主軸拉力計(jì)自校準(zhǔn)方法的開發(fā),本網(wǎng)首發(fā)！

1  利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn) 主軸拉力計(jì)自校準(zhǔn)方法的開發(fā)  計(jì)量理化中心 接明、李姝  摘  要  主軸拉力計(jì)是專用于測(cè)量主軸拉刀力的測(cè)量設(shè)備，由于該測(cè)量設(shè)備的特 殊性，目前，省、市計(jì)量機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)該測(cè)量設(shè)備的檢定，本文對(duì)此提出了利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)及專用校準(zhǔn)裝置實(shí)施自校準(zhǔn)，闡述了自校準(zhǔn)的原理、方法，通過試驗(yàn)證明該方法具有一定的可行性。  關(guān)鍵詞  主軸拉力計(jì)；專用校準(zhǔn)裝置；自校準(zhǔn)              0  引言  立式銑鏜、臥式銑鏜、龍門銑鏜、落地銑鏜、車銑等系列數(shù)控產(chǎn)品的機(jī)床主軸錐孔大多為7:24錐度，主軸內(nèi)的拉刀系統(tǒng)由一組碟簧組成，拉刀系統(tǒng)的拉力將刀具拉緊，使刀具與主軸緊密結(jié)合，根據(jù)機(jī)床自身的特點(diǎn)，每種產(chǎn)品的拉刀力大小不同。適宜的拉刀力將刀具拉緊后使刀具的錐柄與主軸錐孔緊密接觸，刀具夾緊牢固，不松動(dòng)，否則刀具夾緊不穩(wěn)固影響加工精度，對(duì)于高精度零件的加工，特別是高精度的深孔加工，刀具的跳動(dòng)，擺動(dòng)對(duì)零件的加工影響就更大，因此，準(zhǔn)確測(cè)量主軸拉刀力尤為重要。

 1  概述  主軸拉力計(jì)是用來測(cè)量錐度為7：24主軸拉力的測(cè)量裝置，可以快速地測(cè)量機(jī)床主軸的拉刀力，目前園區(qū)內(nèi)使用的主軸拉力計(jì)為SK系列，有數(shù)顯和指針兩種讀數(shù)形式。（見圖1、2）  主軸拉力計(jì)的準(zhǔn)確度直接影響主軸拉力測(cè)量的準(zhǔn)確度，因此，主軸拉力計(jì)必須處于準(zhǔn)確狀態(tài)。作為測(cè)量設(shè)備必須進(jìn)行周期檢定，由于省、市計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)該測(cè)量設(shè)備的檢定，計(jì)量理化中心根據(jù)園區(qū)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)主軸拉力計(jì)使用的狀況及主軸拉力計(jì)的結(jié)

 2  構(gòu)形式及特點(diǎn)，利用現(xiàn)有電子萬能試驗(yàn)機(jī)及設(shè)計(jì)專用校準(zhǔn)裝置實(shí)施自校準(zhǔn)。     圖1  指針式主軸拉力計(jì)                 圖2  數(shù)顯式主軸拉力計(jì)  2  校準(zhǔn)原理  我們現(xiàn)以SK50規(guī)格的主軸拉力計(jì)為基型設(shè)計(jì)專用校準(zhǔn)裝置，再通過設(shè)計(jì)連接附件實(shí)施對(duì)SK30、SK40等規(guī)格主軸拉力計(jì)的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)原理如圖3所示。              圖3  根據(jù)主軸拉力計(jì)工作原理，現(xiàn)設(shè)計(jì)一套如圖3所示的專用校準(zhǔn)裝置，拉刀系統(tǒng)的拉力由電子萬能試驗(yàn)機(jī)來完成，7:24錐體的錐孔模擬主軸軸孔，

將主軸拉力計(jì)放入校準(zhǔn)裝 模擬拉釘

  連接體 

  主軸拉力計(jì) 

  7：24錐體

  螺釘 

 3  置內(nèi)，主軸拉力計(jì)的錐面與7:24錐體的錐孔緊密接觸，模擬拉釘一端與試驗(yàn)機(jī)相聯(lián)，另一端與主軸拉力計(jì)相聯(lián)；按圖3所示裝好后，校準(zhǔn)裝置的兩端分別與電子萬能試驗(yàn)機(jī)的兩端夾具相聯(lián)如圖4所示。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件，按照不同規(guī)格的拉力計(jì)分別設(shè)置校準(zhǔn)點(diǎn)，SK50的校準(zhǔn)點(diǎn)由10KN開始校準(zhǔn)，每增加2KN為一校準(zhǔn)點(diǎn)。設(shè)定好校準(zhǔn)點(diǎn)后，選擇試驗(yàn)速度，試驗(yàn)機(jī)開始對(duì)拉力計(jì)施力，每到達(dá)一校準(zhǔn)點(diǎn)同時(shí)讀取試驗(yàn)機(jī)的數(shù)值與拉力計(jì)的數(shù)值并記錄，所有校準(zhǔn)點(diǎn)完成后，將試驗(yàn)機(jī)夾緊裝置松開，調(diào)轉(zhuǎn)180°重新裝夾進(jìn)行相同操作，每一方向操作反復(fù)進(jìn)行10次，將10次測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后進(jìn)行不確定度計(jì)算。  3  校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及輔助設(shè)備  標(biāo)準(zhǔn)器：電子萬能試驗(yàn)機(jī)    型號(hào)：CMT5504  測(cè)量范圍：0.2kN～50kN  準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)  分辯力：1N。 輔助設(shè)備：自制專用校準(zhǔn)裝置 校準(zhǔn)工作狀態(tài)如圖4所示 

    圖4  4  校準(zhǔn)環(huán)境條件  環(huán)境要求：室溫為（20±5）℃，相對(duì)濕度不大于80%，溫度波動(dòng)應(yīng)不大于2℃/h。 

 4  5  計(jì)量性能  根據(jù)JJG455—2000 《工作測(cè)力儀》檢定規(guī)程規(guī)定，主軸拉力計(jì)計(jì)量性能見表1：  表1 準(zhǔn)確度級(jí)別及技術(shù)指標(biāo) 

  現(xiàn)場(chǎng)使用主軸拉力計(jì)為1.0級(jí)。 回零誤差：  ??% 100%' 0 0??? r rFXXZ    平均值：   ????? 3 1 3 1 jij i XX  示值相對(duì)誤差：  ??% 100%??? i i iFFX?  重復(fù)性：  ??% 100%min max??? i iiX XXR  式中： X0、X0′—檢定前及卸除標(biāo)準(zhǔn)力值后的拉力計(jì)零點(diǎn)示值；       Fr—額定負(fù)荷；        Xij—在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下，拉力計(jì)第i點(diǎn)、第j次測(cè)量的示值；  準(zhǔn)確度級(jí)別 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 技 術(shù) 指 標(biāo) 回零誤差Zr(%) ±0.5 ±1.0 ±1.5 ±2.0 ±2.5 示值相對(duì)誤差δ(%)  ±1.0 ±2.0 ±3.0 ±4.0 ±5.0 重復(fù)性R(%)  1.0  2.0  3.0  4.0  5.0 

 5  X i—在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下，拉力計(jì)第i檢定點(diǎn)的平均值       Fi—檢定點(diǎn)第i點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)力；   Ximax , Ximin —在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下3次重復(fù)測(cè)量的最大與最小示值。  6  校準(zhǔn)具體操作  6.1  設(shè)置校準(zhǔn)拉力單位：KN；   6.2  將拉力計(jì)安裝成工作狀態(tài)，拉力計(jì)讀數(shù)裝置及試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)裝置同時(shí)置零； 6.3  選擇校準(zhǔn)點(diǎn)，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)沿拉力計(jì)受力軸線逐點(diǎn)遞增標(biāo)準(zhǔn)力值，至各校準(zhǔn)點(diǎn),記錄相應(yīng)數(shù)值，全部校準(zhǔn)點(diǎn)完成后，卸力，30秒后看拉力計(jì)是否回到零位，若不在零位，讀取數(shù)值，計(jì)算回零誤差，此操作反復(fù)進(jìn)行3次，每次檢定前均應(yīng)將讀數(shù)裝置調(diào)至零位。  7  不確定度評(píng)定  7.1  概述   7.1.1測(cè)量依據(jù)：JJG455—2000《工作測(cè)力儀》檢定規(guī)程  7.1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：最大試驗(yàn)力50kN，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)的電子萬能試驗(yàn)機(jī)      7.1.3 被測(cè)對(duì)象：測(cè)量范圍0—75kN主軸拉力計(jì)  7.1.4 測(cè)量方法：將主軸拉力計(jì)通過校準(zhǔn)裝置與試驗(yàn)機(jī)相聯(lián)后，試驗(yàn)機(jī)向拉力計(jì)施加拉力，到達(dá)校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，同時(shí)讀取試驗(yàn)機(jī)示值與拉力計(jì)示值進(jìn)行比較，得到拉力計(jì)示值誤差。 7.2 靈敏度系數(shù)    1 /1????rtmm

C 1/2?????mmCt   7.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定  7.3.1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置重復(fù)性引入的不確定度  采用A類方法進(jìn)行評(píng)定，以20kN校準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際測(cè)試數(shù)值進(jìn)行不確定度評(píng)定。在相同測(cè)量條件下，連續(xù)10次對(duì)20kN點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試

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