一种用于齿轮修复的数控滚齿加工控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及到数控滚齿控制领域，具体地说是一种用于齿轮修复的数控滚齿加工 控制方法。对待修复齿轮进行精确的零点定位，再采用同步补偿算法不断修正各联动轴的 命令位置，对工件进行重新滚切，达到齿轮修复目的的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业生产水平的不断提高，对于像齿轮运样的标准零部件的精度也提出了更 高的要求，齿轮修复的重要性日益凸显。目前，应用于齿轮修复的主要方法是剌齿和磨齿， 而在齿轮加工中扮演重要角色的滚齿并未应用到此领域，主要是因为被拆卸下来的齿轮重 新安装后，难W重新定位进行二次滚切，即使手动定位成功，也很难有效地提高原有的加工 精度，达不到齿轮修复的目的。
[0003] 而作为传统齿轮修复方法的剌齿和磨齿，虽然能够满足加工精度上的要求，但也 有其各自的缺点。磨齿，无疑是所有的齿轮加工方法中精度最高的一种，但其加工成本高， 效率低下，对于对精度要求不是特别高的场合，应用磨齿进行修复可W说是一种浪费。相比 于磨齿，剌齿虽然提高了生产效率，但成本依然不低，且对剌前齿轮的要求也比较高，应用 时受到了一定的限制。
[0004] 由此可见，齿轮修复领域仍然有较大的提升空间，新的齿轮修复方法呼之欲出。
【发明内容】
阳〇化]针对目前齿轮修复的发展现状和现有方法所存在的弊端，本发明提出了一种用于 齿轮修复的数控滚齿加工控制方法，将滚齿应用到齿轮修复上，解决了滚齿难W重新定位 进行二次滚切，难W提高原有加工精度的问题，不仅可W达到修复的要求，而且提高了生产 效率，大幅降低了成本。
[0006] 本发明适用于对表面粗糖度和精度不理想的齿轮进行修复，但对于齿形变形严重 或过切的齿轮并不适用。
[0007] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于齿轮修复的数控滚齿加工 控制方法，包括W下步骤：
[0008] 准备阶段：在选择并安装刀具后，利用多次对刀得到的参考点位置，求出理想的各 轴零点位置，再根据滚刀和工件的实际尺寸及加工工艺要求设置加工参数；
[0009] 规划阶段：根据准备阶段设定的加工参数对刀具沿工件径向的运动进行轨迹规 划，并由滚齿加工中各轴的运动关系得到其他参与联动轴的命令位置，再与各自的实际反 馈位置进行比较，修正各轴的命令位置；
[0010] 输出阶段：在得到修正后的各轴命令位置后，将其转换为电机每周期需发出的脉 冲数。
[0011] 所述选择并安装刀具包括W下步骤：
[0012] 选择与待加工齿轮模数相同的刀具；
[0013] 根据刀具与齿轮的旋向及螺旋角，确定刀具安装的角度。
[0014] 所述参考点是使滚刀刀刃与待修复齿轮的任一齿槽相互晒合后的滚刀轴和工件 轴的坐标点位置。
[0015] 所述理想的各轴零点位置是由参考点求出的滚刀轴和工件轴的最终零点位置及 由系统回零得到的其他各轴的零点位置，其中滚刀轴和工件轴的最终零点位置分别为：
[0018] 式中hob_ze;ro表示滚刀轴的最终零点位置，gea;r_ze;ro表示工件轴的最终零点位 置，hob_pos表示滚刀轴的参考点位置，gea;r_pos表示工件轴的参考点位置，posl表示工件 轴的第一辅助参考点位置，P〇s2表示工件轴的第二辅助参考点位置，，ni表示参考点与第一 辅助参考点间的跨齿数，ri2表示参考点与第二辅助参考点间的跨齿数。
[0019] 所述辅助参考点是参考点确定之后，保持滚刀轴位置不变，改变工件轴的旋转角 度重新对刀，使待修复齿轮的其他齿槽与滚刀的同一刀刃相互晒合，此时的工件轴坐标位 置。
[0020] 所述各轴的命令位置通过W下方式修正：
[0021] offset = last-OffsetX scalel+(fb_pos-no;rm_pos) X scale2
[0022] 其中，offset表示同步修正值，last_offset表示上一周期同步修正值，化_pos表 示反馈位置，no;rm_pos表示理论位置，scalel和scale2表示同步修正比例系数；
[0023] 更新命令位置 cmd_pos = cmd_pos-〇ffset。
[0024] 所述同步修正比例系数在不同机床的值不同，通过实验观察反馈位置的变化规律 得到。
[0025] 本发明具有W下优点：
[0026] 1.修复精度较高，表面粗糖度得到明显改善。本发明利用多次对刀，可得到较为精 确的各轴零点位置，再采用同步补偿算法对规划的轨迹点进行修正，保证了较高的修复精 度和理想的表面粗糖度。
[0027] 2.修复过程智能、灵活。通过加工参数的设定，可对修复加工的切削速度、切削量 及修复次数等工艺过程进行设定，适应不同的精度要求，合理调节生产效率。
[0028] 3.适用范围广，对待修复齿轮的要求较低。相比于剌齿的修复方法，本发明提出的 滚齿修复对待修复齿轮的精度和表面粗糖度的要求较低，扩大了适用范围，但对于齿形严 重变形和过切的齿轮并不适用。
[0029] 4.匹配性好，有效适应不同机械条件的机床。本发明中的同步补偿算法有两个同 步修正比例系数，不同的机床一般比例系数也不相同，可通过实验观察反馈位置的变化规 律，得到合适的比例系数，达到最理想的修复效果。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明方法总体流程图；
[0031] 图2为本发明规划阶段流程图；
[0032] 图3为本发明同步补偿算法处理过程示意图；
[0033] 图4为无补偿加工过程中工件轴位置偏差分布图；
[0034] 图5为采用同步补偿的加工过程中工件轴位置偏差分布图；
[0035] 图6为同步修正比例系数配置不当的加工过程中工件轴位置偏差分布图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图及实例对本发明做进一步的详细说明。
[0037] 图1从总体上概括了本发明的控制过程。
[0038] 齿轮修复控制过程大致可分为=个阶段：准备阶段、规划阶段、输出阶段。下面分 别对运=个阶段做具体说明，详细阐述整个齿轮修复控制过程。
[0039] ①准备阶段
[0040] 该阶段主要完成轨迹规划前的准备工作。
[0041] 在待修复齿轮确定之后，所选用刀具的模数也就随之确定。选择模数与待修复齿 轮模数相同的滚刀，并根据刀具和齿轮的旋向及螺旋角调整刀具的安装角度。
[0042] 在刀具安装角度确定之后，系统各轴回零，确定各轴的零点位置。与齿轮加工不同 的是，齿轮修复需要对滚刀轴和工件轴进行重新定位，使其能够在原有齿形基础上进行修 复滚切。
[0043] 手动调节各轴位置，使滚刀的任一刀刃与齿轮的任一齿槽相晒合，通知系统完成 手动对刀，系统将记录下当前的滚刀轴和工件轴的旋转角度，此时的位置就是滚刀轴参考 点位置化〇b_pos)和工件轴参考点位置（gear_pos)。在参考点确定之后，滚刀轴的最终零 点位置随之确定：
[0044] hob_zero = hob_pos ；
[0045] 为提高零点定位精度，工件轴的最终零点位置还需要借助辅助参考点进行修正。 保持滚刀轴位置不变，改变工件轴的旋转角度重新对刀，使待修复齿轮的其他齿槽与滚刀 的同一刀刃相互晒合，此时的工件轴坐标位置就是第一参考点位置（POSl)，同时记录下第 一辅助参考点与参考点之间的跨齿数（nl)。依照同样的方法，得到第二辅助参考点的位置 (pos2)和第二辅助参考点与参考点之间的跨齿数（n2)。由工件轴参考点和两个辅助参考 点，确定工件轴的最终零点位置：
[0047] 如果工件轴的零点偏差过大，说明待修复齿轮的齿形变形严重，未能达到修复要 求，无法对该齿轮进行修复。零点偏差的最大值可根据齿轮的尺寸及加工精度的要求进行 设定。
[0048] 运里所述的零点偏差（delta)，是指通过工件轴参考点和两个辅助参考点所确定 工件轴的最终零点位置与工件轴参考点位置的差的绝对值，即
[0049] delta = gear_zer〇-gear_pos ；
[0050] 各轴零点位置确定之后，根据滚刀和工件的实际尺寸及加工工艺要求设置加工参 数，完成轨迹规划前的准备工作。本发明的修复过程更加智能、灵活，可通过加工参数的设 定，对修复加工的切削速度、切削量及修复次数等工艺过程进行设定，适应不同的精度要 求，合理调节生产效率。<