局部互換性測量在錐齒輪質量控制中的應用

    批量錐齒輪的制造過程同時也是一個難度較大的產品質量控制過程，它涵蓋了產品的設計、加工、檢測乃至使用等各個環節，要受到多種相關因素的綜合作用。

    近年來，信息技術的飛速發展使錐齒輪測量技術與加工制造技術的有機集成與融合成為可能。目前國外已開發出了完整的錐齒輪閉環制造系統，顯著提高了產品制造質量，縮短了產品制造周期。相對而言，我國錐齒輪產品(包括直錐齒輪和弧錐齒輪)批量生產企業的檢測技術手段普遍比較落后，主要存在兩個問題：①缺乏錐齒輪單項幾何誤差測量儀器。如許多工廠無法檢測齒廓誤差和螺旋線誤差這兩項重要誤差項目，因而不能有效控制錐齒輪的幾何精度，更無法建立相關錐齒輪的**基準。②由于錐齒輪(尤其是弧錐齒輪)在加工和使用上的特點，目前還缺乏統一的幾何形狀及相應精度的基準。錐齒輪質量的評定方法目前仍以滾動檢查儀的接觸區著色檢驗、振動噪音檢測、雙面嚙合檢查儀的徑向綜合運動誤差測量等為主。汽車上使用的錐齒輪(尤其是曲線錐齒輪)通常采用成對互換。

    為了改變我國錐齒輪產品質量控制的落后現狀，探索能使同一生產廠制造的同一規格的錐齒輪產品具有互換性(即在一定公差范圍內，該廠錐齒輪產品的幾何形狀和精度具有一致性和可延續性)的途徑，我們提出了產品局部基準和局部互換性的概念，并在有關工廠協同下進行了試驗研究。

    2.局部基準和局部互換性

    局部基準的概念是針對某特定生產廠在特定工藝條件下生產的某特定產品(或半成品)提出的。根據該產品的使用要求，將經過檢測挑選而認定符合質量要求的成品(或半成品)保存下來，作為該產品幾何形狀和精度傳遞的企業或部門基準，即稱為局部基準。局部基準的保存形式可有兩種：①實物局部基準；②數字局部基準，即該實物基準經精度認可的儀器測得的實際幾何形狀或幾何形狀的誤差曲線及誤差數據。企業或部門根據確定的局部基準所實現的該產品的互換性是一種局限于一定條件的、局域性的產品互換性，因此稱為局部互換性。局部互換性測量可分為相對測量和**測量。相對測量是指產品相對于實物局部基準的誤差測量，在這種情況下不必考慮實物局部基準的真實誤差；**測量則是指使用經精度認可的、可溯源的測量儀器進行的產品測量。從相對測量結果中去除局部基準的誤差(即數字局部基準的誤差)影響，即可得到該產品的**誤差。

    3.熱鍛直錐齒輪關鍵工序局部基準的建立

    熱鍛錐齒輪制造工藝在我國推廣應用較早，青島精鍛齒輪廠是國內*早成功采用該工藝的企業之一。該廠生產的BJ130汽車差速機構行星/半軸直錐齒輪副的輪齒齒廓經熱鍛(粗鍛和精鍛)*終成形后不再進行其它加工，其主要工藝流程為：毛坯下料一鍛打一熱粗鍛齒廓成形一熱精鍛齒廓成形一精整齒輪半成品一以成形齒廓為定位基準加工齒輪的安裝使用基準孔和端面一用雙面嚙合滾動檢測儀測量成品錐齒輪一成品著色接觸區檢驗。錐齒輪鍛模制造的主要工藝流程為：電極毛坯下料一電極外形及基準加工一按所需修形粗、精銑電極齒廓一用雙面嚙合滾動檢測儀測量電極錐齒輪一電極著色接觸區檢驗一用電極直錐齒輪電火花加工成形上、下鍛模一鍛模的加固等。由于工廠條件所限，沒有坐標式測量儀器來檢測電極直錐齒輪、產品直錐齒輪的齒廓、齒向等單項幾何精度，僅靠萬能測齒儀、雙嚙儀以及錐齒輪副接觸區著色檢測等檢測手段很難對齒形、齒向有特定修形要求的直錐齒輪進行有效的質量控制。因此，針對電極、產品直錐齒輪制造工藝的關鍵工序建立適合該廠的幾何精度局部基準，制訂檢測方法和精度指標，是實現該產品質量控制的重要組成部分。

    三對局部基準的含義如下：①電極局部基準：作為用于電加工熱鍛模具的電極直錐齒輪的基準。電極齒形、齒向的幾何形狀和精度不僅取決于產品錐齒輪所需的修形要求(如鼓形量等)，而且還需考慮電加工過程中因各處損耗不同所需的補償修整量。②產品局部基準：作為產品直錐齒輪幾何精度的參照基準。在存在加工制造誤差、安裝調試誤差、使用時受力變形等情況下，產品直錐齒輪副應仍能保證良好的接觸區和傳動性能。為此，齒形、齒向分別有特定的修形曲線和修形量以及相應的公差帶，在滾動檢驗機著色檢查時使接觸區偏向小端中部。③雙嚙測量齒輪局部基準：作為雙嚙測量儀所用測量錐齒輪的基準。雙嚙測量齒輪的齒形、齒向幾何精度要求高于產品直錐齒輪的設計齒廓和設計齒向，其齒厚按無側隙考慮需加厚。

    4.局部互換性測量應用實例

    以青島精鍛齒輪廠生產的熱鍛BJ130汽車差速機構的行星/半軸直錐齒輪副成品質量檢測為例，簡要說明局部基準的建立和局部互換性測量的步驟：

    (1)通過滾動檢驗機的接觸區檢測和雙嚙測量儀的徑向綜合誤差測量，挑選出兩對質量良好的行星/半軸直錐齒輪副。

    (2)將其中一對齒輪副認定為該廠BJ130汽車差速機構的行星/半軸直錐齒輪副的基準，即實物局部基準。

    (3)在具有溯源性、精度認可的KP42測量儀上按球面漸開線創成原理對該局部基準的齒廓、齒向進行測量，將測得的誤差曲線作為該廠BJ130汽車差速機構行星齒輪和半軸齒輪的數字局部基準。

    (4)采用腐蝕法或粘貼法將選出的**對齒輪副按測量誤差項目要求制成有控測量棱線單嚙測量齒輪副。
(5)在錐齒輪整體誤差測量儀上對局部基準齒輪、測量齒輪及送檢工件齒輪進行檢測。

    ①將已被選定為局部基準的行星錐齒輪與半軸錐齒輪單面嚙合，采用齒輪副切向綜合誤差測量軟件測量局部基準行星/半軸直錐齒輪副的切向綜合誤差。

    ②將測量錐齒輪與配對產品錐齒輪單面嚙合，采用錐齒輪整體誤差測量軟件測量該產品錐齒輪(行星齒輪或半軸齒輪)的相對齒形誤差、相對齒向誤差及相對切向誤差曲線。③將測量錐齒輪與多個配對產品錐齒輪單面嚙合，采用錐齒輪誤差比較測量軟件測量批量產品錐齒輪齒形誤差(包括壓力角誤差、形狀誤差)的分散度、齒向誤差分散度等。根據測得的分散度來判定并監控加工工藝系統的穩定性。

    ④將測量錐齒輪分別與配對局部基準錐齒輪和批量產品錐齒輪嚙合，采用錐齒輪誤差比較測量軟件測量批量產品錐齒輪相對于局部基準輪在齒形誤差、齒向誤差上的差異和分散度；根據公差帶確定該批合格產品是否可互換。

    ⑤首先將測量錐齒輪與已知誤差的對耦局部基準錐齒輪嚙合，采用錐齒輪誤差補償測量軟件對局部基準輪的已知誤差進行補償(一次補償)后，測得測量錐齒輪相關測量棱線的誤差曲線和數據；然后將該測量錐齒輪與待測對耦產品錐齒輪嚙合。采用錐齒輪誤差補償測量軟件對測量錐齒輪測量棱線誤差進行補償(二次補償)，測得檢測產品錐齒輪的實際誤差數據和曲線，即產品輪的實際齒形誤差(包括壓力角誤差和形狀誤差)、齒向誤差以及產品輪的切向綜合誤差。

    如果預先在坐標式錐齒輪測量儀上測得測量錐齒輪測量棱線的實際誤差，則上述過程可簡化為一次補償測量即可得到與產品錐齒輪相關的各項**偏差。

    5.結語

    將局部基準和局部互換性測量技術應用于幾何形狀復雜的錐齒輪(包括直錐齒輪、弧錐齒輪、準雙曲線齒輪等)批量生產中，可較好實現產品質量控制和加工工藝穩定性監控，所采用的齒輪單面嚙合測量儀器具有較高的測量精度、測量效率和性價比。

    在本文給出的精鍛直錐齒輪批量生產實例中，實現了在加工過程的關鍵工序中采用局部基準和局部互換性測量技術進行加工質量檢測，對于控制半成品和成品質量、降低廢品率起到了較好效果。為了推廣應用該項技術，還需對其進一步深入研究，并在生產實踐中不斷完善和發展。