4. 工件装夹与基准建立
在齿轮计量中，测量结果的可信度首先取决于工件在测量空间中的位姿是否与设计基准一致。装夹不是简单地把工件固定住，而是通过找正、夹紧、基准轴线建立和坐标系对齐四个环节，把工件的设计基准映射到测量机的坐标系统中。不同结构齿轮的基准形式差异很大，装夹策略也必须随之调整。
一、四类齿轮的基准特征与装夹定位方式
轴齿轮通常以两端中心孔或轴颈作为设计基准，测量时优先采用顶尖装夹，使基准轴线由顶尖孔直接确定。若轴齿轮没有中心孔，则需用V形块或三爪自定心卡盘夹持轴颈，此时夹持段的圆度误差会直接传递到基准轴线，必须先用千分表检查轴颈径向跳动。盘齿轮以内孔和端面作为主要基准，常用涨套式芯轴或三爪卡盘加端面定位，内孔与芯轴的配合间隙应控制在0.005 mm以内，端面跳动需在装夹后复测。内齿轮的基准通常是外圆和内端面，由于齿廓在内侧，找正时无法直接接触齿面，需借助外圆跳动和端面跳动间接建立基准轴线。锥齿轮的基准是安装距和背锥面，装夹时必须保证背锥面与测量机回转轴或定位面贴合，同时控制安装距偏差，否则齿面测量点会偏离理论位置。
二、找正操作：从粗调到精调
找正的目标是使工件基准轴线与测量机回转轴线或直线运动轴线重合。以盘齿轮内孔定位为例，粗调阶段将工件轻放于芯轴上，用铜棒轻敲端面使工件初步贴合；精调阶段使用千分表分别测量端面跳动和外圆跳动。端面跳动测量时，表头垂直接触端面，在直径D的圆周上取至少8个均布点，记录最大与最小读数之差Δ。若端面跳动要求为0.01 mm，而实测Δ=0.03 mm，则需在工件与定位面之间垫入薄铜箔，垫片厚度t可按 t ≈ Δ·D_垫 / (2D_测) 估算，其中D_垫为垫片所在圆周直径，D_测为测量圆周直径。外圆跳动则反映工件中心相对回转中心的偏心，偏心量e与跳动值δ的关系为 e = δ/2。精调后应复测两次，确认读数稳定。
轴齿轮用顶尖装夹时，找正重点是检查顶尖孔与顶尖的接触状态。可在顶尖孔内涂少量红丹粉，旋转工件后观察接触印痕，印痕应均匀分布在锥面中部。若印痕偏向一侧，说明顶尖孔有偏心或毛刺，需重新研磨顶尖孔。对于无中心孔的轴齿轮，用V形块支撑轴颈时，应使V形块夹角为90°或120°，并在轴向设置定位挡块，防止测量过程中轴向窜动。
三、夹紧力控制与变形规避
夹紧力过大会使薄壁盘齿轮和内齿轮产生弹性变形，测量结果在松开后失效。以模数2 mm、齿数60、壁厚8 mm的盘齿轮为例，三爪卡盘夹紧力若超过约800 N，齿顶圆径向变形可能达到0.008 mm以上。实际操作中应使用带扭矩指示的卡盘或涨套，夹紧力以工件不产生轴向移动为下限。对于薄壁内齿轮，推荐使用轴向端面压紧配合径向轻微定心的方式，避免径向夹紧力直接作用于齿圈。锥齿轮装夹时，夹紧点应靠近背锥面，避免夹在齿宽中部造成齿面变形。
四、基准轴线建立与坐标系对齐
基准轴线建立分为两步：先确定轴线的空间方向，再确定轴线上一个原点的位置。对于盘齿轮，在芯轴上选取上下两个截面，每个截面测量至少4点，用最小二乘圆拟合得到两个圆心，两圆心连线即为基准轴线。对于轴齿轮，若用顶尖装夹，基准轴线即两顶尖连线；若用V形块，则需在轴颈上取两个截面拟合圆心后连线。内齿轮以外圆和端面建立基准：外圆拟合圆心确定径向位置，端面拟合平面确定轴向原点，两者结合得到基准轴线。
坐标系对齐时，通常将基准轴线设为Z轴，端面或背锥面设为Z=0平面，再选择一个齿槽或标记齿确定角向零点。角向定位对锥齿轮尤为关键，因为锥齿轮的齿面测量需要知道每个齿的理论角位置。实际操作中可用三坐标测头轻触某一齿槽两侧面，取中点作为角向参考，再按齿数均分建立各齿的角向位置。对齐完成后，应测量一个已知尺寸的特征进行验证，例如盘齿轮的外圆直径或轴齿轮的轴颈直径，若验证偏差超过0.005 mm，需重新检查找正和拟合过程。
五、实操示例：盘齿轮装夹与坐标系对齐
以模数2 mm、齿数60、内孔直径40H7、端面跳动要求0.01 mm的盘齿轮为例。选用直径40g6的涨套芯轴，配合间隙约0.004 mm。将工件装入芯轴后，用千分表在直径120 mm的端面圆周上测量8点，读数分别为0、+0.008、+0.015、+0.012、+0.005、-0.003、-0.006、-0.002（单位mm），最大与最小之差为0.021 mm，超出0.01 mm要求。在读数最大点对应位置垫入0.01 mm铜箔后复测，跳动降至0.008 mm，满足要求。随后在芯轴上下两个截面各测4点，拟合圆心坐标分别为(0.002, -0.001)和(-0.001, 0.003)，两圆心连线与芯轴轴线的夹角约0.003°，可认为基准轴线已建立。将Z轴对齐该连线，端面设为Z=0，再测量外圆直径，实测119.996 mm，与理论120 mm偏差0.004 mm，验证通过。
六、常见问题与判断依据
装夹后若发现测量重复性差，首先检查夹紧力是否过大导致工件弹性变形，可松开后重新以较小力夹紧复测。若端面跳动调整后仍不稳定，应检查定位面是否有磕碰伤或铁屑。内齿轮找正时若外圆跳动合格但齿面测量结果异常，需考虑外圆与齿圈的同轴度误差，此时应改用齿槽中点辅助建立角向基准。锥齿轮安装距偏差超过0.01 mm时，齿面接触区会明显偏移，应优先调整轴向定位垫片厚度。所有调整完成后，建议在测量程序中记录装夹状态和验证结果，便于追溯。