大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法
【專利摘要】一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置，包括驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)和定位的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，包括驅(qū)動指示器沿齒輪徑向運(yùn)動的徑向數(shù)控滑臺，包括驅(qū)動指示器沿齒輪軸向運(yùn)動的軸向數(shù)控滑臺，包括機(jī)床電氣裝置和數(shù)控系統(tǒng)，還包括與齒面觸碰的兩個千分表指示器。一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法，包括指示器的架設(shè)方法，包括測量齒面位置的步驟，包括單齒距偏差的計(jì)算步驟，包括齒距累積偏差的計(jì)算步驟。本發(fā)明完全基于齒輪加工機(jī)床已有的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，方法簡單可靠、操作方便，可以低成本高精度的完成齒距類誤差的測量。
【專利說明】大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪誤差測量領(lǐng)域，具體涉及一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型齒輪主要應(yīng)用于能源、交通、國防等重要領(lǐng)域，是風(fēng)力發(fā)電、大型水電站核電站、鍛壓設(shè)備和船舶上的傳動裝置的關(guān)鍵零部件。大型齒輪不僅加工制造困難，而且測量也是一個難題。由于尺寸較大難以找到合適的三坐標(biāo)測量儀或者齒輪測量中心進(jìn)行測量，而且存在測量和加工基準(zhǔn)難統(tǒng)一的問題，所以大型齒輪一般是采用在機(jī)測量方法進(jìn)行測量。
[0003]齒距誤差是齒輪的傳動誤差的一個重要指標(biāo)。一種在機(jī)測量齒距誤差的方法是使用轉(zhuǎn)臺將一個測針與每一個齒面觸碰，獲得每個齒面對應(yīng)的轉(zhuǎn)臺位置，再計(jì)算誤差。這種方法不僅存在加工和測量時(shí)轉(zhuǎn)臺分度誤差的耦合問題，而且由于大型齒輪的半徑放大作用，對轉(zhuǎn)臺的精度要求很高，一般機(jī)床難以達(dá)到。另一種在機(jī)測量方法是使用齒距比較儀，該儀器獨(dú)立于機(jī)床，售價(jià)昂貴，而且只能測量齒距偏差的相對值，無法測量齒距偏差的絕對值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法，本發(fā)明主要針對大型齒輪的單齒距偏、齒距累積偏差等齒距類偏差，提供在機(jī)測量裝置和方法。
[0005]本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明的測量精度不受轉(zhuǎn)臺精度的影響，基于齒輪加工機(jī)床已有的機(jī)械部分和數(shù)控系統(tǒng)，不需要額外的測控系統(tǒng)，測量成本低效率高，能夠測量齒距偏差的絕對值。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以在所有齒輪加工機(jī)床(滾齒機(jī)，銑齒機(jī)和磨齒機(jī)等)上使用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置，包括數(shù)控轉(zhuǎn)臺2、床身6、徑向數(shù)控滑臺3、軸向數(shù)控滑臺4和與齒面觸碰的指示器5，還包括電氣裝置及數(shù)控系統(tǒng)，齒輪I裝夾在數(shù)控轉(zhuǎn)臺2上，隨著數(shù)控轉(zhuǎn)臺2的C軸一起運(yùn)動，指示器5用磁性表座固定在軸向數(shù)控滑臺4上，隨著徑向數(shù)控滑臺3的X軸和軸向數(shù)控滑臺4的Z軸一起運(yùn)動，機(jī)床的X軸、Z軸和C軸運(yùn)動均由機(jī)床的電氣裝置和數(shù)控系統(tǒng)控制。
[0008]所述指示器5為兩個千分表。
[0009]本發(fā)明的一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法，
[0010]a)包括指示器5架設(shè)的步驟:
[0011]al、將兩個指示器5的測頭與相鄰?fù)瑐?cè)齒面相接觸，指示器5的測頭與齒面在齒面上大致相同的區(qū)域接觸；
[0012]a2、預(yù)估齒距累積偏差大小和轉(zhuǎn)臺定位精度，控制指示器有足夠的預(yù)壓縮量；
[0013]a3、與指示器5的測頭接觸的相鄰齒面大致處于過轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心并平行于徑向數(shù)控滑臺運(yùn)動方向的直線上；[0014]a4、指示器5的測頭觸碰的運(yùn)動方向大致垂直于齒輪的齒面；
[0015]b)包括測量齒面位置的步驟:
[0016]bl、依據(jù)步驟a中的要求架設(shè)好兩個指示器5，使指示器5的測頭和右齒面接觸，此時(shí)記錄轉(zhuǎn)臺的坐標(biāo)為C1，徑向數(shù)控滑臺坐標(biāo)為Xp
[0017]b2、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺2沿指示器5的測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器5脫開齒面。Cm=360/zg/8，mn為法面模數(shù)，β為分度圓螺旋角；
[0018]b3、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺2再沿指示器5的測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，兩個指示器5將會接觸齒面，記錄兩個表的讀數(shù)分別為V11K，V12e ;
[0019]b4、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺2沿指示器5的測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器5脫開齒面； [0020]b5、將徑向數(shù)控滑臺3沿遠(yuǎn)離齒輪軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器5退出齒槽，Xm=4*mn。
[0021]b6.、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺2正向旋轉(zhuǎn)角度360/zg，Zg為齒輪齒數(shù)；
[0022]b7、將徑向數(shù)控滑臺3沿靠近齒輪I軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器5進(jìn)入齒槽；
[0023]b8、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺2沿指示器5的測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器5接觸齒面。記錄兩個指示器的讀數(shù)分別為V21K，V22e ;
[0024]b9、重復(fù)步驟b3至步驟b8,記錄的指示器5讀數(shù)分別為vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg ；
[0025]blO、重復(fù)步驟bl至步驟b9，重新架表測量左齒面，測得指示器(5)讀數(shù)為VilL,
Vi2L, i —I) 2，…，Zg ;
[0026]c)包括單齒距偏差的計(jì)算步驟:
[0027]Cl、計(jì)算右齒面理論單齒距對應(yīng)的指示器讀數(shù)差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg ；
[0028]c2、計(jì)算右齒面單齒距偏差，fptiK=(vi2K-vilK-v21Q)/cos(P )，i=l, 2，“《zg, β 為齒輪分度圓螺旋角；
[0029]c3、重復(fù)步驟cl和步驟c2計(jì)算左齒面單齒距偏差fptiIj ；
[0030]d)包括齒距累積偏差的計(jì)算步驟:
[0031]dl、計(jì)算右齒面單齒距偏差，F(xiàn)piR=fptlR+fpt2R+…+fptiR, i=l, 2,..., zg-1 ；
[0032]d2、重復(fù)dl計(jì)算左齒面單齒距偏差FpiL。
[0033]所述步驟a2中預(yù)壓縮量大于齒距累積總偏差的3倍和轉(zhuǎn)臺定位精度對應(yīng)齒頂圓弧長的總和。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:
[0035]本發(fā)明的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法完全基于齒輪加工機(jī)床已有的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，低成本高精度的完成齒距類誤差的測量。
[0036]本發(fā)明的測量精度受到轉(zhuǎn)臺和徑向數(shù)控滑臺定位精度的影響小，普通機(jī)床的精度完全可以滿足測量要求。
[0037]本發(fā)明的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置和方法可以測量齒距偏差的絕對值，而不是相對值，測量結(jié)果更精確。
[0038]本發(fā)明的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法簡單可靠、裝置操作方便、自動化程度高，整個過程可以通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，操作者只需要讀數(shù)記錄即可。[0039]本發(fā)明的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法可以應(yīng)用于所有齒輪加工機(jī)床，具有應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明的在機(jī)測量裝置示意圖。
[0041]圖2為測量開始時(shí)指示器的架表方法示意圖。
[0042]圖3右齒面測量流程分步驟不意圖。
[0043]圖中:I為齒輪、2為數(shù)控轉(zhuǎn)臺、3為徑向數(shù)控滑臺、4為軸向數(shù)控滑臺、5為指示器、6為床身。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0045]圖1所示為在機(jī)齒距測量裝置示意圖，這個裝置由數(shù)控轉(zhuǎn)臺2、床身6、徑向數(shù)控滑臺3、軸向數(shù)控滑臺4、指示器5和電氣裝置及數(shù)控系統(tǒng)等組成。齒輪I裝夾在數(shù)控轉(zhuǎn)臺2上，隨著數(shù)控轉(zhuǎn)臺2的C軸一起運(yùn)動。指示器5用磁性表座固定在軸向數(shù)控滑臺4上，隨著徑向數(shù)控滑臺3的X軸和軸向數(shù)控滑臺4的Z軸一起運(yùn)動。機(jī)床的X軸、Z軸和C軸運(yùn)動均由機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)控制。
[0046]在測量開始前需要按照圖2所示方法架設(shè)指示器。為了提高測量精度，需要滿足的要求有:測頭與兩個齒面上大致相同的區(qū)域接觸；兩個測頭有足夠的預(yù)壓縮量，避免測量時(shí)出現(xiàn)測頭接觸不到齒面的情形；兩個初始接觸齒面關(guān)于機(jī)床中心線大致對稱分布；測頭與齒面觸碰時(shí)，測頭的運(yùn)動方向大致與齒面垂直。
[0047]然后通過編程G代碼數(shù)控程序，控制機(jī)床按照圖3所示的測量流程運(yùn)行，圖3中A、B、C分別表示3個相鄰的齒。測量流程如下:
[0048]bl.測量開始前按照圖2所示架設(shè)好兩個千分表指示器，使指示器的測頭和右齒面接觸。記錄此時(shí)轉(zhuǎn)臺的坐標(biāo)為C1，徑向數(shù)控滑臺坐標(biāo)為Xp
[0049]b2.轉(zhuǎn)臺沿測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器脫開齒面。Cffl=360/zg/8,mn為法面模數(shù)，β為分度圓螺旋角。
[0050]b3.轉(zhuǎn)臺再沿測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，兩個指示器將會接觸齒面，記錄兩個表的讀數(shù)分別為V11K，V12ro b2和b3是減少第一個測量值的隨機(jī)誤差。
[0051]b4.轉(zhuǎn)臺沿測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器脫開齒面。
[0052]b5.徑向數(shù)控滑臺沿遠(yuǎn)離齒輪軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器退出齒槽。Xm=4*mn。
[0053]b6.轉(zhuǎn)臺正向旋轉(zhuǎn)角度360/zg, zg為齒輪齒數(shù)。
[0054]b7.徑向數(shù)控滑臺沿靠近齒輪軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器進(jìn)入齒槽。
[0055]b8.轉(zhuǎn)臺沿測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器接觸齒面。記錄兩個指示器的讀數(shù)分別為 V21R，V22E°
[0056]然后重復(fù)步驟b4至步驟b8,記錄的指示器讀數(shù)分別為vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg。同樣的方法可以重新架設(shè)指示器測量左齒面，測得指示器讀數(shù)為Vily vi2L, i=l, 2，…，zg。
[0057]b8，記錄的指示器讀數(shù)分別為VilK，Vi2K，icl.先計(jì)算右齒面理論單齒距對應(yīng)的指示器讀數(shù)差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg。[0058]c2.然后計(jì)算右齒面單齒距偏差，fptiK=(vi2K-vilK-v21(l)/cos(3 )，i=l, 2，“《zg。β為齒輪分度圓螺旋角。
[0059]c3.重復(fù)cl和c2計(jì)算左齒面單齒距偏差fptiL。
[0060]dl.計(jì)算右齒面單齒距偏差，F(xiàn)piR=fptlR+fpt2R+…+fptiR, i=l, 2,..., zg_l。
[0061]d2.重復(fù)dl計(jì)算左齒面單齒距偏差FpiI；。
[0062]上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置，其特征是包括數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)、床身(6)、徑向數(shù)控滑臺(3)、軸向數(shù)控滑臺(4)和與齒面觸碰的指示器(5)，還包括電氣裝置及數(shù)控系統(tǒng)，齒輪(I)裝夾在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2 )上，隨著數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2 )的C軸一起運(yùn)動，指示器(5 )用磁性表座固定在軸向數(shù)控滑臺(4)上，隨著徑向數(shù)控滑臺(3)的X軸和軸向數(shù)控滑臺(4)的Z軸一起運(yùn)動，機(jī)床的X軸、Z軸和C軸運(yùn)動均由機(jī)床的電氣裝置和數(shù)控系統(tǒng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量裝置，其特征在于所述指示器(5)為兩個千分表。
3.一種大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法，其特征是: a)包括指示器(5)架設(shè)的步驟: al、將兩個指示器(5)的測頭與相鄰?fù)瑐?cè)齒面相接觸，指示器(5)的測頭與齒面在齒面上大致相同的區(qū)域接觸； a2、預(yù)估齒距累積偏差大小和轉(zhuǎn)臺定位精度，控制指示器有足夠的預(yù)壓縮量；a3、與指示器(5)的測頭接觸的相鄰齒面大致處于過轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心并平行于徑向數(shù)控滑臺運(yùn)動方向的直線上； a4、指示器(5)的測頭觸碰的運(yùn)動方向大致垂直于齒輪的齒面； b)包括測量齒面位置的步驟: bl、依據(jù)步驟a中的要求架設(shè)好兩個指示器(5)，使指示器(5)的測頭和右齒面接觸，此時(shí)記錄轉(zhuǎn)臺的坐標(biāo)為C1，徑向數(shù)控滑臺坐標(biāo)為Xp b2、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)沿指示器(5)的測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器(5)脫開齒面。Cm=360/zg/8，mn為法面模數(shù)，β為分度圓螺旋角； b3、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)再沿指示器(5)的測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，兩個指示器(5)將會接觸齒面，記錄兩個表的讀數(shù)分別為ν11κ，ν12Ε ； b4、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)沿指示器(5)的測頭遠(yuǎn)離齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器(5)脫開齒面； b5、將徑向數(shù)控滑臺(3)沿遠(yuǎn)離齒輪軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器(5)退出齒槽，Xm=4*mn。 b6.、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)正向旋轉(zhuǎn)角度360/zg，zg為齒輪齒數(shù)； b7、將徑向數(shù)控滑臺(3)沿靠近齒輪(I)軸線方向運(yùn)動距離Xm，指示器(5)進(jìn)入齒槽；b8、將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(2)沿指示器(5)的測頭靠近齒面方向旋轉(zhuǎn)角度Cm，使兩個指示器(5)接觸齒面。記錄兩個指示器的讀數(shù)分別為ν21κ，ν22Ε ； b9、重復(fù)步驟b3至步驟b8,記錄的指示器(5)讀數(shù)分別為vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg ；blO、重復(fù)步驟bl至步驟b9，重新架表測量左齒面，測得指示器(5)讀數(shù)為Vily vi2L,i=l, 2，…，zg ； c)包括單齒距偏差的計(jì)算步驟: Cl、計(jì)算右齒面理論單齒距對應(yīng)的指示器讀數(shù)差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg ； c2、計(jì)算右齒面單齒距偏差,fptiK=(vi2K-vilK-v21tl)/cos(P )，i=l, 2, ---zg, β 為齒輪分度圓螺旋角； c3、重復(fù)步驟cl和步驟c2計(jì)算左齒面單齒距偏差fptiIj ；d)包括齒距累積偏差的計(jì)算步驟:
dl、計(jì)算右齒面單齒距偏差，F(xiàn)piK=fptlK+fpt2K+…+fptiK, i=l, 2,..., zg-1 ；
d2、重復(fù)dl計(jì)算左齒面單齒距偏差FpiIj。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型齒輪齒距偏差在機(jī)測量方法，其特征是所述步驟a2中預(yù)壓縮量大于齒距累積 總偏差的3倍和轉(zhuǎn)臺定位精度對應(yīng)齒頂圓弧長的總和。
【文檔編號】B23Q17/20GK103769692SQ201410055490
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】張虎, 方成剛, 黃筱調(diào), 郭新宇 申請人:南京工業(yè)大學(xué), 南京工大數(shù)控科技有限公司