CN1453103A - 成型磨削砂轮在线修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成型磨削砂轮在线修整方法，其特征在于通过一个数控磨床砂轮修正器对工件的在线测量及数据处理，判别砂轮的工作状态，并确定砂轮的修整曲线，自动生成修整程序，其步骤为：机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削；完成磨削后，砂轮离开齿轮，将测头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，使测头与齿面在基圆附近接触；通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据；对齿轮齿形误差评定；根据齿形误差评定结果，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。用本发明的成型磨削砂轮在线修整方法，减少了无效加工时间，提高了磨削精度。本装置适用于齿轮加工、花健轴加工。

Description

成型磨削砂轮在线修整方法

技术领域

本发明涉及一种成型磨削砂轮在线修整方法，属于精密机械加工技术领域。

背景技术

在数控成型磨床加工中，工件的成型直接依赖于砂轮的形状，当砂轮磨损后，应及时对其形状进行修整，否则将造成加工的误差。目前砂轮修整由于缺乏在线测量技术，一般采用工件离线测量，根据测量结果控制砂轮的修整，这种修整方法存在两个问题：一是工件拆装会造成多次定位影响工件的定位精度，从而影响加工精度，并使加工时间过长；另一方面难以准确掌握砂轮修整的时间，只能凭经验确定何时砂轮应该进行修整。

发明内容

本发明的目的是为了减少无效加工时间，提高磨削精度，提供一种成型磨削砂轮在线修整方法。

本发明的技术方案是这样来实现的，基于用一个数控磨床砂轮修正器，通过工件的在线测量及数据处理判别砂轮的工作状态，并确定砂轮的修整曲线，自动生成修整程序，方法的具体实现步骤为：

1)机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削；

2)完成磨削后，机床控制砂轮移开齿轮，并将杠杆式测量头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，使测头与齿面在基圆附近接触；

3)按照以下渐开线方程，并通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据： $X=\frac{\sin \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0---\left(1\right)$ $y=\frac{\cos \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0$

r₀为齿轮基圆半径，α为压力角，invα＝tgα-α；

4)齿轮齿形误差评定；

A以测头的起始位置(ΔX，ΔY)和相对应的测头起始测量压力角α₀测得数据d₁，d₂，…，d_n，

B根据上述测量值反求出测头的起始测量压力角α₀，并由该参数值确定出理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n，

C将测得的数据d₁，d₂，…，d_n减去理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n，即为用于评定齿形误差的数据，即根据数据d₁-t₁，d₂-t₂，…，d_n-t_n进行齿形误差的评定；

D根据测量值，采用生物遗传算法，反求测头的起始测量压力角α₀，染色体的评价函数定义为：

     C＝∑(t_i-d_i)²；

5)根据齿形误差评定结果，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。

用本发明的成型磨削砂轮在线修整方法，减少了无效加工时间，提高了磨削精度。本装置适用于齿轮加工、花健轴加工。

附图说明

图1为砂轮修整器示意图；

图2为砂轮修整器运动控制框图；

图3为齿轮成型加工示意图；

图4为测量位置确定图；

图5为渐开线理论轨迹与测头轨迹不重合现象示意图；

图6为金刚石滚轮的定位及运动控制示意图。

具体实施方式

由图1所示，磨床砂轮在线修整器包括用于工件的被加工曲线形状的在线测量头2、测量数据处理器，测量头2、金刚石滚轮4分别和X轴伺服电机5、Z轴伺服电机6连接。测量头采用杠杆式电感探测头。

图1中的齿轮1为加工工件，砂轮3为磨床上的成型磨削砂轮，当砂轮需要修整时，如图2所示，砂轮修整器通过数控系统控制X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的运动，实现金刚滚轮的曲线运动，从而完成砂轮的曲线型面的修整。为了测量加工齿轮的齿形误差，可在砂轮修整器上安装一测量头，安装位置如图1所示。其目的是利用砂轮修整器上的X轴伺服电机和Z轴伺服电机实现测量头的曲线运动轨迹，如图2所示，从而完成齿形误差的测量。本发明成型磨削砂轮在线修整方法的具体实现步骤为：

1)机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削，如图3所示，

2)完成磨削后，机床控制砂轮移开齿轮，并将杠杆式测量头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，用手搬动杠杆式测头的下部，使测头与齿面在基圆附近接触如图4所示；

3)按照以下渐开线方程，并通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据： $X=\frac{\sin \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0---\left(1\right)$ $y=\frac{\cos \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0$

r₀为齿轮基圆半径，α为压力角，invα＝tgα-α；，在测头运动过程中，由于测头的初始位置由操作人员放置，不能保证准确地将测头放置在基圆上，因此引起测头运动轨迹与实际渐开线轨迹不重合的问题，使得即使没有误差的齿轮齿廓，也会测出很大的齿形误差，使齿形误差的评定带来困难，如图5所示，图中A表示测头轨迹，B为理论轨迹，d_I为测量值。这一误差必须得到修正，这也是本发明的技术核心；

4)齿轮齿形误差评定；

A设测头的起始位置(ΔX，ΔY)，则测头实际轨迹为：

            x₁＝x+ΔX

            y₁＝y+ΔY

设测头起始测量压力角为α₀，则

            ΔX＝x′-x₀

            ΔY＝y′-y₀式中x′、y′为将α₀代入渐开线方程计算而得的x、y值，x₀、y₀为压力角为0时，按渐开线方程计算得到的x、y值。设测头在起始位置α₀处开始运动时，测得的数据为：

   d₁，d₂，…，d_n，齿轮齿形误差的测量问题，可转化为根据以上测量值，进行齿形误差的评定。

B根据上述测量值反求出测头的起始测量压力角α₀，并由该参数值确定出理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n，

C将测得的数据d₁，d₂，…，d_n减去理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n，即为用于评定齿形误差的数据，即根据数据d₁-t₁，d₂-t₂，…，d_n-t_n进行齿形误差的评定；

D根据测量值，采用生物遗传算法，反求测头的起始测量压力角α₀，染色体的评价函数定义为：

            C＝∑(t_i-d_i)²；

5)根据齿形误差评定结果，当齿形误差评定结果超差时，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。如图6所示，箭头所示为金刚滚轮运动方向，通过机床数控系统分别移动金刚滚轮至砂轮的两侧，从而确定出砂轮的中心位置坐标A点，然后以该点为基准，控制金刚滚轮运动至B点，并按照渐开线方程，由X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制金刚滚轮完成砂轮的修整工作。

Claims (2)

1、一种成型磨削砂轮在线修整方法，其特征在于通过一个数控磨床砂轮修正器对工件的在线测量及数据处理，判别砂轮的工作状态，并确定砂轮的修整曲线，自动生成修整程序，方法的步骤为：

1)机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削；

2)完成磨削后，机床控制砂轮移开齿轮，并将杠杆式测量头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，使测头与齿面在基圆附近接触；

3)按照以下渐开线方程，并通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据： $X=\frac{\sin \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0---\left(1\right)$ $y=\frac{\cos \left(\mathrm{inv\α}\right)}{\cos \mathrm{\α}}{r}_0$

r₀为齿轮基圆半径，α为压力角，invα＝tgα-α；

4)齿轮齿形误差评定；

A以测头的起始位置(ΔX，ΔY)和相对应的测头起始测量压力角为α₀测得数据d₁，d₂，…，d_n；

B根据上述测量值反求出测头的起始测量压力角α₀，并由该参数值确定出理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n；

C将测得的数据d₁，d₂，…，d_n减去理论误差测量值t₁，t₂，…，t_n，即为用于评定齿形误差的数据，即根据数据d₁-t₁，d₂-t₂，…，d_n-t_n进行齿形误差的评定；

D根据测量值，采用生物遗传算法，反求测头的起始测量压力角α₀，染色体的评价函数定义为：

    C＝∑(t_i-d_i)²；

5)齿形误差评定结果，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。

2、根据权利要求1所述的成型磨削砂轮在线修整方法，其特征在于，所述的磨床砂轮在线修整器包括用于工件的被加工曲线形状的在线测量头(2)、测量数据处理器，测量头(2)、金刚石滚轮(4)分别和X轴伺服电机(5)、Z轴伺服电机(6)连接。

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