钢球圆度仪的研制

　　高速圆度仪可实现轴承套圈圆度的快速测量,但对测量钢球圆度来说速度仍然偏慢,且调整比较麻烦,满足不了钢球生产厂家的需要,因此轴承行业急需一种能够快速测量钢球圆度并且调整简单的仪器。基于这种现状,本文就适用于快速测量的钢球圆度仪的开发研制,作一概要介绍。

　　1 工作原理

　　本仪器采用半径法测量圆度,旋转基准采用静压空气主轴,钢球夹具的定心基准采用密珠轴系,钢球只需放到夹具上就可以进行测量,不需要调整中心,操作简单,效率高,如图1所示。

　　将被测钢球放在钢球夹具上后(钢球与主轴不同心度小于2.5Lm),启动电机,通过传感器可将工件的轮廓形状变化转换为电信号,通过前置放大器进行滤波、放大,再经APD转换为数字信号。最后在主机内进行处理计算,在显示器上显示出圆度值和被测截面的轮廓形状以及用四种评定方法(最小二乘法、最小区域法、最大内接圆和最小外切圆)计算出的基准圆。除此之外,还可进行斜率分析、谐波分析等,并可根据需要在打印机上绘出图形及数据。

　　2 主要机械结构设计

　　2.1 静压空气主轴

　　本仪器采用半径法测量圆度,工件旋转式。

　　高精度主轴作为测量的定位基准,其旋转精度直接影响测量结果。因此高精度主轴的研制是圆度测量仪的关键问题,故选用了双面止推静压空气主轴。从仪器的使用要求来说,轴颈轴承的载荷理论上为零,止推轴承的载荷最大不超过80N,由轴承允许的结构尺寸估计其承载能力要远大于其最大载荷,因此,该静压空气主轴的主要技术要点是其旋转精度(包括轴向窜动)。而旋转精度除跟间隙有一定关系外,最主要的是跟主要零件的加工精度有关(理论上分析,气膜的均化效应能使旋转精度提高至小于轴表面圆度误差的1P4),所以,静压空气主轴设计计算的主要任务是匹配间隙和节流孔孔径,保证最佳刚度,验算承载能力。

　　2.1.1 轴颈轴承

　　(1)预定参数

　　主轴直径D=46mm

　　长度L=32mm

　　供气表压力为0.4MPa

　　(2)直径间隙h0

　　考虑到加工误差、过滤精度和喷嘴最小加工尺寸等因素,并根据经验,选择直径间隙h0=0.025mm。

　　(3)表压比

　　该主轴为高精度主轴,又是在很低的偏心率下工作,所以选择较高的表压比Kg=0.8,以增加流量。

　　(4)喷嘴直径d0

　　采用双排节流小孔,每排小孔个数N=8。根据文献[3]预选喷嘴直径d*=0.23mm,供气压力修正系数K1=1.2,喷嘴数系数K2=1。长径比系数

　　喷嘴位置系数K4=0.89,则