三坐标测量机实现齿轮滚刀测量的关键技术

　　近些年我国齿轮的生产规模迅速扩大,滚刀的需求量也大为增加,因而滚刀的测量问题就成为急需解决的实际问题。作为齿轮切削加工最基本的工具———滚刀,对其精度进行控制成为控制齿轮质量的重要环节。滚刀误差项目多,常规测量过程繁冗。基于三坐标测量机的滚刀测量能快速、自动地测量滚刀的啮合误差、螺旋线误差、齿形误差、齿向误差、容屑槽导程误差等项目。不仅有很高的测量精度、测量效率高,而且有很高的测量准确度。在测量过程中,滚刀的尺寸、形状和位置的评定在一次安装中即可完成。

　　基于三坐标测量机的齿轮滚刀测量涉及到许多关键的问题和技术[1],其中,对滚刀测量起始点的自动定位、滚刀自动分头功能的实现、测头半径补偿以及安装偏心补偿是基于三坐标测量机的滚刀测量中最关键的几个问题。

　　1　坐标系的建立与坐标变换

　　测量所用到的三坐标测量机是四轴联动的(x′,y′,z′,φ)。测量过程中会涉及到2个坐标系,一个是机器坐标系,另一个是工件坐标系。设计测量点和网格规划的时候采用的是工件坐标系,而在测量机上用到的是机器坐标系,必须将两坐标系进行转换。设工件在固定坐标系中的坐标为(x,y,z),旋转坐标系下的坐标为(x′,y′,z′,φ),φ为绕z轴旋转的角度,则两坐标系间的关系可表示为[2]:

　　(x,y,z)坐标用于计算,而(x′,y′,z′,φ)转换坐标则用于测量。在测量和计算时会多次用到此公式。计算时先将(x,y,z)转换为(x′,y′,z′,φ),而测量处理的时候需将测量所得到的(x′,y′,z′,φ)转换为标准的(x,y,z)。

　　在工件坐标系中给出的是滚刀的三维坐标(x,y,z),以滚刀的中心轴作为z轴,垂直于z轴且过滚刀最低完整齿的刃口点的一轴为x轴,x轴与z轴的交点为坐标原点o。y轴在垂直于x、z轴的方向,三轴满足右手定则。

　　2　滚刀测量起始点的自动定位

　　齿轮滚刀为一回转体零件,利用回转台在柱坐标系中进行测量。测量所采用的三坐标测量机为四轴联动型,与一般的测量机相比增加了一个旋转轴,这对于回转体的测量将更加方便。在测量点的选择上,必须将o-xyz空间中的(x,y,z)转换为(x′,y′,z′,φ)。测量起始点是指循环测量工作开始前测头应被调整到的位置,也是进行各误差项计算的基准点。按照测量原理,滚刀的测量起始点指滚刀轴向上最低完整齿的刃口点。如果手动进行调整,无法精确定位。因此,程序设计时采用了自动定位程序进行测量起始点的确定[3]。

　　可采用如下方法找到滚刀刀齿的刃口:将测头手动调整到滚刀轴向上最低完整齿的上齿面的分度圆附近,测头沿容屑槽方向向下碰上齿背,然后沿实际齿面螺旋线运动,直到测头从容屑槽处掉下为止。密集采集测量运动中的各点坐标值和测头示值,通过对测量数据进行处理,可计算出上齿面刃口点A0的坐标(r0,0,z0,φ0);由于滚刀的上下齿之间存在固定的关系,因此将测头自动调整至滚刀下齿面齿槽间,用同样的方法可找到下齿面刃口点A0′的坐标( r0′,0, z0′,φ0′)。