大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法
【专利摘要】一种大型齿轮齿距偏差在机测量装置，包括驱动齿轮旋转和定位的数控转台，包括驱动指示器沿齿轮径向运动的径向数控滑台，包括驱动指示器沿齿轮轴向运动的轴向数控滑台，包括机床电气装置和数控系统，还包括与齿面触碰的两个千分表指示器。一种大型齿轮齿距偏差在机测量方法，包括指示器的架设方法，包括测量齿面位置的步骤，包括单齿距偏差的计算步骤，包括齿距累积偏差的计算步骤。本发明完全基于齿轮加工机床已有的机械结构和控制系统，方法简单可靠、操作方便，可以低成本高精度的完成齿距类误差的测量。
【专利说明】大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于齿轮误差测量领域，具体涉及一种大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法。
【背景技术】
[0002]大型齿轮主要应用于能源、交通、国防等重要领域，是风力发电、大型水电站核电站、锻压设备和船舶上的传动装置的关键零部件。大型齿轮不仅加工制造困难，而且测量也是一个难题。由于尺寸较大难以找到合适的三坐标测量仪或者齿轮测量中心进行测量，而且存在测量和加工基准难统一的问题，所以大型齿轮一般是采用在机测量方法进行测量。
[0003]齿距误差是齿轮的传动误差的一个重要指标。一种在机测量齿距误差的方法是使用转台将一个测针与每一个齿面触碰，获得每个齿面对应的转台位置，再计算误差。这种方法不仅存在加工和测量时转台分度误差的耦合问题，而且由于大型齿轮的半径放大作用，对转台的精度要求很高，一般机床难以达到。另一种在机测量方法是使用齿距比较仪，该仪器独立于机床，售价昂贵，而且只能测量齿距偏差的相对值，无法测量齿距偏差的绝对值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法，本发明主要针对大型齿轮的单齿距偏、齿距累积偏差等齿距类偏差，提供在机测量装置和方法。
[0005]本发明的突出优点在于:本发明的测量精度不受转台精度的影响，基于齿轮加工机床已有的机械部分和数控系统，不需要额外的测控系统，测量成本低效率高，能够测量齿距偏差的绝对值。本发明应用范围广，可以在所有齿轮加工机床(滚齿机，铣齿机和磨齿机等)上使用。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]本发明的一种大型齿轮齿距偏差在机测量装置，包括数控转台2、床身6、径向数控滑台3、轴向数控滑台4和与齿面触碰的指示器5，还包括电气装置及数控系统，齿轮I装夹在数控转台2上，随着数控转台2的C轴一起运动，指示器5用磁性表座固定在轴向数控滑台4上，随着径向数控滑台3的X轴和轴向数控滑台4的Z轴一起运动，机床的X轴、Z轴和C轴运动均由机床的电气装置和数控系统控制。
[0008]所述指示器5为两个千分表。
[0009]本发明的一种大型齿轮齿距偏差在机测量方法，
[0010]a)包括指示器5架设的步骤:
[0011]al、将两个指示器5的测头与相邻同侧齿面相接触，指示器5的测头与齿面在齿面上大致相同的区域接触；
[0012]a2、预估齿距累积偏差大小和转台定位精度，控制指示器有足够的预压缩量；
[0013]a3、与指示器5的测头接触的相邻齿面大致处于过转台回转中心并平行于径向数控滑台运动方向的直线上；[0014]a4、指示器5的测头触碰的运动方向大致垂直于齿轮的齿面；
[0015]b)包括测量齿面位置的步骤:
[0016]bl、依据步骤a中的要求架设好两个指示器5，使指示器5的测头和右齿面接触，此时记录转台的坐标为C1，径向数控滑台坐标为Xp
[0017]b2、将数控转台2沿指示器5的测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器5脱开齿面。Cm=360/zg/8，mn为法面模数，β为分度圆螺旋角；
[0018]b3、将数控转台2再沿指示器5的测头靠近齿面方向旋转角度Cm，两个指示器5将会接触齿面，记录两个表的读数分别为V11K，V12e ;
[0019]b4、将数控转台2沿指示器5的测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器5脱开齿面； [0020]b5、将径向数控滑台3沿远离齿轮轴线方向运动距离Xm，指示器5退出齿槽，Xm=4*mn。
[0021]b6.、将数控转台2正向旋转角度360/zg，Zg为齿轮齿数；
[0022]b7、将径向数控滑台3沿靠近齿轮I轴线方向运动距离Xm，指示器5进入齿槽；
[0023]b8、将数控转台2沿指示器5的测头靠近齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器5接触齿面。记录两个指示器的读数分别为V21K，V22e ;
[0024]b9、重复步骤b3至步骤b8,记录的指示器5读数分别为vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg ；
[0025]blO、重复步骤bl至步骤b9，重新架表测量左齿面，测得指示器(5)读数为VilL,
Vi2L, i —I) 2，…，Zg ;
[0026]c)包括单齿距偏差的计算步骤:
[0027]Cl、计算右齿面理论单齿距对应的指示器读数差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg ；
[0028]c2、计算右齿面单齿距偏差，fptiK=(vi2K-vilK-v21Q)/cos(P )，i=l, 2，“《zg, β 为齿轮分度圆螺旋角；
[0029]c3、重复步骤cl和步骤c2计算左齿面单齿距偏差fptiIj ；
[0030]d)包括齿距累积偏差的计算步骤:
[0031]dl、计算右齿面单齿距偏差，FpiR=fptlR+fpt2R+…+fptiR, i=l, 2,..., zg-1 ；
[0032]d2、重复dl计算左齿面单齿距偏差FpiL。
[0033]所述步骤a2中预压缩量大于齿距累积总偏差的3倍和转台定位精度对应齿顶圆弧长的总和。
[0034]本发明的有益效果是:
[0035]本发明的大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法完全基于齿轮加工机床已有的机械结构和控制系统，低成本高精度的完成齿距类误差的测量。
[0036]本发明的测量精度受到转台和径向数控滑台定位精度的影响小，普通机床的精度完全可以满足测量要求。
[0037]本发明的大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法可以测量齿距偏差的绝对值，而不是相对值，测量结果更精确。
[0038]本发明的大型齿轮齿距偏差在机测量方法简单可靠、装置操作方便、自动化程度高，整个过程可以通过数控系统实现，操作者只需要读数记录即可。[0039]本发明的大型齿轮齿距偏差在机测量方法可以应用于所有齿轮加工机床，具有应用范围广的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明的在机测量装置示意图。
[0041]图2为测量开始时指示器的架表方法示意图。
[0042]图3右齿面测量流程分步骤不意图。
[0043]图中:I为齿轮、2为数控转台、3为径向数控滑台、4为轴向数控滑台、5为指示器、6为床身。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图对本发明作进一步描述:
[0045]图1所示为在机齿距测量装置示意图，这个装置由数控转台2、床身6、径向数控滑台3、轴向数控滑台4、指示器5和电气装置及数控系统等组成。齿轮I装夹在数控转台2上，随着数控转台2的C轴一起运动。指示器5用磁性表座固定在轴向数控滑台4上，随着径向数控滑台3的X轴和轴向数控滑台4的Z轴一起运动。机床的X轴、Z轴和C轴运动均由机床的数控系统控制。
[0046]在测量开始前需要按照图2所示方法架设指示器。为了提高测量精度，需要满足的要求有:测头与两个齿面上大致相同的区域接触；两个测头有足够的预压缩量，避免测量时出现测头接触不到齿面的情形；两个初始接触齿面关于机床中心线大致对称分布；测头与齿面触碰时，测头的运动方向大致与齿面垂直。
[0047]然后通过编程G代码数控程序，控制机床按照图3所示的测量流程运行，图3中A、B、C分别表示3个相邻的齿。测量流程如下:
[0048]bl.测量开始前按照图2所示架设好两个千分表指示器，使指示器的测头和右齿面接触。记录此时转台的坐标为C1，径向数控滑台坐标为Xp
[0049]b2.转台沿测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器脱开齿面。Cffl=360/zg/8,mn为法面模数，β为分度圆螺旋角。
[0050]b3.转台再沿测头靠近齿面方向旋转角度Cm，两个指示器将会接触齿面，记录两个表的读数分别为V11K，V12ro b2和b3是减少第一个测量值的随机误差。
[0051]b4.转台沿测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器脱开齿面。
[0052]b5.径向数控滑台沿远离齿轮轴线方向运动距离Xm，指示器退出齿槽。Xm=4*mn。
[0053]b6.转台正向旋转角度360/zg, zg为齿轮齿数。
[0054]b7.径向数控滑台沿靠近齿轮轴线方向运动距离Xm，指示器进入齿槽。
[0055]b8.转台沿测头靠近齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器接触齿面。记录两个指示器的读数分别为 V21R，V22E°
[0056]然后重复步骤b4至步骤b8,记录的指示器读数分别为vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg。同样的方法可以重新架设指示器测量左齿面，测得指示器读数为Vily vi2L, i=l, 2，…，zg。
[0057]b8，记录的指示器读数分别为VilK，Vi2K，icl.先计算右齿面理论单齿距对应的指示器读数差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg。[0058]c2.然后计算右齿面单齿距偏差，fptiK=(vi2K-vilK-v21(l)/cos(3 )，i=l, 2，“《zg。β为齿轮分度圆螺旋角。
[0059]c3.重复cl和c2计算左齿面单齿距偏差fptiL。
[0060]dl.计算右齿面单齿距偏差，FpiR=fptlR+fpt2R+…+fptiR, i=l, 2,..., zg_l。
[0061]d2.重复dl计算左齿面单齿距偏差FpiI；。
[0062]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种大型齿轮齿距偏差在机测量装置，其特征是包括数控转台(2)、床身(6)、径向数控滑台(3)、轴向数控滑台(4)和与齿面触碰的指示器(5)，还包括电气装置及数控系统，齿轮(I)装夹在数控转台(2 )上，随着数控转台(2 )的C轴一起运动，指示器(5 )用磁性表座固定在轴向数控滑台(4)上，随着径向数控滑台(3)的X轴和轴向数控滑台(4)的Z轴一起运动，机床的X轴、Z轴和C轴运动均由机床的电气装置和数控系统控制。
2.根据权利要求1所述的大型齿轮齿距偏差在机测量装置，其特征在于所述指示器(5)为两个千分表。
3.一种大型齿轮齿距偏差在机测量方法，其特征是: a)包括指示器(5)架设的步骤: al、将两个指示器(5)的测头与相邻同侧齿面相接触，指示器(5)的测头与齿面在齿面上大致相同的区域接触； a2、预估齿距累积偏差大小和转台定位精度，控制指示器有足够的预压缩量；a3、与指示器(5)的测头接触的相邻齿面大致处于过转台回转中心并平行于径向数控滑台运动方向的直线上； a4、指示器(5)的测头触碰的运动方向大致垂直于齿轮的齿面； b)包括测量齿面位置的步骤: bl、依据步骤a中的要求架设好两个指示器(5)，使指示器(5)的测头和右齿面接触，此时记录转台的坐标为C1，径向数控滑台坐标为Xp b2、将数控转台(2)沿指示器(5)的测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器(5)脱开齿面。Cm=360/zg/8，mn为法面模数，β为分度圆螺旋角； b3、将数控转台(2)再沿指示器(5)的测头靠近齿面方向旋转角度Cm，两个指示器(5)将会接触齿面，记录两个表的读数分别为ν11κ，ν12Ε ； b4、将数控转台(2)沿指示器(5)的测头远离齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器(5)脱开齿面； b5、将径向数控滑台(3)沿远离齿轮轴线方向运动距离Xm，指示器(5)退出齿槽，Xm=4*mn。 b6.、将数控转台(2)正向旋转角度360/zg，zg为齿轮齿数； b7、将径向数控滑台(3)沿靠近齿轮(I)轴线方向运动距离Xm，指示器(5)进入齿槽；b8、将数控转台(2)沿指示器(5)的测头靠近齿面方向旋转角度Cm，使两个指示器(5)接触齿面。记录两个指示器的读数分别为ν21κ，ν22Ε ； b9、重复步骤b3至步骤b8,记录的指示器(5)读数分别为vilK, vi2E, i=l, 2，…，zg ；blO、重复步骤bl至步骤b9，重新架表测量左齿面，测得指示器(5)读数为Vily vi2L,i=l, 2，…，zg ； c)包括单齿距偏差的计算步骤: Cl、计算右齿面理论单齿距对应的指示器读数差值，V210=Sum{vi2E-vilE, i=l, 2，…，zg}/zg ； c2、计算右齿面单齿距偏差,fptiK=(vi2K-vilK-v21tl)/cos(P )，i=l, 2, ---zg, β 为齿轮分度圆螺旋角； c3、重复步骤cl和步骤c2计算左齿面单齿距偏差fptiIj ；d)包括齿距累积偏差的计算步骤:
dl、计算右齿面单齿距偏差，FpiK=fptlK+fpt2K+…+fptiK, i=l, 2,..., zg-1 ；
d2、重复dl计算左齿面单齿距偏差FpiIj。
4.根据权利要求1所述的大型齿轮齿距偏差在机测量方法，其特征是所述步骤a2中预压缩量大于齿距累积 总偏差的3倍和转台定位精度对应齿顶圆弧长的总和。
【文档编号】B23Q17/20GK103769692SQ201410055490
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】张虎, 方成刚, 黄筱调, 郭新宇 申请人:南京工业大学, 南京工大数控科技有限公司