一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法

摘要

本发明属于精密测量技术领域，具体提出一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法。本发明提出的技术方案是：从环面蜗杆型面特征出发，在喉平面粗定位基础上，对左齿面或右齿面进行单独定位，通过沿环面蜗杆轴向对其喉平面分度圆截圆柱螺旋线进行搜索，记录微位移传感器示值，通过拟合示值曲线，计算出极小值点信息，获得该侧齿面的喉平面位置。本发明提出的基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，可实现单侧齿面喉平面一次定位成功，定位过程简单、可靠，效率高，为环面蜗杆高精度测量提供保证。

权利要求

1.一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，是从环面蜗杆型面特征出发，在喉平面粗定位基础上，对左齿面或右齿面进行单独定位，通过沿环面蜗杆轴向对其喉平面分度圆截圆柱螺旋线进行搜索，记录微位移传感器示值，通过拟合示值曲线，计算出极小值点信息，获得左齿面或右齿面的喉平面位置；

具体包括以下步骤：

1）根据环面蜗杆上、下基准面进行喉平面粗定位，获得初始喉平面位置；

2）将微位移传感器调整初始喉平面，沿齿槽进入分度圆截圆柱；

3）根据被测齿面，旋转环面蜗杆，至微位移传感器示值在其量程中间；

4）依据环面蜗杆基本参数计算其对应圆柱蜗杆理论导程L；

5）微位移传感器按理论导程L沿截圆柱螺旋线向Z轴负方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值接近其满量程，运动停止；

6）微位移传感器沿截圆柱螺旋线按理论导程L向Z轴正方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值重新接近其满量程，运动停止，运动过程中采样微位移传感器示值Pi；

7）根据微位移传感器示值拟合抛物线方程；

8）计算拟合抛物线方程极小值点，记录其对应Z轴位置，该位置即为左齿面或右齿面的喉平面实际位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，其特征在于：所述步骤3）中被测齿面指环面蜗杆左齿面或环面蜗杆右齿面。

说明书

一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法。

背景技术

[0002] 环面蜗杆属于非线性蜗杆，具有啮合齿数多、瞬时接触线长、承载力大、传动效率高的特点，在船舶、矿山机械、航天等领域有着广阔的应用前景。环面蜗杆的加工不同于普通圆柱蜗杆，在变换加工齿面时需要调整工具砂轮位置，使工具砂轮分别从环面蜗杆轴向两侧进刀加工左、右齿面。工具砂轮位置的调整造成环面蜗杆左、右齿面基准位置不统一，该基准位置称为环面蜗杆喉平面。理论上，环面蜗杆左侧齿面与右侧齿面具有统一的喉平面，即两者的测量基准一致。而实际加工中，由于设备制造精度或位置调整误差的存在，导致加工后的环面蜗杆左侧齿面喉平面和右侧齿面喉平面偏离理论喉平面，造成测量基准难以定位。

[0003] 环面蜗杆采用单面啮合方式，在装配过程中，通过调整轴向位置，可保证工作面与配对工件的良好啮合。因此，环面蜗杆左、右侧齿面喉平面不统一对其装配、使用没有直接的影响。但喉平面定位误差直接影响环面蜗杆测量结果的准确性，该误差带来工件测量坐标系与理论坐标系的偏移，导致测量结果失真，无法获得准确的齿面加工信息。表1为假定左、右齿面喉平面一致时，喉平面定位误差对环面蜗杆螺旋线测量结果的影响。

[0004] 表1喉平面定位误差对环面蜗杆螺旋线测量结果的影响

[0005]

[0006] 从表中可知，在一定的定位误差内，喉平面定位误差并不影响左右齿面误差之和，而是将总误差按喉平面偏离情况分配到左右齿面。当环面蜗杆喉平面存在定位误差时，测量结果是不真实的，即误差不是加工出来的，而是由于基准平面偏移带来的模型误差。

[0007] 目前，已提出的环面蜗杆喉平面定位方法有多种，主要包括：①采用环面蜗杆上、下基准面进行喉平面定位。如前所述，该方法认为实际加工的环面蜗杆左侧齿面与右侧齿面具有统一的喉平面，简单、易行，但没有考虑加工带来的喉平面偏移，定位效果不理想，达不到精密测量的要求；②在初始喉平面位置附近，给定搜索范围，对比多个位置处环面蜗杆实测螺旋线与其理论螺旋线之间的偏差，以偏差最小位置作为该侧齿面的实际喉平面。该方法定位速度较慢，定位精度不可控，受搜索次数、搜索范围的影响，缺乏实际操作性。

发明内容

[0008] 本发明提出了一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，以解决现有技术存在的环面蜗杆测量基准难以准确建立，定位速度慢，无法达到精密测量要求的问题。

[0009] 为达到本发明的目的，本发明提出的解决方案是：本发明提供的一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，是从环面蜗杆型面特征出发，在喉平面粗定位基础上，对左齿面或右齿面进行单独定位，通过沿环面蜗杆轴向对其喉平面分度圆截圆柱螺旋线进行搜索，记录微位移传感器示值，通过拟合示值曲线，计算出极小值点信息，获得该侧齿面的喉平面位置。

[0010] 上述定位方法，具体包括以下步骤：

[0011] 1)根据环面蜗杆上、下基准面进行喉平面粗定位，获得初始喉平面位置；

[0012] 2)将微位移传感器调整初始喉平面，沿齿槽进入分度圆截圆柱；

[0013] 3)根据被测齿面，旋转环面蜗杆，至微位移传感器示值在其量程中间；

[0014] 4)依据环面蜗杆基本参数计算其对应圆柱蜗杆理论导程L；

[0015] 5)微位移传感器按理论导程L沿截圆柱螺旋线向Z轴负方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值接近其满量程，运动停止；

[0016] 6)微位移传感器沿截圆柱螺旋线按理论导程L向Z轴正方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值重新接近其满量程，运动停止，运动过程中采样微位移传感器示值Pi；

[0017] 7)根据微位移传感器示值拟合抛物线方程；

[0018] 8)计算拟合抛物线方程极小值点，记录其对应Z轴位置，该位置即为该侧齿面喉平面实际位置。

[0019] 上述步骤3)中被侧齿面指环面蜗杆左齿面或环面蜗杆右齿面。

[0020] 本发明相对于现有技术，具有如下优点：

[0021] 1)定位速度快：本发明提出的基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，仅需一次搜索即可完成环面蜗杆单侧齿面的喉平面定位，定位效率高；通过分析环面蜗杆与圆柱蜗杆的型面差异，提出轴向截圆柱螺旋线搜索算法，完成环面蜗杆喉平面精确定位，解决了环面蜗喉平面定位速度慢的问题。

[0022] 2)定位精度高：本发明提出的基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，定位精度不受喉平面初始搜索位置的影响，对设备运动精度要求较低；对搜索截圆柱位置没有准确要求，在搜索范围内只要保证微位移传感器不与齿根发生干涉，本方法均有效；

[0023] 3)适用范围广：本发明提出的基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法适用于所有具有环面特征的蜗杆工件，可以有效提高环面蜗杆喉平面定位准确性，保证测量结果的真实性，准确反映环面蜗杆加工质量，为提高环面蜗杆制造精度提供坚实的技术支持。

附图说明

[0024] 图1是环面蜗杆理论喉平面与实际喉平面位置关系示意图。具体实施方式：

[0025] 下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

[0026] 参见图1，图中环面蜗杆轴向为Z轴，X轴与Y轴分别为径向及切向方向，θ轴为回转轴。d1、d2表示环面蜗杆左侧齿面、右侧齿面的实际喉平面与理论喉平面之间的偏移距离。

[0027] 本发明的设计思想是：基于环面蜗杆与圆柱蜗杆之间的型面特征差异性，以轴向截圆柱螺旋线为搜索路径，通过对微位移传感器示值曲线进行抛物线方程拟合，计算其极小值点位置信息，得到准确的喉平面位置。

[0028] 本发明提供的一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，是从环面蜗杆型面特征出发，在喉平面粗定位基础上，对左齿面或右齿面进行单独定位，通过沿环面蜗杆轴向对其喉平面分度圆截圆柱螺旋线进行搜索，记录微位移传感器示值，通过拟合示值曲线，计算出极小值点信息，获得该侧齿面的喉平面位置。

[0029] 本发明提供的一种基于环面蜗杆型面特征的喉平面定位方法，具体包括以下步骤：

[0030] 1)根据环面蜗杆上、下基准面进行喉平面粗定位，获得初始喉平面位置；

[0031] 2)将微位移传感器调整初始喉平面，沿齿槽进入分度圆截圆柱；

[0032] 3)根据被测齿面，旋转环面蜗杆，至微位移传感器示值在其量程中间；

[0033] 4)依据环面蜗杆基本参数计算其对应圆柱蜗杆理论导程L；

[0034] 5)微位移传感器按理论导程L沿截圆柱螺旋线向Z轴负方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值接近其满量程，运动停止；

[0035] 6)微位移传感器沿截圆柱螺旋线按理论导程L向Z轴正方向运动，主轴θ与Z轴联动，直至微位移传感器示值重新接近其满量程，运动停止，运动过程中采样微位移传感器示值Pi；

[0036] 7)根据微位移传感器示值拟合抛物线方程；

[0037] 8)计算拟合抛物线方程极小值点，记录其对应Z轴位置，该位置即为该侧齿面喉平面实际位置。