齒輪測量

     隨著我國汽車摩托車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽摩齒輪制造業(yè)也得到了空前快速的發(fā)展。盡快成為汽摩齒輪的全球制造與供應基地，是我國齒輪制造業(yè)的總體發(fā)展戰(zhàn)略，并已經(jīng)成為我國眾多齒輪制造商的共識。航空航天工業(yè)的崛起、造船業(yè)的興盛、機械裝備制造業(yè)的復蘇以及IT行業(yè)的快速發(fā)展，都對齒輪制造業(yè)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(yè)、股份公司還是民營企業(yè)，齒輪制造商在擴大齒輪產(chǎn)量、品種的同時，更加注重提高齒輪制造質(zhì)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；強化并提高齒輪制造全過程的測量與監(jiān)控技術水平獲得了空前的重視，并成為確保齒輪質(zhì)量的一個關鍵。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的齒輪測量技術和儀器，滿足我國齒輪制造質(zhì)量檢測的迫切需要，提高國產(chǎn)齒輪儀器在國內(nèi)市場的占有率，是我國齒輪測量儀器制造業(yè)當前所面臨的一項重要而緊迫的任務。

（1）齒輪單項幾何形狀誤差測量技術

     它采用坐標式幾何解析測量法，將齒輪作為一個具有復雜形狀的幾何實體，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(shù)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(xù)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(shù)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。近年來由于坐標測量技術、傳感器技術、計算機技術的發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)處理軟件功能的增強，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(yōu)點是便于對齒輪（尤其是首件）加工質(zhì)量進行分析和診斷、對機床加工工藝參數(shù)進行再調(diào)整；儀器可借助于樣板進行校正，實現(xiàn)基準的傳遞。

（2）齒輪綜合誤差測量技術

    它采用嚙合滾動式綜合測量法，把齒輪作為一個回轉運動的傳動元件，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(fā)揮齒輪雙面嚙合測量技術的質(zhì)量監(jiān)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(fā)展。綜合運動偏差測量的優(yōu)點是測量速度快，適合批量產(chǎn)品的質(zhì)量終檢，便于對齒輪加工工藝過程進行及時監(jiān)控。儀器可借助于標準元件（如標準齒輪）進行校驗，實現(xiàn)基準的傳遞。上述兩項測量技術基于傳統(tǒng)的齒輪精度理論，然而隨著對齒輪質(zhì)量檢測要求的不斷增加和提高，這些傳統(tǒng)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

    它所基于的齒輪整體誤差理論，是由我國機床工具行業(yè)、尤其是成都工具研究所的科研技術人員共同努力創(chuàng)建和不斷完善的一種新型齒輪測量理論。把齒輪作為一個用于實現(xiàn)傳動功能的幾何實體,或采用坐標式幾何解析法對其單項幾何精度進行測量,并按齒輪嚙合傳動順序和位置,集成為一條“靜態(tài)”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，采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(jīng)過運算和數(shù)據(jù)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(qū)狀態(tài)，從而能更全面、準確的評定齒輪質(zhì)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(tǒng)齒輪測量技術的繼承和發(fā)展。尤其是采用單面嚙合、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(tài)的特點，特別適合批量產(chǎn)品齒輪精度的檢測與質(zhì)量的控制。在汽車齒輪要求100%全部檢測的態(tài)勢下，這種由我國首先開發(fā)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(fā)的錐齒輪整體誤差測量技術曾于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，采用了完全類同的技術。 當前齒輪制造業(yè)的一個發(fā)展趨勢，是將齒輪測量技術和齒輪設計、加工制造進行集成，實現(xiàn)齒輪制造信息的融合及CAD/CAM/CAT的集成，從而構建一個先進的齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)（由于通常由數(shù)字化信息來實現(xiàn)，可稱為數(shù)字化閉環(huán)制造系統(tǒng)）。美國GLEASON和德國KLINGELNBERG開發(fā)的錐齒輪閉環(huán)制造技術和系統(tǒng)是個典型實例。 此外，在儀器測量形態(tài)和檢測系統(tǒng)方面，現(xiàn)代齒輪測量技術還有如下的進展。

（4）齒輪在機測量技術

    該技術近年來有了較快的發(fā)展，是一個重要發(fā)展趨勢。直接將齒輪測量裝置集成于齒輪加工機床，齒輪試切或加工后不用拆卸，立即在機床上進行在機測量，根據(jù)測量結果對機床（或滾輪）參數(shù)及時調(diào)整修正（主要針對磨齒）。這對于成形磨齒加工和大齒輪磨齒加工而言，在提高生產(chǎn)效率、降低成本方面，尤其具有重要意義。德國KAPP廠的數(shù)控磨齒機就是一個典型代表。CNC齒輪加工機床的迅速發(fā)展，為推動齒輪在機測量技術的應用和發(fā)展提供了可靠的工作平臺。? 由于對大批量生產(chǎn)的汽車轎車齒輪質(zhì)量要求的提高，齒輪在線測量分選技術的應用已是必不可少。上海汽車齒輪廠近年首次從美國ITW公司引進了該項技術和相應儀器裝備，取得了預期效果，據(jù)稱還將陸續(xù)購進該類檢測儀器。

（5）齒輪激光測量技術

    通常是指在齒輪的幾何尺寸和形狀位置精度的測量中，采用了激光技術，包括采用激光測長系統(tǒng)（如采用雙頻激光干涉儀作為齒輪測量儀器的長度基準或傳感器）、激光測量頭系統(tǒng)（如采用非接觸點反射式激光測量頭作為齒輪誤差的檢測傳感器）、以及激光全息式齒輪測量系統(tǒng)（如采用激光全息技術對齒輪的齒面幾何形狀誤差進行測量的系統(tǒng)）等。由于激光是長度溯源基準，不少高精度齒輪計量系統(tǒng)或齒輪測量基準儀器，采用激光測量系統(tǒng)作為其長度坐標測量系統(tǒng)。美國FELLOWS廠70年代開發(fā)的MICROLOG60就是一個實例。加拿大溫莎精密測量儀器廠在80年代初生產(chǎn)的齒輪測量儀器就采用了非接觸點反射式激光測量頭，可用于測量塑料制成的軟齒面齒輪。近年來，齒輪激光測量技術在日本倍受重視，并逐步完善成為產(chǎn)品推向市場。日本AMTEC公司的G3齒輪測量系統(tǒng)，采用的是CONO激光測量頭，齒輪回轉，測頭位置相應變化，測出齒輪的截面形狀。大阪精機開發(fā)的激光齒輪測量儀，采用激光全息技術，用光干涉法對被測齒輪的全齒面形狀進行精度測量。