齒輪加工在線智能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

婁賽

摘要：許多機(jī)械傳動(dòng)部件如齒輪在加工的過程中需要嚴(yán)格的保證其加工精度，傳統(tǒng)的檢測(cè)齒輪精度的設(shè)備只能在齒輪加工完成后才能對(duì)齒輪的精度進(jìn)行測(cè)量，無法在齒輪加工的過程中對(duì)齒輪的加工精度進(jìn)行測(cè)量。本文設(shè)計(jì)了一種齒輪加工在線智能檢測(cè)裝置，能在齒輪加工的過程中對(duì)齒輪的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)反饋數(shù)據(jù)與在線智能檢測(cè)裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，將檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)在極坐標(biāo)下表示即為被加工齒輪齒面檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)被加工工件旋轉(zhuǎn)一周，在線智能檢測(cè)裝置能夠測(cè)得工件完整的橫截面點(diǎn)云坐標(biāo)。本裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程中的齒輪進(jìn)行測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作快捷、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：齒輪加工;在線智能檢測(cè);線性模組

Abstract： Many mechanical transmission parts like gears need to be guaranteed their machining precision when they are in the process of machining.Traditional gear precision detection devices can only measurement the precision of gears after gear cutting is finished， and it is not possible to measure the machining precision of the gear in the process of gear machining.This paper designs a kind of on-line intelligent detection device for gear machining which can collect the profile data of gear when the gear is in the process of processing.and then the feedback data of rotation coordinate of machine tool workbench is synchronized with the data measured by on-line intelligent detection device， and the detected data is represented in polar coordinates as the coordinates of the detection point of the processed gear tooth surface .When the workpiece rotates once， the on-line intelligent detection device can measure the complete cross section point cloud coordinates of the workpiece .This device can effectively measure the machining precision of the gear in the process of gear machining，and has the advantages of simple structure and quick and convenient operation.

Key words： gear machining;on-line intelligent detection;linear module

0? 引言

許多機(jī)械傳動(dòng)部件如齒輪在加工的過程中需要嚴(yán)格的保證其加工精度，傳統(tǒng)的檢測(cè)齒輪精度的設(shè)備如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、單嚙儀、萬能漸開線儀、齒圈徑跳儀等只能在齒輪加工完成后才能對(duì)齒輪的精度進(jìn)行測(cè)量，無法在齒輪加工的過程中對(duì)齒輪的加工精度進(jìn)行測(cè)量，此外這些設(shè)備價(jià)格高昂、操作繁瑣、技術(shù)要求高，而在線檢測(cè)裝置能夠在零件加工過程中對(duì)其進(jìn)行在線檢測(cè)，無需卸載零件，避免了零件卸載后不好重新定位的問題，同時(shí)使用在線檢測(cè)裝置對(duì)加工零件進(jìn)行在線檢測(cè)也可以有效地減少被加工兩件的誤差映射問題[1-5]。因此急需開發(fā)一種價(jià)格低廉對(duì)操作技術(shù)要求不高而且能夠在零件加工過程中就能對(duì)其精度進(jìn)行在線測(cè)量的數(shù)控加工在線檢測(cè)裝置。

1? 檢測(cè)裝置的功能需求

設(shè)計(jì)一個(gè)智能在線檢測(cè)裝置，要求智能在線檢測(cè)裝置可以進(jìn)行多方位移動(dòng)，測(cè)量裝置需選擇非接觸式，考慮到數(shù)控車床在加工零件時(shí)會(huì)噴射出大量的潤(rùn)滑液，工件上會(huì)沾有油漬、潤(rùn)滑液等液體會(huì)對(duì)其測(cè)量精度產(chǎn)生一定的影響，要求檢測(cè)裝置的測(cè)量端設(shè)有可以避免潤(rùn)滑液濺入激光位移傳感器內(nèi)以及能夠清除附著在被測(cè)件的油漬的裝置，考慮到在線檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床工作臺(tái)上的便捷性以減少檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上的時(shí)間，要選擇靈活的安裝方式。

基于以上的要求本文選擇以立式十字模組作為在線檢測(cè)裝置的移動(dòng)部分，測(cè)量裝置選擇激光位移傳感器，通過伺服電機(jī)控制立式十字模組進(jìn)行上下左右移動(dòng)，安裝在線性模組一端的激光位移傳感器隨著線性模組進(jìn)行上下左右移動(dòng)，因此在測(cè)量工件時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)件進(jìn)行多方位檢測(cè)，在立式十字模組的內(nèi)部設(shè)有磁致伸縮傳感器，磁致伸縮傳感器可以提高立式十字模組直線運(yùn)動(dòng)的精度，在立式十字模組的一端設(shè)有傳感器保護(hù)罩，并在傳感器保護(hù)罩的測(cè)量端設(shè)有喇叭形防油孔防止液體的漸入，同時(shí)在傳感器保護(hù)罩的上端設(shè)有能夠與高壓吹氣裝置的吹氣端相連的連接孔，在測(cè)量時(shí)高壓吹氣裝置將會(huì)吹去附著在加工零件上的液體，喇叭形防油孔和高壓吹氣孔的設(shè)置將會(huì)提高檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度和激光位移傳感器的使用壽命，在立式十字模組的底部設(shè)有底座并在底座上設(shè)有磁力表座，使用時(shí)打開磁力表座的開關(guān)，通過磁力表座將底座的機(jī)床工作臺(tái)固定在一起，測(cè)量完成后斷開磁力表座開關(guān)取下裝置，在底座上設(shè)有磁力表座將會(huì)使檢測(cè)裝置的安裝更為方便，安裝位置更加靈活。

2? 檢測(cè)裝置的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)機(jī)床、工件以及檢測(cè)裝置三者之間的關(guān)系，以工件的幾何中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系{A}，以插齒刀的幾何中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系{B}，以檢測(cè)裝置的幾何中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系{C}建立了如圖了坐標(biāo)系，如圖1所示。

3? 檢測(cè)裝置的傳動(dòng)原理

伺服電機(jī)通電帶動(dòng)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)滾珠絲杠上的滑座做直線運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置進(jìn)行上下左右移動(dòng)，以檢測(cè)裝置在插齒機(jī)上對(duì)被加工齒輪進(jìn)行檢測(cè)為例，打開檢測(cè)裝置上的磁力表座，將檢測(cè)裝置吸附在插齒機(jī)的工作臺(tái)上，調(diào)整好角度后對(duì)被加工件進(jìn)行測(cè)量。如圖2是插齒機(jī)床及檢測(cè)裝置的傳動(dòng)原理圖。

4? 檢測(cè)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控加工在線檢測(cè)裝置，主要由底座、立式十字模組、激光位移傳感器、傳感器保護(hù)罩、磁力表座以及磁致伸縮傳感器組成。將立式十字模組通過螺栓固定安裝在底座上，所述立式十字模組包括線性模組一、線性模組二、連接架，通過螺栓和連接架將線性模組一和線性模組二固定連接。線性模組中包括圓柱滾子軸承、光杠導(dǎo)軌、光杠支座、聯(lián)軸器、法蘭板、伺服電機(jī)、磁致伸縮傳感器和主體型板等。數(shù)控加工在線檢測(cè)裝置的所示結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

數(shù)控加工在線檢測(cè)裝置外觀圖如圖4所示。

5? 檢測(cè)裝置的使用方法

本裝置在使用時(shí)應(yīng)先將安裝在十字模組底座上的磁力表座開關(guān)打開，待磁力表座具有強(qiáng)磁性之后可將十字模組的底座通過磁力表座固定在機(jī)床的工作臺(tái)上，檢測(cè)裝置的具體位置根據(jù)要測(cè)量的工件部位而定。待裝置固定完成后，將高壓吹氣頭安裝在激光位移傳感器保護(hù)罩預(yù)先留有的孔內(nèi)，打開伺服電機(jī)的開關(guān)控制十字模組進(jìn)行上下左右移動(dòng)，待裝置移動(dòng)到被檢測(cè)零件的理想位置時(shí)，打開高壓吹氣裝置，待高壓吹氣裝置吹去被檢測(cè)零件部位的潤(rùn)滑油等液體后，開啟激光位移傳感器對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量。

6? 結(jié)論

通過采用全新的技術(shù)方案，在傳統(tǒng)的線性模組上增加了能夠保證其精度的磁致伸縮傳感器，極大地提高了線性模組的運(yùn)動(dòng)精度，在線性模組的一端安裝了激光位移傳感器，實(shí)現(xiàn)了在線檢測(cè)，在傳感器保護(hù)罩上設(shè)有喇叭形防油孔以及吹氣孔，防止測(cè)量時(shí)潤(rùn)滑液等液體的漸入，提高了傳感器的測(cè)量精度同時(shí)也保證了傳感器的使用壽命，最后在檢測(cè)裝置的底部設(shè)有磁力表座使得檢測(cè)裝置的固定方式極為方便，檢測(cè)裝置的安裝位置靈活可變。

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