一、引 言
用多面体为标准器,光电平行光管读数,对圆刻机分度误差进行测试研究。圆刻机分度的测试可由:(1)传统的四个显微镜组成的常角法进行测试,该法数据处理较为麻烦;(2)在圆刻机上装一对显微镜,在主轴上装上标准盘进行读数,该法还带进了度盘误差;(3)采用多面体和光电平行光管对国内外圆刻机进行测试,此法虽受多面体面数和精度的限制,但却简单易行,测试方便,测试数据直观、一目了然,对中高档圆刻机的分度测试比较合适。
二、精 度
作为比较测试用的多面体,原来不少单位采用英国制造的光学多面体,它由光学玻璃制成,然后涂上反射铝层,最常用的为36面体,其精度一般在±2″左右。随着我国工业的发展,国内很多单位能制造多面体。国产多面体大多为金属多面体,如浙江大学光仪厂先后制造了12面、36面和72面金属多面体,性能很好,经上海标准计量所检定,精度如表1所示。
从上述数据看国产的多面体和进口的多面体精度已相差不多,因此目前国内大多数单位使用的是国产多面体。
国内还在使用非整度的多面体,以便检出度盘的整度部分与光电管的刻度误差,这里不再赘述。
用作读数的光电平行光管,大多数单位也采用国产仪器,诸如计量科学仪器厂的产品性能较为稳定,最小格值达0.01″。
三、测试实例
用多面体测试圆刻机分度误差时,多面体装于圆刻机蜗轮主轴副上。为了减小误差,一般把多面体与主轴旋转中心的同心度校到0.02mm以内,并尽量校正多面体的水平,以减小多面体面型的塔差影响。光电平行光管装在固定于机座上的铁板上,为了减少杂散光的影响,光电平行光管的物镜尽量靠近多面体反射面,光电平行光管的灵敏度要调整到合适的当量。为了使测试数据更稳定可靠,测试前要进行预运转,如在晚上进行更好,可减小电压波动的影响,表2是部分测试数据的原始记录。显然,上面原始记录中算出的误差即为圆刻机每10°的分度误差。图1是用36面体测试KH500圆刻机的曲线图。
四、错位测试
为了改善圆刻机蜗轮副的啮合性能,蜗轮副中的蜗轮都是球面蜗杆,啮合的圆弧对500mm直径蜗轮的包角一般在10°以上。因此,采用36面体测试500mm圆刻机时,一般不会漏测粗大误差。但如果用36面体测试1000mm圆刻机或采用12面体、24面体测试500mm或1000mm圆刻机时,则就可能漏测粗大误差,这时,可用错位测试来预防。如12面体测试500mm圆刻机时可错位两次,即第一次安装使圆刻机0°对多面体0°,第二次安装圆刻机10°对多面体0°,第三次安装圆刻机30°对多面体0°。这样,仅用一只12面体,通过三次安装就可对圆刻机进行10°间隔的测试。错位测试亦可用来检验分度测试的可靠性,例如36面体,错位30°测试。表3是对KH500圆刻机错位30°的两组测试值,从表中可见其最大偏差为0.64″。
五、数据评判
1.精度修复
经过对多台圆刻机分度误差的测试,查出不少问题,通过有的放矢的修理,使它们恢复了应有的精度。
KH500圆刻机因使用时间较长,测试时发现极限误差已达9″,而按说明书该刻机中的误差为1″,则极限误差约为3″。于是对主轴及轴孔进行精细研光,再测试时极限误差已为3.8″,修理前后的曲线见图2。
2.局部修复
在测试英国机床TE400时,发现240°处有很大的突跳,其误差为15.5″,相邻的数据依次为:220°2.1;230°2.1;240°15.5;250°1.2;260°1.4,用放大镜仔细观察蜗轮齿已有局部碰损,最后修到1.8″,终于使刻机恢复到出厂水平(出厂所附的测试数据极限误差为2.55″,经多面体与光电平行光管监测与修理后,极限误差为2.7″)。
3.偏心误差
用36面体测试QG405A圆刻机时,其误差数值很大,经认真分析,认为该误差中包含了较大的偏心误差,于是采用谐波分析法进行谐波分析,消去一次谐波的数值,即除去了偏心误差,曲线如图3所示。很明显,利用该刻机刻划的度盘,若采用双面读数时,其误差情况可参考去除偏心后的误差曲线。
六、方法评论
采用多面体作比较器,光电平行光管读数组成的比较系统,用于测试诸如分度台、分度头、圆刻机等时,有明显的优点,即设备简单,安装方便,测试结果直观,对多种仪器都通用,并可在其监测下进行修复。不足之处是测试点数受多面体面数的限制,读数时往往存在数据漂移。因而一般适用于较精密的机床,如TKF500、TE400、KH500圆刻机等等。面对TKF1000等超高精刻机,最好采用多圈或多次错位来进行测试。同时,如果轴系存在双周晃动,该法不能把双周晃动的数值全部反映出来。
参考文献
1 邹自强. 0.2″圆刻机的基本原理.光学机床. 1982.No 3
2 曹向群主编.光学刻划技术论文精选.机械工业出版社,1991.10
3 曹向群黄维实金彤.光栅计量技术.浙江大学出版社,1992.1
4 D F Horne. Photomasks, Scales and Gratings. AdamHilger Ltcl, Bristol. 1983
本文作者：曹向群 金 彤
