锥齿轮测量技术的最新进展

158机床

    随着坐标测量技术、计算机控制与测量技术的发展，近年来对锥齿轮整体误差测量技术的研究得到很快的发展。由于齿轮测量中心等圆柱式多坐标多功能测量仪器的测量性能、数据处理能力的提高，锥齿轮的坐标式几何解析测量技术，已由单项几何误差测量发展到锥齿轮整体误差测量，提高了锥齿轮设计、加工、精度质量的检测判定以及使用性能的预测等整个锥齿轮制造技术的水平。由我国自行开发、基于“可控点运动—几何测量原理”的锥齿轮单面啮合点扫描测量技术及基于该技术开发的锥齿轮整体误差测量仪，也正在更多地走向生产第一线，使我国锥齿轮测量理论、测量技术的实际应用得到了进一步的提高和发展。

一、锥齿轮精度主要测量方法及仪器

1、坐标式几何解析测量方法及仪器

    机械展成坐标式直锥齿轮测量仪较早就有产品，以瑞士马格KP42型为代表，精度很高但结构复杂。自1990年前后，CNC齿轮测量中心推向市场，坐标式弧锥齿轮几何形状误差测量方法才有了迅速发展并得到推广应用。现今市场上国外的齿轮测量中心，无论是德国克林伯格的P63，还是美国格里森/马尔的 GMX275、M＆M的西格马3，都已具备了测量锥齿轮的功能。这些仪器都达到VDI/VDE等级规定的1级，空间测量不确定度在2微米以上；可对锥齿轮的单项几何误差进行检测，如齿距偏差（包括单个齿距偏差、齿距累计偏差、齿距累计总偏差）、齿廓偏差（包括齿廓总偏差、齿廓形状偏差、齿廓倾斜偏差）、齿向偏差（包括齿向总偏差、齿向形状偏差、齿向倾斜偏差）并可输出三维齿面形状偏差形貌图等。

2、单面啮合滚动检验综合测量方法及仪器

    锥齿轮单面啮合滚动检测方法在生产中已经使用多年。以美国格里森N0.513滚动检验机为例，在被测锥齿轮副单面啮合的情况下，模拟其工作状态，加以一定的速度和载荷，调整V/H，进行着色接触区（斑点）的检测，以判定该被测锥齿轮副的接触状况；借助于加速度传感器、拾音器测量其振动和噪音，对齿频谐波进行扫描检测。这种方法属于“准动态”测量方法，它对于锥齿轮的精度检测是不够完整、不够准确的。而采用光电编码器作为角度基准、用于锥齿轮切向综合精度检测的锥齿轮单面啮合检查仪，如德国克林伯格公司的PSKE900，因其检测项目单一，尤其难以根据检测结果对锥齿轮加工机床参数的调整给以指导、以改进锥齿轮加工质量。性价比较差，故生产中不多采用。

    近年来格里森公司推出的凤凰500HCT数控锥齿轮滚动检验机则同时具备了滚动检验机和单面啮合检查仪的测量功能，既能测量锥齿轮的切向综合误差，又能数字化测量锥齿轮接触区、进行三维结构噪音分析等。该机型功能先进，代表了该类产品当代的发展水平，虽价格昂贵，但在国内已有个别用户。与此类似的还有克林伯格GKC60、奥立孔T50等数控锥齿轮检验机。

3、整体误差测量方法及仪器

    锥齿轮整体误差测量是在同一个回转角度位移坐标上按啮合顺序将锥齿轮工作齿面上各检测点所测得的所有单项几何误差集成为一个锥齿轮整体误差图，并以此为基础，完成对于锥齿轮单项几何精度、综合运动精度以及锥齿轮副接触状态的分析计量，实现对于锥齿轮使用性能和质量的评估和监控。锥齿轮整体误差测量方法和仪器，目前可分为二类三种。一类为坐标式几何解析测量法，该方法又分为“点到点测量法”和“点扫描测量法”，两种方法采用的仪器都为CNC齿轮测量中心，但配用的测量软件包有所不同；另一类为啮合式运动几何测量法（即啮合式点扫描测量法，该方法为我国首创），所采用的仪器为锥齿轮单面啮合检查仪，配有专用的测量锥齿轮和测量软件包。

（1）坐标式点到点锥齿轮整体误差的测量

    在齿轮测量中心上，用三维测头沿锥齿轮的齿廓和齿向两个方向，按预先确定的间距，对被测齿面各检测点（通常为齿廓上5处、齿向上9处，共45点）的几何形状误差进行一点一点的测量。这种方法可以避免三维测头和被测齿面间在测量时产生摩擦力而影响测量结果。该测量方法采用的是“直接测量” 原理，具体步骤为：首先根据锥齿轮加工机床的调整参数和刀具几何参数，通过计算得到被加工大、小锥齿轮理想加工齿面的几何参数；将该齿面作为参照齿面，分别与实际加工（或经热处理后）的大、小齿轮的齿面进行比较，测得实际齿面与理想齿面的几何偏差。借助于专用的MATCH程序，确定相应于被测实际齿面的假象机床加工参数；再按照啮合模型进行TCA分析，计算得到锥齿轮副的切向综合偏差和接触状况，检验是否满足要求。如有必要，相应软件将根据测量结果，重新计算并调整机床加工参数，以便再次试切时，能加工出质量更满意的产品。