6.5 Измерительный центр для контроля зубчатых колеc

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса включает в себя ряд операций, каждая из которых имеет погрешности, влияющие на правильность работы зубчатого зацепления.

Отечественными и международными стандартами регламентированы четыре нормы точности (комплекса) зубчатых передач:

– нормы кинематической точности;

– нормы плавности работы;

– нормы контакта зубьев и

– нормы боковых зазоров.

Эти нормы точности являются комплексными показателями, содержащими внутри себя элементы погрешности, которые являются показателями точности зубчатых колес. Погрешности зубчатых колес по этим показателям ограничены допусками.

Основными показателями точности при изготовлении зубчатых венцов являются погрешность профиля, погрешность линии зуба, погрешность шага и погрешность радиального биения.

Измерение и проверка зубчатых венцов  осуществляется, как правило, ручными средствами. Основными показателями являются толщина зуба, длина общей нормали, шаг зацепления и размер по шарикам (роликам). При проверке зубчатых венцов контролируют погрешности профиля, линии зуба и образующей, основного шага и радиального биения.    Все эти параметры оцениваются с применением специализированных метрологических средств, при этом, как правило, для проверки каждого элемента применяется отдельные средства измерения.

Существует также два метода комплексного контроля: однопрофильный и двухпрофильный контроль.

При двухпрофильном контроле (рис.  6.5.1) погрешности зубьев оцениваются по колебанию измерительного межосевого расстояния на одном зубе и за один оборот колеса.

Рис.  6.5.1  Схема двухпрофильного контроля

 Основным преимуществом метода двухпрофильного контроля является короткое время измерения, что удобно в производстве. При двухпрофильном контроле отражается информация о геометрии всех зубьев. Недостатками этого метода контроля являются  проверка  по эталонному колесу.  Для каждого измеряемого колеса необходимо изготовить сопрягаемое точное эталонное колесо. Следствием контакта по двум сторонам профиля является ограниченная информативность метода – невозможно определить вид и величину отдельных погрешностей (по профилю, направлению зуба, шагу и биению). В результате затруднено определение источника погрешности, возникающей при изготовлении.

При однопрофильном контроле  оценивается кинематическая погрешность зубчатого колеса (на одном зубе и за один оборот) и циклические погрешности (рис. 6.5.2).

 Рис.  6.5.2  Схема однопрофильного контроля

Преимуществами однопрофильного контроля  является короткое время измерения  и информация о геометрии всех зубьев.

В отличие от двухпрофильного контроля, при однопрофильном контроле, благодаря контакту по одной стороне профиля зуба, получается более полная функциональная информация о зубе. Недостатками этого метода контроля также является  проверка  по эталонному колесу, и также нет возможности определить причину появления погрешности.

До недавнего времени выпускали разнообразные средства контроля цилиндрических зубчатых колес для   контроля  отдельных геометрических параметро и пгрешностей:

– приборы для комплексной однопрофильной проверки;

= шагомеры для окружного и углового шага;

– шагомеры для основного шага;

– нормалемеры;

– межцентромеры;

– биениемеры;

– эвольвентомеры;

– ходомеры и направлениемеры;

– контактомеры и

– зубомеры.

Следует отметить, что приведенная классификация зубоизмерительных приборов  устарела. По двум основным причинам. Во-первых, сократилось количество применяемых в машинах и механизмах зубчатых передач, потому что появились и широко рименяются высоко моментные электродвигатели постоянного и переменного тока с регулируемой скоростью вращения до 1:10000, шарико винтовые передачи, ременные передачи, вариаторы, линейные электродвигатели и т.п. По этой причине, например, в металлорежущих станках совсем не применяют зубчатых передач. Во-вторых, появились КИМ, которые идеально подходят для измерения параметров зубчатых колес. Поэтому накладных и ручных приборов для измерения зубчатых колес стали выпускать значительно меньше, а станковые приборы  выпускают для специфических производств по заказам.

В настоящее время выпускается небольшое количество  накладных приборов,  появившиеся в последнее время измерительные центры для контроля зубчатых колес и универсальные КИМ, снабженные специальным ПО.

Наиболее оптимальным на сегодняшний день решением, с точки зрения гибкости, высокой точности и информативности, является проверка зубчатых колес и зуборезного инструмента на универсальных зубоизмерительных центрах (ЗЦ). Такие центры имеют возможность прямого измерения не только погрешности профиля, направления, шага и радиального биения, но и топологии поверхности зуба, а также формы и расположения поверхностей самой детали (рис. 6.5.3).

 Рис.  6.5.3  Схема измерения шестерни на зубоизмерительном центре

ЗЦ позволяют измерять все геометрические параметры цилиндрического зубчатого венца по основным отечественным и международным  стандартам, что является необходимым при наладке станков с ЧПУ на современном зубообрабатывающем производстве.

Современные зубообрабатывающие станки с ЧПУ обеспечивают  высокую точность обработки. Более того, они обеспечивают практически неограниченные возможности по коррекции погрешностей, как возникающих при механической обработке, так и при термической обработке деталей с зубчатыми венцами.

центрРис.  6.5.4  Измерительный центр для измерения зубчатых колес

      ЗЦ для контроля  зубчатых колес (рис.  6.5.4) имеют примерно одинаковую конструкцию и компановку.  На жестком основании из гранита или чугуна расположены две вертикальных колонны и поворотный стол с патроном для установки проверяемой детали. Колонны также выполнены из гранита или чугуна. На одной колоне на шариковых направляющих по вертикали перемещается каретка (координата Z), на которой установлен датчик касания. Датчик касания имеет две координаты перемещения X и Y (вместе с колонной или с кареткой). Координата Y – по  направлению к проверяемому зубчатому колесу, координата  Х – перпендикулярно координате Y. Обе направляющие выполнены на шарах. В большинстве  ЗЦ применяют триггерный или сканируюший датчик касания (раздел 5.3)  с измерительным наконечником в виде шара, диаметр которого подбирают в зависимости от модуля контролируемой детали.

   Вторая  колонна имеет задний центр, регулируемый по высоте.  Это позволяет установить вал с зубчатым венцом или проверять валы со сложным профилем (распредвалы, коленчатые валы и т.п.). В этом случае ЗЦ использется как кругломер.

 ЗЦ  имеет поворотный  шпиндель со столом (координата С), установленным на шариковых направляющих из насыпных шаров (рис. 6.5.5). Шпиндель на насыпных шарах Рис. 6.5.5   Шпиндель на насыпных шарах

 Преимущество шариковых подшипников – большая жесткость, которая обеспечивает стабильное положение измеряемой детали. Шпиндель  на шариковых направляющих не требует питания очищенным сжатым воздухом, что упрощает конструкцию ЗЦ.

На столе установлен  многокулачковый патрон для крепления измеряемой детали или центр для устаноки вала с зубчатым венцом.

Стол имеет прямой привод поворота с помощью регулируемого . лектродвигателя и снабжен круговым  оптоэлектронным энкодером для отсчета угла поворота.

Таким образом ЗЦ является 4х координатной КИМ, аналогичной кругломеру (раздел 5, только менее точный.   Но для контроля зубчатых колес точность ЗЦ вполне достаточна.

Иногда ЗЦ снабжают качающимся датчиком касания (раздел 5.3)  и он превращается в полноценную 5ти координатную машину или кругломер.

Перемещения по всем координатам отсчитываются с помощью оптоэлектронных линейных и угловых энкодеров.

Для калибровки ЗЦ снабжен аттестованной сферой, закрепленной неподвижно, и эталонным зубчатым колесом

Но, конечно, главная особенность современных ЗЦ – развитое и изощренное метрологическое программное обеспечение.  Фирмы, выпускаюшие КИМ и ЗЦ применяют стандартные программы и много приложений (модулей) для расчета геометрических параметров и погрешностей различных зубчатых колес (раздел 5.13  и 6.4).

Стандартное ПО зубоизмерительного центра позволяет выбрать стратегию измерений из параметров зубчатого колеса из существующих или создать новую, управляет циклом измерения координат заданного массива точек, принадлежащим реальным поверхностям контролируемой детали. ПО содержит программу математической обработки результатов измерений, проведений процедур координатной метрологии, процедуру и программу калибровки датчика касания и измерительного наконечика, программу математического базирования

для определения положения системы координат детали относительно координат ЗЦ и т.п.

Также ПО содержит программу для настройки ЗЦ по первой детали вручную с помощью джойстика или пульта управления. Это позволяет выбрать оптимальный цикл измерения в автоматическом режиме и избежать столкновения наконечника с деталью или частями ЗЦ.

Подробно методика программирования и работа на ЗЦ описана в статьях И.В. Суркова (раздел 6.4).

 

Область применения ЗЦ – автоматическое измерение цилиндрических прямозубых и косозубых колес, конических колес, цилиндрических червяков, червячных фрез, шеверов, долбяков