一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法

技术领域

本发明涉及数控机械技术领域，具体为一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法。

背景技术

随着数控技术的不断发展，提高数控机床加工精度以及加工效率，成为了数控机床在使用上的关键问题。

目前，机床测量技术可以分为传统检测和在线测量两种方法。一般而言，传统的机床测量技术过分依赖于操作工的熟练程度，而且需等待相应数控机床完成加工后才能对工件进行离线脱机测量与检测，需消耗大量时间，同时也无法保证工件精度。将在线测量方法融于数控加工过程中，可以有效解决该问题。

为提高工件的加工精度，在对工件进行测量前必须进行校正端跳和径跳。目前，校正的方法有人工校正和自动定心工装方法。但是这两种方法都各有缺点，其中人工校正效率低；而自动定心工装对齿轮规格存在要求，且成本较高。鉴于此，我们提出了一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法，以避免圆柱齿轮在加工过程中因检测需要反复拆装导致的误差影响，可以确保和提高圆柱齿轮制造精度。

为实现上述目的，本发明提供一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法，包括如下步骤：

步骤一：测量圆柱齿轮的端面点，在端面上随机测量八个点；测量三个不同径向高度上的轴向点，在每个径向高度所对应的圆周上随机测量八个点；

步骤二：采用最小二乘法拟合平面，获得圆柱齿轮端面方程；

步骤三：采用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群优化算法拟合圆柱面，获得圆柱轴线方程及其半径；

步骤四：联立步骤二和步骤三求得的齿轮端面方程以及圆柱轴线方程，得两者之间的交点，由此可以获得测量坐标系。

所述步骤一中，获得圆柱齿轮端面点及轴向点的具体方法如下：

采用基于X,Z,C三轴的径向极坐标法进行测量，通过设置径向高度、测量点数，可以获得端面点，即(ρ

通过设置测量起始圆、测量终止圆和测量点数，可以令测量探头按径向等距策略自动规划齿轮测量采点路径，即可获得轴向点，即(ρ

所述步骤二中，首先将测得点坐标由极坐标的形式转换到直角坐标形式下，可以得到端面点坐标为(x

采用最小二乘法直接对端面点坐标进行平面拟合，可获得平面Π的方程为Z＝-a

设上端面法向量方向余弦为(cosα,cosβ,cosγ)；令平面∏沿法向量方向偏移r(测球半径)的距离，可得圆柱齿轮上端面方程为Z-rcosγ＝-a

所述步骤三中，采用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群算法拟合圆柱，求解圆柱轴线方程及其半径R；根据测得点坐标的直角坐标形式，及步骤二中所获得的圆柱齿轮上端面法向量

可得目标方程如下：

f(x

以min(f(x

可得圆柱轴线方程为：

所述步骤四中，根据步骤二和步骤三所求得的齿轮端面方程以及圆柱轴线方程进行联立，可以求解得到二者之间的交点，记为Q(x

由上述发明技术方案可以看出，该方法不仅能够实现圆柱齿轮加工过程中进行免拆装的参数测量；而且可以有效避免圆柱齿轮因无法避免的参数测量，进行反复装夹，致使圆柱齿轮成品精度降低；且有效的提升了测量过程中的效率。

附图说明

图1为本发明的SKMC-3000/20型磨齿机结构图；

图2为本发明端面点测量示意图；

图3为本发明轴向点测量示意图

图4为本发明的微粒群算法流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法，以SKMC-3000/20型磨齿机为例进行阐述，其较佳的具体实施方式是，包括：

步骤一，获得圆柱齿轮端面点及轴向点，具体方法如下：

对于SKMC-3000/20型磨齿机，采用基于X,Z,C三轴的径向极坐标法进行测量，通过设置径向高度、测量点数，可以获得端面8个点，即(ρ

步骤二，首先将测得点坐标由极坐标(ρ,θ,Z)的形式转换到直角坐标(X,Y,Z)形式下，可以得到端面点坐标为(x

采用最小二乘法直接对端面点坐标进行平面拟合，可获得一平面Π的方程

其中法向量的方向余弦计算如下：

令平面Π沿法向量方向偏移r(测球半径)的距离，可以获得圆柱齿轮上端面方程如下：

Z-rcosγ=-a

步骤三，采用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群算法拟合圆柱，求解圆柱轴线方程及其半径R；根据测得点坐标的直角坐标形式，及步骤二中所获得的圆柱齿轮上端面法向量

可构建目标方程如下：

f(x

以min(f(x

微粒群优化算法改变惯性权重表达式：

ω＝ω

式中ω

经过随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群优化算法求解，确定轴线上一点A的坐标(x

步骤四，根据步骤二和步骤三所求得的齿轮端面方程以及圆柱轴线方程进行联立如下：

由此可以求解得到二者之间的交点，记为Q(x

本发明的有益效果：能够实现圆柱齿轮加工过程中进行免拆装的参数测量；可以有效避免圆柱齿轮因无法避免的参数测量，进行反复装夹，致使圆柱齿轮成品精度降低；有效提升了测量过程中的效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。