2018-08-16 click: 8375
摘要：基於齒輪（lún）測量中心的小模數（shù）齒輪測量一直（zhí）是齒輪（lún）測量（liàng）行（háng）業研究（jiū）的重點（diǎn）。十年前，哈（hā）爾濱香蕉91视频測量儀器有限（xiàn）公司的（de）JD型齒輪測量中心解決了模數0.3以上齒輪的測量，技（jì）術在國內一直處（chù）於領先水（shuǐ）平。隨著精密製造業的發展，對微小（xiǎo）齒輪的測量要求逐步（bù）提高（gāo），0.3模（mó）數齒（chǐ）輪的測量已經不能夠滿（mǎn）足需要。目前（qián），香蕉91视频公司利用三軸聯動漸開線齒廓展成測量技術與0.2mm直徑柱（zhù）形測針（zhēn）配合測（cè）量完美的解（jiě）決了0.2模數（或更小模數）的微小齒輪測量難題，突破了行業極限，使齒輪測量（liàng）行業的發展向前邁出了一（yī）步。
關鍵（jiàn）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
隨著我國精密製造業的飛速發展，小模數齒輪在（zài）精密機械設備中的應用越來越廣泛。由於小模數齒輪齒槽很小、在齒輪測量（liàng）中心上進行單（dān）項精度（dù）測量時（shí），其測頭測針部（bù）分就需（xū）要做的很小。但是，傳統測頭（tóu）測針（zhēn）無論做成圓球或者倒錐形式，其製造難度（dù）都非常大，同時由於測針微小（xiǎo）導致測頭受力變（biàn）形，從（cóng）而影響測頭剛性。一般齒輪測量中心最小測量齒輪模數從0.5開始，小於0.5模數的微小（xiǎo）齒輪測量是（shì）行業長期的難點。十年前，哈爾（ěr）濱香蕉91视频測量儀器有限公司的JD型齒輪測量中心利用瑞士TESA傳感器形成的“二維半”測頭，借（jiè）助該傳感器的微測力，專門定製的微小測針測頭，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（zài）各行業，特別是微電機等（děng）行業得到廣泛應用。2015年（nián），貴州群建齒（chǐ）輪有限公司在香蕉91视频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（zhōng），要求解決0.2模數（shù）齒輪的測（cè）量難（nán）題（tí）。傳統（tǒng）測量方法很難滿足測量要求，鑒於（yú）此，需要創新新（xīn）的測量方法解決問題。首先，以平行片簧結構形成的數字（zì）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，所以需要專門設計及專門調試來解決微測力測頭。其次，需要設計易於製（zhì）造並增強剛性的測頭測針，保證測頭可以進入（rù）到齒輪的起始測量點，並避免測量過程中測針與（yǔ）對麵齒（chǐ）麵的幹涉現象。再次，需要（yào）精確設計多軸（zhóu）控製路徑，增加多層次（cì）測量判斷及操作（zuò）保護功能。為了解決小模數齒輪測（cè）量這一難題，香蕉91视频公司采（cǎi）用在齒輪齧（niè）合線方向的三軸聯動控製漸（jiàn）開（kāi）線齒廓展成測量技術與0.2mm直徑（jìng）柱形測針配合測量實現小模數齒輪齒廓、螺旋線及齒距的（de）誤差曲線測量，取得滿（mǎn）意效果。
1．傳統法向極坐標測量應用於微小齒輪測量的問（wèn）題
眾（zhòng）所周知，在（zài）齒輪測量中心（xīn）上進行齒輪測量，傳統測量方法（fǎ）均是采用法向極坐標（biāo）方式，該（gāi）方法是根據齒輪齒廓的展成原理（lǐ），規定漸開線的展長方向為測量方向，將其轉化為展長長度測量。由漸開線的形成原理可以知道，漸開線（xiàn）的法向極（jí）坐標方程為：
（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（gōng）式（1）可以計算出理（lǐ）論曲線與（yǔ）實（shí）際曲線的偏差。在用法向極坐標法測量時，測頭（tóu）一直保（bǎo）持隨（suí）基圓的切向X軸方向做直線運動，如圖1所示（shì）。
圖1.傳統法向極坐標測量方法
測量動作（zuò）是由切向X軸與旋轉C軸兩軸聯動（dòng）配合完成，測頭感受到誤差的方向與（yǔ）被測量（liàng）點的法線方向是相同的（de）。此方法非常簡單且能夠實現測量的精度和準確度。
但是在小模數齒輪測量中，由於齒槽間距小，微小測針的製造就成為（wéi）難題。傳統（tǒng）“法向（xiàng）極坐標”測量方式的測針的測頭形狀為球形或者倒（dǎo）錐形，如圖2所示，首先微型球及倒錐測（cè）頭（一般直徑在0.2～0.5mm）的製造（zào）在工藝上很難實（shí）現，再次是由於（yú）球形測頭或倒（dǎo）錐測頭不能做的（de）很小，會出現測頭進不到齒廓根部的起始測量位置的情況，限製（zhì）了微小齒輪齒（chǐ）廓的測量。為（wéi）避免測杆（gǎn）部分與齒麵的幹（gàn）涉，測頭後部的測杆部分直徑要求（qiú）比測球直徑或倒錐直徑更細。這樣除了增加了測頭的製（zhì）造難度外，更細的測（cè）杆部分又會降低測（cè）頭的剛（gāng）性，導致測量精度降低（dī），甚至完全不（bú）能夠測量。
圖2.傳統“法向極坐標”微小齒輪測量的問題
2.齒輪齧合線方向三軸（zhóu）聯動（dòng）控製漸開線展成測量新（xīn）方法
為改（gǎi）善傳統“法向極（jí）坐標”齒輪測量的不足，國內外齒輪測量中心在齒輪測量中，采取一種（zhǒng）新的漸開線展成（chéng）方法，即在齒輪齧（niè）合線方向的三軸聯動控製漸開線（齒廓）展成的新的測量技術（shù）。這種測量方法在傳統的切向X軸與旋（xuán）轉C軸兩軸聯動的基（jī）礎上，增加了切向Y軸的（de）配合，由三軸聯動完成齒輪齒廓的測量動作，如圖3所示。
圖3.三軸聯動測量方法
由圖2和圖3可（kě）知，三軸聯動測量方法改變（biàn）了傳統（tǒng）測量方法的起始位置、終止位置和（hé）測量角度。此（cǐ）測量方法測量的角度和位置不同於兩軸聯動測量方法（fǎ），測頭移動的軌跡是齒輪（lún）齧合線，測頭軌跡 
與（yǔ）切向X軸的夾角為壓力角 
。進行（háng）齒廓測量時，起測點（diǎn）的坐標（XA，YA）和終測點（diǎn）坐標（XB，YB）如公式（2）、（3）所示（shì）。
由於三軸（zhóu）聯動的測（cè）量方式是在齒（chǐ）輪齧合線方向進行測量，與傳統的（de）法（fǎ）向極坐（zuò）標方式測量相比，相當（dāng）於將齒輪旋轉了一個角度進（jìn）行測量，使測頭與齒麵形成了一個夾角，避（bì）開測杆與齒麵最高點不必要的接（jiē）觸。
這種漸（jiàn）開線齒廓（kuò）新的展成測量方式作為“法向極坐標（biāo）”測量方式的（de）補（bǔ）充，在以下幾（jǐ）個方麵得到很好的應用：
（1）大規格齒輪量儀結（jié）構布局，采用該技術，可以大大縮短儀（yí）器切向坐標軸（zhóu）的測量行程，優化儀器機（jī）械結構，提高機械精度，這也是國外大型量儀（yí）及香蕉91视频JE152量儀成功運（yùn）用的技術；
（2）內齒輪測量，采用該技術進行內齒輪測量，可以避免測杆與齒麵的“幹（gàn）涉（shè）”現象，針對不同模數（shù）齒輪進 行測量時，不需（xū）要頻繁更換不同直徑測球（qiú）的測（cè）頭（tóu），可（kě）以提高測量效率，改善測量方式，是非常有效的一種解決（jué）內（nèi）齒輪測量難（nán）題（tí）技（jì）術。該技（jì）術最早形成日本專利，也（yě）是目前在香蕉91视频所有（yǒu）內齒輪（lún）測量普遍采用的一項技術；
（3）香蕉91视频首創“漸開線三軸展成結合柱形測頭解決微小（xiǎo）齒輪測量”技術，這是本（běn）文的核心內容，這種測量 方式對（duì）於解決微小模數齒輪（lún）由於齒槽小、容易與測針發生“幹涉”的問題（tí）有很好（hǎo）的效果，另外，測針容易製造，剛性好，是進一步往（wǎng）下突破被測齒輪模數的關鍵條件。新的測量方式如圖4所示。
圖4.三軸聯動配合柱型測針測量原理
3.微小齒輪測量的測頭及測針設（shè）計
針對微小齒輪測量，測（cè）頭切向方（fāng）向的微測力是保證測量精度的關鍵前提，在通用三維數字（zì）式測頭（tóu）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。香蕉91视频新型（xíng）三維數字測頭采用特（tè）殊調整的微測力（lì）及各向可靠互鎖功能，在滿足微小齒輪（lún）測（cè）量的同時，仍要兼顧其他各種測量功能。
柱形測（cè）頭設計如圖5所示，測針可采用鎢鋼材質，剛性好，其0.2mm的柱型測（cè）針在小模數齒（chǐ）輪測量中的變形量極小（xiǎo），可以忽略（luè）不計，完（wán）全能夠滿足小模數齒輪的測量任務。圖6為0.2模數小齒輪測量情況。
圖5.圓（yuán）柱形測針 圖6.小模數齒輪測量圖
柱形測針具（jù）有以下特點及優勢：
（1）利用（yòng）圓柱端麵的棱線與齒麵接觸測量，基本符合在齒麵法向方向接觸，並且在（zài）整個齒廓測量過程中棱邊與齒（chǐ）麵法向（xiàng）方向保持不變，棱邊的磨損對測量精（jīng）度損失不敏感，從而保（bǎo）證了測量的精度。
（2）圓柱直（zhí）徑可以做的更小，保證（zhèng）進入到齒輪根部的起始測量位置，由於（yú）三軸測量避免了在齒廓測量過程中 測杆與被測齒麵的幹涉（shè）現象，不（bú）需要把測頭後麵的測杆部分的直徑減細，提高了測頭整體剛性。
（3）該測針極易製造，可以（yǐ）直接采用高硬度微小（xiǎo）直徑的圓柱型材，研（yán）磨端麵，保證端麵與軸線垂直，任意控製圓柱（zhù）直徑，然後將（jiāng）圓柱部分鑲（xiāng）嵌到測（cè）杆體，形成微小齒輪測頭。
4.測量實驗（yàn）
測量實驗采用模數（shù）為0.2，齒數為190的小模數齒輪，利用（yòng）三軸（zhóu）聯動的測量方法對其齒廓、螺旋線、齒距進行檢測。齒（chǐ）廓和螺旋（xuán）線報告單如圖（tú）7所示（shì），齒距報告單如圖（tú）8所示。
圖（tú）7.齒廓、螺旋線報告單
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（háng）多次（5次）測（cè）量（liàng），將結果進行比對。結果如表1、表（biǎo）2所示。
表1齒（chǐ）廓誤差測量結果比較
表2 螺旋線誤差測量結果比較
由表1，表2中測量結果可以得出這（zhè）種三軸聯動測量（liàng）方法與微型柱形（xíng）測頭配（pèi）合（hé）測量，可以實現小模數齒輪的齒（chǐ）廓與螺旋線（xiàn）測量，並且測量結果（guǒ）穩定（dìng），精度和準確（què）度很高。
5.總結
本文提出了采用三軸聯（lián）動測量技術（shù）與微型柱形測針配合測量，有效的解決了測量杆與（yǔ）齒（chǐ）麵幹（gàn）涉的問題，保證了測量過程的完（wán）整性，提高了測量（liàng）有效合（hé）理性,完美的解（jiě）決了小模（mó）數齒（chǐ）輪的測量。與傳統測量方法比較，該測量方法簡單，測量範圍（wéi）更為廣泛，突破了測量極（jí）限。經過實（shí）際（jì）測試表明，該測量方法正確可行，測量結果穩（wěn）定、準確。
參考文獻：
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