2018-08-16 click: 8373
摘要：基於齒輪測量中（zhōng）心（xīn）的（de）小模數齒輪測量一（yī）直是齒輪測量行（háng）業研（yán）究的重點。十年（nián）前，哈爾濱青青草网站測量儀器有限公司的JD型齒輪測量（liàng）中心解決了模數0.3以上齒輪的測量，技（jì）術在國內一直處於（yú）領先水平。隨著精密製造（zào）業的發（fā）展（zhǎn），對微（wēi）小齒輪的測量要求逐步提高，0.3模數齒輪的測量已（yǐ）經不能夠滿足需要。目前，青青草网站公司利用（yòng）三軸聯動漸開（kāi）線齒廓展成測量技術與0.2mm直徑（jìng）柱形測針配合測（cè）量完（wán）美的解決了0.2模數（或更小模數）的微（wēi）小齒輪測量難題，突破了行業極限，使（shǐ）齒輪測量（liàng）行業的發展向前邁出了一步。
關鍵字：小模數齒輪；三軸聯動（dòng）；齒輪測量；柱形測頭；齒輪誤差
0．引言
隨著我國精密（mì）製造業的飛速（sù）發展，小模數齒輪在精密機械設（shè）備中的應用越來越廣泛。由於小模數齒輪齒槽很小、在齒輪測量中心上進行單項精（jīng）度測量時，其測頭（tóu）測針部分（fèn）就需要做的很小。但是，傳統測頭測針無（wú）論做成圓球或者倒錐形式，其製造難度都非常（cháng）大，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（lún）測（cè）量中心最小測量齒輪（lún）模數從（cóng）0.5開始，小於0.5模數的微小齒輪測量是行業長（zhǎng）期的難點。十年前，哈爾濱青青草网站測量儀器有（yǒu）限公司的JD型齒輪測量中心（xīn）利用瑞（ruì）士TESA傳感器形成的“二維半”測頭，借助該傳感器的微測力，專門（mén）定製的微（wēi）小（xiǎo）測針（zhēn）測頭，結合數控係統的精確控製，解決了0.3模數以上的齒（chǐ）輪的測量，該技術在各行業，特別是（shì）微電（diàn）機等行業（yè）得（dé）到廣泛應用。2015年（nián），貴州群建齒輪有限公司在青青草网站公（gōng）司提供（gòng）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（qiú）解決0.2模數齒（chǐ）輪（lún）的測量難題。傳統測（cè）量方法很難滿足測量要求，鑒於（yú）此，需要創新（xīn）新的測（cè）量方法（fǎ）解決問題。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，而微測力（lì）卻是小模數齒（chǐ）輪測量的關鍵前提，所以需要專（zhuān）門（mén）設計（jì）及專門調試來解決微測力（lì）測頭。其次，需要設計易於製造並（bìng）增強剛性（xìng）的測頭測針，保證測頭（tóu）可以進入到齒輪的起（qǐ）始測量點，並避免（miǎn）測量過程中測針與（yǔ）對麵齒麵的幹涉現（xiàn）象。再次（cì），需要精確設（shè）計多軸控（kòng）製（zhì）路徑，增加多層次測量判斷及（jí）操作保護功能。為了解決小模數（shù）齒輪測量這一難題，青青草网站公司采用在齒輪齧合線方向的三軸聯動控製漸開線齒廓展成測量（liàng）技術與0.2mm直徑柱形測針配合測量實現小（xiǎo）模數齒（chǐ）輪齒廓、螺旋線及齒距的誤差曲線測量，取得滿意效果。
1．傳統法向極坐標測（cè）量應用於微小齒輪測量的問題
眾所周知，在齒輪測量中心上（shàng）進行齒輪（lún）測量，傳統測量方法（fǎ）均是采用法向極坐標方式，該方法是根據齒輪齒廓（kuò）的（de）展成原理，規定（dìng）漸開線的展長方向為測（cè）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（zhī）道，漸開（kāi）線的法向極坐標（biāo）方程為：
（1）
式中：L為被測點的展開長（zhǎng）度；Rb為基圓半徑；φ為被測點對應的展開角。
根據公式（1）可（kě）以計算出理論曲線與實際曲線的偏差。在用法向極坐標法測（cè）量時，測頭一直保（bǎo）持隨基圓的切向X軸方向做直線運（yùn）動，如圖1所示。
圖1.傳統法向極坐（zuò）標測量方法
測量動作是由切向X軸與旋（xuán）轉C軸兩軸聯（lián）動配合完成，測（cè）頭感受到誤差的方向與被測量點的法線方向是相同的。此（cǐ）方法非常簡單且能夠實現測量（liàng）的精度和準確度。
但是（shì）在小模數齒輪測量中，由於齒槽間距小，微小測針的（de）製造就成為難題。傳統“法向極坐標”測量方式的（de）測針的（de）測頭形狀為（wéi）球形或者（zhě）倒錐形，如圖2所示，首先（xiān）微型球及（jí）倒錐（zhuī）測頭（一般直徑在0.2～0.5mm）的製造（zào）在工藝上很難實現，再次是（shì）由於球形測頭或倒錐（zhuī）測頭不（bú）能做的很小，會（huì）出（chū）現測頭進不到齒廓根部的起始測量位置的（de）情況（kuàng），限製了微（wēi）小齒輪齒廓的測量。為避免（miǎn）測杆部分與齒麵（miàn）的幹涉，測頭後（hòu）部的測杆部分（fèn）直徑要求比測球直徑或倒錐直徑更細。這樣除了增加了測頭的製造難（nán）度外，更細的測杆部分又會降低測頭的剛性，導致（zhì）測量精度降低，甚至（zhì）完全不能夠測量（liàng）。
圖2.傳統（tǒng）“法向極坐標”微小齒輪測量的問題
2.齒輪齧合線（xiàn）方向三軸聯動控製漸開線展（zhǎn）成測量新方法（fǎ）
為改善傳統“法向極坐標”齒輪測量的不足，國內外齒輪測量中心在齒輪（lún）測量（liàng）中（zhōng），采取一種新的漸開線展（zhǎn）成方法，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（cè）量技術。這種（zhǒng）測量方法在傳統的切向X軸與旋轉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（lún）齒（chǐ）廓的測量（liàng）動（dòng）作，如圖3所示。
圖3.三軸聯動測量方法
由圖2和圖3可知（zhī），三軸聯動測量方法改變了傳統測量方法的起始位（wèi）置、終止位置和測（cè）量角度。此測量方法測量的角（jiǎo）度（dù）和位置不同於兩軸聯動測量方法（fǎ），測頭移動的軌跡（jì）是齒輪齧合線，測頭軌跡（jì） 
與切向（xiàng）X軸的夾（jiá）角（jiǎo）為壓力角 
。進行齒廓測量時，起測點（diǎn）的坐標（XA，YA）和（hé）終測點坐標（XB，YB）如公式（2）、（3）所（suǒ）示。
由於三軸聯動的測量方式是在（zài）齒輪齧合線方向進（jìn）行測（cè）量，與傳統的法向（xiàng）極坐標方式測量相比，相當於將齒輪旋轉了一個角度進行測量，使（shǐ）測頭（tóu）與齒麵形成了一個夾角，避開測杆與齒麵最高（gāo）點不必要的接觸（chù）。
這種漸開線齒廓新的（de）展（zhǎn）成測（cè）量方式作為“法向極坐標”測量方式的補充，在以下幾個方（fāng）麵得到很好的（de）應用：
（1）大規格齒輪量儀結構布局，采用該技術，可以大大縮短儀器切向坐標軸的測量行程，優化儀器（qì）機械結（jié）構（gòu），提高機械精度，這也是國外大型量儀及青青草网站JE152量儀成（chéng）功運用的技術；
（2）內齒輪測量，采用（yòng）該技術進行內齒輪測量，可以避免測杆與齒麵的（de）“幹涉”現象（xiàng），針對不同模數齒（chǐ）輪進 行測量時，不需要頻繁更換（huàn）不同直徑測球的測頭，可以提高（gāo）測量效率，改善（shàn）測量方式，是（shì）非常有效的一（yī）種（zhǒng）解（jiě）決內齒輪測量難（nán）題技術。該技術最（zuì）早形成（chéng）日（rì）本專利，也是目前（qián）在青青草网站所有內齒輪測量普（pǔ）遍采用的一項技（jì）術；
（3）青青草网站首創“漸開線三軸展成結合柱（zhù）形測（cè）頭解決微小齒輪測量”技（jì）術（shù），這是本文的核心內容（róng），這種測量 方式對於解決微小模數齒輪由於齒槽小、容易與測針發（fā）生“幹涉”的問題有很（hěn）好的效果，另外（wài），測針容易製（zhì）造，剛性好（hǎo），是進一步往下突破被測齒輪模數的關鍵條件。新的測量方（fāng）式如圖4所（suǒ）示。
圖4.三軸聯動配合柱型測針測（cè）量原理
3.微小齒輪測量的（de）測頭及測針設計
針對微小齒輪測量，測頭切向方（fāng）向的微測力是保證測量精度的關鍵前提，在通用三維數字式測頭的（de）基礎上進行特殊設（shè）計（jì）和（hé）特殊調整，同樣是完成（chéng）微（wēi）小齒輪測量的技術關鍵。青青草网站新型（xíng）三維數字測（cè）頭采用特殊調（diào）整的微測力及各向可靠互鎖功能，在滿足微小齒輪測量的同時，仍要兼顧其他各種測（cè）量功能。
柱形測頭設計（jì）如圖5所（suǒ）示（shì），測針可采用鎢鋼材（cái）質，剛性好（hǎo），其0.2mm的柱型測針在小模數齒輪測（cè）量中的變形（xíng）量極小，可以忽略不計，完全能夠滿足小模數齒輪的測量任務。圖6為（wéi）0.2模數小齒輪測量情況。
圖（tú）5.圓柱形測針 圖6.小模數齒輪（lún）測量圖
柱形測針具有以下特點及優勢：
（1）利用圓柱端麵的棱線與齒麵接觸測量，基本符合（hé）在齒（chǐ）麵（miàn）法向方向（xiàng）接（jiē）觸，並且在整個齒廓測量過程中棱邊與齒麵法向方向（xiàng）保持不（bú）變，棱邊的磨損對測量精度損失不敏感（gǎn），從而保證了（le）測量的（de）精度。
（2）圓柱直徑可以做的更小，保證進入（rù）到齒（chǐ）輪根部的起始測量位置，由於三軸測量避免了在齒廓測量過程中 測（cè）杆與被測齒麵的幹涉現象，不需要把測頭後麵的測杆部分的（de）直徑減細，提高了測頭整體剛性。
（3）該測針極（jí）易製造，可（kě）以直接采用高硬度微（wēi）小（xiǎo）直（zhí）徑的（de）圓柱型材，研磨端麵，保證端麵與軸線垂直，任意控製圓柱直徑，然後將圓柱部分鑲嵌（qiàn）到測杆體，形成微小齒輪測頭。
4.測量實驗
測量實驗（yàn）采用模數為0.2，齒數為190的小模數齒輪（lún），利（lì）用三軸聯動（dòng）的測量方法對其齒（chǐ）廓、螺旋（xuán）線、齒距進行檢測。齒廓和（hé）螺旋線報告單如圖7所示，齒距報告單如圖8所示。
圖（tú）7.齒廓、螺旋線報告單
圖8.齒（chǐ）距報（bào）告單（dān）
穩（wěn）定性實（shí）驗是對同一齒輪的同一齒進行多次（cì）（5次）測量，將結果進行比對。結果如表1、表2所示。
表1齒廓誤差測（cè）量結果比較
表2 螺旋線誤差（chà）測（cè）量結果（guǒ）比（bǐ）較
由表1，表2中測量結果可以得出這種三軸聯動測量方法與微（wēi）型柱形測頭配合測（cè）量，可以實現小（xiǎo）模數齒輪的齒廓（kuò）與螺旋線測量，並且測量結果穩（wěn）定，精度和準確度很（hěn）高。
5.總結
本文提出了采用三軸聯動測量（liàng）技（jì）術與微型柱形測針配合（hé）測量，有效的解決了測量杆與齒麵幹涉的問題，保證了測（cè）量過程（chéng）的完整性，提高了測量（liàng）有效合理性,完美的解決了小（xiǎo）模數齒輪的測量。與（yǔ）傳（chuán）統測量方法比較，該測量方法簡單，測量範圍更為廣泛，突破（pò）了（le）測量極限。經過（guò）實際測試表明，該測量方法正確可行（háng），測量（liàng）結果穩定、準確。
參考文獻（xiàn）：
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[2]徐浩（hào），小模數齒輪測量的現狀與趨（qū）勢.科技創新與應用，2013，3
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