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专利号: 2021107677376
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其用于对所述数控滚齿机的机床上的当前加工齿轮进行误差测算;其特征在于,所述在机误差测算装置包括:测量模块,其包括套筒、测杆、测头、弹性件、压力获取单元;所述测杆的一端为活动端;

所述测杆的活动端与所述套筒的内壁滑动连接,且滑动方向与所述机床的X轴平行,另一端伸出所述套筒并与所述测头连接;所述压力获取单元设置在所述套筒内远离所述测头的一端上;所述弹性件设置在所述压力获取单元与所述测杆的活动端之间;所述压力获取单元用于实时获取所述弹性件受所述活动端挤压并发生形变时的压力值;

载具模块,其用于驱使所述测量模块沿所述载具模块的X、Y、Z三轴方向线性移动;以及控制模块,其用于:控制所述测头移动到所述加工齿轮的其中一个齿槽中并定位至所述加工齿轮的分度圆上,然后按照一个预定方向控制所述机床的C轴旋转以使所述测头分别与所述其中一个齿槽内的第一齿面、第二齿面接触,并分别获取两次接触时所述C轴的角度值,再控制所述测头移动到所述加工齿轮的下一个齿槽中并分别获取与所述下一个齿槽内的第一齿面、第二齿面接触时所述C轴的角度值,最后根据多个所述C轴的角度值分别计算出所述加工齿轮的第一齿距误差以及所述加工齿轮的第二齿距误差;

所述控制模块还用于获取一条预设齿廓线轨迹和所述加工齿轮的最大齿廓线误差量,并将所述预设齿廓线轨迹与所述最大齿廓线误差量拟合,得到一条预设齿廓线误差轨迹;

再控制所述测头在所述加工齿轮表面沿着所述预设齿廓线误差轨迹运动,并在所述测头运动过程中将所述压力获取单元获取的压力值转化所述测头的伸缩量;最后根据所述预设齿廓线误差轨迹以及所述测头的伸缩量计算出所述加工齿轮的实际齿廓线轨迹,并计算出所述实际齿廓线轨迹上各个点的齿廓误差;

所述控制模块还用于获取一条预设齿向线轨迹和所述加工齿轮的最大齿向线误差量,并将所述预设齿向线轨迹与所述最大齿向线误差量拟合,得到一条预设齿向线误差轨迹;

再控制所述测头在所述加工齿轮表面沿着所述预设齿向线误差轨迹运动,并在所述测头运动过程中所述压力获取单元获取的压力值换算为所述测头的伸缩量;最后根据所述预设齿向线误差轨迹以及所述测头的伸缩量计算出所述加工齿轮的实际齿向线轨迹,并计算出所述实际齿向线轨迹上各个点的齿向误差。

2.如权利要求1中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述弹性件由至少一根弹簧构成;所述测杆的活动端的横截面与所述套筒相匹配,以使所述测杆的活动端沿所述套筒的延伸方向移动。

3.如权利要求1中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述载具模块包括底板、Y向轻载单元、Z向轻载单元、X向轻载单元;所述底板固定安装在所述机床上;所述Y向轻载单元安装在所述底板上;所述Z向轻载单元安装在所述Y向轻载单元的动端上;所述X向轻载单元安装在所述Z向轻载单元的动端上;所述X向轻载单元的动端与所述测量模块固定安装;所述载具模块的X、Y、Z三轴分别与所述机床的X、Y、Z三轴相互平行。

4.如权利要求1中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述控制模块包括方位获取单元,所述方位获取单元用于实时获取所述载具模块的X、Y、Z三轴的运动信息一,以及所述机床的X、Y、Z三轴的运动信息二,并根据所述运动信息一实时获取所述测头的空间坐标;所述方位获取单元还用于实时获取所述C轴的角度值。

5.如权利要求1中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述控制模块还包括误差量获取单元;所述误差量获取单元用于获取所述最大齿廓线误差量,还用于获取所述最大齿向线误差量。

6.如权利要求1中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述控制模块还包括计算单元;所述计算单元用于将所述压力获取单元获取到的所述压力值换算为所述测头的伸缩量。

7.如权利要求6中所述的基于数控滚齿机的齿轮在机误差测算装置,其特征在于,所述计算单元还用于计算出所述加工齿轮的齿距误差、所述加工齿轮的齿廓误差、所述加工齿轮的齿向误差。

8.一种齿距误差的在机测算方法,其应用于如权利要求1‑7中任意一种所述的齿轮在机误差测算装置;其特征在于,所述齿距误差的在机测算方法包括以下步骤:(1)先将所述测头移动到所述加工齿轮的其中一个齿槽中并定位至所述加工齿轮的分度圆上;按照一个预设方向旋转所述C轴直至所述其中一个齿槽的第一齿面与所述测头接触并获取此时所述C轴的角度值CiR,i为不小于1的整数,再按照与所述预设方向相反的方向旋转所述C轴直至所述其中一个齿槽的第二齿面与所述测头接触并获取此时所述C轴的角度值CiL;

(2)将所述测头沿X轴方向退出所述其中一个齿槽,再旋转所述C轴使所述测头对准所述加工齿轮的下一个齿槽;重复步骤(1)的过程,分别获取所述测头接触到所述下一个齿槽的第一齿面时所述C轴的角度值C(i+1)R、所述测头接触到所述下一个齿槽的第二齿面时的所述C轴的角度值C(i+1)L,直至所述加工齿轮的每一个齿槽均被测量;

(3)分别计算出与所述第一齿面相对应的第一齿距误差、与所述第二齿面相对应的第二齿距误差;所述第一齿距误差的计算公式为:式中, 表示所述第一齿距误差;r为所述加工齿轮分度圆的半径;z为所述加工齿轮的齿数; 为与所述加工齿轮分度圆上的理论齿距相对应的圆心角;

所述第二齿距误差的计算公式为:

其中, 表示所述第二齿距误差。

9.一种齿廓误差的在机测算方法,其应用于如权利要求1‑7中任意一种所述的齿轮在机误差测算装置;其特征在于,所述齿廓误差的在机测算方法包括以下步骤:(1)获取一条预设齿廓线轨迹Ek,Ek=[xk,yk,z0],式中,k为不小于1的正整数;xk为第k个点的横坐标,yk为第k个点的纵坐标,z0为所述预设齿廓线轨迹Ek所在平面内的一个恒定的竖坐标;

(2)获取所述加工齿轮的最大齿廓线误差量Δx1,并将所述预设齿廓线轨迹Ek上的每个点的横坐标叠加所述最大齿廓线误差量Δx1以获得一条预设齿廓线误差轨迹E(wc)k,且所述预设齿廓线误差轨迹E(wc)k的表达公式为:E(wc)k=[xk+Δx1,yk,z0]

(3)先控制所述测头定位至一个被测齿廓面所在的齿槽中心的分度圆上中点D点处,并获取此时所述C轴的角度值CA0,再控制所述测头沿所述X轴移动直至所述测头与所述加工齿轮的齿根圆接触,然后旋转所述C轴直至所述测头与所述被测齿廓面接触,并记录此时所述C轴的角度值CA1;

(4)先控制所述测头沿X轴方向进给所述最大齿廓线误差量Δx1,以使所述测头定位至所述预设齿廓线误差轨迹E(wc)k的初始点,然后控制所述测头沿着所述预设齿廓线误差轨迹E(wc)k运动,并实时获取在所述测头运动过程中所述测头的伸缩量Δx2;

(5)计算出所述加工齿轮的实际齿廓线轨迹E(sj)k,且计算公式为:

E(sj)k=[xk+Δx2‑Δx1,yk,z0]

(6)根据所述测头在所述实际齿廓线轨迹E(sj)k上任意一个测量点A处的坐标计算出所述测量点A处的齿廓误差,且计算公式为:fA=rb(|CA1‑CA0|‑λ1‑λ2)

式中,fA为所述测量点A处的齿廓误差;λ1为直线L1与直线L2之间的夹角;λ2为直线L3与直线L2之间的夹角;其中,所述直线L1为所述实际齿廓线轨迹所在平面的加工齿轮基圆圆心O点处到A处的连线;所述直线L2为所述O点处到所述实际齿廓线轨迹的起始点处的连线;

所述直线L3为所述O点处到所述D点处的连线。

10.一种齿向误差的在机测算方法,其应用于如权利要求1中任意一种所述的齿轮在机误差测算装置;其特征在于,所述齿向误差的在机测算方法包括以下步骤:(1)获取一条预设齿向线轨迹Eu,Eu=[xu,yu,zu],u为不小于1的正整数;xu为第u个点的横坐标;yp为第u个点的纵坐标;zp为第u个点的竖坐标;

(2)获取所述加工齿轮的最大齿向线误差量Δx3,并将所述预设齿向线轨迹Eu上的每个点的横坐标叠加所述最大齿向误差量Δx3以获得一条预设齿向线误差轨迹E(wc)u,且所述预设齿向线误差轨迹E(wc)u的表达公式为:E(wc)u=[xu+Δx3,yu,zu]

(3)先将所述测头移动至一个被测齿向线所在的齿槽中心的分度圆上中点处,确保所述测头定位在所述加工齿轮的其中一个端面上并获取此时所述C轴的角度值Cu0;再旋转所述C轴直至所述测头与所述加工齿轮的一个齿面接触并获取此时所述C轴的角度值Cu1;

(4)先控制所述测头沿X轴方向进给所述最大齿向线误差量Δx3后,以使所述测头定位至所述预设齿向线误差轨迹E(wc)u的初始点,然后控制所述测头沿着所述预设齿向线误差轨迹E(wc)u运行,并实时获取在所述测头运动过程中所述测头的伸缩量Δx2;

(5)计算出所述加工齿轮的实际齿向线轨迹E(sj)u,且计算公式为:

E(sj)u=[xu+Δx2‑Δx3,yu,zu]

(6)获取所述测头在所述实际齿向线轨迹E(sj)u上任意一个测量点F处的坐标,并根据所述测量点F处的坐标计算出所述测量点F处的齿向误差eF,且计算公式为:eF=r(|Cu1‑Cu0|‑(θu+θ))

式中,θu为直线O1F与直线O1K之间的夹角;θ为直线O1G与直线O1K之间的夹角;其中,O1点为所述加工齿轮的上端面基圆圆心,K点为所述预设齿向线轨迹Eu的初始点;G点为在所述预设齿向线轨迹Eu上,与所述实际齿向线轨迹E(sj)u上的测量点F相对应的点。