滑阀内孔圆柱度误差气动测量系统的研究

　　0 引言

　　滑阀偶件是电液伺服阀的核心部件,其加工质量对电液伺服阀的整体性能起着重要作用。尤其是滑阀副的径向配合情况对阀的性能有直接影响,配合过紧易造成滑阀动作不灵活,严重时甚至会导致阀芯卡死,产生严重故障。配合过松,也就是径向间隙过大则直接影响阀的静耗流量指标[1-2],另外径向间隙也造成阀小开口区的非线性,因此设计上对滑阀副的径向配合有严格要求。一般要求滑阀阀套和阀芯之间径向配合为间隙配合,配合间隙很小,通常仅为2~4μm[3],同时还要保证阀芯在滑阀阀套内孔中灵活运动,这也对阀套内孔的形状精度提出了很高的要求,一般需要控制其圆柱度误差在1~2μm。

　　目前,国内各伺服阀专业生产厂家主要采用三坐标测量机等通用设备进行测量,一般都是在滑阀阀套加工完成之后,送到计量部门进行检测,无法实现加工现场测量,这样导致测量不合格的阀套产品返修时很不方便,严重影响了生产效率。本文拟对基于气动测量原理的阀套内孔圆柱度误差测量方法进行研究,旨在解决阀套内孔圆柱度误差的高精密和高效率测量问题,从而实现滑阀阀套计算机控制的加工现场快速自动化测量,有效提高伺服阀产品生产效率。

　　1 阀套内孔圆柱度误差的气动测量方法

　　1.1 气动测量方法的提出

　　考虑到阀套内孔表面为配合表面,其几何形状精度要求很高,在测量过程中不允许被划伤,需要采用非接触式测量。此外,其圆柱度误差要求为微米级,这就要求采用高分辨率的测量方式。气动测量方法具有非接触、分辨率高、测量力小、测量精度高以及测量操作简单等突出优点[4-5],能够满足阀套内孔圆柱度误差高精度测量的要求。本文提出了采用压力式气动测量方法实现阀套内孔圆柱度误差的自动测量。

　　1.2 阀套内孔圆柱度误差测量原理

　　根据阀套内孔的测量特点,测量装置采用喷嘴档板机构型式,将被测阀套内孔看作挡板。设计专用的气动测量头,使之在被测滑阀阀套中运动,实现内孔圆柱度误差的测量。测量过程中,测量头沿着被测阀套轴向运动,并选取阀套内孔圆柱面上若干个截面进行测量(所选取的截面需要避开阀套圆周上节流窗口和回油口所在的截面)。记被测截面中最底面的Z坐标值为0,气动测量头的位移由位移传感器测得,即可计算得出其他被测截面与该基准截面的距离,从而得到各测量点的Z坐标值,记为z。测量时被测阀套作旋转运动,使气动测量头上的喷嘴在各测量截面进行扫描,阀套旋转角度由高精度的角位移传感器测得,记为θ。

　　测量过程中,背压Pc的大小将随着气动测量头上喷嘴与被测阀套内孔表面所形成的测量间隙s大小的变化而变化,这样可以通过压力测量值间接计算得出s的值。其Pc-s压力特性曲线如图1所示,可以看出Pc与测量间隙大小s并非具有理想的线性特性,然而Pc-s曲线中间部位的一段曲线可以近似看作为直线段[6-7]。在实际测量过程中,可以通过系统标定实验,测量得到该区域内的一系列离散点,采用最小二乘法进行线性回归处理,将该Pc-s曲线段拟合成直线,然后在这个线性测量区域内进行气动测量与计算。