新型步距規(guī)的研制與探討

(廣西壯族自治區(qū)計(jì)量檢測(cè)研究院 廣西 南寧 530007)

一、引言

步距規(guī)是一種高精度多尺寸的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器。主要用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床的定位精度和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的位移精度。目前，數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)廣泛用于機(jī)械、汽車(chē)、航空、軍工、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等行業(yè)中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測(cè)量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)中，對(duì)工件的尺寸、形狀和形位公差進(jìn)行精密檢測(cè)，能高效地檢測(cè)各類(lèi)外形復(fù)雜工件的輪廓和外表外形及尺寸、角度和地位，特別是精細(xì)零部件的微觀檢測(cè)與質(zhì)量節(jié)制，從而完成零件檢測(cè)、外形測(cè)量、過(guò)程控制等重要任務(wù)。

制造業(yè)中的質(zhì)量目標(biāo)在于將零件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)要求保持一致。但是，保持生產(chǎn)過(guò)程的一致性要求對(duì)制造流程進(jìn)行控制。建立和保持制造流程一致性最為有效的方法是準(zhǔn)確地測(cè)量工件尺寸，獲得尺寸信息后，分析和反饋數(shù)據(jù)到生產(chǎn)過(guò)程中，使之成為持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效工具。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是測(cè)量和獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一，并把復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)所需時(shí)間從小時(shí)減到分鐘，快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)尺寸數(shù)據(jù)，為操作者提供關(guān)于生產(chǎn)過(guò)程狀況的有用信息，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。

因此，保證數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度，這將關(guān)系到企業(yè)在市場(chǎng)活動(dòng)中的應(yīng)變能力，而步距規(guī)作為數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器，同時(shí)也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的驗(yàn)收監(jiān)測(cè)和復(fù)檢檢測(cè)》強(qiáng)烈推薦的實(shí)物長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器，其穩(wěn)定性直接影響到企業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)控制，所以，研制新型一體式高穩(wěn)定性的步距規(guī)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)于保障設(shè)備的長(zhǎng)度綜合精度，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的決定作用。

二、步距規(guī)的現(xiàn)狀

目前，高精度、多尺寸的步距規(guī)步距的尺寸數(shù)量可達(dá)100余個(gè)尺寸?？上攵?制造百余個(gè)高精度尺寸的步距規(guī)比制造單值尺寸量塊困難多了,國(guó)際上先后研制出了三代步距規(guī)。第一代步距規(guī)為帶墊塊的組裝式步距規(guī)(代表性生產(chǎn)企業(yè)為日本三豐公司,我國(guó)十余個(gè)生產(chǎn)步距規(guī)企業(yè)都是仿制三豐公司的結(jié)構(gòu))；第二代步距規(guī)為不帶墊塊的組裝式步距規(guī)(代表性生產(chǎn)企業(yè)為德國(guó)KOBA公司,由于它組裝調(diào)試工藝要求很高,生產(chǎn)困難因素多,技術(shù)難度大,我國(guó)步距規(guī)生產(chǎn)企業(yè)尚不能生產(chǎn))；第三代步距規(guī)為一體式步距規(guī)(代表性生產(chǎn)企業(yè)為美國(guó)穆?tīng)柟?由于它由超高精度的高端先進(jìn)機(jī)床來(lái)制造,工藝流程復(fù)雜,我國(guó)步距規(guī)生產(chǎn)企業(yè)尚不能生產(chǎn))。

前兩代步距規(guī)有以下兩大缺點(diǎn)：一是由于是組裝式結(jié)構(gòu),需要將測(cè)量尺寸塊組裝在笨重的基座上,因而重量大,自重變形大,不便于攜帶和不便于安裝使用；二是組裝會(huì)有研合力、壓緊力,歷經(jīng)數(shù)月、半年、一年后,應(yīng)力變化和釋放,尺寸精度會(huì)產(chǎn)生變化,年尺寸穩(wěn)定性差是其先天的致命弱點(diǎn),不能做為高精度的端度標(biāo)準(zhǔn)器,不能用于檢測(cè)檢測(cè)高精度長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器和高精度數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)位移精度等重大高端設(shè)備,只能用于檢測(cè)中低精度的長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器和中低精度的數(shù)控機(jī)床。第三代一體式步距規(guī)克服了前兩代組裝式步距規(guī)的兩大缺點(diǎn),達(dá)到了高精度量塊的質(zhì)量性能和年尺寸穩(wěn)定性的要求。一臺(tái)600mm長(zhǎng)的步距規(guī)價(jià)格如下：國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的帶墊塊的組裝式步距規(guī)約5萬(wàn)元,進(jìn)口的不帶墊塊的組裝式步距規(guī)約30萬(wàn)元,進(jìn)口的一體式步距規(guī)約40多萬(wàn)元。

當(dāng)前,我國(guó)十余家生產(chǎn)步距規(guī)企業(yè)都是停留在仿制日本三豐公司第一代帶墊塊的組裝式步距規(guī),為改變我國(guó)生產(chǎn)步距規(guī)的落后面貌,有必要研究一種高穩(wěn)定度的步距規(guī)。高穩(wěn)定度的步距規(guī)的研究將改變我國(guó)步距規(guī)產(chǎn)品的落后狀態(tài),促進(jìn)和保障我國(guó)重大高精度制造設(shè)備的質(zhì)量。

三、新型步距規(guī)研制的思路

研制新型一體式高穩(wěn)定度步距規(guī)，首先研究設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形狀合理的技術(shù)方案,其截面擬設(shè)計(jì)為變型矩形,結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)約,降低制造難度,使尺寸精度達(dá)到要求,剛性好,操作使用方便；試驗(yàn)研究制訂合理的工藝流程,擬采用超高精度的坐標(biāo)磨床磨削高精度測(cè)量面,再經(jīng)研磨拋光加工,使測(cè)量面和拼接面達(dá)到尺寸精度和表面粗糙度的要求選用優(yōu)質(zhì)合金鋼材質(zhì),熱處理工藝流程中進(jìn)行低溫回火和深度冰凍處理,以保證步距規(guī)的年尺寸穩(wěn)定性達(dá)到要求；經(jīng)前期分析研究,采用了有別于兩大尺寸量塊夾板式的連接拼合結(jié)構(gòu),另辟蹊徑設(shè)計(jì)了軸心線上連接拼合的結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單而可靠。步距規(guī)橫截面比量塊橫截面大,因而拼合技術(shù)難度很大,對(duì)步距規(guī)拼合面的平面度和表面粗糙度要求極高。

四、新型步距規(guī)研制的方案

(一)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外步距規(guī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量指標(biāo),根據(jù)我國(guó)量具量?jī)x加工能力,研究設(shè)計(jì)一體式步距規(guī)橫截面為變型矩形面,基體與測(cè)量面凸塊為大、小兩矩形面。兩步距規(guī)是采用了有別于兩大尺寸量塊夾板式的連接拼合結(jié)構(gòu),另辟蹊徑設(shè)計(jì)了軸心線上連接拼合的結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單而可靠，拼接操作簡(jiǎn)單方案。

(二)整機(jī)加工工藝

根據(jù)我國(guó)量具量?jī)x加工設(shè)備和工藝技術(shù)的實(shí)際情況，擬采用超高精度的坐標(biāo)磨床磨削高精度測(cè)量面,再經(jīng)研磨拋光加工,使測(cè)量面和拼接面達(dá)到尺寸精度和表面粗糙度的要求；選用優(yōu)質(zhì)合金鋼材質(zhì),熱處理工藝流程中進(jìn)行低溫回火和深度冰凍處理,以保證步距規(guī)的年尺寸穩(wěn)定性達(dá)到要求。

五、新型步距規(guī)的優(yōu)點(diǎn)

(1)該新型步距規(guī)是一體式高穩(wěn)定性步距規(guī)，由于其橫截面設(shè)計(jì)為變型矩形面,基體與測(cè)量面凸塊為大、小兩矩形面,它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約,容易加工,剛性好,還可以立、臥兩用。它有別于美國(guó)穆?tīng)柟镜囊惑w式步距規(guī),它的橫截面寬度大于高度,剛性差。也有別于國(guó)內(nèi)某單位申請(qǐng)專(zhuān)利的一體式柱狀步距規(guī),柱狀步距規(guī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工困難,較笨重,剛性差；

(2)該新型步距規(guī)采用了有別于兩大尺寸量塊夾板式的連接拼合結(jié)構(gòu),而設(shè)計(jì)了軸心線上連接拼合的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單而可。步距規(guī)的連接拼合方案只有橫截面設(shè)計(jì)為變型矩形面一體式步距規(guī)才能很好實(shí)現(xiàn),獲得超大量程成為現(xiàn)實(shí),使步距規(guī)能檢測(cè)大型高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及大型數(shù)控機(jī)床成為可能,具有很大意義。