本發(fā)明涉及一種機(jī)床測頭精度標(biāo)定方法，尤其涉及一種基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

大型齒輪作為大型風(fēng)力發(fā)電、鍛壓設(shè)備、冶金設(shè)備以及船舶裝置的關(guān)鍵零部件。由于大型齒輪工件的體積大、質(zhì)量大、裝夾不方便，不便于在三坐標(biāo)測量儀或齒輪測量儀上進(jìn)行測量，而采用離位測量方法存在二次裝夾誤差，會降低齒輪測量精度。近年來，國內(nèi)外大型齒輪機(jī)床制造公司生產(chǎn)的大型磨齒、滾齒、插齒機(jī)床都配備了在位測量系統(tǒng)，這種在位測量方法實(shí)現(xiàn)齒輪的閉環(huán)加工，大大提高大齒輪的測量效率、精度和可靠性，降低齒輪測量的成本。

但是大型齒輪機(jī)床在位測量系統(tǒng)受到工作環(huán)境影響和自身高精度要求，需要定期對測頭的位置精度進(jìn)行標(biāo)定，通常情況下，標(biāo)定頻率為一周一次。目前，從大型齒輪機(jī)床在位測量系統(tǒng)的使用情況來看，其測頭標(biāo)定的精度和效率一直是一大難題。主要存在兩個方面原因，一是傳統(tǒng)的大型齒輪機(jī)床的測頭標(biāo)定方法存在標(biāo)定精度低的問題，傳統(tǒng)的大型齒輪機(jī)床通常采用的圓柱標(biāo)定或標(biāo)準(zhǔn)球標(biāo)定，這種標(biāo)定方法因工件回轉(zhuǎn)直徑大導(dǎo)致標(biāo)定誤差線性放大，測頭的標(biāo)定精度不高；二是對于小型齒輪機(jī)床上采用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪標(biāo)定方法在大型齒輪機(jī)床上不可行，因?yàn)榇笮蜋C(jī)床受測頭前端行程限制，只能采用尺寸更大的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，但這樣會增加量具成本，因裝夾不方便，會大大降低標(biāo)定效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，可直接反映出齒輪機(jī)床的測頭位置精度，避免了傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圓柱標(biāo)定方法的原理誤差，提高大型齒輪機(jī)床的測頭標(biāo)定精度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，包括如下步驟：

S01：制作扇形齒輪量具；

S02：校正扇形齒輪量具平面與機(jī)床回轉(zhuǎn)工件臺的工作平面平行，校準(zhǔn)扇形齒輪量具與回轉(zhuǎn)工件臺的回轉(zhuǎn)軸線同軸；

S03：測量采點(diǎn)，具體為在扇形齒輪量具上選定若干個齒槽，執(zhí)行齒形測量程序，對選定齒槽測量采點(diǎn)，獲得齒槽的齒面測量數(shù)據(jù)；

S04：根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，計算左齒面的齒廓斜率偏差平均值f_halm和右齒面的齒廓斜率偏差平均值f_harm；扇形齒輪量具查手冊得出齒形精度標(biāo)準(zhǔn)值F_ha，當(dāng)f_halm(Δx,Δy)≤1.4*F_ha，且f_harm(Δx,Δy)≤1.4*F_ha時，完成測頭的標(biāo)定；

S05：當(dāng)f_hal(Δx,Δy)>1.4*F_ha，或f_har(Δx,Δy)>1.4*F_ha時，計算出測頭中心的位置誤差修正量(Δa，Δb)，標(biāo)定測頭中心的位置；

S06：按照新標(biāo)定的測頭位置中心的位置，重復(fù)S03步驟。

進(jìn)一步，所述扇形齒輪量具的扇形角度介于30°～60°，扇形齒輪量具(1)的齒廓、齒向和齒距精度等級為ISO 3。

進(jìn)一步，所述S02步驟具體為：

S02.1：將扇形齒輪量具放在機(jī)床回轉(zhuǎn)工件臺上；

S02.2：通過第一千分表測量校水平端面基準(zhǔn)帶與回轉(zhuǎn)工作臺的平面平行；通過調(diào)水平螺釘使扇形齒輪量具的水平端面基準(zhǔn)帶與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺的工作平面平行；

S02.3：通過第二千分表測量校圓心基準(zhǔn)帶與回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線同軸；找正扇形齒輪量具的圓心，使扇形齒輪量具的假想圓心與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺的圓心同心。

進(jìn)一步，所述S02.2步驟中調(diào)水平螺釘數(shù)量為3個。

進(jìn)一步，所述S05步驟具體為：

S05.1：建立測頭誤差與齒面斜率偏差之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；假設(shè)測頭沿X方向徑向誤差為Δx，由Δx產(chǎn)生的左、右齒面的齒廓斜率偏差為f_hal(Δx)和f_har(Δx)，且f_hal(Δx)與f_har(Δx)的傾斜方向相反，大小相同；假設(shè)測頭沿Y方向切向誤差為Δy，由Δy導(dǎo)致的兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差為f_hal(Δy)和f_har(Δy)，且f_hal(Δy)與f_har(Δy)的傾斜方向相同，大小相同；且徑向誤差Δx和切向誤差Δy對左、右兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差的影響滿足線性疊加原理，因此，Δx和Δy導(dǎo)致的左、右齒面的齒廓斜率偏差可以表示為f_hal(Δx,Δy)和f_har(Δx,Δy)：

S05.2：根據(jù)漸開線性質(zhì)，根據(jù)方程組分別計算出齒廓偏差f_hal(Δx,0)、f_har(Δx,0)、f_hal(Δy,0)、f_har(Δy,0)、f_hal(Δx,Δy)、f_har(Δx,Δy)；

上述方程組中，漸開線齒廓繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的理論角度為

測頭存在徑向誤差Δx和切向誤差Δy，且測量左齒面時，回轉(zhuǎn)工作臺繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的計算轉(zhuǎn)角為

測頭存在徑向誤差Δx和切向誤差Δy，且測量右齒面時，回轉(zhuǎn)工作臺繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的計算轉(zhuǎn)角為

其中：x₀為測頭中心起始位置A點(diǎn)的X坐標(biāo)值；x₁為測頭沿X方向移動，且仍在齒槽內(nèi)B點(diǎn)的X坐標(biāo)值；r_b為齒輪基圓半徑；

S05.3：計算Δx和Δy的修正系數(shù)k_x和k_y：假設(shè)存在擾動微小誤差Δx和Δy，其中Δx∈[-0.05,0.05]和Δy∈[-0.05,0.05]，且Δx和Δy的單位為mm，任取Δx和Δy值，根據(jù)S05.2中的方程組，計算出左、右兩側(cè)齒廓斜率偏差分別為f_hal(Δx,Δy)和f_har(Δx,Δy)；已知(Δx,Δy)和f_hal(Δx,Δy)、f_har(Δx,Δy)，根據(jù)S05.1中公式的變型式可以求解修正系數(shù)k_x和k_y；

S05.4：計算測頭中心的位置誤差修正量(Δa，Δb)：根據(jù)方程式求解出誤差修正量(Δa，Δb)；

S05.5：將該誤差修正量(Δa，Δb)輸入程序中。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明所述的基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，采用通用標(biāo)準(zhǔn)量具，能降低大型數(shù)控齒輪加工設(shè)備的標(biāo)定成本；

2.本發(fā)明所述的基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，具有調(diào)整簡單、易于操作的優(yōu)點(diǎn)，能提高大型齒輪機(jī)床的測頭標(biāo)定效率；

3.本發(fā)明所述的基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，可直接反映出齒輪機(jī)床的測頭位置精度，避免了傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圓柱標(biāo)定方法的原理誤差，提高大型齒輪機(jī)床的測頭標(biāo)定精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述扇形齒輪量具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法中的扇形齒輪量具使用示意圖。

圖3為本發(fā)明所述扇形齒輪量具在線測量示意圖。

圖4為本發(fā)明所述測頭位置誤差造成的齒廓誤差的計算模型。

圖中：

1-扇形齒輪量具；2-調(diào)水平螺釘；3-起吊孔；4-校水平端面基準(zhǔn)帶；5-校圓心基準(zhǔn)帶；6-機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺；7-第一千分表；8-第二千分表；9-測頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

一種基于扇形齒輪量具的大型齒輪機(jī)床測頭中心標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟：

S01：制作扇形齒輪量具1；

S02：校正扇形齒輪量具1平面與機(jī)床回轉(zhuǎn)工件臺6的工作平面平行，校準(zhǔn)扇形齒輪量具1與回轉(zhuǎn)工件臺6的回轉(zhuǎn)軸線同軸；

S03：測量采點(diǎn)，具體為在扇形齒輪量1具上選定若干個齒槽，執(zhí)行齒形測量程序，對選定齒槽測量采點(diǎn)，獲得齒槽的齒面測量數(shù)據(jù)；

S04：根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，計算左齒面的齒廓斜率偏差平均值f_halm和右齒面的齒廓斜率偏差平均值f_harm；扇形齒輪量具1查手冊得出齒形精度標(biāo)準(zhǔn)值F_ha，當(dāng)f_halm(Δx,Δy)≤1.4*F_ha，且f_harm(Δx,Δy)≤1.4*F_ha時，完成測頭9的標(biāo)定；

S05：當(dāng)f_hal(Δx,Δy)>1.4*F_ha，或f_har(Δx,Δy)>1.4*F_ha時，計算出測頭9中心的位置誤差修正量(Δa，Δb)，標(biāo)定測頭9中心的位置；

S06：按照新標(biāo)定的側(cè)頭位置9中心的位置，重復(fù)S03步驟。

其中，所述扇形齒輪量具1的扇形角度介于30°～60°，扇形齒輪量具(1)的齒廓、齒向和齒距精度等級都要求達(dá)到ISO 3或者ISO 3以上。

所述S02步驟具體為：

S02.1：將扇形齒輪量具1放在機(jī)床回轉(zhuǎn)工件臺6上；

S02.2：通過第一千分表7測量校水平端面基準(zhǔn)帶4與回轉(zhuǎn)工作臺6的平面平行；通過調(diào)水平螺釘2使扇形齒輪量具1的水平端面基準(zhǔn)帶4與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺6的工作平面平行；所述調(diào)水平螺釘2數(shù)量為3個。

S02.3：通過第二千分表8測量校圓心基準(zhǔn)帶5與回轉(zhuǎn)工作臺6的回轉(zhuǎn)軸線同軸；找正扇形齒輪量具1的圓心，使扇形齒輪量具1的假想圓心與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺6的圓心同心。

所述S05步驟具體為：

S05.1：建立測頭9誤差與齒面斜率偏差之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；假設(shè)測頭9沿X方向徑向誤差為Δx，由Δx產(chǎn)生的左、右齒面的齒廓斜率偏差為f_hal(Δx)和f_har(Δx)，且f_hal(Δx)與f_har(Δx)的傾斜方向相反，大小相同；假設(shè)測頭9沿Y方向切向誤差為Δy，由Δy導(dǎo)致的兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差為f_hal(Δy)和f_har(Δy)，且f_hal(Δy)與f_har(Δy)的傾斜方向相同，大小相同；且徑向誤差Δx和切向誤差Δy對左、右兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差的影響滿足線性疊加原理，因此，Δx和Δy導(dǎo)致的左、右齒面的齒廓斜率偏差可以表示為f_hal(Δx,Δy)和f_har(Δx,Δy)：

S05.2：根據(jù)漸開線性質(zhì)，根據(jù)方程組分別計算出齒廓偏差f_hal(Δx,0)、f_har(Δx,0)、f_hal(Δy,0)、f_har(Δy,0)、f_hal(Δx,Δy)、f_har(Δx,Δy)；

上述方程組中，漸開線齒廓繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的理論角度為

測頭存在徑向誤差Δx和切向誤差Δy，且測量左齒面時，回轉(zhuǎn)工作臺6繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的計算轉(zhuǎn)角為

測頭存在徑向誤差Δx和切向誤差Δy，且測量右齒面時，回轉(zhuǎn)工作臺6繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的計算轉(zhuǎn)角為

其中：x₀為測頭中心起始位置A點(diǎn)的X坐標(biāo)值；x₁為測頭沿X方向移動，且仍在齒槽內(nèi)B點(diǎn)的X坐標(biāo)值；r_b為齒輪基圓半徑；

S05.3：計算Δx和Δy的修正系數(shù)k_x和k_y：假設(shè)存在擾動微小誤差Δx和Δy，其中Δx∈[-0.05,0.05]和Δy∈[-0.05,0.05]，且Δx和Δy的單位為mm，任取Δx和Δy值，根據(jù)S05.2中的方程組，計算出左、右兩側(cè)齒廓斜率偏差分別為f_hal(Δx,Δy)和f_har(Δx,Δy)；已知(Δx,Δy)和f_hal(Δx,Δy)、f_har(Δx,Δy)，根據(jù)S05.1中公式的變型式可以求解修正系數(shù)k_x和k_y；

S05.4：計算測頭9中心的位置誤差修正量(Δa，Δb)：根據(jù)方程式求解出誤差修正量(Δa，Δb)；

S05.5：將該誤差修正量(Δa，Δb)輸入程序中。

圖1所示，扇形齒輪量具1齒數(shù)為98、模數(shù)為8mm、齒寬120mm的ISO 3級直齒圓柱齒輪的一部分，且扇形角度45°，扇形齒輪量具上有24個齒。

按圖2所示，完成所述S01-S02步驟。

S03：在扇形齒輪量具1上選定齒槽編號為1、8、16、24的齒槽，共計4個齒槽；在標(biāo)定程序中輸入待測齒槽編號，執(zhí)行齒形測量程序，由測頭9對選定齒槽的齒形進(jìn)行采點(diǎn)測量。

S04：由齒形測量結(jié)果可知：齒槽編號為1、8、16、24四個齒槽的左齒面的齒廓斜率偏差f_hal(Δx,Δy)分別為21μm、22μm、25μm、20μm，右齒面的齒廓斜率偏差f_har(Δx,Δy)分別為-18μm、-14μm、-17μm、-15μm，則左、右兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差的平均值分別為f_halm和f_harm分別為22μm和-16μm，對照手冊得出齒形精度達(dá)到ISO 7級，而實(shí)際扇形齒輪量具1齒形精度ISO 3，則判斷出測頭9在位置誤差，需要對測頭9的中心位置進(jìn)行標(biāo)定。

S05：圖3和4為：測頭位置誤差造成的齒廓誤差的計算模型；圖中：A點(diǎn)為測頭9中心的初始位置，B點(diǎn)為測頭9沿X方向平移運(yùn)動后且仍與齒廓接觸的球心的位置，當(dāng)測頭9從A位置移動至B位置，對應(yīng)的測頭9與齒廓的接觸點(diǎn)則由C位置移動至D位置。

假設(shè)人為給定擾動微小誤差Δx＝0.05mm和Δy＝0.05mm，左、右齒面的測點(diǎn)時轉(zhuǎn)臺的理論角度左齒面包含誤差的計算轉(zhuǎn)角右齒面包含誤差的計算轉(zhuǎn)角得到因(Δx，Δy)兩者共同產(chǎn)生的左、右兩側(cè)齒廓斜率偏差分別為f_hal(Δx,Δy)＝8.9μm和f_har(Δx,Δy)＝5.4μm；計算出的修正系數(shù)為k_x＝143和k_y＝35；由已知的修正系數(shù)k_x、k_y和兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差的平均值f_halm、f_harm，計算出測頭中心的位置誤差修正量Δa和Δb分別為0.021mm和0.54mm。在標(biāo)定程序輸入計算得到測頭位置誤差修正量(Δa＝0.021mm，Δb＝0.54mm)，進(jìn)行二次標(biāo)定。重復(fù)S04步驟，當(dāng)標(biāo)定測量精度與扇形齒輪量具1的實(shí)際精度相符時，完成測頭9的標(biāo)定。

假設(shè)人為給定擾動微小誤差Δx’＝-0.05mm和Δy’＝-0.05mm，左、右齒面的測點(diǎn)時轉(zhuǎn)臺的理論角度左齒面包含誤差的計算轉(zhuǎn)角右齒面包含誤差的計算轉(zhuǎn)角得到因(Δx’，Δy’)兩者共同產(chǎn)生的左、右兩側(cè)齒廓斜率偏差分別為f’_hal(Δx’,Δy’)＝-8.9μm和f’_har(Δx’,Δy’)＝-5.4μm；計算出的修正系數(shù)為k_x＝143和k_y＝35；已知的修正系數(shù)k_x、k_y和兩側(cè)齒面的齒廓斜率偏差的平均值f_halm＝22μm、f_harm＝-16μm，計算出測頭中心的位置誤差修正量Δa和Δb分別為0.021mm和0.54mm。在標(biāo)定程序輸入計算得到測頭位置誤差修正量(Δa＝0.021mm，Δb＝0.54mm)，進(jìn)行二次標(biāo)定。重復(fù)S04步驟，當(dāng)標(biāo)定測量精度與扇形齒輪量具1的實(shí)際精度相符時，完成測頭9的標(biāo)定。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。