哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司 （黑龍江 150040） 周 萍

曲面千分尺是利用精密螺旋副原理，通過旋轉(zhuǎn)測微螺桿將角度位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，實現(xiàn)對深弓形尺架上兩測量面間分隔的距離進(jìn)行讀數(shù)的一種專用千分尺（見圖1）。

圖1 曲面千分尺的結(jié)構(gòu)

1.曲面千分尺的結(jié)構(gòu)

曲面千分尺的尺架上，安裝了曲面千分尺的全部構(gòu)件，它的左端壓入了固定測砧2，右端壓入螺紋軸套5。由測微螺桿3的外螺紋與螺紋軸套的內(nèi)螺紋配合構(gòu)成螺紋副，通過旋轉(zhuǎn)測微螺桿，可以實現(xiàn)測微螺桿的軸向位移。測微螺桿前部光桿部分與螺紋軸套的導(dǎo)孔配合，在測微螺桿移動時起導(dǎo)向作用。測微螺桿與固定測砧的頂端均鑲有硬質(zhì)合金片，組成一對測量面。微分筒7與彈性套9配合固定，而彈性套又通過內(nèi)錐孔同測微螺桿尾部的圓錐配合固定，這樣，在測力裝置10的帶動下，微分筒與測微螺桿構(gòu)成一體轉(zhuǎn)動。螺紋軸套的螺母端銑成三等分槽，其外螺紋上旋有調(diào)節(jié)螺帽8，通過旋緊調(diào)節(jié)帽，靠其錐面楔緊作用來消除螺紋副的間隙。固定套管6在螺紋軸套上（內(nèi)有彈簧片），用扳手可使它轉(zhuǎn)動以便對準(zhǔn)零位。當(dāng)推動鎖緊裝置4上的扳把時，可把測微螺桿固定在某個位置上。

2.曲面千分尺不確定度分析

影響曲面千分尺不確定度的因素主要包括測微螺桿的螺距誤差、微分筒的分度誤差、固定套管上縱刻線與微分筒的刻線之間的刻線寬度差、固定套管上縱刻線與軸線平行度誤差、視覺誤差、測力變化以及其他因素引起的不確定度。

（1）尺架受力時的變形量 尺架應(yīng)具有足夠的剛性，當(dāng)尺架沿測微螺桿的軸線方向作用10N的力時，利用有限元分析法計算出尺架的彎曲變形量結(jié)果如圖2所示。

圖2 有限元分析計算云圖

（2）測微螺桿的螺距誤差對曲面千分尺不確定度的影響Δ1測微螺桿的螺距誤差影響曲面千分尺不確定度的原因是：在曲面千分尺中，測微螺桿和螺母的旋合是有間隙的旋合，當(dāng)旋動測微螺桿使之向前推進(jìn)時，測微測桿的左牙廓和螺母的右牙廓接觸，間隙出現(xiàn)在測微螺桿的右牙廓與螺母的左牙廓之間，當(dāng)測微螺桿接觸到測砧（零位）或被測量工件（測量）時，由于測砧或工件的反作用使測微螺桿向后（向測力裝置方向）退讓，直到測微螺桿右牙廓緊靠螺母左牙廓并達(dá)到固定的測力時，才進(jìn)行讀數(shù)，此時間隙出現(xiàn)在測微螺桿左牙廓與螺母右牙廓之間。由于測微螺桿存在螺距誤差，所以，這個間隙在整個量程的各部分是不一樣的，因而測微螺桿相對于零位的退讓距離也不一樣，所以就引起了曲面千分尺不確定度。

若曲面千分尺測微螺桿螺距誤差為Δ螺，則由此引起的曲面千分尺不確定度為Δ1。

上面所講的螺距誤差Δ螺應(yīng)理解為螺旋副最大螺距誤差，它包括測微螺桿在旋接長度上的螺距積累誤差和螺距局部誤差。前者與測微螺桿旋接長度有關(guān)，后者僅取決于螺紋工作齒廓的表面質(zhì)量。為了減少測微螺桿螺距積累誤差對曲面千分尺示值的影響，千分尺的測量范圍不能太大，一般為25 mm，此外，千分尺螺旋副要有相當(dāng)?shù)男祥L度。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到機(jī)床精度、加工效率、技能水平等因素，確定曲面千分尺測微螺桿任意兩扣螺紋之間的螺距誤差Δ螺= 0.002 mm，則Δ1= 0.002 mm。

（3）測量面平面度對曲面千分尺不確定度的影響Δ2因固定測砧采用球型測量面，只需考慮測微螺桿測量面的平面度Δ面，Δ面= 0.0006mm（設(shè)計允許誤差），則Δ2= 0.0006mm。

（4）微分筒分度誤差對曲面千分尺不確定度的影響Δ3測微螺桿的螺距設(shè)計為0.5 mm，與其固定在一起的微分筒刻度面上刻有50個等分線，當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一周時，測微螺桿軸向移動的距離為0.5 mm，故每個分度的分度值為0.01mm。

微分筒每個分度間的刻線間距b=πd/50，式中d為微分筒刻線錐面的小端直徑，d=15.9mm（設(shè)計尺寸），則b=0.99852mm。

微分筒的分度誤差Δ分= 0.1mm (設(shè)計允許誤差) ，則Δ3=Δ分×0.01/b = 0.001mm。

（5）固定套管上縱刻線與微分筒的刻線之間的刻線寬度差對曲面千分尺不確定度的影響Δ4刻線寬度差Δ寬= 0.03mm (設(shè)計允許誤差) ，則Δ4=Δ寬×0.01/2b =0.00015mm

（6）固定套管上縱刻線與軸線平行度誤差對曲面千分尺不確定度的影響Δ5平行度誤差Δ平=0.03mm（設(shè)計允許誤差），則Δ5=Δ平×0.01/b =0.0003mm

（7）視覺誤差對曲面千分尺不確定度的影響Δ6因為曲面千分尺固定套管刻線面和微分筒刻線面不在同一個圓柱面上，因此測量時產(chǎn)生視覺誤差，視覺誤差的發(fā)生是因為人們的兩只眼睛的視力總是有一個較強(qiáng)的，在對準(zhǔn)刻線進(jìn)行測量讀數(shù)時，總是視力較強(qiáng)的眼睛起作用，或左或右的斜視產(chǎn)生了視覺誤差Δ視，Δ視= ah/L。式中a為固定套管與微分筒刻線端面之間的距離，取a=0.4mm，h為兩眼之間距離的一半，取h=30mm，L為眼睛與刻度面之間的距離，取L= 250 mm，則Δ6=Δ視×0.01/b=0.00048mm。

（8） 測力變化對曲面千分尺不確定度的影響Δ7由于曲面千分尺尺架設(shè)計呈深弓形，在測力作用下將發(fā)生彎曲變形，從而使兩測量面間沿測微螺桿軸線方向的距離增大。在測量過程中，當(dāng)測力恒定時，兩測量面間沿測微螺桿軸線方向的距離增加量Δ力也是不變的，這個對曲面千分尺不確定度影響的因素可以在曲面千分尺測量前，在與測量時相同的恒定測力之下，通過校對千分尺零位來消除。但在測量過程中，當(dāng)測力不恒定時，兩測量面沿測微螺桿軸線方向的距離增加量Δ力也是變化的，因而影響千分尺的不確定度。我們假定千分尺尺架受力及產(chǎn)生的彈性變形是符合虎克定律的，即尺架受力的大小和變形量二者之間是成正比例的。在國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定尺架受10N力時的變形量為0.002mm，測力變化為2N，因此根據(jù)尺架受力和變形二者之間的關(guān)系，就可以計算出千分尺在測量過程中，由于測力變化對曲面千分尺不確定度的影響Δ7，Δ7=F力×Δ力，式中F力為測力的變化，Δ力為尺架受1N力時的變形量，則Δ7= 0.0004mm。

（9）總體誤差對曲面千分尺不確定度的影響Δ總

除以上分析之外，在曲面千分尺使用和測量當(dāng)中，還有許多引起不確定度的因素，如溫度、基準(zhǔn)的誤差及其在使用時支持位置、測量時的零點(diǎn)變化、被測物體的材料和形狀以及測量時的其他偶然性誤差等。

3.結(jié)語

綜上所述，驗證了曲面千分尺結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性，各項指標(biāo)設(shè)計科學(xué)，完全能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足用戶需求。