主軸拉力計(jì)(論文)

利用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸拉力計(jì)自校準(zhǔn)方法的開(kāi)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(wú)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(wàn)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(guò)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(lái)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(jiàn)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(wú)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)構(gòu)形式及特點(diǎn)，利用現(xiàn)有電子萬(wàn)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(guò)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。模擬拉釘7：24錐體螺釘主軸拉力計(jì)模擬拉釘7：24錐體螺釘主軸拉力計(jì)連接體根據(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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)來(lái)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(wàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)，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(wàn)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4校準(zhǔn)環(huán)境條件環(huán)境要求：室溫為（20±5）°C，相對(duì)濕度不大于80%，溫度波動(dòng)應(yīng)不大于2°C/h。

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(jiàn)表1：表1準(zhǔn)確度級(jí)別及技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度級(jí)別1.02.03.04.05.0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(5(%)±1.0±2.0±3.0±4.0±5.0重復(fù)性R(%)1.02.03.04.05.0現(xiàn)場(chǎng)使用主軸拉力計(jì)為1.0級(jí)?；亓阏`差：Z(%)=二X100%r Fr平均值：X=-f(X)i3 jj=1示值相對(duì)誤差:5(%)=%廠Fix100%Fi重復(fù)性：R(%)= 1max— 1minx100%Xi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；X"—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;Xi—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；X.,X..—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。imaximin6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(wàn)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(guò)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)C=dm/dm=1C=dm/5Am=11 t r 2 t7.3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，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：

表2測(cè)試數(shù)據(jù)次數(shù)12345678910測(cè)量值Xi(kN)19.819.919.819.819.819.819.819.919.819.8測(cè)量平均值:1n測(cè)量平均值:X=工x=19.82kNn°i=i12.39NTn—112.39NTn—1標(biāo)準(zhǔn)差為數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：表2測(cè)試數(shù)據(jù)次數(shù)12345678910測(cè)量值Xi(kN)19.819.919.819.819.819.819.819.919.819.8十次測(cè)試平均值X.i19.82A.3.2輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度us采用B類評(píng)定。此標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度，采用B類方法評(píng)定萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，誤差概率服從均勻分布，覆蓋因子k^'3。35746.4x0.5%u— -— —標(biāo)準(zhǔn)不確定度s <3 103.19MPaA.3.3試驗(yàn)機(jī)示值變化引起的不確定度uf設(shè)在讀取試驗(yàn)機(jī)示值時(shí)，試驗(yàn)力保持時(shí)間為5秒內(nèi)，試驗(yàn)力最大變動(dòng)值A(chǔ)F為0.1%，采用B類方法評(píng)定，其誤差概率服從均勻分布，覆蓋因子uf—AF/』3=35746.4x0.1%M;，3=20.64NA.3.4百分表裝卡位置不同引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ubQJ/W71070—2010在校準(zhǔn)百分表式壓力計(jì)時(shí)，百分表任意1mm誤差為0.01mm，百分表對(duì)應(yīng)的壓力值360N,按正態(tài)分布，置信概率99%，覆蓋因子k=2.58 ub—360/2-58—139-5NA.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定表A.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度列表不確定度來(lái)源符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)不確定度值

（單位：N）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置重復(fù)性引入的不確定度up12.39輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度us103.19試驗(yàn)機(jī)示值變化引起的不確定度uf20.64百分表裝卡位置不同引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ub139.5，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:=*12.392+103.19=*12.392+103.192+20.642+139.52A.5擴(kuò)展不確定度的評(píng)定置信概率取95%,k95=2則擴(kuò)展不確定度U95=k95■uc=2X175-18=350-4NA.6測(cè)量不確定度報(bào)告本裝置校準(zhǔn)百分表式壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U95=3504"A.7結(jié)論被檢百分表式壓力計(jì)的允許誤差為：A=50X2.0%=1kN本裝置擴(kuò)展不確定度：U95~A/3滿足JJF1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示及JJF1033-2001計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范的要求。

A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uZ(X—xi)21=R —0.04kN(n-1)i=1、：2、3……10回零誤差帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u，均勻分布根據(jù)回零誤差結(jié)果判斷得出:2U2=0.03/氯=0.02kN零點(diǎn)漂移帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3，按均勻分布：U3=0.03M-'3=0.02kN示值分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U4：U4=0.29X0.1=0.029kN不同軸度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uu5=12-12v 500 -~05 ：5002+0?52溫度