2018-08-16 click: 10536
摘要：基於齒輪測（cè）量中心的小模數齒輪測量一直是齒輪測量行（háng）業研究的重點。十年前，哈爾濱天美影视測量（liàng）儀器有限公司的JD型齒輪測量中心解（jiě）決了模數0.3以上齒輪的測量，技術（shù）在國內一直處於領先（xiān）水平（píng）。隨著精密製造（zào）業的發展，對微小齒輪的測量要求逐步提（tí）高（gāo），0.3模數齒輪的測（cè）量已經不能夠滿（mǎn）足需要。目前，天美影视公司利用三軸（zhóu）聯動漸開線（xiàn）齒廓展成測量（liàng）技術與0.2mm直徑柱形測針配合測量完美（měi）的解決了0.2模（mó）數（或更小模（mó）數）的（de）微小齒輪測（cè）量難題，突破了（le）行業極限，使齒輪測量行業的（de）發展向前邁出了一步。
關（guān）鍵字：小模數齒輪；三軸聯動；齒輪測量；柱形測頭（tóu）；齒輪誤差
0．引言
隨著我國精密製造（zào）業的飛速發展，小模（mó）數齒輪在精密機械（xiè）設備中的應用越來越廣（guǎng）泛。由於小模數齒輪齒槽（cáo）很小（xiǎo）、在齒輪測量中心（xīn）上進行單項（xiàng）精度測量時，其測頭測針部分就需要做的很小。但是，傳統測頭測針無論做成圓球或者倒錐形（xíng）式，其製造難度都非常大（dà），同時由於測針微小導致測頭受力變形，從而影響測頭剛性。一般齒輪測量中（zhōng）心最小測量（liàng）齒輪模數從0.5開始，小於（yú）0.5模數的微小（xiǎo）齒輪測量是行業長期的難點。十年前，哈爾濱天美影视測量儀器有限公司的（de）JD型齒輪測量中心利（lì）用瑞士TESA傳（chuán）感器（qì）形成的“二維半”測（cè）頭（tóu），借助該傳感器的微測力，專門定製的（de）微小測針測頭，結合數控係統的精確控製，解決了0.3模數以上的（de）齒輪的測量，該技術在各行業，特別是微電機等行業得到廣泛應用。2015年，貴（guì）州群建齒（chǐ）輪有限公司在天美影视（dá）公司提供的一台采用全直接驅動電機、三維數字測頭的高端齒輪量儀中，要求解決0.2模數齒輪的測量難題。傳統測量方法很難（nán）滿足測量要求，鑒於此，需要創新新的（de）測量方法解決（jué）問題。首先，以平行片簧結構形成的數字測頭本身測量力要比瑞士TESA傳感器大的多，而微測（cè）力卻是小模數齒輪測量的關鍵前提，所以需（xū）要專門設計及專（zhuān）門調試來解決微（wēi）測力測頭（tóu）。其次，需要設計易於（yú）製造並增強剛性的測頭測針，保證測頭可以進入到齒輪的起始測量點，並避免測量過程中測針與對麵齒麵的幹涉現象。再次，需要精確設計多軸控製路徑，增加多層次測量判斷及操（cāo）作保護功能。為了解決小（xiǎo）模（mó）數齒輪測量這一難題，天美影视公（gōng）司采用在（zài）齒輪齧合線方（fāng）向的三軸聯動控製漸開線齒廓展成測量技術與0.2mm直徑柱形測（cè）針（zhēn）配合測量實現小模數齒輪齒廓、螺旋線及（jí）齒距的（de）誤差曲線測（cè）量，取得滿意效果。
1．傳統法向極坐標（biāo）測量應用於微小齒輪測量的問（wèn）題
眾所周知，在齒輪測量中心上進行（háng）齒（chǐ）輪測量，傳統測量方法均是采用法向極坐標方式，該方法是根（gēn）據齒輪齒廓的展成原理，規定漸開線的展長方向為測量方（fāng）向，將其轉化為（wéi）展長長度測量。由漸開線的形成原理可以知道（dào），漸開線的法向極坐標方（fāng）程為（wéi）：
（1）
式中（zhōng）：L為被測點的展開長度；Rb為基圓半徑；φ為被測點對應的展開角。
根據公式（1）可以計算出理論（lùn）曲線與實際曲線的偏差。在用法向極坐標（biāo）法測量時，測頭一直保持（chí）隨基（jī）圓的切向X軸方向做直線運動，如圖1所（suǒ）示。
圖1.傳統法向極坐標測量方法
測量動作是由（yóu）切向X軸與旋轉C軸兩軸聯動配合完成，測頭感受到誤差的（de）方向與（yǔ）被測（cè）量（liàng）點的法線方向是相同的。此方法非常簡（jiǎn）單（dān）且能夠實現測量的精度和準確度。
但是在小模數齒輪測量（liàng）中（zhōng），由於齒槽間（jiān）距小，微小測針（zhēn）的製造就成為難題。傳統“法向極坐標”測量方式的測針的測頭形狀為球形或者倒錐形，如圖2所示，首先微（wēi）型球及倒錐測頭（一般直徑在0.2～0.5mm）的製造在工藝上很難（nán）實現，再次是由於球形測頭或倒錐測頭不能做的很小，會出現測（cè）頭進不到（dào）齒廓根部的起始測（cè）量位置的情況，限製了（le）微小齒（chǐ）輪齒廓的測量。為避（bì）免測杆部分與齒麵的幹涉，測頭（tóu）後部的測杆部分直徑要求（qiú）比測球直徑（jìng）或倒錐直徑更細。這樣除了增加了測頭的（de）製造難度外，更細的測杆部分又會（huì）降低測頭的剛性（xìng），導（dǎo）致測（cè）量精度降低，甚至完全不能夠測量（liàng）。
圖2.傳統“法向極坐標”微小齒（chǐ）輪（lún）測量的問題
2.齒輪齧合線方向三軸聯動（dòng）控製漸開線展成測量新方法
為改善傳統（tǒng）“法向極坐標”齒輪測量的不足，國內外齒輪（lún）測量中心在齒輪測量中，采取一種新（xīn）的漸（jiàn）開線展（zhǎn）成方（fāng）法，即在齒輪（lún）齧合線方向（xiàng）的三軸聯動控製漸開線（齒廓）展成的新的測量技術。這種測量方法在傳統的切向X軸與旋轉（zhuǎn）C軸兩軸聯動的基礎上，增加了切向Y軸的配合，由三軸聯動完成齒輪齒廓的測量動作，如（rú）圖3所示。
圖3.三軸聯動測量方法
由圖2和圖3可知，三軸聯動測量方法改變了（le）傳統測（cè）量方法的起始位置、終（zhōng）止（zhǐ）位置和測量（liàng）角度。此測量方（fāng）法測量的角度和位置不同於兩軸聯動測量方法，測頭移動的軌跡是齒輪齧（niè）合線，測頭軌跡 
與切向（xiàng）X軸（zhóu）的夾角為壓力角（jiǎo） 
。進行齒廓（kuò）測量（liàng）時，起測點的坐標（XA，YA）和終測點坐標（XB，YB）如公式（2）、（3）所示。
由於三軸聯（lián）動的（de）測量方式是在齒輪齧（niè）合（hé）線方向進行測（cè）量，與傳統的法向極坐（zuò）標方式（shì）測量相比，相當於將齒輪旋轉了一個角（jiǎo）度進行測量，使測頭與（yǔ）齒麵（miàn）形成了一個夾角，避開測杆與齒麵最高（gāo）點不必要的（de）接觸。
這種漸（jiàn）開線齒廓新的展成測量方（fāng）式作為“法向極坐標”測（cè）量方式的補充，在以（yǐ）下幾個方麵得到很好的應用：
（1）大規格齒輪量儀結構布局，采用該技術，可以大大縮短（duǎn）儀器切向坐標軸的測量（liàng）行程，優化儀（yí）器機械結構，提高機械精度，這也是國外大型量儀及（jí）天美影视JE152量儀成功運用的技術；
（2）內齒輪測量，采（cǎi）用該技術進行內齒輪測量，可以避免測杆與齒麵的“幹涉”現象，針對不同模數齒輪進 行測量時，不需要頻繁更換不同直徑測球（qiú）的測頭，可以提高測量效率，改善測量（liàng）方式，是非常有效的一種解決內（nèi）齒輪測量難題技（jì）術。該技術最早形成日本專利，也是目前在精（jīng）達所有內齒輪測量普遍采用的一項技術；
（3）天美影视首創（chuàng）“漸開線三軸展成結（jié）合柱形測頭解決（jué）微（wēi）小齒輪測量”技術，這是本文的核心內容，這種測量 方式對於解決微小模數齒輪由於齒槽小、容易與測（cè）針發生“幹涉”的問題有很好的效果，另外，測針容（róng）易製造，剛性好，是進一步往（wǎng）下突破被測齒輪（lún）模數的關（guān）鍵條件。新的測量（liàng）方式如圖4所示。
圖4.三（sān）軸（zhóu）聯動配合柱（zhù）型（xíng）測針測量原理
3.微小齒輪測（cè）量的測頭及測針設計
針對微（wēi）小齒輪測（cè）量（liàng），測頭切向（xiàng）方向（xiàng）的微測力是保證測量精度（dù）的關鍵前（qián）提（tí），在通用（yòng）三維數字式測頭的基礎上進行特殊設計和特殊調整，同樣是完成微小齒輪測量的技術關鍵。天美影视新型三維數字（zì）測頭采用特殊調整的微測（cè）力（lì）及各向可（kě）靠互鎖功能，在滿足微小齒輪測量的同時，仍要兼顧（gù）其他各種測量功能。
柱（zhù）形測（cè）頭設計如圖5所示，測針可采用（yòng）鎢鋼材質，剛性好（hǎo），其0.2mm的柱型測針在小模數齒輪測量中的變形（xíng）量極小，可（kě）以忽略不計，完（wán）全（quán）能（néng）夠（gòu）滿足（zú）小模數齒輪的測量任務（wù）。圖6為0.2模數小齒輪測量情況。
圖（tú）5.圓柱形測針 圖6.小模數齒（chǐ）輪測量圖
柱形測針具有以下特點及優勢（shì）：
（1）利用圓柱端麵的棱（léng）線與齒麵接觸測量，基本（běn）符合在齒麵法向方向接觸，並且在整（zhěng）個（gè）齒廓（kuò）測量過程中棱邊與齒麵法向方向保持不變，棱邊的磨損對測量精度損失不敏感，從而保證了測量的精度。
（2）圓柱直徑可以做的更小（xiǎo），保證進入到齒輪根部的起始測（cè）量位置，由（yóu）於三軸測（cè）量避免了在齒廓測量過程中 測杆與被測齒麵（miàn）的（de）幹涉現象，不需要把測頭後（hòu）麵的測杆（gǎn）部分的直徑減細，提高了測頭整體剛性。
（3）該測針極易製造，可以直接采用高硬度（dù）微小直徑的圓柱型材，研磨端麵，保證端（duān）麵與軸線垂（chuí）直，任意控製圓柱直徑，然後將圓柱部分鑲嵌到測杆體，形成微小齒（chǐ）輪（lún）測頭。
4.測（cè）量實驗
測量實（shí）驗采用模（mó）數為0.2，齒數為190的小模數（shù）齒輪，利用三軸聯動的測量方法對其齒廓、螺旋線、齒距（jù）進行檢測。齒廓和螺旋線報告單如圖（tú）7所示，齒（chǐ）距報告單如圖8所示。
圖（tú）7.齒廓（kuò）、螺（luó）旋線報告單
圖8.齒距報告單
穩定性實驗是對同（tóng）一齒輪的同一齒進行多次（5次）測量，將結果進行比對。結果如表1、表2所示。
表1齒廓誤（wù）差測量（liàng）結（jié）果（guǒ）比較
表2 螺旋線誤差測量結果比較（jiào）
由表1，表2中測量（liàng）結果可（kě）以得出這種三軸聯（lián）動測量方法與微型柱形測頭配合測（cè）量，可（kě）以實現小模（mó）數齒輪的齒廓與螺旋線測量，並且測量結果穩定，精度和準確度很高。
5.總結
本文提（tí）出了采用三軸聯動測量技術與微型柱形測針配合測量，有效的解決了測量杆（gǎn）與齒麵幹涉的問題，保證了測量過程的完（wán）整性，提高了測量有效合理性,完美的解決了（le）小（xiǎo）模數齒輪的測量。與（yǔ）傳統測量方法比較，該測量方法簡單，測量範圍（wéi）更為廣泛，突破了測量極限。經過實際測試表明，該測量方法正確可行，測量結果穩定、準確（què）。
參考文獻：
[1]石照耀，張（zhāng）萬年（nián），曲宏芬，小模數齒（chǐ）輪單麵齧合測量機的研製.儀器儀表學報，2011，4
[2]徐浩，小模數齒輪測量的現狀與趨（qū）勢.科技創新（xīn）與應用，2013，3
 |
|
|
|
|
|
|
