齿轮测量技术与仪器的发展.doc

齿轮测量技术与仪器的发展开发具有自主知识产权的齿轮测量技术和仪器，满足我国齿轮制造质量检测的迫切需要, 提高国产齿轮仪器在国内市场的占有率，是我国齿轮测量仪器制造业当前所面临的一项 重要而紧迫的任务1齿轮测量技术的发展齿轮测量技术的发展已有近百年的历史对应于齿轮精度标准，可将现代齿轮测量技术 归纳为如下三种类型：1、齿轮单项几何形状误差测量技术它采用坐标式几何解析测量法，将齿轮作为一个具有复杂形状的几何实体，在所建立的 测量坐标系（直角坐标系、极坐标系或圆柱坐标系）上，按照设计几何参数对齿轮齿面 的几何形状偏差进行测量测量方式主要有两种：离散坐标点测量方式和连续几何轨迹 点扫描（如展成）测量方式所测得的齿轮误差是被测齿轮齿面上被测点的实际位置坐 标（实际轨迹或形状）和按设计参数所建立的理想齿轮齿面上相应点的理论位置坐标（理 论轨迹或形状）之间的差异，通常也就是和几何坐标式齿轮测量仪器对应测量运动所形 成的测量轨迹之间的差异测量的误差项目是齿轮的单项几何偏差，以齿廓、齿向和齿 距等三项基本偏差为主近年来由于坐标测最技术、传感器技术、计算机技术的发展, 尤其是数据处理软件功能的增强，三维齿面形貌偏差、分解齿轮单项几何偏差和频谱分 析等误差项目的测量得到了推广。

单项几何偏差测量的优点是便于对齿轮（尤其是首件） 加工质量进行分析和诊断、对机床加工工艺参数进行再调整；仪器可借助于样板进行校 正,实现基准的传递2、 齿轮综合误差测量技术它采用啮合滚动式综合测量法，把齿轮作为一个回转运动的传动元件，在理论安装中心 距下，和测量齿轮啮合滚动，测量其综合偏差综合测量又分为齿轮单面啮合测量，用 以检测齿轮的切向综合偏差和单齿切向综合偏差；以及齿轮双面啮合测量，用以检测齿 轮的径向综合偏差和单齿径向综合偏差为了更有效地发挥齿轮双面啮合测量技术的质 量监控作用，增加了偏差的频谱分析测量项目;近年来还从径向综合偏差中分解岀径向综 合螺旋角偏差和径向综合齿向锥度偏差这是齿轮径向综合测量技术中的一个新发展综合运动偏差测量的优点是测量速度快，适合批量产品的质量终检，便于对齿轮加工工 艺过程进行及时监控仪器可借助于标准元件（如标准齿轮）进行校验,实现基准的传 递上述两项测量技术基于传统的齿轮精度理论，然而随着对齿轮质量检测要求的不断 增加和提高，这些传统的齿轮测冕技术也在不断细化、丰富、更新、提高3、 齿轮整体误差测量技术它所基于的齿轮整体误差理论，是由我国机床工具行业、尤其是成都工具研究所的科研 技术人员共同努力创建和不断完善的一种新型齿轮测量理论。

把齿轮作为一个用于实现 传动功能的几何实体,或采用坐标式几何解析法对其单项几何精度进行测量，并按齿轮 啮合传动顺序和位置,集成为一条"静态"齿轮整体误差曲线；或按单面啮合综合测量 方式，使用特殊测量齿轮，采用滚动点扫描测量法对其进行测量，得到齿轮"运动"整 体误差曲线上述两种齿轮整体误差曲线，经过运算和数据处理，都可以得到齿轮综合 运动偏差、各单项几何偏差、三维齿面形貌偏差，以及接触区状态，从而能更全面、准 确的评定齿轮质量和齿轮加工工艺的分析和诊断齿轮整体误差测量技术是对传统齿轮 测量技术的继承和发展尤其是采用单面啮合、滚动点扫描测量的齿轮整体误差测量技 术更具有测量信息丰富、测量速度快、测量精度更接近使用状态的特点,特别适合批量 产品齿轮精度的检测与质量的控制在汽车齿轮要求100%全部检测的态势下，这种由 我国首先开发出来的齿轮整体误差测量技术得到了重视和推广，其中，成都工具研究所 开发的锥齿轮整体误差测量技术曾于90年代转让给德国KLINGELNBERG公司德国 FRENCO公司近年推向市场的齿轮单面啮合滚动点扫描测量仪器，采用了完全类同的技 术当前齿轮制造业的一个发展趋势，是将齿轮测量技术和齿轮设计、加工制造进行集成， 实现齿轮制造信息的融合及CAD/CAM/CAT的集成，从而构建一个先进的齿轮闭环制造 系统（由于通常由数字化信息来实现，可称为数字化闭环制造系统）。

美国GLEASON 和德国KLINGELNBERG开发的锥齿轮闭环制造技术和系统是个典型实例此外，在仪器测最形态和检测系统方面，现代齿轮测量技术还有如下的进展4、齿轮在机测量技术 该技术近年来有了较快的发展，是一个重要发展趋势直接将齿轮测量装置集成于齿轮 加工机床，齿轮试切或加工后不用拆卸，立即在机床上逬行在机测量，根据测量结果对 机床（或滚轮）参数及时调整修正（主要针对磨齿）这对于成形磨齿加工和大齿轮磨 齿加工而言，在提高生产效率、降低成本方面,尤其具有重要意义德国KAPP厂的数 控磨齿机就是一个典型代表CNC齿轮加工机床的迅速发展，为推动齿轮在机测量技术 的应用和发展提供了可靠的工作平台由于对大批量生产的汽车轿车齿轮质量要求的提高，齿轮测量分选技术的应用已是 必不可少上海汽车齿轮厂近年首次从美国ITW公司引进了该项技术和相应仪器装备, 取得了预期效果,据称还将陆续购进该类检测仪器5、齿轮激光测量技术通常是指在齿轮的几何尺寸和形状位置精度的测量中,采用了激光技术,包括采用激光 测长系统（如采用双频激光干涉仪作为齿轮测量仪器的长度基准或传感器）、激光测量 头系统（如采用非接触点反射式激光测量头作为齿轮误差的检测传感器）、以及激光全 息式齿轮测量系统（如采用激光全息技术对齿轮的齿面几何形状误差进行测量的系统） 等。

由于激光是长度溯源基准，不少高精度齿轮计量系统或齿轮测量基准仪器，采用激 光测最系统作为其长度坐标测量系统美国FELLOWS厂70年代开发的MICROLOG60 就是一个实例加拿大温莎精密测量仪器厂在80年代初生产的齿轮测量仪器就采用了 非接触点反射式激光测最头，可用于测量塑料制成的软齿面齿轮近年来，齿轮激光测 量技术在日本倍受重视,并逐步完善成为产品推向市场日本AMTEC公司的G3齿轮 测量系统，采用的是CONO激光测量头，齿轮回转，测头位置相应变化，测出齿轮的截 面形状大阪精机开发的激光齿轮测量仪，采用激光全息技术，用光干涉法对被测齿轮 的全齿面形状进行精度测量呂齿轮测量仪器的发展为了正确测量和评定产品质量，齿轮测量仪器通常应按照我国国家标准 GB/T10095-2001 （等同于ISO1328 : 1997 ）的渐开线圆柱齿轮精度标准所规定的精度 项目、精度评定方法以及规定的公差，对产品齿轮进行快速、高效、可靠的测量由于 市场（如汽车行业）对齿轮测量不断提出新的更高要求，因此齿轮测量精度项目也应不 断有所发展，齿轮测量仪器也应有所创新，使测量功能不断增强，以满足新的需求齿轮测量仪器通常由仪器主机、坐标或位移传感器、测头装置、测量拖板数控驱动系统、测量系统电气装置与接口，以及计算机等主要部分组成。

随着关键精密零部件生产专业 化、标准化、模块化,尤其是近年来信息技术、计算机技术、精密机械制造技术以及精 密测量技术的发展，推动了齿轮测量仪器的硏制与开发新的控制软件和测量软件的开 发显得更为重要1. CNC齿轮测量中心CNC齿轮测量中心是信息技术、计算机技术和数控技术在齿轮测量仪器上集成应用的结晶,是坐标式齿轮测量仪器发展中的一个里程碑该仪器实质上是含有一个回转角坐标 的四坐标测量机一一圆柱坐标测噩机，主要用于齿轮单项几何精度的检测，也可用于（静 态）齿轮整体误差的测量近年来，国产CNC齿轮测最中心有了长足的发展，哈尔滨量具刃具厂、哈尔滨精达公司 都先后成功开发出了系列产品哈量的3903A齿轮测量中心，经过几年努力，仪器精度 和测量速度据称已达到或接近KLINGELNBERG公司产品的先进水平精达公司作为后 起之秀，发展引人瞩目，其JD、JDS系列齿轮测量中心，目前在国内产品中销量最多 国产齿轮测量中心的质量和性能不断提高，已经具有和国外产品竞争的能力不过在仪 器精度、稳定性，尤其在测量软件（如弧锥齿轮的测量软件）、仪器故障诊断功能等方 面,和国外还有一定差距令人欣慰的是国内齿轮量仪制造商已有共识,已联合高校院 所协同攻关努力缩小差距；随着性价比的迅速提高，参与市场竞争能力的增强，国产齿 轮测量中心的发展前景看好，在国内市场所占比重将会越来越大。

2、齿轮啮合检查仪（1）齿轮单面啮合滚动点扫描测量仪这类仪器在我国曾得到大力开发与生产，特别适合摩托车汽车齿轮批量生产现场的质最 检测和生产工艺监控成都工具研究所研制的CNC蜗杆式齿轮整体误差测量仪是一个典 型实例，至今已在国内市场销售200余台，少量销往国外它的特点是采用跳牙磨薄测 量蜗杆与被测齿轮啮合，对齿轮齿面进行滚动点扫描测量测量信息丰富，测量效率高2) 齿轮双面啮合检查仪近年来,由于计算机、精密光栅传感器以及数控技术的应用，传统的齿轮双面啮合检查 仪经过技术改造提升,整体水平有了质的改变，分析功能增强哈尔滨量具刃具厂的智 能双面啮合齿轮测量仪配备了笔记本电脑、长、圆光栅传感器、直流伺服电机和单片机 数据采集，能对齿轮的径向综合偏差、一齿径向综合偏差、径向跳动等进行测量外,还 能对毛刺、划伤、磕碰等缺陷进行判定随着信息产业的发展，信息、办公机器以及照 像机、玩具行业等用小模数齿轮(尤其是塑料齿轮)产量大增，质量要求也越来越高, 小型齿轮双面啮合检查仪市场需求相应增加3) 齿轮单面啮合检查仪齿轮单面啮合检查仪又称为齿轮副传动精度检查仪或齿轮滚动检验机典型实例是美国 GLEASON公司的凤凰HCT500.德国KLINGELNBERG公司的GKC60 CNC锥齿轮滚动 检验机。

它装有高精度圆光栅，可以测量锥齿轮、圆柱齿轮副的传动精度一一切向综合 偏差，以及加载加速时的三维结构噪音分析、齿面接触斑点，用以评定传动副配对质量 我国原内江机床厂最近与重庆大学合作，成功硏制出国产CNC锥齿轮滚动检验机，为赶 超国外先进水平做出了贡献3、齿轮测量分选机 这类仪器主要应用于批量生产汽车轿车齿轮质量的最终检测，以保证齿轮变速箱的装配 总成质量由英国MOORE公司制造、美国ITW出产的齿轮自动分选机，实质上是 一种改型的齿轮双面啮合检测分选机除了能测量齿轮径向综合偏差、齿厚、齿轮 加工毛刺及磕碰缺陷以外，由于配备了特殊的二维齿向测量机构，仪器还能测量双啮齿 向偏差和双啮齿向锥度偏差等齿轮误差该仪器适用于车间现场,能满足批量生产汽车 齿轮100%的检测和自动分选的要求该机测量速度快,每小时可测300- 600个 齿轮；使用不同的工装夹具，可分别对内、外齿轮，盘、轴齿轮进行测量；配有计算机 数据处理系统和SPC统计分析软件,能对齿轮加工过程和工艺状况进行监测和预报；此 外，它还具有仪器自身故障自动诊断功能4、激光齿轮测量仪有关激光齿轮测量仪，近年日本报道较多大阪精机近年开发用于基准传递、渐开线样 板检测的CNC高精度齿轮测量仪，采用了高精度气浮主轴,气浮导轨，高精度长、圆编 码器的同时，还采用了激光测长系统进行齿面精度检测。

据报道仪器测量精度（重复精 度）0.2~ 0.3pm日本AMTEC公司的G3-SYSTEM 50非接触式齿轮测量仪采用了激 光全息技术，实现了精确、高速测量该仪器是一台由伺服电机驱动X、Y、Z、C轴运 动的四轴（圆柱）坐标测量机仪器配置了 CONOPROBE激光全息测量头,当其物镜 为HD25mm时，测头的绝对精度< lpnn ,重复性lo<0.2pnn ,工作区域为0.65mnn 该仪器可测量渐开线直、斜齿轮和花键、螺纹等，今后还将可以测量蜗杆、伞齿轮等齿轮模数小至0.1mm ,直径50mm ,齿宽0.1~ 100mm ,齿数4~ 200由于采用 激光非接触测冕方式,仪器可以测量齿面上非渐开线齿根部分几何形状,专门开发的仿 真软件可以模拟求得被测齿轮与其配对齿轮啮合时的传动误。