right)$

调整磨削头使砂轮产形面倾斜角β。运行程序X、Y、Z三轴运动，使回转台位于A点，砂轮转动边缘位于S点。沿X负方向移动小滑台，使砂轮转动边缘靠近蜗杆，再转动C轴，使砂轮产形面靠近左侧齿面。交替调整X、C轴，最终使回转台位于B点，砂轮转动边缘位于P’点,砂轮转动边缘与蜗杆齿根相接触，砂轮产形面与齿面相接触，实现了蜗杆转角与其它三轴的位置的匹配，完成第二步定位。记此时的C轴坐标为C_B，并把其输入到程序中。这样就完全确定了四轴的位置关系。

磨削前已经进行了齿面螺旋槽的粗切。

在加工前通过定位的方法确定转台回转半径。

蜗杆中心Z向坐标和和转台回转半径，同步确定。

X、Z、Y三轴参数确定后再进行C轴定位。

以蜗杆中间齿面为准进行对参数标定。

中间平面内机床坐标系原点到蜗杆回转轴的距离作为参数输入程序。

对出入口修缘后的蜗杆同样适用。

本发明的有益效果是:实现四联动轴位置的快速定位，有效避免机床干涉。减少机床调整时间，提高加工效率。

附图说明

图1为本发明的磨削加工示意图。

图2为本发明的第一步定位示意图。

图3为本发明的第二步定位示意图。

图中：1、顶尖，2、环面蜗杆，3、主轴，4、砂轮产形面，5、磨削头，6、回转台，7、大滑台，8、小滑台。

具体实施方式

如图1-3所示，以中心距a＝125mm，速比i＝40、基圆半径rb＝40mm、蜗杆齿根圆弧半径Rf1＝103.87mm，轴承档两端轴肩距离L₁＝154mm,轴承档直径l＝45mm的平面包络环面蜗杆为例。机床参数L＝130mm,则X₀₁＝-130mm。

把砂轮产形面调至竖直位置，转动回转台使Y轴回零，移动大小滑台把砂轮转动边缘移至K点，使砂轮边缘和蜗杆轴承档相接触，砂轮产形面与轴承档端面接触。砂轮上电转动，当砂轮转动边缘和砂轮产形面均见火花时，记录回转台回转中心O₂的坐标X_O2＝112,Z_O2＝340mm。则：Z_O1＝263mm，r＝219.5mm，r_o＝129.95mm。于是Y_B＝22.65°，Z_B＝178.47mm，X_B＝93.70mm。

调整磨削头使砂轮产形面倾斜角β＝9°。运行程序X、Y、Z三轴联动，使回转台位A点，砂轮转动边缘位于S点，此时坐标X_B＝143.70mm，Y_B＝22.65°，Z_B＝178.47mm。沿X负方向移动小滑台，使砂轮转动边缘靠近蜗杆，再转动C轴，使砂轮产形面靠近左侧齿面。交替调整X、C轴，最终使X_B＝93.70mm，砂轮转动边缘与蜗杆齿根相接触，再转动C轴砂轮产形面与齿面相接触，则实现了蜗杆转角与其它三轴的位置的匹配。记此时的C轴坐标为C_B，并把其输入到程序中。这样就完全确定了四轴的位置关系，重新运行程序进行多轴联动磨削加工。

Claims (9)

1.多轴联动加工装置，其特征在于：环面蜗杆(2)夹持在顶尖(1)和主轴(3)之间，磨削头(5)、回转台(6)、大滑台(7)、小滑台(8)为机床的主要部件；砂轮产形面(4)为砂轮的工作面。

2.环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：该方法包括下述流程，记蜗杆回转轴线和砂轮产形面转动中心构成的平面为中间平面；在中间平面内O’为机床坐标系原点、O₀为基圆圆心、O₁为蜗杆中心、O₂为回转台回转中心、O₃为砂轮产形面转动中心、a为蜗杆的中心距、rb为基圆半径、Rf1为蜗杆齿根圆弧半径，L₁为轴承档两端轴肩距离、l为轴承档直径；机床坐标系原点O’到蜗杆回转轴的距离为L，L为机床参数；记O₁的坐标为(X_O1，Z_O1)，则X_O1＝-L；

在机床设计过程中已经实现砂轮产形面垂直于蜗杆轴向时Y向坐标为零；把砂轮产形面调至竖直位置；转动回转台使Y轴回零；移动大小滑台把砂轮转动边缘移至K点，使砂轮边缘和蜗杆轴承档相接触，砂轮产形面与轴承档端面接触；砂轮上电转动，当砂轮转动边缘和砂轮产形面均见火花时，记回转台回转中心O₂的坐标为((X_O2,Z_O2)，则完成第一步定位：

$Z_{O1}=Z_{O2}+\frac{L_1}{2}---\left(1\right)$

$r=x_{O2}+L-\frac{1}{2}---\left(2\right)$

当回转台位于D点时，其相对于基圆圆心O₀点的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_D=r-\sqrt{{R_{f1}}^2-{r_b}^2}\\ K_D=r_b\end{array}\right.---\left(3\right)$

插补半径： $r_0=\sqrt{{I_D}^2+{K_D}^2}---\left(4\right)$

根据砂轮产形面运动轨迹可知，存在着一位置，砂轮转动边缘在O₀O₁连线上P'点，回转台位于B点；根据运动原理:

∠PO₀P'＝∠DO₀B  (5)

则B点坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_B=x_{O1}+a-r_0\sin (-a\tan \left(\frac{I_D}{K_D}\right)+a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right))\\ Y_B=a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right)\\ Z_B=z_{O1}+r_0\cos (-a\tan \left(\frac{I_D}{K_D}\right)+a\sin \left(\frac{r_b}{R_{f1}}\right))\end{array}\right.---\left(6\right)$

调整磨削头使砂轮产形面倾斜角β；运行程序X、Y、Z三轴运动，使回转台位于A点，砂轮转动边缘位于S点；沿X负方向移动小滑台，使砂轮转动边缘靠近蜗杆，再转动C轴，使砂轮产形面靠近左侧齿面；交替调整X、C轴，最终使回转台位于B点，砂轮转动边缘位于P’点,砂轮转动边缘与蜗杆齿根相接触，砂轮产形面与齿面相接触，实现了蜗杆转角与其它三轴的位置的匹配，完成第二步定位；记此时的C轴坐标为C_B，并把其输入到程序中；这样就完全确定了四轴的位置关系。

3.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：磨削前已经进行了齿面螺旋槽的粗切。

4.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：在加工前通过定位的方法确定转台回转半径。

5.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：蜗杆中心Z向坐标和和转台回转半径，同步确定。

6.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：X、Z、Y三轴参数确定后再进行C轴定位。

7.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：以蜗杆中间齿面为准进行对参数标定。

8.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：中间平面内机床坐标系原点到蜗杆回转轴的距离作为参数输入程序。

9.根据权利要求2所述的环面蜗杆多轴联动加工位置标定方法，其特征在于：对出入口修缘后的蜗杆同样适用。