高精度跳动误差检测仪的设计

　　1 引言

　　许多高速旋转机械(如机床)的精度检测标准中都对主轴跳动公差提出了较高的要求。以数控车床为例,其主轴跳动直接影响切削工件表面质量、降低工件的加工精度,因此,为了提高机床加工精度,在数控车床精度标准中对主轴锥孔中心线的径向跳动、主轴轴肩支承面的跳动、主轴定心轴颈的径向跳动和主轴的轴向跳动允许值作了规定。跳动误差具有多种误差的综合性特点,例如径向圆跳动综合反映圆度和同轴度误差,径向全跳动反映圆柱度和同轴度误差,端面全跳动综合反映端面对轴线的垂直度及其平面度误差,由于旋转表面的跳动测量比较方便,因此跳动误差测量的应用广泛。在工厂实际中,集中选择形位公差项目,可减少购置检测设备的种类,提高利用率,降低产品制造成本。随着计算机集成制造(CIM)技术在制造企业的逐步推广,构建集成质量控制系统尤为必要,而这个系统的建立是以各种检测仪器的计算机应用为基础的,因此开发包括跳动误差在内的新型形位误差微机化检测仪势在必行。

　　2 轮廓表面跳动误差检测原理

　　跳动分为(径向、端面、斜向)圆跳动和(径向和端面)全跳动。径向圆跳动公差带是垂直于基准轴线的任一测量平面内半径差为公差值t,且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域,其公差标注和检测方法见图1。被测工件回转一周,指示器读数最大差值即为单个测量平面上的径向跳动。按照该方法测量若干个截面,并取各截面上所测跳动量中的最大值作为零件的径向圆跳动误差。如果要测量径向全跳动,根据定义,在工件作匀低速转动的同时传感器测头还应在包含轴线的平面内沿母线移动。

　　3 跳动误差检测仪的测量电路原理框图

　　跳动误差检测仪测量电路原理见图2。在检测仪电路设计和元器件选型中既要保证测量精度和测量效率,又要具有高可靠性、稳定性以及器件的兼容性。

　　3.1 UO5型电感传感器

　　本检测仪是为测量跳动公差等级为3~6级、直径为10~120mm的工件而设计的,允许的跳动误差为2~15μm。考虑到测量时工件和传感器分别作匀低速转动和滑动,振动较轻,根据传感器选择的一般原则,选择动态分辨率为0.3~0.5μm的传感器。本检测仪采用电感式线位移传感器,测量时轮廓表面的跳动变成衔铁移动,并使电感量发生变化,通过磁电转换达到电测目的,它的主要特征参数见表1。

　　3.2 低噪放大器

　　跳动误差变化量很小,传感器输出的信号较弱,因此选用低噪声放大器。为把低信噪比的有效信号提取出来需对噪声进行抑制,并采用取样积分器,取样积分器的工作原理如图3所示。时基电路输出与测量信号周期相同的时基脉冲,因此能在测量回转轴的径向跳动时,轴每转一周发一个时基脉冲。通过时基脉冲触发,形成一系列周期与时基脉冲相同的锯齿波信号。慢扫描电路输出周期为时基脉冲的n倍,幅值与锯齿波发生器输出相同的斜坡信号。