一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，首先根据机床参数计算得到理论主运动曲线；用直线段逼近理论主运动曲线，得到设计主运动曲线；根据计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制试切用G代码；通过试切用G代码对被加工齿轮试切一次，并测量螺旋线偏差；根据螺旋线偏差反求出主运动曲线偏差，由此获得新理论主运动曲线；用直线段逼近新理论主运动曲线，根据上述计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制生产用G代码，然后将生产用G代码用于加工齿轮。本发明只需试切一次齿轮即可得到相对精确的生产用G代码，其成本低、可靠性好、可操作性强。
【专利说明】一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于数控机床领域，涉及内斜齿的数控加工技术，具体涉及一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]普通国产插齿机通常采用机械式螺旋导轨插削斜齿轮，当加工不同螺旋角的斜齿轮时就必须要更换螺旋导轨，由于螺旋导轨的制造成本高、加工工艺复杂而且更换麻烦，导致加工内斜齿轮时效率和加工精度难以满足要求，因此采用电子螺旋导轨取代机械式螺旋导轨对于提高内斜齿的加工效率、精度以及增强机床的柔性具有重要的意义。由于电子螺旋导轨的附加转动受到刀轴曲柄滑块机构主运动的影响，因此，造成斜齿螺旋线偏差不可能为零，即实际加工的斜齿轮螺旋线总是与设计值存在偏差。采取合理的技术方案，降低数控螺旋导轨在加工斜齿轮时的螺旋线偏差，具有重要的工程价值。本发明为了进一步提高数控插齿机电子螺旋导轨对斜内齿的插削精度，提出一种能够实现电子螺旋导轨高精度加工的技术方案。
[0005]电子螺旋导轨附加转动的实现原理决定了刀轴的主运动偏差与斜齿螺旋线偏差之间必须存在特定的数学关系。由于理论曲柄滑块机构主运动曲线呈非线性，所以设计主运动曲线与理论主运动曲线之间必然存在逼近偏差，造成螺旋线偏差不为零。为了解决实际加工过程中的螺旋线偏差问题，可以改变主运动机构，采用液压主轴、直线电机或者更复杂的连杆机构，使切削行程对应的主运动曲线呈线性。但是，这种方案受连杆长度及初始位置、运动副间隙、杆件受力变形及磨损等因素的影响，实际主运动曲线与理论主运动曲线存在不可忽略的差异。并且由此引起的主运动曲线偏差变化规律比较复杂，要通过找到其规律来消除其影响存在很大的困难。鉴于此，本发明在不改变刀轴主运动机构设计的基础上，按照任意位置的螺旋线偏差小于许用螺旋线总偏差的要求规划设计主运动曲线，通过计算满足齿轮加工精度要求的设计主运动曲线中直线段的最大许用步长，限制曲柄每次转过的角度，进而将任意位置的螺旋线偏差控制在许用值内。
[0006]
【发明内容】
[0007]电子螺旋导轨的附加转动决定了斜齿螺旋线偏差，由斜齿成形原理可知，电子螺旋导轨的附加转动是可以通过刀具转动实现的，但是其转动角度要与刀轴主运动保证特定的运动关系，因此，根据上述主运动与附加转动的运动关系可知，如果主运动产生偏差就会影响到附加转动精度，进而影响到斜齿螺旋线偏差。由主运动偏差产生机理可知，由于理论主运动曲线呈非线性，设计主运动曲线与理论主运动曲线之间必然存在逼近偏差，因此，螺旋线偏差不可能等于零。但是，可以采取合适的技术方案，将螺旋线偏差尽可能降低，保证其在允许范围内。本发明用直线段逼近理论主运动曲线，计算满足齿轮加工精度要求的每段直线的最大许用步长，试切齿轮，测取螺旋线偏差并反求出对应位置的主运动曲线偏差，由此获得更准确的新理论主运动曲线，重新用直线段逼近新理论主运动曲线。
[0008]本发明的目的在于不需改变目前大多数插齿机主轴曲柄连杆主运动机构的基础上，提出一种先试切再误差补偿的电子螺旋导轨插削内斜齿的方法，为了解决上述技术问题本发明采用技术方案如下:
一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤I:根据机床参数，计算得到理论主运动曲线；
步骤2:按照一定的规则，用一系列直线段逼近理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，得到设计主运动曲线；
步骤3:根据步骤2中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制试切用G代码；
步骤4:将试切用G代码载入机床数控系统中，对被加工齿轮进行试切一次，并测量螺旋线偏差；
步骤5:根据螺旋线偏差反求出主运动曲线偏差，将其补偿到步骤I中计算得到的理论主运动曲线中，由此获得新理论主运动曲线；
步骤6:按照一定的规则，用一系列直线段逼近步骤5获得的新理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角；
步骤7:根据步骤6中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制生产用G代码，然后将生产用G代码载入机床数控系统中用于加工齿轮。
[0009]作为优选，所述步骤2和步骤6中的规则是:保证由一系列直线段逼近理论主运动曲线得到的设计主运动曲线上任意位置的螺旋线偏差应小于许用螺旋线总偏差的原则。
[0010]作为优选，所述对螺旋线进行补偿包括减少上超越行程测量精度补偿，以及沿齿宽方向对螺旋线偏差进行补偿。
[0011]作为优选，所述试切用G代码包括一个主代码和三个子代码，所述三个子代码分别为进刀子代码、加工子代码和退刀子代码，所述每一个子代码均由上超越行程代码、切削行程代码、下超越行程代码以及返回空行程代码四部分组成。
[0012]
本发明有益效果是:
不需要改变目前绝大多数插齿机的曲柄连杆主轴机构，即不改变现有机床任何机械机构的前提下，只是通过采取本发明的加工工艺方案，就可以有效提高斜齿加工精度并满足要求。显而易见，通过采取该发明的技术方案，首先为客户降低了设备采购成本、节约了设备改造费用；另一方面，保留了目前技术成熟度较高的曲柄连杆主轴机构，提高了设备的可靠性，减少了后期维护和更换配套件的采购成本;另外，本发明只需一次试切齿轮，无需其它任何工艺要求，因此其在成本、可靠性、可操作性等方面更有优势。具备显著的经济意义。
[0013]
【附图说明】
[0014]图1为本发明斜齿轮数控插削技术方案流程图。
[0015]图2加工行程G代码SP值计算流程。
[0016]图3切削行程Max_Step值计算流程。
[0017]图4专用软件生成核心代码过程。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0020]本发明采用基于软件的技术方案，开发专用软件，输入相关参数以生成G代码，通过G代码控制机床各轴完成斜齿轮插削工作。如图1所示，一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，包括以下步骤:
步骤I:根据机床参数，计算得到理论主运动曲线；
步骤2:按照一定的规则，用一系列直线段逼近理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，得到设计主运动曲线；
步骤3:根据步骤2中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制试切用G代码；
步骤4:将试切用G代码载入机床数控系统中，对被加工齿轮进行试切一次，并测量螺旋线偏差；
步骤5:根据螺旋线偏差反求出主运动曲线偏差，将其补偿到步骤I中计算得到的理论主运动曲线中，由此获得新理论主运动曲线；
步骤6:按照一定的规则，用一系列直线段逼近步骤5获得的新理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角；
步骤7:根据步骤6中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制生产用G代码，然后将生产用G代码载入机床数控系统中用于加工齿轮。
[0021]所述步骤2和步骤6中的规则是:保证由一系列直线段逼近理论主运动曲线得到的设计主运动曲线上任意位置的螺旋线偏差应小于许用螺旋线总偏差的原则。
[0022]生产用G代码与试切用G代码的不同之处在于:前者根据试切齿轮螺旋线偏差检测结果，对后者切削行程部分代码进行螺旋线偏差补偿。螺旋线偏差的补偿是技术方案中必不可少的一环。整个补偿过程分为两部分:减少上超越行程测量精度对补偿的影响;沿齿宽方向对螺旋线偏差进行补偿，生成生产用G代码。方案要求数控插齿机床有四个数控轴:主轴、插齿刀旋转轴、工作台旋转轴、径向进给轴。专用软件主要完成以下四个功能:保存机床参数、被加工齿轮参数及螺旋线偏差，生成理论主运动曲线，生成试切用G代码，生成生产用G代码。
[0023]试切用G代码包括一个主代码和三个子代码。所述三个子代码分别为进刀子代码、加工子代码和退刀子代码，主代码依次调用进刀子代码、加工子代码、退刀子代码。三个子代码均为循环子代码，包括上超越行程代码、切削行程代码、下超越行程代码以及返回空行程代码四部分。除了设定的径向进给率、进给方向、圆周进给率以及循环次数不同外，三个子代码的其余部分均相同。与试切用G代码相比，生产用G代码对控制插齿刀附加转动的切削行程代码按照一定规律进行了更改，其余的部分均相同。子代码采用G91相对输入编程。在每段G代码中，用SP值表示主轴相对转动角度，用C值表示插齿刀相对旋转角度，用B值表示工作台相对旋转角度，用X值表示径向进给量。每段G代码中的SP值均大于O。通过加工行程代码第一段G代码中的X值、B值和C值控制每次加工行程中所需的径向进给运动、展成运动，以及插齿刀的第一次附加转动。在返回空行程代码第一段G代码中，设定X值以实现让刀运动。其余的G代码中，B值、X值均为O，通过C值控制插齿刀的附加转动。
[0024]对于试切用G代码，C值是由所在代码段对应的SP初始值、SP值、附加转动系数以及理想主运动曲线共同决定。而生产用G代码中的C值，是在试切用G代码C值的基础之上，通过补偿螺旋线偏差得到。机床和齿轮规格确定后，附加转动系数及理想主运动曲线保持不变。每段G代码对应的SP初始值为先前G代码SP值的和。因此，在生成G代码的过程中，最关键的是确定每段G代码中的SP值，亦即设计主运动曲线中每段直线对应的曲柄转角。
[0025]图2为加工行程G代码SP值计算示意图。图中，SP_A11代表SP初始值，L_S代表上超越行程，L_Q代表上超越行程与切削行程的和，L_X代表总加工行程，Max_Step代表最大许用步长。
[0026]上超越行程刚开始时，SP值与SP初始值均为O。在上超越行程中，以5为步长对主运动曲线进行逼近，即SP=5 ο设计主运动曲线中对应的直线段，起始点坐标为(SP_ALL，L( SP_ALL))，终止点坐标为(SP_ALL+5，L( SP_ALL+5))。对于设计主运动曲线中下一段直线，SP初始值等于SP_ALL+5，即SP_ALL=SP_ALL+5。当L(SP_ALL+SP)>L_S时，意味着若继续以5为步长，下一段直线的终点将进入插削行程。此时，上超越行程结束，进入插削行程。
[0027]在插削行程，按指定算法计算得到Max_Step，以其为步长对主运动曲线进行逼近，直至L(SP_ALL)>L_Q。此时，直线段的终点已经进入下超越行程，切削行程结束。
[0028]在下超越行程，仍然以5为步长对主运动曲线逼近，即SP=5。直至L( SP_ALL+SP) >=L_X时，意味着下一段直线的终点将进入返回空行程，下一段直线对应的是加工行程的最后一段G代码。此时，取180-SP_ALL作为SP值，从而保证SP_ALL=180，即最后一段直线的终点必须是加工行程的终点、返回空行程的起点。
[0029]对于返回空行程:其G代码SP值是加工行程G代码SP值的倒序，即其第一段G代码的SP值是加工行程G代码最后一段的SP值，以此类推;其C值是加工行程G代码C值的倒序，并乘以负号;其第一段G代码加入径向让刀量X值，避免刮伤插齿刀，其余的G代码中X值为O;其所有的B值均为O。
[0030]图3是切削行程Max_Step值计算流程图。由被加工齿轮的许用螺旋线总偏差，除以Zebra系数，得到[P]。将Pl作为主运动曲线偏差。Max_Step初值为I，将其除以2，计算相应的PogPdP]，则意味着步长过小，退出循环；否则，意味着步长过大，将Max_step除以2，继续循环，直至P〈[P]。不论Max_Step初值是过大、过小还是正好合适，至此，Max_Step必然是过小。将Max_Step乘以2，继续计算P。若P〉[P]，则意味着乘以2以后步长过大，退出循环;否则，意味着步长仍然过小，将Max_Step乘以2，继续循环，直至P〉[P]。至此，Max_Step由必然是过小转变成必然是过大。由于原先过小的Max_Step在乘以2之后转变为过大，因此将Max_Step除以2得到最终的Max_Step，将其作为使主运动曲线偏差小于等于许用主运动曲线偏差的最大步长。
[0031]子G代码的生成建立在核心代码的基础上。专用软件生成l.txt文件，将核心代码记录其中。新建JINDA0.txt、JIAGONG.txt、TUIDA0.txt，复制1.txt中的内容，根据进刀量、退刀量、周向进给量，更改l.txt中G代码的B和C值，通过重命名的方式生成进刀子代码JINDA0.SPF、加工子代码11460如.3??、退刀子代码1'1]1040.3??。图4所示为专用软件生成核心代码的过程。图中的K为附加转动系数，SP值的计算如图2所示。
[0032]以上实施例仅对本发明进行举例说明，不构成对本发明保护范围限定，其中未公开部分均为现有技术。
【主权项】
1.一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I:根据机床参数，计算得到理论主运动曲线； 步骤2:按照一定的规则，用一系列直线段逼近理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，得到设计主运动曲线； 步骤3:根据步骤2中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制试切用G代码； 步骤4:将试切用G代码载入机床数控系统中，对被加工齿轮进行试切一次，并测量螺旋线偏差； 步骤5:根据螺旋线偏差反求出主运动曲线偏差，将其补偿到步骤I中计算得到的理论主运动曲线中，由此获得新理论主运动曲线； 步骤6:按照一定的规则，用一系列直线段逼近步骤5获得的新理论主运动曲线，计算每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角； 步骤7:根据步骤6中计算得到的每段直线的最大许用步长和对应的曲柄转角，以及齿轮参数编制生产用G代码，然后将生产用G代码载入机床数控系统中用于加工齿轮。2.如权利要求1所述一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，其特征在于:所述步骤2和步骤6中的规则是:保证由一系列直线段逼近理论主运动曲线得到的设计主运动曲线上任意位置的螺旋线偏差应小于许用螺旋线总偏差的原则。3.如权利要求2所述一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，其特征在于:所述对螺旋线进行补偿包括减少上超越行程测量精度补偿，以及沿齿宽方向对螺旋线偏差进行补偿。4.如权利要求3所述一种提高电子螺旋导轨插削斜齿轮精度的方法，其特征在于:所述试切用G代码包括一个主代码和三个子代码，所述三个子代码分别为进刀子代码、加工子代码和退刀子代码，所述每一个子代码均由上超越行程代码、切削行程代码、下超越行程代码以及返回空行程代码四部分组成。
【文档编号】B23F9/04GK105904036SQ201610394474
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】吴震宇, 赵大兴
【申请人】湖北工业大学