齒輪量儀的現(xiàn)狀與發(fā)展 (一)

齒輪量儀是一個內(nèi)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、蝸桿、齒輪刀具、傳動鏈的儀器涵蓋其中。齒輪種類繁多，幾何形狀復雜，表征其誤差的參數(shù)眾多。所以，齒輪量儀的品種也很多。 

    齒輪測量技術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件標志性事件： 

    (1)1923年，德國Zeiss公司在世界上首次研究成功一種稱為“Toooth Surface 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(jīng)過改進，Zeiss于1925年推出了實用性儀器，并投放市場。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，標志著齒輪精密測量的開始，在我國得到廣泛使用的VG450就是該儀器的改進型產(chǎn)品。 

    (2)50年代初，機械展成式萬能螺旋線標準儀的出現(xiàn)標志著全面控制齒輪質(zhì)量成為現(xiàn)實。 

    (3)1965年，英國的R·Munro博士研制成功光柵式單嚙儀，標志著高精度測量齒輪動態(tài)性能成為可能。 

    (4)1970年，以黃潼年為主的中國工程技術人員研制開發(fā)的齒輪整體誤差測量技術，標志著運動幾何法測量齒輪的開始。 

    (5)1970年，美國Fellow公司在芝加哥博覽會展出Microlog50，標志著數(shù)控齒輪測量中心開始投入使用。 

    (6)80年代末，日本大阪精機推出了基于光學全息原理的非接觸齒面分析機PS-35，標志著齒輪非接觸測量法的開始。 

    從整體上考察過去一個世紀齒輪測量技術的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 

    (1)在測量原理方面，實現(xiàn)了由“比較測量”到“嚙合運動測量”，直至“模型化測量”的發(fā)展； 

    (2)在實現(xiàn)測量原理的技術手段上，歷經(jīng)了“以機械為主”到“機電結(jié)合”，直至當今的“光—機—電”與信息技術綜合集成的演變； 

    (3)在測量結(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“計算機自動分析并將測量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。與此同時，齒輪量儀經(jīng)歷了從單品種單參數(shù)的儀器(典型儀器有單盤漸開線檢查儀)、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(典型儀器有齒輪測量中心)的演變。 

   70年代以前的近50年內(nèi)，世界上已開發(fā)出測量齒廓、螺旋線、齒距等基本參數(shù)的各種類型、各種規(guī)格的機械展成式儀器。這些儀器借助一些精密機構(gòu)形成指定標準運動，然后與被測量進行比較，從而獲得被測誤差的大小。世界上曾開發(fā)出多種機械式漸開線展成機構(gòu)，如單盤式、基圓杠桿式、靠模式等。其中以圓盤杠桿式應用最廣，屬于這一類的儀器有：Zeiss VG450、Carl Mahr 890和891S、MAAG SP60和HP100、大阪精機GC-4H和GC-6H以及哈爾濱量具刃具廠的3201等。對齒廓誤差測量而言，機械展成式測量技術僅限于漸開線齒廓誤差測量。對非漸開線齒輪的端面齒厚測量，采用展成法測量是很困難的，因為展成機構(gòu)太復雜并缺乏通用性。對精確的螺旋展成機構(gòu)而言，主要采用正弦尺原理，只是如何將正弦尺的直線運動精確地轉(zhuǎn)換為被測工件的回轉(zhuǎn)運動的方式各不相同，這種機構(gòu)在滾刀螺旋線測量上應用最為典型，如德國Fette公司生產(chǎn)的UWM型滾動測量儀、Zeiss廠生產(chǎn)的萬能滾動測量儀、前蘇聯(lián)BHИИ設計的萬能型滾動測量儀、意大利Samputensili廠的SU-130型滾刀測量儀、美國Michigan公司生產(chǎn)的萬能滾刀測量儀以及Klingelberg公司的PWF250/300等。70年代以前，機械展成式測量技術已經(jīng)發(fā)展成熟，并在生產(chǎn)實踐中經(jīng)受了考驗。盡管這樣，也存在一些不足之處：其測量精度仍依賴于展成機構(gòu)的精度，機械結(jié)構(gòu)復雜，柔性較差，且測量一個齒輪需多臺儀器。迄今，基于這些技術的儀器仍是我國一些工廠檢驗齒輪的常用手段。 

    1970年是齒輪測量技術的轉(zhuǎn)折點。齒輪整體誤差測量技術和齒輪測量機(中心)的出現(xiàn)解決了齒輪測量領域的一個難題，即在一臺儀器上快速獲取齒輪的全部誤差信息。這兩項技術雖然都基于現(xiàn)代光、機、電、計算機等技術，但走上了不同的技術路線。齒輪整體誤差測量技術是從綜合測量中提取單項誤差和其它有用信息。經(jīng)過30年的完善與推廣，齒輪整體誤差測量方法在我國已發(fā)展成為傳統(tǒng)元件的運動幾何測量法，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嚙合運動，通過測量嚙合運動誤差來反求被測量的誤差。運動幾何測量法的鮮明特點是形象地反映了齒輪嚙合傳動過程并精確地揭示了齒輪單項誤差的變化規(guī)律以及誤差間的關系，特別適合齒輪工藝誤差分析和動態(tài)性能預報。采用這種方法的儀器的優(yōu)點是測量效率高，適用于大批量生產(chǎn)中的零件檢測。典型儀器是成都工具研究所生產(chǎn)的CZ450齒輪整體誤差測量儀、CSZ500錐齒輪測量機和CQB700擺線齒輪測量儀。而齒輪測量中心采用坐標測量原理，實際上是圓柱(極)坐標測量機，“坐標測量”實質(zhì)是“模型化測量”。對齒輪而言，模型化的坐標測量原理是將被測零件作為一個純幾何體(相對“運動幾何法”而言)，通過測量實際零件的坐標值(直角坐標、柱坐標、極坐標等)，并與理想形體的數(shù)學模型作比較，從而確定被測量的誤差。坐標測量法的特點是通用性強，主機結(jié)構(gòu)簡單，測量精度很高。坐標法測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測量齒輪。但是，這種靜態(tài)測量方式不僅效率低，且測量精度得不到保證�，F(xiàn)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(fā)展才真正為坐標測量法顯示其優(yōu)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(chǎn)CNC齒輪測量中心，國外的典型產(chǎn)品是M＆M公司的3000系列、Klingelberg的P系列；國產(chǎn)的典型產(chǎn)品是成都工具研究所的CGW300臥式測量中心和哈爾濱量具刃具廠的3903型齒輪測量中心。