專利名稱：精密零件熱變形高精度測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱變形測試裝置，更確切地說是一種高精度測量精密機械零件熱變形量的專用裝置。
現(xiàn)有的熱變形測量方法和裝置種類很多，從原理上可分為機械式、光學式和電磁感應式三大類。這些測量方法及測量裝置都是用于材料線膨脹系數(shù)的測量，僅適合于測量細長桿件形體的熱變形，且精度不高，控溫及變溫的范圍寬、間隔大，不適合形體多樣、溫度變化范圍不大的精密機械零件熱變形的高精度測量。
本實用新型的目的是提供一種精密零件熱變形高精度測量裝置，能實現(xiàn)精密機械零件的可控溫、變溫的微變形的測量，能實現(xiàn)對常用精密機械零件在實際工作狀態(tài)時，零件形體多種尺寸參數(shù)熱變形量的高精度測量。
本實用新型的目的是由下述技術方案來實現(xiàn)的。
本實用新型的整體結構是由安裝在一個減振大平臺的五個部分組成。它們是測量部分、運動部分、瞄準定位部分、測控溫部分和試樣支持調(diào)整部分。
測量部分由激光頭、測量顯示器、分光鏡、靶鏡構成。激光頭和測量顯示器置于大平臺左端的支架上，激光頭有電纜與測量顯示器連接，靶鏡安裝在運動部分的外導軌的左端部，分光鏡安裝在外導軌座的左端部；激光頭與分光鏡和靶鏡在一條水平直線上。
運動部分由外導軌、外導軌座、微動調(diào)節(jié)裝置、可調(diào)支撐柱、減振支撐臺和減振支撐柱構成。微動調(diào)節(jié)裝置安裝在外導軌座的左端。外導軌座由三個可調(diào)支撐柱置于減振支撐臺上，減振支撐臺由減振支撐柱置于大平臺的中間。
瞄準定位部分由測頭、測桿、測桿座、轉(zhuǎn)換開關和電感測微儀構成。測頭裝在測桿的前端，并伸入到測控溫部分的恒溫箱箱體內(nèi)，測桿后端的測桿座和電感測微儀安裝在運動部分的外導軌的右端部。電感測微儀和裝在測桿座上的轉(zhuǎn)換開關有導線通過測桿內(nèi)部與前端測頭相連。
測控溫部分由恒溫箱、鉑電阻傳感器、測溫儀和控溫箱構成。恒溫箱和測溫儀置于大平臺的右端，控溫箱裝置在恒溫箱的箱體底部。
試樣支持與調(diào)整部分安裝在測控溫部分的恒溫箱內(nèi)。由工作臺、內(nèi)導軌、內(nèi)導軌座、齒輪傳動裝置和工作臺座構成。工作臺由三個可調(diào)螺釘置于內(nèi)導軌上，內(nèi)導軌座安裝在恒溫箱底部的工作臺座上。內(nèi)導軌下有齒條與內(nèi)導軌座間齒輪傳動裝置的齒輪相連接。
大平臺下面由8個水泥減振座支撐。
運動部分的外導軌座左端上的微動調(diào)節(jié)裝置，是由螺桿、彈簧和前座、后座構成。前座和后座固定在外導軌座上，螺桿旋合在后座上，前座和螺桿間有一根凸臺桿，并由彈簧撐張在其間，凸臺桿伸入外導軌左端內(nèi)，并與其采用活動鎖定連接。
測控溫部分的鉑電阻傳感器與測溫儀連接的接口電路是四線制電路。
試樣支持與調(diào)整部分的內(nèi)導軌座下的工作臺座是薄壁對稱空心座。
本實用新型的優(yōu)點是能實現(xiàn)多種參數(shù)如球體、桿件、圓環(huán)、圓柱、導軌等多種形狀的機械零件的熱變形測量；溫度控制范圍接近常溫，符合一般機械和儀器的工作溫度。變溫間隔小，測溫精度高，適合用于各種形體的小范圍、小間隔溫度點的高精度熱變形測量，測量精度在±1μm以內(nèi)。解決了傳統(tǒng)熱變形測量方法及裝置無法實現(xiàn)的測量問題。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。


圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
圖2是本實用新型的回轉(zhuǎn)體零件測量示意圖。
圖3是本實用新型的球體測量附件結構示意圖。
圖4是本實用新型的細長桿件測量附件結構示意圖。
圖5是本實用新型的測控溫部分的鉑電阻傳感器與測溫儀的四線制接口電路圖。
本實用新型的整體結構如圖1所示，是由測量部分I、運動部分II、瞄準定位部分III、測控溫部分IV和試樣支持與調(diào)整部分V組成的。這五個部分都安裝在一個底部下面由8個水泥減振座支撐的減振鑄鐵大平臺23上。
測量部分I由激光頭1、測量顯示器2、分光鏡4和靶鏡5構成。激光頭1、測量顯示器2置于大平臺23左端的支架39上，激光頭1有電纜與測量顯示器2連接，靶鏡5安裝在運動部分II的外導軌7的左端部，分光鏡4安裝在外導軌座6的左端部。激光頭1、分光鏡4和靶鏡5布置在一條水平直線上。
運動部分II由外導軌7、外導軌座6、微動調(diào)節(jié)裝置3、可調(diào)支撐柱36、減振支撐臺37和減振支撐柱38構成。本實施例的外導軌7、外導軌座6是采用萬能工具顯微鏡的導軌副組裝而成，外導軌7和外導軌座6間由滾柱30支承。它是用于本實用新型的X方向的精密測量，因此也常稱之為X向?qū)к壐?。外導軌?下面有三個用于調(diào)節(jié)高度和水平的可調(diào)螺釘作為可調(diào)支撐柱36，置于下面的減振支撐臺37上。減振支撐臺37下面還有三個減振支撐柱38置于鑄鐵大平臺23的中間位置。外導軌座6的左端部上，安裝有微動調(diào)節(jié)裝置3，用于測量過程中的微調(diào)。微動調(diào)節(jié)裝置3由螺桿35、彈簧32和前座31、后座34構成。前座31和后座34固定在外導軌座6上，螺桿35旋合在后座34上，前座31和螺桿35間有一根凸臺桿33，并由彈簧32撐張其間。凸臺桿33伸入到外導軌7的左端部內(nèi)部，并與其采用活動鎖定連接。亦即當外導軌7X方向較大距離運動后，與微動調(diào)節(jié)裝置3的凸臺桿33前端再連接鎖定。旋轉(zhuǎn)螺桿35，即可實現(xiàn)微動調(diào)節(jié)。
瞄準定位部分III由測頭14、測桿11，測桿座10、轉(zhuǎn)換開關9和電感測微儀8構成。測頭14裝在測桿11的前端，并伸入到測控溫部分IV的恒溫箱12的箱體內(nèi)，測桿11后端裝在測桿座10上。測桿座10和電感測微儀8安裝在運動部分II的外導軌7的右端部。測桿座10上裝有轉(zhuǎn)換開關9并有導線42通過測桿11內(nèi)部與前端測頭14上的轉(zhuǎn)換開關40相連接。電感測微儀8有導線41通過測桿11內(nèi)部與測頭14的測球相連。如圖2所示。
測控溫部分IV由恒溫箱12、鉑電阻傳感器16、測溫儀22和控溫箱21構成。恒溫箱12和測溫儀22置于鑄鐵大平臺23的右端，控溫箱21裝在恒溫箱12的箱體底部。本實用新型由恒溫箱12進行變溫、控溫，其控溫精度為±0.5℃，測溫精度為±0.2℃。為進一步提高測溫精度，還專門研制了一套高精度測溫裝置，即鉑電阻傳感器16和測溫儀22。將鉑電阻傳感器16直接插入被測試樣13內(nèi)部進行溫度測量，配以四線制接口電路，如圖5所示。接口電路與測溫儀22連接，直接顯示實時溫度值，并通過高精度標定和誤差修正。本實施例的測溫儀22是采用7151型數(shù)字萬用表，其測溫精度可達±0.05℃。
試樣支持與調(diào)整部分V安裝在測控溫部分IV的恒溫箱12內(nèi)，由工作臺15、內(nèi)導軌17、內(nèi)導軌座28、齒輪傳動裝置18和工作臺座20構成。工作臺15由三個可調(diào)螺釘26置于內(nèi)導軌17上，內(nèi)導軌17由滾珠27置于內(nèi)導軌座28上，內(nèi)導軌座28安裝在恒溫箱12底部的工作臺座20上。本實施例的內(nèi)導軌17和內(nèi)導軌座28，是采用大型工具顯微鏡的導軌副組裝而成，是用于本實用新型的y方向的精密測量，這是相對于本實用新型的外導軌副X方向而言的，故也常稱之為y向?qū)к壐?。?nèi)導軌座28和工作臺座20間，安裝有一個由齒輪25、齒輪軸29、手柄19等組裝而成的齒輪傳動裝置18，內(nèi)導軌17下面齒條座上裝有齒條24與齒轉(zhuǎn)傳動裝置18的齒輪25連接。工作臺15通過齒輪傳動裝置18伸到恒溫箱12箱體外的手柄19驅(qū)動，作y方向運動。工作臺15與y向?qū)к壐遍g的距離及相對位置，通過三個可調(diào)螺釘26來調(diào)節(jié)，以滿足工作臺15上的不同高度的被測試樣13的測量，以及調(diào)節(jié)被測試樣13的水平位置。為了減少溫度對工作臺15的影響，以及減少工作臺座20的熱容量，y向?qū)к壐毕旅娴墓ぷ髋_座20采用薄壁對稱空心結構。
下面對本實用新型的工作過程作一描述。
1.回轉(zhuǎn)體零件熱變形測量圖2所示是本實用新型的回轉(zhuǎn)體零件測量示意圖，是對圓環(huán)內(nèi)徑的測量。首先將被測圓環(huán)13固定在工作臺15上，調(diào)整工作臺15下面的三個可調(diào)螺釘26，使圓環(huán)13的被測截面與X向?qū)к?運動方向平行。第一次設定恒溫箱12的溫度為t1，并保溫2小時以上才開始測量。由X向?qū)к?運動使測桿11沿X向移動，經(jīng)換向開關9使電感測頭14的測球與圓環(huán)13內(nèi)壁左側接觸，通過工作臺15的y向移動找拐點A。此時，將電感測微儀8的指針對零，測量顯示器2置零。然后由換向開關9改變電感測頭14測球的測量方向，移動X向?qū)к?，使測頭14沿X方向移動與圓環(huán)13右側內(nèi)壁接觸；再移動y向?qū)к?7找拐點B，并通過X向?qū)к?的微動，即調(diào)節(jié)微動調(diào)節(jié)裝置3，使電感測微儀8的指針指零。記下測量顯示器2的顯示值，該值加上測球直徑即為第一次設定溫度t1狀態(tài)下的被測圓環(huán)13內(nèi)徑值d1。
第二次設定恒溫箱12的溫度t2，并保持2小時以上，重復上述過程得到在第二次設定溫度狀態(tài)下的圓環(huán)13的內(nèi)徑值d2。
兩次測量值之差值Δd＝d2-d1，即為溫度間隔Δt＝t1-t2對應的被測試樣圓環(huán)13內(nèi)徑的熱變形量。
2.球體熱變形測量圖3所示是本實用新型的球體熱變形測量附件結構示意圖。如果將試樣球體直接放在工作臺15上測量其直徑則非常困難，為此設計了一套球體固定專用附件，以用于測量球體直徑的熱變化量。如圖3中所示，將試樣球體13放置于附件的V形塊47上，及座測量面45和動塊測量面44之間，由彈簧46予以夾緊，使兩測量面與球體13有良好接觸，并調(diào)整兩測量面平行，且與X向?qū)к?運動方向垂直。通過測頭14分別與座測量面45和動塊測量面44的兩次定位瞄準，測頭14在X方向的移動量加上測球的直徑，即為試樣球體13的直徑。
3.細長桿件熱變形測量圖4中所示的細長桿熱變形測量附件，與圖3中球體的測量附件相類似，同樣是用于工作臺15上的專用測量附件。按國家標準，材料線膨脹系數(shù)測定的標準試件是長與直徑比為16∶1的細長桿件。為此，細長桿件測量附件與球體測量附件，僅是結構尺寸有所改變。如圖4中所示，被測試樣桿件13放置在V形塊47′上，并調(diào)整桿件13使其軸線與X向?qū)к?運動方向平行，且與座測量面45′和動塊測量面44′垂直，則兩測量面45′和44′的距離即為桿件13的長度，這種測量，即可測出細長桿件長度的熱變形量，亦可據(jù)此計算出桿件材料精確的線膨脹系數(shù)。
權利要求1.一種精密零件熱變形高精度測量裝置，是由測量部分、運動部分、瞄準定位部分、測控溫部分和試樣支持與調(diào)整部分組成的，其特征在于這五個部分都置于一個減振大平臺(23)上，測量部分(I)由激光頭(1)、測量顯示器(2)、分光鏡(4)、靶鏡(5)構成；激光頭(1)、測量顯示器(2)置于大平臺(23)左端的支架(39)上，靶鏡(5)安裝在運動部分(II)的外導軌(7)的左端部，分光鏡(4)安裝在外導軌座(6)的左端部；激光頭(1)分光鏡(4)和靶鏡(5)在一條水平直線上；運動部分(II)由外導軌(7)、外導軌座(6)、微動調(diào)節(jié)裝置(3)、可調(diào)支撐柱(36)、減振支撐臺(37)和減振支撐柱(38)構成；微動調(diào)節(jié)裝置(3)安裝在外導軌座(6)的左端部；外導軌座(6)由三個可調(diào)支撐柱(36)置于減振支撐臺(37)上，減振支撐臺(37)由三個減振支撐柱(38)置于大平臺(23)的中間；瞄準定位部分(III)由測頭(14)、測桿(11)、測桿座(10)、轉(zhuǎn)換開關(9)和電感測微儀(8)構成；測頭(14)裝在測桿(11)的前端，并伸入測控溫部分(IV)的恒溫箱(12)箱體內(nèi)，測桿(11)后端的測桿座(10)和電感測微儀(8)裝置在運動部分(II)的外導軌(7)的右端部；電感測微儀(8)和裝在測桿座(10)上的轉(zhuǎn)換開關(9)有導線(41、42)通過測桿(11)內(nèi)部與前端測頭(14)相連。測控溫部分(IV)由恒溫箱(12)、鉑電阻傳感器(16)、測溫儀(22)和控溫箱(21)構成；恒溫箱(12)和測溫儀(22)置于大平臺(23)的右端，控溫箱(21)裝置在恒溫箱(12)的箱體底部。試樣支持與調(diào)整部分(V)安裝在測控溫部分(IV)的恒溫箱(12)內(nèi)，由工作臺(15)、內(nèi)導軌(17)、內(nèi)導軌座(28)、齒輪傳動裝置(18)和工作臺座(20)構成；工作臺(15)由三個可調(diào)螺釘(26)置于內(nèi)導軌(17)上，內(nèi)導軌座(28)安裝在恒溫箱(12)底部的工作臺座(20)上，內(nèi)導軌(17)下有齒條(25)與內(nèi)導軌座(28)間齒輪傳動裝置(18)的齒輪(25)相連接。
2.按權利要求1所述的精密零件熱變形高精度測量裝置，其特征在于大平臺(23)下面由8個水泥減振座支撐。
3.按權利要求1所述的精密零件熱變形高精度測量裝置，其特征在于運動部分(II)的外導軌座(6)左端上的微動調(diào)節(jié)裝置(3)，是由螺桿(35)、彈簧(32)和前座(31)、后座(34)構成，前座(31)和后座(34)固定在外導軌座(6)上，螺桿(35)旋合在后座(34)上，前座(31)和螺桿(35)間有一根凸臺桿(33)，并由彈簧(32)撐張其間，凸臺桿(33)伸入到外導軌(7)左端內(nèi)部，并與其活動鎖定連接。
4.按權利要求1所述的精密零件熱變形高精度測量裝置，其特征在于測控溫部分(IV)的鉑電阻傳感器(16)與測溫儀(22)連接的接口電路是四線制電路。
5.按權利要求1所述的精密零件熱變形高精度測量裝置，其特征在于試樣支持與調(diào)整部分(V)的內(nèi)導軌座(28)下的工作臺座(20)是薄壁對稱空心座。
專利摘要一種精密零件熱變形高精度測量裝置,由置于減振大平臺上的五部分組成。測量部分由激光頭、測量顯示器、分光鏡、靶鏡構成;運動部分由X向?qū)к壐薄⑽诱{(diào)節(jié)裝置、減振支撐臺構成;瞄準定位部分由伸入恒溫箱中的測頭、測桿以及電感測微儀構成;測控溫部分由恒溫箱、鉑電阻傳感器、測溫儀、控溫箱構成;試樣支持與調(diào)整部分由恒溫箱中的工作臺、y向?qū)к壐奔褒X輪傳動裝置構成。本裝置能實現(xiàn)多種形體零件熱變形測量,精度高。
文檔編號G01B11/02GK2385310SQ9921168
公開日2000年6月28日 申請日期1999年6月4日 優(yōu)先權日1999年2月10日
發(fā)明者聶恒敬, 費業(yè)泰, 陳曉懷, 黃強先, 金施群, 劉文文 申請人:合肥工業(yè)大學