大中型轴类零件形位误差测量机的设计

　　0 引言

　　机械产品中,回转体零件是一种重要的基本零件。回转体零件的形位误差测量是检验该类零件加工质量的重要指标之一,国外在形位误差的测量的研究方面,主要致力于研制具有高精度、高效率、万能性和符合误差定义的量仪上[1],如三坐标测量机、多坐标测量机等。而三坐标测量机、多坐标测量机不是专门用于测量轴类零件形位误差[2],尤其是对测量大中型轴类零件很不适合[3]。

　　因此,研制一种用单片机控制,针对大中型轴类零件圆度、圆柱度、同轴度和轴线直线度测量,成本较低且易于实现嵌入式的形位测量仪,将适应中国市场的需求。

　　目前大多数的轴类零件的形位误差测量普遍采用了转轴式或转台式,显然测试的精度在很大程度上取决于转轴或转台的回转精度,这就给回转部件的制造提出了严格的要求。图1为当前轴类零件的形位误差典型的测试方法。

　　这种测量的主要缺陷有:

　　1)对主轴回转精度要求很高;

　　2)工件安装误差无法控制,主要包括被测工件中心相对于回转中心的偏差,这种偏差将导致圆度仪测试记录的径向畸变和角度畸变,其次是被测工件轴线相对于仪器主轴的倾斜,则测得的截面将引起误差;

　　3)测头位置的倾斜将引起测量误差,尤其对较小工件较为严重;

　　4)人工模板校对也存在主观因素的误差,无法克服。

　　1 测量机的测量原理及方案设计

　　测量机的机械结构如图2所示,它采用类似于车床的结构配置。以床身、溜板及由床头箱,尾架组成的前后顶尖为主体,可以对长1000mm,直径为400mm的轴类零件的形位误差进行测量。各部件的运动如下:被测工件被前后顶尖所定位,它的回转是由步进电机7通过齿形皮带8及空套在主轴5前端的拨盘9带动,由步进电机7带动丝杆回转进而带动溜板做纵向移动,这样,在要求测圆柱度、轴线直线度、轴线直线度及同轴度等项目时,可以移动侧头到不同的采样截面对其进行数据采集;测头安装在可以横向运动的滑板2上,滑板2坐在纵向移动的溜板3上,滑板2由另一个步进电机驱动, (图2中没画出)以适应不同直径尺寸的采样需要。

　　基于单片机的测量及控制系统,采用模块化结构,由信号采集模块、信号调理模块、MCU模块、显示模块、键盘模块、打印机模块、量程与形位误差项目和评定方法选择模块、步进电机控制模块和网络通讯模块组成。

　　2 形位误差量仪的机械系统设计

　　2.1 采用被测工件球顶尖方案

　　一般精密轴类零件在最后的加工工序中都普遍采用顶尖定位方式。因为这种方式才能更加准确的和前道工序的加工的基准统一,以尽可能地减少因重复定位而带来的形位误差。显然,在测试工件时,以顶尖定位可以和精加工的定位基准完全一致。为了进一步提高精度,采用球顶尖定位,基本上消除了由工件定位的中心孔的形位误差对测量结果造成的影响。