CN101530937A - 用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法，该方法的步骤包括，A.加工前的找正，将气浮转台放在工作台上，然后对底层滑台充气，使气浮转台浮在工作台的台面上，调整好气浮转台与工作台的同轴度；将工件放在气浮滑块上，对气浮滑块同时充气将工件顶起，利用微调装置将工件调至与工作台同轴；将光学经纬仪调至与气浮转台同轴，即完成找正；B.在位检测：对工件的精确转角检测、相关齿轮精度和齿向误差检测；C.基于在位测量，通过修正提高齿轮精度。本发明方法通过气浮滑块和气浮转台能使大齿轮在机床工作台上很容易地移动并找正、在位检测及修正，显著提高大齿轮加工精度。

Description

用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法

技术领域

本发明属于机械加工设备技术领域，涉及一种用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法。

背景技术

随着现代工业水平的不断提高，大齿轮的需求越来越多，高精度带自动检测和磨齿功能的大齿轮加工机床价格昂贵，一般大型齿轮加工企业最多也就是配备一两台，而更多的是普通加工精度和功能的大齿轮加工机床，大型齿轮因几何尺寸大、重量大、移动摩擦力大，调整分辨率低，造成安装找正困难。这一类机床在使用中存在以下一些问题：

工件找正困难，由于大齿轮直径很大(一般都在两米以上)，重量也很沉，所以对大齿轮的找正很困难。目前找正的方法是将大齿轮吊上工作台后，由操作者用重锤敲击毛坯外圆，逐渐将毛坯中心与工作台回转中心找成同心。这样做的不足是效率低、易损伤毛坯、工人劳动强度大。

齿轮无法精确在位检测，尽管多年来，国家、高校和众多科研部门花了很多经费研究这个问题，但是迄今为止，各种方法都存在费时费力的问题，可以方便实用的齿轮在位检测方法还没有，问题的瓶颈在于无法精确定位工作台(即待加工齿轮)的转角。

齿轮的齿距、基节、周节和齿轮齿距累积误差是齿轮检测项目中最主要、最困难的内容，对于大型齿轮工件最佳的选择方案是在位检测，这样做的好处是：如果检测后发现齿轮的尺寸或精度达不到要求的话，就可以不用卸工件，继续进行补充加工或修正。而实现在位检测所需要的必要条件是齿轮机床分度工作台应具备精密的测角功能，可是目前的绝大部分齿轮加工设备都不具备此条件。

空气静压技术是一项成熟的技术，其原理是把压缩空气通过管道输送到平面或柱面之间，形成一层很薄的气膜，把两个物体隔离开，这样物体就可以很容易地相对移动或转动。目前这项技术多用于三坐标测量机或超精密设备的导轨或轴承，利用空气静压的原理进行工件找正、在位检测及修正，成为一种有益的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法，解决了现有技术中存在的大齿轮找正难度大、在位检测及修正精度低、费时费力的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法，该方法采用一种装置，该装置包括：在工作台上表面绕同一轴心的圆周间隔设置有若干空气静压的气浮滑块及微调装置，每个气浮滑块均设置有相通的进气口和出气口，进气口水平设置，出气口的开口向下，若干微调装置围成的圆周半径大于工件的半径，微调装置设置有调整螺杆；在工作台的轴心处放置有空气静压的气浮转台，气浮转台的高度与气浮滑块的高度等高，气浮转台为双层结构，包括同一轴心设置的顶层滑台与底层滑台，底层滑台的上部设置有一个圆柱形凸台，顶层滑台套装在该凸台的圆周外侧，顶层滑台上设置有水平进气的进气口和开口朝下并通到顶层滑台与底层滑台接触面的出气口，使得通气后顶层滑台可以在底层滑台上充气浮起，底层滑台上设置有水平进气的进气口和开口朝下并通到底层滑台与工作台接触面的出气口，使得通气后底层滑台)可以在工作台上充气浮起，在顶层滑台轴心处的上方设置有与底层滑台同轴的光学经纬仪，光学经纬仪通过联接轴固定于底层滑台的凸台上，可以随底层滑台一起转动，

该方法利用上述装置按照以下步骤实施，

A、加工前的找正，

A1)、先将气浮转台放在机床的工作台上，然后对底层滑台的进气口充气，使气浮转台浮在工作台的台面上，调整好气浮转台与工作台的同轴度后，停止供气，气浮转台落下，将气浮转台与工作台的位置固定；

A2)、将工件放在气浮滑块上，对所有气浮滑块同时充气将工件顶起，这时工件底面高于顶层滑台上表面，利用微调装置将工件调至与工作台同轴，然后断气，待工件落在气浮转台和气浮滑块上，将工件与工作台固定；

A3)、将光学经纬仪和联接轴调至与气浮转台同轴，即完成找正工序，可进行大齿轮的加工操作；

B、加工后在位检测过程：

B1)、对工件的精确转角检测：将光学经纬仪调至瞄准远处任意一固定点，将其作为极轴，然后将光学经纬仪旋转至一设定的角度，该角度由工件的待测角度而定，固定光学经纬仪的新位置后，再通过顶层滑台的进气口充气，使顶层滑台悬浮在底层滑台上，此时将顶层滑台连同工件一起反方向旋转，当光学经纬仪再次瞄准该远处固定点时即可，就确保了工件准确地转过了设定的角度；

B2)、在机床的刀架的滑板上安装杠杆千分表，配合工件的转动，即可测量工件的相关齿轮精度和齿向误差；

C、基于在位测量后的误差与相位图，通过修正提高齿轮精度：

对齿轮的周期误差进行修正时，以在位测量后的误差与相位图为依据，并根据所要达到的齿轮精度决定修正次数，把完成加工时刀具与工件的相对位置作为起始点，转动一定齿数决定的角度，多次空刀加工，即每次都重新径向进刀到原来的位置，把因加工误差产生的高点砍去，留下众多的低点形成的包络面，即为精度更高的齿轮。

采用本发明的方法，能使重达数顿的大齿轮在机床分度工作台上很容易地移动，准确地找准中心；实现齿轮加工后齿距、基节及累积分度误差等多项精度的在位检测；能使普通精度的齿轮加工机床切削出比机床原有精度高的工件，工作效率显著提高。

附图说明

图1是本发明方法所用的大齿轮找正、在位检测及修正装置结构示意图；

图2是本发明方法所用的大齿轮找正装置中的气浮滑块结构示意图；

图3是本发明方法所用的大齿轮找正装置中的气浮转台结构示意图；

图4是本发明方法所用的大齿轮找正、在位检测及修正装置工作状态示意图；

图5是本发明方法的大齿轮圆周误差曲线图；

图6是本发明方法的大齿轮圆周误差修正后的曲线图。

图中，1.工件，2.工作台，3.气浮滑块，，5.微调装置，6.进气口，7.出气口，8.联接轴，9.经纬仪，10.气浮转台，11.顶层滑台，12.底层滑台，13.凸台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1，本发明方法所使用的大齿轮找正、在位检测及修正装置的结构是，在工作台2上表面绕同一轴心均匀设置有若干空气静压的气浮滑块3及微调装置5，如图2，每个气浮滑块3均设置有相通的进气口6和出气口7，进气口6水平设置，出气口7的开口向下；微调装置5的设置半径要大于工件1的半径，微调装置5设置有调整螺杆，在工作台2的轴心安装有空气静压的气浮转台10，气浮转台10通过轴心直立的联接轴8与顶端的光学经纬仪9连接，气浮滑块3的高度与气浮转台10的高度等高。如图3，气浮转台10为双层结构，包括同一轴心设置的顶层滑台11与底层滑台12，底层滑台12的上部设置有一个圆柱形凸台13，沿该凸台13圆周外侧套装有顶层滑台11，底层滑台12的下部外径不小于顶层滑台11的外径，顶层滑台11与底层滑台12均设置有水平进气的进气口6和开口朝下的出气口7，顶层滑台11还设置有通向顶层滑台11与底层滑台12垂直接触面的水平出气口7，顶层滑台11可以在底层滑台12上充气浮起，底层滑台12可以在工作台2上充气浮起，顶层滑台11的轴心孔套在底层滑台12轴心的凸台上，互相可以转动，配合性质为空气静压轴承；顶层滑台11(气浮滑台)用于支撑工件1，直径尺寸与工件尺寸匹配，承载能力也与工件重量匹配，气浮转台10具有必要的角秒级的回转精度和微米级的轴线稳定性。在顶层滑台11中心上方，还设置有与底层滑台12同轴的角秒级的光学经纬仪9，光学经纬仪9通过联接轴8固定于底层滑台12的凸台13上，可以随底层滑台12一起转动。

本发明的大齿轮找正、在位检测及修正的方法，具体包括以下步骤，

A、加工前找正步骤：

A1)如图4，先将气浮转台10放在机床工作台2上，然后对气浮转台10的底层滑台12的进气口6充气，使气浮转台10浮在工作台2的台面上，调整好气浮转台10与工作台2的同轴度后，停止供气，将底层滑台12与工作台2的位置固定。

A2)将三个气浮滑块3绕气浮转台10外侧放在工作台2上，将工件1放在气浮滑块3上，对三个气浮滑块3同时充气将工件1顶起，这时工件1底面高于顶层滑台11上表面，利用微调装置5将工件1调至与工作台2同轴，然后断气，待工件1落在气浮转台10和气浮滑块3上，再将工件1固定在工作台2上。

A3)将光学经纬仪9调至与气浮转台10同轴，即完成找正工序，可进行大齿轮的切齿加工操作。

B、加工后在位检测过程：

B1)对工件1的精确转角检测：将光学经纬仪9调至瞄准远处任意一固定点A，将其作为极轴，然后将光学经纬仪9转至一设定的角度，该角度由工件1的待测角度而定，固定光学经纬仪9的新位置后，再通过顶层滑台11的进气口6充气，使顶层滑台11悬浮在底层滑台12上，并且顶层滑台11和工件1可以围绕气浮转台10的轴线转动，此时将顶层滑台11连同工件1一起反方向转，当光学经纬仪9再次瞄准该固定点A时，就确保了工件1准确地转过了设定的角度，在这个操作过程中工作台2不需要转动。

B2)同时在机床的刀架的滑板上安装杠杆千分表，配合工件1的转动，就能够很方便地测量工件1的相关齿轮精度和齿向误差，如齿轮的齿距、基节、周节和齿轮齿距累积误差等。

在位测量齿向误差如：

量直齿——用安装在机床的刀架上的杠杆千分尺测出齿面与导轨的平行度误差，测试时要注意排除导轨的误差。

斜齿(螺旋齿)——利用上述在位测量的精密测角转台给定转角，再上下移动刀架，使用千分表测出升距和转角的关系，就能够测出实际升角。

B3)基于在位测量，通过修正提高齿轮精度

由于齿轮为圆周分度零件，其误差具有周期性，按误差在齿轮一转中是否多次出现，即在齿轮一转中出现的周期或频率，可分为以齿轮一转为周期的长周期误差，或以齿轮一齿为周期的短周期误差，其误差曲线如图5所示，其中小折线为短周期误差，正弦曲线为长周期误差。如果对图5曲线所示的长周期误差进行一次修正，只需以完成加工时刀具与工件的位置为起始点，将工件转过总齿数的一半，然后重新径向进刀到原来的位置，就可以将工件的误差去掉一半，修正后的结果曲线如图6所示。

基于以上齿轮误差的性质，可以利用在齿轮加工走刀完成后转动一定齿数决定的角度，再走一次或几次“空刀”，把因加工误差产生的“高点”砍去，留下众多的低点形成的“包络面”就是精度更高的齿轮。原理上“空刀”次数越多，“包络”法加工出来的齿轮精度越高。具体做法是：用在位检测法测出齿轮工件的误差，做出误差和相位的关系图，就能够分析出按工件1的要求精度，工作台2每次需移相的转角和“空刀”次数。

本发明方法通过气浮滑块和气浮转台能使重达数顿的大齿轮在机床工作台上很容易地移动并找准中心；将光学经纬仪用到气动转台的测角系统中，解决了齿轮加工后的在位检测，并且可以实现修正齿轮，能使普通精度的齿轮加工机床切削出比原有加工精度高很多的工件。本发明也适用于齿轮机床的精密分度蜗轮加工，可以满足多种精度等级齿轮的需要，是性价比最好的改造方案，适于大量的旧机床的技术提升，非常符合目前的现实情况。

Claims (1)

1、一种用于大齿轮找正、在位检测及修正的方法，其特征在于：该方法采用一种装置，该装置包括：在工作台(2)上表面绕同一轴心的圆周间隔设置有若干空气静压的气浮滑块(3)及微调装置(5)，每个气浮滑块(3)均设置有相通的进气口(6)和出气口(7)，进气口(6)水平设置，出气口(7)的开口向下，若干微调装置(5)围成的圆周半径大于工件(1)的半径，微调装置(5)设置有调整螺杆；在工作台(2)的轴心处放置有空气静压的气浮转台(10)，气浮转台(10)的高度与气浮滑块(3)的高度等高，气浮转台(10)为双层结构，包括同一轴心设置的顶层滑台(11)与底层滑台(12)，底层滑台(12)的上部设置有一个圆柱形凸台(13)，顶层滑台(11)套装在该凸台(13)的圆周外侧，顶层滑台(11)上设置有水平进气的进气口(6)和开口朝下并通到顶层滑台(11)与底层滑台(12)接触面的出气口(7)，使得通气后顶层滑台(11)可以在底层滑台(12)上充气浮起，底层滑台(12)上设置有水平进气的进气口(6)和开口朝下并通到底层滑台(12)与工作台(2)接触面的出气口(7)，使得通气后底层滑台(12)可以在工作台(2)上充气浮起，在顶层滑台(11)轴心处的上方设置有与底层滑台(12)同轴的光学经纬仪(9)，光学经纬仪(9)通过联接轴(8)固定于底层滑台(12)的凸台(13)上，可以随底层滑台(12)一起转动，

该方法利用上述装置按照以下步骤实施，

A、加工前的找正，

A1)、先将气浮转台(10)放在机床的工作台(2)上，然后对底层滑台(12)的进气口(6)充气，使气浮转台(10)浮在工作台(2)的台面上，调整好气浮转台(10)与工作台(2)的同轴度后，停止供气，气浮转台(10)落下，将气浮转台(10)与工作台(2)的位置固定；

A2)、将工件(1)放在气浮滑块(3)上，对所有气浮滑块(3)同时充气将工件(1)顶起，这时工件(1)底面高于顶层滑台(11)上表面，利用微调装置(5)将工件(1)调至与工作台(2)同轴，然后断气，待工件(1)落在气浮转台(10)和气浮滑块(3)上，将工件(1)与工作台(2)固定；

A3)、将光学经纬仪(9)和联接轴(8)调至与气浮转台(10)同轴，即完成找正工序，可进行大齿轮的加工操作；

B、加工后在位检测过程：

B1)、对工件(1)的精确转角检测：将光学经纬仪(9)调至瞄准远处任意一固定点，将其作为极轴，然后将光学经纬仪(9)旋转至一设定的角度，该角度由工件(1)的待测角度而定，固定光学经纬仪(9)的新位置后，再通过顶层滑台(11)的进气口(6)充气，使顶层滑台(11)悬浮在底层滑台(12)上，此时将顶层滑台(11)连同工件(1)一起反方向旋转，当光学经纬仪(9)再次瞄准该远处固定点时即可，就确保了工件(1)准确地转过了设定的角度；

B2)、在机床的刀架的滑板上安装杠杆千分表，配合工件(1)的转动，即可测量工件(1)的相关齿轮精度和齿向误差；

C、基于在位测量后的误差与相位图，通过修正提高齿轮精度：

对齿轮的周期误差进行修正时，以在位测量后的误差与相位图为依据，并根据所要达到的齿轮精度决定修正次数，把完成加工时刀具与工件(1)的相对位置作为起始点，转动一定齿数决定的角度，多次空刀加工，即每次都重新径向进刀到原来的位置，把因加工误差产生的高点砍去，留下众多的低点形成的包络面，即为精度更高的齿轮。

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