滚齿加工误差动态补偿系统研究

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1、滚齿加工误差动态补偿系统研究摘要:本文研究了利用补偿装置,结合单片机进行误差补偿的理论及实用技术,并以提高国内3180H滚齿机的加工精度为目的,探索了滚齿加工误差动态补偿的方案,创新提出在滚刀刀架系统加入一差动补偿系统。　　关键词:误差补偿系统滚齿控制系统　　:TG612:A:1007-9416(2011)03-0046-02　　　　1、滚齿加工误差动态补偿系统意义　　在齿轮加工的诸方法中,滚齿加工占有重要的地位,如何提高滚齿机加工精度已成为人们不断探讨的重要课题。要实现零件高精度加工途径有两条:一是采用高精度机床,加工出高精度零件;

2、二是采用误差补偿技术来提高零件的加工精度。滚齿加工误差动态补偿系统就是为了满足改造旧滚齿机从而提高零件加工精度的要求而设计的。　　　　2、行星轮式误差补偿机构设计方案及原理　　行星轮式的校正补偿机构是以分度蜗杆的附加转动来实现误差补偿的,这种机械式补偿装置,原理结构简单,但它无法补偿加工中由于各种影响因素而引起的误差。　　本方案创新地将补偿差动装置安装在Y3180H滚齿机的刀杆轴上,而误差信号由装在滚齿机后立柱上的“双啮仪”测出,“双啮仪”测出的是工件加工时的几何偏心,即测出的是齿距累积误差中由于几何偏心造成的那部分误差。值得一提的是

3、,由于分度蜗轮偏心及中间齿轮传动误差只以缩小比例关系传到工件上,形成齿距累积误差,几何偏心则以1:1关系传到工件上,故本文创新提出在机测量双啮误差方案,以此作为误差补偿的信息。把此误差信息输入单片机进行处理。　　实际上利用误差动态补偿关系补偿加工中的误差是一种精加工过程。其过程为:首先利用Y3180H滚齿机对工件加工,这是一种粗加工,粗加工进行完之后,利用“双啮仪”测量粗加工工件的径向误差,当精加工工件时(即第二次切削时),单片机已处理完加工中的误差信息,这时启动步进电机,而步进电机的补偿运动按照计算机提供的误差信息来进行。控制过程中

4、,可由安装在“双啮仪”上的电感测头测出齿轮误差,由于电感测头侧出的是误差的电压信号,此信号进入单片机前要经A/D转换成数字信号,为此本文在这方面做了相应的工作,工作系统图见图1。　　从图1的方案可以看出,此系统是一个自动控制系统,此系统怎样才能很好地工作属于自动控制系统设计的范围。　　　　3、数学模型的建立　　首先将Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴的转动惯量归算为I轴的转动惯量J:　　式中:、、、、分别为、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴的转动惯量　　——、Ⅱ轴间速比;——Ⅱ、Ⅲ间速比　　——Ⅲ、Ⅳ轴间速比;——Ⅳ、Ⅴ间速比　　对轴取动力平衡方程得到:　　公式整理后

5、为:　　具体各部分作用如下:(1)给定环节:它是给出如入作用的环节,用于确定被控对象的目标值。(2)测量环节:用于测量被控变量。它将被控变量转换为便于传送的另一物理量。在本系统中“双啮仪”把齿轮的啮合误差变成电压量经转换送入单片机。(3)比较环节:在此环节中,输入信号与测量环节出来的有关被控变量的反馈量相比较,并得到一个小功率的差异新号。(4)放大及运算环节:为了实现控制,要将差异信号作必要的校正,然后进行功率放大,以推动执行环节。此系统中要进行电流放大。(5)执行环节:它接收放大环节来的控制信号,驱动控制对象按照预期的规律运动。本系

6、统中的执行环节为步进电机。(6)被控对象:本系统中的补偿误差值是由装在刀轴上的差动系统来输入给滚刀的。被控对象就是装在刀轴上的差动系统。　　由于机床传动链误差,反映到工件上是以传动比的形式缩小,一般来说,除分度蜗轮影响外,其余很小。故以△φ补偿径向误差是可行的。　　由于补偿输入机构安装在刀杆轴上,要把工作台的偏心误差所造成的转角误差转化为刀杆的转角误差,由滚刀补偿的转角为:　　△φ刀=Z/K△φ　　其中:Z--I件齿数K--滚刀头数　　如果无在机测量条件,离机测量左右齿距累积误差△Fp　　△T=△Fp左-△FP右/2(1--3)　　△

7、φ=△T/r(1--4)　　得式(1--3)代入式(1--4)得△φ。其中r--分度圆半径。　　　　4、结语　　通过本文的研究表明,在液齿机刀架上加入误差补偿系统,是非常可行的,利用误差补偿系统来提　　高齿轮的加工精度是一种用“低”成本来加工高质量的齿轮的一种实用技术,为“低”精度液齿机加工出高精度齿轮开辟了新途径。此外,补偿装置还可应用于具有“内联系”传动链的各种机床。