摘　要：基于三維CNC齒輪測(cè)量中心平臺(tái)，通過(guò)分析偏心軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，制定了以解決偏心軸工件的軸線找正、漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)相位的確定、兩偏心圓圓心的測(cè)量為重點(diǎn)的測(cè)量方案，開(kāi)發(fā)了偏心軸檢測(cè)軟件，解決了偏心軸加工精度的檢測(cè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏心軸的檢測(cè)。
　　關(guān)鍵詞：軸線找正；基準(zhǔn)相位；兩偏心圓圓心測(cè)量；精度檢測(cè)
　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)制造業(yè)正逐步向智能制造邁進(jìn)，而智能制造最顯著的特點(diǎn)就是工業(yè)機(jī)器人的普遍應(yīng)用，它的加工質(zhì)量和加工水平在很大程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。RV(Rotate Vector)減速器是工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)中的高精密減速傳動(dòng)裝置，其核心部件采用偏心軸零件，不僅要求體積小，而且要求加工精度高，因此偏心軸的零件質(zhì)量和加工效率在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化方面起著關(guān)鍵性的作用，對(duì)偏心軸零件加工精度的檢測(cè)也變得越來(lái)越重要。
　　本文基于哈量集團(tuán)的L30A型CNC齒輪測(cè)量中心平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出以漸開(kāi)線花鍵的基準(zhǔn)槽為基準(zhǔn)的測(cè)量解決方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏心軸兩圓心位置的加工精度檢測(cè)。
　　1　實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　(1)檢測(cè)儀器
　　采用哈量集團(tuán)的L30A型齒輪測(cè)量中心為偏心軸零件的檢測(cè)儀器，L30A具有三個(gè)直線軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)主軸，測(cè)頭選用雷尼紹數(shù)字三維掃描測(cè)頭，控制系統(tǒng)選用泰道公司的PMAC卡，可以實(shí)現(xiàn)4軸4聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了空間任意連續(xù)光滑曲線的精確差補(bǔ)，具有高效率、高精度和測(cè)量平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　(2)偏心軸的結(jié)構(gòu)及工作原理
　　偏心軸是由多段圓柱體布置在兩根偏心軸線上的軸類零件，兩根偏心軸線互相平行，兩根軸線之間偏離了一個(gè)偏心距的距離而不重合。偏心軸零件見(jiàn)圖1。

圖1　偏心軸

　　偏心軸零件在機(jī)械傳動(dòng)中起連接傳動(dòng)的作用，不僅和普通的軸類零件一樣能夠傳遞自傳，還可以同時(shí)傳遞公轉(zhuǎn)，并將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒕薮蟮呐ぞ剞D(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，在保證傳動(dòng)裝置的各零部件正確安裝的同時(shí)，也能夠保證各軸的正常運(yùn)作。偏心軸零件經(jīng)常運(yùn)用于平面連桿機(jī)構(gòu)的三角帶傳動(dòng)中，或者在車床床頭箱用偏心軸零件來(lái)帶動(dòng)潤(rùn)滑泵和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸等。因此，偏心軸零件加工質(zhì)量的好壞和加工精度的高低，對(duì)整個(gè)精密傳動(dòng)裝置的工作精度、裝配精度和使用壽命等各方面均會(huì)產(chǎn)生影響，所以對(duì)偏心軸零件加工精度的檢測(cè)也就變得越來(lái)越緊迫。
　　偏心軸零件對(duì)于漸開(kāi)線花鍵和偏心位置的相位關(guān)系要求非常嚴(yán)格，如果使用加工中心一次裝卡來(lái)完成所有加工，能夠很好地保證他們之間的相位關(guān)系，但偏心軸的兩個(gè)偏心圓柱的加工精度就會(huì)比較低，不能完全滿足精度要求，所以，目前普遍采用兩次加工來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用隨動(dòng)磨床加工偏心軸，磨齒機(jī)加工漸開(kāi)線花鍵，兩者的精度都能滿足要求，但是由于兩次加工存在二次裝卡的問(wèn)題，而偏心軸的偏心圓柱和漸開(kāi)線花鍵之間的相位關(guān)系就不容易控制，且目前還沒(méi)有檢測(cè)軟件能夠直接以漸開(kāi)線花鍵的基準(zhǔn)相位來(lái)檢測(cè)偏心軸的兩個(gè)偏心圓柱的相對(duì)位置坐標(biāo)，因此，偏心軸檢測(cè)技術(shù)的缺乏制約了偏心軸精度的提升。
　　2　偏心軸檢測(cè)的解決方案
　　隨著智能制造的來(lái)臨，根據(jù)偏心軸工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，其檢測(cè)的研究重點(diǎn)主要在解決工件的軸線找正、漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)相位的確定、偏心軸兩偏心圓圓心的測(cè)量三個(gè)方面。
　　(1)工件的軸向找正
　　因?yàn)槠妮S工件測(cè)量時(shí)的裝卡偏心對(duì)工件的快速裝卡和測(cè)量結(jié)果都會(huì)帶來(lái)影響，所以偏心軸檢測(cè)首先要解決的難點(diǎn)即工件的軸線找正問(wèn)題。本文利用三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)通過(guò)三維掃描測(cè)頭測(cè)量偏心軸的端面圓及徑向圓的兩端跳動(dòng)，從而計(jì)算出偏心軸的軸線位置，不僅滿足了工件快速裝卡的要求，而且通過(guò)測(cè)頭位置和測(cè)量數(shù)據(jù)的雙重修正，最大程度地消除了裝卡偏心對(duì)其測(cè)量結(jié)果的影響，檢測(cè)效率和檢測(cè)精度都有了進(jìn)一步的提高。
　　圖2為偏心軸檢測(cè)軟件的軸線找正參數(shù)設(shè)置界面，可根據(jù)工件的具體情況設(shè)置不校準(zhǔn)、1次端面跳動(dòng)檢測(cè)、1次徑向跳動(dòng)檢測(cè)、1次徑向/1次端面跳動(dòng)檢測(cè)、2次徑向跳動(dòng)檢測(cè)、1次端面/2次徑向跳動(dòng)檢測(cè)等6種基準(zhǔn)校正方式來(lái)滿足校準(zhǔn)的不同需求。

圖2　偏心軸檢測(cè)軟件軸線找正參數(shù)設(shè)置

　　(2)漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)相位的確定
　　漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)相位法是通過(guò)利用三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)對(duì)偏心軸工件進(jìn)行軸線定位的方法。通過(guò)三維掃描測(cè)頭的測(cè)球與漸開(kāi)線花鍵的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行接觸，由下向上掃描漸開(kāi)線花鍵的基準(zhǔn)鍵槽，擬合出漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)鍵槽的空間直線方程，從而還原出漸開(kāi)線花鍵的相位基準(zhǔn)。
　　(3)偏心軸兩偏心圓圓心的測(cè)量
　　偏心軸的兩偏心圓的圓心測(cè)量是以X軸為基準(zhǔn)相位重新建立坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下，通過(guò)聯(lián)動(dòng)跟蹤掃描技術(shù)測(cè)量偏心軸的兩個(gè)偏心圓，實(shí)現(xiàn)了按照形位公差的要求進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)量，完成了偏心軸兩個(gè)圓心的相對(duì)圓心坐標(biāo)、圓度誤差、最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的標(biāo)記等計(jì)算，滿足了用戶對(duì)偏心軸精度控制的檢測(cè)要求。
　　3　檢測(cè)軟件的開(kāi)發(fā)及測(cè)量結(jié)果
　　偏心軸檢測(cè)軟件使用VS2015作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用VB.NET作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)完成，該軟件功能豐富，設(shè)計(jì)人性化。圖3為偏心軸檢測(cè)軟件的基本參數(shù)設(shè)置界面。圖4為偏心軸檢測(cè)軟件檢測(cè)偏心軸的測(cè)量結(jié)果顯示，計(jì)算出了偏心軸兩偏心圓圓心在漸開(kāi)線花鍵基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Circle 1和Circle 2。

圖3　偏心軸檢測(cè)軟件基本參數(shù)設(shè)置

圖4　偏心軸的測(cè)量結(jié)果

　　小結(jié)
　　由于偏心軸的圓心位置測(cè)量是相對(duì)于漸開(kāi)線花鍵的基準(zhǔn)齒，因此，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、圓度儀和基于一維測(cè)頭的CNC齒輪測(cè)量中心都無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏心軸零件圓心位置的檢測(cè)，本文利用CNC齒輪測(cè)量中心的四坐標(biāo)系統(tǒng)和三維測(cè)頭技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏心軸零件的檢測(cè)，很好地解決了偏心軸零件加工精度的檢測(cè)問(wèn)題。