CN105215479B - 一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法，属于齿轮加工制造技术领域，涉及高精度齿轮数字化制造技术，尤其是一种通过对制齿机床同步轴的误差补偿进而提高齿轮加工精度的方法。通过运用两组激光干涉仪测量组件对运动中的工作台和刀架的旋转轴同时进行测量，测量系统同时获得双同步轴的运动数据，然后进行数据处理及误差补偿，提高了齿轮的加工精度。

Description

一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法

技术领域

本发明属于齿轮加工制造技术领域，涉及高精度齿轮数字化制造技术，尤其是一种通过对制齿机床同步轴的误差补偿进而提高齿轮加工精度的方法及装置。

背景技术

通常影响机床加工精度的关键因素有：机床的几何误差、热误差和切削力误差。提高机床加工精度有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法，误差预防法是在设计和制造过程中消除或减少误差源，靠提高机床制造精度来满足加工精度要求，是一种“硬技术”；出厂后的插齿机则往往是通过一种“软技术”——误差补偿法，通过人为产生一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，是一种既有效又经济的提高机床加工精度的手段，

最初的机械式制齿机床利用齿轮箱和分度机构来保证刀架和工作台同步性，随着数控技术的发展，现阶段数控插齿机是利用数控运动的可控性，通过分别驱动插齿刀和工作台实现展成运动，进行齿轮加工。为了提高数控机床加工精度，在CN202734806U中提供了一种旋转轴误差补偿系统，此系统能够快速且准确的进行旋转角度测量，从而提高后续校正的准确性及合格率，提高测量作业效率，但是他只提供了一种检测装置，没有具体的误差补偿促使，而CN103817380A中提供了一种数控制齿机床同步轴误差补偿方法，采用增加一根虚拟轴的方法进行误差补偿，但是采用虚拟主轴的方法存在一定的缺陷，虚拟主轴所采集的数据并非实际值，在后续的补偿过程中仍然存在一定的误差。

通常为了提高加工精度都是分别对各个轴进行误差补偿，提高单轴的定位精度，但由于各个轴的传动链是独立的，各自的机械传动系统误差不尽相同，惯性不同，从而导致无法保证插齿刀和工作台双旋转轴必须保持同步性，因此无法根本上解决加工误差的问题。有方法采用加工误差补偿和齿廓修形，此方法根据试加工的齿轮进行测量，然后再对系统进行补偿，此方法成本过高，操作复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法及装置，它运用激光干涉仪测量运动中的工作台和刀架主轴的运动数据，然后进行数据处理及误差补偿，进而提高齿轮的加工精度。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法，它包括如下步骤：

第一步，在工作台的旋转主轴上安装第一组激光干涉仪的发射与接收组件，在刀架的旋转主轴上安装第二组激光干涉仪的发射与接收组件；两组组件共用一套控制系统,能够分别或者同时对工作台和刀架的旋转轴定位精度和重复定位精度进行初步的测量与调整，保证两个旋转同步轴的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上；然后单独利用第一组激光干涉仪的发射与接收组件对工作台的旋转主轴定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；再单独利用第二组激光干涉仪的发射与接收组件对刀架的旋转主轴定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；进而保证两个旋转主轴各自的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上。

第二步，将数控插齿机的工作台和刀架的旋转主轴都进行回零操作，然后设置好相应的加工参数，然后启动数控插齿机。

第三步，分别用第一组激光干涉仪的发射与接收组件和第二组激光干涉仪的发射与接收组件，同时对工作台和刀架的旋转轴进行同步测量，采集n个样本数据，获得工作台的旋转轴C的相对运动位置偏差：

E_c＝[x₁,x₂,x₃,…x_n]^T；

获得刀架的旋转轴B的相对运动位置偏差：

E_b＝[y₁,y₂,y₃,…y_n]^T；

第四步，计算工作台的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差：

E_c′＝(x₁+x₂+x₃+…+x_n)/n；

计算刀架的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差：

E_b′＝(y₁+y₂+y₃+…+y_n)/n；

第五步，选取E_c′和E_b′中平均位置偏差较小的轴为基准轴，对另一旋转轴进行误差补偿，当刀架的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′小于工作台的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′时，选取刀架的旋转轴B为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_c-E_b＝[x₁-y₁,x₂-y₂,x₃-y₃,…x_n-y_n]^T；

对工作台的旋转轴C进行补偿,否则进行第六步。

第六步，当工作台的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′小于刀架的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′时，选取工作台的旋转轴C为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_b-E_c＝[y₁-x₁,y₂-x₂,y₃-x₃,…y_n-x_n]^T；

对刀架的旋转轴B进行补偿。

所述第三步中样本数据n的数量为20-50。

采用所述的一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法中所用到的激光干涉仪测量装置，它包括两组激光干涉仪测量组件，第一组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在工作台旋转主轴C上的反射镜，工作台安装在数控插齿机底座上，所述反射镜和干涉镜相配合，激光器与干涉镜相配合，计算机通过信号线与激光器相连。

所述第二组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在刀架旋转主轴B上的反射镜，刀架安装在数控插齿机床身上，所述反射镜和干涉镜相配合，激光器与干涉镜相配合，计算机通过信号线与激光器相连。

本发明有如下有益效果：

工作台和刀架旋转轴误差主要是由传动链误差引起的，本发明通过对工作台或刀架的旋转轴回转误差进行补偿进而达到补偿传动链误差的目的。通过运用两组激光干涉仪测量组件对运动中的工作台和刀架的旋转轴同时进行测量，测量系统同时获得双同步轴的运动数据，然后进行数据处理及误差补偿，从而降低了传动链误差，提高了齿轮的加工精度。

此数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法和装置不仅能够用于数控插齿机的双旋转轴的同步误差补偿外，还可用于数控滚齿机同步轴误差补偿。

本发明利用数控系统自带的软件误差补偿软件，无需增加任何硬件设备，无需进行试切加工，操作简单，成本较低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的数控插齿机双旋转轴同步运动精度测量示意图。

图2为本发明的数控插齿机双旋转轴同步误差补偿流程图。

图中：工作台1，刀架2，反射镜3，干涉镜4，激光器5，计算机6，数控插齿机底座7，数控插齿机床身8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1，采用一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法中所用到的激光干涉仪测量装置，它包括两套激光干涉仪测量系统，第一组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在工作台1旋转主轴C上的反射镜3，工作台1安装在数控插齿机底座7上，所述反射镜3和干涉镜4相配合，激光器5与干涉镜4相配合，计算机6通过信号线与激光器5相连。

进一步的，所述第二组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在刀架2旋转主轴B上的反射镜3，刀架2安装在数控插齿机床身8上，所述反射镜3和干涉镜4相配合，激光器5与干涉镜4相配合，计算机6通过信号线与激光器5相连。

进一步的，通过第一组激光干涉仪的发射与接收组件和第二组激光干涉仪的发射与接收组件的反射镜3，干涉镜4，激光器5和计算机6能够采集工作台1和刀架2的旋转轴的定位精度和重复定位精度，并通过激光器5将采集到的信息反馈给计算机6，计算机6同时采集到工作台1和刀架2的同步运动时的定位精度和重复定位精度。

实施例2：

参见图2，一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法，它包括如下步骤：

第一步，在工作台1的旋转主轴上安装第一组激光干涉仪的发射与接收组件，在刀架2的旋转主轴上安装第二组激光干涉仪的发射与接收组件；两组组件共用一套控制系统,能够分别或者同时对工作台1和刀架2的旋转轴定位精度和重复定位精度进行初步的测量与调整，保证两个旋转同步轴的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上；然后单独利用第一组激光干涉仪的发射与接收组件对工作台1的旋转主轴定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；再单独利用第二组激光干涉仪的发射与接收组件对刀架2的旋转主轴定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；进而保证两个旋转主轴各自的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上。

第二步，将数控插齿机的工作台1和刀架2的旋转主轴都进行回零操作，然后设置好相应的加工参数，然后启动数控插齿机。

第三步，分别用第一组激光干涉仪的发射与接收组件和第二组激光干涉仪的发射与接收组件，同时对工作台1和刀架2的旋转轴进行同步测量，采集n个样本数据，获得工作台1的旋转轴C的相对运动位置偏差：

E_c＝[x₁,x₂,x₃,…x_n]^T；

式中：E_c-旋转轴C的相对运动位置偏差；T-转置矩阵；x_n-旋转轴C的相对运动位置偏差样本点数值；

获得刀架2的旋转轴B的相对运动位置偏差：

E_b＝[y₁,y₂,y₃,…y_n]^T。

式中：E_b-旋转轴B的相对运动位置偏差；T-转置矩阵；y_n-旋转轴B的相对运动位置偏差样本点数值；

第四步，计算工作台1的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差：

E_c′＝(x₁+x₂+x₃+…+x_n)/n；

式中：E_c′-旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差。

计算刀架2的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差：

E_b′＝(y₁+y₂+y₃+…+y_n)/n。

式中：E_b′-旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差。

第五步，选取E_c′和E_b′中平均位置偏差较小的轴为基准轴，对另一旋转轴进行误差补偿，当刀架2的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′小于工作台 1的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′时，选取刀架2的旋转轴B为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_c-E_b＝[x₁-y₁,x₂-y₂,x₃-y₃,…x_n-y_n]^T；

对工作台1的旋转轴C进行补偿，否则进行第六步。

第六步，当工作台1的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′小于刀架2的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′时，选取工作台1的旋转轴C为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_b-E_c＝[y₁-x₁,y₂-x₂,y₃-x₃,…y_n-x_n]^T；

对刀架2的旋转轴B进行补偿。

所述第三步中样本数据n的数量为20-50。

本发明装置具体工作过程及原理为：

数控插齿机刀架2在上下运动进行切削加工齿轮的同时，要保证刀架2与工作台1良好的同步性，而在刀架2旋转轴B和工作台1的旋转轴C，两旋转轴的定位精度和重复定位精度较高的情况下，依然会出现由于双旋转轴瞬时不同步造成的加工误差，从而出现不合格品。为了提高双旋转轴的同步性，从而保证加工质量，本发明利用激光干涉仪测量组件，对刀架2旋转轴B和工作台1的旋转轴C的双旋转轴进行同步测量，首先将数控插齿机工作台1和刀架2旋转轴都进行回零操作，并设置好加工参数，然后同时对工作台1和刀架2旋转轴进行同步测量，且采集点数均为n,获得工作台1旋转轴C的位置偏差值E_c＝[x₁,x₂,x₃,…x_n]^T，刀架2旋转轴B的位置偏差值E_b＝[y₁,y₂,y₃,…y_n]^T，计算工作台1旋转轴C平均点位偏差值E_c′＝(x₁+x₂+x₃+…+x_n)/n，及刀架2旋转轴B的平均点位偏差值E_b′＝(y₁+y₂+y₃+…+y_n)/n；取两轴中平均偏差值较小的轴为基准轴，对另一旋转轴进行误差补偿。

当刀架2的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′小于工作台1的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′时，选取刀架2的旋转轴B为基准轴，通过数控系统将误差补偿值Δδ＝E_c-E_b＝[x₁-y₁,x₂-y₂,x₃-y₃,…x_n-y_n]^T，对工作台1的旋转轴C进行补偿。

当工作台1的旋转轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′小于刀架2的旋转轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′时，选取工作台1的旋转轴C为基准轴，通过数控系统将误差补偿值Δδ＝E_b-E_c＝[y₁-x₁,y₂-x₂,y₃-x₃,…y_n-x_n]^T，对刀架2的旋转轴B进行补偿。

本例中的结构仅为对于权利要求的举例说明和讲解，以便于大众阅读理解，不应视为对于权利要求的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的范围和法定等同特征为准。

Claims (2)

1.一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法，其特征在于，它包括如下步骤：

第一步，在工作台(1)的旋转主轴C上安装第一组激光干涉仪的发射与接收组件，在刀架(2)的旋转主轴B上安装第二组激光干涉仪的发射与接收组件；两组组件共用一套控制系统,能够分别或者同时对工作台(1)的旋转主轴C和刀架(2)的旋转主轴B定位精度和重复定位精度进行初步的测量与调整，保证两个旋转主轴的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上；然后单独利用第一组激光干涉仪的发射与接收组件对工作台(1)的旋转主轴C定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；再单独利用第二组激光干涉仪的发射与接收组件对刀架(2)的旋转主轴B定位精度和重复定位精度进行测量，并利用数控系统软件对其进行误差补偿；进而保证两个旋转主轴各自的定位精度和重复定位精度达到加工精度最低要求以上；

第二步，将数控插齿机的工作台(1)的旋转主轴C和刀架(2)的旋转主轴B都进行回零操作，然后设置好相应的加工参数，然后启动数控插齿机；

第三步，分别用第一组激光干涉仪的发射与接收组件和第二组激光干涉仪的发射与接收组件，同时对工作台(1)的旋转主轴C和刀架(2)的旋转主轴B进行同步测量，采集n个样本数据，获得工作台(1)的旋转主轴C的相对运动位置偏差：

E_c＝[x₁,x₂,x₃,…x_n]^T；

式中：E_c-旋转主轴C的相对运动位置偏差；T-转置矩阵；x_n-旋转主轴C的相对运动位置偏差样本点数值；

获得刀架(2)的旋转主轴B的相对运动位置偏差：

E_b＝[y₁,y₂,y₃,…y_n]^T；

式中：E_b-旋转主轴B的相对运动位置偏差；T-转置矩阵；y_n-旋转主轴B的相对运动位置偏差样本点数值；

第四步，计算工作台(1)的旋转主轴C的n个样本点的平均位置偏差：

E_c′＝(x₁+x₂+x₃+…+x_n)/n；

式中：E_c′-旋转主轴C的n个样本点的平均位置偏差；

计算刀架(2)的旋转主轴B的n个样本点的平均位置偏差：

E_b′＝(y₁+y₂+y₃+…+y_n)/n；

式中：E_b′-旋转主轴B的n个样本点的平均位置偏差；

第五步，选取E_c′和E_b′中平均位置偏差较小的轴为基准轴，对另一旋转主轴进行误差补偿，当刀架(2)的旋转主轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′小于工作台(1)的旋转主轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′时，选取刀架(2)的旋转主轴B为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_c-E_b＝[x₁-y₁,x₂-y₂,x₃-y₃,…x_n-y_n]^T；

对工作台(1)的旋转主轴C进行补偿,否则进行第六步；

第六步，当工作台(1)的旋转主轴C的n个样本点的平均位置偏差E_c′小于刀架(2)的旋转主轴B的n个样本点的平均位置偏差E_b′时，选取工作台(1)的旋转主轴C为基准轴，通过数控系统将误差补偿值：

Δδ＝E_b-E_c＝[y₁-x₁,y₂-x₂,y₃-x₃,…y_n-x_n]^T；

对刀架(2)的旋转主轴B进行补偿；

所述的第一组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在工作台(1)旋转主轴C上的反射镜(3)，工作台(1)安装在数控插齿机底座(7)上，所述反射镜(3)和干涉镜(4)相配合，激光器(5)与干涉镜(4)相配合，计算机(6)通过信号线与激光器(5)相连；

所述第二组激光干涉仪的发射与接收组件包括安装在刀架(2)旋转主轴B上的反射镜(3)，刀架(2)安装在数控插齿机床身(8)上，所述反射镜(3)和干涉镜(4)相配合，激光器(5)与干涉镜(4)相配合，计算机(6)通过信号线与激光器(5)相连。

2.根据权利要求1所述的一种数控插齿机同步旋转轴误差补偿方法，其特征在于：所述第三步中样本数据n的数量为20-50。