一种高精度测量仪直线位移装置的设计

　　在机械制造与研究工作中，对于精度要求达到微米级或更高要求的测量，通常采用测长仪来完成。为保证测量精度，传统测长仪的测轴系统一般采用高精度测量主轴，但其结构复杂、装调繁琐、笨重且造价高，现采用空气阻尼原理，设计出一种具有空气阻尼控制的直线位移装置，并应用于高精度数显( 钢球) 测量仪和测长仪。

　　1 传统测长仪测轴系统的结构

　　如图1所示，传统测长仪主要由测量主轴、测量座、读数显微镜、工作台和油缸等部分组成[1]。在测量座中装有可上下移动的测量主轴，作为测量标准的玻璃线纹尺被安置在测量主轴中( 图2b) ，测量主轴上端连接钢带，经过滑轮后与悬置在油缸中的重锤相连。为避免测量过程中测量主轴因自重快速下降而碰撞被测工件或工作台面，需要通过油缸、钢带及重锤装置对测量主轴起阻尼缓冲作用。

　　如图2a 所示，测量主轴沿自身轴线作直线运动时，需由分布在其圆周的 3 个成为一组的滚动轴承支承和导向( 前后共有2 组) 。为了装配调试的需要[2]，每套轴承都须安装在各自的偏心轴上;为防止测量主轴在测量座中转动，测量主轴还须加工出如图2b 所示的凸形结构，通过安装在凸形两侧的2 套滚动轴承防转，防转轴承需通过调整轴承架来控制其与测量主轴凸形两侧面间的间隙( 即夹紧程度) 。测量主轴作轴向移动时需要松开紧固螺钉，测量读数时，则需先用紧固螺钉将测量主轴固定。

　　可以看出，该测轴系统结构复杂，装调繁琐，主要构件加工精度要求高，制造成本较大。测长仪检定规程对测量主轴在水平和垂直2 个方向上的移动直线度要求为不超过15″/100 mm[3]，这也使测轴系统的检定与调修具有一定的难度[4]。

　　2 高精度数显测量仪工作原理

　　如图3 所示，高精度数显测量仪主要由测量工作台、光栅位移传感器、数显装置等 3 部分组成。工作台安装在底座上，立柱固定在底座的一侧，支架由锁紧手轮固紧于立柱上，传感器装夹于支架上。传感器测杆的上端与直线位移装置连接，通过直线位移装置来控制测杆上下移动的速度和直线度，以保障测量精度。测量时，调整限位调整环使测杆下端的测帽与工作台接触，将数显装置清零，使当前位移传感器显示值为零，将被测件放置于测帽和工作台之间，即可进行直接测量。

　　3 直线位移装置设计

　　3. 1 设计思路

　　为使直线位移装置的结构简化，且又能满足高精度测量仪对其在直线位移过程中的各项要求[5]，采用空气阻尼控制的原理，并利用测杆-活塞-气筒的组合，使测量过程中装置作直线位移时能够平稳、顺畅，以提高测量的稳定性和准确性。