齿轮测量仪与齿轮测量技术的发展

时间:07-12    发布者:西格传动


        按照齿轮设计图样加工后得到的齿轮工件,为判断其是否符合相应的齿轮精度标准要求并给质量是否合格的过程称为齿轮测量或齿轮检验。这种检验是齿轮的终结检验(验收检验)。


        齿轮的另一种检验形式称为工艺检验。它是指在齿轮的加工过程中检验,其目的是为了揭露仑在加工过程中产生误差的根源,评定机床一刀具一夹具一工件系统的精度,改进齿轮加工质量。


        齿轮检验所使用的量具或仪器统称为齿轮量仪。


        齿轮量仪的发展历程一直是与齿轮啮合理论的深人与进步以及齿轮精度理论的进展相辅相成的。齿轮精度理论的发展又推动了齿轮测量技术和齿轮量仪的发展和进步。


        回顾齿轮精度的历史可知,齿轮精度理论自从1765年 L . Enler 将渐开线应用于齿轮传动后,迄今为止经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮动力学理论目前还在进一步探索中。第一种理论把齿轮看做纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描绘,实际曲面上点的实际位置和理论位置的偏离即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看做刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中通过啮合线方向影响其传动特性,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看做弹性体,对轮齿齿廓故意地进行修形,使其按一定规律偏离理论渐开线齿形,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳的动态性能,由此形成了齿轮动态精度的新概念,如传动误差、设计齿廓的引人就是很好的例证。由于齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新;反过来齿轮测量技术的发展,也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑。

齿轮测量仪与齿轮测量技术的发展(图1)

        追溯齿轮量仪的发展历程,到今天算来,已有近百年的历史。


        作为齿轮量仪的中小型量具,瑞士的马格( MAAG )公司于1922年研制出周节仪,1926年制成了手提式基节仪。1923年德国的蔡司( Zeiss )公司在世界上首次研制成功机被展成式,基圆直径可以任意调节的万能渐开线检查仪,并于1925年正式投人市场。该仪器调整被测齿轮基圆直径的长度基准采用的是光学玻璃线纹尺,刻线间距为 I mm ,由于采用于阿基来德螟旋线读数装置,其分度值为1um,因此基圆直径调整精度达到微米级。后来,该类型仪器的改进型一VG450型万能渐开线检查仪开始销往世界各国。


        20世纪50年代初,德国蔡司公司又推出了机械展成式万能螺旋线检査仪,标志着全面控制齿轮质量成为现实。


        1965年英国研制出了光栅式单啮仪,标志着高精度测量齿轮动态误差成为可能。


        1970年以我国成都工具研究所齿轮专家黄潼年为首的课題组研发出了齿轮整体误差测量技术,标志着运动几何法测量齿轮的开始。黄潼年在1973年发表在《中国科学》第4期上的《齿轮的动态全误差曲线及其测量方法》,在国内外引起了不小的震动,并从此开启了在国内外研究齿轮动态误差的测量热潮。随后我国的成都工具研究所生产的CZ450型齿轮整体误差测量仪、CSZ500型锥齿轮测量机和CQB700型摆线齿轮测量仪相继推向市场,其中锥齿轮整体误差测量技术专利已经转让到德国,德国也开发了圆柱齿轮整体误差测量技术及其仪器。


        1970年,美国 Eelows 公司研制出Mierolog50,并在芝加哥博览会展出,标志着数控齿轮测量中心的开始。


        20世纪80年代末,日本大阪精机推出了基于光学全息原理的非接触点面分析机 FS -35,标志着齿轮非接触测量法的开始。


        CNC 坐标测量技术是1959年夏季在法国巴黎召开的国际机床博览会上由英国 Ferranti 公司首先提出的。这一概念的提出是对传统测量概念的重大突破,其重要意义在于把测量概念的理解从单纯的“比较测量”引申到“模型化测量”的新领域。


       齿轮 CNC 坐标测量技术的基本原理起源于20世纪70年代的电子展成技术。它是通过由计算机、控制器、伺服驱动装置及传动装置组成的展成系统,形成齿席线、螺旋线等的特定曲线电子展成法一般是按被测齿轮的理论方程进行控制的。进人20世纪90年代以后, CNC 齿轮测量技术出现了跟踪测量法,如测头跟踪法就是在测量过程中根据测头的示值对相应坐标轴的测量位置进行调节,测头跟踪被测齿面运动,从而实现对齿轮的精确测量。


       最近几十年来, CNC 坐标测量法成为齿轮测量技术的世界性的主要潮流,它在齿轮刀具、蜗轮蜗杆、锥齿轮、小模数齿轮、大齿轮和齿轮在线测量方面得到了广泛的应用,与之相配套的齿轮测量中心在国内外能有几十种、上百种之多(详见后面的资料)。概括起来,在过去的一个世纪里,齿轮测量技术的发展可以总结为三个方向。首先在测量原理方面,实现了由“比较测量”到“啮合运动的测量”再到“模型化测量”的发展。在实现测量原理的技术手段上,经历了“以机械为主”到“机电结合”,直至当今的“光﹣机﹣电”与“信息技术”综合集成的演变。在测量结果的获得方面,历经了从“用肉眼从指示表读取”到“记录器记录加工读取”,直到“计算机自动分析并将测试结果反馈到制造系统”的飞跃。


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