一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，首先根據機床參數計算得到理論主運動曲線；用直線段逼近理論主運動曲線，得到設計主運動曲線；根據計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制試切用G代碼；通過試切用G代碼對被加工齒輪試切一次，并測量螺旋線偏差；根據螺旋線偏差反求出主運動曲線偏差，由此獲得新理論主運動曲線；用直線段逼近新理論主運動曲線，根據上述計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制生產用G代碼，然后將生產用G代碼用于加工齒輪。本發明只需試切一次齒輪即可得到相對精確的生產用G代碼，其成本低、可靠性好、可操作性強。
【專利說明】一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于數控機床領域，涉及內斜齒的數控加工技術，具體涉及一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法。
[0003]
【背景技術】
[0004]普通國產插齒機通常采用機械式螺旋導軌插削斜齒輪，當加工不同螺旋角的斜齒輪時就必須要更換螺旋導軌，由于螺旋導軌的制造成本高、加工工藝復雜而且更換麻煩，導致加工內斜齒輪時效率和加工精度難以滿足要求，因此采用電子螺旋導軌取代機械式螺旋導軌對于提高內斜齒的加工效率、精度以及增強機床的柔性具有重要的意義。由于電子螺旋導軌的附加轉動受到刀軸曲柄滑塊機構主運動的影響，因此，造成斜齒螺旋線偏差不可能為零，即實際加工的斜齒輪螺旋線總是與設計值存在偏差。采取合理的技術方案，降低數控螺旋導軌在加工斜齒輪時的螺旋線偏差，具有重要的工程價值。本發明為了進一步提高數控插齒機電子螺旋導軌對斜內齒的插削精度，提出一種能夠實現電子螺旋導軌高精度加工的技術方案。
[0005]電子螺旋導軌附加轉動的實現原理決定了刀軸的主運動偏差與斜齒螺旋線偏差之間必須存在特定的數學關系。由于理論曲柄滑塊機構主運動曲線呈非線性，所以設計主運動曲線與理論主運動曲線之間必然存在逼近偏差，造成螺旋線偏差不為零。為了解決實際加工過程中的螺旋線偏差問題，可以改變主運動機構，采用液壓主軸、直線電機或者更復雜的連桿機構，使切削行程對應的主運動曲線呈線性。但是，這種方案受連桿長度及初始位置、運動副間隙、桿件受力變形及磨損等因素的影響，實際主運動曲線與理論主運動曲線存在不可忽略的差異。并且由此引起的主運動曲線偏差變化規律比較復雜，要通過找到其規律來消除其影響存在很大的困難。鑒于此，本發明在不改變刀軸主運動機構設計的基礎上，按照任意位置的螺旋線偏差小于許用螺旋線總偏差的要求規劃設計主運動曲線，通過計算滿足齒輪加工精度要求的設計主運動曲線中直線段的最大許用步長，限制曲柄每次轉過的角度，進而將任意位置的螺旋線偏差控制在許用值內。
[0006]
【發明內容】
[0007]電子螺旋導軌的附加轉動決定了斜齒螺旋線偏差，由斜齒成形原理可知，電子螺旋導軌的附加轉動是可以通過刀具轉動實現的，但是其轉動角度要與刀軸主運動保證特定的運動關系，因此，根據上述主運動與附加轉動的運動關系可知，如果主運動產生偏差就會影響到附加轉動精度，進而影響到斜齒螺旋線偏差。由主運動偏差產生機理可知，由于理論主運動曲線呈非線性，設計主運動曲線與理論主運動曲線之間必然存在逼近偏差，因此，螺旋線偏差不可能等于零。但是，可以采取合適的技術方案，將螺旋線偏差盡可能降低，保證其在允許范圍內。本發明用直線段逼近理論主運動曲線，計算滿足齒輪加工精度要求的每段直線的最大許用步長，試切齒輪，測取螺旋線偏差并反求出對應位置的主運動曲線偏差，由此獲得更準確的新理論主運動曲線，重新用直線段逼近新理論主運動曲線。
[0008]本發明的目的在于不需改變目前大多數插齒機主軸曲柄連桿主運動機構的基礎上，提出一種先試切再誤差補償的電子螺旋導軌插削內斜齒的方法，為了解決上述技術問題本發明采用技術方案如下:
一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，其特征在于:包括以下步驟:
步驟I:根據機床參數，計算得到理論主運動曲線；
步驟2:按照一定的規則，用一系列直線段逼近理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，得到設計主運動曲線；
步驟3:根據步驟2中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制試切用G代碼；
步驟4:將試切用G代碼載入機床數控系統中，對被加工齒輪進行試切一次，并測量螺旋線偏差；
步驟5:根據螺旋線偏差反求出主運動曲線偏差，將其補償到步驟I中計算得到的理論主運動曲線中，由此獲得新理論主運動曲線；
步驟6:按照一定的規則，用一系列直線段逼近步驟5獲得的新理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角；
步驟7:根據步驟6中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制生產用G代碼，然后將生產用G代碼載入機床數控系統中用于加工齒輪。
[0009]作為優選，所述步驟2和步驟6中的規則是:保證由一系列直線段逼近理論主運動曲線得到的設計主運動曲線上任意位置的螺旋線偏差應小于許用螺旋線總偏差的原則。
[0010]作為優選，所述對螺旋線進行補償包括減少上超越行程測量精度補償，以及沿齒寬方向對螺旋線偏差進行補償。
[0011]作為優選，所述試切用G代碼包括一個主代碼和三個子代碼，所述三個子代碼分別為進刀子代碼、加工子代碼和退刀子代碼，所述每一個子代碼均由上超越行程代碼、切削行程代碼、下超越行程代碼以及返回空行程代碼四部分組成。
[0012]
本發明有益效果是:
不需要改變目前絕大多數插齒機的曲柄連桿主軸機構，即不改變現有機床任何機械機構的前提下，只是通過采取本發明的加工工藝方案，就可以有效提高斜齒加工精度并滿足要求。顯而易見，通過采取該發明的技術方案，首先為客戶降低了設備采購成本、節約了設備改造費用；另一方面，保留了目前技術成熟度較高的曲柄連桿主軸機構，提高了設備的可靠性，減少了后期維護和更換配套件的采購成本;另外，本發明只需一次試切齒輪，無需其它任何工藝要求，因此其在成本、可靠性、可操作性等方面更有優勢。具備顯著的經濟意義。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明斜齒輪數控插削技術方案流程圖。
[0015]圖2加工行程G代碼SP值計算流程。
[0016]圖3切削行程Max_Step值計算流程。
[0017]圖4專用軟件生成核心代碼過程。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發明。
[0020]本發明采用基于軟件的技術方案，開發專用軟件，輸入相關參數以生成G代碼，通過G代碼控制機床各軸完成斜齒輪插削工作。如圖1所示，一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，包括以下步驟:
步驟I:根據機床參數，計算得到理論主運動曲線；
步驟2:按照一定的規則，用一系列直線段逼近理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，得到設計主運動曲線；
步驟3:根據步驟2中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制試切用G代碼；
步驟4:將試切用G代碼載入機床數控系統中，對被加工齒輪進行試切一次，并測量螺旋線偏差；
步驟5:根據螺旋線偏差反求出主運動曲線偏差，將其補償到步驟I中計算得到的理論主運動曲線中，由此獲得新理論主運動曲線；
步驟6:按照一定的規則，用一系列直線段逼近步驟5獲得的新理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角；
步驟7:根據步驟6中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制生產用G代碼，然后將生產用G代碼載入機床數控系統中用于加工齒輪。
[0021]所述步驟2和步驟6中的規則是:保證由一系列直線段逼近理論主運動曲線得到的設計主運動曲線上任意位置的螺旋線偏差應小于許用螺旋線總偏差的原則。
[0022]生產用G代碼與試切用G代碼的不同之處在于:前者根據試切齒輪螺旋線偏差檢測結果，對后者切削行程部分代碼進行螺旋線偏差補償。螺旋線偏差的補償是技術方案中必不可少的一環。整個補償過程分為兩部分:減少上超越行程測量精度對補償的影響;沿齒寬方向對螺旋線偏差進行補償，生成生產用G代碼。方案要求數控插齒機床有四個數控軸:主軸、插齒刀旋轉軸、工作臺旋轉軸、徑向進給軸。專用軟件主要完成以下四個功能:保存機床參數、被加工齒輪參數及螺旋線偏差，生成理論主運動曲線，生成試切用G代碼，生成生產用G代碼。
[0023]試切用G代碼包括一個主代碼和三個子代碼。所述三個子代碼分別為進刀子代碼、加工子代碼和退刀子代碼，主代碼依次調用進刀子代碼、加工子代碼、退刀子代碼。三個子代碼均為循環子代碼，包括上超越行程代碼、切削行程代碼、下超越行程代碼以及返回空行程代碼四部分。除了設定的徑向進給率、進給方向、圓周進給率以及循環次數不同外，三個子代碼的其余部分均相同。與試切用G代碼相比，生產用G代碼對控制插齒刀附加轉動的切削行程代碼按照一定規律進行了更改，其余的部分均相同。子代碼采用G91相對輸入編程。在每段G代碼中，用SP值表示主軸相對轉動角度，用C值表示插齒刀相對旋轉角度，用B值表示工作臺相對旋轉角度，用X值表示徑向進給量。每段G代碼中的SP值均大于O。通過加工行程代碼第一段G代碼中的X值、B值和C值控制每次加工行程中所需的徑向進給運動、展成運動，以及插齒刀的第一次附加轉動。在返回空行程代碼第一段G代碼中，設定X值以實現讓刀運動。其余的G代碼中，B值、X值均為O，通過C值控制插齒刀的附加轉動。
[0024]對于試切用G代碼，C值是由所在代碼段對應的SP初始值、SP值、附加轉動系數以及理想主運動曲線共同決定。而生產用G代碼中的C值，是在試切用G代碼C值的基礎之上，通過補償螺旋線偏差得到。機床和齒輪規格確定后，附加轉動系數及理想主運動曲線保持不變。每段G代碼對應的SP初始值為先前G代碼SP值的和。因此，在生成G代碼的過程中，最關鍵的是確定每段G代碼中的SP值，亦即設計主運動曲線中每段直線對應的曲柄轉角。
[0025]圖2為加工行程G代碼SP值計算示意圖。圖中，SP_A11代表SP初始值，L_S代表上超越行程，L_Q代表上超越行程與切削行程的和，L_X代表總加工行程，Max_Step代表最大許用步長。
[0026]上超越行程剛開始時，SP值與SP初始值均為O。在上超越行程中，以5為步長對主運動曲線進行逼近，即SP=5 ο設計主運動曲線中對應的直線段，起始點坐標為(SP_ALL，L( SP_ALL))，終止點坐標為(SP_ALL+5，L( SP_ALL+5))。對于設計主運動曲線中下一段直線，SP初始值等于SP_ALL+5，即SP_ALL=SP_ALL+5。當L(SP_ALL+SP)>L_S時，意味著若繼續以5為步長，下一段直線的終點將進入插削行程。此時，上超越行程結束，進入插削行程。
[0027]在插削行程，按指定算法計算得到Max_Step，以其為步長對主運動曲線進行逼近，直至L(SP_ALL)>L_Q。此時，直線段的終點已經進入下超越行程，切削行程結束。
[0028]在下超越行程，仍然以5為步長對主運動曲線逼近，即SP=5。直至L( SP_ALL+SP) >=L_X時，意味著下一段直線的終點將進入返回空行程，下一段直線對應的是加工行程的最后一段G代碼。此時，取180-SP_ALL作為SP值，從而保證SP_ALL=180，即最后一段直線的終點必須是加工行程的終點、返回空行程的起點。
[0029]對于返回空行程:其G代碼SP值是加工行程G代碼SP值的倒序，即其第一段G代碼的SP值是加工行程G代碼最后一段的SP值，以此類推;其C值是加工行程G代碼C值的倒序，并乘以負號;其第一段G代碼加入徑向讓刀量X值，避免刮傷插齒刀，其余的G代碼中X值為O;其所有的B值均為O。
[0030]圖3是切削行程Max_Step值計算流程圖。由被加工齒輪的許用螺旋線總偏差，除以Zebra系數，得到[P]。將Pl作為主運動曲線偏差。Max_Step初值為I，將其除以2，計算相應的PogPdP]，則意味著步長過小，退出循環；否則，意味著步長過大，將Max_step除以2，繼續循環，直至P〈[P]。不論Max_Step初值是過大、過小還是正好合適，至此，Max_Step必然是過小。將Max_Step乘以2，繼續計算P。若P〉[P]，則意味著乘以2以后步長過大，退出循環;否則，意味著步長仍然過小，將Max_Step乘以2，繼續循環，直至P〉[P]。至此，Max_Step由必然是過小轉變成必然是過大。由于原先過小的Max_Step在乘以2之后轉變為過大，因此將Max_Step除以2得到最終的Max_Step，將其作為使主運動曲線偏差小于等于許用主運動曲線偏差的最大步長。
[0031]子G代碼的生成建立在核心代碼的基礎上。專用軟件生成l.txt文件，將核心代碼記錄其中。新建JINDA0.txt、JIAGONG.txt、TUIDA0.txt，復制1.txt中的內容，根據進刀量、退刀量、周向進給量，更改l.txt中G代碼的B和C值，通過重命名的方式生成進刀子代碼JINDA0.SPF、加工子代碼11460如.3??、退刀子代碼1'1]1040.3??。圖4所示為專用軟件生成核心代碼的過程。圖中的K為附加轉動系數，SP值的計算如圖2所示。
[0032]以上實施例僅對本發明進行舉例說明，不構成對本發明保護范圍限定，其中未公開部分均為現有技術。
【主權項】
1.一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I:根據機床參數，計算得到理論主運動曲線； 步驟2:按照一定的規則，用一系列直線段逼近理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，得到設計主運動曲線； 步驟3:根據步驟2中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制試切用G代碼； 步驟4:將試切用G代碼載入機床數控系統中，對被加工齒輪進行試切一次，并測量螺旋線偏差； 步驟5:根據螺旋線偏差反求出主運動曲線偏差，將其補償到步驟I中計算得到的理論主運動曲線中，由此獲得新理論主運動曲線； 步驟6:按照一定的規則，用一系列直線段逼近步驟5獲得的新理論主運動曲線，計算每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角； 步驟7:根據步驟6中計算得到的每段直線的最大許用步長和對應的曲柄轉角，以及齒輪參數編制生產用G代碼，然后將生產用G代碼載入機床數控系統中用于加工齒輪。2.如權利要求1所述一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，其特征在于:所述步驟2和步驟6中的規則是:保證由一系列直線段逼近理論主運動曲線得到的設計主運動曲線上任意位置的螺旋線偏差應小于許用螺旋線總偏差的原則。3.如權利要求2所述一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，其特征在于:所述對螺旋線進行補償包括減少上超越行程測量精度補償，以及沿齒寬方向對螺旋線偏差進行補償。4.如權利要求3所述一種提高電子螺旋導軌插削斜齒輪精度的方法，其特征在于:所述試切用G代碼包括一個主代碼和三個子代碼，所述三個子代碼分別為進刀子代碼、加工子代碼和退刀子代碼，所述每一個子代碼均由上超越行程代碼、切削行程代碼、下超越行程代碼以及返回空行程代碼四部分組成。
【文檔編號】B23F9/04GK105904036SQ201610394474
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】吳震宇, 趙大興
【申請人】湖北工業大學