齒輪單項(xiàng)幾何形狀誤差測(cè)量技術(shù)

1、1)、齒輪單項(xiàng)幾何形狀誤差測(cè)量技術(shù)8 q6 C5 A& b: 3 C( O, 7 它采用坐標(biāo)式幾何解析測(cè)量法，將齒輪作為一個(gè)具有復(fù)雜形狀的幾何實(shí)體，在所建立的測(cè)量坐標(biāo)系(直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系或圓柱坐標(biāo)系)上，按照設(shè)計(jì)幾何參數(shù)對(duì)齒輪齒面的幾何形狀偏差進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方式主要有兩種：離散坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量方式和連續(xù)幾何軌跡點(diǎn)掃描(如展成)測(cè)量方式。所測(cè)得的齒輪誤差是被測(cè)齒輪齒面上被測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置坐標(biāo)(實(shí)際軌跡或形狀)和按設(shè)計(jì)參數(shù)所建立的理想齒輪齒面上相應(yīng)點(diǎn)的理論位置坐標(biāo)(理論軌跡或形狀)之間的差異，通常也就是和幾何坐標(biāo)式齒輪測(cè)量?jī)x器對(duì)應(yīng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)所形成的測(cè)量軌跡之間的差異。測(cè)量的誤差項(xiàng)目是齒輪的單項(xiàng)幾何偏差，

2、以齒廓、齒向和齒距等三項(xiàng)基本偏差為主。近年來(lái)由于坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)處理軟件功能的增強(qiáng)，三維齒面形貌偏差、分解齒輪單項(xiàng)幾何偏差和頻譜分析等誤差項(xiàng)目的測(cè)量得到了推廣。單項(xiàng)幾何偏差測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是便于對(duì)齒輪(尤其是首件)加工質(zhì)量進(jìn)行分析和診斷、對(duì)機(jī)床加工工藝參數(shù)進(jìn)行再調(diào)整；儀器可借助于樣板進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)的傳遞。$ ?! l0 d: a0 w. D& b- - h2)、齒輪綜合誤差測(cè)量技術(shù)E, g: 5 # f) G1 ?+ k它采用嚙合滾動(dòng)式綜合測(cè)量法，把齒輪作為一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)元件，在理論安裝中心距下，和測(cè)量齒輪嚙合滾動(dòng)，測(cè)量其綜合偏差。綜合測(cè)量又分為齒輪單面

3、嚙合測(cè)量，用以檢測(cè)齒輪的切向綜合偏差和單齒切向綜合偏差；以及齒輪雙面嚙合測(cè)量，用以檢測(cè)齒輪的徑向綜合偏差和單齒徑向綜合偏差。為了更有效地發(fā)揮齒輪雙面嚙合測(cè)量技術(shù)的質(zhì)量監(jiān)控作用，增加了偏差的頻譜分析測(cè)量項(xiàng)目;近年來(lái)還從徑向綜合偏差中分解出徑向綜合螺旋角偏差和徑向綜合齒向錐度偏差。這是齒輪徑向綜合測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新發(fā)展。綜合運(yùn)動(dòng)偏差測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快，適合批量產(chǎn)品的質(zhì)量終檢，便于對(duì)齒輪加工工藝過(guò)程進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控。儀器可借助于標(biāo)準(zhǔn)元件(如標(biāo)準(zhǔn)齒輪)進(jìn)行校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)的傳遞。上述兩項(xiàng)測(cè)量技術(shù)基于傳統(tǒng)的齒輪精度理論，然而隨著對(duì)齒輪質(zhì)量檢測(cè)要求的不斷增加和提高，這些傳統(tǒng)的齒輪測(cè)量技術(shù)也在不斷細(xì)化、豐富、

4、更新、提高。$ s6 V# # - Z3 w& G/ n, jm3)、齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)j9 x% N$ bt: a& r1 F: u它所基于的齒輪整體誤差理論，是由我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)、尤其是成都工具研究所的科研技術(shù)人員共同努力創(chuàng)建和不斷完善的一種新型齒輪測(cè)量理論。把齒輪作為一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)功能的幾何實(shí)體,或采用坐標(biāo)式幾何解析法對(duì)其單項(xiàng)幾何精度進(jìn)行測(cè)量,并按齒輪嚙合傳動(dòng)順序和位置,集成為一條“靜態(tài)”齒輪整體誤差曲線；或按單面嚙合綜合測(cè)量方式，使用特殊測(cè)量齒輪，采用滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，得到齒輪“運(yùn)動(dòng)”整體誤差曲線。上述兩種齒輪整體誤差曲線，經(jīng)過(guò)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，都可以得到齒輪綜合運(yùn)動(dòng)偏差

5、、各單項(xiàng)幾何偏差、三維齒面形貌偏差，以及接觸區(qū)狀態(tài)，從而能更全面、準(zhǔn)確的評(píng)定齒輪質(zhì)量和齒輪加工工藝的分析和診斷。齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)齒輪測(cè)量技術(shù)的繼承和發(fā)展。尤其是采用單面嚙合、滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量的齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)更具有測(cè)量信息豐富、測(cè)量速度快、測(cè)量精度更接近使用狀態(tài)的特點(diǎn)，特別適合批量產(chǎn)品齒輪精度的檢測(cè)與質(zhì)量的控制。在汽車齒輪要求100%全部檢測(cè)的態(tài)勢(shì)下，這種由我國(guó)首先開(kāi)發(fā)出來(lái)的齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)得到了重視和推廣，其中，成都工具研究所開(kāi)發(fā)的錐齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)曾于90年代轉(zhuǎn)讓給德國(guó)KLINGELNBERG公司。德國(guó)FRENCO公司近年推向市場(chǎng)的齒輪單面嚙合滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量?jī)x器，采用

6、了完全類同的技術(shù)。 / r; 2 Z$ S6 z& w* o3 K9 F* w4)、齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)+ H6 I8 S. CJ) g5 u ?該技術(shù)近年來(lái)有了較快的發(fā)展，是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。直接將齒輪測(cè)量裝置集成于齒輪加工機(jī)床，齒輪試切或加工后不用拆卸，立即在機(jī)床上進(jìn)行在機(jī)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)機(jī)床(或滾輪)參數(shù)及時(shí)調(diào)整修正(主要針對(duì)磨齒)。這對(duì)于成形磨齒加工和大齒輪磨齒加工而言，在提高生產(chǎn)效率、降低成本方面，尤其具有重要意義。德國(guó)KAPP廠的數(shù)控磨齒機(jī)就是一個(gè)典型代表。CNC齒輪加工機(jī)床的迅速發(fā)展，為推動(dòng)齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了可靠的工作平臺(tái)。 $ g4 u: s$ 4 C W; _

7、9 _, q5)、齒輪激光測(cè)量技術(shù)1 o+ 0 W. O P! Jz通常是指在齒輪的幾何尺寸和形狀位置精度的測(cè)量中，采用了激光技術(shù)，包括采用激光測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)(如采用雙頻激光干涉儀作為齒輪測(cè)量?jī)x器的長(zhǎng)度基準(zhǔn)或傳感器)、激光測(cè)量頭系統(tǒng)(如采用非接觸點(diǎn)反射式激光測(cè)量頭作為齒輪誤差的檢測(cè)傳感器)、以及激光全息式齒輪測(cè)量系統(tǒng)(如采用激光全息技術(shù)對(duì)齒輪的齒面幾何形狀誤差進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng))等。由于激光是長(zhǎng)度溯源基準(zhǔn)，不少高精度齒輪計(jì)量系統(tǒng)或齒輪測(cè)量基準(zhǔn)儀器，采用激光測(cè)量系統(tǒng)作為其長(zhǎng)度坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。 O T3 V2 K- M5 為了正確測(cè)量和評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量，齒輪測(cè)量?jī)x器通常應(yīng)按照我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10095-200

8、1(等同于ISO1328：1997)的漸開(kāi)線圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的精度項(xiàng)目、精度評(píng)定方法以及規(guī)定的公差，對(duì)產(chǎn)品齒輪進(jìn)行快速、高效、可靠的測(cè)量。由于市場(chǎng)(如汽車行業(yè))對(duì)齒輪測(cè)量不斷提出新的更高要求，因此齒輪測(cè)量精度項(xiàng)目也應(yīng)不斷有所發(fā)展，齒輪測(cè)量?jī)x器也應(yīng)有所創(chuàng)新，使測(cè)量功能不斷增強(qiáng)，以滿足新的需求。 齒輪測(cè)量?jī)x器通常由儀器主機(jī)、坐標(biāo)或位移傳感器、測(cè)頭裝置、測(cè)量拖板數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)電氣裝置與接口，以及計(jì)算機(jī)等主要部分組成。隨著關(guān)鍵精密零部件生產(chǎn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，尤其是近年來(lái)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)以及精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了齒輪測(cè)量?jī)x器的研制與開(kāi)發(fā)。, v/ # X3

9、k! b5 D1 S; Y(1)CNC齒輪測(cè)量中心 e1 N5 b$ U+ U從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，齒輪測(cè)量中心的開(kāi)發(fā)受到眾多齒輪測(cè)量?jī)x器制造商的重視；90年代逐步形成了系列化產(chǎn)品推向市場(chǎng)。CNC齒輪測(cè)量中心是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在齒輪測(cè)量?jī)x器上集成應(yīng)用的結(jié)晶，是坐標(biāo)式齒輪測(cè)量?jī)x器發(fā)展中的一個(gè)里程碑。該儀器實(shí)質(zhì)上是含有一個(gè)回轉(zhuǎn)角坐標(biāo)的四坐標(biāo)測(cè)量機(jī)圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于齒輪單項(xiàng)幾何精度的檢測(cè)，也可用于(靜態(tài))齒輪整體誤差的測(cè)量。 德國(guó)KLINGELNBERG的P系列齒輪測(cè)量中心，其特點(diǎn)是采用了專利的三維數(shù)字式高精度光柵測(cè)量頭(使用了HEINDENHAIN的超高精度光柵)；性能穩(wěn)定的優(yōu)

10、質(zhì)鑄鐵床身，高性能直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；高精度滾珠軸系和密珠滾動(dòng)導(dǎo)軌。儀器精度達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)。據(jù)報(bào)道該廠生產(chǎn)并經(jīng)精化的一臺(tái)P65齒輪測(cè)量中心，被英國(guó)國(guó)家齒輪計(jì)量實(shí)驗(yàn)室選定，作為英國(guó)齒輪精度傳遞及標(biāo)定的基準(zhǔn)儀器。美國(guó)M&M的齒輪測(cè)量中心，其三維高精度電感測(cè)量頭；花崗石基座；精密氣浮軸系以及精密直線滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌，成為該儀器的特色(近年也采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng))，儀器測(cè)量不確定度為2m。德國(guó)MAHR的GMX275采用的模擬量測(cè)量頭，可選擇掃描或單點(diǎn)采樣方式，可以按0.1間距轉(zhuǎn)動(dòng)，使測(cè)頭的測(cè)尖能處于被測(cè)齒面的法面上，儀器測(cè)量不確定度在測(cè)量空間內(nèi)為(2.3m+L/200)。齒輪測(cè)量中心除了能測(cè)量圓柱

11、漸開(kāi)線齒輪，還能測(cè)量齒輪滾刀，插齒刀，剃齒刀等齒輪刀具，以及蝸桿、蝸輪、凸輪軸等復(fù)雜型面的回轉(zhuǎn)體零件。國(guó)外齒輪測(cè)量中心廠商，大多還開(kāi)發(fā)了適用于不同制式錐齒輪的測(cè)量軟件和錐齒輪加工機(jī)床的參數(shù)修正軟件，這有益于加快錐齒輪的首件試切。通過(guò)接口或網(wǎng)絡(luò)的信息集成，將測(cè)量機(jī)、錐齒輪設(shè)計(jì)及錐齒輪加工機(jī)床連接一起，構(gòu)建成錐齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)將試切錐齒輪幾何形狀的測(cè)量信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)機(jī)床參數(shù)的調(diào)整信息后反饋到機(jī)床，實(shí)現(xiàn)錐齒輪加工的CAD/CAM/CAT，使錐齒輪的“零廢品”制造成為可能(可惜目前還未見(jiàn)國(guó)內(nèi)應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道)；選用相關(guān)軟件，還能用于反求工程對(duì)工件參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。高精度和一機(jī)多能的特點(diǎn)，使齒輪測(cè)量中心更適

12、合于工廠計(jì)量站使用。 日本的齒輪測(cè)量?jī)x器制造商，在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)過(guò)近十年的沉寂后近年來(lái)亮相頻繁。大阪精機(jī)在GC-HP系列齒輪測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出CNC電子創(chuàng)成式的CLP系列齒輪測(cè)量?jī)x器。特別值得一提的是最近在國(guó)內(nèi)參展亮相的東京技術(shù)儀器公司(Tokyo Technical Instruments Inc.)。在2003年底上海中國(guó)國(guó)際齒輪傳動(dòng)、制造技術(shù)及裝備展覽會(huì)上該廠首次展出TTI-300E型CNC齒輪檢測(cè)儀，據(jù)稱其質(zhì)量較小的測(cè)頭部件能單獨(dú)在徑向運(yùn)動(dòng)，便于快速測(cè)量齒輪齒距偏差。密珠軸系的主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.03m，儀器測(cè)量重復(fù)性達(dá)到0.5m。除了能對(duì)漸開(kāi)線齒輪高精度測(cè)量外，該儀器還能對(duì)齒輪刀具

13、(如滾刀、剃齒刀、插齒刀)以及蝸輪蝸桿進(jìn)行測(cè)量。該公司產(chǎn)品近年在中國(guó)已售出30余臺(tái)(主要集中在臺(tái)資企業(yè))。 近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)CNC齒輪測(cè)量中心有了長(zhǎng)足的發(fā)展，哈爾濱量具刃具廠、哈爾濱精達(dá)公司都先后成功開(kāi)發(fā)出了系列產(chǎn)品。哈量的3903A齒輪測(cè)量中心，經(jīng)過(guò)幾年努力，儀器精度和測(cè)量速度據(jù)稱已達(dá)到或接近KLINGELNBERG公司產(chǎn)品的先進(jìn)水平。精達(dá)公司作為后起之秀，發(fā)展引人矚目，其JD、JDS系列齒輪測(cè)量中心，目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中銷量最多。國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的質(zhì)量和性能不斷提高，已經(jīng)具有和國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。不過(guò)在儀器精度、穩(wěn)定性，尤其在測(cè)量軟件(如弧錐齒輪的測(cè)量軟件)、儀器故障診斷功能等方面，和國(guó)外還有一定

14、差距。(2)齒輪嚙合檢查儀8 a, E4 m/ P& 3 R; , k. 齒輪單面嚙合滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量?jī)x 1、這類儀器在我國(guó)曾得到大力開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，特別適合摩托車汽車齒輪批量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量檢測(cè)和生產(chǎn)工藝監(jiān)控。成都工具研究所研制的CNC蝸桿式齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x是一個(gè)典型實(shí)例，至今已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售200余臺(tái)，少量銷往國(guó)外。它的特點(diǎn)是采用跳牙磨薄測(cè)量蝸桿與被測(cè)齒輪嚙合，對(duì)齒輪齒面進(jìn)行滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量。測(cè)量信息豐富，測(cè)量效率高。德國(guó)FRENCO公司最近推向市場(chǎng)的URM齒輪誤差滾動(dòng)掃描測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理完全類同于我國(guó)齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)。該儀器可稱為平行軸齒輪式齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x，它采用高精度圓光柵作為角度傳感

15、器，特殊測(cè)量齒輪為測(cè)量元件，測(cè)量基本單元是測(cè)量齒輪上特制的測(cè)量棱線，分別為齒廓測(cè)量棱線和齒向(螺旋線)測(cè)量棱線。測(cè)量?jī)x器的不確定度為3.54.5m，測(cè)量重復(fù)性為23m。測(cè)量時(shí)間12分鐘，測(cè)量齒輪使用壽命約20萬(wàn)次。該產(chǎn)品已在德國(guó)福特汽車廠、大眾汽車廠得到應(yīng)用。成都工具研究所生產(chǎn)的CSZ500A、B型錐齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x，是滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量技術(shù)在錐齒輪測(cè)量上的應(yīng)用范例。測(cè)量錐齒輪的齒廓、齒向測(cè)量棱線的制作采用了自行開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)，儀器測(cè)量重復(fù)性可高達(dá)12m，可測(cè)量錐齒輪的齒形、齒向、齒距偏差，齒面形貌偏差，切向綜合偏差以及接觸區(qū)。測(cè)量時(shí)間取決于大小錐齒輪齒數(shù)，通常為510分鐘。 2、齒輪雙面嚙合檢

16、查儀 近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)、精密光柵傳感器以及數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢查儀經(jīng)過(guò)技術(shù)改造提升，整體水平有了質(zhì)的改變，分析功能增強(qiáng)。哈爾濱量具刃具廠的智能雙面嚙合齒輪測(cè)量?jī)x配備了筆記本電腦、長(zhǎng)、圓光柵傳感器、直流伺服電機(jī)和單片機(jī)數(shù)據(jù)采集，能對(duì)齒輪的徑向綜合偏差、一齒徑向綜合偏差、徑向跳動(dòng)等進(jìn)行測(cè)量外，還能對(duì)毛刺、劃傷、磕碰等缺陷進(jìn)行判定。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信息、辦公機(jī)器以及照相機(jī)、玩具行業(yè)等用小模數(shù)齒輪(尤其是塑料齒輪)產(chǎn)量大增，質(zhì)量要求也越來(lái)越高，小型齒輪雙面嚙合檢查儀市場(chǎng)需求相應(yīng)增加。2003年上海展覽會(huì)上就展出了日本東京技術(shù)儀器和大阪精機(jī)的齒輪雙面嚙合檢查儀。據(jù)東京技術(shù)儀器公司介

17、紹，他們的TF-40NC是世界上第一臺(tái)CNC齒輪雙面嚙合檢查儀，其特點(diǎn)除了自動(dòng)校零點(diǎn)、顯示最大、最小和中心距平均值外，還能對(duì)基準(zhǔn)(測(cè)量)齒輪的徑向振擺進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。除了MARPOSS的M62系列、大阪精機(jī)的GTR-PC、北井產(chǎn)業(yè)的KGT等產(chǎn)品外，我國(guó)的哈爾濱精達(dá)測(cè)量?jī)x器有限公司也生產(chǎn)用于工位檢測(cè)、具有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理功能的齒輪雙面嚙合檢查儀。 3、齒輪單面嚙合檢查儀 齒輪單面嚙合檢查儀又稱為齒輪副傳動(dòng)精度檢查儀或齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)。典型實(shí)例是美國(guó)GLEASON公司的鳳凰HCT500、德國(guó)KLINGELNBERG公司的GKC60 CNC錐齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)。它裝有高精度圓光柵，可以測(cè)量錐齒輪、圓柱齒輪副的傳動(dòng)精度切向綜合偏差，以及加載加速時(shí)的三維結(jié)構(gòu)噪音分析、齒面接觸斑點(diǎn)，用以評(píng)定傳動(dòng)副配對(duì)質(zhì)量