近年來齒輪測量技術與儀器的發展

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近年來齒輪測量技術與儀器的發展簡介
     隨著我國汽車摩托車製造業的迅速發展,汽摩齒輪製造業也得到了空前快速的發展。儘快成為汽摩齒輪的全球製……
近年來齒輪測量技術與儀器的發展正文
     隨著我國汽車摩托車製造業的迅速發展,汽摩齒輪製造業也得到了空前快速的發展。儘快成為汽摩齒輪的全球製造與供應基地,是我國齒輪製造業的總體發展戰略,並已經成為我國眾多齒輪製造商的共識。航空航天工業的崛起、造船業的興盛、機械裝備製造業的復甦以及IT行業的快速發展,都對齒輪製造業提出了更高的要求,也提供了前所未有的機遇。無論是國有企業、股份公司還是民營企業,齒輪製造商在擴大齒輪產量、品種的同時,更加註重提高齒輪製造質量。為此,最近幾年來在引進技術、購置設備、更新工藝、加強信息化管理等技術改造和技術升級方面進行了大量的投入;強化並提高齒輪製造全過程的測量與監控技術水平獲得了空前的重視,並成為確保齒輪質量的一個關鍵。開發具有自主知識產權的齒輪測量技術和儀器,滿足我國齒輪製造質量檢測的迫切需要,提高國產齒輪儀器在國內市場的佔有率,是我國齒輪測量儀器製造業當前所面臨的一項重要而緊迫的任務。

1 齒輪測量技術的發展

齒輪測量技術的發展已有近百年的歷史。對應於齒輪精度標準,可將現代齒輪測量技術歸納為如下三種類型:

(1)齒輪單項幾何形狀誤差測量技術

它採用坐標式幾何解析測量法,將齒輪作為一個具有複雜形狀的幾何實體,在所建立的測量坐標系(直角坐標系、極坐標系或圓柱坐標系)上,按照設計幾何參數對齒輪齒面的幾何形狀偏差進行測量。測量方式主要有兩種:離散坐標點測量方式和連續幾何軌跡點掃描(如展成)測量方式。所測得的齒輪誤差是被測齒輪齒面上被測點的實際位置坐標(實際軌跡或形狀)和按設計參數所建立的理想齒輪齒面上相應點的理論位置坐標(理論軌跡或形狀)之間的差異,通常也就是和幾何坐標式齒輪測量儀器對應測量運動所形成的測量軌跡之間的差異。測量的誤差項目是齒輪的單項幾何偏差,以齒廓、齒向和齒距等三項基本偏差為主。近年來由於坐標測量技術、感測器技術、計算機技術的發展,尤其是數據處理軟體功能的增強,三維齒面形貌偏差、分解齒輪單項幾何偏差和頻譜分析等誤差項目的測量得到了推廣。單項幾何偏差測量的優點是便於對齒輪(尤其是首件)加工質量進行分析和診斷、對機床加工工藝參數進行再調整;儀器可藉助於樣板進行校正,實現基準的傳遞。

(2)齒輪綜合誤差測量技術

它採用嚙合滾動式綜合測量法,把齒輪作為一個迴轉運動的傳動元件,在理論安裝中心距下,和測量齒輪嚙合滾動,測量其綜合偏差。綜合測量又分為齒輪單面嚙合測量,用以檢測齒輪的切向綜合偏差和單齒切向綜合偏差;以及齒輪雙面嚙合測量,用以檢測齒輪的徑向綜合偏差和單齒徑向綜合偏差。為了更有效地發揮齒輪雙面嚙合測量技術的質量監控作用,增加了偏差的頻譜分析測量項目;近年來還從徑向綜合偏差中分解出徑向綜合螺旋角偏差和徑向綜合齒向錐度偏差。這是齒輪徑向綜合測量技術中的一個新發展。綜合運動偏差測量的優點是測量速度快,適合批量產品的質量終檢,便於對齒輪加工工藝過程進行及時監控。儀器可藉助於標準元件(如標準齒輪)進行校驗,實現基準的傳遞。上述兩項測量技術基於傳統的齒輪精度理論,然而隨著對齒輪質量檢測要求的不斷增加和提高,這些傳統的齒輪測量技術也在不斷細化、豐富、更新、提高。

(3)齒輪整體誤差測量技術

它所基於的齒輪整體誤差理論,是由我國機床工具行業、尤其是成都工具研究所的科研技術人員共同努力創建和不斷完善的一種新型齒輪測量理論。把齒輪作為一個用於實現傳動功能的幾何實體,或採用坐標式幾何解析法對其單項幾何精度進行測量,並按齒輪嚙合傳動順序和位置,集成為一條「靜態」齒輪整體誤差曲線;或按單面嚙合綜合測量方式,使用特殊測量齒輪,採用滾動點掃描測量法對其進行測量,得到齒輪「運動」整體誤差曲線。上述兩種齒輪整體誤差曲線,經過運算和數據處理,都可以得到齒輪綜合運動偏差、各單項幾何偏差、三維齒面形貌偏差,以及接觸區狀態,從而能更全面、準確的評定齒輪質量和齒輪加工工藝的分析和診斷。齒輪整體誤差測量技術是對傳統齒輪測量技術的繼承和發展。尤其是採用單面嚙合、滾動點掃描測量的齒輪整體誤差測量技術更具有測量信息豐富、測量速度快、測量精度更接近使用狀態的特點,特別適合批量產品齒輪精度的檢測與質量的控制。在汽車齒輪要求100%全部檢測的態勢下,這種由我國首先開發出來的齒輪整體誤差測量技術得到了重視和推廣,其中,成都工具研究所開發的錐齒輪整體誤差測量技術曾於90年代轉讓給德國KLINGELNBERG公司。德國FRENCO公司近年推向市場的齒輪單面嚙合滾動點掃描測量儀器,採用了完全類同的技術。

當前齒輪製造業的一個發展趨勢,是將齒輪測量技術和齒輪設計、加工製造進行集成,實現齒輪製造信息的融合及CAD/CAM/CAT的集成,從而構建一個先進的齒輪閉環製造系統(由於通常由數字化信息來實現,可稱為數字化閉環製造系統)。美國GLEASON和德國KLINGELNBERG開發的錐齒輪閉環製造技術和系統是
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