絲槓表測儀的製作方法

2023-06-28 12:07:56

專利名稱：絲槓表測儀的製作方法
技術領域：
本發明屬機械測試技術領域，可廣泛應用於絲槓的車間測量和計量室精密檢測，用於檢測絲槓的螺距誤差、螺距累積誤差和螺旋線誤差，尤其適用於長絲槓檢測。
目前使用的絲槓測量儀，在工藝過程中主要是樣板和螺距規，這些檢測儀測量誤差大，感觸靈敏度低，測量時間長，而且不能進行連續測量;計量室使用的絲槓檢測儀，檢測成本很高，多數精密絲槓檢測儀只限於測量3米以內長度的絲槓。
本發明的特徵克服了上述絲槓檢測儀的缺點，提供了一種測量成本低、測量效率高，既適用於絲槓的車間測量，又能在恆溫條件下進行精密檢測，能進行8米長度絲槓的精密測量，能完成對絲槓的螺距誤差、螺距累積誤差和螺旋線誤差檢測的絲槓表測儀。
下面結合附圖詳細說明本發明的內容

圖1為絲槓表測儀示意圖，它以測頭(2)和(3)為核心，配置V型架(1)所組成，測頭(2)和(3)固定在V型架(1)上，在某些特殊情況下，將兩測頭(2)和(3)調整後固定也可以進行檢測。測頭(2)和(3)同名側面間距為np(其中，p-絲槓螺距，n-測頭跨齒數，n＝1、2……檢測螺旋線誤差n＝1/SS＝1、2……)並標定np值，可用工具顯微鏡、測長儀、幹涉儀、標準絲槓等進行標定。
測量時，將V型架跨騎在絲槓外園上，測頭(2)、(3)插入齒槽，靠在同名齒面上，使兩測頭產生一定的壓縮量，根據兩測頭示值的差值和兩測頭間距np的標定值換算即可得到絲槓的誤差值。具體測量，可採用如下兩種方法進行。
1、在絲槓車床上用表測儀測量如圖2所示，首先，被測絲槓(4)安裝在長度相應的絲槓車床上，然後把表測儀(1)、(2)、(3)安裝固定在刀架(6)上。測量時，被測絲槓和母絲槓迴轉，刀架(6)在床身導軌上移動，刀架(6)的走刀螺距和被測絲槓名義螺距相同;如果被測絲槓沒有誤差，則兩測頭(2)、(3)的示值保持同步變化，即測頭(2)、(3)示值為工具機傳動系統誤差，兩測頭示值差此時為0;反之，兩測頭示值差值反映被測絲槓誤差。如此連續測量，可測出絲槓任一位置的需檢項目誤差。
2、在固定螺母上用表測儀測量如圖3所示，首先，要把固定螺母(6)、表測儀(1)、(2)、(3)和輔助V型塊(7)固定在工作檯上，調整好固定螺母(6)與測頭(2)、(3)的相對位置，保證絲槓齒面與測頭(2)、(3)相接觸。測量時，由分度機構(5)帶動被測絲槓(4)在固定螺母(6)中轉動，同時向前移動。如果被測絲槓沒有誤差，兩測頭(2)、(3)示值相同，反映絲槓的竄動值，兩測頭示值差為0;反之，兩測頭示值差值反映被測絲槓誤差。
為提高檢測效率，對圖3結構進行改進，如圖4所示，將分度機構(5)固定在拖板(8)上，分度機構可採用步進電機或伺服電機，步進電機旋轉帶動被測絲槓(4)轉動，同時軸向移動，使拖板在導軌上移動，其它有關情形與圖3相同，不再贅述。圖4所示長絲槓測量時，可利用長絲槓相應的床身，將固定著步進電機的拖板(8)安置於床身導軌上，把固定螺母(6)固定在床身上，表測儀(1)、(2)、(3)也固定在床身上，並用微型計算機控制步進電機，保證步進電機的工作脈衝和測頭的採樣信號同步，採樣數據由微型計算機處理，可實現高效檢測。
測值的分析和處理1、測值的獲得表測儀的調整和標定，是獲得測值的前提，標定值和標定測量誤差是影響測值直值的主要因素，在測值的提取中要予以考慮，以下分別對螺距誤差、螺距累積誤差和螺旋線誤差測值的獲得進行介紹，參看圖5。
a、螺距誤差測量兩測頭之間距離標定值為P+△Pd;
標定測量誤差為△Pt;
測頭示值分別為△P1和△P2;
測頭示值差值為△Pb＝△P2-△P1;
絲槓螺距誤差應為△P＝△Pd+△Pb+△Pt＝△Pd+△P2-△P1+△P1(1)b、螺距累積誤差測量兩測頭之間距離標定值為nP+△Pd;
標定測量誤差為△Pt;
測頭示值分別為△P1t和△P2t;
測頭示值差值為△Pbl＝△P2l-△P1l;
絲槓螺距累積誤差應為△Pi＝△Pd+△Pbl+△Pt＝△Pd+△P2l-△P1l+△Pt(2)絲槓全長累積誤差為△P＝∑△Pi+∑△Pj(1＜n) (3)式中△Pi-任一段np長度絲槓螺距累積誤差(1≤i≤m);
m-絲槓分段數;
△Pj-絲槓全長分段所餘不足np長度各段的螺距誤差(1≤j≤1);
1-所餘不足np長度段的螺距個數;
通過選取合適n值，使1＝0，則全長累積誤差可用下式計算△P＝∑△Pi＝∑(△Pd+△Pbi+△Pt)＝m(△Pd+△Pt)+∑△Pbi＝m(△Pd+△Pt)+∑(△P2l-△P1l) (4)c、螺旋線誤差測量首先調整好測頭相對絲槓角度位置360°/S(S＝1、2……)然後調整標定兩測頭沿絲槓軸線方向間距P/S.
兩測頭之間距離標定值為P/S+△Pd;
標定測量誤差為△Pt;
測頭示值分別為△P1和△P2;
測頭示值差值為△Pb＝△P2-△P1;
絲槓螺旋線誤差為△P＝△Pd+△Pb+△Pt＝△Pd+△P2-△P1+△Pt(5)如圖5所示，用通過絲槓軸線的兩平面(螺旋線誤差分析，用四平面)剖切絲槓齒面，絲槓齒面可看作由無數微小齒面組合而成，在工藝上，可認為一根絲槓由無數單獨加工的微小齒面件粘合組成，對微小齒面件的誤差分析，代替對絲槓誤差的分析，每個微小齒面件，其名義螺距np(n＝1、2……)，誤差△Pl，下面採用加工誤差的統計分析法進行分析。
微小齒面件可看作是大批量生產的，實踐證明，一般情況下(即無某種佔優勢的影響因素)，用調整法加工的大批零件所得的尺寸分布曲線是符合正態分布曲線，工件尺寸分布特點是，微小齒面件尺寸大於np和小於np的同間距範圍內的頻率相等，即∑△Pi＝0 (1≤i≤+∞) (6)
上式表明將絲槓部分成無數微小齒面件，誤差符合正態分布，誤差總和為0;通常，我們不可能進行無窮多點測量，有限多點測量時，誤差近似正態分布，誤差總和可以認為等於0，即∑△Pi＝0 (1≤i≤k) (7)式中k-測點數3、測值處理通過測值的分析，可得到一重要結論，∑△Pi＝0(1≤i≤k)，已知兩測頭示值差值△Pbl，但這不是誤差真值△Pl，存在標定值△Pd和標定測量誤差△Pt，則△Pi＝△Pd+△Pbl+△Pt(8)將上式代入(7)式，得∑△Pi＝∑(△Pd+△Pbi+△Pt)＝k(△Pd+△Pt)+∑△Pbl＝0△Pt＝-(△Pd+∑△Pbl/k)(1≤i≤k) (9)將式(9)代入(8)式得誤差△P1△Pl＝△Pd+△Pbl-(△Pd+∑△Pbi/k)(1≤i≤k) (10)(10)式適合於螺距誤差、螺距累積誤差和螺旋線誤差計算，由(10)式可見，測出的絲槓誤差與測頭標定值和標定測量誤差無關，這是絲槓表測儀的最重要測量結論，亦是區別於其它測量技術的重點。
絲槓全長累積誤差計算提取絲槓全長需檢剖面的首尾相連各段的累積誤差△Pj，則全長累積誤差為△P1+△P2+……+△Pm＝(△Prl-∑△Pbl/k)+(△Pr2-∑△Pbl/k)+……+(△Prm-∑△Pbl/k)＝∑(△Prj-∑△Pbl/k) (11)
式中m-絲槓全長需檢剖面分段數;
△Prj-需檢剖面各段測頭示值差值(1≤j≤m);
k-絲槓全部測點數;
△Pbl-示值差平均值(1≤i≤k).
4、測值特徵通常，兩測頭間距經過標定np+△Pd，測出的誤差△Pbl值是相對np+△Pd而言的，是個相對值，慣常的數據處理是將誤差記錄為△Pd+△Pbl，在標定精度高的情況下，表測儀可用△Pd+△Pbl作為絲槓誤差△Pi，但這畢竟在誤差真值△Pi中丟失了標定測量誤差△Pt(△Pt與標定所用儀器及操作有關)，△Pt直接影響測量精度，這在全長累積誤差測量中影響較大。如測段長np，絲槓全長m×np，每段丟失誤差△Pt，全長累積誤差的測量誤差為m△Pt;如△Pt＝2μm np＝300mm，m＝15的絲槓全長4500mm，全長累積誤差測量誤差15×2＝30μm，顯然，這樣大的測量誤差無法滿足絲槓測量要求。應用(11)式就不存在測量誤差。
通過理論分析，採用表測儀測量，理論上講，若不考慮測頭自身誤差，可測算出被測絲槓誤差真值，誤差真值和標定值△Pd和標定測量誤差△Pt無關，只和相對誤差△Pbi有關，這個特點決定了用表測儀可實現低標定精度條件下進行高精度的精密絲槓測量。
絲槓表測儀，理論上講適用於任意長度、任意精度、任意螺距絲槓的檢測，實際上，由於測頭外型尺寸的限制，比較適於測量螺距大於2mm的絲槓，對於小於2mm螺距的絲槓可改制測頭進行。
表測儀的一個特點是，既適用於計量室恆溫條件下精密測量，又適用於車間工藝過程中的絲槓測量。尤其是車間測量，以往在絲槓加工過程中無有效檢測方法為提高絲槓精度提供誤差數據，使絲槓的修研無法進行，採用表測儀解決了這個難題。
表測儀另一個特點是，測頭間距標定精度對測量的誤差真值沒有影響，實現了低精度儀器對高精度絲槓的檢測。
表測儀操作方便，測量成本極低，效率很高，可廣泛應用。
權利要求
1.一種由測頭(2)和(3)為核心，配置V型架(1)所組成的絲槓表測儀，其特徵在於兩個測頭(2)和(3)是核心檢測元件，每個測頭顯示出所測齒面的誤差和系統誤差，兩測頭示值的差值反映絲槓的螺距誤差或螺距累積誤差或螺旋線誤差。
全文摘要
絲槓表測儀，是一種絲槓螺距誤差、螺距累積誤差的檢測儀器。測量時，將表測儀兩測頭插入絲槓齒槽，靠在同名齒面上，兩測頭示值的差值通過換算即為絲槓誤差。結構簡單，測量高效，測量成本低，能完成任意長度絲槓的檢測，適用於車間和恆溫計量室的精密測量。
文檔編號G01B5/16GK1086898SQ9211315
公開日1994年5月18日 申請日期1992年11月9日 優先權日1992年11月9日
發明者劉小成, 楊宗德, 高瑞春 申請人:蘭州工業高等專科學校