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步距规、激光干涉仪、数控机床、坐标测量机

发布时间:2016-11-17 阅读:0次

1.        步距规:是实物长度标准器,由若干个量块(通常白色陶瓷量块)按一定间隔排列在基体中组成。
 
2.        用途:校对激光干涉仪(见8.1)、检测数控机床(见8.2)、检测坐标测量机(见8.3)及其它精密仪器。国家标准GB/T 16857-2-2006和国际标准ISO 10360-2:2009《坐标测量机的验收检测和复检检测》都强烈推荐用步距规作为实物长度标准器用于检测坐标测量机。步距规还是国际计量委员会互认协议签约国进行长度测量比对时用的实物长度标准器。
 
3.    术语:
 
3.1零位测量面——标有“0”标记的测量面;
3.2基准面——距零位测量面较近的基体端面;
3.3 测量线——通过零位测量面中心并与基准面垂直的直线;
3.4步距——相邻测量块同向测量面间距离的标称值;
3.5 工作尺寸——各测量面与测量线的交点距零位测量面中心距离;
3.6工作尺寸偏差——工作尺寸设计尺寸之差;
3.7工作尺寸极限偏差——工作尺寸偏差的允许范围;
3.8量面平行度——测量面中心区(以量面中心为中心,边长4mm正方形内)各点与基准面距离的最大值与最小值之差;
3.9稳定性——相对于上一次校准,工作尺寸的变化。步距规因意外跌落、冲击、碰撞及好奇者人为扳扭量块等意外影响,会引起工作尺寸变化,这变化难以发现,属“内伤”,足以使步距规丧失原有精度。使用者需高度重视和防范上述意外影响!安一公司专利“带护栏步距规”可大大减少外力的不良影响,稳定性高,值得推广。
 
4. 结构型式:步距规按测量块间有无研合垫块分为研合型和非研合型,研合型精度较高;按测量块是否凸出基体之外分为外凸型和内凹型,外凸型使用方便,但稳定性差;内凹型稳定性好,但使用欠方便;三丰公司步距规属外凸研合型,优点精度高、使用方便,缺点稳定性差。KOBA公司步距规属内凹非研合型,优点稳定性好,缺点工作尺寸偏差大、使用欠方便。安一公司步距规除外凸研合型、内凹研合型(优点精度高、稳定性好,缺点使用欠方便)外,新增安一专利结构“带护栏步距规”。该步距规精度高、稳定性好、使用方便,很受用户欢迎。
 
5.    高精度步距规:工作尺寸极限偏差很小的步距规。如工作尺寸1000mm,极限偏差±2.5μm;工作尺寸600mm,极限偏差±1.8μm;工作尺寸300mm,极限偏差±1.2μm等。日本三丰公司高精度步距规和安一公司1级步距规均符合此要求。检测坐标测量机和高档数控机床应使用高精度步距规。
 
6.    步距规的校准:须由经国际计量权威机构认证具有资格的单位进行校准。例如安一高精度步距规,规格1000mm编号FE31001,2010年6月经中国国家计量科学研究院校准,全程工作尺寸最大偏差-0.6μm,校准结果不确定度U=(0.2+0. 5L)μm,(k=2),(L——工作尺寸 单位m);规格1000mm编号FK31001,2010年11月经德国DKD-K-44301 校准,全程工作尺寸最大偏差+0.46μm,不确定度为U=(0.10+0. 50L)μm,(k=2),(L——工作尺寸 单位m)。2012年开始,不确定度升级为U=(0.10+0. 30L)μm,(k=2),与二等量块同级水平。同时检测线性热膨胀系数,不确定度U=0.05*10-6K-1
 
7.    注意事项:轻拿轻放,防止碰撞;切勿拆卸,不可重装;定期校准,专人护防。手套口罩,隔热重要。
 
使用方法:认真阅读说明书,牢记注意事项,查阅检验报告,反复核对误差方向和大小。应用举例如下:
8.1校对激光干涉仪:现场检测数控机床精度,单独使用激光干涉仪不够准确,应先用步距规校对激光干涉仪,步骤如下:
    8.1.1将步距规置于机床工作台上,使与选定导轨平行;
    8.1.2将装有杠杠千分表(分辨力1μm,重复性0.2μm,以下简称“表”)的磁力表座吸附在主轴头架上;
    8.1.3将激光干涉仪材料温度传感器吸附在步距规两端;
    8.1.4使表测头与步距规零位测量面中心区接触并压缩约15μm,并使指针回零;
    8.1.5把步距规当做被检测对象,从零位工作面开始检测:移出表测头,按选定的长度(应为步距的整数倍)移动工作台;微调工作台使表针回零,记录激光干涉仪检测结果。如此操作,直至检测完毕;
    8.1.6检测结果与步距规工作尺寸之差,就是激光干涉仪的测量误差。按激光干涉仪使用说明,调整有关参数,修正测量误差;
    8.1.7用修正后的激光干涉仪再次检测步距规,直至其检测结果与步距规工作尺寸一致。
8.2检测数控机床
 
导轨直线度分量:将步距规沿导轨某一侧(如左侧)置于工作台上,操作见8.1.1、8.1.2、8.1.4、8.1.5。再将步距规沿导轨另一侧(右侧)置于工作台上,重复操作见8.1.1、8.1.2、8.1.4、8.1.5。两次检测结果之差值,即为该导轨直线度的水平分量对机床定位精度的影响;将步距规用等高块垫高沿导轨置于工作台上,操作见8.1.1、8.1.2、8.1.4、8.1.5,其检测结果与垫高前的检测结果之差,即为该导轨直线度垂直分量对机床定位精度的影响。导轨直线度不仅是出厂前的导轨加工精度,还包含运输震动和安装调试过程对导轨直线度的综合影响。上述检测方法从使用者角度反映出该数控机床坐标定位系统精度对加工精度的可能影响。
 
坐标定位测量系统精度:数控机床的坐标定位测量系统是数控机床的重要组成部分,一般由光栅尺测量装置组成。用激光干涉仪检测数控机床坐标定位测量系统的精度(参见国家计量检定规程 JJF 1251-2010  坐标定位测量系统校准规范),实际上是检测光栅尺测量装置的精度。有两个重要因素使得现场用激光干涉仪检测的结果(所有检测结果都是将现场检测量修正(还原)到标准温度20℃时应有的结果)不够准确。一是光栅尺的实际温度测不准,因为激光干涉仪的材料温度传感器无法帖附在有防护罩壳包围的光栅尺上,只能帖附在附近其它部件上;二是光栅尺的热膨胀系数难以准确给出(光栅尺厂家给出的数据多是近似值)。此外,其它因素如温度波动难以达到规定要求(国家计量检定规程 JJF 739-2005  激光干涉仪  对温度波动要求小于0.2℃每小时和0.01℃每2分钟),加上气压、气流扰动、振动、二氧化碳含量等综合影响,就使得激光干涉仪现场检测的最大误差往往超过±1.5μm的技术要求。如果事先用步距规对激光干涉仪进行校对,然后再用校对过的激光干涉仪检测数控机床坐标定位测量系统的精度,其测量准确度会有很大提高(具体操作见8.1)。步距规精度越高,操作越仔细,校对的结果就会越好。可见,高档数控机床坐标定位测量系统的检测,离不开高精度步距规。
 
8.3检测坐标测量机

   
检测坐标测量机用步距规应配以可倾斜放置步距规的专用支架。按国家国家标准“GB/T 16857-2-2006坐标测量机的验收检测和复检检测”和国家计量技术规范“JJF 1064-2004  坐标测量机校准规范”有关规定操作。
 
本文作者 吴峰山 高级工程师
    现任全国量具量仪标准化技术委员会委员,广西量具量仪产业技术创新战略联盟副理事长、专家委员会主任委员,桂林安一量具有限公司 董事、总工程师。
 
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