杠杆表使用不当对测量误差的影响

　　1.概述

　　杠杆表主要用来测量工件的形状误差和位置误差,是机械加工中常用的精密量具之一,其结构小巧,测头可任意扳转,使用灵活方便,在机床制造和装配检测中应用更为广泛。但由于杠杆表存在原理误差,若使用不当,就会误判工件,造成不必要的损失。

　　2.问题的提出

　　在实际生产中,有一批工件要求磨削两个台阶平面,其高度差为0.1±0.005mm,属精度较高的工件。操作者为了加工中测量方便,在机床上安装一杠杆千分表,测头如图1所示。测量时测头由I位置移动到II位置,自检合格后交检验员检验。检验员用千分尺测量其高度差只有0.085mm,判定工件不合格。而操作者认为杠杆千分表不准,经计量室检定排除了杠杆千分表不准的怀疑,结论为:千分表是合格的。那么,问题究竟在什么地方,下面我们来做进一步的分析。

　　3.杠杆表的原理误差分析

　　杠杆表如图2所示,是利用杠杆齿轮作为传动和放大机构的机械量仪,也是目前机械式杠杆表中最常用的结构形式,其传动比由下式求得:

　　由图2可看出,两条传动链只是为了改变测头方向,其传动比是一样的,即:K左= K右。由于杠杆表采用正弦不等臂杠杆机构和圆周等分刻度,其传动误差由图3可知:当测头由O1旋转到O2时产生的原理误差$S等于测头移动的弧位移aH与测头的直线位移asinΘ之差,即原理误差公式为:

　　现以杠杆千分表为例进行分析:杠杆千分表不论在出厂前还是在使用中都要进行如图4所示的示值误差检定。检定时是以测头轴线垂直于检具测杆轴线为起始点、左右对称进行的。最大原理误差为:

　　取S=0.2mm(国标规定),a=16mm(一般杠杆的制造长度),代入(4)式中可求得杠杆千分表在检定时产生的最大原理误差为:

　　由计算可知当θ角很小时(测杆轴线与检具轴线趋近垂直对示值误差的影响很小)可忽略不计。

　　因此使用时也应尽量保持测头轴线垂直于测量尺寸线,如图5(a),如果无法保持垂直时,如图5(b)就会产生测量误差。此时应当用测量值S测乘以sinB或cosθ进行修正,即:

　　因为正弦机构原理误差服从近似的三次抛物线规律,即:

　　也就是说随着转角H的增大,误差也非线性急剧增大,因此在杠杆表使用时一定要注意这个问题。

　　4.杠杆表测量误差的分析计算

　　笔者在生产现场观察发现操作者在测量时,由于受到位置所限或者测量习惯,总让杠杆表与被测量表面形成如图1、图6所示的θ角,且通常在30°左右,而这个θ角在高精度测量中造成的误差却是不能忽略的。下面就生产中常见的几种测量例案具体分析所产生的误差。