成型磨削砂轮在线修整方法 【技术领域】
本发明涉及一种成型磨削砂轮在线修整方法，属于精密机械加工技术领域。
背景技术
在数控成型磨床加工中，工件的成型直接依赖于砂轮的形状，当砂轮磨损后，应及时对其形状进行修整，否则将造成加工的误差。目前砂轮修整由于缺乏在线测量技术，一般采用工件离线测量，根据测量结果控制砂轮的修整，这种修整方法存在两个问题：一是工件拆装会造成多次定位影响工件的定位精度，从而影响加工精度，并使加工时间过长；另一方面难以准确掌握砂轮修整的时间，只能凭经验确定何时砂轮应该进行修整。
【发明内容】
本发明的目的是为了减少无效加工时间，提高磨削精度，提供一种成型磨削砂轮在线修整方法。
本发明的技术方案是这样来实现的，基于用一个数控磨床砂轮修正器，通过工件的在线测量及数据处理判别砂轮的工作状态，并确定砂轮的修整曲线，自动生成修整程序，方法的具体实现步骤为：
1)机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削；
2)完成磨削后，机床控制砂轮移开齿轮，并将杠杆式测量头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，使测头与齿面在基圆附近接触；
3)按照以下渐开线方程，并通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据：X=sin(invα)cosαr0---(1)]]>y=cos(invα)cosαr0]]>
r0为齿轮基圆半径，α为压力角，invα＝tgα-α；
4)齿轮齿形误差评定；
A以测头的起始位置(ΔX，ΔY)和相对应的测头起始测量压力角α0测得数据d1，d2，…，dn，
B根据上述测量值反求出测头的起始测量压力角α0，并由该参数值确定出理论误差测量值t1，t2，…，tn，
C将测得的数据d1，d2，…，dn减去理论误差测量值t1，t2，…，tn，即为用于评定齿形误差的数据，即根据数据d1-t1，d2-t2，…，dn-tn进行齿形误差的评定；
D根据测量值，采用生物遗传算法，反求测头的起始测量压力角α0，染色体的评价函数定义为：
C＝∑(ti-di)2；
5)根据齿形误差评定结果，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。
用本发明的成型磨削砂轮在线修整方法，减少了无效加工时间，提高了磨削精度。本装置适用于齿轮加工、花健轴加工。
【附图说明】
图1为砂轮修整器示意图；
图2为砂轮修整器运动控制框图；
图3为齿轮成型加工示意图；
图4为测量位置确定图；
图5为渐开线理论轨迹与测头轨迹不重合现象示意图；
图6为金刚石滚轮地定位及运动控制示意图。
【具体实施方式】
由图1所示，磨床砂轮在线修整器包括用于工件的被加工曲线形状的在线测量头2、测量数据处理器，测量头2、金刚石滚轮4分别和X轴伺服电机5、Z轴伺服电机6连接。测量头采用杠杆式电感探测头。
图1中的齿轮1为加工工件，砂轮3为磨床上的成型磨削砂轮，当砂轮需要修整时，如图2所示，砂轮修整器通过数控系统控制X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的运动，实现金刚滚轮的曲线运动，从而完成砂轮的曲线型面的修整。为了测量加工齿轮的齿形误差，可在砂轮修整器上安装一测量头，安装位置如图1所示。其目的是利用砂轮修整器上的X轴伺服电机和Z轴伺服电机实现测量头的曲线运动轨迹，如图2所示，从而完成齿形误差的测量。本发明成型磨削砂轮在线修整方法的具体实现步骤为：
1)机床控制成型砂轮在X方向运动，实现齿轮的成型磨削，如图3所示，
2)完成磨削后，机床控制砂轮移开齿轮，并将杠杆式测量头移至齿轮测量位置，放入齿轮齿隙，用手搬动杠杆式测头的下部，使测头与齿面在基圆附近接触如图4所示；
3)按照以下渐开线方程，并通过X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制测量头沿着理想渐开线轨迹运动，测得数据：X=sin(invα)cosαr0---(1)]]>y=cos(invα)cosαr0]]>
r0为齿轮基圆半径，α为压力角，invα＝tgα-α；，在测头运动过程中，由于测头的初始位置由操作人员放置，不能保证准确地将测头放置在基圆上，因此引起测头运动轨迹与实际渐开线轨迹不重合的问题，使得即使没有误差的齿轮齿廓，也会测出很大的齿形误差，使齿形误差的评定带来困难，如图5所示，图中A表示测头轨迹，B为理论轨迹，dI为测量值。这一误差必须得到修正，这也是本发明的技术核心；
4)齿轮齿形误差评定；
A设测头的起始位置(ΔX，ΔY)，则测头实际轨迹为：
x1＝x+ΔX
y1＝y+ΔY
设测头起始测量压力角为α0，则
ΔX＝x′-x0
ΔY＝y′-y0式中x′、y′为将α0代入渐开线方程计算而得的x、y值，x0、y0为压力角为0时，按渐开线方程计算得到的x、y值。设测头在起始位置α0处开始运动时，测得的数据为：
d1，d2，…，dn，齿轮齿形误差的测量问题，可转化为根据以上测量值，进行齿形误差的评定。
B根据上述测量值反求出测头的起始测量压力角α0，并由该参数值确定出理论误差测量值t1，t2，…，tn，
C将测得的数据d1，d2，…，dn减去理论误差测量值t1，t2，…，tn，即为用于评定齿形误差的数据，即根据数据d1-t1，d2-t2，…，dn-tn进行齿形误差的评定；
D根据测量值，采用生物遗传算法，反求测头的起始测量压力角α0，染色体的评价函数定义为：
C＝∑(ti-di)2；
5)根据齿形误差评定结果，当齿形误差评定结果超差时，控制金刚石滚轮进行砂轮修整。如图6所示，箭头所示为金刚滚轮运动方向，通过机床数控系统分别移动金刚滚轮至砂轮的两侧，从而确定出砂轮的中心位置坐标A点，然后以该点为基准，控制金刚滚轮运动至B点，并按照渐开线方程，由X轴(纵向)伺服电机和Z轴(上下方向)伺服电机的插补运动控制金刚滚轮完成砂轮的修整工作。