一种强力剐齿加工工件位姿误差测量的方法技术

本发明专利技术涉及一种工件位姿误差测量及标定技术领域，具体涉及一种强力剐齿加工工件位姿误差测量的方法。其包括如下步骤：S01：确定机床原点坐标；S02：安装齿轮工件；S03：根据机床构型编辑测量轨迹，生成测量代码；S04：建立包含工件位姿误差的齐次运动方程，确立工件各位姿误差与各运动坐标值之间的映射关系；S05：根据对应测量轨迹的坐标值，结合位姿误差与运动坐标值间的映射关系计算得到工件的安装位姿误差。本发明专利技术为剐齿加工工件位姿误差的测量提供一种简易、高效的方法。

A method for measuring the position and posture error of workpieces with strong cutting teeth

【技术实现步骤摘要】
一种强力剐齿加工工件位姿误差测量的方法
本专利技术涉及机床工件安装几何误差测量
，具体涉及机床加工中齿轮工件安装位姿误差测量，更具体的说涉及一种强力剐齿加工工件位姿误差测量的方法。
技术介绍
强力剐齿加工技术作为高效、高精度的新型齿轮加工技术，其机床结构往往是含有转台和刀具摆轴，装夹方式以自动装夹为主。排除机床本身的装配误差和运动误差，工件的安装误差是影响剐齿加工精度的主要因素。安装过程中总会存在位置偏差和倾斜偏差，而对这些偏差的测量更接近实际值就显得尤为重要。在实际安装过程中，现在测量安装位姿误差多是采用百分表或千分表进行标定，然而该标定方法往往只能测量工件旋转一圈位置偏差和倾斜偏差范围，不能实际反映具体数值，无法更加有效精准的进行误差补差。强力剐齿加工对工件的安装位姿误差及补偿有着更高的技术要求，因此，有效的测量齿轮工件安装过程中存在的位置偏差和倾斜偏差是提升剐齿加工的补偿精度的必要途径。
技术实现思路
针对现有技术的空白及缺陷，本专利技术的目的在于提供一种强力剐齿工件位姿误差测量方法，主要测量工件安装过程中存在的两项位姿偏差和两项倾斜偏差。通过该测量方法直接计算出实际安装位姿误差，具有操作简便、测量精度高以及可重复性强的特点，适用于剐齿加工过程中更换工件后位姿误差测量。为实现上述技术目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：确定机床坐标原点；S02：安装齿轮工件；S03：根据机床构型编辑测量轨迹，确定回转轴，刀具主轴及摆轴的运动角度，生成测量代码；S04：根据机床构型，确定机床传动链并建立包含工件位姿误差的齐次运动方程，确立工件各位姿误差与各运动坐标值之间的映射关系；S05：根据对应测量轨迹的坐标值，结合位姿误差与运动坐标值间的映射关系计算得到工件的安装位姿误差。进一步，所述一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，所述的S01步骤具体为：S01.1：机床坐标原点确定一般由机床制造厂商提供或通过在刀具主轴上装夹标准芯棒，运动摆轴使得刀具主轴与回转轴工作平面垂直，在回转轴上装夹千分表或百分表。S01.2：通过芯棒与千分表或百分表接触，运动回转轴，通过X,Y轴配合使得表盘稳定不跳动，确定x,y坐标原点。S01.3：Z坐标原点则与刀具的长度，工件装夹的高度等因素有关。通过刀具前刀面与回转轴工作平面接触，得到zc值，再减去工件装夹高度h，可得z坐标原点值，即z＝zc-h。进一步，所述的齿轮工件安装夹具，可以是自动装夹，也可以是手工装夹，但是手工装夹需要进行人工标定。进一步，所述的S03步骤具体为：S03.1：根据机床构型，确定回转轴的回转角度为c，刀具主轴的回转角度为b，摆轴的回转角度为a；S03.2：调整各回转轴的角度，使得a＝b＝c＝0°，使X轴运动到坐标原点x位置，刀具主轴与回转轴的工作平面垂直，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，此时刀具主轴在参考坐标系Y轴正方向，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y1,z1]T。S03.3：保持S03.2中的状态，即a＝b＝c＝0°，X轴依旧保持在x的位置。运动刀具主轴到参考坐标系的Y轴负方向，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y2,z2]T。S03.4：保持S03.2中的状态，即a＝b＝c＝0°，X轴依旧保持在x的位置。剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0-rt01]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具刀尖与工件的侧面圆弧接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxrgPgz1]T，此时刀具在参考坐标系Y轴的正方向，坐标值为[x,y3,z3]T。S03.5：调整各回转轴的角度，使得a＝b＝0°，c＝90°，X轴运动到坐标原点x的位置，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，此时刀具主轴在参考坐标系X轴正方向，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y4,z4]T。S03.6：保持S03.5中的状态，即a＝b＝0°，c＝90°，X轴依旧保持在x的位置。运动刀具主轴到参考坐标系的X轴负方向，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y5,z5]T。S03.7：保持S03.2中的状态，即a＝b＝c＝0°，X轴依旧保持在x的位置。剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0-rt01]T。运动Y，Z轴使得剐齿刀具刀尖与工件的侧面圆弧接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[rgPgyPgz1]T，此时刀具在参考坐标系X轴的正方向，坐标值为[x,y6,z6]T。进一步，所述的S04中工件各位姿误差与各运动坐标值之间的映射关系计算方法如下：根据机床的运动传动链，以回转轴的回转中心为参考坐标系，以剐齿刀具的回转中心为刀具坐标系，则刀具坐标系在参考坐标系的表达式为：Mgt＝(Mxg')-1·Mxt＝(TX(x)TZ(-h)RZ(c)ΤX(δgx)ΤY(δgy)RY(εxz)RX(εzy))-1·ΤY(y)ΤZ(z)ΤZ(L)RX(a)RY(b)ΤZ(-L)其中：T为含坐标值和偏差值得齐次坐标变换矩阵，R为含旋转坐标值和倾斜偏差值得齐次坐标变换矩阵；由于安装过程中εxz和εzy是很小的倾斜偏差值，所以可以令cos(ε)＝1，sin(ε)＝ε。从而计算得到刀具坐标系在参考坐标系下的表达式：其中，C表示cos，S表示sin，x表示X轴的移动位置，h是工件装夹高度，c表示绕回转轴3转动的角度，δgx表示工件沿X轴的位置偏移，δgy表示工件沿Y轴的位置偏移,εxz表示工件绕Y轴的倾角误差，εzy表示工件绕X轴的倾角误差，y表示Y轴的移动位置，z表示Z轴的移动位置，L表示刀具摆长，a表示绕摆轴5转动的角度，b表示绕刀具主轴4旋转的角度。因此可以获得刀具坐标系在参考坐标下的坐标为：gP＝MgttP。结合关系式将实际的坐标值x，y，z，a，b，c带入即可计算得到安装位姿误差。进一步，所述的S05中工件各位姿误差具体计算方法如下：以S03.2测量步骤为例，将a＝b＝c＝0°，刀具坐标系位姿tP＝[0001]T，刀具在工件坐标系位姿gP＝[PgxPgy01]T及测量时刀具与工件接触时的参考坐标系的坐标值[x,y1,z1]T代入公式gP＝MgttP中，可得刀具坐标系在工件坐标系的坐标：其中*表示该项为不需要考虑的参数，依次将S03.3-S03.7中各坐标值代入gP＝MgttP中，可得到各个刀具坐标系在工件坐标系的坐标为：根据公式(1)和(2)可得Z轴和X轴的倾斜偏差：根据公式(3)可得Y轴的位置偏差：δgy＝y3-rt-rg+(h+z3)εxz(8)根据公式(4)和(5)可得Z轴和Y轴的倾斜偏差：根据公式(6)可得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：确定机床坐标原点(1)；S02：安装齿轮工件(2)；S03：根据机床构型编辑测量轨迹，确定回转轴(3)，刀具主轴(4)及摆轴(5)的运动角度，生成测量代码；S04：根据机床构型，确定机床传动链并建立包含工件位姿误差的齐次运动方程，确立工件各位姿误差与各运动坐标值之间的映射关系；S05：根据对应测量轨迹的坐标值，结合位姿误差与运动坐标值间的映射关系计算得到工件的安装位姿误差。

【技术特征摘要】
1.一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：确定机床坐标原点(1)；S02：安装齿轮工件(2)；S03：根据机床构型编辑测量轨迹，确定回转轴(3)，刀具主轴(4)及摆轴(5)的运动角度，生成测量代码；S04：根据机床构型，确定机床传动链并建立包含工件位姿误差的齐次运动方程，确立工件各位姿误差与各运动坐标值之间的映射关系；S05：根据对应测量轨迹的坐标值，结合位姿误差与运动坐标值间的映射关系计算得到工件的安装位姿误差。2.根据权利要求1所述一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，所述的S01步骤具体为：S01.1：机床坐标原点(1)确定一般由机床制造厂商提供或通过在刀具主轴(4上装夹标准芯棒，运动摆轴(5)使得刀具主轴(4)与回转轴(3)工作平面垂直，在回转轴(3)上装夹千分表或百分表；S01.2：通过芯棒与千分表或百分表接触，运动回转轴(3)，通过X,Y轴配合使得表盘稳定不跳动，确定x,y坐标原点；S01.3：Z坐标原点则与刀具的长度，工件装夹的高度等因素有关。通过刀具前刀面与回转轴(3)工作平面接触，得到zc值，再减去工件装夹高度h，可得z坐标原点值，即z＝zc-h。3.根据权利要求1所述一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，所述的齿轮工件安装夹具，可以是自动装夹，也可以是手工装夹，但是手工装夹需要进行人工标定。4.根据权利要求1所述一种强力剐齿工件位姿误差测量的方法，其特征在于，所述的S03步骤具体为：S03.1：根据机床构型，确定回转轴(3)的回转角度为c，刀具主轴(4)的回转角度为b，摆轴(5)的回转角度为a；S03.2：调整各回转轴(3)的角度，使得a＝b＝c＝0°，使X轴运动到坐标原点x位置，刀具主轴(4)与回转轴3的工作平面垂直，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T；运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件(2)上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，此时刀具主轴(4)在参考坐标系Y轴正方向，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y1,z1]T；S03.3：保持S03.2中的状态，即a＝b＝c＝0°，X轴依旧保持在x的位置。运动刀具主轴(4)到参考坐标系的Y轴负方向，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T；运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件(2)上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y2,z2]T；S03.4：保持S03.2中的状态，即a＝b＝c＝0°，X轴依旧保持在x的位置。剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0-rt01]T；运动Y，Z轴使得剐齿刀具刀尖与工件(2)的侧面圆弧接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxrgPgz1]T，此时刀具在参考坐标系Y轴的正方向，坐标值为[x,y3,z3]T。S03.5：调整各回转轴的角度，使得a＝b＝0°，c＝90°，X轴运动到坐标原点x的位置，剐齿刀具平面在刀具坐标系的位姿为tP＝[0001]T；运动Y，Z轴使得剐齿刀具平面与工件(2)上平面接触，刀具在工件坐标系的位姿为gP＝[PgxPgy01]T，此时刀具主轴(4)在参考坐标系X轴正方向，记下此时参考坐标系的坐标值为[x,y4,z4]T；S03.6：保持S03.5中的状态，即a＝b＝0°，c＝90°，X轴依旧保持在x的位置。...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪荣晶，林晓川，于春建，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京工大数控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32