V形法测量中支承对测量精度的影响

　　1　引言

　　回转轴系的精度主要取决于回转轴径的圆度,目前决大多数轴径的圆度都是用圆度仪进行测量的。但轴径的圆度在亚微米级精度以及轴径的外形尺寸和重量都很大时,圆度仪的系统误差对测量精度的影响以及圆度仪受所能容纳被测件的空间限制,就造成了圆度仪对特殊轴径测量的局限性。为了解决这一问题,在实际工作中我们选用了V形法测量轴径的圆度。该方法自60年代以来在我所高精度轴径圆度的测量中得到了广泛的应用。我所0.2″圆光栅刻划机回转主轴轴径的圆度及角度基准仪回转主轴轴径的圆度都是用V形法测量出来的,其中角度基准仪回转主轴轴径的圆度达到0.03μm,装配后轴系的回转精度达到0.022μm。本文介绍的回转主轴与以往的回转主轴有些不同。它重量大(25kg),直径大(φ120),长度小(L=260mm),已不能用传统的V形法卧式检测轴径圆度。本文论述了在V形法立式检测中,由于对轴径支承方式的不同,对圆度的测量精度有很大影响。通过理论分析,我们设计了一个相应的支承结构,解决了这一问题。

　　2　V形法测量轴径不圆度的原理

　　将轴放在V形块上,如图1所示。把轴径在V形块截面处分成12等份,各等分点处的误差分别为Δr1,Δr2,……,Δr11,Δr12。图1中,测量表反映的示值Δy1包含了轴径在1点处的误差Δr1,6点处的误差Δr6在测头方向的分量Δr6sinA以及10点处的误差Δr10在测头方向的分量,也就是

　　轴径顺时针转30°到达2点,同上面一样,此时2点处的测头示值为

　　轴径顺时针转动一圈停留12个位置,便可以构成一个线性方程组

　　解这个方程组,便可以得到轴径各点的误差式[1]

　　式中:k1,k2,k3,…　…,k12为系数,它们分别为0.208,0.144,-0.167,0.217,-0.167,0,-0.042,0.433,-0.167,0.072,-0.167,0

　　3　影响测量精度的分析

　　从V形法的测量原理我们可以看出,在测量轴径圆度的过程中,轴径要与V形块的两个面始终保持接触,一旦脱离了接触,就会造成测量不准确,影响测量精度。实际测量中我们感觉到这种脱离是存在的。

　　3.1　单个钢球支承对轴径测量精度的影响

　　在V形法测量中,轴径的几何中心在旋转测量时相对于理论圆的中心而变化,也就是相对V形块的几何中心而变化,如图2所示。轴径的圆度越差,其变化值越大。在单个钢球支承时,由于接触应力使钢球支承面处产生应力变形,如图3所示。如果被测轴的重量为25kg,支承钢球的直径为U6mm,其支承处钢对钢的接触应变为[2]: