一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法技术

本发明专利技术是一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法。本发明专利技术涉及数控磨床技术领域，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统；通过精磨专机的数控显示面板，获取某一修磨工况下螺旋槽滚刀精磨专机的四个砂轮参数，基于工具磨床的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，寻找同一修磨工况下工具磨床要实现与螺旋槽滚刀精磨专机等同的修磨精度而需要的必要设计条件；在工具磨床上对在螺旋槽滚刀精磨专机上进行修磨的同一螺旋槽滚刀，实现相同或相当的修磨精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法
本专利技术涉及数控磨床
，是一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法。
技术介绍
滚刀是刀齿沿圆柱或圆锥做螺旋线排列的齿轮加工刀具，用于按展成法加工圆柱齿轮、蜗轮或其他圆柱形带齿的工件，根据用途的不同，滚刀一般可以分为齿轮滚刀、蜗轮滚刀、非渐开线展成滚刀和定装滚刀等，通常，对于齿轮滚刀或螺纹升角不大的蜗轮滚刀，一般都设计成直槽式，而对于螺纹升角较大的蜗轮滚刀，一般都设计成螺旋槽的形式，也即螺旋槽滚刀，螺旋槽滚刀的前刀面是一个阿基米德螺旋面，其在滚刀端横剖面呈现的是一条通过滚刀中心的径向直线。螺旋槽滚刀通常可以加工圆柱齿轮、蜗轮和其他圆柱形带齿的工件，在加工这些齿轮的过程中，螺旋槽滚刀的刀刃会产生磨损变钝，用钝后需要使用专用的工具磨床对螺旋槽滚刀进行修磨，也就是常见的螺旋槽滚刀精磨专机，以保证螺旋槽滚刀刀刃面的精度要求，具体在对螺旋槽滚刀进行修磨时，是通过安装在螺旋槽滚刀精磨专机上的砂轮通过高速旋转磨削，来加工螺旋槽滚刀的刀齿，另外，由于螺旋槽滚刀的前刀面是一个不可展开的阿基米德螺旋面，刀刃面较为复杂，因此，需要对磨床设计一套螺旋运动机构，使滚刀在随磨床台面做直线进给运动的同时还能绕自身轴线做附加转动，以形成一个螺旋的刀刃面。附图1和2示出了现有技术中常见的螺旋槽滚刀精磨专机以及普通的滚刀修磨机(即本专利技术的工具磨床)的主要机械结构示意图，通常精磨专机具有六个自由度(不包含指示砂轮旋转的N旋转轴，该旋转轴用于设定砂轮的正反转)，而普通的工具磨床则只有五个自由度，以下给出相关自由度的解释：A旋转轴：砂轮的左右旋转方向，具体旋转方向依螺旋槽滚齿的左旋或右旋而定；B旋转轴：指示砂轮的前后倾斜角θg，通常该倾斜角θg等于砂轮的轮廓角σ；C旋转轴：指示螺旋槽滚刀的自转运动；X轴：指示砂轮轴的前后方向，用于指示砂轮轴线与滚刀轴线之间的距离，即连心距离a；Y轴：指示砂轮的垂直方向，影响滚刀修磨时的刀刃口偏移量ε；Z轴：指示螺旋槽的左右移动方向；基于附图1和2可以看出，螺旋槽滚刀精磨专机的特点即在于其相比于普通的工具磨床，多了一个B旋转轴，由此，在进行螺旋槽滚刀的修磨计算时较为直观，且修磨精度能够达到很高，通常螺旋槽滚刀精磨专机的砂轮参数体现在以下四个技术参数：刀刃口偏移量ε、连心距离a、砂轮倾斜角θg以及砂轮安装角β(对于精磨专机而言，该砂轮安装角β即为螺旋槽滚刀的螺旋角)；而普通的工具磨床的砂轮参数通常体现在以下三个技术参数：连心距离af、砂轮中心高εf以及砂轮安装角βf。然而，正是因为螺旋槽滚刀精磨专机相比于普通的工具磨床多了一个固定螺旋轴，使得该精磨专机的用途被大大的限制，绝大多数工厂基本上只使用其进行螺旋槽滚刀的修磨作业，大部分时间，该精磨专机无畏占用一块固定的工厂场地，且还需要定期保养维护，以防止其长时间没有工作而出现故障；而普通的工具磨床则应用范围大很多，除了可以进行滚刀刀刃面的修磨外，还可以进行蜗轮蜗杆的磨削、普通圆柱工件外直径的磨削等等，因此，可以根据工厂的生产需求，将普通的工具磨床投入到其他产线中作业生产，加快工厂的出货速度，提升工厂的生产效率。因此，如果能将螺旋槽滚刀精磨专机的修磨工况，等价对应转换到普通的工具磨床之上，那么即可在普通的工具磨床上对螺旋槽滚刀进行如精磨专机般高精度的修磨作业，这无疑将很大程度上帮助工厂摆脱“鸡肋”的螺旋槽滚刀精磨专机，为工厂腾出宝贵的作业空间和保养维护精力。然而现有技术中虽然有研究如何提高普通的工具磨床的修磨精度，但大多仅局限在机器本身的作业精度，如致力于解决砂轮工作面对螺旋槽滚刀刀刃面的干涉问题，并没有对相同修磨工况下精磨专机与工具磨床之间的等价修磨精度进行研究与改进。
技术实现思路
本专利技术为实现工具磨床也能达到与精磨专机相同或等同的修磨精度，本专利技术提供了一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法，本专利技术提供了以下技术方案：一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法，包括以下步骤：步骤1：基于螺旋槽滚刀精磨专机的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统；步骤2：通过精磨专机的数控显示面板，获取某一修磨工况下螺旋槽滚刀精磨专机的四个砂轮参数，所述参数包括：砂轮安装角β、刀刃口偏移量ε、滚刀与砂轮的连心距离a以及砂轮倾斜角θg，从而求解出坐标变换矩阵Sg，h，作为工具磨床砂轮参数计算的已知参量；步骤3：基于工具磨床的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，寻找同一修磨工况下工具磨床要实现与螺旋槽滚刀精磨专机等同的修磨精度而需要的必要设计条件；步骤4：基于坐标变换矩阵Sg，h，计算工具磨床的砂轮安装角βs、砂轮中心距离af以及砂轮中心高εf，从而共同构成工具磨床的砂轮砂轮参数，在工具磨床上对在螺旋槽滚刀精磨专机上进行修磨的同一螺旋槽滚刀，实现相同或相当的修磨精度。优选地，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，包括滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)和砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)，计算获得滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)和砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)之间的坐标变换矩阵Sg，h，所述螺旋槽滚刀精磨专机具有六个自由度：A旋转轴：砂轮的左右旋转方向，具体旋转方向依螺旋槽滚齿的左旋或右旋而定；B旋转轴：指示砂轮的前后倾斜角θg；C旋转轴：指示螺旋槽滚刀的自转运动；X轴：指示砂轮轴的前后方向，用于指示砂轮轴线与滚刀轴线之间的距离，即连心距离a；Y轴：指示砂轮的垂直方向，影响滚刀修磨时的刀刃口偏移量ε；Z轴：指示螺旋槽的左右移动方向。优选地，滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)沿着Xh轴做连心距离a的平移后，得到辅助坐标系1，即辅助坐标系ft(Xt，Yt，Zt)，辅助坐标系ft(Xt，Yt，Zt)再沿着Xt轴做螺旋角β旋转后，得到辅助坐标系2，即辅助坐标系fp(Xp，Yp，Zp)，辅助坐标系fp(Xp，Yp，Zp)再沿着Zp做倾斜角θg旋转后，即可得到砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)，滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)和砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)之间的坐标变换矩阵Sg，h通过下式表示：Sg，h＝Sg，p(θg)·Sp，t(β)·St，h(a)坐标变换矩阵Sg，h与砂轮安装角β、刀刃口偏移量ε、连心距离a以及砂轮倾斜角θg相关。优选地，所述步骤3中所述必要设计条件是在工具磨床上实现滚刀刃口的延长线与砂轮原点重合。优选地，将滚刀刃口相对C旋转轴旋转一预设角度θf，即可实现滚刀刃口的延长线与砂轮原点重合，该预设角度θf是工具磨床的砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)的Xg轴与滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)的Xh轴之间的夹角。优选地，通过下式计算砂轮中心距离af和砂轮中心高εf：af＝acosθf-εsinθfεf＝asinθf+εcosθf。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1：基于螺旋槽滚刀精磨专机的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统；/n步骤2：通过精磨专机的数控显示面板，获取某一修磨工况下螺旋槽滚刀精磨专机的四个砂轮参数，所述参数包括：砂轮安装角β、刀刃口偏移量ε、滚刀与砂轮的连心距离a以及砂轮倾斜角θg，从而求解出坐标变换矩阵Sg，h，作为工具磨床砂轮参数计算的已知参量；/n步骤3：基于工具磨床的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，寻找同一修磨工况下工具磨床要实现与螺旋槽滚刀精磨专机等同的修磨精度而需要的必要设计条件；/n步骤4：基于坐标变换矩阵Sg，h，计算工具磨床的砂轮安装角βs、砂轮中心距离af以及砂轮中心高εf，从而共同构成工具磨床的砂轮砂轮参数，在工具磨床上对在螺旋槽滚刀精磨专机上进行修磨的同一螺旋槽滚刀，实现相同或相当的修磨精度。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：基于螺旋槽滚刀精磨专机的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统；
步骤2：通过精磨专机的数控显示面板，获取某一修磨工况下螺旋槽滚刀精磨专机的四个砂轮参数，所述参数包括：砂轮安装角β、刀刃口偏移量ε、滚刀与砂轮的连心距离a以及砂轮倾斜角θg，从而求解出坐标变换矩阵Sg，h，作为工具磨床砂轮参数计算的已知参量；
步骤3：基于工具磨床的机械结构模型，建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，寻找同一修磨工况下工具磨床要实现与螺旋槽滚刀精磨专机等同的修磨精度而需要的必要设计条件；
步骤4：基于坐标变换矩阵Sg，h，计算工具磨床的砂轮安装角βs、砂轮中心距离af以及砂轮中心高εf，从而共同构成工具磨床的砂轮砂轮参数，在工具磨床上对在螺旋槽滚刀精磨专机上进行修磨的同一螺旋槽滚刀，实现相同或相当的修磨精度。


2.根据权利要求1所述的一种用于螺旋槽滚刀修磨的工具磨床砂轮参数确定方法，其特征是：建立螺旋槽滚刀与砂轮的相互运动坐标系统，包括滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)和砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)，计算获得滚刀坐标系fh(Xh，Yh，Zh)和砂轮坐标系fg(Xg，Yg，Zg)之间的坐标变换矩阵Sg，h，所述螺旋槽滚刀精磨专机具有六个自由度：
A旋转轴：砂轮的左右旋转方向，具体旋转方向依螺旋槽滚齿的左旋或右旋而定；
B旋转轴：指示砂轮的前后倾斜角θg；
C旋转轴：指示螺旋槽滚刀的自转运动；
X轴：指示砂轮轴的前后方向，用于指示砂轮轴线与滚刀轴线之间的距离，即连心距离a；
Y轴：指示砂轮的垂直方向，影响滚刀修磨时的刀刃口偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：许成中，郑伶俐，杨欢，薛欢，
申请(专利权)人：常州机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32