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CN116922155B - 一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法 - Google Patents

一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法 Download PDF

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CN116922155B
CN116922155B CN202311197485.3A CN202311197485A CN116922155B CN 116922155 B CN116922155 B CN 116922155B CN 202311197485 A CN202311197485 A CN 202311197485A CN 116922155 B CN116922155 B CN 116922155B
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孙廷刚
杨建�
张建平
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Ningjiang Machine Tool Group Co ltd
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    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/22—Control or regulation of position of tool or workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F23/00—Accessories or equipment combined with or arranged in, or specially designed to form part of, gear-cutting machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法，所述方法包括采集工件坐标：将被测齿轮安装在工件轴上，将检测头移动被测齿轮处；在被测齿轮上选取相邻的两个齿作为第一被测齿和第二被测齿；工件轴正转，使第一被测齿的正面位于检测头处，然后在第一被测齿的正面上选取采集点A，并获取采集点A的坐标posA；工件轴正转，使第二被测齿的正面位于检测头处，然后在第二被测齿的正面上选取采集点B，并获取采集点B的坐标posB；工件轴反转，使第一被测齿的背面位于检测头处，然后在第一被测齿的背面上选取采集点C，并获取采集点C的坐标posC等。该方法相比于现有的方法而言操作简单，精度高。

Description

一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法
技术领域
本发明属于机床领域，特别是一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法。
背景技术
数控滚齿机是按展成法加工齿轮的机床。工件在加工前，必须进行刀具和工件的对准，以确定刀具和被加工工件之间的位置关系，即对刀。伴随对齿轮使用性能要求变高，越来越多的齿轮由于硬度或其他的工艺要求，在工件粗切后，脱离机床进行淬火或其他工艺处理，经淬火或其他工艺处理后的齿轮再次装夹进行精加工，此时滚刀与工件必须对准（让滚刀齿与被加工零件齿槽吻合），即二次对刀。
二次对刀是数控加工中复杂的工艺准备之一，随着机床制造技术向自动化、高效的方向发展，针对传统滚齿机对刀方法依靠人工经验，目测对刀，费时费力的问题。申请号为201310244103.8的专利，公开了一种基于数控滚齿机床的自动二次对刀方法，该专利主要通过智能放大器、传感器、以及相关机械装置，采用三点测量的方法，在智能放大器上设置高低点，再进行试切削，从程序进行补偿完成自动二次对刀。
现有的三点测量法需要采集高点-低点-高点或者低点-高点-低点三点，其中B点坐标靠近齿顶处，A点和C点坐标靠近齿根处；然后根据C点坐标和B点坐标计算齿槽的中点坐标，即对刀点的坐标。由于B点坐标和C点坐标不在同一圆周上，在计算对刀点的坐标时不方便，需要智能放大器根据不同齿轮规格、不同测头来调整设置参数，对操作工的技能水平要求较高。同时，齿轮在粗加工后齿顶和齿根处容易产生毛刺，热处理后在齿顶和齿根处容易发生膨胀，齿顶和齿根处的精度不高。因此在齿顶和齿根附近采集工件坐标会影响采集精度。
现有三点测量法精度低，需要操作者设置智能放大器参数，操作麻烦，对操作者能力水平要求过高。因此，提供一种精度更高，操作更简单的二次对刀方法就尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法，该方法操作简单，精度高。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法，所述方法包括：
采集工件坐标：
将被测齿轮安装在工件轴上，将检测头移动到被测齿轮处；在被测齿轮上选取相邻的两个齿作为第一被测齿和第二被测齿；
工件轴正转，使第一被测齿的正面位于检测头处，然后在第一被测齿的正面上选取采集点A，并获取采集点A的坐标posA；
工件轴正转，使第二被测齿的正面位于检测头处，然后在第二被测齿的正面上选取采集点B，并获取采集点B的坐标posB；
工件轴反转，使第一被测齿的背面位于检测头处，然后在第一被测齿的背面上选取采集点C，并获取采集点C的坐标posC；
采集点A、取采集点B、取采集点C的位置位于被测齿轮上同一分度圆的误差带内；
计算齿槽中点坐标posZ：
posZ=(posB-posC)/2；
判断误差：
根据posB和posA计算采集点A、取采集点B和被测齿轮圆心所构成夹角α的角度；
判断α的角度是否在被测齿轮的每齿角度的误差范围内；若是，则进行首件工件调切；
首件工件调切：
以齿槽中点坐标posZ来对刀，完成首件工件调切；
确定调切补偿值T：
根据首件工件调切的结果，确定调切补偿值T；
确定对刀点坐标posD：
根据确定的调切补偿值T对齿槽中点坐标posZ进行修正，确定对刀点坐标posD；posD=posZ+T。
进一步的，每齿角度=360°/n，n为被测齿轮的齿数。
进一步的，采集点A、取采集点B、取采集点C的位置位于被测齿轮的同一分度圆上。
进一步的，采集工件坐标前，先通过检测头判断检测头状态是否满足，工件轴上的待测工件是否为齿轮，若是，则采集工件坐标，若否，则报警，探测头退回。
进一步的，通过检测头判断工件轴上的待测工件是否为齿轮包括：
设置检测头的工作状态，使检测头的电信号包括状态一和状态二，使电信号由状态一跳转到状态二的跳转点为齿轮的分度圆处，使检测头检测到齿轮分度圆以下区域时，检测头的电信号为状态一，使检测头检测到齿轮分度圆以上区域时，检测头的电信号为状态二；
将检测头移动到待测工件处后固定不动；
判断检测头的电信号状态；
若为状态一，则工件轴正转;
当工件轴正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；
当工件轴正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头退回；
若为状态二，则工件轴每正转0.3倍每齿角度判断一次检测头的电信号是否为状态一；
当判断次数小于10，且电信号为状态一时，工件轴继续正转；当工件轴继续正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；当工件轴继续正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头退回；
当判断次数等于10，且电信号仍为状态二时，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头退回。
进一步的，从采集点A到采集点B的过程中，工件轴先以转速V1正转，使第一被测齿和第二被测齿之间的齿槽位于检测头处；工件轴再以转速V2正转，使第二被测齿的正面位于检测头处，其中V1＞V2。
进一步的，从采集点B到采集点C的过程中，工件轴先以转速V3反转，使第一被测齿和第二被测齿之间的齿槽位于检测头处；工件轴再以转速V4反转，使第一被测齿的背面位于检测头处，其中V3＞V4。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
与现有的二次对刀方法相比，本发明的二次对刀方法操作简单、无需操作者设置放大器参数，降低对操作工技能要求，更能广泛应用。同时，采集点位于分度圆处，能够减少粗加工和热处理带来的不利影响，能提高找点的精准度。
附图说明
图1 为采点示意图。
图中，1-第一被测齿，2-第二被测齿，3-检测头，101-采集点A，102-采集点B，103-采集点C。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明公开了一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法，所述方法包括：
步骤1，判断工件轴上的工件类型：
将被测齿轮安装在工件轴上，将检测头3移动到被测齿轮处；通过检测头3判断工件轴上的待测工件是否为齿轮，若是，则采集工件坐标，若否，则报警，探测头退回。
步骤2，采集工件坐标：
如图1所示，在被测齿轮上选取相邻的两个齿作为第一被测齿1和第二被测齿2；
工件轴正转，使第一被测齿1的正面位于检测头3处，然后在第一被测齿1的正面上选取采集点A101，并获取采集点A101的坐标posA；
工件轴正转，使第二被测齿2的正面位于检测头3处，然后在第二被测齿2的正面上选取采集点B102，并获取采集点B102的坐标posB；
工件轴反转，使第一被测齿1的背面位于检测头3处，然后在第一被测齿1的背面上选取采集点C103，并获取采集点C103的坐标posC；
采集点A101、取采集点B102、取采集点C103的位置位于被测齿轮上同一分度圆的误差带内；
本发明将采集点A101、取采集点B102、取采集点C103选择在分度圆处，分度圆处的齿面精度比齿顶和齿槽处的精度更高，这样更利于提高对刀精准度。由于每个齿面的精度不一定相同，则允许采集点A101、取采集点B102、取采集点C103在分度圆处向上或向下偏差一定距离。分度圆的误差带则为向上偏差的最大距离与向下偏下差的最大距离所构成的环形带。最优情况，则是采集点A101、取采集点B102、取采集点C103均位于同一分度圆上。
采集点A101为粗定位点、取采集点B102和取采集点C103为精定位点，先确定采集点A101的位置，以便根据采集点A101准确的确定取采集点B102和取采集点C103的位置。
步骤3，计算齿槽中点坐标posZ：posZ=(posB-posC)/2。
步骤4，判断误差：
根据posB和posA计算采集点A101、取采集点B102和被测齿轮圆心所构成夹角α的角度；判断α的角度是否在被测齿轮的每齿角度的误差范围内；若是，则进行首件工件调切；其中每齿角度=360°/n，n为被测齿轮的齿数。
下面以具体数据，对上述过程判断过程，进行举例说明；
若被测齿轮的齿数为6个齿，则被测齿轮每齿角度=60°。若根据posB和posA，计算出α=59°，而被测齿轮每齿角度的误差范围为60°±1°，则59°在被测齿轮每齿角度的误差范围内，则可以进行下一步，进行首件工件调切。
步骤5，首件工件调切：
以齿槽中点坐标posZ来对刀，完成首件工件调切。
步骤6，确定调切补偿值T：
根据首件工件调切的结果，确定调切补偿值T。
步骤7，确定对刀点坐标posD：
根据确定的调切补偿值T对齿槽中点坐标posZ进行修正，确定对刀点坐标posD；posD=posZ+T。
与现有的二次对刀方法相比，本发明的二次对刀方法操作简单、无需操作者设置放大器参数，降低对操作工技能要求，更能广泛应用。同时，采集点位于分度圆处，能够减少粗加工和热处理带来的不利影响，能提高找点的精准度。
进一步的，在步骤1中，通过检测头3判断工件轴上的待测工件是否为齿轮包括：
设置检测头3的工作状态，使检测头3的电信号包括状态一和状态二，使电信号由状态一跳转到状态二的跳转点为齿轮的分度圆处，使检测头3检测到齿轮分度圆以下区域时，检测头3的电信号为状态一，使检测头3检测到齿轮分度圆以上区域时，检测头3的电信号为状态二；
将检测头3移动到待测工件处后固定不动；
判断检测头3的电信号状态；
若为状态一，则工件轴正转；
当工件轴正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；
当工件轴正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头3退回；
若为状态二，则工件轴每正转0.3倍每齿角度判断一次检测头3的电信号是否为状态一；
当判断次数小于10，且电信号为状态一时，工件轴继续正转；当工件轴继续正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；当工件轴继续正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头3退回；
当判断次数等于10，且电信号仍为状态二时，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头3退回。
对刀时，往往会先根据被测齿轮的参数，调整好数控程序参数，进而确定好检测头与被测齿轮间的距离，确定好被测齿轮的每齿角度；确定好电信号在齿轮的哪个位置为状态一，在哪个位置为状态二，确定跳转点；所述检测头为红外线或其他类型传感器，其电信号的状态一可以为低电平，状态二为高电平或电信号的状态一为高电平，状态二为低电平；在本发明中，电信号的状态一设置为低电平，状态二设置为高电平。当所有的参数都在数控系统中录入好后，便可以将待测工件设置在工件轴上，开始检测待测工件是否有装错。若有装错，则数控系统会报警，若没有装错，则开始采集坐标。
检测头的电信号为状态一时，在工件轴转动200°的范围内判断是否有高电平出现，是为了减少转动角度，减少检测时长，同时，齿轮最少有3个齿，200°至少能覆盖两个齿。若200°内没有出现齿，则待测工件必然装错了，必然不是齿轮。
检测头的电信号为状态二时，工件轴每正转0.3倍每齿角度是为了避免数控程序在高电平时，删除后续程序，导致工件轴没办法转动。
进一步的，在步骤2中，从采集点A101到采集点B102的过程中，工件轴先以转速V1正转，使第一被测齿1和第二被测齿2之间的齿槽位于检测头3处；工件轴再以转速V2正转，使第二被测齿2的正面位于检测头3处；其中V1＞V2。
从采集点A101到采集点B102的过程中，先快后慢，能够保证采集的数据更加精准。检测头3先位于齿槽中，此时电信号为低电平，以低电平状态开始采集数据，能够避免误检测。
进一步的，在步骤2中，从采集点B102到采集点C103的过程中，工件轴先以转速V3反转，使第一被测齿1和第二被测齿2之间的齿槽位于检测头3处；工件轴再以转速V4反转，使第一被测齿1的背面位于检测头3处；其中V3＞V4。
从采集点B102到采集点C103的过程中，先快后慢，能够保证采集的数据更加精准。检测头3先位于齿槽中，此时电信号为低电平，以低电平状态开始采集数据，能够避免误检测。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：所述方法包括：
采集工件坐标：
将被测齿轮安装在工件轴上，将检测头（3）移动到被测齿轮处；在被测齿轮上选取相邻的两个齿作为第一被测齿（1）和第二被测齿（2）；
工件轴正转，使第一被测齿（1）的正面位于检测头（3）处，然后在第一被测齿（1）的正面上选取采集点A（101），并获取采集点A（101）的坐标posA；
工件轴正转，使第二被测齿（2）的正面位于检测头（3）处，然后在第二被测齿（2）的正面上选取采集点B（102），并获取采集点B（102）的坐标posB；
工件轴反转，使第一被测齿（1）的背面位于检测头（3）处，然后在第一被测齿（1）的背面上选取采集点C（103），并获取采集点C（103）的坐标posC；
采集点A（101）、取采集点B（102）、取采集点C（103）的位置位于被测齿轮上同一分度圆的误差带内；
计算齿槽中点坐标posZ：posZ=(posB-posC)/2；
判断误差：
根据posB和posA计算采集点A（101）、取采集点B（102）和被测齿轮圆心所构成夹角α的角度；
判断α的角度是否在被测齿轮的每齿角度的误差范围内；若是，则进行首件工件调切；
首件工件调切：
以齿槽中点坐标posZ来对刀，完成首件工件调切；
确定调切补偿值T：
根据首件工件调切的结果，确定调切补偿值T；
确定对刀点坐标posD：
根据确定的调切补偿值T对齿槽中点坐标posZ进行修正，确定对刀点坐标posD；posD=posZ+T。
2.根据权利要求1所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：每齿角度=360°/n，n为被测齿轮的齿数。
3.根据权利要求1所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：采集点A（101）、取采集点B（102）、取采集点C（103）的位置位于被测齿轮的同一分度圆上。
4.根据权利要求1所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：采集工件坐标前，先通过检测头（3）判断工件轴上的待测工件是否为齿轮，若是，则采集工件坐标，若否，则报警，探测头退回。
5.根据权利要求4所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：通过检测头判断工件轴上的待测工件是否为齿轮包括：
设置检测头（3）的工作状态，使检测头（3）的电信号包括状态一和状态二，使电信号由状态一跳转到状态二的跳转点为齿轮的分度圆处，使检测头（3）检测到齿轮分度圆以下区域时，检测头（3）的电信号为状态一，使检测头（3）检测到齿轮分度圆以上区域时，检测头（3）的电信号为状态二；
将检测头（3）移动到待测工件处后固定不动；
判断检测头（3）的电信号状态；
若为状态一，则工件轴正转;
当工件轴正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；
当工件轴正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头（3）退回；
若为状态二，则工件轴每正转0.3倍每齿角度判断一次检测头（3）的电信号是否为状态一；
当判断次数小于10，且电信号为状态一时，工件轴继续正转；当工件轴继续正转的角度小于200°，且电信号跳转为状态二时，工件轴停止转动；此时判断待测工件是齿轮，并获取跳转点的坐标，该跳转点为采集点A；当工件轴继续正转的角度等于200°，且电信号仍为状态一，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头（3）退回；
当判断次数等于10，且电信号仍为状态二时，此时判断待测工件不是齿轮；则报警，检测头（3）退回。
6.根据权利要求1所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：从采集点A（101）到采集点B（102）的过程中，工件轴先以转速V1正转，使第一被测齿（1）和第二被测齿（2）之间的齿槽位于检测头（3）处；工件轴再以转速V2正转，使第二被测齿（2）的正面位于检测头（3）处；其中V1＞V2。
7.根据权利要求1所述的基于数控齿轮机床的二次对刀方法，其特征在于：从采集点B（102）到采集点C（103）的过程中，工件轴先以转速V3反转，使第一被测齿（1）和第二被测齿（2）之间的齿槽位于检测头（3）处；工件轴再以转速V4反转，使第一被测齿（1）的背面位于检测头（3）处；其中V3＞V4。
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