滾刀刃口檢測影響因素分析

摘要：目前，各制造企業(yè)采用的刃口測量儀器種類繁多測量精度存在差異，在對滾刀刃口的檢測過程中，隨著影響因素的改變，使檢測結果精度發(fā)生變化。針對刃口檢測技術的研究，從對其結果精度影響因素入手。本文基于CNC齒輪測量中心探討影響滾刀刃口檢測結果精度的主要因素，并對如速率、測頭半徑、測量寬度及壓入量等因素進行相關實驗驗證，并對各因素影響機理進行分析，從而得出除測量寬度外，其余因素均會影響刃口檢測結果精度，為后期的檢測技術優(yōu)化提供理論基礎。

關鍵詞：CNC齒輪測量中心;滾刀刃口檢測;影響因素

0 ?引言

在齒輪制造行業(yè)，滾刀作為齒輪的主要加工刀具，具有高效、高精度的特點。而在加工過程中刃口的完整性決定了加工齒輪的質(zhì)量，需要對刃口進行高精密檢測[1]。從早期的機械式單項誤差測量到目前主流的齒輪測量中心，可完成滾刀齒形誤差、容屑槽的相鄰周節(jié)差、軸向齒距差、齒厚偏差、相鄰切削刃的螺旋線導程誤差等項目的精密測量[2]。齒輪測量中心雖然可以實現(xiàn)滾刀大部分測量項目的準確測量，但對于滾刀刃口位置的檢測仍然存在缺陷?，F(xiàn)有的檢測儀器對于刃口的檢測，往往只在限定的參數(shù)下進行，當儀器的某項參數(shù)值改變時，其檢測結果隨之發(fā)生變化。在此情況下探究影響檢測結果的主要影響因素，是我們進一步研究的基礎。一般的刀具測量儀器有萬能工具顯微鏡、刀具幾何參數(shù)測量儀、三坐標測量機、輪廓儀、CCZ40齒輪測量機等儀器[3]。不同檢測儀器其檢測的工件質(zhì)量結果不同，所受到的影響也不一樣。比如微機型萬能工具顯微鏡測量讀數(shù)比較繁瑣、測量時間長，效率很低，這種人工干預的測量儀其測量重復性差[4];三坐標測量機相對于現(xiàn)有的齒輪測量中心測量精度低，探針與接觸面的要求盡可能垂直，其中影像、激光復合三坐標測量機易受外界因素影像，環(huán)境要求高[5]。本文主要在于對滾刀刃口檢測過程中，影響檢測結果的因素進行研究總結。

1 ?齒輪測量中心刃口檢測

現(xiàn)有的CNC齒輪測量中心相對于一般儀器其性能更好，在工件檢測項目質(zhì)量上相對而言高于一般儀器。然而在與高精密檢測儀器相比較，存在一些檢測結果質(zhì)量問題。在檢測過程中儀器在固定參數(shù)下的測量結果精度高、穩(wěn)定性好，但實際測量中根據(jù)要求不同，檢測參數(shù)隨要求發(fā)生改變，往往帶來的結果變化就是檢測精度的降低[6]。我們需要在此狀況下，針對CNC齒輪測量中心，對滾刀刃口的檢測影響因素進行研究，找出主要的影響因素，從而對以后的技術改進及方案優(yōu)化提供理論支持。

在測量過程中，根據(jù)來源不同我們將影響因素分為外在因素和內(nèi)在因素。而相對于實驗分析而言，外在因素如溫度、濕度、噪聲等影響是很難消除的，在改變實驗環(huán)境的條件下，盡可能的降低它們帶來的影響。因此，我們在實驗驗證中一般考慮內(nèi)在因素的影響，從而找出主要影響因素。

在檢測中內(nèi)在因素根據(jù)其影響對象不同又可以分為工件本身質(zhì)量和齒輪測量中心算法檢測影響;根據(jù)影響因素的狀態(tài)我們還可以分為靜態(tài)與動態(tài)兩種影響因素。在以上兩種分類中我們主要對靜態(tài)因素進行相關分析。

通過齒輪測量中心對滾刀齒形誤差測量實驗的結果重復性比較，判定我們提取實驗各項數(shù)據(jù)的可信度及對于刃口檢測實驗的可行性。在此實驗的基礎上，我們初步提出影響刃口搜索精度的因素包括測量速率、測量寬度、測球半徑以及測量運動中采樣頻率等。在相關參數(shù)的定量下，根據(jù)實驗對相應因素的改變所得結果進行比較，從而分析主要的影響因素。

2 ?單一因素影響分析

在提出的因素分析中，往往因素的影響存在相關性，因此我們需要對各變量進行單一變量結果影響分析。實驗中我們選取的滾刀類型是阿基米德滾刀，其模數(shù)m為5.5，在檢測刃口位置時選用滾刀中端部分相對齒面光滑的齒進行實驗，從而減少滾刀加工帶來的質(zhì)量影響。在實驗中刃口檢測的結果右齒面的變化相較于左齒面更顯著，在實驗中我們主要針對右齒面的變化進行相關驗證。

2.1 單一因素變量——速率

在其他條件不變的情況下分別選取速率為慢速80%、中速80%、高速120%進行實驗。選取三個刃口點的中間點進行重復測量比較得到的刃口位置變化如圖1所示。在速率改變的情況下，刃口搜索位置z發(fā)生偏移，Thata波動范圍改變?，F(xiàn)有的搜索僅僅針對對應的參數(shù)可以達到高精度檢測，因素的變化將影響到檢測結果。

2.2 單一因素變量——寬度

改變寬度就是改變測量時測頭刮取齒面從起點到脫離刃口點的距離，此因素主要改變搜索刃口點時的軌跡長度，對于搜索的結果變化有無影響，需要進行相應的實驗對比。如圖2所示是在測量寬度依次為0.5mm、1mm和2mm下搜索右齒面的刃口位置變化結果。

2.3 單一因素變量——測頭半徑

除了以上兩種因素之外，測量時我們使用的是一維測頭，在測量時可以改變測頭的半徑大學且不會影響其余參數(shù)變化。在此基礎上做出了以下實驗，分別選用半徑為1mm、1.5mm和2mm的測頭其實驗結果如圖3所示。

2.4 單一因素變量——升角

改變滾刀的螺旋升角需要置換滾刀，而我們檢測繪制不同升角需要對同一刃口測頭軌跡變化分析，并通過分析其影響原理和變化結果，判定升角改變對檢測結果的影響。因此在理論上的分析為滾刀螺旋升角的改變致使測頭軌跡斜拋角度發(fā)生變化，升角過大測頭經(jīng)過刃口可能發(fā)生停滯現(xiàn)象，影響刃口位置計算;當升角為零時對刃口搜索無影響。

以上實驗分析時在各影響因素在僅改變自身的情況下，對同一滾刀相同刃口進行刃口搜索的結論。其中升角的改變在于滾刀的置換，本文僅對其影響的原理進行分析與測頭的測量力一致，在原理上分析其對結果的影響。

3 ?總結及展望

綜上所述，在基于齒輪測量中心的滾刀刃口檢測影響因素分析中，通過滾刀齒形誤差測量實驗從而提取出刃口搜索采樣點軌跡，通過單一影響因素的改變，比較實驗結果，從而判定其主要影響因素。并對各因素影響機理進行分析總結。在檢測滾刀的刃口搜索中主要的影響因素有測量速率、測頭半徑、升角和測頭的壓入量也就是測量力。

在對各影響因素檢測中升角和壓入量的驗證僅提出理論研究，后期的實驗我們可以使用量塊，在工作臺上通過改變量塊的放置從而達到僅改變單一因素的實驗目的，在速率、測頭半徑的實驗中我們同樣可以使用此方法已達到消除壓力角等其余參數(shù)對實驗的影響，使實驗的結論更準確。

參考文獻：

[1]賀大興，盛伯浩.超精密加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].現(xiàn)代制造工程，2005（1）：121-123.

[2]孫濤，蔣建明.影響超精密加工精度的主要因素[J].長沙航空職業(yè)技術學院，2003.

[3]趙仲生，趙一丁，林其駿，等.齒輪滾刀測量機數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].機械科學與技術，1985（1）：92-95.

[4]孫濤，譚久彬，董中.基于原子力顯微鏡掃描的金剛石刀具納米刃口輪廓測量方法硏究[J].儀器儀表學報，2000，21（1）：54-57.

[5]王紅敏.三坐標測量機測頭半徑補償技術[J].工藝與檢測，2010（6）：99-102.

[6]劉勝軍，楊玲.加工齒輪滾刀齒形過程中如何提高齒形精度[J].工具技術，2012（9）.

作者簡介：韓育江（1993-），男，陜西咸陽人，碩士，西安工業(yè)大學，研究方向為測量與控制技術。