一种成形砂轮磨损的快速测量方法

本发明涉及机械加工的技术领域，具体涉及一种成形砂轮磨损的快速测量方法。

背景技术：

砂轮磨损量的测量一直是齿轮磨削过程中的关注的问题，如果不能准确感知砂轮的磨损量，就会对齿轮的加工精度和加工效率产生影响，但是如果在砂轮磨损量较小时，就对砂轮进行修整，将会影响齿轮的加工效率；如果砂轮磨损量较大，且已经对加工精度产生影响，而没有对砂轮进行修整，这样将影响齿轮的加工精度。所以能够对砂轮的磨损量进行准确且快速测量，是提高齿轮磨削效率和磨削精度的重要途径。

申请号：200910263457.0砂轮磨损自动检测及补偿方法该发明采用砂轮直径检测器对加工中的砂轮直径进行在线检测，检测后获得的砂轮直径数据传送至数控系统，数控系统将砂轮直径数据与原始砂轮直径数据相比，获得砂轮磨损量与修正量，数控系统控制机床的进到量从而实现砂轮的自动补偿。

该方法能够对砂轮的磨损进行测量和补偿，但将该方法应用到齿轮成形磨削中时，则不一定适用，因为在齿轮修形过程中，主要针对齿轮齿槽的两个面进行磨削，而对齿根磨削较少或不磨削，那么在磨削过程中，砂轮的直径将不会减少，因此该方法应用于成形磨削齿轮的磨损测量时，存在一定的不足。

专利号：201710121994.6一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法该发明根据主轴电机电流的变化计算并实时更新砂轮磨损量。该方法是根据砂轮在磨削过程中所受力的变化而引起的主轴电机电流的变化，但在齿轮成形磨削及齿轮修形过程中，每次的磨削量较小，且对主轴电机的电流变化影响较小，再加上在磨削过程中电流的波动，仅根据电流的变化情况来判断砂轮的磨损情况将非常困难。

因此，急需一种快速测量成形磨削砂轮磨损量的方法来满足现在工业生产的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种成形砂轮磨损的快速测量方法，解决了现有检测方法不能适用对齿轮加工过程的砂轮磨损量检测、或者检测困难等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种成形砂轮磨损的快速测量方法，适用于成形砂轮对齿轮进行磨削加工的应用场景，测量加工后齿轮齿面对应的实际渐开线，使其对应的起始点与理论渐开线的起始点重合，计算指定展开角对应此时的实际渐开线和理论渐开线上的点之间的距离，则所述距离即为磨削加工过程中成形砂轮的磨损量。

进一步，所述指定展开角的范围设置为大于零。

进一步，将待检成形砂轮和需要加工的齿轮架设到机床上，通过改变径向进刀量的方法对齿轮进行加工，计算加工后齿轮齿面的实际尺寸与齿轮齿面的设计尺寸之差值δx，并测量加工后齿轮齿面的实际渐开线，再将所述实际渐开线移动δx，使其对应的起始点与理论渐开线的起始点重合，然后，计算指定展开角对应此时的实际渐开线上的点p'、以及对应理论渐开线上的点p，则所述点p'和点p之间的距离即为磨削加工过程中成形砂轮的磨损量。

进一步，将待检成形砂轮和需要加工的齿轮架设到机床上，通过改变齿轮公法线长度的方法对齿轮进行加工，测量加工后齿轮齿面的实际渐开线，此时其对应的起始点与理论渐开线的起始点重合，然后，计算指定展开角对应此时的实际渐开线上的点p'、以及对应理论渐开线上的点p，则所述点p'和点p之间的距离即为磨削加工过程中成形砂轮的磨损量。

进一步，所述实际渐开线方程式和理论渐开线方程式均采用在笛卡尔坐标系下，建立齿轮的渐开线方程式，具体如下，

x＝rb*cosθ+rb*radθ*sinθ

y＝rb*sinθ-rb*radθ*cosθ

其中，rb表示齿轮所在基圆的半径，θ表示齿轮渐开线上相应点的展开角。

本发明有益的技术效果在于：

本发明的测量方法能够快速在线测量出齿轮成形磨削过程的砂轮磨损量，能够为修整砂轮提供最佳时机，既节约了时间成本和经济成本，又提高了磨削效率。

附图说明

图1为本发明的成形砂轮对齿轮的加工作业示意图；

图2为本发明的笛卡尔坐标系下的渐开线示意图；

图3为本发明的采用改变径向进刀量方法对齿轮进行加工时的磨损量计算示意图，其中，虚线表示实际渐开线，实线表示理论渐开线；

图4为本发明的采用齿轮公法线长度方法进行加工时的磨损量计算示意图，其中，虚线表示实际渐开线，实线表示理论渐开线。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种成形砂轮磨损的快速测量方法，适用于成形砂轮对齿轮进行磨削加工的应用场景，通过对磨削后的齿面进行测量，如渐开线测量仪、加工用机床本身自带的测量系统等，获取齿面测量数据，并将其与理论渐开线齿廓进行比较，其偏差量即为砂轮的磨损量。具体地，测量加工后齿轮齿面对应的实际渐开线，使其对应的起始点与理论渐开线的起始点重合，计算指定展开角对应此时的实际渐开线和理论渐开线上的点之间的距离，则该距离即为磨削加工过程中成形砂轮的磨损量。

如图1所示，根据齿轮磨削要求，通过砂轮修整器对用于参与加工的砂轮进行修整，使之达到设计要求，然后对齿轮进行磨削，通过在线高精度齿轮测量系统对磨削后齿轮的齿面进行测量，根据测量结果及渐开线齿廓形成原理来分析砂轮的磨损量，并判断该磨损量是否在误差范围内，如果超出误差范围，就对砂轮进行修整，使之符合设计要求。

由于本发明的方法采用的是高精度齿轮测量系统在线测量，不存在安装误差及重复定位误差等误差因素，同时修正砂轮时，砂轮的修整精度已经达到了设计要求，因此，此时渐开线齿廓的偏差即为砂轮的磨损量。

对于利用成形砂轮对齿轮进行磨削加工，一般情况下会采用两种加工方法，即通过改变径向进刀量和齿轮公法线长度来磨削齿轮，当采用改变径向进刀量的方法进行加工时，先对成形砂轮进行修整，使其达到设计参数，然后将成形砂轮和需要加工的齿轮架设到机床上，利用机床的控制系统控制砂轮的进给量，直到砂轮进给到设计位置。在此磨削过程中，假设磨削后齿轮的齿面尺寸和设计位置的距离为δx，

如图2所示，在笛卡尔坐标系下，齿轮渐开线的参数方程为：

x＝rb*cosθ+rb*radθ*sinθ

y＝rb*sinθ-rb*radθ*cosθ(1)

式中，rb为齿轮的基圆，θ为渐开线上相应点的展开角。

磨削后，利用渐开线测量仪测量获取齿轮齿面的实际渐开线数据，将数据沿齿轮径向移动δx，使得实际渐开线的起始点与理论渐开线的起始点重合，如图3所示，然后，在大于零的展开角中选取一个展开角作为指定展开角，通过公式(1)计算实际渐开线与理论渐开线上的对应点，假设计算得到实际渐开线上的点为p1(x1+/-δx,y1)，具体根据移动的方向而定，理论渐开线上的点为p(x,y)，利用两点间的距离公式计算点p1和p之间的距离，则该距离即为成形砂轮对应点的磨损量δw1，用公式表示为：

δw1＝[(x-x1+/-δx)²+(y-y1)²]^1/2

当采用改变齿轮公法线长度的方法来进行磨削时，首先将砂轮修整成相对于设计齿槽较薄一些的砂轮，在磨削过程中，利用机床的控制系统采用一次性将砂轮进给到设计位置进行磨削，在磨削过程中，通过“修整砂轮—磨削—修整砂轮”过程的重复进行，达到磨削齿轮的目的。

由于采用该方法进行磨削时，待加工齿轮的实际渐开线和理论渐开线的起始点始终是重合，因此磨削后的齿面渐开线不需要移动，此时仅需要测量齿面的实际渐开线，计算指定展开角对应的实际渐开线与理论渐开线上的点，分别为p2(x2,y2)和p(x,y)，如图4所示，然后计算两点之间的距离δw2即可，用公式表示为：

δw2＝[(x-x2)²+(y-y2)²]^1/2

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。