滚刀刃口检测影响因素分析

摘要：目前，各制造企业采用的刃口测量仪器种类繁多测量精度存在差异，在对滚刀刃口的检测过程中，随着影响因素的改变，使检测结果精度发生变化。针对刃口检测技术的研究，从对其结果精度影响因素入手。本文基于CNC齿轮测量中心探讨影响滚刀刃口检测结果精度的主要因素，并对如速率、测头半径、测量宽度及压入量等因素进行相关实验验证，并对各因素影响机理进行分析，从而得出除测量宽度外，其余因素均会影响刃口检测结果精度，为后期的检测技术优化提供理论基础。

关键词：CNC齿轮测量中心;滚刀刃口检测;影响因素

0  引言

在齿轮制造行业，滚刀作为齿轮的主要加工刀具，具有高效、高精度的特点。而在加工过程中刃口的完整性决定了加工齿轮的质量，需要对刃口进行高精密检测[1]。從早期的机械式单项误差测量到目前主流的齿轮测量中心，可完成滚刀齿形误差、容屑槽的相邻周节差、轴向齿距差、齿厚偏差、相邻切削刃的螺旋线导程误差等项目的精密测量[2]。齿轮测量中心虽然可以实现滚刀大部分测量项目的准确测量，但对于滚刀刃口位置的检测仍然存在缺陷。现有的检测仪器对于刃口的检测，往往只在限定的参数下进行，当仪器的某项参数值改变时，其检测结果随之发生变化。在此情况下探究影响检测结果的主要影响因素，是我们进一步研究的基础。一般的刀具测量仪器有万能工具显微镜、刀具几何参数测量仪、三坐标测量机、轮廓仪、CCZ40齿轮测量机等仪器[3]。不同检测仪器其检测的工件质量结果不同，所受到的影响也不一样。比如微机型万能工具显微镜测量读数比较繁琐、测量时间长，效率很低，这种人工干预的测量仪其测量重复性差[4];三坐标测量机相对于现有的齿轮测量中心测量精度低，探针与接触面的要求尽可能垂直，其中影像、激光复合三坐标测量机易受外界因素影像，环境要求高[5]。本文主要在于对滚刀刃口检测过程中，影响检测结果的因素进行研究总结。

1  齿轮测量中心刃口检测

现有的CNC齿轮测量中心相对于一般仪器其性能更好，在工件检测项目质量上相对而言高于一般仪器。然而在与高精密检测仪器相比较，存在一些检测结果质量问题。在检测过程中仪器在固定参数下的测量结果精度高、稳定性好，但实际测量中根据要求不同，检测参数随要求发生改变，往往带来的结果变化就是检测精度的降低[6]。我们需要在此状况下，针对CNC齿轮测量中心，对滚刀刃口的检测影响因素进行研究，找出主要的影响因素，从而对以后的技术改进及方案优化提供理论支持。

在测量过程中，根据来源不同我们将影响因素分为外在因素和内在因素。而相对于实验分析而言，外在因素如温度、湿度、噪声等影响是很难消除的，在改变实验环境的条件下，尽可能的降低它们带来的影响。因此，我们在实验验证中一般考虑内在因素的影响，从而找出主要影响因素。

在检测中内在因素根据其影响对象不同又可以分为工件本身质量和齿轮测量中心算法检测影响;根据影响因素的状态我们还可以分为静态与动态两种影响因素。在以上两种分类中我们主要对静态因素进行相关分析。

通过齿轮测量中心对滚刀齿形误差测量实验的结果重复性比较，判定我们提取实验各项数据的可信度及对于刃口检测实验的可行性。在此实验的基础上，我们初步提出影响刃口搜索精度的因素包括测量速率、测量宽度、测球半径以及测量运动中采样频率等。在相关参数的定量下，根据实验对相应因素的改变所得结果进行比较，从而分析主要的影响因素。

2  单一因素影响分析

在提出的因素分析中，往往因素的影响存在相关性，因此我们需要对各变量进行单一变量结果影响分析。实验中我们选取的滚刀类型是阿基米德滚刀，其模数m为5.5，在检测刃口位置时选用滚刀中端部分相对齿面光滑的齿进行实验，从而减少滚刀加工带来的质量影响。在实验中刃口检测的结果右齿面的变化相较于左齿面更显著，在实验中我们主要针对右齿面的变化进行相关验证。

2.1 单一因素变量——速率

在其他条件不变的情况下分别选取速率为慢速80%、中速80%、高速120%进行实验。选取三个刃口点的中间点进行重复测量比较得到的刃口位置变化如图1所示。在速率改变的情况下，刃口搜索位置z发生偏移，Thata波动范围改变。现有的搜索仅仅针对对应的参数可以达到高精度检测，因素的变化将影响到检测结果。

2.2 单一因素变量——宽度

改变宽度就是改变测量时测头刮取齿面从起点到脱离刃口点的距离，此因素主要改变搜索刃口点时的轨迹长度，对于搜索的结果变化有无影响，需要进行相应的实验对比。如图2所示是在测量宽度依次为0.5mm、1mm和2mm下搜索右齿面的刃口位置变化结果。

2.3 单一因素变量——测头半径

除了以上两种因素之外，测量时我们使用的是一维测头，在测量时可以改变测头的半径大学且不会影响其余参数变化。在此基础上做出了以下实验，分别选用半径为1mm、1.5mm和2mm的测头其实验结果如图3所示。

2.4 单一因素变量——升角

改变滚刀的螺旋升角需要置换滚刀，而我们检测绘制不同升角需要对同一刃口测头轨迹变化分析，并通过分析其影响原理和变化结果，判定升角改变对检测结果的影响。因此在理论上的分析为滚刀螺旋升角的改变致使测头轨迹斜抛角度发生变化，升角过大测头经过刃口可能发生停滞现象，影响刃口位置计算;当升角为零时对刃口搜索无影响。

以上实验分析时在各影响因素在仅改变自身的情况下，对同一滚刀相同刃口进行刃口搜索的结论。其中升角的改变在于滚刀的置换，本文仅对其影响的原理进行分析与测头的测量力一致，在原理上分析其对结果的影响。

3  总结及展望

综上所述，在基于齿轮测量中心的滚刀刃口检测影响因素分析中，通过滚刀齿形误差测量实验从而提取出刃口搜索采样点轨迹，通过单一影响因素的改变，比较实验结果，从而判定其主要影响因素。并对各因素影响机理进行分析总结。在检测滚刀的刃口搜索中主要的影响因素有测量速率、测头半径、升角和测头的压入量也就是测量力。

在对各影响因素检测中升角和压入量的验证仅提出理论研究，后期的实验我们可以使用量块，在工作台上通过改变量块的放置从而达到仅改变单一因素的实验目的，在速率、测头半径的实验中我们同样可以使用此方法已达到消除压力角等其余参数对实验的影响，使实验的结论更准确。

参考文献：

[1]贺大兴，盛伯浩.超精密加工技术的发展现状与趋势[J].现代制造工程，2005（1）：121-123.

[2]孙涛，蒋建明.影响超精密加工精度的主要因素[J].长沙航空职业技术学院，2003.

[3]赵仲生，赵一丁，林其骏，等.齿轮滚刀测量机数控系统的开发[J].机械科学与技术，1985（1）：92-95.

[4]孙涛，谭久彬，董中.基于原子力显微镜扫描的金刚石刀具纳米刃口轮廓测量方法硏究[J].仪器仪表学报，2000，21（1）：54-57.

[5]王红敏.三坐标测量机测头半径补偿技术[J].工艺与检测，2010（6）：99-102.

[6]刘胜军，杨玲.加工齿轮滚刀齿形过程中如何提高齿形精度[J].工具技术，2012（9）.

作者简介：韩育江（1993-），男，陕西咸阳人，硕士，西安工业大学，研究方向为测量与控制技术。