一种铣齿加工参数及路径补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种铣齿加工参数及路径补偿方法，包括步骤S1、S2、S3；S1、获得刀具与工件相对位置的安装误差，通过测量刀具和工件位置获得刀具与工件安装后的相对位置，将测量的相对位置减去刀具与工件设定的相对位置，获得机床的安装误差；S2、通过计算获得刀具在切削力作用下以及扭矩作用下的误差；S3、对加工参数和加工路径进行补偿，通过步骤S1获得的误差对设定的加工参数进行补偿，获得补偿后的加工参数；通过步骤S1和S2获得的误差对设定的加工路径进行补偿，获得补偿后的加工路径。本发明专利技术通过对加工误差进行补偿实现了齿轮的精确加工，提高了工件的精度。

A Method of Milling Parameters and Path Compensation

【技术实现步骤摘要】
一种铣齿加工参数及路径补偿方法
本专利技术涉及机加工领域，特别是涉及一种铣齿加工参数及路径补偿方法。
技术介绍
目前，铣齿作为加工齿轮的一种有效的方法，如图2所示对工件进行加工。与传统加工工艺相比，超声振动辅助加工在加工过程中具有切削力更小，刀具磨损更低，工件表面质量更好，更高的切除效率等优势。采用超声振动辅助铣齿加工后，可以依据在粗、精加工的要求改变切削参数，进一步提高加工效率，表面质量及齿形精度，但现有加工方法由于铣齿加工过程中相对运动较为复杂及其造成的加工误差难以控制，且现有的误差补偿方法难以准确补偿复杂条件下的综合加工误差，不能满足精密加工的要求，不适合采用超声振动辅助铣齿加工。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本专利技术提出一种加工精度高的铣齿加工参数及路径补偿方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铣齿加工参数及路径补偿方法，包括步骤S1、S2、S3；S1、获得铣齿刀具与工件相对位置的安装误差，通过测量铣齿刀具和工件位置获得铣齿刀具与工件安装后的相对位置，将测量的相对位置减去铣齿刀具与工件设定的相对位置，获得机床的安装误差；S2、通过计算获得铣齿刀具在切削力作用下以及扭矩作用下的误差；S3、对加工参数和加工路径进行补偿，通过步骤S1获得的误差对设定的加工参数进行补偿，获得补偿后的加工参数；通过步骤S1和S2获得的误差对设定的加工路径进行补偿，获得补偿后的加工路径。进一步，所述步骤S1中刀具与工件安装后的相对位置是通过传感器测量获得，工件中心、铣齿刀中心各安装有一个传感器，测得的位置参数为Δxw-t，Δyw-t，Δzw-t，θxz，θxy，θyz，刀具与工件的设定的相对位置参数为Δx′w-t，Δy′w-t，Δz′w-t，θ′xz，θ′xy，θ′yz；由此获得机床的安装误差ξx、ξy、ξz、ζxz、ζxy、ζyz；ξx＝Δx′w-t-Δxw-t；ξy＝Δy′w-t-Δyw-t；ξz＝Δz′w-t-Δzw-t；ζxz＝θ′xz-θxz；ζxy＝θ′xy-θxy；ζyz＝θ′yz-θyz；其中Δxw-t，Δyw-t，Δzw-t，θxz，θxy，θyz分别为刀具与工件安装后的x方向的相对位置、y方向的相对位置、z方向的相对位置、xz平面上的相对角度、xy平面上的相对角度、yz平面上的相对角度；Δx′w-t，Δy′w-t，Δz′w-t，θ′xz，θ′xy为刀具与工件设定的x方向的相对位置、y方向的相对位置、z方向的相对位置、xz平面上的相对角度、xy平面上的相对角度、yz平面上的相对角度；ξx、ξy、ξz、ζxz、ζxy、ζyz分别为x方向位移误差、y方向位移误差、z方向位移误差、机床刀具主轴与工件主轴在x-z平面内偏转运动的角度误差、刀具主轴与工件主轴在x-y平面内偏转运动的角度误差、刀具主轴与工件主轴在y-z平面内偏转运动的角度误差。进一步，步骤S3中加工参数为切削深度和进给速度，补偿后的切削深度apc和进给速度fzc分别为：apc＝ap+ξx；fzc＝fz+ξy；其中ap、fz为设定的切削深度和进给速度。进一步，切削力的作用下的误差计算过程如下：首先获得刀盘实际中心的偏转角度θ，再通过计算获得刀盘实际中心的偏移距离Δl，最后通过公式Δxt＝Δlsinθ、Δyt＝Δlcosθ、θM＝θ获得刀盘由于切削力作用下的位移误差和角度误差；其中Δxt、Δyt、θM分别为切削力作用下的刀盘中心轴向位移误差、刀盘中心径向位移误差、刀盘中心轴向和径向平面内的角度误差；其中M＝Fyl-Fxr，Fx、Fy分别为齿刀轴向切削力、径向切削力，l、r、I、d分别为刀具主轴长度、刀盘半径、刀具主轴截面对中心轴的惯性矩、刀具主轴的直径。进一步，扭矩作用下的误差计算如下：通过角度响应的动力方程计算求得刀具主轴位移和角度误差为Δzt1＝rsinθt，Δyt1＝Δzt1tanθt；其中T＝Fzr，J0，ct，kt，θ，T分别为主轴的转动惯量、主轴的角加速度、主轴的扭转阻尼系数、主轴的扭转角速度、主轴的扭转刚度、主轴的扭转角度、主轴受到的扭矩；Fz、G分别为刀盘线速度方向的切削力、剪切模量。进一步，刀具与工件加工路径设定为s(xw，yw，zw，θwx-y，θwx-z，θwy-z，xt，yt，zt，θtx-y，θtx-z，θty-z)；补偿后的刀具与工件的加工路径为s′(x′w，y′w，z′w，θw′x-y，θw′x-z，θw′y-z，x′t，y′t，z′t，θt′x-y，θt′x-z，θt′y-z)；x′w＝xw；y′w＝yw；z′w＝ξz+zw；θw′x-y＝θwx-y+xy；θw′x-z＝θwx-z+xz；θw′y-z＝θwy-z+yz；x′t＝Δxt+t；y′t＝Δyt+yt+Δyt1；zt′y-z＝zty-z+Δzt1；θt′x-y＝ξtxy+θtx-y+θM；θt′x-z＝θtx-z；θt′y-z＝θty-z。本专利技术的有益效果是：对机床的安装误差和铣齿刀具由于弯曲应力和扭转应力带来的变形误差均进行考虑计算，获得加工所需要补偿的误差，并将误差补偿到加工参数和加工路径上，以消除误差带来的加工精度影响，实现了齿轮的精确加工，提高了工件的精度，并可用于超声振动辅助加工条件下进行精密高效铣齿加工。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为通用坐标系中齿刀与工件相对位移及角度误差模型示意图；图2为铣齿加工示意图；图3为加工过程中刀具主轴受到扭矩造成的位移和误差示意图；图4为刀具主轴的转动惯量和扭转角度示意图；图5为刀具主轴切削力影响后位移及角度误差示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术的一种铣齿加工参数及路径补偿方法，包括步骤S1、S2、S3。S1：获得铣齿刀具与工件相对位置的安装误差，通过测量铣齿刀具和工件位置获得刀具与工件安装后的相对位置，将测量的相对位置减去刀具与工件设定的相对位置，获得机床的安装误差；具体的，安装铣齿刀具后，刀具与工件的实际相对位置Pt-Pw与理想相对位置Pt′-Pw′如图1所示。刀具与工件的理想相对位置可通过解密铣齿机床的程序代码获得，刀具与工件的实际相对位置可以通过测量安装后刀具与工件的相对位置获得，可由非接触式的一对传感器检测，一个传感器布置在工件中心上，另外一个传感器布置在铣齿刀中心，铣齿刀均匀分布在铣齿刀具(刀盘)周向上，铣齿刀用于与工件接触并对其加工，铣齿刀的位置数据即代表铣齿刀具的位置数据。铣齿刀具位置数据与工件位置数据可以得到相对位置数据。首先对铣齿机床的安装误差的进行定义，设x方向位移误差为ξx，y方向位移误差为ξy，z方向位移误差为ξz，机床刀具主轴与工件主轴在x-z平面内偏转运动的角度误差为ζxz，刀具主轴与工件主轴在x-y平面内偏转运动的角度误差为ζxy，刀具主轴与工件主轴在y-z平面内偏转运动的角度误差为ζyz。x、y、z方向互相垂直。在机床误差的识别中，理想刀具与工件相对位置Pt′-Pw′的x，y，z方向位置及角度为Δx′w-t，Δy′w-t，Δz′w-t，θ′xz，θ′xy，θ′yz。实际刀具与工件相对位置Pt-Pw的x，y，z方向位置及角度为Δxw-t，Δyw-t，Δzw-t，θxz，θxy，θy本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铣齿加工参数及路径补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获得铣齿刀具与工件相对位置的安装误差：通过测量铣齿刀具和工件位置获得铣齿刀具与工件安装后的相对位置，将测量的相对位置减去铣齿刀具与工件设定的相对位置，获得机床的安装误差；S2、通过计算获得铣齿刀具在切削力作用下以及扭矩作用下的误差；S3、对加工参数和加工路径进行补偿：通过步骤S1获得的误差对设定的加工参数进行补偿，获得补偿后的加工参数；通过步骤S1和S2获得的误差对设定的加工路径进行补偿，获得补偿后的加工路径。

【技术特征摘要】
1.一种铣齿加工参数及路径补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获得铣齿刀具与工件相对位置的安装误差：通过测量铣齿刀具和工件位置获得铣齿刀具与工件安装后的相对位置，将测量的相对位置减去铣齿刀具与工件设定的相对位置，获得机床的安装误差；S2、通过计算获得铣齿刀具在切削力作用下以及扭矩作用下的误差；S3、对加工参数和加工路径进行补偿：通过步骤S1获得的误差对设定的加工参数进行补偿，获得补偿后的加工参数；通过步骤S1和S2获得的误差对设定的加工路径进行补偿，获得补偿后的加工路径。2.根据权利要求1所述的铣齿加工参数及路径补偿方法，其特征在于：所述步骤S1中刀具与工件安装后的相对位置是通过传感器测量获得，工件中心、铣齿刀中心各安装有一个传感器，测得的位置参数为Δxw-t，Δyw-t，Δzw-t，θxz，θxy，θyz，刀具与工件的设定的相对位置参数为Δx′w-t，Δy′w-t，Δz′w-t，θ′xz，θ′xy，θ′yz；由此获得机床的安装误差ξx、ξy、ξz、ζxz、ζxy、ζyz；ξx＝Δx′w-t-Δxw-t；ξy＝Δy′w-t-Δyw-t；ξz＝Δz′w-t-Δzw-t；ζxz＝θ′xz-θxz；ζxy＝θ′xy-θxy；ζyz＝θ′yz-θyz；其中Δxw-t，Δyw-t，Δzw-t，θxz，θxy，θyz分别为刀具与工件安装后的x方向的相对位置、y方向的相对位置、z方向的相对位置、xz平面上的相对角度、xy平面上的相对角度、yz平面上的相对角度；Δx′w-t，Δy′w-t，Δz′w-t，θ′xz，θ′xy，θ′yz为刀具与工件设定的x方向的相对位置、y方向的相对位置、z方向的相对位置、xz平面上的相对角度、xy平面上的相对角度、yz平面上的相对角度；ξx、ξy、ξz、ζxz、ζxy、ζyz分别为x方向位移误差、y方向位移误差、z方向位移误差、机床刀具主轴与工件主轴在x-z平面内偏转运动的角度误差、刀具主轴与工件主轴在x-y平面内偏转运动的角度误差、刀具主轴与工件主轴在y-z平面内偏转运动的角度误差。3.根据权利要求2所述的铣齿加工参数及路径补偿方法，其特征在于，步骤S3中加工参数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐进元，陈雪林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43