精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置及使用方法

本发明属于精密抛光芯轴加工，涉及一种精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置及使用方法，适用于在研磨工序中或研磨后对精密抛光芯轴外圆柱面的直径差进行高精度检测，以指导研磨工艺参数调整和加工质量评价。

背景技术：

1、精密抛光芯轴作为传动机构中的核心定位与传动部件，其外圆柱面的圆度和圆柱度精度直接影响研磨工件的加工质量、机床主轴的回转精度及加工效率。在航空航天、精密仪器、高端机械传动等领域，对精密抛光芯轴的外圆尺寸一致性要求极为苛刻。精密抛光芯轴各截面直径差可有效表征其锥度误差、母线直线度误差、鼓形或马鞍形误差以及波度误差，是评定精密抛光芯轴加工精度的重要指标。在精密抛光芯轴的加工流程中，如车削、磨削等机械加工工序可粗略保证轴体各截面的圆度，但圆柱度误差较难控制，容易出现比较大的锥度误差、母线直线度误差，而这些误差可以通过各截面的直径差来表征。若精密抛光芯轴的各截面的直径差呈线性递增或递减，则可以判断精密抛光芯轴存在锥度误差。若精密抛光芯轴各截面的直径差呈弧形变化，则可以判断精密抛光芯轴存在鼓形或马鞍型误差；若精密抛光芯轴各截面的直径差呈周期性变化，则可以判断精密抛光芯轴存在波度误差。这些误差的准确识别对于研磨抛光工序中的研磨去量、研磨力度和研磨位置具有直接的指导意义；通过精准测量精密抛光芯轴直径差得到精密抛光芯轴的外圆形貌，利用变径研具研磨抛光修正精密抛光芯轴的外圆圆柱度误差；改变变径研具的内孔锥度或者弧度研磨修正精密抛光芯轴存在锥度、鼓形、马鞍型误差或者波度误差。

2、因此，精准测量出精密抛光芯轴各截面的直径差，及不同相位的直径差，精准的直径差能准确表征精密抛光芯轴外圆柱面的单个截面和整体形状形貌，可为精密抛光芯轴的加工、机床调整提供基准和轴系装配提供参考。现有的电感测头分辨力可达1nm，精度可达0.1μm以下，具备精准测量精密抛光芯轴各截面直径差的能力，精密抛光芯轴各截面直径差能精准评定锥度和圆柱度等几何形状误差，能为后续的加工提供加工参考基准，精准控制加工位置和去量，适时选用更合适的加工方法，精准控制后续加工量。

3、由于精密抛光芯轴的各个截面直径大小直接影响其与轴承、套筒等配合部件的装配精度，截面直径差会导致装配间隙不均、运行时产生振动与噪音，加剧部件磨损，缩短装备整体使用寿命；同时，对于如精密磨床等高精度传动场景，截面直径差引发的精度缺陷会直接影响装备的传动效率与作业精度，无法满足高端装备的使用需求。

4、专利【cn121297763b】“一种热处理轴件圆度检测装置及检测方法” 该装置提供了一种热处理轴件圆度检测装置及检测方法，上探针升降浮动设置在基座的顶部，用于与轴件的周壁浮动接触以测得轴件的短径点位；上抵压件能够下降至抵压于轴件的短径点位的上方，以限制轴件上移；下探针升降浮动设置在基座上，用于与轴件的周壁浮动接触，以在轴件转动时检测轴件的长径点位并获取轴件的长轴长度与短轴长度的差值，有效减小检测误差，减少分离干扰项，简化计算路径，提升了检测结果的直观性和可靠性；但是该装置难以分离轴类零件自重变形误差和装夹变形误差。

5、专利【cn207188242u】“芯轴直径的自动化检测设备” 公开了一种芯轴直径的自动化检测设备，借助第一接料块、第二接料块及运料块的配合，取得了高效运输工件的有益效果。同时通过检测机构可以同时检测第一端轴和第二端轴的直径；但是该装置难以测量同一截面的不同位置的直径差。

6、专利【cn118513999a】“一种两点式支表检测圆度方法” 公开了一种两点式支表检测圆度方法，属于轧辊圆度检测领域，所述方法是在磨床的砂轮侧和砂轮对面侧分别安装千分表对磨削完成的轧辊进行圆度检测，对砂轮侧和砂轮对面侧测量得到的数据进行计算得出圆度数值；圆度数值检测包括两种方法：一是在轧辊砂轮侧打表检测、砂轮对面侧打表检测、再在砂轮侧打表检测确认、计算检测圆度值和圆度差值；二是在轧辊外圆上等分标记八个位置，在前四个位置处由砂轮侧进行打表并记录检测数据；在后四个位置处砂轮对面侧打表并记录检测数据；将相对位置处测得的数据相加，最大值减去最小值即为检测圆度值，计算圆度差值；但是难以保证双测头测量到轴类零件的最大直径处的数值。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术的精密抛光芯轴直径差检测装置无法避免精密抛光芯轴由于自重变形、弯曲变形或者装夹变形对测量直径差结果的影响，直径差检测装置无法解决高精度测量精密抛光芯轴外圆柱面各个截面及相同截面不同相位的直径误差，存在测量误差、适配性不足，无法及时准确测量精密抛光芯轴外圆各截面直径差，导致精密抛光芯轴加工精度不高等问题，提出了精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，包括：偏摆检查仪；所述偏摆检查仪的双顶尖之间装夹待测的精密抛光芯轴；偏摆检查仪的导轨面上设置有滑台；滑台上设置有rz微动平台；rz微动平台上设置有双头支架；双头支架上设置有双头支架滑槽；双头支架滑槽内螺纹连接设置有第一测头支架、第二测头支架，第一测头支架、第二测头支架上分别设置有第一电感测头、第二电感测头；

2、所述第一电感测头、第二电感测头同轴；精密抛光芯轴设置在第一电感测头、第二电感测头之间；精密抛光芯轴的轴线与第一电感测头、第二电感测头的同轴线相交。

3、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，所述第一测头支架为长方体结构，第一测头支架一端设置有用于安装第一电感测头的第一测头支架通孔，第一测头支架另一端的底部的第一测头支架安装面上设置有第一测头支架固定螺纹孔；第一测头支架一侧壁设置有第一测头支架锁紧通孔，第一测头支架另一侧壁设置有与对侧的第一测头支架锁紧通孔同轴的第一测头支架锁紧螺纹孔；第一测头支架顶部设置有第一测头支架锁紧槽；第一测头支架锁紧通孔、第一测头支架锁紧螺纹孔均与第一测头支架锁紧槽贯通；第一测头支架锁紧槽贯穿第一测头支架通孔；第一测头支架通孔的轴线与第一测头支架锁紧通孔的轴线垂直；所述第二测头支架的结构及形状均与第一测头支架相同；

4、所述第一测头支架、第二测头支架均与双头支架滑槽间隙配合。

5、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，所述滑台的截面为凹字型，滑台底部设置有与偏摆检查仪的导轨相匹配的滑台梯形槽；滑台上设置有若干用于将滑台固定在偏摆检查仪的导轨上的滑台连接孔；滑台上设置有若干用于将rz微动平台固定在滑台上的滑台螺纹孔。

6、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，所述双头支架的横截面为工字型；双头支架一侧为双头支架滑槽，双头支架滑槽的对侧设置有双头支架凹槽，双头支架上设置有两个贯穿双头支架滑槽与双头支架凹槽的双头支架槽孔。

7、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，双头支架采用铣削加工，加工后进行热处理，热处理后精磨双头支架底部的双头支架安装面。

8、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，所述rz微动平台包括安装圆台、升降套筒及转动套筒；升降套筒用于驱动安装圆台的垂直方向的升降，转动套筒用于改变安装圆台在水平面上绕安装圆台的中轴线转动的角度。

9、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，第一测头支架、第二测头支架采用一体成型铣削和线切割加工，加工后进行热处理，整体精加工后一分为二，从而使第一测头支架的第一测头支架通孔、第二测头支架的第二测头支架通孔同轴。

10、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，第一测头支架通孔的轴线与第一测头支架安装面的平行度≤2μm；

11、滑台梯形槽的底面的平面度≤5μm，滑台梯形槽两侧壁与偏摆检查仪的导轨侧壁紧密贴合。

12、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置，所述第一测头支架安装面与第二测头支架安装面共面，第一测头支架锁紧通孔、第二测头支架锁紧通孔的同轴线与第一测头支架安装面、第二测头支架安装面的平行度≤2μm；

13、双头支架滑槽槽底的平面度≤3μm，双头支架滑槽的滑槽底面与侧壁的垂直度≤2μm；

14、所述偏摆检查仪为双活动顶尖偏摆检查仪。

15、根据以上所述的精密抛光芯轴外圆柱面直径差高精度检测装置的使用方法，包括以下步骤：

16、步骤s1：将滑台螺纹固定连接在偏摆检查仪的导轨上；在滑台上螺纹固定连接rz微动平台；

17、将针规的两端分别安装在第一测头支架的第一测头支架通孔、第二测头支架的第二测头支架通孔内，使第一测头支架、第二测头支架的轴线同轴；

18、分别通过调节双头支架与第一测头支架、第二测头支架连接的测头支架固定螺钉，从而调整第一测头支架、第二测头支架之间的间距；

19、调整完成后，取下第一测头支架、第二测头支架上的针规；将第一电感测头、第二电感测头分别安装到第一测头支架的第一测头支架通孔、第二测头支架的第二测头支架通孔内；

20、在rz微动平台的安装圆台上螺纹固定连接双头支架；

21、在双头支架的两个双头支架滑槽内分别螺纹固定连接第一测头支架、第二测头支架；

22、将精密抛光芯轴安装到偏摆检查仪的双顶尖上；

23、步骤s2：调节升降套筒改变rz微动平台的垂直方向的高度，从而改变第一电感测头、第二电感测头的同轴线与精密抛光芯轴的轴线之间的位置，使rz微动平台上下移动搜寻精密抛光芯轴的最大直径处，通过rz微动平台高度方向单向向上或者向下的升降运动找到第一电感测头、第二电感测头相加数值的最大值，从而使第一电感测头、第二电感测头的同轴线与精密抛光芯轴的轴线相交；

24、调节转动套筒改变rz微动平台的角度，从而改变第一电感测头、第二电感测头的同轴线与精密抛光芯轴的轴线之间的角度，使rz微动平台在水平面内转动搜寻精密抛光芯轴的最大直径处，通过单向转动找到第一电感测头、第二电感测头的相加数值最小值，从而使第一电感测头、第二电感测头的同轴线与精密抛光芯轴的轴线垂直；

25、通过重复操作上述步骤以减少找正精密抛光芯轴的外圆柱面最大直径处的误差；保持第一电感测头、第二电感测头的位置和精密抛光芯轴的位置不变，移动滑台，记录精密抛光芯轴轴向方向不同位置的第一电感测头、第二电感测头测得值的相加数据；转动精密抛光芯轴，再次测量并记录精密抛光芯轴相同轴向位置的截面的第一电感测头、第二电感测头的相加数据；将精密抛光芯轴相同位置的截面的第一电感测头、第二电感测头测得的各组相加测量数据取平均，比较各截面测量数据的平均值，绘制精密抛光芯轴的外圆柱面直径差值图，用于分析精密抛光芯轴的锥度、母线直线度精度指标；并根据分析结果调整研磨加工参数；利用研具研磨精密抛光芯轴的外圆直径大的位置，改变研具和研磨剂与精密抛光芯轴之间的研磨力度、研磨时间以及研磨次数，从而研磨修正精密抛光芯轴的各个截面直径差，精准定位研磨完成后精密抛光芯轴的外圆柱面直径差≤0.1μm。

26、本发明的有益效果在于：

27、1.消除轴类零件变形与偏心误差，大幅提高测量精度。现有技术的检测装置难以分离轴类零件自重变形误差和装夹变形误差。本发明利用双测头对径同轴测量原理，第一电感测头与第二电感测头分置于精密抛光芯轴两侧对径测量。当轴类零件存在自重变形、弯曲变形或偏心时，一侧测头的测量数据会变大或变小，另一侧测头的测量数据则产生相反的变化趋势。将两个测头的测量数据相加后，变形和偏心导致的误差相互抵消。相比单测头测量方案，本发明的双测头相加数据处理方法能从原理上消除上述误差源，确保测量结果真实反映轴类零件外圆柱面的直径差，测量精度显著优于现有技术。

28、2.实现轴类零件最大直径处的精确定位，保证测量数据的有效性。现有技术的两点式支表检测圆度方法难以保证双测头测量到轴类零件的最大直径处。本发明通过rz微动平台的升降套筒调节垂直方向高度、转动套筒调节水平面内角度，使双测头在轴向和径向两个维度上精确搜寻精密抛光芯轴的最大直径处。通过单向移动找到双测头相加数值的最大值使同轴线与精密抛光芯轴轴线相交，通过单向转动找到相加数值最小值使同轴线与精密抛光芯轴轴线垂直，重复操作减少找正位置误差。该寻位策略确保了测量始终在轴类零件径向最大外径处进行，从根本上保证了直径差测量数据的有效性和可靠性。

29、3.适应不同直径和长度的轴类零件，通用性强。现有直径差检测装置存在适配性不足的问题。本发明通过双头支架上设置的双头支架滑槽与第一测头支架、第二测头支架间隙配合，并借助测头支架固定螺钉调节两个测头支架之间的间距。针对不同直径的精密抛光芯轴，可先使用针规调整并确保第一测头支架通孔与第二测头支架通孔同轴，再安装电感测头进行测量。同时，滑台可在偏摆检查仪的导轨上自由移动，配合双顶尖装夹不同长度的轴类零件。该结构设计使装置能够测量不同直径和长度的轴类零件外圆柱面的不同位置截面和不同相位直径差值，通用性显著优于现有专用于单一规格的检测装置。

30、4.操作简便，测量工序简化，提升检测效率。现有技术中的轴类零件形位误差检测往往需要复杂的数据处理和多次装夹。本发明仅需将精密抛光芯轴安装于偏摆检查仪的双顶尖上，通过rz微动平台完成一次找正后，移动滑台即可测量轴向不同位置的截面直径差，转动精密抛光芯轴即可测量相同截面不同相位的直径差。两个电感测头的测量数据直接相加即可得到该截面的直径值，无需进行繁琐的数据分离和误差补偿计算。整个测量过程仅需一次装夹即可完成多截面、多相位的直径差测量，大幅简化了操作工序，提升了检测效率。

31、5.滑台运动精度不影响测量结果，降低设备制造成本。现有技术中，导轨直线进给误差会直接影响直径与圆柱度的检测精度。本发明采用双测头对径测量数据相加的原理，第一电感测头与第二电感测头同时对径测量精密抛光芯轴的外圆柱面。当滑台沿偏摆检查仪的导轨移动时，即使导轨存在直线度误差导致滑台发生微小偏移，该偏移量对两个测头的影响方向相反——一侧测头的读数增大而另一侧减小，相加后偏移误差被相互抵消。因此，滑台的运动精度不直接影响轴类零件直径差的测量结果。这一特性降低了对偏摆检查仪导轨精度的依赖，从而降低了整套装置的制造成本，同时保证了高精度的测量效果。

32、6.检测结果可直接指导研磨抛光加工工艺优化。本发明获得的精密抛光芯轴外圆柱面各截面和各相位的直径差数据，能够准确反映锥度误差、母线直线度误差及波度误差等研磨抛光加工中常见的形状误差。测量结果可作为研磨参数调整的直接依据，例如：根据锥度误差的方向和大小调整研具研磨时间和位置；根据母线直线度误差判断研磨方法是否合适；根据截面直径差的均匀性评估研磨力度是否合理。通过将检测结果反馈至研磨抛光加工环节，可实现研磨过程的闭环质量控制，有效提升研磨加工精度和产品合格率。