高性价比直线基准的研究与应用

　　测量工件的直线度误差时,直线基准的体现有多种方式,如激光、水平线、芯轴等[1~3]。在中小工件的测量中,多以实际要素体现直线基准,其精度和价格是对应的。用实际要素体现的基准或多或少地会存在形状误差,直接利用它测量被测直线的直线度误差时,它的形状误差必须反映到被测直线的测量数据中。实际要素本身存在的形状误差只能通过提高加工精度的方法来减小,而不能消除。因此,以实际要素体现的高精度直线基准的价格是昂贵的。本文提出一种在常规加工方法下获得高精度直线基准的方法,具有很高的性能价格比。

　　1 直线基准的获得

　　选两个尺寸规格相同的样板,把它们合并夹持在一起,然后对它们的上表面进行半精磨、精磨(图1)。由于这两个样板的上表面是在同一平面磨床上同时加工出来的,可以认为它们的实际形状完全相同。然后,把这两个样板对折合并(见图1的双点划线),则其对称中心OO.便是一个颇为理想的直线(实际是一个窄长平面,以下简称为直线基准),可以用它作为直线基准来测量直线度误差和其它的形状误差。

　　2 直线基准的误差分析

　　利用上述中心平面作为测量基准时的误差主要来自下列两项:

　　(1) 非同一性误差

　　从理论上讲,同一平面磨床同时加工出来的两个表面的形状应该相同,但在实际上不可能达到绝对相同,总是要存在微量的差异。但是这个差异比整个被加工表面在本身全长上的变化要小得多,可视为高阶微小量。而两个曲面之间的差异所引起中心平面的平面度误差是高阶微小差异量的一半,因此,对被测实际直线测量结果的影响是高阶微小量。

　　(2) 样板安装错位引起的误差

　　参看图2,两个样板安装错位会使其中心平面产生形状误差。取安装正确的两个样板的中心线(中心平面)作为x轴,上样板表面曲线的方程为y=φ(x),根据对称性,下样板表面曲线的方程则为y=-φ(x)。设x轴向微小错位量为δ1,则上曲线的方程变为y=φ(x-δ1)。错位后的两曲线的中心方程为

　　因为φ‘(x)、δ1都是微小量,所以φ’(x).δ1视为高阶微小量,它远小于曲线φ(x)自身在全长上的变化量。因此,由错位引起的测量误差基准的平面度误差是高阶微小量。

　　3 直线基准的应用

　　图3为应用本文提出的直线基准来测量直线度误差的原理示意图。对折的样板组3的上下表面的形状完全对称,它们的对称中心OO'是直线基准。导杆上部对称安装两个指示表A和B,它可以在滑块4的导向孔中上下移动,在弹簧2的作用下,它底部的测头1始终与被测实际要素6接触。滑块4可以在基座5导向槽中滑动。