高精度鋼球測量儀專用工作臺的設(shè)計

何頻,花嚴(yán)紅,王曉偉

(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332007)

隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承的質(zhì)量要求越來越高，而鋼球作為球軸承的主要零件，其質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到軸承的質(zhì)量。目前，軸承行業(yè)對鋼球尺寸精度的檢測主要使用D051型軸承鋼球檢查儀或立式光學(xué)比較儀，這兩種儀器都只能采用比較法進(jìn)行測量，測量過程調(diào)整繁瑣，測量精度與效率不高，且易劃傷鋼球表面。基于鋼球測量的特點，設(shè)計出一款結(jié)構(gòu)新穎的專用工作臺，并成功應(yīng)用于高精度數(shù)顯鋼球測量儀。

1 測量儀工作原理

儀器主要由高精度鋼球測量專用工作臺、光柵位移傳感器、數(shù)顯裝置等3部分組成。如圖1所示，傳感器裝夾于工作臺底座立柱的支架上，傳感器測桿裝有上測帽(Φ8 mm通用平面測帽)，在可調(diào)測量臺上裝有下測帽(大平面測帽)，被測鋼球置于上、下平面測帽之間。

1—光柵位移傳感器；2—緊固手輪；3—測桿；4—上測帽；5—被測鋼球；6—下測帽；7—可調(diào)測量臺；8—基座；9—底座；10—工作臺罩殼；11—限位環(huán)；12，14—鎖緊手輪；13—調(diào)整環(huán)；15—支架；16—立柱

為了保證測量精度，由文獻(xiàn)[1]可知，須先利用專用工作臺的調(diào)節(jié)機構(gòu)，調(diào)整下平面測帽與測桿軸線間的垂直度。根據(jù)國家計量檢定規(guī)程[2]，其調(diào)整方法和要求如下：以1塊(5～10 mm)四等量塊的同一部位置于兩測帽間并與上測帽直徑的1/4接觸(圖2a)，分別在4個正交方向上，從數(shù)顯裝置讀取4個數(shù)值，通過工作臺的調(diào)節(jié)機構(gòu)使任意兩讀數(shù)差值控制在0.3 μm以內(nèi)(圖2b)。然后使上、下測帽接觸，將數(shù)顯裝置清零，使當(dāng)前位移傳感器顯示值為零，將被測鋼球置于上、下測帽之間，即可進(jìn)行直接測量。

圖2 調(diào)整原理示意圖

從文獻(xiàn)[3-4]的介紹可知，工作臺的調(diào)整機構(gòu)能否方便地將上述任意兩讀數(shù)差值調(diào)整到0.3 μm以內(nèi)，是減少測量誤差、提高測量效率的關(guān)鍵。

2 專用工作臺設(shè)計

2.1 傳統(tǒng)測量儀工作臺結(jié)構(gòu)與調(diào)整

如圖3所示，為使工作臺面與測量軸線間垂直度可調(diào)，工作臺與臺座的接觸面設(shè)計為圓弧面[5]，通過調(diào)整螺釘1，3調(diào)整工作臺面左、右方位與測量軸線的垂直度。同理，工作臺面的前、后方位與測量軸線間垂直度再通過調(diào)整螺釘5，6進(jìn)行調(diào)整。要將工作臺調(diào)整到如上所述的使任意兩讀數(shù)差值在0.3 μm以內(nèi)，往往需要多次反復(fù)地調(diào)整，調(diào)整過程繁瑣。此外，因這種工作臺直徑較大，為保證臺面的平面度及與臺座接觸圓弧面的接觸精度，也增加了加工上的難度。

1，3，5，6—調(diào)整螺釘；2—工作臺；4—工作臺座

2.2 專用工作臺的設(shè)計

如圖4所示，新工作臺為4層結(jié)構(gòu)：最上層為工作臺罩殼，下平面測帽位于工作臺罩殼中央(放置被測鋼球)，工作臺罩殼上表面有多圈弧形槽(便于放置待測鋼球)；第2層為可調(diào)測量臺，下平面測帽固定于可調(diào)測量臺上；第3層為基座，其面部與可調(diào)測量臺的底部相對各設(shè)1個錐形凹槽，其間嵌入1個支點鋼球，使可調(diào)測量臺與基座間保持一定的間隙；最下層為底座，基座由鎖緊螺母固定于底座，立柱垂直固定在底座一側(cè)，支架則由鎖緊手輪21固定在立柱上[5]。

1—傳感器；2—緊固手輪；3—測桿；4—上測帽；5—被測鋼球；6—下測帽；7—連接(緊固)螺栓；8，13—調(diào)節(jié)螺桿；9—支點鋼球；10—鎖緊螺母；11—基座；12—底座；14—可調(diào)測量臺；15—工作臺罩殼；16—鋼球弧形槽；17—限位環(huán)；18，21—鎖緊手輪；19—立柱；20—調(diào)節(jié)環(huán)；22—支架

如圖5所示，可調(diào)測量臺有3個連接(緊固)螺栓2，8，10，并設(shè)有3個頂在基座上表面水平位置的調(diào)整螺桿1，7，11。因支點鋼球的球心位于測量軸線上，可調(diào)測量臺以支點鋼球為支點，通過調(diào)整3個調(diào)節(jié)螺桿即可實現(xiàn)對下平面測帽與測桿軸線間垂直度方便、精確的調(diào)整(圖4)，并由3個連接(緊固)螺栓(圖5)固緊，且經(jīng)一次性調(diào)好后無需再調(diào)。

1，7，11—調(diào)節(jié)螺桿；2，8，10—連接(緊固)螺栓；3—下測帽緊固螺釘；4—可調(diào)測量臺；5—基座；6—支點鋼球；9—下測帽

為防止測量過程中因支架滑落損壞測桿及方便控制上、下測帽間的初始位置，工作臺還設(shè)有支架限位和微調(diào)機構(gòu)(圖4)，限位環(huán)由鎖緊手輪18固定在支架下方的立柱上，對測桿起限位作用；調(diào)節(jié)環(huán)處于支架與限位環(huán)之間，并通過其內(nèi)螺紋旋合在限位環(huán)的外螺紋上；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)環(huán)即可控制上、下測帽間的初始位置。

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用專用工作臺的JC系列高精度數(shù)顯鋼球測量儀的直接測量范圍為0～30 mm，經(jīng)華東國家計量測試中心檢測[6]，外觀和各部分相互作用良好；測量的重復(fù)性為0.2 μm； 儀器示值誤差見表1。經(jīng)實際使用證明，該專用工作臺使儀器的調(diào)整更加方便、精確，計量性能更加穩(wěn)定、可靠，更能適應(yīng)高精度測量。

表1 JC系列高精度數(shù)顯鋼球測量儀示值誤差

4 結(jié)束語

該專用工作臺設(shè)有放置待測鋼球的多圈弧形槽，并具有臺面與測量軸線垂直度、測桿限位及初始位置等高精度測量的多種調(diào)節(jié)功能，且經(jīng)一次性調(diào)好后不需再調(diào)。解決了傳統(tǒng)工作臺所存在的調(diào)整過程繁瑣，調(diào)整精度不高且易損傷被測鋼球等缺點，提高了儀器的測量精度和測量效率。