汪長(zhǎng)春

【摘要】本文簡(jiǎn)要闡述了蝸桿參數(shù)的一些測(cè)量方法，其中側(cè)重論述利用Leitz三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝸桿參數(shù)的測(cè)量應(yīng)用，其中包括蝸桿壓力角、齒厚、跳動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，以及將測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用于蝸桿實(shí)際加工過(guò)程中，提升了蝸桿的加工裝配質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量；蝸桿；壓力角齒厚

中圖分類(lèi)號(hào)：TH124，文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前 言

蝸桿和蝸輪作為蝸輪箱的關(guān)鍵零件，其加工和裝配精度直接影響到蝸輪箱的工作性能。蝸輪箱在平地機(jī)上是用于驅(qū)動(dòng)工作裝置回轉(zhuǎn)，以達(dá)到調(diào)整刀板在水平面上的角度。當(dāng)平地機(jī)工作時(shí)刀板會(huì)受到地面的沖擊，地面產(chǎn)生的沖擊力將傳遞至蝸輪箱，由于蝸輪和蝸桿的自鎖特性會(huì)使蝸輪和蝸桿承受較大沖擊力，從而容易出現(xiàn)蝸桿等零件損壞。因此，研發(fā)及質(zhì)量部門(mén)對(duì)其加工和測(cè)量均有較高的要求。

二、測(cè)量方法

目前我公司蝸輪箱產(chǎn)品所使用蝸桿是最常用的阿基米德圓柱蝸桿（ZA型），在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。為了準(zhǔn)確地測(cè)量蝸桿壓力角、齒厚以及跳動(dòng)等參數(shù)，檢驗(yàn)人員曾經(jīng)實(shí)驗(yàn)了多種的測(cè)量方法，在測(cè)量過(guò)程中使用了包括卡板、厚度卡尺、萬(wàn)能角度尺、偏擺儀、影像儀以及三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等測(cè)量工具。經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試和分析比對(duì)，最終確定利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，通過(guò)編寫(xiě)測(cè)量程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)蝸桿參數(shù)的測(cè)量。

2.1卡板法

該測(cè)量方法分為兩種：即多齒法和單齒法，用相應(yīng)角度的齒形卡板進(jìn)行直接測(cè)量，測(cè)量時(shí)可通過(guò)肉眼觀察卡板測(cè)量面與齒面接觸的光隙情況，作出簡(jiǎn)單的定性判斷。由于受導(dǎo)程角及卡板自身結(jié)構(gòu)等的影響，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試測(cè)，其中多齒法測(cè)量基本不可靠；單齒法，對(duì)于不同的測(cè)量位置，可觀察到的光隙情況也不穩(wěn)定，僅能用于現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單控制，其應(yīng)用意義不大。

2.2卡尺法

該方法通過(guò)使用萬(wàn)能角度尺及測(cè)厚卡尺等實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力角和齒厚的測(cè)量。測(cè)量壓力角時(shí)，

使用萬(wàn)能角度尺的一邊順著軸截面與蝸桿面接觸，保持刀口尺與齒面緊密貼合。由于受蝸桿的導(dǎo)程角及曲面等因素的影響，其測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定。用齒厚卡尺測(cè)量蝸桿法向齒厚時(shí)，首先根據(jù)圖紙要求調(diào)整卡尺的測(cè)量高度，然后用測(cè)厚卡尺在蝸桿的齒頂圓柱上沿軸向分別測(cè)量單齒和相鄰兩齒的長(zhǎng)度，單齒的長(zhǎng)度即為齒厚，再用相鄰兩齒輪的長(zhǎng)度減去單齒的長(zhǎng)度可得到齒距。為了精確測(cè)量，建議多測(cè)幾個(gè)齒，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。

2.3影像法

該方法通過(guò)使用影像儀將蝸桿的齒面輪廓、外圓柱邊緣進(jìn)行投影，利用測(cè)量軟件計(jì)算出輪廓投影線與外圓柱邊緣投影線的夾角，同時(shí)通過(guò)軟件將軸線按分度圓半徑值平行偏移構(gòu)造一條虛線，該虛線與各齒的齒廓投影線相交，計(jì)算單齒兩側(cè)相交點(diǎn)的距離即為齒厚，進(jìn)一步再計(jì)算出齒厚。該測(cè)量方法由于受蝸桿裝夾及輪廓成像質(zhì)量等因素影響，其測(cè)量的重復(fù)性較差。

2.4三坐標(biāo)法

通過(guò)對(duì)以上幾種測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)確的原因，主要是由于蝸桿復(fù)雜螺旋空間曲面的特殊結(jié)構(gòu)，加上測(cè)量方法自身的局限性，導(dǎo)致以上幾種測(cè)量方法均不能滿(mǎn)足蝸桿參數(shù)的測(cè)量要求。為了真實(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量蝸桿的參數(shù)，對(duì)蝸桿的設(shè)計(jì)、加工及裝配進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最終確定采用三坐標(biāo)測(cè)量方法，較好地解決了蝸桿參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。具體的測(cè)量思路方案：利用德國(guó)leitz三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的QUINDOS軟件，編寫(xiě)專(zhuān)用的測(cè)量程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)量。由于蝸桿導(dǎo)程角及曲面等特殊性，為了保證測(cè)量及計(jì)算評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中主要做了以下一些特殊處理：1）以蝸桿兩端圓柱的軸線作為Y軸建立工件坐標(biāo)，將該工件坐標(biāo)系Y軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的導(dǎo)程角，建立新的工件坐標(biāo)系；2）在確保機(jī)器采點(diǎn)沿著ZX面采點(diǎn)的同時(shí)，為了準(zhǔn)確測(cè)量壓力角、齒厚等參數(shù)，根據(jù)理論壓力角及測(cè)針直徑等參數(shù)計(jì)算出準(zhǔn)確的采點(diǎn)位置；3）根據(jù)先前計(jì)算的理論位置自動(dòng)采點(diǎn)，計(jì)算采點(diǎn)實(shí)際位置；4）采點(diǎn)位置修正：即測(cè)量壓力角時(shí)，各點(diǎn)X坐標(biāo)值保持一致為0。測(cè)量齒厚時(shí)，X坐標(biāo)值為0，Z坐標(biāo)值為齒厚的理論高度；5）開(kāi)始精確自動(dòng)測(cè)量，根據(jù)檢測(cè)要求自動(dòng)計(jì)算評(píng)價(jià)打印出壓力角、齒厚（也可計(jì)算出法向齒厚）、齒距以及跳動(dòng)等蝸桿參數(shù)。整個(gè)測(cè)量過(guò)程在零件裝夾好后，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)測(cè)量，保證了測(cè)量結(jié)果的精確可靠。

三、加工調(diào)整

3.1數(shù)據(jù)分析

依據(jù)三坐標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，其中齒厚、壓力角的測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的線性差，認(rèn)為機(jī)床的加工可能有一定的誤差?，F(xiàn)場(chǎng)用Φ40*350mm芯軸測(cè)量Z、X軸方向的直線度，Z軸方向?yàn)?.090mm，X軸為0.040mm。隨后對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后兩軸方向的直線度誤差均控制在0.020mm以?xún)?nèi)。同時(shí)通過(guò)配合調(diào)整刀具等，使得調(diào)整后蝸桿加工質(zhì)量得到了一定的改善。

3.2調(diào)整效果

對(duì)調(diào)整后加工的蝸桿進(jìn)行測(cè)量及裝配驗(yàn)證，其尺寸精度和裝配均有一定的改善。尤其是裝配嚙合接觸斑點(diǎn)的改善明顯，已基本能滿(mǎn)足蝸桿蝸輪的裝配要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)方法，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)分析，該測(cè)量方法得到了研發(fā)部門(mén)、合作方等認(rèn)可，目前已應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工及裝配等方面。該測(cè)量程序亦可根據(jù)不同規(guī)格蝸桿理論參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量程序修改，即可用于該規(guī)格蝸桿參數(shù)測(cè)量。同時(shí)，對(duì)于蝸輪參數(shù)的測(cè)量，主要不同是在測(cè)針配置上，其測(cè)量方案與蝸桿測(cè)量方案基本一致，同樣可實(shí)現(xiàn)壓力角、齒厚及跳動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。以上僅是我公司在蝸桿參數(shù)測(cè)量方面的一些簡(jiǎn)單實(shí)踐，會(huì)有不足甚至錯(cuò)誤之處，特別是在蝸桿齒形等參數(shù)的測(cè)量方面還有待探索實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]《圓柱蝸桿、蝸輪精度》GB 10089-88