十屆展會時間跨度近20年，我國經(jīng)歷了改革開放、加入WTO以及金融和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險等諸多重大歷史事件和風(fēng)雨滌蕩，機(jī)床工具制造業(yè)及量具量儀行業(yè)在經(jīng)受風(fēng)雨歷練的同時，就整體制造能力而言，無論在技術(shù)質(zhì)量水平和產(chǎn)品品種性能上，都得到了顯著的提升和蓬勃的發(fā)展。基于對精密測量儀器的感觸體驗(yàn)，作者撰文回顧了近二十年來我國齒輪測量技術(shù)和儀器的發(fā)展歷程和部分成果。

　　CNC齒輪測量中心代表了當(dāng)今齒輪測量技術(shù)和儀器的先進(jìn)水平，也是齒輪及齒輪刀具制造精度質(zhì)量檢測領(lǐng)域的主流需求。從上世紀(jì)80年代開始到90年代，CNC齒輪測量中心逐步形成了系列化產(chǎn)品，同時也是精密機(jī)械制造技術(shù)、精密位移探測傳感技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在齒輪測量儀器上集成的結(jié)晶。它基于坐標(biāo)式幾何解析測量原理，對齒輪單項(xiàng)幾何形狀誤差進(jìn)行測量，是坐標(biāo)式齒輪測量儀器發(fā)展中的一個里程碑。

　　CNC齒輪測量中心實(shí)質(zhì)上是由笛卡爾式直角三坐標(biāo)系和一個回轉(zhuǎn)角坐標(biāo)所構(gòu)建而成的四坐標(biāo)測量機(jī)——圓柱坐標(biāo)測量機(jī)，主要用于齒輪單項(xiàng)幾何精度的檢測，也可用于（靜態(tài)）齒輪整體誤差的測量。除了齒輪以外，也可用于齒輪刀具（如滾刀、插齒刀、剃齒刀）、蝸桿、蝸輪及凸輪軸等復(fù)雜型面回轉(zhuǎn)體的單項(xiàng)幾何誤差進(jìn)行高精度測量。

　　由國外首先推出的、基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字坐標(biāo)式CNC齒輪測量中心取代了傳統(tǒng)機(jī)械展成式的齒輪量儀，成為單個齒輪幾何精度測量中獨(dú)占鰲頭的齒輪測量儀器和技術(shù)。國內(nèi)通常認(rèn)為，美國Fellows公司于七十年代成功開發(fā)的Microlog 50（圖1）是世界上首臺高水平的CNC數(shù)控齒輪測量中心，它采用了花崗石基座、四軸獨(dú)立伺服驅(qū)動系統(tǒng)、激光干涉儀長度位移測量系統(tǒng)和光柵角度編碼盤，其技術(shù)起點(diǎn)很高。

　　我國齒輪測量中心的開發(fā)歷經(jīng)了艱辛和曲折。成都工具所和哈量于1986年開始著手計(jì)劃立項(xiàng)開發(fā)齒輪測量中心，直至1995年底在陜西省教委和陜西省機(jī)械局的支持下，西安工業(yè)大學(xué)和漢江工具廠合作成功開發(fā)出了我國第一臺CNC齒輪測量中心CCZ40（圖2）。這是一臺由計(jì)算機(jī)控制的、可實(shí)現(xiàn)數(shù)控四軸聯(lián)動的圓柱四坐標(biāo)式齒輪測量儀器樣機(jī)。經(jīng)專業(yè)技術(shù)鑒定，確認(rèn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。隨后，哈爾濱精達(dá)公司經(jīng)過努力，在2001年于國內(nèi)首先開發(fā)研制出齒輪測量中心產(chǎn)品（圖3），成功推向了首家用戶——重慶宗申公司，并逐漸形成強(qiáng)大批產(chǎn)能力和競爭實(shí)力，打破了由國外齒輪測量中心產(chǎn)品一統(tǒng)國內(nèi)市場的局面。此后，哈量、工具所、智達(dá)、愛德華、同和光學(xué)及秦川等公司陸續(xù)推出了自行設(shè)計(jì)開發(fā)的CNC齒輪測量中心，開創(chuàng)了我國齒輪測量儀器發(fā)展新面貌，品種和質(zhì)量的持續(xù)提升令人鼓舞，和國外先進(jìn)齒輪測量中心的技術(shù)與質(zhì)量差距日益縮小，競爭力明顯上了一個臺階。

　　經(jīng)過近15年持續(xù)不斷的努力和堅(jiān)持，取得了階段性成果，并分別在CIMT展會上展示，通用技術(shù)集團(tuán)所屬的哈量集團(tuán)于2019年成功推介出配套完整、集成度高、技術(shù)含量水平高、完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“成套螺旋錐齒輪閉環(huán)專家生產(chǎn)制造系統(tǒng)”和技術(shù)（圖4），其硬件涵蓋了螺旋錐齒輪齒面的數(shù)控加工機(jī)床（銑齒機(jī)、硬齒面加工機(jī)床和磨齒機(jī)）。螺旋錐齒輪齒面的數(shù)控刀具和裝備包括銑刀刀盤刀條裝調(diào)儀、硬齒面刀具測量機(jī)以及螺旋錐齒輪齒輪測量中心等。這標(biāo)志著我國錐齒輪的成套制造和加工測量技術(shù)躍上了一個新水平。

　　隨著我國數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展，機(jī)器人近年來快速集成進(jìn)入在線齒輪自動化智能測量生產(chǎn)線年南京二機(jī)床在北京展會上展示的“智能化齒輪加工島”，吹響了國內(nèi)汽車齒輪自動化在線測量技術(shù)集成于齒輪制造加工過程的號角（圖5）；而2020年精達(dá)為株洲齒輪公司提供的“智達(dá)快速齒輪檢測自動線臺六軸機(jī)器人，將意大利光學(xué)影像測量儀、自產(chǎn)CNC齒輪雙嚙儀和CNC齒輪測量中心等3臺儀器有機(jī)聯(lián)結(jié)，構(gòu)建了一條齒輪快速智能檢測系統(tǒng)（圖6），將我國齒輪在線自動檢測裝備技術(shù)水平提升到一個數(shù)字化、信息化、自動化的新臺階。

　　在近20年的十屆北京國際機(jī)床展覽會上，可以清晰看到我國齒輪測量儀器制造業(yè)的顯著進(jìn)展。如上所述，這正是我國齒輪測量技術(shù)與儀器裝備行業(yè)“管（官）用產(chǎn)學(xué)研”，凝聚共識，堅(jiān)持不懈，科學(xué)實(shí)干，以開發(fā)CNC齒輪測量中心為標(biāo)志，在我國齒輪量儀制造行業(yè)的奮發(fā)自強(qiáng)和努力下，從無到有；從打破國外壟斷到自主創(chuàng)新，不斷推進(jìn)我國齒輪制造業(yè)從齒輪制造大國向齒輪制造強(qiáng)國的蛻變，是不斷提升國產(chǎn)齒輪質(zhì)量做出重大功績和歷史貢獻(xiàn)的20年?？梢院敛豢鋸埖卣f，近20年我國齒輪量儀的發(fā)展歷史，就是我國CNC齒輪測量中心發(fā)展所引導(dǎo)的歷史，是我國齒輪測量技術(shù)和儀器裝備制造業(yè)在數(shù)字化、信息化、數(shù)控化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展道路上闊步前行、轉(zhuǎn)型升級和追趕世界先進(jìn)水平而成效斐然的20年。

　　2  CNC齒輪測量中心融合并集中體現(xiàn)了當(dāng)今齒輪測量技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展水平和趨勢

　　（1）1989年工具所推出CZE1200D大齒輪測量儀（圖7）。它由一臺單板計(jì)算機(jī)同時控制二臺步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動，采用“粗傳動精測量”技術(shù)實(shí)現(xiàn)CNC式齒輪螺旋線的測量（齒廓誤差由棒狀單齒測頭嚙合測量實(shí)現(xiàn)）。經(jīng)上海計(jì)量所鑒定后當(dāng)年成功交付用戶上海冶金機(jī)械廠；同期，工具所還成功開發(fā)出CNC式步進(jìn)電機(jī)光柵式/激光式滾刀檢測儀GCW200（圖8）。

　?。?）1995年西安工業(yè)大學(xué)和漢江工具廠合作，成功開發(fā)出我國首臺CNC齒輪測量中心CCZ40樣機(jī)，成果通過專業(yè)鑒定（圖2）。該儀器采用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)四軸（θ,X,Y,Z）聯(lián)動，首次實(shí)現(xiàn)圓柱漸開線齒輪的齒廓、齒向螺旋線和齒距等單項(xiàng)幾何精度以及齒輪刀具精度在國產(chǎn)CNC齒輪測量儀器上的測量。

　?。?）2003年北京國際機(jī)床展覽會哈量和精達(dá)分別展出了各自開發(fā)的CNC齒輪測量中心（圖9，圖10）。此后在北京展會上展出CNC齒輪測量中心的有：2005年工具所CV450（圖11）和西安交大思源GMC500（圖12）；2007年精達(dá)新開發(fā)JA系列齒輪測量中心（圖10），該中心采用DDR電機(jī)直接驅(qū)動工作臺主軸、直線電機(jī)驅(qū)動測量滑板花崗石底座，提升了產(chǎn)品測量精度和穩(wěn)定性；2011年，哈量、精達(dá)及智達(dá)等公司紛紛推出花崗石結(jié)構(gòu)的CNC齒輪測量中心。哈量展出的L45型齒輪測量中心（圖13），采用測量運(yùn)動軌跡全閉環(huán)控制，可對K形齒廓、凸形齒廓及螺旋線鼓度等項(xiàng)目進(jìn)行評定；西安愛德華秉承了三坐標(biāo)測量機(jī)的成熟精密量儀設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)，成功開發(fā)并于2011年展會上展出了G40高精度齒輪測量中心（圖14）；2015年智達(dá)測控展出平行簧片結(jié)構(gòu)的三維光柵數(shù)字式掃描測頭Z3DDP（圖15），并成功地應(yīng)用于CNC齒輪測量中心，打破了該關(guān)鍵精密掃描測頭部件產(chǎn)品的國外壟斷。2017年展會上，青島海拓推出了專用的平面二包測量中心（圖16）。這實(shí)際上是通用齒輪測量中心的變型儀器，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對我國首創(chuàng)的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿/蝸輪/滾刀等復(fù)雜型面零件的高精度檢測；2019智達(dá)則展出了以“諧波齒輪測量”為主題的成套測量儀器，包括檢測諧波齒輪單項(xiàng)幾何誤差的齒輪測量中心和諧波減速器綜合性能檢查儀（圖17），成為該屆展會上國產(chǎn)齒輪量儀的一條亮麗風(fēng)景線年產(chǎn)品

　?。?）2014年，中國計(jì)量科學(xué)研究院幾何量所開發(fā)的“螺旋線（齒輪）測量基準(zhǔn)儀器”項(xiàng)目完成驗(yàn)收。在完成與德國PTB的國際比對工作后，于2019年儀器通過鑒定和國家基準(zhǔn)評審（圖18）。該基準(zhǔn)儀器采用了獨(dú)立的激光跟隨測量系統(tǒng)和獨(dú)立的CNC測頭運(yùn)動軌跡生成系統(tǒng)（“驅(qū)動”和“測量” 兩套系統(tǒng)獨(dú)立又關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)）。該基準(zhǔn)儀器的技術(shù)特點(diǎn)可歸納為：具有一維氣浮回轉(zhuǎn)工作臺具有負(fù)載偏心下的角度自校準(zhǔn)、二維激光干涉測長布局降低儀器阿貝誤差、三維平行位移機(jī)構(gòu)探測系統(tǒng)的測桿變形補(bǔ)償、六軸聯(lián)動主從級閉環(huán)精密驅(qū)動控制和采集等技術(shù)，以及自主建立的儀器精度補(bǔ)償模型和相應(yīng)誤差補(bǔ)償軟件。這臺由西安愛德華協(xié)助開發(fā)的超高精度和高穩(wěn)定性的新一代齒輪螺旋線/漸開線測量裝置的研制成功，標(biāo)志著我國可直接溯源的復(fù)合式齒輪螺旋線/漸開線基準(zhǔn)測量裝置的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。該基準(zhǔn)儀器實(shí)現(xiàn)了齒輪參量最短溯源鏈的直接溯源，其二路激光跟隨測長誤差0.1μm，修正后的探測系統(tǒng)誤差0.3μm，修正后的回轉(zhuǎn)臺角誤差≤0.15”；經(jīng)比對測試，其螺旋線)。其對外提供校準(zhǔn)測量服務(wù)能力為：測量范圍：β（0°-60°），d ( 25-400 ) mm;測量不確定度：螺旋線)，螺旋線年，中航工業(yè)北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所更新研制的JLC齒輪測量中心基準(zhǔn)儀器，測量齒輪漸開線樣板基圓半徑的不確定度: 當(dāng)rb=100mm，U=1.1μm(k=3) ；測量齒輪螺旋線樣板螺旋角的不確定度:當(dāng)β=15°，U=1.0μm/100mm(k=3)，因此也成為代表當(dāng)時我國齒輪測量中心制造/升級再制造的頂尖水平之作。

　?。?）2021年，通用技術(shù)集團(tuán)哈量公司研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 ”L45P高精度計(jì)量型三維齒輪測量中心“（圖19），該儀器具備高精度機(jī)械主機(jī)、誤差修正補(bǔ)償技術(shù)、多功能智能化實(shí)時測控系統(tǒng)及三維齒輪測量軟件等多項(xiàng)自主關(guān)鍵核心技術(shù)，具有在線分析、自我診斷功能，具備穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。其配套的三維齒輪測量軟件具有圓弧圓柱齒輪、弧錐齒輪、轉(zhuǎn)子、弧齒刀盤等檢測功能，儀器還具備測針庫管理、空間修正、數(shù)據(jù)安全與管理等功能，是我國高精度計(jì)量型齒輪量儀又一突破，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，是中國科協(xié)2021 “科創(chuàng)中國” 榜“突破短板關(guān)鍵技術(shù)榜（裝備制造領(lǐng)域）”十個項(xiàng)目之一。

　　3  弧錐齒輪測量中心及其閉環(huán)制造系統(tǒng)使CNC齒輪測量中心集成弧錐齒輪的測量和制造

　?。?）2005年哈量和精達(dá)分別在北京國際機(jī)床展會上展出擁有弧錐齒輪測量功能軟件的CNC齒輪測量中心。哈量展出3903A齒輪測量中心（見圖9a），與重慶工學(xué)院合作、在國內(nèi)首先成功開發(fā)的齒輪測量中心錐齒輪測量軟件所測得的錐齒輪三維齒廓誤差（見圖9c）；此后精達(dá)、智達(dá)也各自開發(fā)了相應(yīng)的錐齒輪測量軟件應(yīng)用于齒輪測量中心產(chǎn)品。

　?。?）2015年哈量在展會上重點(diǎn)推介“錐齒輪數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化閉環(huán)制造系統(tǒng)”。該系統(tǒng)將哈量生產(chǎn)的數(shù)控錐齒輪切齒機(jī)床和數(shù)控錐齒輪磨齒機(jī)床與數(shù)控錐齒輪測量儀器——錐齒輪測量中心等整合集成，融通錐齒輪的設(shè)計(jì)加工及檢測軟件，實(shí)現(xiàn)錐齒輪加工參數(shù)的反饋調(diào)整，成功構(gòu)建了錐齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)（見圖20）；中大創(chuàng)遠(yuǎn)集團(tuán)和智達(dá)合作于同年展出了類似錐齒輪閉環(huán)制造成套技術(shù)和儀器產(chǎn)品。該年展會呈現(xiàn)了我國錐齒輪智能化制造技術(shù)與裝備發(fā)展的新景象、新格局。2017年哈量集團(tuán)長沙哈量凱帥（現(xiàn)更名為長沙津一凱帥）還展出了HCS260硬齒面螺旋傘齒輪加工刀盤調(diào)刀儀（見圖22）和CNC L65G高精度螺傘齒輪測量中心。

　?。?）2019年，哈量展出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、最新版本成套“螺旋錐齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)”（見圖4）。它包括螺旋錐齒輪銑齒機(jī)/磨齒機(jī)/銑齒刀刀盤/刀條/刀具裝調(diào)機(jī)和齒輪測量中心等螺旋錐齒輪和切齒刀具的所有加工制造和測量裝置的硬件和軟件，（借助于物聯(lián)網(wǎng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的融合集成，對我國螺旋錐齒輪制造業(yè)的發(fā)展，具有標(biāo)志性的示范引領(lǐng)作用。

　　4  齒輪刀具測量中心及其閉環(huán)制造系統(tǒng)是CNC測量齒輪中心在齒輪刀具制造中的數(shù)字化應(yīng)用

　　在齒輪刀具測量領(lǐng)域，工具所于1989年開始開發(fā)專業(yè)的臥式CNC光柵式齒輪滾刀測量儀GCW200，經(jīng)不斷改進(jìn)后于2005年前后推出花崗石底座的GCW300（圖21），具有一定的臥式齒輪測量中心的功能。哈量集團(tuán)2017年展出的弧齒錐齒輪的銑刀盤和硬齒面螺旋傘齒輪刀盤的CNC刀盤裝調(diào)檢測儀（圖22），在弧齒輪加工刀具的數(shù)字化閉環(huán)制造上，為我國做出了突破性重大貢獻(xiàn)。值得一提的是，西安工業(yè)大學(xué)和漢江工具廠在1995年合作開發(fā)了我國首臺CNC齒輪測量中心樣機(jī)后，又于2009年在北京展出了成功合作開發(fā)的全套國產(chǎn)數(shù)控刀具離線閉環(huán)制造系統(tǒng)和裝備——數(shù)控齒輪刀具磨齒機(jī)+CNC齒輪測量中心+數(shù)控砂輪修整機(jī)+數(shù)據(jù)處理平臺（圖23）。首次實(shí)現(xiàn)齒輪測量中心與數(shù)控砂輪修整機(jī)之間的數(shù)據(jù)整合集成，成功構(gòu)建了國內(nèi)首套離線齒輪刀具閉環(huán)制造系統(tǒng)。據(jù)悉，近期西安工業(yè)大學(xué)和秦川機(jī)床及漢江工具合作，正在進(jìn)一步開發(fā)高新水準(zhǔn)的、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化的齒輪刀具制造閉環(huán)系統(tǒng)。

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