[发明专利]一种大型齿圈在线测量齿形误差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及先进装备精密制造领域，尤其涉及到大型数控装备用大型齿圈在线测量齿形误差的方法。

背景技术

    近年来，我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，如高速五轴龙门铣床、SSCKZ80-5型五轴车铣复合加工中心和XKAE2720型桥式定梁龙门加工中心等。但是大型数控车铣床所用的直径5m以上大型齿圈国内尚无制造能力，全部依赖德国进口，国内大型齿圈精密制造技术与国际先进水平相比差距较大。本发明提出了一种大型数控装备用大型齿圈的在线测量齿形误差的测量方法，为大型齿圈制造的关键技术。国内尚未见有关大型齿圈在线测量齿形误差的测量的报道，国内外的专利与科技文献大多对小型齿圈离线测量齿形误差，以及直径5m以下齿圈的齿形测量原理及测量基准面与加工基准面的误差对测量齿形误差的影响。 

发明内容

本发明为了解决5-10m大型齿圈在运输与装夹中的困难和二次装夹引起的测量误差，本发明专利提出了一种大型齿圈在线测量齿形误差的方法，即在加工中心上安装一种简易的测量装置，通过测头与齿面接触时利用角度编码器测出的测杆与大型齿圈旋转的角度，快速、精确的计算出齿面的齿形误差，可以及时了解加工误差和及时调整刀具切入角度等加工过程。

一种大型齿圈在线测量齿形误差的方法，所述测量装置包括测杆1、测头2，测杆1的一端设在测杆固定端O’处，测杆1的另一端设有测头2，以大型齿圈的中心O为原点，使测头2位于大型齿圈3的基圆上，测头2内设有角度编码器，大型齿圈3转动带动测头2一起转动。确定中心距OO’的最佳中心距 L；利用最佳中心距L计算大齿圈的齿形误差。

所述确定最佳中心距的方法为，测杆1转过角度为α，大型齿圈对应转过的角度为b，以大型齿圈的中心O为原点，大型齿圈的基圆半径为r₀，OO’中心距为L，O’A长度为R，压力角与展成角之和为u，测头2与大型齿圈3齿廓接触点A，设A点坐标为x ，y，A点的渐开线方程为：

                       （ⅰ）                                                                             

                        （ⅱ）

测头2与大型齿圈3接触点A的坐标为

                                         （ⅲ）                                                                                                              

                                     （ⅳ）

由式（ⅰ）-（ⅳ）可得

             （ⅴ）                                   

                       （ⅵ） 

由式（ⅴ）与（ⅵ）可见，，β是关于L和α的方程，记为β=g(L, α)；每一个Δβ都对应唯一的Δα，Δβ=g(L, Δα)；L值所确定的理论Δβ，与实际测量值最接近时，该L即为最佳中心距，定义的目标函数C取到最小值，。

所述计算齿形误差的方法为：

步骤一、计算测头球心的动径R_i、测头球心的极角β_i；

                            （ⅶ）

                                   （ⅷ）

步骤二、确定起点位置，基圆上分布的弧长范围等价于大型齿圈的齿形误差，各测量点追溯的起点位置用弧长S_ro 表示：

                       （ⅸ）

式（ⅸ）中正负号的取法为左齿面取上，右齿面取下；