轴类零件形位误差在机床上的测量技术研究

　　一、概述

　　轴类零件形位误差在机床上的测量技术及其装置采用误差分离技术,使用最小二乘法评定各误差项目的测量结果,通过分离机床侧导轨对顶尖回转轴线的平行度误差和顶尖轴线回转误差,最终保证测量准确度。被测零件的周向转位由步进电机带动,可实现被测件的周向自动转位、刻度盘指示周向位置、溜板带动测头实现轴向自动移位、A/D转换卡采集数据、计算机软件数据处理并可实现刻度盘自动找零,测微仪档位的自动控制、结果显示、误差曲线的动态同步绘制与显示等工作。该测量方法具有测量项目多,测量准确度高(圆度测量准确度为0.2μm)通用性好,测量较率高等优点。

　　二、测量系统组成

　　测量系统组成简图如图1所示,主要包括以下几部分。

　　1.自动周向转位机构

　　此机构由步进电机、刻度盘、拨杆、拨叉等组成,安装在机床尾顶尖上。在数据采集过程中,大多数误差项目需要测量多个截面,每个截面上又测量多个点,此机构可以实现被测件的周向自动转位。步进电机型号为55BF003,工作在3相6拍方式,步距为1.5度,步进电机输出轴与刻度盘之间的传动比为6:1,所以步进电机转一拍,刻度盘转动115/6=0.25度。

　　2.装有3个标准套的实验轴

　　此实验轴及3个标准套是用来测试系统的,3个标准套是由北京二七机车厂加工、并由此厂计量室鉴定的,左右两个标准套尺寸结构相同,圆度误差分别为0.72μm、0.78μm,中间标准套圆度误差为0.75μm。此3个标准套主要在三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差时使用。

　　3.三台电感测微仪

　　三台电感测微仪是从中原量仪厂直接购置的,型号为DGB-5B。测微仪使用±3档。

　　4.数据采集控制卡、步进电机驱动电源

　　计算机数据采集控制卡主要完成数据的采集、步进电机的控制。此卡的A/D转换精度为±1个字,量化精度为0.003μm。

　　5.计算机及测量软件

　　计算机测量软件控制步进电机和数据采集卡完成被测轴的周向转位和原始数据的采集和转换,最后完成数据的处理并评定出误差结果。

　　数据采集控制卡中有光电隔离电路,阻断了来自步进电机驱动电流的电磁干扰,测量软件采用数字滤波方法处理数据,基本消除瞬间的电磁干扰和机械振动,机械冲击和机械干扰,确保测量系统有较好的抗干扰能力。

　　总之,该系统是一个机电一体化系统,具有部分智能功能。

　　三、测量原理

　　在机床上测量轴类零件形位误差,必须解决好两个测量基准的精度问题。一是机床顶尖的回转精度;二是机床侧导轨对顶尖回转轴线的平行度。靠加工高精度的顶尖和侧导轨是不现实的,甚至是办不到的。本测量系统采用/导轨对回转轴线的平行度误差分离法0[1]和/三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差0[2]两种误差分离法把机床侧导轨对顶尖回转轴线的平行度误差和机床顶尖轴线的回转误差一并从原始测量数据中分离出去,然后再按相应检测误差项目的要求计算评定测量结果,从而保证轴类零件形位误差在机床上的测量准确度。把上述两种分离方法编制为计算机测量控制软件加上适当的测量装置,从而可以在机床上测量轴类零件的形位误差。