一种齿圈齿倒角设备及倒角方法与流程

1.本发明涉及零部件倒角技术领域，具体涉及一种齿圈齿倒角设备及倒角方法。


背景技术：

2.大型轴承的齿圈加工后一般需对齿廓进行倒角，以方便安装和避免产生齿淬火尖角裂纹。实现齿倒角的现有方法可分为两种，一种是人工倒角，使用手持式倒角工具实现，该方法效率低，劳动强度大，倒角质量差，产生的粉末对环境和人体具有严重危害；另一种是采用机器人配合视觉系统自动化倒角，设备结构受限于机器人的刚性和视觉识别的精度，倒角尺寸小、稳定性差，精度丧失较快，不利于长期使用，且容易出现齿圈齿倒角程度不均匀的情况。除此之外，齿圈在加工过程中，由于齿圈中部无法安装回转机构，难以对齿圈进行有效的定心定位。
3.综上所述，急需一种齿圈齿倒角设备及倒角方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种齿圈齿倒角设备及倒角方法，以解决齿圈齿倒角程度不均匀的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种齿圈齿倒角设备，包括倒角单元和压力采集单元；所述倒角单元包括刀具、限位件和基座；所述刀具和限位件均安装在基座上，所述刀具的转轴中心与限位件的中心在竖直方向上共线，所述限位件用于与齿圈齿的侧面接触限位；所述压力采集单元包括与限位件连接的压力传感器。
6.优选的，所述倒角单元还包括设置于基座上的视觉检测装置，用于对齿圈齿的倒角情况进行检测。
7.优选的，所述倒角单元还包括滑动机构一；所述滑动机构一包括滑动连接的滑轨一和移动滑台一；所述基座与移动滑台一之间为活动连接。
8.优选的，一种齿圈齿倒角设备还包括定位旋转单元，所述定位旋转单元包括多个沿齿圈径向均匀分布的定位旋转机构；所述定位旋转机构包括轴线相互垂直的径向驱动轮和限位轮；所述径向驱动轮用于与齿圈的底部端面接触，驱动齿圈在水平面内旋转；所述限位轮与齿圈的外周面或内周面接触，用于实现齿圈的定心定位。
9.优选的，所述定位旋转机构还包括滑动机构二；所述滑动机构二包括滑动连接的滑轨二和移动滑台二；所述滑轨二的长度方向与齿圈的径向平行，所述径向驱动轮和限位轮均设置在移动滑台二上；所述径向驱动轮的轴线与齿圈的径向平行。
10.优选的，一种齿圈齿倒角设备还包括控制单元，所述控制单元分别与所述倒角单元、压力采集单元和定位旋转单元连接。
11.本发明还提供了一种齿圈齿倒角方法，采用了上述的一种齿圈齿倒角设备，包括以下步骤：
12.步骤一：根据齿圈外径或内径调整滑动机构二的移动滑台二的位置，将齿圈吊装
至径向驱动轮上，限位轮随移动滑台二运动，抵靠在齿圈的外周面或内周面上，实现齿圈定心定位；
13.步骤二：调节滑动机构一，使刀具移动至齿顶处进行对刀，使限位件与待倒角齿的侧面接触；
14.步骤三：开启刀具、径向驱动轮和滑动机构一，使滑动机构一带动刀具沿齿深方向进给，调节齿圈圆周方向的旋转速度和刀具的进给速度，使刀具在齿圈上的运动轨迹与齿廓线重合。
15.优选的，所述步骤三中，对内齿圈进行倒角时，刀具的运动轨迹通过表达式1)计算：
[0016][0017]
对外齿圈进行倒角时，刀具的运动轨迹通过表达式2)计算：
[0018][0019]
其中，x为刀具在旋转切线方向上的运动轨迹，y为刀具在齿深方向的运动轨迹，r为齿顶圆直径，v为刀具直线进给速度，ω为齿圈旋转的角速度，t为运动时间。
[0020]
优选的，所述步骤三中，还包括通过压力传感器采集限位件与待倒角齿侧面之间的接触压力，当接触压力大于设定阈值时，通过控制刀具的进给速度进行调节。
[0021]
优选的，一种齿圈齿倒角方法还包括步骤四：刀具完成一个齿深的加工行程后，使刀具在齿根处停留t秒，对齿根处进行倒角；然后控制滑动机构一反向进给，完成另一侧齿的倒角；倒角后通过视觉检测装置检查倒角尺寸是否合格。
[0022]
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
[0023]
(1)本发明中，倒角设备中的刀具的转轴中心与限位件的中心在竖直方向上共线，限位件用于在倒角过程中与齿圈齿的侧面接触限位，限位件与刀具同心且运动轨迹一致，保证倒角齿形一致性，防止刀具过切，保证对齿圈的齿实现均匀倒角。
[0024]
(2)本发明中，通过设置与限位件连接的压力传感器，采集限位件与齿侧面之间的接触压力，可根据限位件与齿廓侧面接触位置压力变化自动纠正刀具运行轨迹，实现倒角过程的智能化控制，以保证倒角尺寸的均匀、准确，并消除因工件齿形不一致、工件椭圆带来的齿形倒角偏差等问题。
[0025]
(3)本发明中，通过限位件和控制单元控制刀具的运动轨迹，倒角作业不受工件(即齿圈)直径、模数、齿形大小等因素影响，可兼顾不同大小、模数的齿轮倒角加工作业。
[0026]
(4)本发明中，通过视觉检测装置对齿圈的齿的倒角情况进行检测，能在加工过程中实时检测倒角尺寸，防止产生批量不合格品。
[0027]
(5)本发明中，滑动机构一中移动滑台一的进给通过伺服电机控制，通过移动滑台一带动刀具移动，通过滑动机构二对齿圈进行定心定位，可适用于不同规格的齿圈的倒角
加工，提升了倒角设备的通用性。
[0028]
(6)本发明中，控制单元根据输入齿参数自动生成走刀路径，定位旋转单元可自动调整限位轮位置对齿圈进行夹紧，可实现一键换型；在倒角过程中，可根据限位件与齿廓侧面接触位置压力变化自动纠正刀具运行轨迹，保证加工的齿形精度。
[0029]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0030]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0031]
图1是本技术实施例中一种齿圈齿倒角设备的结构示意图；
[0032]
图2是本技术实施例图1中倒角单元的结构示意图；
[0033]
图3是本技术实施例中一种齿圈齿倒角方法的示意图；
[0034]
图4是本技术实施例中图3的a向视图；
[0035]
图5是本技术实施例中一种齿圈齿倒角方法的压力调节示意图；
[0036]
其中，1、刀具，2、限位件，3、基座，4、压力传感器，5、视觉检测装置，6、滑动机构一，6.1、滑轨一，6.2、移动滑台一，7、定位旋转机构，7.1、径向驱动轮，7.2、限位轮，7.3、滑动机构二，7.3.1、滑轨二，7.3.2、移动滑台二，7.4、旋转驱动件，8、齿圈。
具体实施方式
[0037]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0038]
实施例：
[0039]
参见图1至图5，一种齿圈齿倒角设备及倒角方法，本实施例应用于大型轴承齿圈齿的倒角及检测。
[0040]
一种齿圈齿倒角设备，参见图1，包括倒角单元、压力采集单元、定位旋转单元和控制单元，所述控制单元分别与所述倒角单元、压力采集单元和定位旋转单元连接，用于接收各个单元的信息并控制各个单元运动。下面结合各单元的具体结构进行说明。
[0041]
所述倒角单元包括刀具1、限位件2和基座3；所述刀具1和限位件2均安装在基座3上，刀具1在刀具驱动电机的作用下可进行匀速正转和反转，用于对齿圈齿进行倒角；参见图2至图4，所述刀具1的转轴中心与限位件2的中心在竖直方向上共线，所述限位件2用于在倒角过程中与齿圈8齿的侧面接触限位，防止刀具1过切，保证对齿圈8的齿实现均匀倒角；所述压力采集单元包括与限位件2连接的压力传感器4，通过压力传感器4检测到的压力大小调节刀具1的进给驱动，实现倒角过程的智能化控制，如图5所示。限位件2可选择限位球、限位圆盘，限位块等形式，其作用主要是保持刀具1转轴至齿圈8的齿的侧面之间的距离稳定不变，从而实现对齿的均匀倒角效果，本实施例中，限位件2为限位球，限位球的球体表面与齿圈8的齿的侧面接触实现接触限位；限位球的外径小于刀具1的外径同时小于齿根圆弧半径，避免刀具1无法切削到齿圈8的齿。刀具1、限位件2与基座3之间均为可拆卸式连接，在根据倒角要求更换不同规格的刀具1时，可相应更换不同规格的限位件2。
[0042]
基座3为7形结构，基座3的悬臂端设有用于安装刀具1和限位件2的安装部，安装部与基座3本体之间可发生竖直方向的相对运动，用于实现刀具1和限位件2的高度位置调节。
[0043]
所述倒角单元还包括设置于基座3上的视觉检测装置5，用于对齿圈8的齿的倒角情况进行检测。
[0044]
所述倒角单元还包括滑动机构一6；所述滑动机构一6包括滑动连接的滑轨一6.1和移动滑台一6.2，移动滑台一6.2在滑轨一6.1上的滑移运动通过伺服电机控制，从而对移动滑台一6.2的进给速度进行调节；所述基座3与移动滑台一6.2之间为活动连接。本实施例中，滑轨一6.1的长度方向与齿圈8的径向平行，用于实现基座3和刀具1沿齿深方向进给，基座3与移动滑台一6.2之间为转动连接，便于在倒角前进行刀具1的对刀。
[0045]
一种齿圈齿倒角设备还包括定位旋转单元，所述定位旋转单元包括多个沿齿圈8径向均匀分布的定位旋转机构7；所述定位旋转机构7包括轴线相互垂直的径向驱动轮7.1和限位轮7.2；所述径向驱动轮7.1用于与齿圈8的底部端面接触，驱动齿圈8在水平面内旋转；所述限位轮7.2与齿圈8的外周面或内周面接触，用于实现齿圈8的定位。本实施例中，齿圈8为内齿圈，通过限位轮7.2与齿圈8的外周面接触，即可实现齿圈8的定心定位。
[0046]
所述定位旋转机构7还包括滑动机构二7.3；所述滑动机构二7.3包括滑动连接的滑轨二7.3.1和移动滑台二7.3.2；所述滑轨二7.3.1的长度方向与齿圈8的径向平行，所述径向驱动轮7.1和限位轮7.2均设置在移动滑台二7.3.2上；通过调节移动滑台二7.3.2在滑轨二7.3.1上的位置，实现对不同规格的齿圈8的定心定位，所述径向驱动轮7.1的轴线与齿圈8的径向平行。当径向驱动轮7.1在旋转驱动件7.4的作用下转动，从而带动齿圈8在水平面内匀速旋转。通过刀具1本身的旋转、刀具1在齿深方向的滑移进给(由滑动机构一6的伺服电机控制实现)和齿圈8的匀速旋转(由径向驱动轮7.1和旋转驱动件7.4实现)配合，实现齿圈8上齿的倒角加工。
[0047]
所述控制单元包括控制模块和与控制模块连接的电机驱动模块、压力采集模块、数据处理模块和操作面板。其中，控制模块为单片机，本实施例中优选stm32f103c8t6芯片，stm32系列芯片是基于arm cortexm3的32位微控制器，拥有更快的处理速度和更加强大的性能；电机驱动模块用于实现对刀具驱动电机、滑动机构一6、滑动机构二7.3和旋转驱动件7.4的控制；压力采集模块与压力传感器4连接，用于采集压力传感器4采集到的压力信息，本实施例中，压力传感器4采用薄膜压力传感器，在加工过程中采集的压力信号为模拟信号，无法被单片机直接读取，通过数据处理模块进行adc转换后在操作面板的oled显示屏上进行显示，本实施例中，采用hx711芯片作为a/d转换芯片，对压力信号进行放大处理；hx711芯片是一款24位高度集成化的芯片，可以进行数模转换，转换响应快，抗干扰能力强，可操作性强便于和单片机搭配使用。操作面板还可用于向控制模块输入控制信息，如待倒角齿圈的结构参数等，也可人工通过操作面板上的按键对各部件的运动进行微调，保障倒角效果。
[0048]
为了保证控制单元的安全性，在单片机内部设置有压力上限值(即设定阈值)，当检测到当前的压力值超过设定阈值时，通过蜂鸣器鸣叫和oled显示警告信息两种方式同时提醒操作人员；为了保证操作过程中的灵活性，采用按键选择的方式控制压力设定阈值的大小，可以根据不同倒角尺寸的大小进行更有针对性设定阈值的调整。为了避免检测数据的浪费，设计了基干计算机平台的上位机软件，可以将检测过程中产生的压力数据进行显
示、采集和保存，有助于后续的研究和使用。
[0049]
一种齿圈齿倒角方法，采用了上述的一种齿圈齿倒角设备，包括以下步骤：
[0050]
步骤一：通过操作面板输入待加工齿圈8的直径，在电机驱动模块的控制下，根据齿圈8的外径或内径调整滑动机构二7.3的移动滑台二7.3.2的位置，将齿圈8吊装至径向驱动轮7.1上，限位轮7.2随移动滑台二7.3.2运动，抵靠在齿圈8的外周面或内周面上，实现齿圈8定心定位；本实施例中，通过三个限位轮7.2抵靠在齿圈8的外周面上，实现内齿圈8的定心定位。
[0051]
通过操作面板输入齿轮模数、齿数、齿顶圆直径等参数；由控制模块中内置的计算程序自动计算出齿深等参数。
[0052]
步骤二：调节滑动机构一6，使刀具1移动至齿顶处进行对刀，使限位件2与待倒角齿的侧面接触；对刀后根据倒角尺寸调整刀具1的z轴坐标；
[0053]
步骤三：通过电机驱动模块开启刀具1的刀具驱动电机、径向驱动轮7.1的旋转驱动件7.4和滑动机构一6，使滑动机构一6带动刀具1沿齿深方向进给；调节旋转驱动件7.2的转速，实现齿圈8圆周方向的旋转速度调节；调节刀具1的进给速度即通过滑动机构一6的伺服电机控制移动滑台一6.2的滑移进给速度实现调节，使刀具1在齿圈上的运动轨迹与齿廓线重合。
[0054]
对内齿圈进行倒角时，刀具1的运动轨迹通过表达式1)计算：
[0055][0056]
对外齿圈进行倒角时，刀具(1)的运动轨迹通过表达式2)计算：
[0057][0058]
其中，x为刀具1在旋转切线方向上的运动轨迹，y为刀具1在齿深方向的运动轨迹，r为齿顶圆直径，v为刀具直线进给速度，ω为齿圈旋转的角速度，t为运动时间。本实施例中，通过表达式1)确定刀具1的运动轨迹。
[0059]
在倒角过程中，限位件2与刀具1一起沿齿廓方向进给运动，限位件2保持与齿的侧面接触，此时刀具驱动电机正转，滑动机构一6的移动滑台一6.2在伺服电机的控制下带动倒角刀具1的刀柄前进，限位件2与齿侧面的接触位置随刀具1沿齿廓方向运动而发生变化，通过限位件2向齿的侧面施加一定的接触压力，倒角过程中通过压力传感器4采集限位件2与待倒角齿侧面之间的接触压力，如果遇到齿形不一致、齿圈8旋转速度与刀具进给速度不匹配的情况，会造成倒角偏大或者偏小时，限位件2与齿侧面之间的接触压力会发生相应变化，压力传感器4会及时将信号发送至控制模块，当接触压力大于设定阈值时，通过控制刀具1移动滑台一6.2后退进行刀具进给速度调节。例如压力增大时，控制模块控制刀具驱动电机反转，由移动滑台一6.2带动倒角刀具的刀柄后退减小压力，从而减小限位件2与齿侧面间的接触压力；控制模块根据压力值的变化调整刀具的直线进给速度v(即滑动机构一6
中移动滑台一6.2的滑移进给速度)，从而控制刀具1运动轨迹与设定值一致，倒角尺寸均匀，在调节过程中，控制单元可对压力传感器4采集的压力数值进行显示、采集和保存，有助于后续的数据研究和使用。
[0060]
步骤四：刀具1完成一个齿深的加工行程后，使刀具1在齿根处停留t秒，齿圈8和刀具1继续旋转，对齿根处进行均匀倒角，t根据齿形大小调整，可通过控制模块结合经验值进行计算；然后控制滑动机构一6反向进给，完成另一侧齿的倒角；倒角后通过视觉检测装置5检查倒角尺寸是否合格。
[0061]
步骤五：通过滑动机构一6使刀具1朝向齿圈8的圆心移动一定距离，待齿圈旋转至下一个齿的加工位置，重复步骤二至步骤四，直至完成齿圈8上所有齿的轮廓倒角。
[0062]
步骤六：径向驱动轮7.1的旋转驱动件7.4停止转动，倒角单元退出作业区并退回至原点，将齿圈8调离倒角作业区。
[0063]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。