创新测量方法有效解决面齿轮齿廓精度计量检测

　秦川机床工具集团股份公司（简称“秦川机床”）是陕西省国资委管理企业，拥有宝鸡机床、汉江机床、汉江工具、关中工具、秦川格兰德、美国拉削系统公司等多家企业。公司是中国机床工具行业的龙头企业，规模位列前三，是中国精密数控机床与复杂工具研发制造基地，先后获得“国家科技进步一等奖”一项，“国家科技进步二等奖”四项，“中国工业大奖项目表彰奖”一项。

一、背景情况

面齿轮传动是圆柱齿轮与平面齿轮啮合的角度传动，可满足两个齿轮轴线的正交、非正交或偏置等不同传动要求。目前所采用的角度传动方式中，主要应用的是锥齿轮，但是锥齿轮传动需要根据齿面接触区的情况精确调整锥齿轮的位置，尤其是弧齿锥齿轮对安装精度的要求非常严格，调试十分费时、费力。面齿轮相对于锥齿轮，具有以下几个优势：与其啮合的主动圆柱齿轮轴向位置精度要求低、单级传动比大、轴交角可自由选择、主动齿轮无轴向力（可减轻轴承负荷）、结构紧凑、重量轻等。　　近年来，在直升机传动系统中，采用了面齿轮的动力分扭传动装置,动力分扭效果好、振动小、噪声低，取得了很好的效果。面齿轮传动国内研究起步于20世纪90年代。南京航空航天大学、西北工业大学、中南大学等高校的研究人员针对面齿轮的齿面生成、强度分析、轮齿接触分析、振动特性分析以及轮齿成形方法等开展了持续性研究，面齿轮的加工技术取得了突破性进展。但是，在面齿轮精度测量手段、测量软件开发等方面与国外还有很大差距。2017年，秦川机床与西北工业大学联合研制了面齿轮数控磨齿机，该磨齿机实现了中小规格正交直齿面齿轮的蜗杆砂轮磨齿加工。　　齿轮的精度标准一直与齿轮的制造水平及工业生产力的发展密切相关。对面齿轮而言，目前还没有统一的精度评价标准和检测方法。随着面齿轮设计理念和加工方法的提升，如何准确、高效地对面齿轮齿部精度进行检测已成为一个不可回避的技术难题。传统的测量方法是对齿轮传动副进行啮合斑点检测，这种方法工装复杂、效率低、准确性差，无法准确反映面齿轮齿部的真实状况，加工时无法进行快速准确地调整、借正。

二、技术措施

通过对面齿轮传动工作原理和结构特点的分析，发现面齿轮传动与圆柱齿轮传动、锥齿轮传动有共同之处，更接近于锥齿轮传动。克林贝格和格里森公司的齿轮测量中心有锥齿轮测量软件，输入锥齿轮的相关参数和齿面矩阵点的理论值，与实际齿部轮廓进行比较测量，基本可以得出齿面的轮廓误差。将面齿轮视为一种特殊的锥齿轮，于是尝试采用锥齿轮的齿面检测方法对面齿轮大轮进行检测试验。

1.按照锥齿轮的设计原理，计算出面轮齿的大端模数；对面齿轮的设计基准进行转换。将面齿轮副的设计坐标原点放在如图1所示的锥齿轮副的M点上，标示出如图2所示的相关参数数值。

2.根据面齿轮的理论设计，计算出如图3所示的点阵坐标（最多为15×15点），生成如图4格式的齿面坐标文件。

3.按测量软件要求输入相应的参数数据，导入齿面坐标文件，按软件提示进行检测。

4.测得面齿轮齿部轮廓误差、面齿轮齿距累积误差。

三、具体成效

按照此方法对秦川机床集团研发的数控面齿轮磨床试磨的二十多种规格的面齿轮进行了反复测量，测量结果稳定可靠，满足面齿轮加工要求。通过这种尝试和技术攻关，最终解决了面齿轮齿廓精度测量的技术难题，精确的测量结果为加工工艺和加工方法的改进提供了有效的技术指导和数据支撑。

四、感受体会

通过测量方法的创新，有效地解决了面齿轮齿廓精度计量检测，为产品质量的控制和提高提供了可靠的保障。秦川公司是复杂曲面机床生产基地，随着公司业务范围的扩展，新的测量要求将不断出现。面齿轮精度计量检测的解决，为检测非标齿轮提供了方法和思路，为企业产品开拓市场提供了有力的技术支撑。