準(zhǔn)雙曲面錐齒輪銑齒刀具實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)檢測(cè)的研究

彭偉光

四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司，中國(guó)·四川 雅安 625000

1 引言

準(zhǔn)雙曲面錐齒輪銑齒刀具（以下簡(jiǎn)稱銑齒刀具）質(zhì)量會(huì)影響齒輪齒面壓力角、螺旋角等參數(shù)，因此刀具質(zhì)量管控顯得尤為重要。銑齒刀具因刀具本身設(shè)計(jì)及加工較復(fù)雜，中國(guó)生產(chǎn)廠家在設(shè)備和檢測(cè)手段上十分欠缺，尤其在檢測(cè)手段上十分粗略，很難準(zhǔn)確控制刀具的質(zhì)量。論文通過對(duì)銑齒刀具參數(shù)的分析，并結(jié)合三坐標(biāo)的編程功能，研究出了如何自動(dòng)檢測(cè)銑齒刀具，填補(bǔ)了中國(guó)無法實(shí)現(xiàn)銑齒刀具自動(dòng)檢測(cè)的空白。

2 銑齒刀具的分析

粗銑刀具（格里森微杰克）的內(nèi)刀示意圖如圖1所示。

結(jié)合齒輪加工，上述參數(shù)中重要參數(shù)為B 刀齒基距、C壓力角、E 刀齒頂刃厚度，其中刀齒基距關(guān)系刀具刀尖直徑，影響齒輪螺旋角；壓力角影響齒輪的壓力角；刀齒頂刃厚度影響切齒排屑及齒根。中國(guó)刀具廠家對(duì)該三項(xiàng)的檢測(cè)，均采用正弦規(guī)原理進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，在檢測(cè)的準(zhǔn)確性上有待提高。

銑齒刀具的壓力角面采用的是阿基米德螺旋面，整體是曲面，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。結(jié)合阿基米德螺旋面的成形原理如圖2所示，母線APO 通過刀盤的軸線并與軸線夾成ao（壓力角），當(dāng)母線繞刀盤軸線旋轉(zhuǎn)同時(shí)，并沿軸線方向移動(dòng)，母線的一部分AP 在此運(yùn)動(dòng)下即形成了阿基米德螺旋面。阿基米德螺旋面特點(diǎn)之一是在任一徑向截面內(nèi)刀片壓力角為一固定值。結(jié)合銑齒刀具裝刀情況，可得出如圖1的X’-X’中間截面即為徑向截面，通過該截面我們能夠確定參數(shù)B、C、E、I?？梢?，要得到準(zhǔn)確的測(cè)量值，必須保證檢測(cè)點(diǎn)為中間截面，這點(diǎn)也是目前中國(guó)采用正弦規(guī)量具測(cè)量的難點(diǎn)之一，即不能有效保障測(cè)量點(diǎn)為中間截面[1]。

圖1 內(nèi)刀示意圖

圖2 阿基米德螺旋面的成形原理

3 三坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)建模分析

論文中使用的三坐標(biāo)是WENZEL 橋式三坐標(biāo)儀，型號(hào)LH87，精度±(0.003+L/300)mm。

利用該設(shè)備測(cè)量銑齒刀具（以精銑齒內(nèi)刀具為例）的方法，為了排除手工測(cè)量造成的誤差和提高勞動(dòng)效率，采用了編程自動(dòng)測(cè)量的方法：

第一，進(jìn)入編程模式，首先建立夾具坐標(biāo)系。

第三，測(cè)量?jī)?nèi)刀面壓力角直線⑦，參考平面為零件坐標(biāo)系1 號(hào)的“ZX”平面，在內(nèi)刀面刀高方向均勻分布四點(diǎn)；第一點(diǎn)，在零件坐標(biāo)系1 號(hào)的絕對(duì)坐標(biāo)系下，定位2 號(hào)測(cè)針：2 號(hào)測(cè)針“Y”軸坐標(biāo)值為“0”，然后移動(dòng)測(cè)針逼近內(nèi)刀面（距離為0.2mm 以下），然后“定位”（可以重復(fù)此步，達(dá)到更理想的要求），最后測(cè)量第一點(diǎn)；同樣方法“定位”測(cè)量第二點(diǎn)、第三點(diǎn)、第四點(diǎn)，完成內(nèi)刀面壓力角直線測(cè)量。

第四，利用2 號(hào)測(cè)針，測(cè)量刀頂平面⑧。

第五，利用4 號(hào)測(cè)針，利用測(cè)量?jī)?nèi)刀面壓力角直線的方法完成非工作面壓力角直線⑨的測(cè)量。

第六，直線⑦與平面⑧相交構(gòu)造點(diǎn)⑩，直線⑨與平面⑧相交構(gòu)造點(diǎn)，零件坐標(biāo)系1 號(hào)的坐標(biāo)平面“YZ”平面與平面⑧相交構(gòu)造直線。

圖3 操作示意圖

第七，評(píng)定，在零件坐標(biāo)系1 號(hào)下：評(píng)定點(diǎn)⑩的坐標(biāo)值，“X”的值為基距B，“Z”的值為刀高M(jìn)；“Z”軸與直線⑦的夾角為壓力角C，與直線⑨的夾角為非工作面壓力角I；點(diǎn)⑩與點(diǎn)的距離為刀頂寬度E；“Y”軸與直線的夾角為頂刃后角K。這樣基本完成了萬能量具無法完成的檢測(cè)任務(wù)[2]。

粗銑齒外刀具、粗銑齒內(nèi)刀具、精銑齒外刀具的檢測(cè)方法基本一樣。

誤差分析：誤差分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。在同一量的多次測(cè)量過程中，每個(gè)測(cè)量值的誤差以不可預(yù)知方式變化，但就總體而言卻服從一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的測(cè)量誤差稱為隨機(jī)誤差。通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，隨機(jī)誤差是很小的和可控的。

系統(tǒng)誤差包括測(cè)量裝置誤差、環(huán)境誤差、方法（或理論）誤差和人員誤差等。測(cè)量裝置誤差是固定的：±(0.003+L/300)mm，由于銑齒刀尺寸大都是50mm 以內(nèi)的，這個(gè)誤差最大為±0.0032mm；環(huán)境誤差可控，暫不討論；人員誤差，編程自動(dòng)測(cè)量，可以忽略不計(jì)；方法（或理論）誤差大小是否可控是測(cè)量銑齒刀的方法可行與否的關(guān)鍵，我們重點(diǎn)討論該誤差[3]。

4 結(jié)語

方法（或理論）誤差：利用三坐標(biāo)儀測(cè)量銑齒刀的誤差主要發(fā)生在采集兩條壓力角直線時(shí)。壓力角直線是過安裝刀盤中心軸線的平面與銑齒刀上的阿基米德螺旋面的相交線，正常情況下，即為銑齒刀平面①和③的對(duì)稱平面⑤與阿基米德螺旋面的相交線。實(shí)際工作中采集該線上的點(diǎn)時(shí)，不容易全都采集在交線上，這就造成測(cè)量誤差。通過對(duì)誤差的分析，利用三坐標(biāo)儀測(cè)量準(zhǔn)雙曲面錐齒輪銑齒刀具的方法是可行的。通過實(shí)踐，該方法也是可行的。