超精圆度仪全自动误差分离装置的研制

    1　引　　言

    随着超精密制造技术的发展,特别是航天、航空及国防工业技术水平的迅速提高,一些超精密回转体零件,如用于惯性导航系统中陀螺仪动压气浮轴承的轴径、孔、球、球碗以及静压气浮轴承等精密零件的加工精度,都将要求进入到0.1～0.01Lm的量级,其中静电陀螺球支承内、外球面的球度误差已达0.1～0.05Lm,动压马达气浮轴的圆度误差要求也达到0.5～0.05Lm的量级,这都已达到或超过超精圆度仪轴系本身的精度水平。如何提高圆度仪测试精度以解决上述问题已成为一个紧迫的课题。而进一步提高圆度仪测量精度经济有效的办法就是利用误差分离技术,即在测量过程中利用误差分离系统将圆度仪主轴误差从测量结果中分离出去,从而提高圆度仪的测量精度。基于上述情况及需要,作者研制了用于提高圆度仪测量精度的全自动误差分离装置。经过近一年的使用表明:该系统工作正常、稳定可靠。文中介绍该分离装置的测量原理及全自动测控分离过程,并就其分离结果进行比对和验证。

    2　测量原理

    如图1所示,本系统采用多步法测量原理[1]即以主轴相对于工作台某固定位置为起始点,每周测量完后,工件相对于主轴上参考点转过W角,共转位m次,第m次位置与初始位置重合,其中W=2P/m。

    每一测回的平均值分别为Vo(Hi),V1(Hi),…,Vm-1(Hi),i=0,1,…,N-1,N为采样点数,m为转位次数。则k次转位的测量结果为:

    其中分度转位角为W=360°/m,采样间隔角为$H=360°/N(N为采样点数),Hi=i·$H,Wk=k·W,k=0,1,2,…,m-1。将(1)中展开的各式相加,得:

    将上式除以m,得

    若有为一小值),则轴系误差的估计值为:

    工件回转误差的估计值为:

    本测量装置采用12转位即:

    3　分离装置及自动分离过程

    误差分离装置组成框图及分离过程如图2所示。将标准球放在误差分离转台上,测量表面为金属座毛玻璃上方约3mm位置。

    首先调整标准球与误差分离转台回转轴线偏心,应使偏心小于0.5Lm,然后再调整标准半球相对于圆度仪主轴的偏心,使偏心亦小于0.5Lm。启动步进电机驱动系统使多齿分度盘下齿盘向上运动与多齿分度盘上齿盘可靠啮合,此位置即可作为转台0°位置。转动圆度仪主轴并带动传感器转动,主轴转动约半小时后(用于主轴油膜均匀建立),让传感器开始测量,如果圆度数据超过允差,则该组数据作废重测。该转位完成后,计算机向转台发出转位启动信号,步进电机驱动下齿盘与上齿盘分离后,计算机向转台再发出转位启动信号使力矩电机工作。转过30°,由柔性定位系统实现粗定位,粗定位完成后粗定位监测传感器向计算机发出粗定位完成信号。计算机获此信号后发出精确定位信号,再次驱动步进电机推动多齿分度盘下齿盘向上与多齿分度盘上齿盘啮合。当上、下齿盘可靠啮合后,接触力监测传感器向计算机发出转位完成信号。计算机开始等待主轴零位起始信号及传感器采样脉冲启动信号,当接到这两个信号后,传感器开始转位测量。重复以上步骤,直到完成十一次转位即可。然后,计算机利用测得的数据处理Vk(Hi)及公式(3)、(4)就可以从测量结果中分离出圆度仪主轴回转误差和工件圆度误差。