齒輪加工在線智能檢測裝置的設計

婁賽

摘要：許多機械傳動部件如齒輪在加工的過程中需要嚴格的保證其加工精度，傳統的檢測齒輪精度的設備只能在齒輪加工完成后才能對齒輪的精度進行測量，無法在齒輪加工的過程中對齒輪的加工精度進行測量。本文設計了一種齒輪加工在線智能檢測裝置，能在齒輪加工的過程中對齒輪的輪廓數據進行采集，將機床工作臺旋轉坐標反饋數據與在線智能檢測裝置測量的數據進行同步，將檢測獲得的數據在極坐標下表示即為被加工齒輪齒面檢測點的坐標，當被加工工件旋轉一周，在線智能檢測裝置能夠測得工件完整的橫截面點云坐標。本裝置可以有效地實現對加工過程中的齒輪進行測量，具有結構簡單、操作快捷、安裝方便等優點。

關鍵詞：齒輪加工;在線智能檢測;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

許多機械傳動部件如齒輪在加工的過程中需要嚴格的保證其加工精度，傳統的檢測齒輪精度的設備如三坐標測量機、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齒輪的精度進行測量，無法在齒輪加工的過程中對齒輪的加工精度進行測量，此外這些設備價格高昂、操作繁瑣、技術要求高，而在線檢測裝置能夠在零件加工過程中對其進行在線檢測，無需卸載零件，避免了零件卸載后不好重新定位的問題，同時使用在線檢測裝置對加工零件進行在線檢測也可以有效地減少被加工兩件的誤差映射問題[1-5]。因此急需開發一種價格低廉對操作技術要求不高而且能夠在零件加工過程中就能對其精度進行在線測量的數控加工在線檢測裝置。

1? 檢測裝置的功能需求

設計一個智能在線檢測裝置，要求智能在線檢測裝置可以進行多方位移動，測量裝置需選擇非接觸式，考慮到數控車床在加工零件時會噴射出大量的潤滑液，工件上會沾有油漬、潤滑液等液體會對其測量精度產生一定的影響，要求檢測裝置的測量端設有可以避免潤滑液濺入激光位移傳感器內以及能夠清除附著在被測件的油漬的裝置，考慮到在線檢測裝置安裝在機床工作臺上的便捷性以減少檢測裝置安裝在工作臺上的時間，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裝置的移動部分，測量裝置選擇激光位移傳感器，通過伺服電機控制立式十字模組進行上下左右移動，安裝在線性模組一端的激光位移傳感器隨著線性模組進行上下左右移動，因此在測量工件時可以實現對被檢測件進行多方位檢測，在立式十字模組的內部設有磁致伸縮傳感器，磁致伸縮傳感器可以提高立式十字模組直線運動的精度，在立式十字模組的一端設有傳感器保護罩，并在傳感器保護罩的測量端設有喇叭形防油孔防止液體的漸入，同時在傳感器保護罩的上端設有能夠與高壓吹氣裝置的吹氣端相連的連接孔，在測量時高壓吹氣裝置將會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置將會提高檢測裝置的檢測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有底座并在底座上設有磁力表座，使用時打開磁力表座的開關，通過磁力表座將底座的機床工作臺固定在一起，測量完成后斷開磁力表座開關取下裝置，在底座上設有磁力表座將會使檢測裝置的安裝更為方便，安裝位置更加靈活。

2? 檢測裝置的數學模型

根據機床、工件以及檢測裝置三者之間的關系，以工件的幾何中心點為坐標原點建立坐標系{A}，以插齒刀的幾何中心點為坐標原點建立坐標系{B}，以檢測裝置的幾何中心點為坐標原點建立坐標系{C}建立了如圖了坐標系，如圖1所示。

3? 檢測裝置的傳動原理

伺服電機通電帶動聯軸器轉動，聯軸器帶動滾珠絲杠做旋轉運動，滾珠絲杠將旋轉運動轉換為直線運動從而帶動滾珠絲杠上的滑座做直線運動從而實現檢測裝置進行上下左右移動，以檢測裝置在插齒機上對被加工齒輪進行檢測為例，打開檢測裝置上的磁力表座，將檢測裝置吸附在插齒機的工作臺上，調整好角度后對被加工件進行測量。如圖2是插齒機床及檢測裝置的傳動原理圖。

4? 檢測裝置的機械結構

數控加工在線檢測裝置，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、光杠導軌、光杠支座、聯軸器、法蘭板、伺服電機、磁致伸縮傳感器和主體型板等。數控加工在線檢測裝置的所示結構圖如圖3所示。

數控加工在線檢測裝置外觀圖如圖4所示。

5? 檢測裝置的使用方法

本裝置在使用時應先將安裝在十字模組底座上的磁力表座開關打開，待磁力表座具有強磁性之后可將十字模組的底座通過磁力表座固定在機床的工作臺上，檢測裝置的具體位置根據要測量的工件部位而定。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罩預先留有的孔內，打開伺服電機的開關控制十字模組進行上下左右移動，待裝置移動到被檢測零件的理想位置時，打開高壓吹氣裝置，待高壓吹氣裝置吹去被檢測零件部位的潤滑油等液體后，開啟激光位移傳感器對零件進行測量。

6? 結論

通過采用全新的技術方案，在傳統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動精度，在線性模組的一端安裝了激光位移傳感器，實現了在線檢測，在傳感器保護罩上設有喇叭形防油孔以及吹氣孔，防止測量時潤滑液等液體的漸入，提高了傳感器的測量精度同時也保證了傳感器的使用壽命，最后在檢測裝置的底部設有磁力表座使得檢測裝置的固定方式極為方便，檢測裝置的安裝位置靈活可變。

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