CN104985483B - 一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法 - Google Patents

一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，包括以下步骤：步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度；步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差；步骤三，利用在机测量装置检测加工齿轮的齿距偏差，该方法不改变原来在机测量系统的机械结构，同时能够有效提高大型齿轮齿距偏差的在机测量精度，满足大型齿轮精密测量的精度需求。

Description

一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法
技术领域
本发明主要涉及的是一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，适用于在数控滚齿机、数控铣齿机、数控磨齿机等各类大型齿轮加工机床上进行齿轮齿距偏差的精确测量。
背景技术
我国电力、船舶等行业的快速发展，对大型齿轮(直径1.5米以上)的需求越来越多，精度要求也越来越高(精度5级甚至4级以上)。例如风力发电行业增速齿轮箱需要直径1.5米、精度5级以上的精密内齿轮，船舶行业齿轮箱需要直径2.5米、精度5级以上精密齿轮，而大型雷达转塔则要用到直径2米以上高精度齿轮。对于大型齿轮，由于其尺寸规格和质量都很庞大，加工完成后再转移到齿轮测量中心上全面检测非常不方便。现在不少大型齿轮加工机床都配备了在机测量系统，可以避免反复拆卸和装夹齿轮，提高了测量效率和加工精度；但是当前齿轮加工机床的在机测量系统，无一例外地都使用了机床本身的结构和运动传递作为测量设备的重要组成部分，而机床本身结构的精度(如回转工作台的回转精度和在机测量装置和直线移动精度)在很大程度上影响了在机测量系统的测量精度，尤其是对齿轮齿距偏差的测量精度影响更加明显。
现有齿轮加工机床上的大型数控回转工作台，为了实现大扭矩驱动，都采用减速机+蜗轮蜗杆副的传动结构。为保证回转工作台回转精度，安装圆光栅进行全闭环控制是一个有效措施，但因为大型齿轮加工的重载荷切削，极易使控制系统产生振荡，因此大型回转工作台通常采用伺服电动机的编码器进行半闭环控制，回转工作台的分度精度一般可达在20″，而相对应的大型齿轮测量中心的分度精度在±1″(例如德国Klingelnberg公司的P300型齿轮测量中心，可测齿轮外径3000mm)；同样附加在机床结构上的在机测量装置直线移动精度也依赖于机床本身，所以在机测量系统中机床自身的精度严重影响了测量结果，在齿轮的众多参数中(齿距偏差、齿形偏差、螺旋线偏差等)，又以齿距偏差对运动精度的影响最敏感。
综上所述，由于大型齿轮加工和测量的特殊性，目前齿轮加工机床上在机测量系统因为机床本身结构精度的原因，不能满足大型齿轮齿距偏差测量精度的要求，因此本发明提出一种通过双重标定来提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法。
发明内容
本发明针对现有大型齿轮在机测量系统由于机床结构本身精度原因造成的齿距偏差测量精度不足的问题，提出了一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，该方法不改变原来在机测量系统的机械结构，同时能够有效提高大型齿轮齿距偏差的在机测量精度，满足大型齿轮精密测量的精度需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，包括以下步骤：
步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度；
步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差；
步骤三，利用在机测量装置检测加工齿轮的齿距偏差。
其中，步骤一包括以下步骤：
1.1安装仪器，第一步，将基准分度转台安装在机床回转工作台上；第二步，将角度反射镜安装在基准分度转台上；第三步，将角度干涉镜固定在机床回转工作台上；第四步，将基准分度转台和机床回转工作台回到原点；
1.2以1°作为步距，测量机床回转工作台每一整数角度位置的回转误差，记为Δθi，其中i＝0，1，、、、，360，Δθi的的数值＝激光干涉仪的数值+基准分度转台的数值-机床回转工作台的旋转数值，机床回转工作台的旋转由数控系统编程实施；
1.3利用线性插值法计算机床回转工作台任意角度位置的回转误差Δθi+nj，计算公式为：
其中，j为两个整数角度之间的均分步长，n为从上一个整数角度累计到当前位置的均分步长的个数，且n≤1/j。
步骤二包括以下步骤：
2.1采用定位心轴将标准渐开线齿轮安装在机床回转工作台上；
2.2将机床回转工作台回到原点，用机床测量装置检测标准渐开线齿轮的单个齿距偏差；
2.3计算在机测量系统的综合误差Δe：
Δe＝fpt(measured)-fpt(standard) (6)
其中，fpt(measured)为单个齿距偏差的线性值，fpt(standard)为标准渐开线齿轮的单个齿距偏差。
步骤2.2包括以下步骤：
2.2.1将测头移到齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.2旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.3计算标准渐开线角齿距偏差计算公式如下：
其中，z为齿轮的齿数；
2.2.4计算标准渐开线单个齿距偏差的线性值fpt(measured)，计算公式如下：
其中，m为齿轮的模数。
步骤三包括以下步骤：
3.1启动在机测量系统；
3.2将机床回转工作台回到原点，然后将测头移到加工齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为计算当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.3旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.4计算单个齿距的偏差fpt(actual)，计算公式如下：
其中，m1为加工齿轮的齿轮模数，z1为加工齿轮的齿数，Δe为在机测量系统的综合误差。
优选地，所述基准分度转台的步距小于或等于5°，分度精度小于或等于2″。
本发明所达到的有益技术效果：与现有的在机测量技术相比，本发明提供的双重标定测量方法不改变现有机床和在机测量系统的机械结构，充分考虑测量中回转工作台和测量装置本身的误差对齿距测量精度的影响，通过标定和数据处理提高大型齿轮齿距偏差的在机测量精度。
附图说明
图1本发明具体实施例中立式磨齿机中用标准渐开线齿轮标定测量装置综合误差的结果示意图；
图2本发明具体实施例中用激光干涉仪标定机床回转工作台回转误差的结构示意图；
图3本发明实施步骤流程示意图；
具体实施方式
为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图3所示，本发明提供一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，包括以下步骤：
步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度，具体过程如下：
1.1安装仪器，第一步，将基准分度转台安装在机床回转工作台上，其中，所述基准分度转台的步距小于或等于5°，分度精度小于或等于2″；第二步，将角度反射镜安装在基准分度转台上；第三步，将角度干涉镜固定在机床回转工作台上；第四步，将基准分度转台和机床回转工作台回到原点；
1.2以1°作为步距，测量机床回转工作台每一整数角度位置的回转误差，记为Δθi，其中i＝0，1，、、、，360，Δθi的的数值＝激光干涉仪的数值+基准分度转台的数值-机床回转工作台的旋转数值，机床回转工作台的旋转由数控系统编程实施；
1.3利用线性插值法计算机床回转工作台任意角度位置的回转误差Δθi+nj，计算公式为：
其中，j为两个整数角度之间的均分步长，n为从上一个整数角度累计到当前位置的均分步长的个数，且n≤1/j。
步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差，具体过程如下：
2.1采用定位心轴将标准渐开线齿轮安装在机床回转工作台上；
2.2将机床回转工作台回到原点，用机床测量装置检测标准渐开线齿轮的单个齿距偏差，具体操作过程为：
2.2.1将测头移到齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.2旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.3计算标准渐开线角齿距偏差计算公式如下：
其中，z为齿轮的齿数；
2.2.4计算标准渐开线单个齿距偏差的线性值fpt(measured)，计算公式如下：
其中，m为齿轮的模数。
2.3计算在机测量系统的综合误差Δe：
Δe＝fpt(measured)-fpt(standard) (6)
其中，fpt(measured)为单个齿距偏差的线性值，fpt(stan dard)为标准渐开线齿轮的单个齿距偏差。
步骤三，利用在机测量装置检测加工齿轮的齿距偏差，具体过程如下：
3.1启动在机测量系统；
3.2将机床回转工作台回到原点，然后将测头移到加工齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为计算当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.3旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.4计算单个齿距的偏差fpt(actual)，计算公式如下：
其中，m1为加工齿轮的齿轮模数，z1为加工齿轮的齿数，Δe为在机测量系统的综合误差。
实施例
下面结合具体实施例详细说明本发明提供一种的提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法。如图1所示，在一台大型数控立式磨齿机上应用本发明方法进行大型齿轮齿距偏差的测量。本例中，机床配置西门子828D数控系统，标定设备包括：雷尼绍XL80激光干涉仪(含角度反射镜和角度干涉镜)，雷尼绍XR20-W基准分度转台(步距5°，分度精度1″)，雷尼绍高精度测头OMP40-2，1只1200mm标准渐开线齿轮，1台笔记本计算机。激光干涉仪和计算机通过USB接口连接，基准分度转台和计算机通过蓝牙接口连接，如图2所示，测头信号通过总线电缆与数控系统连接。
具体测量过程为：
本实施例的实施流程如图3所示，具体阐述如下：
(1)在磨齿机的回转工作台上安装基准分度转台XR20-W；
(2)在基准分度转台上安装角度反射镜，
(3)固定角度干涉镜；
(4)用激光干涉仪标定机床回转工作台回转精度，其中回转工作台的旋转由数控系统编程实施，回转误差的数值＝干涉仪的当前数值+基准分度转台的当前数值—数控系统编程的旋转数值；
(5)计算得到转台任意角度位置的回转误差，如公式(1)；
(6)在磨齿机的回转工作台上通过定位心轴安装标准齿轮；
(7)用标准渐开线齿轮标定在机测量装置的综合误差，步骤如技术方案第2步所述，计算公式(2)-(6)，其中当前转角位置就是数控系统当前显示位置数值；
(8)用在机测量装置检测被加工齿轮的齿距偏差，步骤如技术方案中的第3步所述，计算公式(7)-(9)，其中当前转角位置就是数控系统当前显示位置数值；
(9)计算得到被加工齿轮的单个齿距偏差；
(10)同类型齿轮直接重复上述(8)—(9)步进行测量；更换齿轮类型，重复上述(6)—(9)步进行测量。
以上以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度；具体过程如下：
1.1安装仪器，第一步，将基准分度转台安装在机床回转工作台上；第二步，将角度反射镜安装在基准分度转台上；第三步，将角度干涉镜固定在机床回转工作台上；第四步，将基准分度转台和机床回转工作台回到原点；
1.2以1°作为步距，测量机床回转工作台每一整数角度位置的回转误差，记为Δθi，其中i＝0，1，…，360，Δθi的数值＝激光干涉仪的数值+基准分度转台的数值-机床回转工作台的旋转数值，机床回转工作台的旋转由数控系统编程实施；
1.3利用线性插值法计算机床回转工作台任意角度位置的回转误差Δθi+nj，计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;theta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;theta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mi>j</mi> </mrow> </mfrac> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，j为两个整数角度之间的均分步长，n为从上一个整数角度累计到当前位置的均分步长的个数，且n≤1/j；
步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差；具体过程如下：
2.1采用定位心轴将标准渐开线齿轮安装在机床回转工作台上；
2.2将机床回转工作台回到原点，用机床测量装置检测标准渐开线齿轮的单个齿距偏差；具体过程如下：
2.2.1将测头移到齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.2旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为单位为度，考虑回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
2.2.3计算标准渐开线角齿距偏差计算公式如下：
其中，z为齿轮的齿数；
2.2.4计算标准渐开线单个齿距偏差的线性值fpt(measured)，计算公式如下：
其中，m为齿轮的模数。
2.3计算在机测量系统的综合误差Δe：
Δe＝fpt(measured)-fpt(standard) (6)
其中，fpt(measured)为单个齿距偏差的线性值，fpt(standard)为标准渐开线齿轮的单个齿距偏差。
步骤三，利用在机测量装置检测加工齿轮的齿距偏差；具体过程如下：
3.1启动在机测量系统；
3.2将机床回转工作台回到原点，然后将测头移到加工齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为计算当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.3旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位置，记为考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角计算公式如下：
其中，为机床回转工作台的回转误差；
3.4计算单个齿距的偏差fpt(actual)，计算公式如下：
其中，m1为加工齿轮的齿轮模数，z1为加工齿轮的齿数，Δe为在机测量系统的综合误差。
2.根据权利要求1所述的提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，其特征在于：所述基准分度转台的步距小于或等于5°，分度精度小于或等于2″。
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CN110095102A (zh) * 2019-05-11 2019-08-06 中国计量科学研究院 一种基于差动法的大齿轮测量仪齿距误差校准方法
CN110095102B (zh) * 2019-05-11 2021-02-05 中国计量科学研究院 一种基于差动法的大齿轮测量仪齿距误差校准方法

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