（机械制造及其自动化专业论文）智能化装配式铣刀盘检测仪的研究.pdf

天津科技大学 j ! i f i lll li i i ii ii i i i i i i ii i i i y 17 9 7 4 5 6 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所墩褂的 研究成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任f i 叮j e 他个人或集 体已经发表或撰写的成果内容。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已红 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承j j l 。 作者钨名： 吴材硝 川l f j ：洳8 年弓月f 7 同 专利权声明 本人郑重声明：所呈交的论文涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归火 科科技大学所有。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：呈村w - l 期：撕8 年弓月，9f 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用! 学位论文的规定，b d 患学校保 研j i = 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和r u 予版，允诩：论义被a 阅和甜f 阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入仃火数圳h ： 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和j 1 ：编奉学化论义。 保密li ( 请在方框内打“”) ，在年解密后适川奉授权 二f 0 。 本学位论文属于 不保密日( 请在方框内打“”) 。 作者签名：器材俐 川l i j ：加占年j f c 7 i i 洲签名多奠歹鸣嗍：脚句i 多月，1 摘要 弧撕锥齿轮厂“泛应j j 于汽车、发i 乜、石化、冶金、船j i f l 、飞机、_ ：j i ：机械等j j ：, i k f 内f i - 干| f i 机械j 肛 l l | i i - 。确：弧齿锥齿轮铣齿加l 工过烈一| i ，为保证广：一饥质：i ，淞篮纤s m l s , 埘铣 撕机所j i j 的“装配式铣刀龇”j - 的刀片i 啊度跳动和径向跳动进行检测洲恪。l 火f 此， - 汀j 5 f 度、商效率的铣刀盘检测仪足铣衡机所必备的附属装符。 现彳j 的铣刀盘检测仪普遍采用双独立测头设计，且采j l j 传统的指针式仪农，前人 二 读数、记录，测量效率低、精度低。本文结合现有铣刀僦检测仪的特点，研制j i ：发 了。利，新型的智能化铣刀盘检测仪。 小文f 由：卜篮研究内容如下： 1 检测仪机械结构的创新：设讨了一利，新型的集成式测头，改变厂以往的舣独j 、，：测头 设计，既能实现刀片高度跳动和径向跳动的独立测j 连，义能时测；i ，捉i 了测：i 效率。 2 采j i 数字式测啭传感器，其中刀j 高度跳动测髓采川数字式丁分嵌，径阳跳动测：荷 采j + f j 数。式儿分表，测量分辨力达剑0 1 u m ，时j 将测：l i = 数捌通过i i 实时f 0 输 剑i = i 铧机l i i 。 3 软件系统i l i 的料能化功能模块发计：楸抛符；i p l j j 擞的测敞婴求，敬汁j i 发，测l i i | i o 软 1 i ，i ：系统，该系统具有智能化的测量数荆分析评判助能，l j 丁自动捉乃衙婴洲格的j 片 号、调整挝和调整方向，实现了智能化检测。 4 软件系统q i 数批管理模块功能设计：实现刀盘信息的存储，软件系统一l i 矬。移川髓信 息数捌库，对于调整完的合格刀盘，将其各个) jj 的一曲度和径向测f i ；= 数圳进 r 存储， 并n d 时存储操作者、刀盘编号、测量f - i 期、调拯时i 、l i j 、允许洪蓐范刚等十i i 火信息， 町方便地娃示或打印输出。 5 软件系统的功能集成：采用v i s u a lc + + 6 0 软件丌发j 严台丌发了软件系统的符个功能 模块，并通过试验验证了软件的各项功能。 关键词：装配式铣刀盘；弧撕锥齿轮；检测仪；集成j = 测头：纠能测：矗 a b s t r a c t s p i r a l b e v e lg e a r sa r ew i d e l yu s e di na u t o ，e l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o n ，p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y , m e t a l l u r g y , s h i pc r a f t ，p l a n e ，a r m ym a c h i n ea n ds oo n i ti sn e c e s s a r i l yt om e a s u r e a n da d j u s tt h ef a c er u n o u ta n dr a d i a lr u n o u to ft h eb l a d cl o c a t e do nt h ec u t t e ri no r d e rt o e n s u r et h eq u a l i t yo ft h es p i r a lb e v e lg e a r s ，a n ds ot h es p i r a lb e v e lc u t t e rm e a s u r i n g i n s t r u m e n ti st h ee s s e n t i a li n s t r u m e n ti nt h em a n u f a c t u r eo f s p i r a lb e v e lg e a r s t h ed u a l p r o b ei s w i d e l yu s e di n t h ee x i s t i n gm e a s u r i n gi n s t r u m e n t s ，a n dt h e yu s e t r a d i o n a lp o i n t e rm e t e r , s oa r t i f i c i a lr e a d i n ga n dr e c o r d i n gi sn e s s a r y t h i sp a p e rd e s i g na n e w i n t e l l i g e n ts p i r a lb e v e lc u t t e ri n s t r u m e n t r h e s er e s e a r c hw o r k sh a v eb e e nf i n i s h e d ： 1 t h ci n n o v a t i o n o ft h em e c h a n i c a l s t r u c t u r e ：h e i g h t - p r o b e a n d r a d i u s p r o b e a r e i n t e g r a t e dt o g e t h e ri no r d e rt om e a s u r et h ef a c er u n o u ta n dr a d i a l r u n o u to ft h e b l a d e sa tt h es a m et i m e ，o rr e s p e c t i v e l yw i t h o u ti n t e r f e r e n c e t h ed i g i t a lm e t e r sa r eu s e di nt h i s m e a s u r i n gi n s t r u m e n t ，t h er e s o l v i n gp o w e ri s 0 1 “m ，a n dt h em e a s u r i n gd a t ai st r a n s m i t e dt oc o m p u t e rt h r o u g hr s 2 3 2i n t e r f a c e 一 i n t e l l i g e n t i z e dd e s i g n i ns o f t w a r e s y s t e m ：t h em e a s u r i n g s o f t w a r eh a sb e e n d e v e l o p e da c c o r d i n gt od i f f e r e n tm e a s u r i n gr e q u i r e m e n t ，t h es o f t w a r ec a na n a l y z et h e m e a s u r i n gd a t ai n t e l l i g e n t l ya n dp r o m p tw h i c hc u t t e rt h a ts h o u l db ea d ju s t c da n dt h e q u a n t i t yt ob ea d j u s t e d ，i tr e a l i z et h ei n t e l l i g e n t i z e dm e a s u r i n g t h ed e s i g no fc u t t e rd a t am a n a g e m e n ti ns o f t w a r e ：t h ec u t t e ri n f o r m a t i o nd a t a b a s eh a s b e e ne s t a b l i s h e d ，t h a tr e a l i z et h es t o r a g eo ft h ec u t t e ri n f o r m a t i o n ，s u c ha s ：t h em e a s u r i n g d a t a ，o p e r a t o r , c u t t e ri d ，m e a s u r i n gd a t e ，m e a s u r i n gt i m e ，t h er a n g eo fe r r o r , a n dt h e yc a n b ed i s p l a y e do rp r i n t e de a s i l y f h ef u n c t i o ni n t e g r a t i o no ft h es o f t w a r e ：t h ew h o l ef u n c t i o n a lm o d u l e sh a v eb e e n d e v e l o p e db a s eo nv i s u a lc + + 6 0 ，a n dt h ee v e r yf u n c t i o no ft h es o f t w a r eh a sb e e n v a l i d a t e d k e y w o r d s ：a s s e m b l ys p i r a l b e v e lc u t t e r , s p i r a lb e v e l g e a r , m e a s u r i n gi n s t r u m e n t ， i n t e g r a t e dp r o b e ，i n t e l l i g e n tm e a s u r i n g 目录 l前言l 1 1 选题背景和研究的目的意义l 1 1 1 选题背景l 1 1 2 研究的目的意义1 1 2 国内外研究现状及发展趋势2 1 2 1 酗内外的研究现状- 2 1 2 2 发展趋势2 1 3 本义研究的1 i 耍内容3 1 3 1 硬件部分的主要研究内容3 1 3 2 软件部分的主要研究内容3 1 4 本文的结构安排3 2 智能化装配式铣刀盘检测仪的工作原理一4 2 1 弧齿锥齿轮的加工方法4 2 2 铣刀舷的种类及测量方法4 2 2 1 刀艋的种类4 2 2 2 单而切刀盘的测量方法5 2 2 3 双而切刀盘的测量方法6 2 2 4 托jj j 髓的测啭方法7 2 3 柳能型枪测仪的：j ：作原理8 2 4 本章小务9 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的硬件设计10 3 1 总体的功能设计和精度设计l o 3 1 1 总体功能设计1 0 3 1 2 精度设汁l l 3 2 箱体t - ：翁1 1 部分设计1 3 3 2 1 箱体的设计1 3 3 2 2 主轴及轴上零部件的设计1 4 3 2 3 齿轮离合器的设计- 2 3 3 2 4 蜗轮蜗杆的设计- 2 5 3 2 5 拨义部件的设计3 0 3 3 移动控制部分的设汁”3 4 3 4 集成测头的设计3 7 3 5 火键零部件的分析计算3 9 3 5 1 径向测头部分弹簧片的分析计算3 9 3 5 2 径向测头部分弹簧的分析计算4 7 3 6 本章小结一4 9 4 智能化装配式铣刀盘检测仪软件系统的设计5 0 4 1 数据采集模块的设计一5 4 4 2 刀片位嚣测量模块的设计“5 6 4 3 智能分析评判模块的设计5 7 4 4 信息存储模块的设计一5 9 4 4 1 数据崩i 设计5 9 4 4 2 数拱l ：所i 编私l ! 接i 1 一6 0 4 5 报袭5 谩示打印模块的垃计一6 l 4 5 1 报表的显示“6 l 4 5 2 报表的查询6 l 4 5 3 报表的打印6 l 4 6 本1 批1 1 小结。“6 3 5 试验及误差分析6 4 5 11 - 牟1 1 1 旋转精度的验证6 4 5 2 刀片位胃提取模块的验证6 7 5 3 刀盘的测量6 8 5 3 1 币复测艟精度的验证6 8 5 3 2 软件功能的验证。7 0 5 4 跌麓分析：7 3 5 5 本章小结7 3 6 结论与展望一7 4 6 1 结论7 4 6 2 展望“7 5 7 参考文献7 6 8 论文发表情况8l 9 致谢一8 2 天津科技人学硕1 ：学位论文 1 前言 1 1 课题的背景和研究的目的意义 1 1 1 选题背景 弧齿锥齿轮是实现相交轴运动传递的基础元件，山于其传动具彳j ：玎：i = 合发人、承域 能力- 衍、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点及具有良好的动态f 1 f i b - ，红机械i i k i k i iio 1 钉4 1 i 肖雨要的地位，广泛应用于汽车、发电、石化、冶：；= 、剐堋i 、匕机、均纠：机 械等行业各利t 机械产品中。 相! 弧齿锥齿轮铣齿加工过程中，为保证产品质量，铣齿机卜所用的“装配武铣刀 盘”需要经常进行检测与调褴，主要是刀片径向跳动测量和刀片高度测l i l 。i f 盯) j ”跳 动误兹的人小对铣齿机和铣刀盘的寿命以及加- 丁齿轮广：i - j - 的质最产乍艰人的彤i 响。l 闪 此，- 衍精度如效牢的铣刀僦枪测仪足铣齿机所必帑的附属装嵛。 为挺- 曲齿轮加工精度和效率，方山i 要求采t t “石耥度的铣撕机床；，j 办i f i i ，刈。铣 齿机床所用的装配式( 组合式) 铣刀盘的精度也提出了更高的要求，i 弼柑度的铣刀傩 需婴史高精度的调刀仪来保证，而现有的装配式铣刀盘“调刀仪”的使汁结构及梢 度难以满足这一要求。 1 1 2 本课题研究的目的和重要意义 做为弧锥齿轮加工成套装备中的装配式铣刀盘检测仪，h 前存相j 的1 - ：篮i l i j 题址 测址办法落后、精度低、操作复杂、效率低。为了解决- j 二述0 i j 题，木义采川先进f 内创 新设计思想，研发具有更高的精度和测量调整效率的新型智能化装配j = 铣y j 僦卡：；! 测 仪，以满足企业数字化、信息化生产和管理的需求。 提高加轮) j i i f l ：质量和效率，是机械- 【：业发展的永恒j ：题。随竹我n 汽，i i ：川k f 内快 速发腱，对弧锥齿轮的需求最越来越火。弧齿锥齿轮的加二r ：丁艺通常怂：切谢一撕 m i 淬趔- - q o f 以i 或刮i j d j u 工( 耥铣齿) 。研齿加 ：，具有! i t 产率尚、成本低n 勺优j k 化址， 研加工对齿轮误差的矫j 下能力极小，不能消除径向跳动、周：常洪麓、齿形洪艘嗣i j l ； 它于热处理变形引起的误差，仅能改变有效齿形表面的相l 糙度和接触化竹。研撕加 工所获得的齿轮精度一般为6 - 7 级。对于精度要求更高( 4 5 级) f 内f i i l ! 撕i f l 弧锥 齿轮，在热处理、硬齿面刮削( 精铣齿) 加工之后，还需要进行磨齿。崩撕加一n 可以获 得很高的加：f 精度，适于高精度弧齿锥齿轮加工，特别是一些大型的和精度要求i 协的 硬齿而齿轮。无论是研齿、硬齿面刮削( 精铣齿) 还是磨齿，都对铣削加j i ：时所形成 的弧齿锥齿轮的齿面光洁度有较高的精度要求，为了达到这一要求，一办1 f i f 篮求采用 高耥度的铣齿机床；另一方面，对铣齿机床所j 1 j 的装配式( 组合式) 铣刀舭的j 5 | ! f 度也 捉了更高的要求，而现有的装配式铣刀盘“调刀仪 难以满足这一婴求。 豁于网外弧齿锥齿轮制造技术的发展趋势已从传统的机械式向伞数挖化，近儿年 i 前言 义向数7 化、智能化的方向发展。天津市精诚机床制造有限公司已于2 0 0 5 年与河南 科技大学合作，在国内率先用全数控弧齿锥齿轮研齿机进行数字化、智能化工艺试验 研究。而铣刀盘检测仪是弧齿锥齿轮加工成套设备的重要组成部分，因此其向数字化、 智能化技术的发展势在必行。另外，随着国内企业，特别是大中型汽车厂、齿轮厂企 业僻理阳数宁化企j i k 迈进，也相应要求制造设备数控化、数字化、智能化。因此，本 文拟外发的斜能化刀擞检测仪符合这一要求，具有重要的现实意义和广阔的应用前 景。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内外研究历史、现状 f _ f 前，困内外仓业生产的装配式( 也称组合式) 铣刀盘“调刀仪”，典型的有美 叫格i 弘森铣机溯刀仪5 2 8 型，以及国内天津第一机床厂、武汉机床厂生产的铣齿机 渊夕j 仪( 坫本1 ：仿格耳! 森产乩) 。结构如图1 1 所示： 径向 图卜l 传统刀盘检测仪示意图 f i g 卜it r a d i t i o n a lb e v e lc u t t e ri n s p e c t i n gm a c h i n e 这些调刀仪均采川左右分置的双独立测杆测头机构布局，即一套测杆测头用于刀片高 度的测量，另一套测杆测头用于刀片径向跳动的测量，两套测杆测头上分别装有机械 式千分表、百分表，最i 苛分辨力仅为l i a n a ，测量精度较低，无数据采集、数字显示及 管! f | l ! 功能。另外，调刀仪的刀具测戢位置与刀具调整位置离的较远( 测i 最后刀擞需转 动1 8 0 度j 能调整) ，雄以保证测最与调整的州步性。测量数据只能靠肉l i 醍观察，手 j i ：记菜，效率低，难以保证数捌的可靠性和完整性，也无法适应数字化制造和数字化 管王i 丝的需要。 综上所述，国内外企业生产的组合式铣刀盘“调刀仪”主要存在下列问题：【l 】刀片 径向跳动测量机构采用传统机械式千分表，测量分辨力仅为l l j - m 并且存在人为的读数 误差，难以实现更高精度测量与调整。【2 】调刀仪”调整过程复杂，难以保证测量与调 2 天津科技人学硕二l 二学位论文 糌的i j 步性，操作不便，效率低。【3 】测艟数损修 能靠肉眼观察、于：i + ：址求，雄以保“ 数槲的可靠性和完糙性。也无法适应数字化制造和信息化管理的衙婴。 1 2 2 发展趋势 随着现代制造技术的迅速发展，要求弧齿锥齿轮的精度史i 曲、制造效率业i ：，jl ： 制造技术向数字化、智能化发展，所以测量耥度更高、效率更高，f ：集数圳采集、存 储、分析等功能于一体的数字化智能化铣刀盘测量调烂仪将足其发展的必然趋势。 1 3 本文研究的主要内容 1 3 1 新型铣刀盘检测仪的硬件结构设计 ( 1 ) 设计f 梢度刀舷皇轴系统，要求蕾轴的径向跳动确! 1 5 u r n 以内，端i f l i l t j l - 动和2 u r n 以内，包括蜗轮蜗杆传动和内外齿离合器结构，离合器啮合时通过转动姒卡i ：实现川僦 主轴的慢速转动，离合器脱丌时可实现手动任意转动- l 4 q l i 。 ( 2 ) 设计移动控制装置，使测头达到设计空问的任意位罱，并实现往仃意位钨：的锁 紧，以实现多种型号刀盘的测量。 ( 3 ) 设计集成式测头，将传统机械结构中相互独立的刀片径向跳动测头和刀片- 衍度 测头集成在一个测杆测头上，可同时测嫩铣刀刀片的径向跳动和刀j l 的- ：百殷，也r 叮对 j 二述参数分别独立测量，并且测量过程互不干涉。 ( 4 ) 测 i 传感器采用数字式万分表和数字式t 分表，可通过标准f i ；i lo j 计算机连接， 将测 霞数折i ：传输到计算机中，实现检测仪的数字化商梢度测啭。 1 3 2 新型铣刀盘检测仪软件系统的设计 采川基于模块化的软件设计思想，设计智能化装配式铣刀擞检测仪的软件系统， j ：婴的功能模块包括数据采集、数据存储、数捌分析评定、数据显示打日j 。i 5 2 汁j f ； = 参数数据库，实现了各种刀盘参数的存储。 1 4 本文的结构安排 本文拟研发智能化装配式铣刀盘检测仪，j i 要包括检测仪硬件系统( 机械结构和 零部件) 平软件系统( 实现测量的智能化) 的研究设计，并进行了帆i 火的试验验证。 第。章阐述了本课题的选题背景，研究的意义和国内外发展的现状，f ：简i 介纠厂本 文的：t 要研究内容。 第：啦介宝i f 了铣刀盘的种类、检测仪的j i ：作原翌l ! ，并简述了弧齿斜e 齿轮的j j i li ：肠洲! 。 第? i 审详细地介纠了检测仪的硬件设计以及关键零部件参数的选择和校核。 第 j 【| ：卷详细地介绍了检测仪的软件系统的设计及关键模块的实现，完成厂整个检测仪 软硬件的集成。 第j h 章通过试验验证了该检测仪硬件系统的精度以及软件系统各核心算法的准确f - l - ， 实现了刀片高度和径向的同时测量。 第六章对本文所做的工作进行总结，指出本文的创新点，并对令肝还j 肟篮进步研究 的内弈进行胜耀。 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的工作原理 2 智能化装配式铣刀盘检测仪工作原理 弧撕锥撕轮装配式铣刀盘的测量与调整主要是刀片径向跳动误差和刀片商度跳 动洪麓的测辑调整，将它们控制在所允许的误差范围之内。刀片的径向跳动将影响 到每把刀的切削量，切削量过大会加速刀片的磨损，因此对其要求较高，通常控制在 5 u m 。刀片高度跳动会影响齿根面的形状，形成台阶，刀片高度相差太大则可能产生 崩刀，通常对刀片高度跳动控制在1 0 u m 。 本章将m 点介圣3 - t j j 盘检测仪的工作原理，并简单介绍弧齿锥齿轮的加工方法及铣 川舭的种类。 2 1 弧齿锥齿轮的加工方法 弧齿锥齿轮的加工方法很多，可采用各种刀具及相应的锥齿轮加工机床，不同的 方法) j h 3 m 的齿轮均具有特殊的齿形，在使用上及工艺上也各有特点。其中采用装配 i ：端i f f i 铣刀t 3 , t d n ：l - 的弧撕锥齿轮，其j j h ：【过程如图2 1 所示：主要是通过：a 刀僦的 旋转运动( i - j z 动) 、b 切入进给运动，刀具( 或工件) 的前进运动、b 刀具( 或工件) 的伙速巡i l l 、c 分度运动( ：i ：件每次转齿) 来完成铣齿加工。l i q j 图2 - i 弧齿锥齿轮加工示意图 f i g 2 一ls p i r a lb e v e lc u t t e rm a c h i n i n g 2 2 铣刀盘的种类及测量方法 2 2 1 刀盘的种类 用于1 j h ；1 弧齿锥齿轮的铣刀盘有多种类型：单面精切、双面精切、双面粗切和拉 刀髓属j ：装配式镶片7 j 盘，如图2 2 和2 3 所示，用于加工中等尺寸的齿轮，还有加 _ ：小模数齿轮的格体j 微和j j 刀盘。i i 4 天津科技大学硕上学位论文 卸刀螺钉 螺钉4 图2 - 2 粗切刀盘 图2 - 3 精切刀盘 f i g 2 - 2r o u g hm a c h i n i n gc u r e r f i g 2 3f i n i s hm a c h i n i n gc u t t e r 单面刀擞只有外刀片和内刀片，用来加工小轮，双l f l 刀微分为内川片和外j jj 交将放置，外切刀j j , _ = i ：- 齿的凹面，内切；j 3 n 工齿的凸【f f i 。螺钉l 用于紧州j ”，梢切 刀黜的碘片可以通过转动调节螺钉2 上下移动，从而实现刀片在刀黜径阳f 内移动，没 有调节碘片的刀片为基准刀。粗切刀盘没有调：侈螺钉，其碘片不能渊整。为了使j ：l i j 机床主轴上拆卸刀盘，各种刀盘上均有拆卸螺钉3 。由于在同一刀盘体上可根拱- ；需要 装霄不同的刀片，刀盘上备有一标记螺钉，刀盘的代号即刻在此螺钉上。螺钉4 川j ： 将刀盘体同定在机床主轴上。 1 刀盘直径小于3 ”的做成整体刀盘，即刀片和刀盘体在同一整体i ：，这利，了j 艇通 z 常称为小模数刀盘，这种刀盘只有双面刀盘。 本文研究丌发的智能型检测仪可实现对多种尺寸的单而切刀盘、双而切川盘以及 拉j 歹j 黜的测量。 2 2 2 单面切刀盘的测量方法： 5 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的工作原理 刀盘 图2 - 4 单面切刀盘 f i g 2 - 4s i n g l e 。f a c e dc u t t e r m l f f 切刀擞的切削刃在刀片相对于刀盘中心的外部，每个刀盘有一把基准刀( 在 柑切刀僦l i i 为彳i w 凋搽的刀片，在粗切刀盘中可为任意刀片) ，将其切削刃上任意一 径向跳动他用j 刀尖最高点的高度跳动值作为基准，剩余的刀片的径向跳动和高度跳 动值分别o j 之比较，若超出允许的误差范围，则为不合格刀片，检测仪的软件系统将 给 i 需调整的刀片号和调整量；同时如果存在相邻两把刀片之间的径向跳动桐差太 人，超f l 了允许的调整范围，同样属于不合格情况，测量软件的智能分析评判模块将 给h j 最合理高效的调整方式。 2 2 3 双面切刀盘的测量方法： 6 天津科技人学硕i ：学位论文 刀 图2 5 双面切刀盘 f i g 2 - 5d o u b l e - f a c e dc u t t e r 双面切刀分为内切刀和外切刀，内切刀的切削刃在刀盘的内侧，外切j 的切削州 在刀盘的外侧，结构如图2 5 所示。 与单面切刀盘不同的是在径向跳动测量时它将有两个基准刀( 内刀綦准刀和外刀 基准刀) ，而高度基准刀只有一个( 可任意选取) ，在完成刀盘高度测 f t 后，需要分别 进行刀盘的内刀和外刀的径向跳动误差测鼍。 2 2 4 拉刀的测量方法： r 7 图2 - 6 拉刀刀盘 f i g 2 - 6b r o a c hc u t t e r 7 两个刀位 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的工作原理 拉刀般j - | j 于弧齿锥齿轮的精加工，加工余量一般在0 2 - 、- 0 3 m m ，一次加工成型。 刀僦体一h - 般有十个刀槽，但其中两个刀槽为了避免切削冲击而不安装刀片。在刀盘 体j ：的八个刀片中，有四把内刀和四把外刀，其中各自有一把基准刀内刀基准刀 和外刀基准刀。内刀切削刃到刀盘中心的距离依次减少，而外刀恰恰相反，切削刃到 刀盛中心的距离依次增加，但它们之间的距离差并不相等，而是依次减少的，第一把 刀f 内进给艟最人，第二把次之，第四把的进给量最少以保证3 n - r 的精度，但也不是严 格的等麓数列，具体的差值根据相关手册和经验取得。拉刀加工相当于将粗加工和精 加：l 集中到一个刀盘上，一次加工便可完成齿轮的成型。 确! 拉刀的测越中，分别要设置两把基准刀、每把刀之间的差值以及每把刀允许的 误差带，汁先记录f 第一把基准刀的值，然后将以后的每一把刀的测量值与之比较， 看足行确i 允许的跌筹范围之内米判断的不合格的刀片号。刀片高度跳动的误差测 连只 需婴个j 占准，可选择两把基准刀中的任意一把。 午i l i 能删检测仪在测缝时应先进行刀片的高度测量，因为刀盘上的刀片高度是不可 调的，当柴- 2 3 片的高度超差时只能进行磨削或更换。所以应该先确定刀片高度跳动 足甭合格，然后再进行刀片径向跳动误差的测量与调整。 2 3 智能型检测仪的工作原理 本文研究设计的智能化装配式铣刀盘检测仪如图2 7 所示： 5 l 移动控制机构2 数字仪表3 集成测头4 主轴端面5 主轴旋转手柄 6 离合器控制手柄7 箱体8 摆臂 图2 7 检测仪整体示意图 f i g 2 - 7m e a s u r i n gi n s t r u m e n t 8 天津科技人学硕j 二学位论文 枪测仪士婴射【成部分包括箱体主轴部分、移动控制部分和集成洲头部分，如劁2 7 所；j 。主轴上端被加工成刀盘座，将各种刀盘安放在半轴端面上进行测1 i t ，j 卜j ；i i | i - j 以 手动旋转，也可以通过手柄5 的旋转来实现寸：轴的转动，这赴通过离介器f 门惝介：= f l i 脱 歹i ：米实现的：向j t 扳动手柄6 ，离合器啮合，这f 忖爷i i f i 皂通过转动下柄5 水仗1 i j ；i | | 转动， 盯卜扳动于柄6 ，这时离合器脱丌，这时可以手动转动1 i 轴。移动控制部分l f 以实现 集成测头x 、z 方向的移动，还能实现摆惜8 绕z 轴的转动以适心测h ；= 彳i 川j 辽、j y j 舷 的衙婴，i 司时该部分具有相应的锁紧装滔：，实现测头位满：的n ! i l 定以实现i 懦柑度的测f f j = 。 4 5 l 高度测头2 径向测头3 数字干分表4 数字万分袭5 掸赞片 图2 8 测头整体示意图 f i g 2 - 8 in t e g r a t e dp r o b e 集成测头叮实现刀片高度跳动的测最和刀片径向跳动的测量：刀尖接触- ：5 度测头 使j e 向上移动，高度测头的测杆上端与数字千分农测头接触实现刀尖 玎度的测j l ；y j 片切削刃j 径向测头接触，使其向外运动，导致弹簧”变肜并将变形：l f 簟递给数，j 分表测头实现刀片径向跳动的测量。刀盘安放在主轴端_ l f i 上后，通过移动控制部分凋 整集成测头到合适的位置( 数字万分表的测轴指向刀盘的中心) ，旋转主轴进行测：惫。 枪测仪的软件系统实现了铣刀盘的智能化测量，软件系统通过州；f | 接收剑的数字 仪表的测l 谜数捌，对其进行比较、分析，针对各种不合格情况能够伙速准确的给；i 需 要渊牾的川”号、调整量和调整方向，无需传统的手：址录、判断，操作彬， l 滞进行 少与 必要的操作：并实现刀盘工d 、操作者、测齄时问、测毓数拥等y jf i = 信n 的保存。 2 4 本章小结 本章的主要介绍了智能化装配式铣刀盘检测仪的测量原理、整体结构设i = i 及e 应 具嵛的功能，为下一步具体的机构设计和零部件设计打下基础。论述的内样包括： i 介绍了弧齿锥齿轮的加工原理和加工方法，刀盘的种类及j e 特点和测嫩力法； 2 介绍了该检测仪硬件的基本结构，具备的各种功能，软件系统设计所涉及到的笑 键技术和所具有的功能。 9 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的硬件设计 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的硬件设计 机械，- ，= 品哎计过程是一个关于产品信息产生、处理、交换和管理的过程。对产品 从构思剑投放i 仃场整个过程中的信息进行分析和处理，生成和运用各种数字信息和图 形信息，进行产品的设计与制造。 3 1 整体的功畿设计和精度设计 3 1 1 功能设计 该检测仪的功能为测量多种尺寸装配式铣刀盘刀片高度跳动和径向跳动的测量。 从总体功能发，将功能细化，初步确定检测仪的三大部分：箱体主轴部分、移动控 制部分和集成测头部分，如图3 1 所示，各部分功能为实现刀盘高精度的旋转、实现 测头窄n i j 化骨的移动和锁紧、刀片径向跳动和高度跳动同时或分别测量。 图3 i 箱体主轴部分 f i g 3 一lp a r to fc h e s ta n ds h a t t 图3 2 移动控制部分 f i g 3 - 2p a r to fp r o b el o c a t i o n ， 1 0 图3 - 3 集成测头部分 f i g 3 - 3i n t e g r a t e dp r o b e 向测头 天潍科技人学硕：l ：学位论文 3 1 2 精度设计l j i 召i 机械产晶的设计过程中，需要进行三方1 ：f i i 的分析计算，即： ( 1 ) 运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器 或机构的合理传动系统，选择合适的机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器 或机构的运动方面的要求。 ( 2 ) 强度的分析与计算。根据强度、刚度等方而的要求，决定秤个零f ，i | ，f j 合础的 撼本尺寸，进行合理的结构设计，使其在工作时能承受规定的负衍，达剑灶度和刚度 方i l l f 的要求。 ( 3 ) 几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要进行精度计算，以决 定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。 柑度设足多方面的，一般来说，就是根据给定的髂机精度，最终确定出各个组 成零件的槠度，如尺寸公差，形状和位嚣公差，以及袭而相l 糙度的数俄。 耥度是机器的最重要指标之一，它的大小用误差来刻划，洪烨人蜕1 9 j 莉i f f 叟低，误 差小说明精度高。机器精度的一般含义可以定义为实际机器与理恕机器的性能指标或 运动规律的偏差，它包含两个方面：机器的准确度和机器的精密度。 3 1 2 1 机器的准确度 如图3 - 4 所示，机器准确度a y ( x ) 是由机器的系统误差所引起的机器实际性能指 标或运动规律y ( x ) 与理想的性能指标或运动规律y o ( x ) 的偏篪，l ! i j ： y o a y ( x ) = y ( x ) 一y o ( x ) 图3 - 4 机器准确度示意图 f i g 3 - 4m a c h i n ev e r a c i t y 例如，在参数x j 处，其准确度为： 少，( ) = y ( x ，) 一y o ( 一) 准确度反映了机器的系统误差的大小。 ( 3 1 ) ( 3 - 2 ) 3 智能化装配式铣刀盘检测仪的硬件设计 3 i 2 2 机器精密度 y y i o x 图3 5 机器精密度示意图 f i g 3 - 5 m a c h i n ee x a c t i t u d e 如图3 5 所示，机器精密度表示机器在多次重复运动时，其性能指标或运动规律 y ( x ) 对j e 甲均水平j ，( x ) ，的分散程度。它是山机器中的存在的随即误差引起的。这样， 机器征多次呕复运动到参数t 时，机器的性能指标并不是y i ( x i ) ，而是在y ，( ) 的上 卜浔动，浮动f 内人小，l ! i j 图r | l 所示的虚线的范围4 ，即表示机器精度的人小。 篇f 密度反映机器随机误兹的大小。从理论i ：讲，随机误差不能宪个消除，它址许 多微小的i n 索综合作j 1 j 的结果，但每个因素都不起决定作用。冈此，误始表现为较灶 的随机性。例如，加工余量不恒定引起的误差、配合间隙、作用力的变化、摩擦及弹 性变形可能引起的尺寸及形状和位置的变化等等。 m 于准确度和精密度两者反映的是不同的误差种类，所以，它们之问有很大的不 n d ，从以i ：两图叮以看出：准确度高不一定说明其精密度高；同样，精密度高也不一 定说i 刃j e 准确度i 。 闪此，、i - i 仃准确度o j 精密度的综合才能全面反映机器精度的特征。本文研发的检 测仪整体设计要求具有很高的精度，若要使其具有理想的高精度，必须进行以下两方 而的：r ：作： ( 1 ) 分析山零件、构件或部件所组成的机器中，各种尺寸误差、形位误差及表面 相【糙度对机器柑度的影响，因主轴要求具有很高的回转精度，所以，在j i 轴、箱体的 砹汁t - 该j _ 尼j e 币要。 ( 2 ) 分析机器在运行过程r f l ，外来扰动及机器本身的改变对机器精度的影响，舀： 刀盘径向跳动的测量精度要求达到j m 级，因此检测仪应放置在厚重的大理石底座 上，并避免周闱剧烈的震动：测量时，应使刀盘慢速平稳的转动，避免外界因素对测 量的影响。 1 2 天津科技大学硕_ j 二学位论文 3 2 箱体主轴部分的设计 3 2 1 箱体的设计 6 l 拨义轴串安装孔2 蜗杆轴串安装孔3 移动控制部分安装位置4 起 5 螺钉 ，5 主轴轴串安装孔6 精加f ：基准面7 主轴轴串配合端而8 地脚螺钉孔 图3 6 箱体示意图 f i g 3 - 6c h e s t 箱体如图3 - 6 所示：箱体为整体铸造，因此应选择合理的雄厚。为j ，避免液4 1 l 企 属浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄，同时铸件太厚会使铸件时j 心部分协粒籼人， 常出现缩孔、缩松等缺陷，导致力学性能降低。i 扣9 l 铸件的最小允许蹙厚和铸造龠会的 流动性密切棚关，普通砂型铸造条件下，铸件的最小允许壁厚参见下表： 表3 1 不同材料铸件的常用厚度 t a b l e3 1t h et h i c k n e s so fc a s tm a d eo fd i f f e r e n tm a t e r i a l 铸1 i ，| ：轮廓尺寸铸件材质 铸钢灰铸铁 球墨铸 可锻铸铝俞金镁合金铜彳 铁 铁 2 0 0 2 0 0 5 0 0 + 5 0 01 0 1 26 l o1 28436 一 5 0 0 * 5 0 01 5 - 2 01 5 2 06 箱体材料为h t 3 0 0 ，长7 0 2 m m ，宽4 0 6 m m ，最小壁j j # 为6 1 0 ，为使枪测仪j 仃较 火的质：艟，以减少测撤时外界震动对测= ；_ l 糙度的影响，取较火蹙厚1 5 m m ，内 钱度 应小于外壁厚度，内外壁厚度差值