齒輪量?jī)x的現(xiàn)狀與發(fā)展 (一)

齒輪量?jī)x是一個(gè)內(nèi)含較為豐富的概念，它不僅包括檢測(cè)各種齒輪的儀器，也將檢測(cè)蝸輪、蝸桿、齒輪刀具、傳動(dòng)鏈的儀器涵蓋其中。齒輪種類(lèi)繁多，幾何形狀復(fù)雜，表征其誤差的參數(shù)眾多。所以，齒輪量?jī)x的品種也很多。 

    齒輪測(cè)量技術(shù)及其儀器的研究已有近百年的歷史，在這不短的發(fā)展歷程中，有6件標(biāo)志性事件： 

    (1)1923年，德國(guó)Zeiss公司在世界上首次研究成功一種稱(chēng)為“Toooth Surface Tester”的儀器，實(shí)際上是機(jī)械展成式萬(wàn)能漸開(kāi)線檢查儀。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)，Zeiss于1925年推出了實(shí)用性?xún)x器，并投放市場(chǎng)。該儀器的長(zhǎng)度基準(zhǔn)采用了光學(xué)玻璃線紋尺，其線距為1微米。該儀器的問(wèn)世，標(biāo)志著齒輪精密測(cè)量的開(kāi)始，在我國(guó)得到廣泛使用的VG450就是該儀器的改進(jìn)型產(chǎn)品。 

    (2)50年代初，機(jī)械展成式萬(wàn)能螺旋線標(biāo)準(zhǔn)儀的出現(xiàn)標(biāo)志著全面控制齒輪質(zhì)量成為現(xiàn)實(shí)。 

    (3)1965年，英國(guó)的R·Munro博士研制成功光柵式單嚙儀，標(biāo)志著高精度測(cè)量齒輪動(dòng)態(tài)性能成為可能。 

    (4)1970年，以黃潼年為主的中國(guó)工程技術(shù)人員研制開(kāi)發(fā)的齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)，標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)幾何法測(cè)量齒輪的開(kāi)始。 

    (5)1970年，美國(guó)Fellow公司在芝加哥博覽會(huì)展出Microlog50，標(biāo)志著數(shù)控齒輪測(cè)量中心開(kāi)始投入使用。 

    (6)80年代末，日本大阪精機(jī)推出了基于光學(xué)全息原理的非接觸齒面分析機(jī)PS-35，標(biāo)志著齒輪非接觸測(cè)量法的開(kāi)始。 

    從整體上考察過(guò)去一個(gè)世紀(jì)齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 

    (1)在測(cè)量原理方面，實(shí)現(xiàn)了由“比較測(cè)量”到“嚙合運(yùn)動(dòng)測(cè)量”，直至“模型化測(cè)量”的發(fā)展； 

    (2)在實(shí)現(xiàn)測(cè)量原理的技術(shù)手段上，歷經(jīng)了“以機(jī)械為主”到“機(jī)電結(jié)合”，直至當(dāng)今的“光—機(jī)—電”與信息技術(shù)綜合集成的演變； 

    (3)在測(cè)量結(jié)果的表述與利用方面，歷經(jīng)了“指示表加目視讀取”到“記錄儀器記錄加人工研判”，直至“計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析并將測(cè)量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。與此同時(shí)，齒輪量?jī)x經(jīng)歷了從單品種單參數(shù)的儀器(典型儀器有單盤(pán)漸開(kāi)線檢查儀)、單品種多參數(shù)的儀器(典型儀器有齒形齒向檢查儀)到多品種多參數(shù)儀器(典型儀器有齒輪測(cè)量中心)的演變。 

   70年代以前的近50年內(nèi)，世界上已開(kāi)發(fā)出測(cè)量齒廓、螺旋線、齒距等基本參數(shù)的各種類(lèi)型、各種規(guī)格的機(jī)械展成式儀器。這些儀器借助一些精密機(jī)構(gòu)形成指定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，然后與被測(cè)量進(jìn)行比較，從而獲得被測(cè)誤差的大小。世界上曾開(kāi)發(fā)出多種機(jī)械式漸開(kāi)線展成機(jī)構(gòu)，如單盤(pán)式、基圓杠桿式、靠模式等。其中以圓盤(pán)杠桿式應(yīng)用最廣，屬于這一類(lèi)的儀器有：Zeiss VG450、Carl Mahr 890和891S、MAAG SP60和HP100、大阪精機(jī)GC-4H和GC-6H以及哈爾濱量具刃具廠的3201等。對(duì)齒廓誤差測(cè)量而言，機(jī)械展成式測(cè)量技術(shù)僅限于漸開(kāi)線齒廓誤差測(cè)量。對(duì)非漸開(kāi)線齒輪的端面齒厚測(cè)量，采用展成法測(cè)量是很困難的，因?yàn)檎钩蓹C(jī)構(gòu)太復(fù)雜并缺乏通用性。對(duì)精確的螺旋展成機(jī)構(gòu)而言，主要采用正弦尺原理，只是如何將正弦尺的直線運(yùn)動(dòng)精確地轉(zhuǎn)換為被測(cè)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式各不相同，這種機(jī)構(gòu)在滾刀螺旋線測(cè)量上應(yīng)用最為典型，如德國(guó)Fette公司生產(chǎn)的UWM型滾動(dòng)測(cè)量?jī)x、Zeiss廠生產(chǎn)的萬(wàn)能滾動(dòng)測(cè)量?jī)x、前蘇聯(lián)BHИИ設(shè)計(jì)的萬(wàn)能型滾動(dòng)測(cè)量?jī)x、意大利Samputensili廠的SU-130型滾刀測(cè)量?jī)x、美國(guó)Michigan公司生產(chǎn)的萬(wàn)能滾刀測(cè)量?jī)x以及Klingelberg公司的PWF250/300等。70年代以前，機(jī)械展成式測(cè)量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)受了考驗(yàn)。盡管這樣，也存在一些不足之處：其測(cè)量精度仍依賴(lài)于展成機(jī)構(gòu)的精度，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，柔性較差，且測(cè)量一個(gè)齒輪需多臺(tái)儀器。迄今，基于這些技術(shù)的儀器仍是我國(guó)一些工廠檢驗(yàn)齒輪的常用手段。 

    1970年是齒輪測(cè)量技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)和齒輪測(cè)量機(jī)(中心)的出現(xiàn)解決了齒輪測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)難題，即在一臺(tái)儀器上快速獲取齒輪的全部誤差信息。這兩項(xiàng)技術(shù)雖然都基于現(xiàn)代光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，但走上了不同的技術(shù)路線。齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)是從綜合測(cè)量中提取單項(xiàng)誤差和其它有用信息。經(jīng)過(guò)30年的完善與推廣，齒輪整體誤差測(cè)量方法在我國(guó)已發(fā)展成為傳統(tǒng)元件的運(yùn)動(dòng)幾何測(cè)量法，其基本思想是將被測(cè)對(duì)象作為一個(gè)剛性的功能元件或傳動(dòng)元件與另一標(biāo)準(zhǔn)元件作嚙合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量嚙合運(yùn)動(dòng)誤差來(lái)反求被測(cè)量的誤差。運(yùn)動(dòng)幾何測(cè)量法的鮮明特點(diǎn)是形象地反映了齒輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程并精確地揭示了齒輪單項(xiàng)誤差的變化規(guī)律以及誤差間的關(guān)系，特別適合齒輪工藝誤差分析和動(dòng)態(tài)性能預(yù)報(bào)。采用這種方法的儀器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量效率高，適用于大批量生產(chǎn)中的零件檢測(cè)。典型儀器是成都工具研究所生產(chǎn)的CZ450齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x、CSZ500錐齒輪測(cè)量機(jī)和CQB700擺線齒輪測(cè)量?jī)x。而齒輪測(cè)量中心采用坐標(biāo)測(cè)量原理，實(shí)際上是圓柱(極)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，“坐標(biāo)測(cè)量”實(shí)質(zhì)是“模型化測(cè)量”。對(duì)齒輪而言，模型化的坐標(biāo)測(cè)量原理是將被測(cè)零件作為一個(gè)純幾何體(相對(duì)“運(yùn)動(dòng)幾何法”而言)，通過(guò)測(cè)量實(shí)際零件的坐標(biāo)值(直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)、極坐標(biāo)等)，并與理想形體的數(shù)學(xué)模型作比較，從而確定被測(cè)量的誤差。坐標(biāo)測(cè)量法的特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度很高。坐標(biāo)法測(cè)量齒輪的思想早已有之，如用萬(wàn)能工具顯微鏡與分度頭的組合也可用來(lái)測(cè)量齒輪。但是，這種靜態(tài)測(cè)量方式不僅效率低，且測(cè)量精度得不到保證�，F(xiàn)代光電技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件工程、精密機(jī)械等技術(shù)的發(fā)展才真正為坐標(biāo)測(cè)量法顯示其優(yōu)越性提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。迄今已有美國(guó)、德國(guó)、日本、瑞士、中國(guó)、意大利等幾個(gè)國(guó)家生產(chǎn)CNC齒輪測(cè)量中心，國(guó)外的典型產(chǎn)品是M＆M公司的3000系列、Klingelberg的P系列；國(guó)產(chǎn)的典型產(chǎn)品是成都工具研究所的CGW300臥式測(cè)量中心和哈爾濱量具刃具廠的3903型齒輪測(cè)量中心。