[发明专利]一种考虑机床几何误差影响的磨齿精度预测建模方法

说明书

本发明公开了一种考虑机床几何误差影响的磨齿精度预测建模方法，首先由齿轮设计参数建立理想砂轮曲面参数模型；然后分别在理想情况下和考虑机床几何误差情况下，由砂轮曲面推导成形磨削加工后的螺旋齿面；最后由螺旋齿面的法向误差模型预测评定磨齿精度。本发明主要用于解决由数控成形磨齿机几何误差引起的齿面误差数值计算及齿轮精度预测评定的技术问题。该方法可为机床几何误差对磨削精度的定量影响分析提供数学支撑，为后续几何误差的控制方案设计奠定理论基础；同时，由于热平衡时的热误差、稳态切削时的力误差可以视作准静态误差，等效于某些几何误差项，因此本发明也可为热误差、力误差对磨齿精度的定量影响分析提供部分理论支撑。

技术领域

本发明涉及数控机床误差分析与精度控制技术领域，特别是一种考虑机床几何误差影响的磨齿精度预测建模方法。

背景技术

数控成形磨齿机是硬齿面齿轮精密加工的专用机床，特别适用于大规格、复杂齿形的齿轮精加工，提高该设备加工精度对制齿行业具有重大意义。然而磨齿机作为齿轮精加工装备，加工精度受多源误差共同影响，包括准静态的几何误差以及动态变化的热误差、力致变形误差等。其中，几何误差是数控机床加工误差最为基础的误差来源，后续动态误差有效控制的基本前提便是几何误差的先行控制，也即几何误差的控制优先级高于动态误差。为消除几何误差对成形磨齿机加工精度的影响，必须先行分析各项几何误差对齿轮加工精度的定量影响，也即需要基于已知的几何误差数值大小，对磨齿精度的实际等级进行准确的计算评定。

为提高齿轮加工精度，已有学者进行过齿面误差建模，但其主要是针对少数误差项对齿轮加工精度的定性分析，或者仅考虑某几项误差对齿面误差的影响，譬如考虑机床X轴附加移动、C轴附加转动等误差对齿面误差进行计算。目前，缺少针对成形磨齿机床几何误差影响下的齿面误差系统化建模方法，也未有较为成熟、成体系地针对几十项几何误差到齿轮磨齿精度的定量计算模型。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑机床几何误差影响的磨齿精度预测建模方法，可以基于机床几何误差标定值定量计算磨齿误差大小，从而预测评定磨齿精度，为误差控制和消除提供理论依据。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明采用的技术方案为考虑机床几何误差影响的磨齿精度预测建模方法，包括以下步骤：

步骤一：基于齿轮设计参数按照以下步骤建立理想砂轮曲面参数模型；

步骤1.1：根据齿轮端面廓形曲线建立螺旋齿面参数模型；

步骤1.2：根据磨齿机基本结构计算齿轮坐标系和砂轮坐标系间的理想变换矩阵；

步骤1.3：基于共轭磨齿原理建立理想砂轮曲面参数模型；

步骤二：根据机床几何误差按照以下步骤建立磨削螺旋齿面精度预测模型；

步骤2.1：确定磨齿机床几何误差；

步骤2.2：计算磨齿机床几何误差影响下齿轮坐标系和砂轮坐标系间实际位姿变换矩阵；

步骤2.3：根据磨齿机床几何误差构建磨齿齿面法向误差模型；

步骤2.4：根据齿面法向误差模型预测评定齿轮精度。

进一步，所述步骤1.1中的螺旋齿面参数模型的建立具体按照以下步骤：

按照以下公式确定端面廓形曲线中各段的参数方程：