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        打表法測量臥式三軸轉(zhuǎn)臺相交度的方法*

        2013-12-03 04:27:32王玉田
        機(jī)械研究與應(yīng)用 2013年6期
        關(guān)鍵詞:測量

        王玉田

        (哈爾濱博實(shí)自動化股份有限公司,黑龍江 哈爾濱 150078)

        1 引 言

        某大型三軸轉(zhuǎn)臺的相交度誤差對運(yùn)動模擬精度的影響較大,其相交度誤差要求小于0.5 mm。三軸相交度的測試方法有激光跟蹤儀和靶鏡測量法[1],采用工具球法[2],CCD數(shù)字圖像法[3],準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡法[4],經(jīng)緯儀加芯棒法[5],光學(xué)法[6]。由于內(nèi)環(huán)軸中空,直徑大,寬度小,不能用靶標(biāo)法,細(xì)絲法等進(jìn)行相交度測試,筆者將利用百分表及設(shè)計(jì)的檢測工裝基準(zhǔn)圓柱來實(shí)現(xiàn)相交度的測試。

        2 測試原理

        如圖1所示,百分表如果與回轉(zhuǎn)軸固聯(lián),且回轉(zhuǎn)軸線與基準(zhǔn)圓柱確定的軸線平行,可以測量基準(zhǔn)圓柱相對于旋轉(zhuǎn)軸線的同軸度誤差。由此可以用百分表將標(biāo)準(zhǔn)圓柱的中心與回轉(zhuǎn)軸線的距離測量出來。筆者將設(shè)計(jì)一個標(biāo)準(zhǔn)圓柱,放置在大型三軸轉(zhuǎn)臺的底端,根據(jù)三軸轉(zhuǎn)臺的外環(huán)軸和中環(huán)軸處于不同位置時,并將百分表安裝在內(nèi)環(huán)軸或中環(huán)軸軸端,可以測量此時中環(huán)軸或內(nèi)環(huán)軸軸線對基準(zhǔn)圓柱的同軸度,最終根據(jù)這些同軸度誤差可以換算出三軸相交度誤差。

        假設(shè)回轉(zhuǎn)軸軸線相對于圓柱的偏心量為ax、ay,則被測軸旋轉(zhuǎn)至角度α后,測微儀讀數(shù)為:

        d=-axcosα-aysinα+a0

        (1)

        式中:a0為常值偏差,當(dāng)被測軸逆時針旋轉(zhuǎn)至0°、90°、180°、270°時,測微儀的讀數(shù)分別為d1、d2、d3、d4時,則可以消除常值偏差,得到同軸度誤差:

        (2)

        (3)

        利用測量同軸度的方法,使外環(huán)軸、中環(huán)軸處于不同位置時,測量中環(huán)軸軸線、內(nèi)環(huán)軸軸線對于基準(zhǔn)圓柱的同軸度誤差,最終可以換算出三軸相交度誤差。

        圖1 同軸度測試原理示意圖

        3 測試方法

        3.1 中環(huán)軸與內(nèi)環(huán)軸的相交度

        如圖2所示,假設(shè)中環(huán)軸水平,內(nèi)環(huán)軸鉛垂時,設(shè)為三軸轉(zhuǎn)臺的0位,即三軸均處于0°位置。用水平儀可以測試外環(huán)軸的水平度誤差,然后調(diào)整地腳,使外環(huán)軸軸線水平。再將中環(huán)軸置于水平狀態(tài),用水平儀測量中環(huán)軸軸線的水平度誤差,調(diào)整外環(huán)軸位置使中環(huán)軸軸線水平,最后調(diào)整中環(huán)軸位置,使內(nèi)環(huán)軸鉛垂。先將百分表表架固聯(lián)于內(nèi)環(huán)軸上,安裝百分表,百分表表頭接觸基準(zhǔn)圓柱的外圓面,隨內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)軸,調(diào)整基準(zhǔn)圓柱,使基準(zhǔn)圓柱與內(nèi)環(huán)軸同軸。然后內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)至測量0°、90°、180°、270°時,記錄百分表的讀數(shù)p1、p2、p3、p4。調(diào)整圓柱時,盡量使4個讀數(shù)一致,然后固聯(lián)于底座,并使之在整個測量過程中不動。

        圖2 內(nèi)中和內(nèi)外相關(guān)度檢測示意圖(俯視圖)

        然后取下表架,將中環(huán)軸置于180°位置,再將百分表置于內(nèi)環(huán)軸的另一端,內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)至0°、270°、180°、90°時,記錄百分表的讀數(shù)q1、q2、q3、q4。

        則內(nèi)環(huán)軸與中環(huán)軸的相交度誤差為:

        (4)

        3.2 外環(huán)軸與內(nèi)環(huán)軸的相交度

        取下表架及百分表,將外環(huán)軸置于180°,中環(huán)軸和內(nèi)環(huán)均軸置于0°,重新安裝表架和百分表,內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)至0°、270°、180°、90°時,記錄百分表的讀數(shù)r1、r2、r3、r4。則內(nèi)環(huán)軸與外環(huán)軸的相交度為:

        (5)

        3.3 外環(huán)軸與中環(huán)軸的相交度

        如圖3所示,將外環(huán)軸處于90°位置,并用水平儀測試中環(huán)軸軸線的鉛垂度,調(diào)整外環(huán)軸位置,使中環(huán)軸軸線鉛垂,鉛垂度誤差可以調(diào)整到小于2″,圖示位置初始位置起,中環(huán)軸處于0°、90°、180°、270°,

        測得百分表的讀數(shù)為u1、u2、u3、u4。

        再將外環(huán)軸處于270°位置,此時中環(huán)軸軸線處于另一種鉛垂?fàn)顟B(tài),圖3中,從初始位置起,中環(huán)軸處于0°、270°、180°、90°,測得百分表的讀數(shù)為v1、v2、v3、v4。則中環(huán)軸軸線與外環(huán)軸軸線的相交度誤差為:

        (6)

        圖3 中外相交度檢測示意圖(正視圖)

        3.4 相交度綜合

        以上測量了中內(nèi)、內(nèi)外、中外相交度誤差,則三軸相交度為:

        (7)

        4 測試結(jié)果及誤差分析

        按照上述方法測量的具體數(shù)據(jù)見表1所列。

        表1 三軸相交度測試數(shù)據(jù) (×0.01 mm)

        根據(jù)式(4)和表1的數(shù)據(jù),可知測量的內(nèi)環(huán)軸與中環(huán)軸相交度為0.015 mm。根據(jù)式(5)和表1的數(shù)據(jù),測量內(nèi)環(huán)軸與外環(huán)軸的相交度為0.205 mm。根據(jù)式(6)和表1的數(shù)據(jù),測量中環(huán)軸與外環(huán)軸的相交度為0.045 mm。根據(jù)式(7),三軸相交度誤差為:

        百分表與標(biāo)準(zhǔn)圓柱的接觸位置距離三軸交會中心約為1 m,測量時調(diào)整內(nèi)環(huán)軸軸線或中環(huán)軸軸線的對于水平面的垂直度為2″,則測量的同軸度誤差的不確定度為0.01 mm,百分表的測量不確定度為0.01 mm,則測量的總不確定度為:

        5 結(jié) 論

        通過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)圓柱,來引出各個軸線,實(shí)現(xiàn)了三

        軸轉(zhuǎn)臺軸線相交度的測量。

        (1) 外環(huán)軸0°時,中環(huán)軸處于0和180°位置,通過測量內(nèi)環(huán)軸與基準(zhǔn)圓柱的同軸度,得出了內(nèi)環(huán)軸與中環(huán)軸的相交度誤差。

        (2) 中環(huán)軸0°時,外環(huán)軸處于0和180°位置,通過測量內(nèi)環(huán)軸與基準(zhǔn)圓柱的同軸度,得出了內(nèi)環(huán)軸與外環(huán)軸的相交度誤差。

        (3) 外環(huán)軸分別處于0和180°位置,測量中環(huán)軸與標(biāo)準(zhǔn)圓柱的同軸度誤差,得出了外環(huán)軸與中環(huán)軸的相交度誤差。

        (4) 對誤差進(jìn)行了綜合,并進(jìn)行了測試誤差分析。用百分表、水平儀及基準(zhǔn)圓柱測量三軸臺的相交度誤差,測量不確定度可達(dá)到0.02 mm。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 王明元,楊連春,余海盛,等.三軸相交度的一種測量方法[J].宇航計(jì)測技術(shù),2012,32(2):15-17.

        [2] 孟祥鈴, 吳盛林.三軸液壓仿真轉(zhuǎn)臺三軸相交度測試方法[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報,2004, 12(4):70-73.

        [3] 王振亞,張慶春.基于CCD的三軸轉(zhuǎn)臺軸線相交度測量[J].制造業(yè)自動化,2011,33(7):97-100.

        [4] 郭益德.兩種軸線相交度測量方法的比較[J].航空精密制造技術(shù),2005,41(4):21-23.

        [5] 王明元.三軸相交度的一種測量方法[J].航空計(jì)測技術(shù),2002,30(6):8-10.

        [6] 張慶春,梁迎春,張先彤,等.三軸轉(zhuǎn)臺軸系相交度誤差測量方法的研究[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報,1996,4(3):80-82.

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