何頻

(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332007)

在機(jī)械制造與研究工作中，對于精度要求達(dá)到微米級或更高要求的測量，通常采用測長儀來完成。為保證測量精度，傳統(tǒng)測長儀的測軸系統(tǒng)一般采用高精度測量主軸，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝調(diào)繁瑣、笨重且造價高，現(xiàn)采用空氣阻尼原理，設(shè)計出一種具有空氣阻尼控制的直線位移裝置，并應(yīng)用于高精度數(shù)顯(鋼球)測量儀和測長儀。

1 傳統(tǒng)測長儀測軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，傳統(tǒng)測長儀主要由測量主軸、測量座、讀數(shù)顯微鏡、工作臺和油缸等部分組成[1]。在測量座中裝有可上下移動的測量主軸，作為測量標(biāo)準(zhǔn)的玻璃線紋尺被安置在測量主軸中(圖2b)，測量主軸上端連接鋼帶，經(jīng)過滑輪后與懸置在油缸中的重錘相連。為避免測量過程中測量主軸因自重快速下降而碰撞被測工件或工作臺面，需要通過油缸、鋼帶及重錘裝置對測量主軸起阻尼緩沖作用。

如圖2a所示，測量主軸沿自身軸線作直線運(yùn)動時，需由分布在其圓周的3個成為一組的滾動軸承支承和導(dǎo)向(前后共有2組)。為了裝配調(diào)試的需要[2]，每套軸承都須安裝在各自的偏心軸上；為防止測量主軸在測量座中轉(zhuǎn)動，測量主軸還須加工出如圖2b所示的凸形結(jié)構(gòu)，通過安裝在凸形兩側(cè)的2套滾動軸承防轉(zhuǎn)，防轉(zhuǎn)軸承需通過調(diào)整軸承架來控制其與測量主軸凸形兩側(cè)面間的間隙(即夾緊程度)。測量主軸作軸向移動時需要松開緊固螺釘，測量讀數(shù)時，則需先用緊固螺釘將測量主軸固定。

1—工作臺；2—被測件；3—測頭；4—讀數(shù)顯微鏡；5—微調(diào)手輪；6—測量座；7—測量主軸；8—滑輪；9—鋼帶；10—油缸座；11—測量軸緊固螺釘；12—光源；13—手柄；14—調(diào)節(jié)環(huán)；15—立柱；16—底座

1—測量軸；2—玻璃標(biāo)尺；3—防轉(zhuǎn)滾動軸承；4—銷子；5—軸承架；6—測量軸緊固螺釘；7—支承、導(dǎo)向滾動軸承

可以看出，該測軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝調(diào)繁瑣，主要構(gòu)件加工精度要求高，制造成本較大。測長儀檢定規(guī)程對測量主軸在水平和垂直2個方向上的移動直線度要求為不超過15″/100 mm[3]，這也使測軸系統(tǒng)的檢定與調(diào)修具有一定的難度[4]。

2 高精度數(shù)顯測量儀工作原理

如圖3所示，高精度數(shù)顯測量儀主要由測量工作臺、光柵位移傳感器、數(shù)顯裝置等3部分組成。工作臺安裝在底座上，立柱固定在底座的一側(cè)，支架由鎖緊手輪固緊于立柱上，傳感器裝夾于支架上。傳感器測桿的上端與直線位移裝置連接，通過直線位移裝置來控制測桿上下移動的速度和直線度，以保障測量精度。測量時，調(diào)整限位調(diào)整環(huán)使測桿下端的測帽與工作臺接觸，將數(shù)顯裝置清零，使當(dāng)前位移傳感器顯示值為零，將被測件放置于測帽和工作臺之間，即可進(jìn)行直接測量。

1—直線位移裝置；2—連接桿；3—光柵位移傳感器；4—支架；5—測桿；6—被測件；7—工作臺；8—底座； 9—立柱；10，12—鎖緊手輪；11—限位調(diào)整環(huán)

3 直線位移裝置設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

為使直線位移裝置的結(jié)構(gòu)簡化，且又能滿足高精度測量儀對其在直線位移過程中的各項要求[5]，采用空氣阻尼控制的原理，并利用測桿-活塞-氣筒的組合，使測量過程中裝置作直線位移時能夠平穩(wěn)、順暢，以提高測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.2 裝置特點

如圖4所示，在氣筒中設(shè)一滑行活塞，測桿與活塞底端連接。為保證高精度測量對測桿在直線位移過程的要求，測桿與活塞底端采用活絡(luò)關(guān)節(jié)連接桿密封連接。在活塞上、下各設(shè)一氣室(A，B)和氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括氣閥座、鋼球和2個氣孔(M，N)。氣閥座的中央為導(dǎo)氣孔M，其頂部為錐形，上部有1個鋼球；氣筒頂部的中間為出氣孔N。

1—測桿；2—氣筒；3—活絡(luò)關(guān)節(jié)連接桿；4—活塞；5—氣閥座；6—氣筒頂部；7—鋼球；A，B，C—氣室；M—導(dǎo)氣孔；N—出氣孔

當(dāng)測桿上升頂著活塞向上快速直線運(yùn)動時，氣室A的空氣來不及通過活塞與氣筒壁向氣室B交換，A室的空氣頂著鋼球離開錐形座，并通過氣孔M沖到氣室C，再通過氣筒頂部的氣孔N向外排，從而起到使測桿上升速度得到控制的作用；當(dāng)測桿下降時，鋼球落在錐形座上，空氣只能從活塞外壁與氣筒內(nèi)壁間泄漏，從而使測桿克服自重而實現(xiàn)平穩(wěn)的下降。

4 應(yīng)用效果

應(yīng)用該直線位移裝置的JC系列高精度數(shù)顯測量儀與傳統(tǒng)測長儀的技術(shù)指標(biāo)對照見表1。由表1數(shù)據(jù)并經(jīng)實際使用證明：該具有空氣阻尼控制的直線位移裝置相對傳統(tǒng)測長儀的測軸系統(tǒng)，可使儀器測桿的上下運(yùn)動更加平穩(wěn)、順暢，運(yùn)動速度更加均勻，從而使應(yīng)用該直線位移裝置的JC系列高精度數(shù)顯測量儀比傳統(tǒng)測長儀的計量性能更加穩(wěn)定、可靠，更能適應(yīng)高精度測量。

表1 JC系列高精度數(shù)顯測量儀與傳統(tǒng)測長儀主要技術(shù)指標(biāo)對比

5 結(jié)束語

該直線位移裝置相對傳統(tǒng)測長儀的測軸系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用方便，直線位移控制性能穩(wěn)定、可靠等特點，滿足了高精度測量儀器對直線位移裝置的使用要求。因此，具有良好的實用性與推廣性。