漸開線齒輪的測量原理
精度溯源體系
由大阪精機承擔製造的高精度CNC齒輪測量儀,其測量精度(重複性)為0.2~0.3μm,我們進行了如下技術開發:?
(1)上下頂尖採用氣浮軸承,提高了主軸迴轉精度;
(2)主軸氣浮軸承中內裝有高精度圓光柵,提高了輸出性能;
(3)齒形和齒向的測量滑座都採用了氣浮導軌,提高了測量運動性能;
(4)採用激光測長儀來檢查誤差,測量放大倍數可達10000倍。
該儀器的驅動系統,主軸迴轉運動採用步進電機驅動,測頭的直線運動也採用步進電機驅動,二者用NC控制來實現漸開線或齒向的展成運動,以實現測量。齒距誤差按齒距等分、與齒面接觸的測頭的位移變化量,通過激光測長系統進行檢測。位移檢測元件安裝在平行簧片上,而測座上裝有反射鏡,激光束照射其上進行齒面精度的測量(見圖3)。
目前,該儀器已安置於日本電氣通訊大學內,進行儀器測試、數據採集,以分析測量的不確定度。
利用激光測量齒面
非漸開線齒輪的測量
在所討論的漸開線齒輪齒面的檢測中,其檢測儀器主軸的迴轉和測頭的直線運動均採用CNC控制以實現同步,而非漸開線齒形的齒輪,特別是錐齒輪等,其齒面形狀是三元函數的,測量時,必須將實際齒面的坐標位置和預先計算出來的理論齒面三維坐標值進行比較測量。准雙曲面齒輪齒面的測量以及用測量的結果來評定準雙曲面齒輪的性能就是一典型事例。
准雙曲面齒輪齒面的測量
准雙曲面齒輪的齒面形狀是複雜的三元形狀,它由准雙曲面齒輪製造商提供的參數而確定、用計算機計算得到。通常情況下,用計算得到的切齒機的調整參數作為切齒齒面三維坐標的測量基準,在三維坐標機上按圖4左所示的格子點的位置上進行測量。
在大阪精機生產的准雙曲面齒輪測量儀(HYB-35)上測量大齒輪時,和其它測量儀器一樣,將依據機床的安裝調整參數而建立的幾何齒面作為基準值;而對與大齒輪相嚙合的小齒輪,則以和大齒輪齒面共軛的齒面作為基準。這樣就可能通過測量來證實齒輪副是否處於理想嚙合狀態。在同一台儀器上,用三維測量儀測量不同的離散點(測量點),就能如測量漸開線齒輪一樣,從齒輪的一個端面到另一個端面,沿不同的測量軌跡測量不同的齒形和齒向(圖4右)。這樣就可測量到齒面上的凹凸、研磨留下的台階突跳及齒輪端部的飛邊毛刺等。對齒形和齒向進行測量,就可以採用與漸開線齒輪相同的方法來對準雙曲面齒輪的質量實施管理。
准雙曲面齒輪測量方法的比較
HyB-35齒面測量圖案
齒輪的性能分析
作為齒輪