步距规的研究与制造

　　一、前言

　　在长度计量领域里,量块是一种使用非常广泛的实物标准器,很多计量器具都是用量块进行量值溯源。但是在有些情况下,使用量块进行计量工作会使操作人员感到不方便。例如:使用量块对坐标机示值偏差进行校准时,由于量块尺寸的单一性,使得每次校准都需要很多个量块,并需要专用的装置进行装卡。另外,大尺寸量块比较容易损坏,如果携带外出开展校准工作,很可能损坏量块,造成损失。步距规克服了量块的这些缺点,它的特点是多尺寸、高精度、刚性好,携带方便。但是这种计量器具在设计、制造和校准方面有一定的难度,到目前为止我国没有步距规产品。中国计量科学研究院长度处在过去的几年里对步距规进行了研究,试制了一种用陶瓷量块组合体作为尺寸标准,用花岗石作为基体的步距规。这种步距规有如下特点:(1)用量块组合出步距尺寸,这样可以提高步距尺寸的精度,并降低造价;(2)步距规的基体和量块组合体各自独立膨胀或收缩,减少外部因素对步距规精度的影响;(3)陶瓷量块的线涨系数较低,减小了环境温度对步距规精度的影响。

　　二、步距规的基本特征

　　1.步距规的外部特征

　　步距规主要由基体、基面定位块、量块组合体和侧盖组成,其外形如图1所示。量块组合体左边的第一个量块与基面定位块的一个平面研和,基面定位块具有很高的平行度,它的另一个平面可以作为步距规的一个基准平面,这种结构可以使步距规有一个较大的基准平面,以方便使用。量块组合体是由一定数量的量块研和而成的,它形成了步距规的实物标准尺寸。通过使用各种尺寸的量块可以组合出不同步距的量块组合体,从而形成不同步距尺寸的步距规,以满足不同用户的要求。步距规的基体是用花岗石制成的,有良好的稳定性和刚性,方便使用和运输。

　　2.步距规的内部结构

　　图2表示了步距规的内部结构。量块组合体是安装在步距规基体内部的,压紧块通过两根拉丝将量块组合体压紧在基面块上,压紧块的中间有一个凸起的球体,这个球体将压紧力作用在量块组合体上,使压紧力通过量块组合体的轴线。基面块、量块、拉丝和压紧块构成了一个独立的系统,由于拉丝很细,可以视为弹性体,当温度发生变化时,量块按陶瓷的热涨系数自由膨胀或收缩。基体与量块组合体之间有一定的间隙,这样在温度发生变化时,基体和量块组合体各自独立膨胀或收缩,相互之间没有作用力,提高了步距规的精度和稳定性。

　　三、步距规的精度

　　一般认为,量块是最高精度的实物标准。量块可以相互研和,组成一定长度标准,但是将几十个量块研和在一起,组成一个高精度的尺寸列是十分困难的,即使在一定的技术装备帮助下,可以将几十个量块研和在一起,在将研和好的量块组合体装入步距规的基体时,也很容易破坏研和状态,进而影响步距规尺寸列的精度。除此之外,压紧块对量块组合体的压紧力,温度变化等因素也影响步距规的精度。