[发明专利]一种基于虚拟轴的蜗杆砂轮磨齿误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟轴的蜗杆砂轮磨齿误差补偿方法，将蜗杆砂轮磨齿加工的齿轮工件误差分解为刀具误差和机床各数控轴运动轨迹误差；对于机床数控轴轨迹误差，将其分为展成运动误差(Y轴、Z轴、B轴、C轴的运动误差)和X轴误差，并建立数控轴轨迹误差与展成误差和X轴误差的等效模型，将Y轴、Z轴、B轴的误差通过联动关系等效为C轴误差；在数控系统的电子齿轮箱中建立与X轴和C轴具有联动关系的两根虚拟主轴，将X轴和C轴误差补偿量换算成两虚拟轴的等效补偿量，并分别叠加到X轴和C轴，利用虚拟轴的理论运动实现同步轴的误差补偿。该方法能够针对被加工齿轮的测量结果对齿面误差进行点对点的补偿，提高制齿精度。

技术领域

本发明属于齿轮的制造领域，涉及高精度齿轮数字化制造领域，基于工件齿面测量结果对数控磨齿机磨齿过程综合误差进行补偿来提高齿轮的加工精度。

背景技术

齿轮是高端装备中最为重要的核心基础件之一，其制造精度的高低反应了一个国家的制造水平。蜗杆砂轮磨齿基于展成运动原理，是齿轮精加工的重要方法之一，生产效率较高，适用于中小模数齿轮的中大批量生产，因此在磨齿加工中得到了广泛的应用。

随着齿轮技术的发展，齿面已经不再是传统的渐开螺旋曲面，基本上采用齿形齿向拓扑修形的螺旋曲面。为此，拓扑修形齿面一般要采用五轴联动连续展成磨削才能完成加工。追求精度提高是齿轮行业永久的话题，然而，精度提高受制于机床自身的精度限制。对于五轴联动蜗杆砂轮磨齿机来说，不仅存在几何误差，其热误差、力误差等动态类误差影响也很大，同时，由于刀具(蜗杆砂轮)也是在机床上加工完成，刀具廓形误差也是影响磨削精度的重要因素。

在蜗杆砂轮磨齿中，由于连续展成磨削误差构成非常复杂，包括有机床几何误差、加工热误差、齿面切入切除导致的力误差以及蜗杆砂轮修整产生的刀具误差。单一的误差补偿(如热误差)不能完全消除加工误差，有时甚至会产生过补偿。

在目前机床误差测量和建模缺乏的情况下，国内外普遍采用“经验补偿法”。首先，进行首件齿轮工件试磨；接着，测量齿轮工件的形状误差；然后利用反向补偿原理，设计一虚拟齿形，再按此虚拟齿形为加工对象进行砂轮修整和运动规划，以期补偿加工误差，达到要求的加工精度。从其本质来看，该方法对上述的机床综合误差及刀具误差都进行了补偿，但该补偿方法属非线性，一般需要多次试磨进行迭代补偿，才能达到加工精度要求，且精度提高有限，要进一步提高精度，必须靠提高机床自身精度实现。同时，反复试磨，影响磨削成本及加工时间。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种提高齿轮加工精度的基于虚拟轴的蜗杆砂轮磨齿误差补偿方法。待蜗杆砂轮磨齿机处于一种动态平衡状态后，进行试磨工件的误差测量，将齿面整体误差分解为轨迹误差及刀具误差，对于轨迹误差，将其映射为轴误差；对于刀具误差，主要将其映射为压力角误差；然后，进行轨迹误差及刀具误差补偿。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于虚拟轴的蜗杆砂轮磨齿误差补偿方法，包括以下步骤：

1)通过对全齿面测量，得到齿面各点的位置信息，根据点的空间位置进行齿面拟合并与标准齿面对比得到齿面各点误差数据；

2)在测得误差数据后，通过无线局域网或蓝牙方式将数据传输给数控系统，数据系统根据误差数据进行误差建模等后续计算；

3)将误差数据分解为轨迹误差和刀具误差，其中，轨迹误差映射为机床各轴误差，刀具误差映射为压力角误差；

4)对于轨迹误差通过误差等效模型将误差分解到X轴和C轴；

5)通过在蜗杆砂轮磨齿机的电子齿轮箱增设两根虚拟轴为主动轴，两虚拟轴分别对应同步轴的主动轴X轴和跟随轴C轴；