[发明专利]一种磨齿关键误差高效补偿方法

说明书

本发明公开了一种磨齿关键误差高效补偿方法，首先基于成形磨齿机床几何误差分布及机床实际运动链，构建磨齿加工实际前向运动学模型，反映几何误差影响下刀具坐标系中的刀具位姿与工件坐标系中的刀位数据间的函数关系；然后，基于实际逆向运动学补偿原理，推导误差补偿后的运动轴实际运动指令的解析表达式，揭示几何误差、理想刀位数据与实际运动指令间的映射规律；最后，根据共轭磨削原理，建立几何误差‑齿面误差模型，计算评价实际齿廓、齿向精度，并针对齿廓偏差的关键误差源进行识别，对实际逆向运动学补偿方法进行简化，实现面向齿廓偏差消减的高效误差补偿。

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，特别是一种磨齿关键误差高效补偿方法。

背景技术

数控成形磨齿机是一种用于齿轮精加工的专用机床，磨齿精度受多源误差协同影响，包括机床几何误差、热误差、力误差、伺服控制误差等。其中，几何误差被认为是准静态误差，不随时间变化或变化微小，可被补偿消除。

为补偿多轴机床几何误差，专家学者已提出大量方法，包括微分算子解耦方法、迭代回归计算方法、微分误差预测法等。现有误差补偿方法效率较低，且主要集中于求解刀具相对于工件的终端误差矢量，并不关注该终端误差矢量对加工工件的具体影响。

此外，也有学者提出针对普通五轴数控机床几何误差的实际逆向运动学补偿法，在后处理过程中实现几何误差补偿，该方法补偿效率较高。但成形磨齿机作为齿轮专用加工机床，虽然机床结构并不特殊，但是由于螺旋磨削、共轭接触等加工特征，以及齿轮精度评价指标具有特殊性等问题，目前暂未有针对成形磨齿机基于实际逆向运动学的几何误差补偿方法。

另外，现有的实际逆向运动学法是针对几何误差对刀位数据的影响进行补偿，由于不考虑实际磨齿过程，最终对单个磨齿精度评价指标的提升并不一定完全理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磨齿关键误差高效补偿方法，可以推导误差补偿后的运动轴实际运动指令的解析表达式，揭示几何误差、理想刀位数据与实际运动指令间的映射规律；并针对齿廓精度、齿向精度等齿轮精度评价依据的关键误差源进行分析，从而对传统实际逆向运动学方法进行简化，实现对齿廓偏差、齿向偏差等磨齿误差高效补偿。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的磨齿关键误差高效补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：成形磨削系统几何误差建模；

(1)成形磨削系统几何误差分析：根据成形磨齿机床基本结构确定机床全运动链及成形磨齿机几何误差；所述机床全运动链包括从RCS参考坐标系到WCS工件坐标系的工件链RCw和从RCS参考坐标系到TCS刀具坐标系的刀具链RXZAYt；

(2)构建实际前向运动学模型，具体如下：

建立工件链的实际前向运动学模型：

建立刀具链的实际前向运动学模型：

建立磨齿机床全运动链的实际前向运动学模型：

步骤二：基于实际逆向运动学的几何误差补偿方法

(1)基于实际逆向运动学补偿原理进行后续的误差补偿策略；

(2)获取旋转轴实际运动指令解析表达式：利用理想刀轴矢量数据与机床几何误差间的映射关系，求解旋转轴的实际运动指令解析表达式；

(3)获取直线轴实际运动指令解析表达式：根据求得旋转轴的实际运动指令解析表达式，利用理想刀具位置数据与机床几何误差间的映射关系，求解直线轴的实际运动指令解析表达式；

步骤三：关键误差识别及补偿模型简化

(1)建立几何误差-齿面误差模型