CN1093948C - 对工件进行评价以进行加工的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对一带齿工件进行评价以按照一预定的加工过程进行加工的方法，包括：转动主轴并相应于每个所产生信号记录所述瞬时回转主轴位置；对于引导齿面和或从动齿面计算最大累积节距变动Pv并与包括有一应急公差TA和一修正的加工过程公差TM的预定节距变动公差相比，如果Pv≥TA，则预定的加工过程紧急停止，如果TM≤Pv＜TA，则对预定的加工过程进行修正，如果Pv＜TM，则进行预定的加工过程。

Description

对工件进行评价以进行加工的方法
发明领域
本发明涉及带齿物件例如齿轮及类似物的加工。具体来说，本发明涉及一种对工件进行评价以确定在对该工件进行加工过程中采用适当的步骤的方法。
发明背景
在带齿物件的加工过程例如用于正齿轮和斜齿轮或锥齿轮和准双曲面齿轮的精磨过程中，各种加工的工件的出现提供了通过一工具对各种工件几何关系进行加工，例如一开有螺纹的磨轮来加工正齿轮和斜齿轮。
工件在最终加工之前的几何尺寸可以受到许多因素的影响。例如，径向跳动、切削刀片的锐利性及在切削工具中的定位精度、工件在切削机床主轴中的安装位置、切削机床本身的加工轴线的精度、由切削后的热处理引起的变形或将工件固定到另一个旋转件上的装配误差均影响到工件几何尺寸。齿轮的不精密使其质量和性能等级下降，并在回转时导致不希望的负载应力、传动误差、噪音和振动。
无论工件在最终加工之前如何不精密，最终加工过程都必须将工件加工到一定的范围，以使工件在最终加工后将符合一个完工工件的几何尺寸的要求。在一些情况下，试图以过量的径向跳动来磨削工件，由此造成在一部分齿面上出现过量的材料，可导致烧伤齿面表面光洁度并加速轮齿磨损，从而需要更频繁的修整并减少工具的有用寿命。如果齿面表面存有的材料太少或径向跳动过量，则轮齿的一些表面将不会由于加工过程而得到适当的光洁度。
分析齿轮质量的一个方法便是对齿轮上出现的径向跳动进行检测。径向跳动是齿轮的径向偏心度的一种测量，但径向跳动也可是称为“隐性跳动”类型，它在齿轮上表现为累积节距变动。隐性跳动可以在径向跳动之外存在。关于隐性跳动及采用累积节距变动数据对其进行检测的讨论见Smith，Robert等人：“隐性跳动”的检测，AGMA技术报告，95FTM1，1995年10月。
颁发给Loehrke的美国专利号5136522揭示了另一种分析工件因径向跳动和热处理变形引起误差的方法。其中，将一齿轮转过一非接触探头并记录引导齿面和从动齿面的工件主轴旋转位置，与理论主轴位置相比较，并根据实际读数与理论读数之差对每组引导齿面和从动齿面计算测量误差。然后采用傅里哀变换技术对每组的测量误差值进行分析，以产生一包括一组表示径向跳动的修正误差值的一次谐波，该修正值系从测量误差值中减去以产生一组表示由于其它因素如热处理引起的变形的经调整的误差值。采用最大和最小修正误差值来模拟一与所需轮齿间距相比较的有效轮齿间距，并产生一校正值，籍以调整工件主轴的角度位置以保证精确的加工。
本发明的一个目的在于提供一种加工过程，其中工具磨损和废品工件数均减少。
本发明的另一个目的在于提供一种加工过程，其中对带齿工件进行评价以确定对工件齿面进行其后加工的适应性，并根据评价结果提供对所倾向进行的加工过程的替换或修改。
以这种方式确定一给定工件是否适于一预定的加工过程，或者，可对该加工过程进行修改以将工件带入对加工来说可接受的范围而不使工件报废。
本发明概况
本发明包括一种对一带齿工件进行评价以按照一预定的加工过程进行加工的方法，该带齿工件具有多个轮齿，每个轮齿相对于回转方向均具有一引导齿面和一从动齿面。
本发明方法包括：将工件安装到机床上的一回转主轴上；提供一装在旁边的探头装置，当工件的一引导齿面或从动齿面相对于所述探头位于一预定位置时即产生一信号，该信号表示该主轴的瞬时回转位置。
转动工件主轴以将所选择的每个引导齿面和/或从动齿面相对于探头带到预定位置以产生信号；相应于每个所产生信号记录所述瞬时回转主轴位置；相应于每个所选择的齿面提供理论主轴位置；对于每个所选择的齿面作为相应的所记录的主轴位置与理论主轴位置之间的差，计算测量误差值；对于每个所选择的齿面记录测量误差值。
对于引导齿面和/或从动齿面选择最大和最小测量误差值，并对于引导齿面和/或从动齿面计算最大累积节距变动(Pv)；将最大累积节距变动(Pv)与包括有一应急公差(TA)和一修正的加工过程公差(TM)的预定节距变动公差相比，如果Pv≥TA，则预定的加工过程紧急停止，如果TM≤Pv＜TA，则对预定的加工过程进行修正，如果Pv＜TM，则进行预定的加工过程。
附图简单说明
图1示意性地示出一可实施本发明的机床。
图2示出本发明的探测方法。
图3图解地示出一工件引导齿面的测量误差值。
较佳实施例具体描述
现参照较佳实施例对本发明进行具体描述。
本发明的方法可在能对工件进行检测并根据作为探测的结果得到和处理的信息对工具与工件之间的相对转动位置进行调节的任何机床上实施。
图1示意性地表示上述机床的一种类型，它包括有一用于通过一开有螺纹的磨轮对正齿轮和斜齿轮进行磨削的一计算机控制机床10。这种类型的机床系现有技术并能容易地提供。
该机床包括一底座12和一工件立柱14。工件立柱14上配置有一工作台滑座16，用于沿一轴线(Z-轴线)作直线移动。工作台滑座16上安装有回转用工作支承18，该工作支承可绕一轴线(A-轴线)回转，用于设定为对一具体齿轮进行磨削所需的合适的螺旋角。通过适当的工件夹持装置将一工件齿轮20安装在一可回转主轴22上，以绕工件齿轮轴线(C-轴线)回转。并示出位于工件20的轮齿表面附近的非接触探头24。众所周知，当工件齿面在与非接触探头一预定距离内通过时，该探头即利用电磁场、空气喷气或光束产生触发信号。
装设在底座12上的还有一对工具滑座30和32。工具滑座30能使工具沿底座长度方向(X-轴线)移动，而工具滑座32能使工具沿底座宽度方向(Y-轴线)移动。机床轴线X、Y和Z相互垂直。工具滑座32上装有工具支承34，该支承上安装有工具36，用于绕一工具轴线(S-轴线)转动。
工具滑座32上装有一修整轮工作台38并能沿垂直的修整轴线(U-轴线和V-轴线)移动。修整轮工作台38装有一修整工具支承40，该修整工具支承40用于安装一转动的修整工具42。修整工具支承40可在工作台38上作角度调节以将修整工具42定位于磨轮36的导程角。V-轴线运动被用来沿磨轮36的宽度方向移动修整工具42，而U-轴线运动则被用来使修整工具切人，以将修整工具42定位于沿磨削螺纹表面的轮廓的接触点处。
围绕或沿所述轴线的运动系由分开的驱动马达(未示)给予的。上述可运动的机床部件相互均能作独立运动并能同时相互运动。每个单独马达均与一作为根据输入一计算机(未示)的指令控制一驱动马达工作的计算机数控系统(CNC)一部分的直线或旋转编码器(未示)连接。该编码器向该计算机提供有关每个可移动轴线实际位置的反馈信息。
该方法包括将一带齿工件20例如一斜齿轮安装到磨床10上的可转动主轴22上，并在附近设置探头24，当工件的前或从动齿面的一预定高度位置相对于该探头24位于该预定位置中时即产生一信号。由探头24产生的信号表示主轴的瞬时旋转位置。转动工件主轴22以将所选择的前和/或从动齿面的每一个带人该预定探测位置以产生一信号，并对相应于每个所产生信号的瞬时旋转主轴位置加以编码。以这种方式进行探测见诸于前述美国专利号5136522，其揭示内容援引于此。
图2示出用非接触探头24对工件20的齿面进行探测。当工件20沿箭头26方向转动时，在第一引导齿面L1上一预定齿面高度“h”(通常为轮齿的中间高度点)处的位置通过探头24并产生一信号以记录工件主轴22的该转动位置。当工件继续运动通过探头24时，第一从动齿面T1也将触发探头24以产生一信号，再次记录瞬时的工件主轴转动位置。工件20转动继续至下一个引导齿面L2和从动齿面T2通过探头24以触发对各工件主轴位置的记录时，工件20继续转动，直至所有轮齿均已通过探头24，而且对于所有引导和从动齿面的工件主轴位置均被记录。
应当理解，虽然较佳为如上所述对工件20的所有轮齿进行检测，本发明也可对少至4个最好是等间隔的引导和从动齿面进行检测。
然后将对于引导和/或从动齿面的测量工件主轴转动位置与相应的理论正确齿面位置加以比较。第一测量引导和/或从动齿面起“零”位作用，并根据第一测量齿面产生所有后续齿面相对于第一扫描齿面的理论正确的齿面位置。确定各测量主轴位置与理论正确位置之差，以得到一对于每个探测齿面的测量误差值。
作为一个实例，将一具有65个轮齿、节距半径为53毫米的左旋斜齿轮安装在一磨床的工件主轴上，如图1所示。用非接触探头24对工件20的齿面进行探测。使该齿轮转过一非接触式探头并在轮齿的大约中间高度的一致的齿面高度“h”处对所有轮齿的引导和从动齿面进行探测。在以下的表中示出对于一部分轮齿的由检测得到的位置信息、以及分别相对于第一引导和从动齿面的理论位置数据和计算的测量误差值。位置和误差值的单位均为度。图3图解地示出对于所有65个轮齿的引导齿面的测量误差。
                    表I-引导齿面
轮齿# 测量位置 理论位置 测量误差值
126111621263136414651566165 2.547108.0828030.2310557.9455085.65400113.37950141.10825168.80130196.51285224.20815251.87825279.54600307.20855334.87985357.00980 2.547108.0855630.2394157.9317285.62402113.31633141.00864168.70095196.39325224.08556251.77787279.47018307.16248334.85479357.00864 0.00000-0.00276-0.00836(最小)0.013780.029980.061370.099610.100350.119600.12259(最大)0.100380.078520.46070.025060.00116
                  表II-从动齿面
轮齿# 测量位置 理论位置 测量误差值
126111621263136414651566165 5.1259510.6586532.8046060.5061088.21600115.93230143.66035171.35780199.06770226.77245254.44735282.11625309.78190337.44915395.58870 5.1259510.6644132.8182660.5105788.20287115.89518143.58749171.27980198.97210226.66441254.35672282.04903309.74133337.43364359.58749 0.00000-0.00576-0.01366(最小)0.004470.013130.037120.072860.078000.095600.10804(最大)0.090630.067220.40570.015510.00121
选择对于引导齿面和/或从动齿面的最大和最小测量误差值。轮齿#6示出对于引导齿面的最小测量误差值为-0.00836，对于从动齿面的最小测量误差值为-0.01337。轮齿#41示出对于引导齿面的最大测量误差值为-0.12259，对于从动齿面的最大测量误差值为-0.10804。
引导齿面和/或从动齿面的最大累积节距变动(PV)系采用任何现有方法计算，最好是下式：
           PV＝[Emax-Emin]×(π/180)×(RP)work
式中Emax＝最大测量误差值(度)，
    Emin＝最小测量误差值(度)，
    (RP)work＝工件的节距半径(英寸或毫米)。
因此，对于上例中的引导齿面，最大累积节距变动确定为：
    PV＝[0.12259-(-0.00836)]×(π/180)×53毫米
    PV＝0.12118毫米
作为一种替代，对于引导齿面和/或从动齿面的径向跳动量可采用现有技术(例如傅里叶变换)和按照下述方法分析的结果进行计算。
将最大累积节距变动(Pv)与包括有一应急公差(TA)和一修正的加工过程公差(TM)的预定节距变动公差相比，如果Pv≥TA，则预定的加工过程紧急停止，如果TM≤Pv＜TA，则对预定的加工过程进行修正，如果Pv＜TM，则实施预定的加工过程。Pv值等于或超过应急公差TA的工件具有相当大的径向跳动，以至没有一种磨削量能将工件状态带到一可接受的形式，因此工件报废。Pv值小于修正的加工过程公差TM则表示工件径向跳动没有或很小，而能通过编入机床计算机的较快的标准磨削循环进行加工。如果Pv值落在等于或大于TM而小于TA的范围，则将出现一定量的径向跳动，但该径向跳动状态可通过标准加工循环的修正有效地加以控制，并能将工件带到一可接受的形式。
在对一加工过程或循环进行修正时，可以对该加工过程的若干方面进行改变。例如，可以修改以下加工过程常数的任何一些或全部：可增加一个或多个附加的加工通道或行程，可改变每次行程去除的工件材料量，可更改一个或多个行程的切人位置，可修改增量变换和/或连续变换的量，可调节磨轮速度和行程速率。
在以上的实例中，PV＝0.12118，应急公差TA＝0.175，以及修改的加工过程公差TM＝0.09。因此，给定PV落在加工过程紧急停车极限TA与加工过程修改极限TM之间，存在于齿面上的工件材料比可通过一标准磨削循环适当去除的更多，因此用来磨削齿轮的实际加工过程是对于这种齿轮的预定的标准磨削过程的修改。具体来说，在本实例中由于去除了过量的工件材料，故增加了一个附加的磨削行程以减少磨轮上的磨损。
应当理解，公差范围TM和TA对于不同大小和类型的齿轮是变化的。一般来说，公差范围的确定可通过得到对于具体齿轮的最终所需齿轮质量规格的径向跳动量(例如AGMA、DIN、JIS或相当的出版的标准或用户具体标准)并将这个量乘约3以得到加工过程修改公差TM，以及将这个量乘约6.5以得到加工过程紧急停车极限TA。
如果需加以探测的工件是要求对机床进行余量分配的工件，即“教导”机床使工具相对于工件定位，则由于余量分配工序通常希望一较小公差的齿轮(径向跳动小，热处理变形小，以及装配误差较小)，上述公差应缩小。
如果需要的话，平均最大和最小误差值可用来计算最大累积节距变动。在这种情况下，对最大和最小误差值和一个或多个相邻齿面读数加以平均以得到最大或最小误差值。例如，在上例中，轮齿#6为最小测量误差值，并且如果需要一平均误差值，则可对轮齿#4至#8的测量误差值加以平均，以得到一对于引导齿面或从动齿面的最小误差值。
应当注意，虽然在上例中最小和最大误差值对于引导齿面和从动齿面(分别为#6和#41)出现在同一轮齿上，但并不总是这样。对于引导齿面和从动齿面的最小和最大误差值可以出现在不同轮齿上，虽然这些轮齿通常是相互靠近或邻近的。
虽然该实例揭示了两个公差范围，应当理解可以包括任何数目的公差值，其结果是若干个范围(T0-T1-T2-……Tn)，每个范围均具有指定给它的具体加工过程修改。
虽然已参照斜齿轮对本发明的加工过程进行了讨论，但本发明并不限于此，而是可适用于任何带齿物件例如正齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮。而且，本发明并不限于用非接触式探头进行探测，而也可用接触式探头有效地进行。
本发明通过提供对在此以前不能加工的工件提供加工和/或并通过采用一减少工具磨损的加工过程而延长了工具的有效寿命的灵活性，从而代表了对现有技术的磨削或切断方法的一种增强。
虽然已参照较佳实施例对本发明作了描述，应理解本发明并不限于该具体情况。本发明包括那些熟悉本领域的人员所作的修改，这些修改不脱离所附权利要求书的精神和范围。

Claims (9)

1.一种对一带齿工件进行评价以按照一预定的加工过程进行加工的方法，所述带齿工件具有多个轮齿，每个轮齿在一回转中心均具有一引导齿面和一从动齿面，所述方法包括：
将工件安装到机床上的一回转主轴上；
提供一装在旁边的探头装置，当所述工件的一引导齿面或从动齿面相对于所述探头位于一预定位置时即产生一信号，所述信号表示所述主轴的瞬时回转位置；
转动所述主轴以将所选择的每个引导齿面和/或从动齿面相对于所述探头带到所述预定位置以产生所述信号；
相应于每个所产生信号记录所述瞬时回转主轴位置；
相应于每个所述选择的齿面提供理论主轴位置；
对于每个所述选择的齿面作为相应的所记录的主轴位置与所述理论主轴位置之间的差，计算测量误差值；
对于每个所述选择的齿面记录所述测量误差值；
对于所述引导齿面和/或从动齿面选择最大和最小测量误差值；
对于所述引导齿面和/或从动齿面计算最大累积节距变动Pv；
将所述最大累积节距变动Pv与包括有一应急公差TA和一修正的加工过程公差TM的预定节距变动公差相比，如果Pv≥TA，则所述预定的加工过程紧急停止，如果TM≤Pv＜TA，则对所述预定的加工过程进行修正，如果Pv＜TM，则进行所述预定的加工过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探头装置包括一非接触探头。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探头装置包括一接触探头。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大累积节距变动Pv按照下式计算：
           PV＝[Emax-Emin]×(π/180)×(RP)work
式中Emax＝最大测量误差值，
    Emin＝最小测量误差值，
(RP)work＝工件的节距半径。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，Emax和Emin包括平均测量误差值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带齿工件是一正齿轮或斜齿轮。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带齿工件是一锥齿轮或准双曲面齿轮。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述正齿轮或斜齿轮包括一用于所述机床进行余量分配的齿轮。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机床包括一具有开有螺纹的磨轮的磨床。
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