阶梯轴多参数在线测量系统

　　阶梯轴是机械制造中一种常见的零件形式,其制造精度(如直径尺寸、同轴度、径向跳动、圆度、椭圆度等)对机器的运行质量(如运动精度、平稳性、使用寿命等)具有很大影响。为适应先进制造技术的发展,提高加工效率,控制产品质量,满足不同规格型号阶梯轴的加工需要,我们研制了微机控制的阶梯轴多参数在线测量系统。

　　1 测量原理

　　阶梯轴的被测参数较多,但各参数之间具有一定联系。其中,直径属尺寸参数,圆度、椭圆度属形状误差,同轴度和径向跳动属位置误差。本测量系统采用了二点法测量原理(见图1),该方法能同时获得直径误差、径向跳动、圆度和椭圆度误差的测量结果,同时可计算出各阶梯面的中心坐标,并求出同轴度误差。

　　(1)直径

　　测量前需用标准轴对测量仪进行校准。设某一截面的公称直径为D0,则被测轴的实际直径D为

　　式中,ΔR1、ΔR2分别为传感器1、2测得的直径误差值。

　　设阶梯轴的阶梯数为P,则所需传感器数目为2P。测量时,在每一截面采样N点,则工件回转一周可获得N个直径测量值Dji,即

　　每一截面的直径平均值为

　　(2)椭圆度

　　根据测量值,可计算出各截面的椭圆度误差为

　　(3)径向跳动

　　在每一截面上,一个传感器测得的极大值与极小值之差即为该截面的径向跳动,即

　　(4)圆度

　　本测量系统的圆度误差评定采用最小二乘法。最小二乘圆半径为

　　最小二乘圆的中心坐标为

　　被测截面上各被测点与该截面最小二乘圆中心之间的距离为

　　各截面的圆度误差为

　　(5)同轴度

　　同轴度属位置误差,是实际被测轴线相对于基准轴线的位置允许变动量。同轴度计算原理如图2所示。假定基准轴线通过阶梯轴任意两个被测截面的中心,如选取安装轴承的左右两轴颈的中心连线作为基准轴线(该基准与装配基准重合),选取图2中的截面1、3作为基准,即可测量并计算出通过截面2的被测轴线相对于基准轴线的同轴度。

　　图2中,Z轴为阶梯轴轴线方向,坐标原点位于轴的左侧。测量前,定好沿Z轴的被测截面位置,根据圆度误差测量方法,可计算出每一被测截面的最小二乘中心坐标。基准轴线通过任意两截面的中心,两中心点坐标分别为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),被测轴线方程为

　　每一被测截面的最小二乘中心与基准轴线间的变动量为