[发明专利]一种干切数控滚齿机床径向热变形误差在机实时补偿方法

摘要

本发明公开一种干切数控滚齿机床径向热变形误差在机实时补偿方法，其特征在于，利用红外温度传感器和激光位移传感器分别在线测量刚加工完齿轮工件的温度和齿根圆尺寸，该补偿方法同时考虑了被加工齿轮工件的热膨胀变形和干切数控滚齿机床径向热变形引起的被加工齿轮工件径向综合加工热变形误差；通过建立齿轮工件温度和齿根圆尺寸与干切数控滚齿机床径向热变形误差之间的关系模型，实现了干切数控滚齿机床径向热变形误差的在机实时补偿。

主权项

1.一种干切数控滚齿机床径向热变形误差在机实时补偿方法，其特征在于，包括以下部分：1)设定测量过程：1.1)测量齿轮齿根圆半径利用激光位移传感器(1)，通过三角测量法测量第m个刚加工完的齿轮工件(3)的径向轮廓半径，m为干切数控滚齿机床加工的一批次齿轮工件(3)的顺序编号；所述激光位移传感器(1)的发射窗口(101)与齿轮工件(3)的旋转轴线相距L；所述激光位移传感器(1)的发射光束垂直指向齿轮工件(3)的旋转轴线；所述激光位移传感器1的发射光束和接收光束所在的平面记为平面A，平面A与齿轮工件(3)的齿向方向保持一致；所述齿轮工件(3)齿数为z，齿轮工件(3)在工作台(4)上以转速n(r/min)旋转，激光位移传感器(1)的采样频率为f(次/s)，采样工件旋转圈数为T，则激光位移传感器(1)采样点总数为N：激光位移传感器(1)测量的直接数据为激光位移传感器(1)的发射窗口(101)与齿轮工件(3)轮廓的距离则可计算出第m个齿轮工件(3)的第i个径向轮廓半径为：计算得到第m个齿轮工件(3)的所有径向轮廓半径数据集将R按时间先后顺序分为p＝T×z个区间，则每个区间包含个径向轮廓半径数据，取各区间中的最小值，形成数据集通过聚类算法去除S中的奇异值点后，求得平均值1.2)获得齿轮径向热变形误差利用红外温度传感器(2)测量刚加工完的第m个齿轮工件(3)径向齿廓部分的温度Tm；根据齿轮工件(3)材料确定齿轮的热膨胀系数α，将齿轮工件(3)径向温度分布考虑为线性分布，则分布函数为：其中，T_b为基准点温度，为齿轮内孔半径值，y表示齿轮径向某一点所在圆的半径值，k为齿轮径向温度线性分布系数，为齿根圆半径值；设室温为Ta，则第m个齿轮工件(3)径向热变形误差为：2)在线补偿过程：2.1)确定标定值干切数控滚齿机床加工一个批次的第一个齿轮时，令m＝1，进行1)中的步骤1.1)和步骤1.2)，得到第一个加工的齿轮工件(3)的齿根圆半径值以及径向热变形误差最后将和的差值作为当前批次的齿根圆半径标定值r_f：2.2)确定后续齿轮工件(3)加工的补偿量干切数控滚齿机床继续加工步骤2.1)所述批次的齿轮时，即m≥2，进行1)中的步骤1.1)和步骤1.2)，得到第m个加工的齿轮工件(3)的齿根圆半径值以及径向热变形误差为干切数控滚齿机床滚切加工齿轮工件(3)径向综合加工热变形误差包括干切数控滚齿机床径向热变形误差和工件热膨胀变形误差，计算第m个齿轮工件(3)的齿根圆半径测量值和标定值的差值：其中Δm为第m个齿轮工件(3)径向综合加工热变形误差，rf为标定值；根据第m个被加工齿轮工件(3)的热变形误差计算获得加工第m个齿轮工件(3)时的机床径向热变形误差Δ_mT：根据步骤2.1)被标定的齿轮工件(3)的齿根圆半径误差上限USL及误差下限LSL确定齿根圆尺寸误差容许范围；比较干切数控滚齿机床加工第m个齿轮工件(3)时径向热变形误差Δ_mT与步骤2.1)所标定齿轮工件(3)的齿根圆半径误差上限USL及误差下限LSL，得出干切数控滚齿机床加工第m+1个齿轮工件(3)时的补偿量；由于干切数控滚齿机床径向热变形误差是随加工时间增加而逐步累积的，是一个渐变过程，因此，分别将和作为干切数控滚齿机床径向热变形误差补偿的上限和下限；若则滚刀径向补偿量为δ＝|Δ_mT|；若滚刀径向补偿量为δ＝‑|Δ_mT|；若则滚刀径向补偿量为0；2.3)将步骤2.2)确定的第m个齿轮工件(3)加工的滚刀径向补偿量转化为干切数控滚齿机床滚刀半径补偿代码，反馈到干切数控滚齿机床的数控系统，对第m+1个齿轮工件(3)的加工进行在线补偿；2.4)第m+1个齿轮工件(3)加工完成时，用m+1更新m，重复步骤2.2)和步骤2.3)。