高精度钢球测量仪专用工作台的设计
2011-07-24何频花严红王晓伟
何频,花严红,王晓伟
(九江职业技术学院,江西 九江 332007)
随着轴承工业的发展,对轴承的质量要求越来越高,而钢球作为球轴承的主要零件,其质量优劣直接关系到轴承的质量。目前,轴承行业对钢球尺寸精度的检测主要使用D051型轴承钢球检查仪或立式光学比较仪,这两种仪器都只能采用比较法进行测量,测量过程调整繁琐,测量精度与效率不高,且易划伤钢球表面。基于钢球测量的特点,设计出一款结构新颖的专用工作台,并成功应用于高精度数显钢球测量仪。
1 测量仪工作原理
仪器主要由高精度钢球测量专用工作台、光栅位移传感器、数显装置等3部分组成。如图1所示,传感器装夹于工作台底座立柱的支架上,传感器测杆装有上测帽(Φ8 mm通用平面测帽),在可调测量台上装有下测帽(大平面测帽),被测钢球置于上、下平面测帽之间。
1—光栅位移传感器;2—紧固手轮;3—测杆;4—上测帽;5—被测钢球;6—下测帽;7—可调测量台;8—基座;9—底座;10—工作台罩壳;11—限位环;12,14—锁紧手轮;13—调整环;15—支架;16—立柱
为了保证测量精度,由文献[1]可知,须先利用专用工作台的调节机构,调整下平面测帽与测杆轴线间的垂直度。根据国家计量检定规程[2],其调整方法和要求如下:以1块(5~10 mm)四等量块的同一部位置于两测帽间并与上测帽直径的1/4接触(图2a),分别在4个正交方向上,从数显装置读取4个数值,通过工作台的调节机构使任意两读数差值控制在0.3 μm以内(图2b)。然后使上、下测帽接触,将数显装置清零,使当前位移传感器显示值为零,将被测钢球置于上、下测帽之间,即可进行直接测量。
图2 调整原理示意图
从文献[3-4]的介绍可知,工作台的调整机构能否方便地将上述任意两读数差值调整到0.3 μm以内,是减少测量误差、提高测量效率的关键。
2 专用工作台设计
2.1 传统测量仪工作台结构与调整
如图3所示,为使工作台面与测量轴线间垂直度可调,工作台与台座的接触面设计为圆弧面[5],通过调整螺钉1,3调整工作台面左、右方位与测量轴线的垂直度。同理,工作台面的前、后方位与测量轴线间垂直度再通过调整螺钉5,6进行调整。要将工作台调整到如上所述的使任意两读数差值在0.3 μm以内,往往需要多次反复地调整,调整过程繁琐。此外,因这种工作台直径较大,为保证台面的平面度及与台座接触圆弧面的接触精度,也增加了加工上的难度。
1,3,5,6—调整螺钉;2—工作台;4—工作台座
2.2 专用工作台的设计
如图4所示,新工作台为4层结构:最上层为工作台罩壳,下平面测帽位于工作台罩壳中央(放置被测钢球),工作台罩壳上表面有多圈弧形槽(便于放置待测钢球);第2层为可调测量台,下平面测帽固定于可调测量台上;第3层为基座,其面部与可调测量台的底部相对各设1个锥形凹槽,其间嵌入1个支点钢球,使可调测量台与基座间保持一定的间隙;最下层为底座,基座由锁紧螺母固定于底座,立柱垂直固定在底座一侧,支架则由锁紧手轮21固定在立柱上[5]。
1—传感器;2—紧固手轮;3—测杆;4—上测帽;5—被测钢球;6—下测帽;7—连接(紧固)螺栓;8,13—调节螺杆;9—支点钢球;10—锁紧螺母;11—基座;12—底座;14—可调测量台;15—工作台罩壳;16—钢球弧形槽;17—限位环;18,21—锁紧手轮;19—立柱;20—调节环;22—支架
如图5所示,可调测量台有3个连接(紧固)螺栓2,8,10,并设有3个顶在基座上表面水平位置的调整螺杆1,7,11。因支点钢球的球心位于测量轴线上,可调测量台以支点钢球为支点,通过调整3个调节螺杆即可实现对下平面测帽与测杆轴线间垂直度方便、精确的调整(图4),并由3个连接(紧固)螺栓(图5)固紧,且经一次性调好后无需再调。
1,7,11—调节螺杆;2,8,10—连接(紧固)螺栓;3—下测帽紧固螺钉;4—可调测量台;5—基座;6—支点钢球;9—下测帽
为防止测量过程中因支架滑落损坏测杆及方便控制上、下测帽间的初始位置,工作台还设有支架限位和微调机构(图4),限位环由锁紧手轮18固定在支架下方的立柱上,对测杆起限位作用;调节环处于支架与限位环之间,并通过其内螺纹旋合在限位环的外螺纹上;旋转调节环即可控制上、下测帽间的初始位置。
3 应用效果
应用专用工作台的JC系列高精度数显钢球测量仪的直接测量范围为0~30 mm,经华东国家计量测试中心检测[6],外观和各部分相互作用良好;测量的重复性为0.2 μm; 仪器示值误差见表1。经实际使用证明,该专用工作台使仪器的调整更加方便、精确,计量性能更加稳定、可靠,更能适应高精度测量。
表1 JC系列高精度数显钢球测量仪示值误差
4 结束语
该专用工作台设有放置待测钢球的多圈弧形槽,并具有台面与测量轴线垂直度、测杆限位及初始位置等高精度测量的多种调节功能,且经一次性调好后不需再调。解决了传统工作台所存在的调整过程繁琐,调整精度不高且易损伤被测钢球等缺点,提高了仪器的测量精度和测量效率。