滾刀刃口檢測(cè)影響因素分析

摘要：目前，各制造企業(yè)采用的刃口測(cè)量?jī)x器種類(lèi)繁多測(cè)量精度存在差異，在對(duì)滾刀刃口的檢測(cè)過(guò)程中，隨著影響因素的改變，使檢測(cè)結(jié)果精度發(fā)生變化。針對(duì)刃口檢測(cè)技術(shù)的研究，從對(duì)其結(jié)果精度影響因素入手。本文基于CNC齒輪測(cè)量中心探討影響滾刀刃口檢測(cè)結(jié)果精度的主要因素，并對(duì)如速率、測(cè)頭半徑、測(cè)量寬度及壓入量等因素進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)各因素影響機(jī)理進(jìn)行分析，從而得出除測(cè)量寬度外，其余因素均會(huì)影響刃口檢測(cè)結(jié)果精度，為后期的檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CNC齒輪測(cè)量中心;滾刀刃口檢測(cè);影響因素

0 ?引言

在齒輪制造行業(yè)，滾刀作為齒輪的主要加工刀具，具有高效、高精度的特點(diǎn)。而在加工過(guò)程中刃口的完整性決定了加工齒輪的質(zhì)量，需要對(duì)刃口進(jìn)行高精密檢測(cè)[1]。從早期的機(jī)械式單項(xiàng)誤差測(cè)量到目前主流的齒輪測(cè)量中心，可完成滾刀齒形誤差、容屑槽的相鄰周節(jié)差、軸向齒距差、齒厚偏差、相鄰切削刃的螺旋線導(dǎo)程誤差等項(xiàng)目的精密測(cè)量[2]。齒輪測(cè)量中心雖然可以實(shí)現(xiàn)滾刀大部分測(cè)量項(xiàng)目的準(zhǔn)確測(cè)量，但對(duì)于滾刀刃口位置的檢測(cè)仍然存在缺陷。現(xiàn)有的檢測(cè)儀器對(duì)于刃口的檢測(cè)，往往只在限定的參數(shù)下進(jìn)行，當(dāng)儀器的某項(xiàng)參數(shù)值改變時(shí)，其檢測(cè)結(jié)果隨之發(fā)生變化。在此情況下探究影響檢測(cè)結(jié)果的主要影響因素，是我們進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。一般的刀具測(cè)量?jī)x器有萬(wàn)能工具顯微鏡、刀具幾何參數(shù)測(cè)量?jī)x、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、輪廓儀、CCZ40齒輪測(cè)量機(jī)等儀器[3]。不同檢測(cè)儀器其檢測(cè)的工件質(zhì)量結(jié)果不同，所受到的影響也不一樣。比如微機(jī)型萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量讀數(shù)比較繁瑣、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，效率很低，這種人工干預(yù)的測(cè)量?jī)x其測(cè)量重復(fù)性差[4];三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相對(duì)于現(xiàn)有的齒輪測(cè)量中心測(cè)量精度低，探針與接觸面的要求盡可能垂直，其中影像、激光復(fù)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)易受外界因素影像，環(huán)境要求高[5]。本文主要在于對(duì)滾刀刃口檢測(cè)過(guò)程中，影響檢測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行研究總結(jié)。

1 ?齒輪測(cè)量中心刃口檢測(cè)

現(xiàn)有的CNC齒輪測(cè)量中心相對(duì)于一般儀器其性能更好，在工件檢測(cè)項(xiàng)目質(zhì)量上相對(duì)而言高于一般儀器。然而在與高精密檢測(cè)儀器相比較，存在一些檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量問(wèn)題。在檢測(cè)過(guò)程中儀器在固定參數(shù)下的測(cè)量結(jié)果精度高、穩(wěn)定性好，但實(shí)際測(cè)量中根據(jù)要求不同，檢測(cè)參數(shù)隨要求發(fā)生改變，往往帶來(lái)的結(jié)果變化就是檢測(cè)精度的降低[6]。我們需要在此狀況下，針對(duì)CNC齒輪測(cè)量中心，對(duì)滾刀刃口的檢測(cè)影響因素進(jìn)行研究，找出主要的影響因素，從而對(duì)以后的技術(shù)改進(jìn)及方案優(yōu)化提供理論支持。

在測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)來(lái)源不同我們將影響因素分為外在因素和內(nèi)在因素。而相對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析而言，外在因素如溫度、濕度、噪聲等影響是很難消除的，在改變實(shí)驗(yàn)環(huán)境的條件下，盡可能的降低它們帶來(lái)的影響。因此，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)驗(yàn)證中一般考慮內(nèi)在因素的影響，從而找出主要影響因素。

在檢測(cè)中內(nèi)在因素根據(jù)其影響對(duì)象不同又可以分為工件本身質(zhì)量和齒輪測(cè)量中心算法檢測(cè)影響;根據(jù)影響因素的狀態(tài)我們還可以分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種影響因素。在以上兩種分類(lèi)中我們主要對(duì)靜態(tài)因素進(jìn)行相關(guān)分析。

通過(guò)齒輪測(cè)量中心對(duì)滾刀齒形誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果重復(fù)性比較，判定我們提取實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的可信度及對(duì)于刃口檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的可行性。在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們初步提出影響刃口搜索精度的因素包括測(cè)量速率、測(cè)量寬度、測(cè)球半徑以及測(cè)量運(yùn)動(dòng)中采樣頻率等。在相關(guān)參數(shù)的定量下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)相應(yīng)因素的改變所得結(jié)果進(jìn)行比較，從而分析主要的影響因素。

2 ?單一因素影響分析

在提出的因素分析中，往往因素的影響存在相關(guān)性，因此我們需要對(duì)各變量進(jìn)行單一變量結(jié)果影響分析。實(shí)驗(yàn)中我們選取的滾刀類(lèi)型是阿基米德滾刀，其模數(shù)m為5.5，在檢測(cè)刃口位置時(shí)選用滾刀中端部分相對(duì)齒面光滑的齒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而減少滾刀加工帶來(lái)的質(zhì)量影響。在實(shí)驗(yàn)中刃口檢測(cè)的結(jié)果右齒面的變化相較于左齒面更顯著，在實(shí)驗(yàn)中我們主要針對(duì)右齒面的變化進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。

2.1 單一因素變量——速率

在其他條件不變的情況下分別選取速率為慢速80%、中速80%、高速120%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選取三個(gè)刃口點(diǎn)的中間點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量比較得到的刃口位置變化如圖1所示。在速率改變的情況下，刃口搜索位置z發(fā)生偏移，Thata波動(dòng)范圍改變。現(xiàn)有的搜索僅僅針對(duì)對(duì)應(yīng)的參數(shù)可以達(dá)到高精度檢測(cè)，因素的變化將影響到檢測(cè)結(jié)果。

2.2 單一因素變量——寬度

改變寬度就是改變測(cè)量時(shí)測(cè)頭刮取齒面從起點(diǎn)到脫離刃口點(diǎn)的距離，此因素主要改變搜索刃口點(diǎn)時(shí)的軌跡長(zhǎng)度，對(duì)于搜索的結(jié)果變化有無(wú)影響，需要進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。如圖2所示是在測(cè)量寬度依次為0.5mm、1mm和2mm下搜索右齒面的刃口位置變化結(jié)果。

2.3 單一因素變量——測(cè)頭半徑

除了以上兩種因素之外，測(cè)量時(shí)我們使用的是一維測(cè)頭，在測(cè)量時(shí)可以改變測(cè)頭的半徑大學(xué)且不會(huì)影響其余參數(shù)變化。在此基礎(chǔ)上做出了以下實(shí)驗(yàn)，分別選用半徑為1mm、1.5mm和2mm的測(cè)頭其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

2.4 單一因素變量——升角

改變滾刀的螺旋升角需要置換滾刀，而我們檢測(cè)繪制不同升角需要對(duì)同一刃口測(cè)頭軌跡變化分析，并通過(guò)分析其影響原理和變化結(jié)果，判定升角改變對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。因此在理論上的分析為滾刀螺旋升角的改變致使測(cè)頭軌跡斜拋角度發(fā)生變化，升角過(guò)大測(cè)頭經(jīng)過(guò)刃口可能發(fā)生停滯現(xiàn)象，影響刃口位置計(jì)算;當(dāng)升角為零時(shí)對(duì)刃口搜索無(wú)影響。

以上實(shí)驗(yàn)分析時(shí)在各影響因素在僅改變自身的情況下，對(duì)同一滾刀相同刃口進(jìn)行刃口搜索的結(jié)論。其中升角的改變?cè)谟跐L刀的置換，本文僅對(duì)其影響的原理進(jìn)行分析與測(cè)頭的測(cè)量力一致，在原理上分析其對(duì)結(jié)果的影響。

3 ?總結(jié)及展望

綜上所述，在基于齒輪測(cè)量中心的滾刀刃口檢測(cè)影響因素分析中，通過(guò)滾刀齒形誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)從而提取出刃口搜索采樣點(diǎn)軌跡，通過(guò)單一影響因素的改變，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而判定其主要影響因素。并對(duì)各因素影響機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)。在檢測(cè)滾刀的刃口搜索中主要的影響因素有測(cè)量速率、測(cè)頭半徑、升角和測(cè)頭的壓入量也就是測(cè)量力。

在對(duì)各影響因素檢測(cè)中升角和壓入量的驗(yàn)證僅提出理論研究，后期的實(shí)驗(yàn)我們可以使用量塊，在工作臺(tái)上通過(guò)改變量塊的放置從而達(dá)到僅改變單一因素的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模谒俾省y(cè)頭半徑的實(shí)驗(yàn)中我們同樣可以使用此方法已達(dá)到消除壓力角等其余參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，使實(shí)驗(yàn)的結(jié)論更準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀大興，盛伯浩.超精密加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].現(xiàn)代制造工程，2005（1）：121-123.

[2]孫濤，蔣建明.影響超精密加工精度的主要因素[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2003.

[3]趙仲生，趙一丁，林其駿，等.齒輪滾刀測(cè)量機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1985（1）：92-95.

[4]孫濤，譚久彬，董中.基于原子力顯微鏡掃描的金剛石刀具納米刃口輪廓測(cè)量方法硏究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2000，21（1）：54-57.

[5]王紅敏.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭半徑補(bǔ)償技術(shù)[J].工藝與檢測(cè)，2010（6）：99-102.

[6]劉勝軍，楊玲.加工齒輪滾刀齒形過(guò)程中如何提高齒形精度[J].工具技術(shù)，2012（9）.

作者簡(jiǎn)介：韓育江（1993-），男，陜西咸陽(yáng)人，碩士，西安工業(yè)大學(xué)，研究方向?yàn)闇y(cè)量與控制技術(shù)。