一种轨迹曲面的在机测量方法及精加工方法与流程

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种轨迹曲面的在机测量方法及精加工方法。

背景技术：

运用于超高速重载领域的槽轮、凸轮等运动控制零件，其运动控制面是根据运动控制要求设计的复杂曲面，称为轨迹曲面。对于含有多种内凹特征的轨迹曲面，其不同内凹处曲率半径不同，经热处理后，多内凹不规则轮廓因厚度不均，热处理变形大且变形量不均匀。轨迹面磨削加工时，砂轮和工件的接触区域随着内凹曲面的曲率半径变化而变化，磨削力方向变化频繁，内凹特征的磨削状态变化较大，磨削精度不能完全依靠机床和程序精度保证，必须通过轮廓测量来保证。

目前精密在机测量方法以杠杆表、红宝石探头、光栅等为主，其测量功能由光-机-电系统实现，依靠控制系统程序的支持，实施成本很高，而且主要以孔、面为主，难以测量曲面轮廓。其他非接触测量方法则无法达到微米级测量精度，也存在系统复杂，实施成本高的问题。

轨迹曲面轮廓传统热后精加工方法是：磨削采用连续轨迹坐标磨床，轨迹面轮廓测量采用三坐标测量机，轨迹曲面无法在机床上直接测量。磨削轨迹面时通过找正定位孔圆心和定位销孔角向位置作为定位基准，由于轨迹面变形不均匀，只能通过留较大的磨削余量来保证轨迹完全光出。同时，由于找正定位孔圆心和定位销孔角向位置作为定位基准，磨削掉的轨迹面材料也很不均匀，造成最终加工完成的零件其轨迹面硬化层深度也并不均匀，使用中硬化层深度不均匀会导致轨迹面接触应力与应变的变化不连续。

热后传统精加工过程包括精加工：第一次定位校正，在连续轨迹数控坐标磨床上进行半精磨轨迹面；第二次定位校正，在三坐标测量机上进行轨迹面测量，记录余量和误差信息，因为轨迹面无法使用通用量具进行测量，需从定位夹具上拆下来在三坐标测量机上重新定位后对轮廓进行测量；第三次定位校正，在连续轨迹数控坐标磨床上修改补偿值后精磨；第四次定位校正，在三坐标测量机上进行轨迹面测量，由于多曲率半径内凹特征的影响，轨迹面各区域误差不均，精磨后需再次拆下零件在三坐标测量仪上找正装夹并测量，确认补偿值是否正确，还有多少区域不在公差范围内；第四次定位校正，在连续轨迹数控坐标磨床上再一次精磨和光磨；第五次定位校正，在三坐标测量机上测量。高精度轨迹曲面磨削需五次定位校正，加工效率低。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种轨迹曲面的在机测量方法及精加工方法，测量精准，可靠性高，系统简单，可减少定位校正次数，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明提供一种轨迹曲面的在机测量方法，采用连续轨迹坐标磨床对零件的轨迹曲面进行测量，所述连续轨迹坐标磨床包括轨迹运动主轴、连接在轨迹运动主轴下的行星运动主轴、以及连接在行星运动主轴下的砂轮，包括以下步骤：

a1、在行星运动主轴上固定安装一个测量表，所述测量表包括百分表、千分表或万分表，校正所述测量表位置，将其表针球面用于与轨迹曲面接触的测量点位于轨迹运动主轴回转中心与砂轮回转中心的连线上，并位于砂轮的磨削点位置处；将零件在连续轨迹坐标磨床上定位校正好，使测量表的测量点与零件的轨迹曲面接触；

a2、利用连续轨迹坐标磨床的法线跟踪功能运行程序，控制轨迹运动主轴运动，带动测量表绕轨迹曲面轮廓一周，根据测量表读数确定轨迹曲面实际轮廓与理论轮廓的误差值。

进一步地，所述测量表为杠杆式的。

进一步地，所述测量表通过表架连接在行星运动主轴上。

进一步地，所述步骤a1中，所述测量点位于砂轮的磨削点正下方，所述步骤a2中，通过轨迹运动主轴抬高测量表位置，使测量点与零件的轨迹曲面接触。

本发明还提供一种轨迹曲面的精加工方法，采用连续轨迹坐标磨床对零件的轨迹曲面进行精加工，所述连续轨迹坐标磨床包括轨迹运动主轴、连接在轨迹运动主轴下的行星运动主轴、以及连接在行星运动主轴下的砂轮，所述精加工方法包括：在连续轨迹坐标磨床上对零件定位校正好，对其轨迹曲面进行半精磨工序、精磨工序和光磨工序，并且半精磨工序、精磨工序和光磨工序都包括以下步骤：

b1、初次磨削加工前，采用上述的在机测量方法，确定轨迹曲面实际轮廓与理论轮廓的误差值，作为加工指导参数，用于指导磨削加工；

b2、磨削加工后，采用上述的在机测量方法，确定轨迹曲面实际轮廓与理论轮廓的误差值，作为加工检验参数；将加工检验参数与加工要求对比，对于满足加工要求的，进入步骤b4，对于不满足加工要求的，进入步骤b3；

b3、将步骤b2中加工检验参数作为加工指导参数，对零件进行再次磨削加工，然后重复步骤b2；

b4、工序完成。

进一步地，在零件经过半精磨工序、精磨工序和光磨工序后，从连续轨迹数控坐标磨床上拆下，将零件在三坐标测量机上定位校正，利用三坐标测量机测量轨迹曲面。

如上所述，本发明涉及的在机测量方法及精加工方法，具有以下有益效果：

通过设置测量表，紧密精密调整测量表与轨迹运动主轴和砂轮的相对关系，利用连续轨迹坐标磨床的法线跟踪功能运行程序，带动测量表绕轨迹曲面一周，测量表的测量点与轨迹运动主轴回转中心连线始终与轨迹曲面法线重合，能实现测量表表针模拟砂轮的磨削点运动轨迹，反映出砂轮轨迹与轨迹曲面理论轮廓的误差，从而确定轨迹曲面实际轮廓与理论轮廓的误差值。本发明的在机测量方法，读数直观，测量精度好，可靠性更高，且结构简单，不需要额外控制程序支持，实施成本低，可实现在同一台连续轨迹坐标磨床上进行精加工和测量的闭环制造，减少定位校正次数，提高精度和工作效率。

附图说明

图1为本发明中的在机测量方法所需要硬件的结构示意图。

图2为连续轨迹坐标磨床上进行轨迹曲面磨削的工作示意图。

图3为本发明中的在机测量方法的原理示意图。

元件标号说明

1轨迹运动主轴

11轨迹运动主轴回转中心

2行星运动主轴

3砂轮

31砂轮回转中心

32磨削点

4测量表

41表针球面

42测量点

5表架

6轨迹曲面

61轨迹曲面法线

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1至图3，本发明提供了一种轨迹曲面的在机测量方法，采用连续轨迹坐标磨床对槽轮、凸轮等零件的轨迹曲面轮廓进行测量，连续轨迹坐标磨床包括轨迹运动主轴1、连接在轨迹运动主轴1下的行星运动主轴2、以及连接在行星运动主轴2下的砂轮3，其中连续轨迹坐标磨床的工作原理为现有公知的，此处不再赘述。本发明的在机测量方法包括以下步骤：

a1、在行星运动主轴2上固定安装一个测量表4，测量表4可以为百分表、千分表或万分表，精确校正测量表4位置，将其表针球面41用于与轨迹曲面6接触的测量点42位于轨迹运动主轴回转中心11与砂轮回转中心31的连线上，并位于砂轮3的磨削点32位置处；将零件在连续轨迹坐标磨床上定位校正好，使测量表4的测量点42与零件的轨迹曲面6接触。具体地，在本实施例中，优选采用杠杆式千分表或万分表，通过表架5连接在行星运动主轴2上，固定在砂轮3下方，使测量点42位于砂轮3的磨削点32的正下方，以此测量时不需要将砂轮3拆下，只需通过轨迹运动主轴1抬高测量表4位置，使测量点42与零件的轨迹曲面6接触即可，方便磨削加工和测量之间的灵活切换。

a2、利用连续轨迹坐标磨床的法线跟踪功能运行程序(也即控制轨迹运动主轴1运行进行磨削加工的程序)，控制轨迹运动主轴1运动，带动测量表4绕轨迹曲面6轮廓一周，在此过程中，参见图2和图3，测量表4的测量点42与轨迹运动主轴回转中心11连线始终与轨迹曲面法线61重合，表针球面41与轨迹曲面6接触的测量点42始终是同一点，以此就能实现测量表4表针模拟砂轮3的磨削点32运动轨迹，也即表针位移量反映了砂轮3轨迹与轨迹曲面6理论轮廓的误差，根据测量表4读数，并考虑到相关尺寸公差和形位公差，确定轨迹曲面6实际轮廓与理论轮廓的误差值。

采用本发明的在机测量方法，具有以下优势：(1)连续轨迹坐标磨床本身定位精度和重复定位精度与三坐标测量机相当，在机测量方法主要使用百分表、千分表或万分表，读数直观，测量精度好，可靠性更高，且结构简单，不需要额外控制程序支持，实施成本低，适用于机械加工领域应用。(2)利用三坐标测量机测量轨迹曲面6，零件在机床和测量设备上需要多次定位校正，存在重复定位误差，而且加工效率低下，采用本方法可实现在同一台连续轨迹坐标磨床上进行加工和测量的闭环制造，减少定位校正次数，提高精度和工作效率。

本发明还包括一种轨迹曲面的精加工方法，采用连续轨迹坐标磨床对零件的轨迹曲面6进行精加工，精加工方法包括：在连续轨迹坐标磨床上对零件定位校正好，对其轨迹曲面6进行半精磨工序、精磨工序和光磨工序，并且半精磨工序、精磨工序和光磨工序都包括以下步骤：

b1、初次磨削加工前，采用上述的在机测量方法，确定轨迹曲面6实际轮廓与理论轮廓的误差值，作为加工指导参数，包括余量和误差信息等，用于指导磨削加工。

b2、磨削加工后，采用上述的在机测量方法，确定轨迹曲面6实际轮廓与理论轮廓的误差值，作为加工检验参数；将加工检验参数与加工要求对比，对于满足加工要求的，进入步骤b4，对于不满足加工要求的，进入步骤b3；

b3、将步骤b2中加工检验参数作为加工指导参数，对零件进行再次磨削加工，然后重复步骤b2；

b4、工序完成。

半精磨工序、精磨工序和光磨工序可在连续轨迹坐标磨床依次连续进行，每个工序都按照上述步骤b1至b4，达到该工序的加工要求时，再进行下一个工序。并且，在零件经过半精磨工序、精磨工序和光磨工序后，达到设计要求后，从连续轨迹数控坐标磨床上拆下，将零件在三坐标测量机上定位校正，利用三坐标测量机测量轨迹曲面6，再次进行验证，确保加工质量。

采用本发明的在精加工方法，具有以下优势：(1)磨削加工之前，可直观了解零件的余量情况，方便记录误差极值在轮廓上的位置，以此可调整装夹位置或坐标原点使轨迹曲面6余量均匀，提高最终零件的轨迹曲面6质量。(2)通过采用本发明的在机测量方法，在同一台连续轨迹坐标磨床上进行加工和测量的闭环制造，中间可不需要进行再次定位校正，相对传统的精加工方法，避免多次定位校正，减少重复定位误差，提高了工作效率。

综上所述，发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。