一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及的是一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，适用于在 数控滚齿机、数控铣齿机、数控磨齿机等各类大型齿轮加工机床上进行齿轮齿距偏差的精 确测量。
【背景技术】
[0002] 我国电力、船舶等行业的快速发展，对大型齿轮（直径1. 5米以上）的需求越来越 多，精度要求也越来越高（精度5级甚至4级以上）。例如风力发电行业增速齿轮箱需要直 径1. 5米、精度5级以上的精密内齿轮，船舶行业齿轮箱需要直径2. 5米、精度5级以上精密 齿轮，而大型雷达转塔则要用到直径2米以上高精度齿轮。对于大型齿轮，由于其尺寸规格 和质量都很庞大，加工完成后再转移到齿轮测量中心上全面检测非常不方便。现在不少大 型齿轮加工机床都配备了在机测量系统，可以避免反复拆卸和装夹齿轮，提高了测量效率 和加工精度；但是当前齿轮加工机床的在机测量系统，无一例外地都使用了机床本身的结 构和运动传递作为测量设备的重要组成部分，而机床本身结构的精度（如回转工作台的回 转精度和在机测量装置和直线移动精度）在很大程度上影响了在机测量系统的测量精度， 尤其是对齿轮齿距偏差的测量精度影响更加明显。
[0003] 现有齿轮加工机床上的大型数控回转工作台，为了实现大扭矩驱动，都采用减速 机+蜗轮蜗杆副的传动结构。为保证回转工作台回转精度，安装圆光栅进行全闭环控制是 一个有效措施，但因为大型齿轮加工的重载荷切削，极易使控制系统产生振荡，因此大型回 转工作台通常采用伺服电动机的编码器进行半闭环控制，回转工作台的分度精度一般可达 在20"，而相对应的大型齿轮测量中心的分度精度在±1"(例如德国Klingelnberg公司 的P300型齿轮测量中心，可测齿轮外径3000mm);同样附加在机床结构上的在机测量装置 直线移动精度也依赖于机床本身，所以在机测量系统中机床自身的精度严重影响了测量结 果，在齿轮的众多参数中（齿距偏差、齿形偏差、螺旋线偏差等），又以齿距偏差对运动精度 的影响最敏感。
[0004] 综上所述，由于大型齿轮加工和测量的特殊性，目前齿轮加工机床上在机测量系 统因为机床本身结构精度的原因，不能满足大型齿轮齿距偏差测量精度的要求，因此本发 明提出一种通过双重标定来提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有大型齿轮在机测量系统由于机床结构本身精度原因造成的齿距 偏差测量精度不足的问题，提出了一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，该方 法不改变原来在机测量系统的机械结构，同时能够有效提高大型齿轮齿距偏差的在机测量 精度，满足大型齿轮精密测量的精度需求。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方 法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度；
[0008] 步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差；
[0009] 步骤三，利用在机测量装置检测加工齿轮的齿距偏差。
[0010] 其中，步骤一包括以下步骤：
[0011] 1. 1安装仪器，第一步，将基准分度转台安装在机床回转工作台上；第二步，将角 度反射镜安装在基准分度转台上；第三步，将角度干涉镜固定在机床回转工作台上；第四 步，将基准分度转台和机床回转工作台回到原点；
[0012] 1.2以r作为步距，测量机床回转工作台每一整数角度位置的回转误差，记为 A0i，其中i=〇，1，、、、，360，A0^勺的数值=激光干涉仪的数值+基准分度转台的数 值-机床回转工作台的旋转数值，机床回转工作台的旋转由数控系统编程实施；
[0013] 1. 3利用线性插值法计算机床回转工作台任意角度位置的回转误差A0 i+iy_，计算 公式为：
[0015] 其中，j为两个整数角度之间的均分步长，n为从上一个整数角度累计到当前位置 的均分步长的个数，且1/j。
[0016] 步骤二包括以下步骤：
[0017] 2. 1采用定位心轴将标准渐开线齿轮安装在机床回转工作台上；
[0018] 2. 2将机床回转工作台回到原点，用机床测量装置检测标准渐开线齿轮的单个齿 距偏差；
[0019] 2. 3计算在机测量系统的综合误差Ae :
[0020] Ae fpt (measured) fpt (standard) (6)
[0021] 其中，fpt(__d)为单个齿距偏差的线性值，fpt(standari)为标准渐开线齿轮的单个齿 距偏差。
[0022] 步骤2. 2包括以下步骤：
[0023] 2. 2. 1将测头移到齿轮分度圆上，靠近某一侧齿面，旋转机床回转工作台使齿面触 发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为0，单位为度，考虑机床回转工作台的回转误差， 当前位置的实际转角为计算公式如下：
[0024]
[0025] 其中，为机床回转工作台的回转误差；
[0026] 2. 2. 2旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位 置，记为％，单位为度，考虑回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角为％_^，计算 公式如下：
[0027]
[0028] 其中，为机床回转工作台的回转误差；
[0029] 2. 2. 3计算标准渐开线角齿距偏差，计算公式如下：
[0030]
[0031] 其中，z为齿轮的齿数；
[0032] 2. 2. 4计算标准渐开线单个齿距偏差的线性值fpt(_SUMd)，计算公式如下：
[0033]
[0034] 其中，m为齿轮的模数。
[0035] 步骤三包括以下步骤：
[0036] 3. 1启动在机测量系统；
[0037] 3. 2将机床回转工作台回到原点，然后将测头移到加工齿轮分度圆上，靠近某一侧 齿面，旋转机床回转工作台使齿面触发测头信号，记下齿轮当前转角位置，记为％，计算当 前位置的实际转角，计算公式如下：
[0038]
[0039] 其中，为机床回转工作台的回转误差；
[0040] 3. 3旋转机床回转工作台，使测头触发相邻齿的同侧齿面，记下齿轮当前转角位 置，记为％，考虑机床回转工作台的回转误差，当前位置的实际转角&(_@，计算公式如 下：
[0041]
[0042]其中，为机床回转工作台的回转误差；
[0043] 3. 4计算单个齿距的偏差fpt(aetual)，计算公式如下：
[0044]
[0045]其中，IH1为加工齿轮的齿轮模数，zi为加工齿轮的齿数，A e为在机测量系统的综 合误差。
[0046] 优选地，所述基准分度转台的步距小于或等于5°，分度精度小于或等于2"。
[0047] 本发明所达到的有益技术效果：与现有的在机测量技术相比，本发明提供的双重 标定测量方法不改变现有机床和在机测量系统的机械结构，充分考虑测量中回转工作台和 测量装置本身的误差对齿距测量精度的影响，通过标定和数据处理提高大型齿轮齿距偏差 的在机测量精度。
【附图说明】
[0048] 图1本发明具体实施例中立式磨齿机中用标准渐开线齿轮标定测量装置综合误 差的结果示意图；
[0049]图2本发明具体实施例中用激光干涉仪标定机床回转工作台回转误差的结构示 意图；
[0050] 图3本发明实施步骤流程示意图；
【具体实施方式】
[0051] 为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发 明的附图结合实施例进行更详细的说明。
[0052] 下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
[0053] 如图3所示，本发明提供一种提高大型齿轮齿距偏差在机测量精度的方法，包括 以下步骤：
[0054] 步骤一，利用激光干涉仪标定机床回转工作台的回转精度，具体过程如下：
[0055] I. 1安装仪器，第一步，将基准分度转台安装在机床回转工作台上，其中，所述基准 分度转台的步距小于或等于5°，分度精度小于或等于2";第二步，将角度反射镜安装在基 准分度转台上；第三步，将角度干涉镜固定在机床回转工作台上；第四步，将基准分度转台 和机床回转工作台回到原点；
[0056] 1.2以1°作为步距，测量机床回转工作台每一整数角度位置的回转误差，记为 A0i，其中i= 〇，1，、、、，360，A0 ^勺的数值=激光干涉仪的数值+基准分度转台的数 值-机床回转工作台的旋转数值，机床回转工作台的旋转由数控系统编程实施；
[0057] 1. 3利用线性插值法计算机床回转工作台任意角度位置的回转误差A0 i+iy_，计算 公式为：
[0059] 其中，j为两个整数角度之间的均分步长，n为从上一个整数角度累计到当前位置 的均分步长的个数，且1/j。
[0060] 步骤二，利用标准渐开线齿轮标定在机测量系统的综合误差，具体过程如下：
[0061] 2. 1采用定位心轴将标准渐开线齿轮安装在机床回转工作台上；
[0062] 2. 2将机床回转工作台回到