機械方法檢測變焦凸輪螺旋槽

河南平原光電有限公司 （焦作 454001） 李紅義 路民才 浮德民 高軍生

變焦凸輪是光學元器件上用于實現焦距變化的重要部件，我公司經常會遇到變焦凸輪零件的加工，但實際生產中由于曲線螺旋槽的加工存在凸輪曲線不夠平滑的問題，造成變倍與補償組不同步，出現三坐標檢測結果與實際狀態嚴重不符的狀況。如何快速簡單地檢測變焦凸輪曲線形狀具有現實意義。現以圖1所示零件為例，介紹一種方便、快捷的檢測方法。

圖 1

1. 目前檢測中存在的問題

在近幾年的科研試制生產中，變焦凸輪圖樣所表示的曲線形狀和運動軌跡，采用曲線方程或參數方程來表示，縱坐標反映轉動角度，橫坐標反映變焦位置。零件螺旋槽形狀采用三維造型、計算機編程和四軸加工完成。對于整個裝配部件來說，螺旋槽面的主要作用是控制某個部件的運動軌跡，所有螺旋槽面的尺寸與位置精度的高低直接影響到整個部件在使用中的效果。零件完成后，以我公司現有的檢測手段，普通檢驗只能對槽寬進行測量，但對螺旋槽的導程、螺旋升角、起始角度及曲線形狀等都無法檢測，只能依靠三坐標測量機進行全面測量。同一設備和程序加工出的零件，三坐標測量機檢測的結果因零件曲面粗糙度、曲線拐點圓滑度、零件外形幾何公差等多方面綜合因素的不同，檢測出的結果出入很大，存在不同程度誤判的問題，同時整個過程繁瑣、耗時、檢測誤差大，對成批零件檢測成本太高，希望有一種高效、準確的檢測方法。

2. 零件加工前的準備

設備采用通用的四軸加工設備，如臥式加工中心、車銑復合加工中心等。編程方法采用三維繪制曲線輪廓，設置好工藝參數，利用編程軟件，自動生成程序。零件加工前必須對設備進行驗證，以確保零件形狀、精度的準確性。可選用以下辦法：預先進行簡單零件的驗證，如采用同種材料加工一SR20mm的球體，形狀如圖2所示，用外徑千分尺對球體進行測量，至少量取6點，測得6個直徑方向的尺寸精度，以驗證機床在X、Y、Z各個方向的精度和所設置的工藝參數的符合性，從而得出設備精度的穩定性狀況。

圖 2

3. 螺旋槽檢測思路與工作原理

變焦凸輪的工作原理是利用該零件本身的曲線輪廓帶動與之連接的零件做往復移動，即通過該零件的回轉運動轉化成傳動零件的直線運動。它的主要特點是凸輪回轉平面與從動件的運動平面互相垂直，按運動軌跡s=s（α）運行，從而實現調焦的目的。工作原理如圖3所示。以此為設計思路，利用通用分度頭裝置加輔助心軸，實現曲線螺旋槽的檢測。

工作原理及操作說明（見圖4）如下：

（1）首先將中心高為105mm的臥式萬能分度頭放置在工作平板上，并用螺釘固定；再以分度頭中心軸線為基準，根據所測工件外徑大小來確定“定位套筒”檢測軸中心線的平行距離，并用螺釘固定，保證相對平行度在0.012mm內。另外，在萬能分度頭的對面增加一個彈簧頂尖，保證和分度頭中心線同軸在0.01mm內，并用螺釘固定。

（2）首先將檢驗心軸裝夾在分度卡盤上，保證徑向跳動在0.01mm以內，再將工件固定在檢驗心軸上，用螺母鎖緊，并復檢工件的跳動誤差。心軸軸端用彈簧頂尖輔助支撐。

（3）根據工件螺旋槽寬度尺寸來確定“可換定位軸”的直徑，保證“可換定位軸”在螺旋槽中平穩滑移，不得有阻尼或松緊不一現象，將“可換定位軸”用螺母鎖緊，如圖4所示。

（4）根據工件要求，利用螺旋槽運動軌跡方程，可測算出工件每旋轉一定角度（分度頭可直接讀出度數）軸向移動的距離。也可由角度差和軸向移動間距差進行確定。

圖 3

需要注意的是，在檢測前，首先用數顯深度尺測出圖4中“檢測前測量該尺寸備用”位置實際長度。當分度頭旋轉一定角度后，用數顯卡尺測量“檢測軸”右端到“定位套筒”右端面的距離，減去檢測前測量的尺寸，就是螺旋槽所要求的實際尺寸值。和工件理論上每旋轉一定角度螺旋槽軸向移動的距離進行比較，所得到的差值就是誤差值。

4. 結語

該檢測方法通用性強，只需更換“可換定位軸”和調整“定位套筒”位置，即可對不同曲線輪廓零件進行測量，簡單、方便、準確且快捷，不但避免了三坐標檢測因綜合誤差帶來的累積影響，而且大大縮短了檢測周期，對批量加工零件的檢測是一種高效、準確的檢測方法。

圖 4