专利名称：精密零件热变形高精度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热变形测试装置，更确切地说是一种高精度测量精密机械零件热变形量的专用装置。
现有的热变形测量方法和装置种类很多，从原理上可分为机械式、光学式和电磁感应式三大类。这些测量方法及测量装置都是用于材料线膨胀系数的测量，仅适合于测量细长杆件形体的热变形，且精度不高，控温及变温的范围宽、间隔大，不适合形体多样、温度变化范围不大的精密机械零件热变形的高精度测量。
本实用新型的目的是提供一种精密零件热变形高精度测量装置，能实现精密机械零件的可控温、变温的微变形的测量，能实现对常用精密机械零件在实际工作状态时，零件形体多种尺寸参数热变形量的高精度测量。
本实用新型的目的是由下述技术方案来实现的。
本实用新型的整体结构是由安装在一个减振大平台的五个部分组成。它们是测量部分、运动部分、瞄准定位部分、测控温部分和试样支持调整部分。
测量部分由激光头、测量显示器、分光镜、靶镜构成。激光头和测量显示器置于大平台左端的支架上，激光头有电缆与测量显示器连接，靶镜安装在运动部分的外导轨的左端部，分光镜安装在外导轨座的左端部；激光头与分光镜和靶镜在一条水平直线上。
运动部分由外导轨、外导轨座、微动调节装置、可调支撑柱、减振支撑台和减振支撑柱构成。微动调节装置安装在外导轨座的左端。外导轨座由三个可调支撑柱置于减振支撑台上，减振支撑台由减振支撑柱置于大平台的中间。
瞄准定位部分由测头、测杆、测杆座、转换开关和电感测微仪构成。测头装在测杆的前端，并伸入到测控温部分的恒温箱箱体内，测杆后端的测杆座和电感测微仪安装在运动部分的外导轨的右端部。电感测微仪和装在测杆座上的转换开关有导线通过测杆内部与前端测头相连。
测控温部分由恒温箱、铂电阻传感器、测温仪和控温箱构成。恒温箱和测温仪置于大平台的右端，控温箱装置在恒温箱的箱体底部。
试样支持与调整部分安装在测控温部分的恒温箱内。由工作台、内导轨、内导轨座、齿轮传动装置和工作台座构成。工作台由三个可调螺钉置于内导轨上，内导轨座安装在恒温箱底部的工作台座上。内导轨下有齿条与内导轨座间齿轮传动装置的齿轮相连接。
大平台下面由8个水泥减振座支撑。
运动部分的外导轨座左端上的微动调节装置，是由螺杆、弹簧和前座、后座构成。前座和后座固定在外导轨座上，螺杆旋合在后座上，前座和螺杆间有一根凸台杆，并由弹簧撑张在其间，凸台杆伸入外导轨左端内，并与其采用活动锁定连接。
测控温部分的铂电阻传感器与测温仪连接的接口电路是四线制电路。
试样支持与调整部分的内导轨座下的工作台座是薄壁对称空心座。
本实用新型的优点是能实现多种参数如球体、杆件、圆环、圆柱、导轨等多种形状的机械零件的热变形测量；温度控制范围接近常温，符合一般机械和仪器的工作温度。变温间隔小，测温精度高，适合用于各种形体的小范围、小间隔温度点的高精度热变形测量，测量精度在±1μm以内。解决了传统热变形测量方法及装置无法实现的测量问题。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型的回转体零件测量示意图。
图3是本实用新型的球体测量附件结构示意图。
图4是本实用新型的细长杆件测量附件结构示意图。
图5是本实用新型的测控温部分的铂电阻传感器与测温仪的四线制接口电路图。
本实用新型的整体结构如图1所示，是由测量部分I、运动部分II、瞄准定位部分III、测控温部分IV和试样支持与调整部分V组成的。这五个部分都安装在一个底部下面由8个水泥减振座支撑的减振铸铁大平台23上。
测量部分I由激光头1、测量显示器2、分光镜4和靶镜5构成。激光头1、测量显示器2置于大平台23左端的支架39上，激光头1有电缆与测量显示器2连接，靶镜5安装在运动部分II的外导轨7的左端部，分光镜4安装在外导轨座6的左端部。激光头1、分光镜4和靶镜5布置在一条水平直线上。
运动部分II由外导轨7、外导轨座6、微动调节装置3、可调支撑柱36、减振支撑台37和减振支撑柱38构成。本实施例的外导轨7、外导轨座6是采用万能工具显微镜的导轨副组装而成，外导轨7和外导轨座6间由滚柱30支承。它是用于本实用新型的X方向的精密测量，因此也常称之为X向导轨副。外导轨座6下面有三个用于调节高度和水平的可调螺钉作为可调支撑柱36，置于下面的减振支撑台37上。减振支撑台37下面还有三个减振支撑柱38置于铸铁大平台23的中间位置。外导轨座6的左端部上，安装有微动调节装置3，用于测量过程中的微调。微动调节装置3由螺杆35、弹簧32和前座31、后座34构成。前座31和后座34固定在外导轨座6上，螺杆35旋合在后座34上，前座31和螺杆35间有一根凸台杆33，并由弹簧32撑张其间。凸台杆33伸入到外导轨7的左端部内部，并与其采用活动锁定连接。亦即当外导轨7X方向较大距离运动后，与微动调节装置3的凸台杆33前端再连接锁定。旋转螺杆35，即可实现微动调节。
瞄准定位部分III由测头14、测杆11，测杆座10、转换开关9和电感测微仪8构成。测头14装在测杆11的前端，并伸入到测控温部分IV的恒温箱12的箱体内，测杆11后端装在测杆座10上。测杆座10和电感测微仪8安装在运动部分II的外导轨7的右端部。测杆座10上装有转换开关9并有导线42通过测杆11内部与前端测头14上的转换开关40相连接。电感测微仪8有导线41通过测杆11内部与测头14的测球相连。如图2所示。
测控温部分IV由恒温箱12、铂电阻传感器16、测温仪22和控温箱21构成。恒温箱12和测温仪22置于铸铁大平台23的右端，控温箱21装在恒温箱12的箱体底部。本实用新型由恒温箱12进行变温、控温，其控温精度为±0.5℃，测温精度为±0.2℃。为进一步提高测温精度，还专门研制了一套高精度测温装置，即铂电阻传感器16和测温仪22。将铂电阻传感器16直接插入被测试样13内部进行温度测量，配以四线制接口电路，如图5所示。接口电路与测温仪22连接，直接显示实时温度值，并通过高精度标定和误差修正。本实施例的测温仪22是采用7151型数字万用表，其测温精度可达±0.05℃。
试样支持与调整部分V安装在测控温部分IV的恒温箱12内，由工作台15、内导轨17、内导轨座28、齿轮传动装置18和工作台座20构成。工作台15由三个可调螺钉26置于内导轨17上，内导轨17由滚珠27置于内导轨座28上，内导轨座28安装在恒温箱12底部的工作台座20上。本实施例的内导轨17和内导轨座28，是采用大型工具显微镜的导轨副组装而成，是用于本实用新型的y方向的精密测量，这是相对于本实用新型的外导轨副X方向而言的，故也常称之为y向导轨副。内导轨座28和工作台座20间，安装有一个由齿轮25、齿轮轴29、手柄19等组装而成的齿轮传动装置18，内导轨17下面齿条座上装有齿条24与齿转传动装置18的齿轮25连接。工作台15通过齿轮传动装置18伸到恒温箱12箱体外的手柄19驱动，作y方向运动。工作台15与y向导轨副间的距离及相对位置，通过三个可调螺钉26来调节，以满足工作台15上的不同高度的被测试样13的测量，以及调节被测试样13的水平位置。为了减少温度对工作台15的影响，以及减少工作台座20的热容量，y向导轨副下面的工作台座20采用薄壁对称空心结构。
下面对本实用新型的工作过程作一描述。
1.回转体零件热变形测量图2所示是本实用新型的回转体零件测量示意图，是对圆环内径的测量。首先将被测圆环13固定在工作台15上，调整工作台15下面的三个可调螺钉26，使圆环13的被测截面与X向导轨7运动方向平行。第一次设定恒温箱12的温度为t1，并保温2小时以上才开始测量。由X向导轨7运动使测杆11沿X向移动，经换向开关9使电感测头14的测球与圆环13内壁左侧接触，通过工作台15的y向移动找拐点A。此时，将电感测微仪8的指针对零，测量显示器2置零。然后由换向开关9改变电感测头14测球的测量方向，移动X向导轨7，使测头14沿X方向移动与圆环13右侧内壁接触；再移动y向导轨17找拐点B，并通过X向导轨7的微动，即调节微动调节装置3，使电感测微仪8的指针指零。记下测量显示器2的显示值，该值加上测球直径即为第一次设定温度t1状态下的被测圆环13内径值d1。
第二次设定恒温箱12的温度t2，并保持2小时以上，重复上述过程得到在第二次设定温度状态下的圆环13的内径值d2。
两次测量值之差值Δd＝d2-d1，即为温度间隔Δt＝t1-t2对应的被测试样圆环13内径的热变形量。
2.球体热变形测量图3所示是本实用新型的球体热变形测量附件结构示意图。如果将试样球体直接放在工作台15上测量其直径则非常困难，为此设计了一套球体固定专用附件，以用于测量球体直径的热变化量。如图3中所示，将试样球体13放置于附件的V形块47上，及座测量面45和动块测量面44之间，由弹簧46予以夹紧，使两测量面与球体13有良好接触，并调整两测量面平行，且与X向导轨7运动方向垂直。通过测头14分别与座测量面45和动块测量面44的两次定位瞄准，测头14在X方向的移动量加上测球的直径，即为试样球体13的直径。
3.细长杆件热变形测量图4中所示的细长杆热变形测量附件，与图3中球体的测量附件相类似，同样是用于工作台15上的专用测量附件。按国家标准，材料线膨胀系数测定的标准试件是长与直径比为16∶1的细长杆件。为此，细长杆件测量附件与球体测量附件，仅是结构尺寸有所改变。如图4中所示，被测试样杆件13放置在V形块47′上，并调整杆件13使其轴线与X向导轨7运动方向平行，且与座测量面45′和动块测量面44′垂直，则两测量面45′和44′的距离即为杆件13的长度，这种测量，即可测出细长杆件长度的热变形量，亦可据此计算出杆件材料精确的线膨胀系数。
权利要求1.一种精密零件热变形高精度测量装置，是由测量部分、运动部分、瞄准定位部分、测控温部分和试样支持与调整部分组成的，其特征在于这五个部分都置于一个减振大平台(23)上，测量部分(I)由激光头(1)、测量显示器(2)、分光镜(4)、靶镜(5)构成；激光头(1)、测量显示器(2)置于大平台(23)左端的支架(39)上，靶镜(5)安装在运动部分(II)的外导轨(7)的左端部，分光镜(4)安装在外导轨座(6)的左端部；激光头(1)分光镜(4)和靶镜(5)在一条水平直线上；运动部分(II)由外导轨(7)、外导轨座(6)、微动调节装置(3)、可调支撑柱(36)、减振支撑台(37)和减振支撑柱(38)构成；微动调节装置(3)安装在外导轨座(6)的左端部；外导轨座(6)由三个可调支撑柱(36)置于减振支撑台(37)上，减振支撑台(37)由三个减振支撑柱(38)置于大平台(23)的中间；瞄准定位部分(III)由测头(14)、测杆(11)、测杆座(10)、转换开关(9)和电感测微仪(8)构成；测头(14)装在测杆(11)的前端，并伸入测控温部分(IV)的恒温箱(12)箱体内，测杆(11)后端的测杆座(10)和电感测微仪(8)装置在运动部分(II)的外导轨(7)的右端部；电感测微仪(8)和装在测杆座(10)上的转换开关(9)有导线(41、42)通过测杆(11)内部与前端测头(14)相连。测控温部分(IV)由恒温箱(12)、铂电阻传感器(16)、测温仪(22)和控温箱(21)构成；恒温箱(12)和测温仪(22)置于大平台(23)的右端，控温箱(21)装置在恒温箱(12)的箱体底部。试样支持与调整部分(V)安装在测控温部分(IV)的恒温箱(12)内，由工作台(15)、内导轨(17)、内导轨座(28)、齿轮传动装置(18)和工作台座(20)构成；工作台(15)由三个可调螺钉(26)置于内导轨(17)上，内导轨座(28)安装在恒温箱(12)底部的工作台座(20)上，内导轨(17)下有齿条(25)与内导轨座(28)间齿轮传动装置(18)的齿轮(25)相连接。
2.按权利要求1所述的精密零件热变形高精度测量装置，其特征在于大平台(23)下面由8个水泥减振座支撑。
3.按权利要求1所述的精密零件热变形高精度测量装置，其特征在于运动部分(II)的外导轨座(6)左端上的微动调节装置(3)，是由螺杆(35)、弹簧(32)和前座(31)、后座(34)构成，前座(31)和后座(34)固定在外导轨座(6)上，螺杆(35)旋合在后座(34)上，前座(31)和螺杆(35)间有一根凸台杆(33)，并由弹簧(32)撑张其间，凸台杆(33)伸入到外导轨(7)左端内部，并与其活动锁定连接。
4.按权利要求1所述的精密零件热变形高精度测量装置，其特征在于测控温部分(IV)的铂电阻传感器(16)与测温仪(22)连接的接口电路是四线制电路。
5.按权利要求1所述的精密零件热变形高精度测量装置，其特征在于试样支持与调整部分(V)的内导轨座(28)下的工作台座(20)是薄壁对称空心座。
专利摘要一种精密零件热变形高精度测量装置,由置于减振大平台上的五部分组成。测量部分由激光头、测量显示器、分光镜、靶镜构成;运动部分由X向导轨副、微动调节装置、减振支撑台构成;瞄准定位部分由伸入恒温箱中的测头、测杆以及电感测微仪构成;测控温部分由恒温箱、铂电阻传感器、测温仪、控温箱构成;试样支持与调整部分由恒温箱中的工作台、y向导轨副及齿轮传动装置构成。本装置能实现多种形体零件热变形测量,精度高。
文档编号G01B11/02GK2385310SQ9921168
公开日2000年6月28日 申请日期1999年6月4日 优先权日1999年2月10日
发明者聂恒敬, 费业泰, 陈晓怀, 黄强先, 金施群, 刘文文 申请人:合肥工业大学