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齒輪量儀的現狀與發展

更新时间:2019-11-07 20:15人气:9236

齒輪量儀是一個內含較為豐富的概念,它不僅包括檢測各種齒輪的儀器,也將檢測蝸輪、蝸杆 、齒輪刀具、傳動鏈的儀器涵蓋其中 。齒輪種類繁多 ,幾何外形複雜,表征其誤差的參數浩繁。所以,齒輪量儀的品種也很多。

齒輪丈量技術及其儀器的研究已有近百年的曆史,在這不短的發展曆程中,有6件標誌性事件:

(1)1923年 ,德國Zeiss公司活著界上首次研究成功一種稱為“Toooth Su***ce Tester”的儀器,實際上是機械展成式萬能漸開線檢查儀。在此基礎上經過改進,Zeiss於1925年推出了實用性儀器,並投放市場。該儀器的長度基準采用了光學玻璃線紋尺 ,其線距為1微米。該儀器的問世,標誌著齒輪精密丈量的開始,在我國得到廣泛使用的VG450就是該儀器的改進型產品。 (2)50年代初,機械展成式萬能螺旋線標準儀的出現標誌著全麵控製齒輪質量成為現實。 (3)1965年,英國的R·Munro博士研製成功光柵式單齧儀 ,標誌著高精度丈量齒輪動態性能成為可能。 (4)1970年,以黃潼年為主的中國工程技術職員研製開發的齒輪整體誤差丈量技術,標誌著活動幾何法丈量齒輪的開始。 (5)1970年,美國Fellow公司在芝加哥展覽會展出Microlog50,標誌著數控齒輪丈量中間開始投進使用。 (6)80年代末,日本大阪精機推出了基於光學全息道理的非接觸齒麵分析機PS-35,標誌著齒輪非接觸丈量法的開始。

從整體上考察過往一個世紀齒輪丈量技術的發展,首要表現在以下幾個方麵:

(1)在丈量道理方麵,實現了由“比較丈量”到“齧合活動丈量”,直至“模型化丈量”的發展; (2)在實現丈量道理的技術手段上,曆經了“以機械為主”到“機電結合”,直至當今的“光—機—電”與信息技術綜合集成的演變; (3)在丈量結果的表述與利用方麵,曆經了“唆使表加目視讀取”到“記錄儀器記錄加人工研判”,直至“計算機主動分析並將丈量結果反饋到製造係統”的奔騰。與此同時,齒輪量儀經曆了從單品種單參數的儀器(典型儀器有單盤漸開線檢查儀)、單品種多參數的儀器(典型儀器有齒形齒向檢查儀)到多品種多參數儀器(典型儀器有齒輪丈量中間)的演變 。

70年代之前的近50年內,世界上已開發出丈量齒廓、螺旋線、齒距等基本參數的各種類型、各種規格的機械展成式儀器 。這些儀器借助一些精密機構形成指定標準活動,然後與被丈量進行比較,從而獲得被測誤差的大小 。世界上曾開發出多種機械式漸開線展成機構,如單盤式、基圓杠杆式、靠模式等。其中以圓盤杠杆式利用最廣,屬於這一類的儀器有:Zeiss VG450、Carl Mahr 890和891S、MAAG SP60和HP100、大阪精機GC-4H和GC-6H和哈爾濱量具刃具廠的3201等 。對齒廓誤差丈量而言,機械展成式丈量技術僅限於漸開線齒廓誤差丈量。對非漸開線齒輪的端麵齒厚丈量,采用展成法丈量是很困難的,由於展成機構太複雜並缺乏通用性。對精確的螺旋展成機構而言,首要采用正弦尺道理,隻是如何將正弦尺的直線活動精確地轉換為被測工件的回轉活動的方式各不相同,這類機構在滾刀螺旋線丈量上利用最為典型,如德國Fette公司生產的UWM型轉動丈量儀、Zeiss廠生產的萬能轉動丈量儀、前蘇聯BHИИ設計的萬能型轉動丈量儀、意大利Samputensili廠的SU-130型滾刀丈量儀、美國Michigan公司生產的萬能滾刀丈量儀和Klingelberg公司的PWF250/300等。70年代之前,機械展成式丈量技術已發展成熟,並在生產實踐中經受了考驗。盡管如許 ,也存在一些不足的地方:其丈量精度仍依靠於展成機構的精度,機械結構複雜,柔性較差,且丈量一個齒輪需多台儀器。迄今,基於這些技術的儀器還是我國一些工廠檢驗齒輪的常用手段。

1970年是齒輪丈量技術的轉折點 。齒輪整體誤差丈量技術和齒輪丈量機(中間)的出現解決了齒輪丈量領域的一個困難,即在一台儀器上快速獲取齒輪的全部誤差信息。這兩項技術固然都基於現代光、機、電、計算機等技術,但走上了不同的技術路線。齒輪整體誤差丈量技術是從綜合丈量中提取單項誤差和其它有效信息。經過30年的完善與推廣,齒輪整體誤差丈量方法在我國已發展成為傳統元件的活動幾何丈量法,其基本思想是將被測對象作為一個剛性的功能元件或傳動元件與另一標準元件作齧合活動,通過丈量齧合活動誤差來反求被丈量的誤差。活動幾何丈量法的鮮明特點是形象地反映了齒輪齧合傳動過程並精確地揭示了齒輪單項誤差的變化規律和誤差間的關係,特別適合齒輪工藝誤差分析和動態性能預告。采用這類方法的儀器的優點是丈量效率高 ,適用於大批量生產中的零件檢測。典型儀器是成都工具研究所生產的CZ450齒輪整體誤差丈量儀、CSZ500錐齒輪丈量機和CQB700擺線齒輪丈量儀。而齒輪丈量中間采用坐標丈量道理,實際上是圓柱(極)坐標丈量機,“坐標丈量”實質是“模型化丈量”。對齒輪而言,模型化的坐標丈量道理是將被測零件作為一個純幾何體(相對“活動幾何法”而言),通過丈量實際零件的坐標值(直角坐標、柱坐標、極坐標等),並與理想形體的數學模型作比較,從而確定被丈量的誤差。坐標丈量法的特點是通用性強,主機結構簡單,丈量精度很高。坐標法丈量齒輪的思想早已有之,如用萬能工具顯微鏡與分度頭的組合也可用來丈量齒輪。但是,這類靜態丈量方式不僅效率低,且丈量精度得不到保證。現代光電技術、微電子技術、計算機技術、軟件工程、精密機械等技術的發展才真正為坐標丈量法顯示其優越性提供了堅實的技術基礎。迄今已有美國、德國、日本、瑞士、中國、意大利等幾個國家生產CNC齒輪丈量中間,國外的典型產品是M&M公司的3000係列、Klingelberg的P係列;國產的典型產品是成都工具研究所的CGW300臥式丈量中間和哈爾濱量具刃具廠的3903型齒輪丈量中間。各國的齒輪丈量中間固然道理上大同小異,但實現方式卻存在一定差距。首要表現在:

(1)在丈量傳感器等方麵,固然測角一般采用高精度圓光柵,但測長因被測對象不同而有所差異。精度要求很高的齒輪或軸向尺寸很長的工件等,一般采用雙頻(或單頻)激光幹涉儀作為長度基準(如丈量漸開線或螺旋線樣板等);而其它情況,則采用高精度長光柵。 (2)在機械係統的精度方麵,高精度的軸承是必須的;而直線導軌的精度有靠機械精度保證的,也有采用誤差修正技術達到的。 (3)在數控係統方麵,70年代常為NC開環控製;80年代後,全為CNC控製,大多采用直流伺服電機或步進電機。目前已有采用交流伺服係統或直線電機的。 (4)在測頭方麵,有電感式的,也有光柵式的;有一維的,也有三維的,甚至有剛性的。剛性測頭是不帶測微傳感器的。若采用剛性測頭,則儀器通常是專用的 。

齒輪丈量中間一般由主機、CNC數控單元、數據采集單元、機間通訊接口、計算機及外設、丈量軟件和數據處理軟件等部分構成。當今最新的CNC齒輪丈量中間的首要特點是 :①性能上是高效、高精度、易操縱。所采取的措施有精密機械的優化設計、32位的CNC4-5軸數控係統、直線電機、三維測頭和誤差修正技術。②在功能上,包括齒輪(內、外)、齒輪刀具(滾刀、插齒刀、剃齒刀)、錐齒輪、蝸輪、蝸杆、螺杆、凸齒輪、拉刀等回轉類零件的首要誤差項目丈量;軸類零件的形位公差丈量;強大的分析功能,如接觸分析 、工藝誤差分析、齒根外形分析、參數反求等;可耦合到加工係統中 ,實時數據通訊。③在可維修性方麵,具有故障自診斷、網絡長途故障診斷能力。④可升級性。包括軟件的可升級和硬件的可升級。

與機械展成式丈量儀器相比,CNC齒輪丈量中間的優點是不問可知的,其質的奔騰是為任意外形的齒廓丈量提供了可能,而不僅僅局限於漸開線或直線齒廓。錐齒輪、K蝸杆(滾刀)、C蝸杆(滾刀)的丈量就是明證。CNC齒輪丈量中間為測控非線性螺旋曲麵提供了工具。

1990年以來,活著界範圍內,齒輪丈量技術領域出現了幾種值得重視的現象:①齒輪整體誤差丈量技術與齒輪坐標丈量技術合二為一。成都工具研究所推出了既有標準蝸杆又有測頭的齒輪丈量機CZN450,而國外的CNC齒輪丈量中間也能給出“虛擬整體誤差” 。②齒輪丈量中間與三坐標丈量機的合二為一,如美國TSK公司的Rdaiance和Process Equipement Company的ND430 。③功能測試與分試測試的合二為一。簡化丈量是齒輪量儀的發展趨勢之一,齒輪整體誤差丈量儀因能高效率地給出齒輪全信息而被齒輪製造業所接受。

展看未來,齒輪量儀的相關研發重點是 :齒輪網絡化丈量技術;基於實測結果的齒輪性能虛擬分析技術(智能配對、動力學性能預告等);齒輪整體誤差丈量技術(指標量化 、性能優化等);齒輪誤差的智能分析技術;齒輪統計誤差概念體係的建立及其相應的丈量技術;生產現場的齒輪快速丈量與分析技術(目前ITW的Model4823為450~600件/小時;目標:1000件/小時);精密機械 、光電技術、微電子技術、軟件工程等技術在齒輪上的利用。

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