球形轴尖球头圆度的非接触精密测量

    1 引言

    球形轴尖（图 1）是某液浮陀螺中的重要零件，是典型的微小球形零件，其尺寸、形位精度和表面质量要求高，其质量直接影响陀螺仪的性能指标和使用寿命。

    球形轴尖的球头（图 1） 圆度是其重要特性之一，由于球形轴尖的球头尺 寸 微小，只有有 SR0.25mm和 SR0.4 mm，其表面粗糙度值为 Ra0.012μm, 用常规的圆度检测方法难以进行测量。因此必须对球形轴尖球头部位的圆度的检测方法进行研究，以确定一种切实可行的检测方法，保证产品生产的顺利进行。

    2 球形轴尖加工方法

    球形轴尖的材料为硬质合金 YG11，硬度可达HRA87，加工主要采用磨削、研磨及抛光的工艺方法。

    SR0.250- 0.00 8mm 或 SR0.40- 0 . 008mm 和球颈部分以及长度尺寸1.6+0.005- 0.005mm 采用成型磨轮经过粗磨、精磨两次磨削成型，成型砂轮是用金刚石磨轮制作成的。球形轴尖磨削后留量再经过研磨、抛光来达到设计图纸要求。研磨时将球形轴尖装夹在 SV70 精密台式车床主轴上，用特制研磨棒修整球头的几何形状；其球头加工原理如图2所示，将研磨膏涂抹在研磨棒上，手持研磨棒绕Y 轴旋转摆动，研磨棒倒角处的直径大约为球体直径的2/3，且倒角面始终与球体表面接触，研磨粉对球体进行滚动切削。研磨棒的摆动在球体表面形成一圆弧，而球体转动将此圆弧展成为球 面，使研磨棒倒角在球体上的相对运动轨迹始终为圆球形，这种加工方法运 用 范 成 法 的 原理。范成法的优点是：加工精度高，质量稳定。

    3 圆度检测方法的选择和试验及分析

    3.1 检测方法的选择

    圆度常用的测量方法有投影比较法、圆度仪法、坐标测量法、两点三点法。测量方法的分类，按获得测量结果的方式分为直接测量和间接测量，按比较方式分为绝对测量和相对测量，按接触形式分为接触测量和非接触测量。

    球形轴尖的球头尺寸微小，只有 SR0.25mm 和SR0.4mm，而且表面粗糙度值为 Ra0.012μm。由于球形轴尖的尺寸微小、表面质量高不能损伤和检测精度要求高这几个方面的特点，因此球形轴尖圆度的检测方法必须满足的条件是非接触测量，检测仪器测量误差不大于0.8μm、分辨率 0.1μm；而且由于球头尺寸微小最好具有放大观察或显示功能。

    圆度仪法测量具有高精度和高准确性的特点，是圆度测量的首选，但因为是接触测量因此不能采用；投影比较法必须具有很大的放大倍数，否则无法保证2μm的检测精度。