专利名称：丝杠表测仪的制作方法
技术领域：
本发明属机械测试技术领域，可广泛应用于丝杠的车间测量和计量室精密检测，用于检测丝杠的螺距误差、螺距累积误差和螺旋线误差，尤其适用于长丝杠检测。
目前使用的丝杠测量仪，在工艺过程中主要是样板和螺距规，这些检测仪测量误差大，感触灵敏度低，测量时间长，而且不能进行连续测量;计量室使用的丝杠检测仪，检测成本很高，多数精密丝杠检测仪只限于测量3米以内长度的丝杠。
本发明的特征克服了上述丝杠检测仪的缺点，提供了一种测量成本低、测量效率高，既适用于丝杠的车间测量，又能在恒温条件下进行精密检测，能进行8米长度丝杠的精密测量，能完成对丝杠的螺距误差、螺距累积误差和螺旋线误差检测的丝杠表测仪。
下面结合附图详细说明本发明的内容
图1为丝杠表测仪示意图，它以测头(2)和(3)为核心，配置V型架(1)所组成，测头(2)和(3)固定在V型架(1)上，在某些特殊情况下，将两测头(2)和(3)调整后固定也可以进行检测。测头(2)和(3)同名侧面间距为np(其中，p-丝杠螺距，n-测头跨齿数，n＝1、2……检测螺旋线误差n＝1/SS＝1、2……)并标定np值，可用工具显微镜、测长仪、干涉仪、标准丝杠等进行标定。
测量时，将V型架跨骑在丝杠外园上，测头(2)、(3)插入齿槽，靠在同名齿面上，使两测头产生一定的压缩量，根据两测头示值的差值和两测头间距np的标定值换算即可得到丝杠的误差值。具体测量，可采用如下两种方法进行。
1、在丝杠车床上用表测仪测量如图2所示，首先，被测丝杠(4)安装在长度相应的丝杠车床上，然后把表测仪(1)、(2)、(3)安装固定在刀架(6)上。测量时，被测丝杠和母丝杠回转，刀架(6)在床身导轨上移动，刀架(6)的走刀螺距和被测丝杠名义螺距相同;如果被测丝杠没有误差，则两测头(2)、(3)的示值保持同步变化，即测头(2)、(3)示值为机床传动系统误差，两测头示值差此时为0;反之，两测头示值差值反映被测丝杠误差。如此连续测量，可测出丝杠任一位置的需检项目误差。
2、在固定螺母上用表测仪测量如图3所示，首先，要把固定螺母(6)、表测仪(1)、(2)、(3)和辅助V型块(7)固定在工作台上，调整好固定螺母(6)与测头(2)、(3)的相对位置，保证丝杠齿面与测头(2)、(3)相接触。测量时，由分度机构(5)带动被测丝杠(4)在固定螺母(6)中转动，同时向前移动。如果被测丝杠没有误差，两测头(2)、(3)示值相同，反映丝杠的窜动值，两测头示值差为0;反之，两测头示值差值反映被测丝杠误差。
为提高检测效率，对图3结构进行改进，如图4所示，将分度机构(5)固定在拖板(8)上，分度机构可采用步进电机或伺服电机，步进电机旋转带动被测丝杠(4)转动，同时轴向移动，使拖板在导轨上移动，其它有关情形与图3相同，不再赘述。图4所示长丝杠测量时，可利用长丝杠相应的床身，将固定着步进电机的拖板(8)安置于床身导轨上，把固定螺母(6)固定在床身上，表测仪(1)、(2)、(3)也固定在床身上，并用微型计算机控制步进电机，保证步进电机的工作脉冲和测头的采样信号同步，采样数据由微型计算机处理，可实现高效检测。
测值的分析和处理1、测值的获得表测仪的调整和标定，是获得测值的前提，标定值和标定测量误差是影响测值直值的主要因素，在测值的提取中要予以考虑，以下分别对螺距误差、螺距累积误差和螺旋线误差测值的获得进行介绍，参看图5。
a、螺距误差测量两测头之间距离标定值为P+△Pd;
标定测量误差为△Pt;
测头示值分别为△P1和△P2;
测头示值差值为△Pb＝△P2-△P1;
丝杠螺距误差应为△P＝△Pd+△Pb+△Pt＝△Pd+△P2-△P1+△P1(1)b、螺距累积误差测量两测头之间距离标定值为nP+△Pd;
标定测量误差为△Pt;
测头示值分别为△P1t和△P2t;
测头示值差值为△Pbl＝△P2l-△P1l;
丝杠螺距累积误差应为△Pi＝△Pd+△Pbl+△Pt＝△Pd+△P2l-△P1l+△Pt(2)丝杠全长累积误差为△P＝∑△Pi+∑△Pj(1＜n) (3)式中△Pi-任一段np长度丝杠螺距累积误差(1≤i≤m);
m-丝杠分段数;
△Pj-丝杠全长分段所余不足np长度各段的螺距误差(1≤j≤1);
1-所余不足np长度段的螺距个数;
通过选取合适n值，使1＝0，则全长累积误差可用下式计算△P＝∑△Pi＝∑(△Pd+△Pbi+△Pt)＝m(△Pd+△Pt)+∑△Pbi＝m(△Pd+△Pt)+∑(△P2l-△P1l) (4)c、螺旋线误差测量首先调整好测头相对丝杠角度位置360°/S(S＝1、2……)然后调整标定两测头沿丝杠轴线方向间距P/S.
两测头之间距离标定值为P/S+△Pd;
标定测量误差为△Pt;
测头示值分别为△P1和△P2;
测头示值差值为△Pb＝△P2-△P1;
丝杠螺旋线误差为△P＝△Pd+△Pb+△Pt＝△Pd+△P2-△P1+△Pt(5)如图5所示，用通过丝杠轴线的两平面(螺旋线误差分析，用四平面)剖切丝杠齿面，丝杠齿面可看作由无数微小齿面组合而成，在工艺上，可认为一根丝杠由无数单独加工的微小齿面件粘合组成，对微小齿面件的误差分析，代替对丝杠误差的分析，每个微小齿面件，其名义螺距np(n＝1、2……)，误差△Pl，下面采用加工误差的统计分析法进行分析。
微小齿面件可看作是大批量生产的，实践证明，一般情况下(即无某种占优势的影响因素)，用调整法加工的大批零件所得的尺寸分布曲线是符合正态分布曲线，工件尺寸分布特点是，微小齿面件尺寸大于np和小于np的同间距范围内的频率相等，即∑△Pi＝0 (1≤i≤+∞) (6)
上式表明将丝杠部分成无数微小齿面件，误差符合正态分布，误差总和为0;通常，我们不可能进行无穷多点测量，有限多点测量时，误差近似正态分布，误差总和可以认为等于0，即∑△Pi＝0 (1≤i≤k) (7)式中k-测点数3、测值处理通过测值的分析，可得到一重要结论，∑△Pi＝0(1≤i≤k)，已知两测头示值差值△Pbl，但这不是误差真值△Pl，存在标定值△Pd和标定测量误差△Pt，则△Pi＝△Pd+△Pbl+△Pt(8)将上式代入(7)式，得∑△Pi＝∑(△Pd+△Pbi+△Pt)＝k(△Pd+△Pt)+∑△Pbl＝0△Pt＝-(△Pd+∑△Pbl/k)(1≤i≤k) (9)将式(9)代入(8)式得误差△P1△Pl＝△Pd+△Pbl-(△Pd+∑△Pbi/k)(1≤i≤k) (10)(10)式适合于螺距误差、螺距累积误差和螺旋线误差计算，由(10)式可见，测出的丝杠误差与测头标定值和标定测量误差无关，这是丝杠表测仪的最重要测量结论，亦是区别于其它测量技术的重点。
丝杠全长累积误差计算提取丝杠全长需检剖面的首尾相连各段的累积误差△Pj，则全长累积误差为△P1+△P2+……+△Pm＝(△Prl-∑△Pbl/k)+(△Pr2-∑△Pbl/k)+……+(△Prm-∑△Pbl/k)＝∑(△Prj-∑△Pbl/k) (11)
式中m-丝杠全长需检剖面分段数;
△Prj-需检剖面各段测头示值差值(1≤j≤m);
k-丝杠全部测点数;
△Pbl-示值差平均值(1≤i≤k).
4、测值特征通常，两测头间距经过标定np+△Pd，测出的误差△Pbl值是相对np+△Pd而言的，是个相对值，惯常的数据处理是将误差记录为△Pd+△Pbl，在标定精度高的情况下，表测仪可用△Pd+△Pbl作为丝杠误差△Pi，但这毕竟在误差真值△Pi中丢失了标定测量误差△Pt(△Pt与标定所用仪器及操作有关)，△Pt直接影响测量精度，这在全长累积误差测量中影响较大。如测段长np，丝杠全长m×np，每段丢失误差△Pt，全长累积误差的测量误差为m△Pt;如△Pt＝2μm np＝300mm，m＝15的丝杠全长4500mm，全长累积误差测量误差15×2＝30μm，显然，这样大的测量误差无法满足丝杠测量要求。应用(11)式就不存在测量误差。
通过理论分析，采用表测仪测量，理论上讲，若不考虑测头自身误差，可测算出被测丝杠误差真值，误差真值和标定值△Pd和标定测量误差△Pt无关，只和相对误差△Pbi有关，这个特点决定了用表测仪可实现低标定精度条件下进行高精度的精密丝杠测量。
丝杠表测仪，理论上讲适用于任意长度、任意精度、任意螺距丝杠的检测，实际上，由于测头外型尺寸的限制，比较适于测量螺距大于2mm的丝杠，对于小于2mm螺距的丝杠可改制测头进行。
表测仪的一个特点是，既适用于计量室恒温条件下精密测量，又适用于车间工艺过程中的丝杠测量。尤其是车间测量，以往在丝杠加工过程中无有效检测方法为提高丝杠精度提供误差数据，使丝杠的修研无法进行，采用表测仪解决了这个难题。
表测仪另一个特点是，测头间距标定精度对测量的误差真值没有影响，实现了低精度仪器对高精度丝杠的检测。
表测仪操作方便，测量成本极低，效率很高，可广泛应用。
权利要求
1.一种由测头(2)和(3)为核心，配置V型架(1)所组成的丝杠表测仪，其特征在于两个测头(2)和(3)是核心检测元件，每个测头显示出所测齿面的误差和系统误差，两测头示值的差值反映丝杠的螺距误差或螺距累积误差或螺旋线误差。
全文摘要
丝杠表测仪，是一种丝杠螺距误差、螺距累积误差的检测仪器。测量时，将表测仪两测头插入丝杠齿槽，靠在同名齿面上，两测头示值的差值通过换算即为丝杠误差。结构简单，测量高效，测量成本低，能完成任意长度丝杠的检测，适用于车间和恒温计量室的精密测量。
文档编号G01B5/16GK1086898SQ9211315
公开日1994年5月18日 申请日期1992年11月9日 优先权日1992年11月9日
发明者刘小成, 杨宗德, 高瑞春 申请人:兰州工业高等专科学校