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c n c 齿轮测量中心标准的研究与拟定 学科：机械制造及其自动化 研究生签字：利，尚手 指导老师签字：寺彳 摘要 c n c 齿轮测量中心是近三十年发展起来的高精密齿轮测量器具，世界上很多国家都 在对它进行研究，这其中也包括对其标准化的研究，而我国对c n c 齿轮测量中心标准的 研究还不是很系统，为了能够发挥c n c 齿轮测量中心的最大功能，引导齿轮测量中心的 技术创新，规范其技术领域活动，确保其质量，并满足使用的需要，需要制定c n c 齿轮 测量中心的标准。 本课题正是在上述背景下，主要对i 级齿轮测量中心( 可测2 - 4 级精度齿轮) 的标准 来进行研究的。本文在理解现阶段齿轮测量中心的结构组成、测量原理的基础上，结合国 内外在该领域的发展以及现阶段关于齿轮测量仪器的标准，提出了齿轮测量中心标准应包 含的内容，它主要包括术语符号与测量环境、单项精度和综合精度这三个方面。针对上述 三方面的内容，分别进行了研究。对于测量环境，通过比较国际标准i s o t r1 0 0 6 4 5 和 德国标准v d i v d e 2 6 1 2 2 6 1 3 上的规定，并结合实际检测环境来确定。对于单项精度， 它包括上下顶尖跳动，上下顶尖同轴度，z 轴( 轴向) 与上下顶尖连线的平行度，t 轴( 切向) 前后移动的直线度，r 轴( 径向) 左右移动的直线度，t 轴与r 轴的垂直度，z 轴的直线度。 通过分析他们的定义、检定方法和国内外齿轮测量仪器标准中对上述项的规定，结合实际 的制造、生产现状，分别拟订出它们的规定参数值。对于综合精度，它是齿轮测量中心对 单个齿轮测量时对不确定度的规定，主要是齿廓，螺旋线和齿距的测量偏差不确定度。运 用测量不确定度理论，结合c n c 齿轮测量中心对齿廓、螺旋线和齿距的测量原理，建立相 应的数学模型，同时分析影响系统测量齿廓、螺旋线和齿距偏差的各因素，结合 v d i v d e 2 6 1 2 2 6 1 3 以及实际的情况，最终确定出他们的不确定度参数值。进而拟订出 了c n c 齿轮测量中心的标准。 关键词：齿轮测量中心：标准；测量精度；不确定度 t h er e s e a r c ha n de s t a b l i s h m e n to fs t a n d a r da b o u tc n cg e a r m e a s u r i n gc e n t e r d i s c i p l i n e ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n di t sa u t o m a t i o n s t u d e n t s i g n a t u r e ：弧缸圳k s u p e r v i s o r s i g n a t u r e ：纠门 a b s t r a c t c n cg e a rm e a s u r i n gc e n t e ri st h eh i g h - p r e c i s eg e a rm e a s u r i n gi n s t r u m e n tw h i c hh a v e b e e nd e v e l o p e dd u r i n gt h ep a s t3 0y e a r s t h es t a n d a r d sa b o u tg e a rm e a s u r i n gc e n t e ra r e r e s e a r c h e di nm a n yc o u n t r i e sw h i l er e s e r c ho ns t a n d a r d sa b o u tc n cg e a rm e a s u r i n gc e n t e ri s n o tc o m p l e t ei nc h i n a i no r d e rt oe n h a n c e i n gi t sd e g r e eo f o r d e r i n g ，p l a y i n gi t sb i g g e s tf e a t u r e ， g u i d i n gi t st e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n , m a k i n gi t st e c h n i c a la c t i v i t i e ss t a n d a r d ，e n s u r e i n gi t s q u a l i t ya n ds a t i s f y i n gt h ea p p l i c a t i o nn e e d s ，s o ，t h a te s t a b u l i s h i n gc n cg e a rm e a s u r i n gc e n t e r s t a n d a r d si sn e c e s s a r y i na b o v e m e n t i o n e d b a c k g r o u n d , t h e s t a n d a r d so fg e a r m e a s u r i n gc e n t e rc a n b e r e s e a r c h e d f i r s t ，t h es t r u c t u r e ，t h em e a s u r e m e n tt h e o r ya n dt h ed e v e l o p m e n to fm o d e mg e a r m e a s u r i n gc e n t e ra n dt h es t a n d a r do fg e a rm e a s u r i n gi n s t r u m e n t sa r e i n t r o d u c e d g e a r m e a s u r i n gc e n t e rs t a n d a r dc o n t e n t sa r ed e f r u i t e d ，i n c l u d i n gt e r ms y m b o l sa n dm e a s u r e m e n t e n v i r o n m e n t , s i n g l ep r e c i s i o n , c o m p r e h e n s i v ea c c u r a c y s e c o n d l y , a b o v e m e n t i o n e dt h r e e a s p e c t sa r er e s e a r c h e di n d e p e n d t l y a b o u tm e a s u r e m e n te n v i r o n m e n t ，i tc a l lb ef i x e db y c o m p a r i n gt h er u l e si ni s o t r10 0 6 4 5 ，v d i n d e2 61 2 2 613a n dc o m b i n i n g 、) l ，i mt h ea c t u a l d e t e c t i o ne n v i r o m e n t a b o u ts i n g l ep r e c i s i o n , s e v e nc o n t e n t s ，r u n o u to fu pa n dd o w n , p r o p e r a l i g n m e n tb e t w e e nu pa n dd o w n , p a r a l l e ld e g r e eb e t w e e nz - a x i s ( a x i a l ) a n dt h el i n kw h i c h c o n n e c tu pt o d o w n , s t r a i g h t n e s s o f t - a x i s ( t a n g e n t i a l ) ，r - a x i s ( r a d i a l ) a n dz - a x i s ( a x i a l ) ， v e r t i c a l i t yb e t w e e nt - a x i sa n dr - a x i si n c l u d e d , a r cc o n t a i n e d t h e i rp a r a m e t e rv a l u e sc a nb e f i x e db ya n a l y z i n gt h e i rd e f i n i t i o n s ，d e t e c t i n gm e t h o d s ，t h er u l e si ng e a rm e a s u r i n gi n s t r u m e n t s t a n d a r d s ，a n dc o m b i n i n g 埘mt h ea c t u a lm a n u f a c t u r e ，p r o d u c t i o ns t a t u s a b o u tc o m p r e h e n s i v e a c c u r a c y , i t , i n c l u d i n gt o o t hp r o f i l e ，s p i r a ll i n ea n dp i t c hm e a s u r e m e n tu n c e r t a i n t y , m a i n l yi sf o r p r e s c r i b i n gm e a s u r e m e n tu n c e r t a i n t yw h i l es i n g l eg e a ri sm e a s u r e do ng e a rm e a s u r e m e n tc e n t e r f i n a l l y , t h e i rp a r a m e t e ru n c e r t a i n t ya r ef i x e d ，a c c o r d i n gt om e a s u r e m e mu n c e r t a i n t yt h e o r y , a n d a n a l y z i n gf a c t o r so fi m p a c tt o o t hp r o f i l e ，s p i r a ll i n ea n dp i t c hm e a s u r e m e n td e v i a t i o n , c o m b i n e w i t hv d i v d e2 612 2 613a sw e l l 嬲a c t u a ls i t u a t i o n ，a n dt h e n ，t h es t a n d a r da b o u tc n c g e a r m e a s u r i n gc e n t e ra r ei n i t i a l l yd r a f t e d k e yw o r d s ：g e a rm e a s u r i n gc e n t e r ；s t a n d a r d ；m e a s u r e m e n ta c c u r a c y ；u n c e r t a i n t y 学位论文知识产权声明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送( 提) 交的学位论文，并对学位论文进行二次文献加工供其他读者查阅和借阅；学校可以在网络 上公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：孙光5 扣- - 指导教师签名：旁孚 日期： 弘7 军卅p f 5 j 5 3 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人 已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：词t 犯手 指导教师签名：吾 日期： 2 。夕罗年岁月归目 1 绪论 1 绪论 c n c 坐标测量机是一种高效率的新型精密测量仪器，它是计量仪器从古典的手动方 式向现代化自动测试技术过度的一个里程碑。它解决了零件复杂形状表面轮廓尺寸的自 动测量问题，提高了三维测量精度和效率，有效地排除了人为因素对测量结果的影响，因 此它被广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等领域中。它可以进行各种零件部 分( 如箱体、导轨、涡轮、叶体、刚体、凸轮、齿轮等) 的尺寸、形状以及位置的检测和 空问型面的测量瞳1 。 c n c 齿轮测量中心是采用圆柱或者极坐标测量原理的齿轮坐标测量机，它具有测量 范围广、精度高、效率高等特点，而且能与柔性制造系统相联接实现对齿轮的在线检测。 为了能够提高齿轮生产质量和生产效率，迫切需要解决大批量成品齿轮的检测问题。而 c n c 齿轮测量中心的研究与生产受到越来越多的重视，至今已有德国、美国、日本、瑞 士、中国、意大利等多个国家在研发和生产c n c 齿轮测量中心脚。在c n c 齿轮测量中心 产品化的同时，也需要使得产品标准化。 1 1 研究背景 1 1 1c n c 齿轮测量中心的发展 从2 0 世纪8 0 年代开始，齿轮测量中心的开发受到众多齿轮测量仪器制造商的重视，9 0 年代逐渐形成了系列化产品推向市场。c n c 齿轮测量中心是信息技术、计算机技术和数 控技术在齿轮测量仪器上应用的结晶，是坐标式齿轮测量仪器发展中的一个里程碑h 1 。它 实质上是含有一个回转角坐标的四坐标测量机，主要用于齿轮单项集合精度的检测，也可 用于齿轮整体误差的测量。 德国是最早生产齿轮测量中心的国家，其k l i n g e l n b e r g 公司的p 系列齿轮测量中心是 采用了专利的三维数字式高精度光栅测量头，性能稳定的优质铸铁床身，高性能直线电机 驱动系统，高精度滚珠轴系和密珠滚动导轨。仪器精度达到德国标准i 级。m a h r 公司的 g m x 2 7 5 采用的模拟量测量头，可选择扫描或单点采样不同方式，它可以按0 1 0 问距转动， 使测头的测尖能处于被测齿面的发面上。仪器测量不确定度在测量空间内为 ( 2 3u m + l 2 0 0 ，l 为测量范围) 。美国m & m 的齿轮测量中心，其三维高精度电感测量头， 花岗石基坐，精密气浮轴系以及精密直线滚动体结构导轨，成为该仪器的特色、仪器测量不 确定度为2 肌。日本大阪精机公司在g c h p 系列齿轮测量仪器的基础上，开发出c n c 电子创成式的c l p 系列齿轮测量仪器。东京技术仪器公司的t t i 3 0 0 e 型c n c 齿轮测量 检查仪，其质量较小的测头部分能单独在径向运动，便于快速测量齿轮齿距偏差。密珠轴系 的主轴回转精度可达0 0 3 掰，仪器的重复性达到0 5 t i n f s , 6 j 。 西安工业大学硕士学位论文 近年来国产c n c 齿轮测量中心也有长足的发展，其中包括哈尔滨量具刃具厂同西安 工业大学共同研制的3 9 0 0 系列齿轮测量中心，哈尔滨精达公司的j d 、j d s 系列齿轮测量 中心，他们的测量精度和测量速度基本接近k l i n g e l n b e r g 产品的先进水平。 1 1 2c n c 齿轮测量中心基本原理 c n c 齿轮测量中心实质上是由计算机控制的极坐标测量机，其结构组成如图1 1 所 示。它由机械系统、数控系统和计算机软件三大部分组成。机械部分由切向( t 轴) 、轴向 ( z 轴) 和径向( r 轴) - - - 个方向的直线导轨和一个回转主轴( 轴) 组成。四个坐标轴分别由各 自的电机驱动。三个直线导轨上分别装有长光栅，主轴上同轴安装有一个圆光栅，用来实时 测量各轴的位置。工件安装在主轴上，随主轴一起转动。测头( 传感器) 安装在r 轴径向滑 板上。测量时，计算机根据测量项目的要求，通过数控系统控制各轴运动，使测头相对于被 测工件产生所要求的测量运动。运动过程中，计算机实时采集测头的示值和同一时刻各坐 标轴光栅的计数值，然后经过分析处理，得出测量结果，可由打印机打出测量结果报告h 1 。 图1 1c n c 齿轮测量中心结构 1 1 3 制定c n c 齿轮测量中心标准的作用 标准和质量是市场经济体制下关系到商品生产和流通的两个最基本、最活跃的要素， 而标准是打开市场的关键，同时也是各国建立各自贸易壁垒的技术基础。提高我国标准的 国际化水平，有利于提高我国产品的质量，增强我国产品在国市场的竞争能力，促进企业的 技术改造，提高经济效益。1 9 8 0 年开始执行的“关税与贸易总协定( g a t t ) 标准守则 规定：在一切需要制定技术规程和标准的地方，均应以国际技术规程或标准为依据。这一规 定要求各国应对采用国际标准承担义务嘲。在采用国际标准的同时，也需要对还未有的标 准进行研究与制定。制定c n c 齿轮测量中心标准的作用有如下几点隗州： ( 1 ) c n c 齿轮测量中心标准是齿轮测量中心质量认证和质量控制的基础。质量认证通 2 1 绪论 常又称为合格评定。国际标准化组织( i s o ) 给“合格评定 下的定义是：“由可以充分信任 的第三方证实某一经鉴定的产品或服务符合特定标准或其他技术规范的活动 。质量控制 体系是指由可以充分信任的第三方证实某一经鉴定的产品生产企业，其生产技术和质量水 平符合特定的标准的活动。可见无论是质量认证还是质量控制体系，都必须有可依据的标 准，被委任的第三方机构根据这个标准来检查和判断受检企业或个人的行为是否正确，是 否给予认证。 ( 2 ) c n c 齿轮测量中心标准是齿轮测量中心生产活动的技术行为规范，为齿轮测量中 心的生产提供了技术指导性文件。c n c 齿轮测量中心标准对测量环境，技术指标等都进行 了具体的要求，要求齿轮测量中心产品质量达到此标准的规定。 ( 3 ) 制定c n c 齿轮测量中心标准有利于维护生产者和消费者利益，保证产品质量和保 障经营行为规范。c n c 齿轮测量中心标准作为质量认证依据的标准，企业生产的齿轮测量 中心产品都必须符合齿轮测量中心标准要求。消费者据此标准判定和购买齿轮测量中心， 当消费者权益受到伤害时，齿轮测量中心标准是裁决的技术和法律的依据：质量技术监督 和工商部门也将依据齿轮测量中心产品标准保护齿轮测量中心产品生产者和消费者权益。 ( 4 ) 制定c n c 齿轮测量中心标准有利于增强我国此产品在国际市场的竞争力，也有助 于促进产品出口创汇。合理的c n c 齿轮测量中心标准能够提高齿轮测量中心产品的质量， 从此提高市场竞争力。 1 2 标准化理论 1 2 1 标准化概念、目的 标准化概念体系中，最基本的概念是标准化和标准，标准化是在经济、技术、科学以及 管理等社会实践中，对重复性事物和概念通过指定、发布和实施标准达到统一，以获得最佳 秩序和社会效益。标准是对重复性事物和概念所做的统一规定，它以科学、技术和实践经 验的综合成果为基础，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。 在i s o i e c 第二号指南中，提出标准化的根本目的是最佳有序化程度，除此之外还有 如下具体目的叭j 羽： ( 1 ) 适用性：指产品、过程和服务在一定条件下，实现预定目的或规定用途的能力。 ( 2 ) 相容性：指产品、过程和服务在一定条件下，满足有关方面的需要一起使用时，没有 引起不能接受的相互影响的适合能力。 ( 3 ) 互换性：指产品、过程和服务在满足同样要求下彼此间可以代换的能力。对于产品 互换性指的是一批产品中，相同零部件彼此间互相代换时，即保证尺寸互换，又要保证功能 互换。 ( 4 ) 多样化控制：指产品的尺寸或型式、过程和服务在满足广泛需求下的择优选择。对 产品来说，多样化控制即通常所谓的品种简化。 ( 5 ) 环境保护：指由于产品、过程和服务的影响和操作导致严重危害环境采取的一种保 3 西安工业大学硕士学位论文 护。 ( 6 ) 产品保护：它不同于环境保护，是指对产品在使用、运输和储藏过程中，防止不受气 候或其他不利条件的影响采取的一种保护。 1 2 2 标准化原理与科学方法 标准化原理是在广泛的标准化实践过程中加以总结和抽象出来的，是标准化过程中一 般规律的认识和高度概括。它是指导标准化实践的理论依据，在现有实践水平的基础上， 标准化的基本原理可概括为经验积累和优化规律、有序化、协同效应和标准化运行规律。 标准化的科学方法可以概括为：标准化的一般方法、系统的分解与组合、相似方法和 标准化的特有方法。这些是当前标准化领域内用到的一些方法，在这些方法里面，系统的分 解和组合是标准化科学方法中最基本的方法。 系统的分解和组合，是指对系统结构的总体布局、层次关系和各部分功能匹配的分析 与综合。众所周知，标准化在对象系统的形成、运行过程中，伴随着设计、制造、使用、维 修、服务、管理等方面的工作而产生和发展，因此，无论是就标准化自身或其对象来说，都 需要运用系统分析的方法来实现系统结构的优化。标准化对象是一个系统或者某系统的一 个组成部分n 刖，比如c n c 齿轮测量中心，它的机构特征见本章1 1 2 所述。如果对象是一 个系统，需要分析他的结构层次。一般分解的程序是依功能传递层次，先将系统分解为若干 子系统，子系统又可分解为着干的元件，再逐元件分解为若干独立的构成要素如此等等，如 果对象是个要素，那就要采取与上相反的顺序，来研究这个要素对结构层次较高的组成部 分产生的影响和相关要素的协同作用。这就是从局部到整体的分析顺序。 以上介绍了标准化原理和科学方法，它对于对一个标准化对象实施标准化研究有着重 要的指导意义，需要充分理解和掌握。 1 2 3 不确定度的作用 根据j j f l 0 5 9 - 1 9 9 9 中的定义，测量不确定度定义为：表征合理地赋予被测量之值的 分散性，与测量结果相联系的参数。不确定度与计量科学密切相关。不确定度用以表明基 本标准、鉴定测试、校准的水平，作为量值溯源的依据，并用来表明测量设备的质量，测 量过程控制所用的计量保证，就是要经过验证的测量不确定度要尽可能小，以满足计量校 准或计量检验的要求。很多标准涉及生产、测量，都需要讨论不确定度，如i s o1 4 2 5 3 讨论几何测量产品测量不确定度。因此在研究c n c 齿轮测量中心标准时，需要讨论规定仪 器的各项测量不确定度。 1 3 国内外研究现状与分析 1 3 1 国内外齿轮测量中心标准研究 齿轮测量中心作为一种深入影响机械制造业的先进测量工具，为了实现对世界范围内 4 1 绪论 该产品进行统一的管理，同时也为了规范技术领域活动，引导齿轮测量仪器的发展，需要对 齿轮测量中心的技术进行规范。齿轮测量中心的标准化涉及测量环境、测量精度等。对于 测量环境，国内和国外在数控机床、坐标测量机标准中都有很完善的规定，而测量精度属于 齿轮测量中心的技术标准，各国及相关国际组织都还在积极推进对它的制定。 1 3 2 国外齿轮测量仪器标准 目前，国外关于齿轮测量仪器的标准主要由国际标准化组织( i s o ) ，以及德国、美国等 国家标准化组织来提供，具体主要有：i s 0 1 0 3 6 0 “产品几何技术规范( g p s ) 坐标测量机 ( c m m ) 的验收与复检检测n 4 儿制，德国的v d i v d e 2 6 1 2 “渐开线圆柱齿轮齿廓和螺旋线 检查，v d i v d e 2 6 1 3 “在齿轮箱、圆柱齿轮、蜗轮、锥齿轮上齿距测试 ，前苏联在1 9 8 1 年制定了圆柱齿轮测量仪器的型号、基本参数、精度标准，英国在2 0 0 3 年1 2 月2 日制定 了b si s o1 8 6 5 3 2 0 0 3 “单个齿轮测量仪器的评价 ，法国在2 0 0 4 年3 月1 日制定了n f e 2 3 0 3 7 2 0 0 4 “单个齿轮测量仪器的评价，美国在2 0 0 6 年制定了a n s i a n g mi s o 1 8 6 5 3 2 0 0 6 “评估测量单个齿轮测量仪 ，以上英国、法国、美国所制定的标准都是引用 国际标准化组织( i s o ) 制定的i s o18 6 5 3 2 0 0 3 “齿轮一评价单个齿轮测量仪器，在此基础 上国际标准化组织( i s o ) 在2 0 0 5 年4 月制定了i s o t r1 0 0 6 4 5 2 0 0 5 “圆柱齿轮实用检测 规则第5 部分：对齿轮测量仪器评定的建议 。 i s 0 1 0 3 6 0 主要介绍的坐标测量机的验收检测和复检检测，它主要分六个部分标准，： 包括第1 部分：词汇，第2 部分：测量线形尺寸的坐标测量机，第3 部分：配转台的四坐 标测量机，第4 部分：扫描测量型坐标测量机，第5 部分：用多探针探测系统工作的坐标 测量机，第6 部分：计算高斯辅助要素的误差评定。由于齿轮测量中心实质是一个配转台 的四坐标测量机，所以在这里主要理解i s 0 1 0 3 6 0 的第3 部分，此部分规定了由制造商给 出的四坐标测量机性能的验收检测。同时规定了由用户周期检测四轴坐标测量机性能的复 检检测。标准规定的验收检测和复检检测只适用于三个检测工件坐标轴加一个工件定向用 转台的四坐标测量机。为满足计量特性要求，规定了示值误差、环境条件、转台、探测系 统、操作条件等要求。针对四坐标测量机性能的验收和复检检测，标准对检测原则、测量 器具、检测程序、检测结果的计算作了规定n 们。 v d i 、巾e 2 6 1 2 2 6 1 3 主要介绍了在渐开线圆柱齿轮上的齿廓、螺旋线和齿距的检测 原则，给予用户一个关于齿廓、螺旋线和齿距测试的方法，此外也给出了齿轮测量仪器的 校准和检查方法，由此来保证齿轮测量仪器的质量。 i s 0 1 8 6 5 3 主要介绍了用于评价齿廓、螺旋线、齿距和跳动测量仪器的方法，给出了 仪器测量系统的条件，环境，校准所用的样板以及评价测量不确定度的方法。i s o t r 1 0 0 6 4 5 ：2 0 0 5 主要是提供了额外的信息和例子来支持和履行i s o1 8 6 5 3 ，它提供了对渐 开线、螺旋线、齿距和齿厚测量过程的评价，以及对仪器使用条件的建议和对仪器各环节 调整的评价，推荐建立一个合适的测量环境和利用统计数据来对测量过程进行评价，还包 含了齿轮样板的应用，利用测量过程的不确定度去评价仪器。 5 西安工业大学硕士学位论文 1 3 2 国内齿轮测量仪器标准 我国在上世纪8 0 年代末开始投入资金和技术力量开发研制c n c 齿轮测量中心，在研制 过程中基本属于跟踪发达国家的研究，在标准制定方面也还不是很系统。 2 0 0 9 年1 月最新出台了齿轮测量中心国家标准g b t 2 2 9 7 2 0 0 8 ，它对于齿轮测量中心 机械结构精度规定了下项尖跳动，任意2 0 0 n 眦n 内测头上下移动对上下顶尖连线的平行度公 差，每2 0 0 n 舯范围上下顶尖对主轴回转中心的同轴度。对于渐开线齿廓偏差、螺旋线偏差、 齿距偏差具体数值未作规定，它仅要求不大于供应商规定的数值：我国实施的坐标测量机 国家标准g b t 1 6 8 5 7 2 1 9 9 7 “坐标计量学一第二部分：坐标测量机的性能测定”等同于国 际标准i s o1 0 3 6 0 。目前在我国机械行业标准体系中齿轮测量器具的行业标准具体包括有： 公法线千分尺( g b t 1 2 1 7 2 0 0 4 ) 、圆柱直齿渐开线花键量规( g b t 5 1 0 6 - 1 9 8 5 ) 、齿厚游标卡 尺( g b t 6 3 1 6 1 9 9 6 ) 、齿轮渐开线样板( g b t 6 4 6 7 - 2 0 0 1 ) 、齿轮螺旋线样板 ( g b t 6 4 6 8 2 0 0 1 ) 、矩形花键量规( g b t 1 0 9 1 9 19 8 9 ) 、电子数显齿厚卡尺( j b t 6 0 8 0 1 9 9 2 ) 、 测量蜗杆( j b t 1 0 0 0 8 1 9 9 9 ) 、万能测齿仪( j b t 1 0 0 1 2 1 9 9 9 ) 、万能渐开线检查仪 ( m t 1 0 0 1 3 1 9 9 9 ) 、齿轮齿距测量仪( j b t 1 0 0 1 9 1 9 9 9 ) 、万能齿轮测量机 ( 旧t l 0 0 2 0 1 9 9 9 ) 、齿轮螺旋线测量仪( j b t 1 0 0 2 1 1 9 9 9 ) 、便携式齿轮齿距测量仪 ( 旧t 1 0 0 2 2 1 9 9 9 ) 、立式滚刀测量仪( j b t 1 0 0 2 4 1 9 9 9 ) 、齿轮双面啮合综合测量仪 ( j b t 1 0 0 2 5 1 9 9 9 ) 、齿轮单面啮合整体误差测量仪( j b t 1 0 0 2 9 1 9 9 9 ) 。 1 4 课题研究的意义 要实现对c n c 齿轮测量中心的有序化，发挥其最大的功能，引导齿轮测量中心的技术 创新，确保c n c 齿轮测量中心质量，就必须制定一个详细统一规范且开放的技术标准。现 阶段虽然有国际标准化组织( i s o ) ，德国，美国等标准化协会对三坐标测量机以及齿轮 测量仪器的检测标准，国内也有万能齿轮测量机，数控机床的标准，但是这些标准对于齿轮 测量中心来说都是建设性的条文，尤其是应用层标准。由于缺乏统一的标准，目前市场上同 时存在多个国家的多种标准的产品，这对企业的实际应用都造成了一定的影响。各个企业 生产的不同型的齿轮测量中心所使用的材料，规定的测量精度等内容都不尽相同，企业与 企业之间无法顺利进行数据交换与协同工作，从而把c n c 齿轮测量中心的应用范围局限 在某个企业的内部。 目前c n c 齿轮测量中心正在从研究走向实用化，其单项技术已经趋于成熟，但其应用 还处于缓慢推进的阶段，无论从技术还是市场等方面都有大量需要解决的问题。由于齿轮 测量中心在测量精度等方面尤为突出，因此齿轮测量中心的应用领域也相当广阔，常用于 对齿轮系工件的在线分选与检测，这对于保证制造业的生产质量有很大的作用。 1 5 课题研究的主要内容 本课题是对i 级c n c 齿轮测量中心的标准进行研究，通常把能测0 4 级精度齿轮的测 6 l 绪论 量仪器规定为i 级齿轮测量中心。它的主要内容为：对c n c 齿轮测量中心标准所应包含 的具体内容并做出规定，它的内容应包括术语符号、测量环境和技术标准，技术标准方面 的内容又分齿轮测量中心的单项精度和综合精度。单项精度主要包括了上下顶尖跳动，上 下顶尖同轴度，z 轴( 轴向) 与上下顶尖连线的平行度，t 轴( 切向) 前后移动的直线度，r 轴 ( 径向) 左右移动的直线度，t 轴与r 轴的垂直度，z 轴的直线度，测头误差。综合精度主要 包括对齿廓、螺旋线和齿距的测量不确定度。跟踪国际上关于齿轮测量仪器研究技术相关 标准的现状，分析上诉标准内容中的对i 级齿轮测量仪器的单向精度和综合精度参数值的 规定，研究并最终确定出规定参数值，最终拟订出i 级c n c 齿轮测量中心标准。所拟定 的标准是以西安工业大学所开发的齿轮测量中心为对象，属于企业标准形式。 1 6 本章小结 本章主要介绍了c n c 齿轮测量中心的发展，以及它的结构和基本原理，并对标准化的 概念、目的、原理和方法做了简要的介绍，同时对国内外齿轮测量中心标准的研究现状做 了充分的分析，给出了现有的国内外齿轮测量仪器的标准，从而认识到研究c n c 齿轮测量 中心标准的重要性，最后介绍了本课题所应研究的主要内容。 7 西安工业大学硕士学位论文 2 术语定义、符号及测量环境的确定 2 1 术语定义、符号的确定 2 1 1 术语标准化的原则与方法 术语标准：术语标准一开始就是标准化工作的一项重要内容，在i s o d i s7 0 4 正文部分的定义是：术语是指称概念的词或词组。在i s o d i s7 0 4 附录中的定义是：术语 是指称概念的规范化符号( 词或词组) 。术语标准化的目的在于减少以至清除标准化工作 中各种术语的矛盾与混乱现象，使各专业领域的概念和术语尽可能的统一，以减少信息损 失，确保各专业领域相互理解，明确无误地进行交流。 术语标准化的原则与方法：( 1 ) 采用国际标准和国外先进标准。术语领域的国际标准 和国外先进标准是许多造诣很深，经验丰富的语言学家、逻辑学家和自然科学、工程技术 方面的学者共同合作，多年研究的成果，采用这类标准是一种廉价的技术引进。( 2 ) 术语 应符合汉语的语言习惯和语法规则。( 3 ) 术语应反映定义中所给概念的特征，最好词语本 身就可以确切的表达其意义。( 4 ) 术语应当简洁。( 5 ) 一个术语仅指称为一个概念。 术语标准的编写方法：编写术语标准应注意利用与标准主题有关的下列原始资料：( 1 ) 相对应的国际标准和国外先进技术；( 2 ) 与术语有关的出版物；( 3 ) 有关教科书、论文、 技术文件等；( 4 ) 产品分类目录；( 5 ) 其他原始材料。 2 1 2 标准内容中涉及的术语定义、符号 通过对标准化原理的理解掌握了术语标准化的原则、方法和术语编写方法，以此来对 齿轮测量中心的术语进行规定。 在i s 0 1 0 3 6 0 1 ：2 0 0 0 “坐标测量机词汇中对坐标测量机的术语定义为：测量系统 利用探测系统的移动对空间坐标点进行采集并分析的仪器。j b t 1 0 0 2 0 1 9 9 9 万能齿轮测 量机中对万能齿轮测量机的术语定义为：一种采用坐标点测法的齿轮测量仪器。在以国 际标准i s o1 0 3 6 0 为基础的前提下，根据第一章中介绍的齿轮测量中心的结构、原理以及 各类论文、书籍、技术文件等，可以对c n c 齿轮测量中心的术语定义为：由切向t ( t a n g e n t i a l d i r e c t i o n ) 、径向r ( r a d i a ld i r e c t i o n ) 、轴向z ( a x i a ld i r e c t i o n ) 三个方向的直线导轨和一 个回转主轴( r o t a r yd i r e c t i o n ) 组成的测量系统利用探测系统的移动对空间坐标点进行采集， 并对坐标点进行分析处理的高精度齿轮测量仪器。 根据要制定的技术标准内容，需要明确他们的术语定义与符号，在这里主要引用g b f r 1 1 8 2 9 6 形状与位置公差术语定义、g b t3 3 7 4 8 2 齿轮基本术语以及g b t1 0 0 9 5 8 8 渐开线圆柱齿轮精度中的术语定义、符号，主要包括直线度、垂直度、平行度、同轴 度、跳动、齿廓总偏差、齿廓倾斜偏差、螺旋线总偏差、螺旋线倾斜偏差、齿距总偏差乜1 删。 8 2 术语定义、符号及测量环境的确定 2 2 测量环境的确定 2 2 1 测量环境对计量设备测量性能的影响 环境条件对计量设备性能的影响，是指环境的温度、湿度、振动、电源等条件对能直 接或间接测量被策对象量值设备的影响。计量设备一般要求在规定的环境条件下，即符合 环境条件的实验室里工作。计量设备一般都是比较贵重、精密、敏感度极高的仪器设备， 容易受到各种环境因素的影响，而环境条件无疑又是其中最为重要的一个环节一。 实验室是进行校准或检测的实体。其环境条件不应影响检测结果的有效性及所要求的 计量准确度。温度的变化会改变很多物质的物理机械性能，如物体的长度、体积、密度等， 因此任何测量量都要在允许的温度条件下进行，不指明温度条件的测量是没有意义的。实 验室在规定标定温度的同时，也需要保证温度偏差控制在一定范围内，温度偏差越大，造成 的误差也越大，要想保证测量精度，首先要控制温度及波动度。 2 2 2 齿轮测量仪器标准中测量环境的规定 国际标准化组织( i s o ) 制定的i s o t r1 0 0 6 4 5 “对齿轮测量仪器评定的建议”中规定了 具体的环境条件。其中要求为了保证校准过程和测量精度，测量时的温度应保持稳定，推 荐的温度在2 0 ，且温度环境应控制在一定范围内，在确保持续测量精度的要求下，要 考虑温度、湿度、振动、清洁度和其他能控因素对精确测量的影响。同时在此标准中也给 出了应遵循的条件，它主要包括以下几点哺删： 1 ) 样板温度：刀具、样板和其他试样都应该放置在测量环境内使得同周围温度一致。 理想化的样板温度应该能够被校准。 2 ) 平均温度的变化：这里推荐平均温度每小时变化应该不超过l 。c ，每天温度最多 改变不超过3 5 。 3 ) 温度循环：每5 分钟内的温度循环应控制在以平均温度为中心2 0 c 的波动范围 内。大部分机械系统的热惯性都允许有快的温度循环波动。如果仪器的温度循环在1 5 分 钟内接近l ，那么对于测量精度的影响就会相当大。人们使用温度调节器来完成对热性 的控制，但是温度传感器对于温度的变化反映比较缓慢，如果反映时间超过5 分钟，对于 测量精度的影响应该记录下来。 4 ) 温度梯度：仪器表面的温度梯度应该控制在0 5 。c 以内，达到这个目的最好的方法 是加快空气的流动，应该尽可能的保证空间内空气流动的统一性从而保证温度的一致。空 气的流动可以移出电脑、电机、液压设备、人、光源等的热量从而防止温度梯度。 5 ) 振动：振动是由仪器运转引起，应该尽可能的消除它对测量精度的影响。仪器应尽 可能采用振动绝缘材料。 6 ) 电量的提供：电量的波动会引起电子仪器和数控装置定位系统的误操作。 国际标准的i s 018 6 5 3 中所规定的环境标准也主要是参看i s o t r10 0 6 4 5 中的规定。 9 西安工业大学硕士学位论文 2 2 3 标准内容中的测量环境条件 坐标测量机、数控机床以及齿轮量具量仪标准中关于环境条件的研究已经很成熟且世 界各国通常都以2 0 c 作为实验室的标准温度，可以将这些标准内容引入到齿轮测量中心 标准内容中。根据i s 0 1 0 0 6 4 5 、i s 0 1 8 6 5 3 以及i s 0 1 0 3 6 0 - 3 等内容将测量环境温度规定在 2 0 。仪器与工件之间的温度差应保证在0 5 c ，且测量机工作表面不应有碰伤、锈蚀、 非工作表面应有防护兔层、镀层或其他防护性处理。各紧固部分牢固可靠，各移动部分灵 活平稳，不允许有卡滞、松动现象。齿轮测量中心在预热2 0 分钟后，连续工作6 小时应正 常，电源提供2 2 0 v 1 0 的电压。 2 3 本章小结 本章对标准制定内容中包含的术语定义和符号的制定规则做了详细的分析，根据此规 则，将c n c 齿轮测量中心标准中所要涉及的术语定义以及符号做了明确的规定，同时在分 析了测量环境对计量设备测量性能的影响和现有齿轮测量仪器标准对测量环境规定内容 的基础上，在明确了现阶段对测量环境规定相当成熟的情况下，通过引用现有标准的内容， 确定了c n c 齿轮测量中心标准内容中的测量环境条件，规定见附录。 i 0 3 单项精度指标的确定 3 单项精度指标的确定 3 1 单项精度指标的内容 c n c 齿轮测量中心标准内容中的技术标准内容包含了单项精度指标，它主要规定了 c n c 齿轮测量中心的机械结构参数，主要包括了上下顶尖跳动，上下顶尖同轴度，切向( t 轴) 导轨的直线度，径向( r 轴) 导轨的直线度，轴向( z 轴) 导轨的直线度，t 轴与顶 尖连线垂直度、r 轴与顶尖连线的垂直度、t 轴与r 轴垂直度、主轴旋转精度、z 轴与上 下顶尖连线的平行度。 3 2 单项精度指标参数的确定 3 2 1 直线度、垂直度参数的确定 1 ) 直线度、垂直度定义 ， 根据国家标准g b l l 8 2 9 6 形状与位置公差术语定义中的规定：形状误差是实际形 状对理论形状的变动量。直线度是实际直线对理想直线的允许变动量。垂直度是被测线或 面相对于测量基准线或面的垂直程度。 2 ) 直线度、垂直度检定测量的一般方法 在现有的关于机床的国家标准中，对于机床导轨直线度、垂直度的检定方法主要是利 用自准直仪来完成的。由于c n c 齿轮测量中心是高精度的齿轮测量仪器，因此对于它导 轨直线度垂直度的要求相对较高，这也需要利用高精度的自准直仪来进行检定测量。一般 采用高精度的光电自准直仪和激光干涉仪，由于激光干涉仪的使用成本很高，高精度的光 电自准直仪使用的较为普遍啪1 。 光电自准直仪的分度值是以秒为单位来表示的，角度值转换为线值的关系为： r = 5 , u r n 1 0 0 0 r a m ，用光电自准直仪测量直线度时，是逐段测量实际各段的斜率变化。将 光电自准直仪固定在被测件的体上将反射镜安装在跨距适当的桥板上，然后在被测表面上 依次逐段移动桥板，读取反射镜倾角变化的数值。跨距的选取必须保证跨距的精度，一般 选取跨距为2 0 0 r a m ，在跨距移动过程中，首尾要很好的衔接。 用光电自准直仪测量垂直度时，需要用带拖架的平面反射镜检验平面的直线度，在两 个平面的夹角上放放置一个五角棱镜，继续用平面反射镜测量垂直导轨的直线度，使读数 沿竖直方向上延伸，看起来就像水平面延伸出去，如图( 3 1 ) 所示。 西安工业大学硕士学位论文 袁雩是 图3 1 垂直度测量原理 秘咎辕 轰费鹱辘 3 ) 精密机床导轨精度分析 机床的导轨是机床的控制元件之一，它为机床功能的实现奠定了可靠的基础，各种类 型的机床工作不见都是利用控制轴在指定的导轨上运动，机床设计者根据机床的类