王 琦

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

HSK-A型刀柄綜合自動(dòng)檢測(cè)儀的精度分析

王 琦

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

由于HSK工具系統(tǒng)特有的結(jié)構(gòu)特征（包括雙面同步接觸、中空結(jié)構(gòu)、1∶10的錐度以及錐面嚴(yán)格的過(guò)盈量控制等），決定了其具有較高的精度和制造難度。因此，HSK工具系統(tǒng)對(duì)測(cè)量水平的要求也非常高。以HSK63A型錐柄及其安裝孔為例，通過(guò)對(duì)HSK空心短錐柄的結(jié)構(gòu)特征、HSK錐柄關(guān)鍵尺寸要求的分析研究，進(jìn)而對(duì)綜合檢測(cè)儀的精度分析。

HSK工具系統(tǒng)；錐柄；錐孔；自動(dòng)檢測(cè)儀；精度

1 HSK錐柄主要控制尺寸分析

在HSK工具系統(tǒng)中，刀柄錐部與機(jī)床主軸的配合質(zhì)量對(duì)其性能有很大的影響。需要合理的制定刀柄錐部與機(jī)床主軸的制造要求。HSK錐柄主要控制尺寸分析如下：

為便于HSK-A型刀柄錐部關(guān)鍵尺寸的測(cè)量和有效控制，以ISO12164-2∶2001標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，參照并結(jié)合DIN69893標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)錐度（1∶9.98）精確換算，特別給出刀柄錐部小端參考尺寸d3′和l3′及公差。HSK工具圓錐柄部的尺寸精度決定于兩個(gè)斷面的直徑尺寸及公差；如果在精加工后的l2和l2+l3′位置上，d2和d3′尺寸均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，既表明圓錐的尺寸精度（1∶9.98錐度）及圓錐相對(duì)于端面的位置精度l2均合格。因此，HSK-A型刀柄錐部和主軸錐孔的主要控制尺寸如圖1和圖2所示。

圖1 HSK-A型刀柄錐部主要控制尺寸

2 HSK工具錐柄自動(dòng)檢測(cè)儀精度分析

2.1 HSK工具錐柄自動(dòng)檢測(cè)儀自動(dòng)檢測(cè)儀精度分析

自動(dòng)檢測(cè)儀主要由精密機(jī)械系統(tǒng)、錐柄各關(guān)鍵尺寸測(cè)量系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)共分為三個(gè)部分：用于測(cè)量外徑尺寸的檢測(cè)裝置；用于測(cè)量?jī)?nèi)徑尺寸的檢測(cè)裝置；用于測(cè)量主軸安裝孔內(nèi)型尺寸的檢測(cè)裝置等。

2.2 影響自動(dòng)檢測(cè)儀精度的誤差源分析

圖2 HSK-A型刀柄主軸錐孔主要控制尺寸

在HSK工具錐柄自動(dòng)檢測(cè)儀的測(cè)量方案中，影響儀器測(cè)量精度的主要誤差來(lái)源有以下5個(gè)方面：光柵系統(tǒng)誤差、阿貝誤差、測(cè)頭系統(tǒng)誤差、溫度誤差和其他誤差。

2.3 等作用原則的精度分析 依據(jù)上述分析結(jié)果，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和系統(tǒng)單軸測(cè)量精度的要求，結(jié)合現(xiàn)有高精度誤差修正方法和儀器，對(duì)自動(dòng)檢測(cè)儀進(jìn)行合理的精度分析。

由于R、T軸方向的測(cè)量范圍、結(jié)構(gòu)形式、誤差來(lái)源和精度要求相同，故兩個(gè)方向的精度設(shè)計(jì)方法相同。按照等作用原則和測(cè)量系統(tǒng)單軸測(cè)量精度0.001mm的要求，利用方和根法求得每個(gè)誤差源的測(cè)量誤差。

2.3.1 R、T軸方向的精度

（1）光柵系統(tǒng)誤差。主要是光柵示值誤差，雙頻激光干涉儀測(cè)量誤差為0.1μm，重復(fù)性為0.1μm，故光柵系統(tǒng)誤差為

（2）阿貝誤差。主要取決于導(dǎo)軌的俯仰角誤差和測(cè)量點(diǎn)到平面光柵的距離。R軸測(cè)量線至R軸光柵刻劃中心線的距離為80mm，工作臺(tái)表面至R軸光柵刻劃中心線的垂直距離為10mm。分離導(dǎo)軌俯仰角的光電自準(zhǔn)直儀的精度為0.1″，重復(fù)性為0.1″，故阿貝誤差為

取δ2（X）=δ2（Y）=0.55μm

（3）測(cè)頭系統(tǒng)誤差。主要取決于測(cè)頭瞄準(zhǔn)的重復(fù)性誤差，根據(jù)實(shí)際要求測(cè)頭瞄準(zhǔn)的重復(fù)性誤差為0.5μm，穩(wěn)定性誤差為0.1μm，故測(cè)頭系統(tǒng)誤差為

取δ3（R）=δ3（T）=0.6μm

（4）溫度誤差。溫度誤差分布比較復(fù)雜，只能選擇合適的檢測(cè)儀材料和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸，控制溫度偏差來(lái)控制，根據(jù)實(shí)際要求溫控箱的溫度偏差為2℃；被測(cè)件與光柵尺的膨脹系數(shù)差不超過(guò)4×10-6/℃，溫度測(cè)量誤差不超過(guò)0.2℃，溫度測(cè)量分辨力0.02℃，故溫度誤差為

取δ4（R）=δ4（T）=0.16μm

其他誤差：這部分誤差一般難以修正，且有些是未知誤差源，故分配一個(gè)總體精度

δ4（R）=δ4（T）=0.5μm

根據(jù)上述精度設(shè)計(jì)結(jié)果，R、T軸的測(cè)量誤差為

2.3.2 Z軸方向的精度

Z方向精度與R、T軸方向類似。只是新增加了R、T軸導(dǎo)軌俯仰角引起的兩個(gè)誤差分量，可用光電自準(zhǔn)直儀分離，但要求其測(cè)量精度不低于0.1″，重復(fù)性為0.1″，不確定分量為

取δ=7 nm，δ3（Z）=0.6μm，δ4（Z）=0.16μm根據(jù)上述精度設(shè)計(jì)結(jié)果，Z方向的測(cè)量誤差為

三個(gè)方向精度指標(biāo)均符合要求。

以上HSK-A刀柄的主要關(guān)鍵尺寸以及自動(dòng)檢測(cè)儀的精度的分析。

[1]王貴成，王樹林，董廣強(qiáng).高速加工工具系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

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