JJF 1410-2013丝杠动态行程测量仪校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 1 02 0 1 3丝杠动态行程测量仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rD y n a m i c a l S c r e wT r a v e lT e s t e r s 2 0 1 3-0 5-1 3发布2 0 1 3-1 1-1 3实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布丝杠动态行程测量仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rD yn a m i c a l S c r e wT r a v e lT e s t e r sJ J F1 4 1 02 0 1 3代替J J G6 7 11 9 9 0 归 口 单 位:全国几何量长度计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院北京机床研究所 参加起草单位:山东博特精工股份有限公司安阳鑫盛机床股份有限公司南京工艺装造制造有限公司大连高金数控集团有限公司 本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释J J F1 4 1 02 0 1 3本规范主要起草人:王为农(中国计量科学研究院)焦 洁(北京机床研究所)参加起草人:朱继生(山东博特精工股份有限公司)李运生(安阳鑫盛机床股份有限公司)黄育全(南京工艺装备制造有限公司)钱永芬(南京工艺装备制造有限公司)赵顺利(大连高金数控集团有限公司)J J F1 4 1 02 0 1 3目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)3.1 目标行程ls(1)3.2 实际平均行程lm(1)3.3 有效行程lu(1)3.4 实际平均行程偏差e0 a或es a(1)3.5 行程变动量V(1)4 概述(1)5 计量特性(3)5.1 旋转头架对顶尖的回转误差(3)5.2 测头架运动的直线度(3)5.3 头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度(3)5.4 尾架运动方向对测头架运动方向的平行度(3)5.5 行程示值误差(3)5.6 综合测量的复现性(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准用仪器设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 一般性检查(4)7.2 校准项目与方法(4)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(8)附录A 不确定度分析示例(9)附录B 滚珠丝杠副行程偏差和变动量表(1 1)J J F1 4 1 02 0 1 3引 言 本规范主要依据标准是G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 8e q vI S O3 4 0 8-3:1 9 9 2 滚珠丝杠副 第1部分:术语和符号、G B/T1 7 5 8 7.31 9 9 8e q vI S O3 4 0 8-3:1 9 9 2 滚珠丝杠副 第3部分:验收条件和验收检验。本规范为修订,代替J J G6 7 11 9 9 0 丝杠动态测量仪。从丝杠行程动态测量仪的原理和功能出发,重新规定了计量特性组合,包括:测头架运动直线度代替了工作台移动时在水平面和垂直面的直线度;测头架运动对头架/尾架顶尖连线的平行度由头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度和尾架运动方向对测头架运动方向的平行度2项计量特性组成,代替了头架主轴锥孔中心线和尾架套筒锥孔中心线对工作台移动导轨的距离相差值、头架主轴锥孔中心线与工作台移动方向的平行度、尾架套筒锥孔中心线与工作台移动方向的平行度等;行程示值误差代替了工作台移动时绕x轴、y轴和z轴的摆动;综合测量的复现性代替了一次安装多次测量重复性和多次安装测量重复性。标准器和校准方法也进行了相应的调整。J J G6 7 11 9 9 0为首次发布。J J F1 4 1 02 0 1 3丝杠动态行程测量仪校准规范1 范围本规范适用于丝杠动态行程测量仪的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J F1 0 7 1 国家计量校准规范编写规则G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 8e q vI S O3 4 0 8-1:1 9 9 1 滚珠丝杠副 第1部分:术语和符号G B/T1 7 5 8 7.31 9 9 8e q vI S O3 4 0 8-3:1 9 9 2滚珠丝杠副 第3部分:验收条件和验收检验凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规则;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括修改单)适用于本规则。3 术语G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 8界定的术语和定义适用于本规范。3.1 目标行程ls s p e c i f i e dt r a v e l【G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 83.2.4.5】目标导程与旋转圈数的乘积。注:有时目标行程可由公称行程和行程补偿值表示。3.2 实际平均行程lm a c t u a lm e a nt r a v e l【G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 83.2.4.7】对实际行程具有最小直线度偏差的直线。3.3 有效行程lu u s e f u l t r a v e l【G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 83.2.4.8】有指定精度要求的行程部分(即行程加上滚珠螺母体的长度)。3.4 实际平均行程偏差e0 a或es a a c t u a lm e a nt r a v e l d e v i a t i o ne0 ao res a【G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 83.2.5.3】在有效行程内,实际平均行程lm与公称行程l0之差,或者实际平均行程lm与目标行程ls之差。3.5 行程变动量V t r a v e l v a r i a t i o n【G B/T1 7 5 8 7.11 9 9 83.2.6】平行于实际平均行程lm且包容实际行程曲线的带宽值。注:已经规定的行程变动量有:2 弧度行程与带宽值V2 相对应;3 0 0mm行程与带宽值V3 0 0相对应;有效行程与带宽值Vu相对应。注:以上带宽有允许带宽(符号是“p”)与实际带宽(符号“a”)之区别。例如:3 0 0mm长度内行程允许带宽为V3 0 0 p;有效行程内的实际带宽为Vu a。4 概述丝杠动态行程测量仪(以下简称丝杠测量仪)是测量丝杠行程质量的设备,测量丝1J J F1 4 1 02 0 1 3杠(副)的行程偏差e0 a或es a、行程变动量Vu a、V3 0 0 a、V2 a等参数。图1所示,丝杠测量仪由床身1,主轴箱2,测头架4,激光干涉仪1 0,尾架9,操作台1 1等组成,必要时配备丝杠支承8。床身1上的主导轨为测头架提供导向和支撑,副导轨为尾架提供导向和锁紧。图1 仪器的组成丝杠测量仪的工作原理如下(图2):利用顶尖孔将被测丝杠3安装在主轴箱与尾架的顶尖之间,由主轴箱中的动力带动旋转。载有测头的测头架沿主导轨运动,尾架在副导轨上固定或移动。测量丝杠副综合行程误差时,螺母通过螺母夹具与测头架刚性连接,旋转的丝杠通过螺母驱动测头架作轴向运动。测量丝杠导程误差时,测头架4上的带动测头1 2放在被测丝杠的螺旋槽内(见图3),旋转的丝杠通过带动测头1 2驱动测头架作轴向运动。主轴箱内安装的角度编码器测量丝杠的旋转角度,激光干涉仪测量测头架的位移。计算丝杠转角值及测头架的位移量,得到被测丝杠副行程误差或丝杠导程误差。图2 丝杠测量仪工作原理2J J F1 4 1 02 0 1 3图3 测头架工作原理5 计量特性5.1 旋转头架对顶尖的回转误差5.2 测头架运动的直线度5.3 头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度5.4 尾架运动方向对测头架运动方向的平行度5.5 行程示值误差5.6 综合测量的复现性6 校准条件6.1 环境条件环境温度、梯度及其稳定性,以及环境湿度、气压等,均对校准的不确定度产生明显的影响,应进行控制,并在校准结果的测量不确定度中给予考虑。6.2 校准用仪器设备校准用仪器设备见表1。表1 校准用仪器设备校准项目校准用仪器设备旋转头架对顶尖的回转误差杠杆千分表测头架运动的直线度标准激光干涉仪及其直线度附件头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度圆柱检验棒,杠杆千分表尾架运动方向对测头架运动方向的平行度锥柄圆柱检验棒,杠杆千分表行程示值误差标准激光干涉仪及其长度附件综合测量的复现性标准丝杠(副)3J J F1 4 1 02 0 1 3 标准丝杠(副)的长度L一般应不小于测量仪最大装夹长度的1/3,丝杠外径一般采用最大测量外径的1/32/3。滚珠丝杠副经过充分跑合,预紧转矩检验符合G B/T1 7 5 8 7.31 9 9 8要求,精度等级优于P 3级。7 校准项目和校准方法7.1 一般性检查7.1.1 外观及相互作用检查丝杠测量仪不应有影响计量特性的各种外观缺陷。丝杠测量仪的定位、锁紧部分应可靠,各活动部分的移动和转动应平稳,不允许有卡滞或松动现象,限位开关功能可靠。7.1.2 通电检查按使用说明书的规定启动丝杠测量仪,各种示值显示正常。7.2 校准项目与方法7.2.1 旋转头架对顶尖的回转误差如图4所示,在头架拨盘上用专用表架固定杠杆千分表,使其测头与顶尖锥面的母线接触。旋转拨盘,从正反两个方向进行检测。以单方向旋转中,杠杆千分表示值变化的最大值作为校准结果。图4 旋转头架对顶尖的回转误差测量7.2.2 测头架运动的直线度图5 测头架运动的直线度如图5所示,利用标准激光干涉仪测量测头架运动的直线度。根据测量导轨长度选择直线度附件。直线度反射镜和标准激光干涉仪分别安放在床身的两端,根据测量方向(水平或垂直方向)进行设置;调整光轴与测头架运动方向平行,并与直线度反射镜中点相交。在测头架上安装直线度干涉镜。具体操作按照激光干4J J F1 4 1 02 0 1 3涉仪的使用手册进行。在测头架的移动范围内均匀分布测量点,测量点总数不少于1 1个,相邻点间距离不超过圆柱检验棒的有效长度。以最小二乘法计算直线度。7.2.3 头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度图6 头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度测量如图6所示,在头架顶尖和尾架顶尖之间装夹圆柱检验棒,在测头架上安装杠杆千分表,使杠杆千分表测头分别与圆柱检验棒的上母线a1和侧母线b1接触。移动测头架,在圆柱检验棒母线全长上均匀分布1 0个间隔进行采样,读取杠杆千分表示值a1i,b1i。圆柱检验棒绕头架/尾架顶尖连线旋转1 8 0,使杠杆千分表测头分别与圆柱检验棒的下母线a2和侧母线b2接触。移动测头架,在圆柱检验棒母线全长上均匀分布1 0个间隔采样(位置与a1i,b1i相同),读取杠杆千分表示值a2i,b2i。ai=(a1i-a2i)/2bi=(b1i-b2i)/2ai,bi的最大值与最小值之差即为头架/尾架顶尖连线与主导轨在垂直方向和水平方向的平行度。7.2.4 尾架运动方向对测头架运动方向的平行度如图7所示,在尾架顶尖套锥孔中安装锥柄圆柱检验棒,将尾架锁紧在靠近头架位置。测头架上安装杠杆千分表,杠杆千分表测头与锥柄圆柱检验棒的上母线a接触。测头架沿导轨移动,使杠杆千分表到达检验棒根部B处,杠杆千分表置零。移动尾架,使杠杆千分表到达A点,锁紧尾架。测头架沿导轨移动,使杠杆千分表到达检验棒根部B处,读取并记录杠杆千分表的示值,填入表2。重复上述过程,至导轨全长。尾架在全长范围内移动至少1 0个距离。同样方法,杠杆千分表测头与锥柄圆柱检验棒的侧母线b接触,测量尾架运动方向对测头架运动在水平方向的平行度。分别计算上母线和侧母线测量数据中的最大值与最小值之差,作为尾架运动方向对测头架运动方向的平行度。5J J F1 4 1 02 0 1 3图7 尾架运动方向对测头架运动方向的平行度测量表2 数据记录表测量点间距:mm测量点序号上母线a侧母线b123平行度7.2.5 行程示值误差如图8所示,标准激光干涉仪测量线设置在顶尖连线位置,丝杠测量仪的激光测量线设在两个位置进行:1)到丝杠测量仪顶尖连线距离5 0mm处。2)到丝杠测量仪顶尖连线距离1 5 0mm处。利用丝杠测量仪上显示的测头架位移量yti与激光干涉仪的示值yri比较,获得行程示值误差。图8 行程示值误差测量6J J F1 4 1 02 0 1 3测头架置于靠近主轴箱的位置,两套激光干涉仪同时清零。在测头架的移动范围内均匀分布测量点,测量点总数不少于1 1个,相邻点间距离不超过1 0 0mm,在各点读取并记录丝杠测量仪和激光干涉仪示值,直至全长,如表3所示。表3 数据记录表测量点间距:mm到丝杠测量仪顶尖连线距离:mm测量点序号i测量仪示值yti标准激光干涉仪示值yri示值误差yi123回零误差 按照公式(1)计算行程示值误差:yi=yti-yri(1)式中:yti 第i点丝杠测量仪的示值,mm;yri 第i点标准激光干涉仪的示值,mm;yi 第i点行程示值误差,m。测头架回到起始点,丝杠测量仪和标准激光干涉仪的示值之差为回零误差。当回零误差过大时,需要重新测量行程示值误差。7.2.6 综合测量的复现性将标准丝杠(副)安装在丝杠测量仪上,测量丝杠(副)的2 弧度内行程变动量V2 a、任意3 0 0mm轴向行程内行程变动量V3 0 0 a、有效行程lu内行程变动量Vu a和有效行程lu内的平均行程偏差e0 a或es a。第一次安装后,进行2次测量。丝杠转位9 0,重新安装,再进行2次测量。对4次测量结果中相应考核长度的值进行比较,取其最大值与最小值之差作为校准结果。如表4所示。表4 综合测量的复现性单位:m测量位置测量序号V2 aV3 0 0 aVu ae0 a或es a初始位置12旋转9 0 位置34最大值与最小值之差7J J F1 4 1 02 0 1 38 校准结果表达校准证书应符合J J F1 0 7 12 0 1 0中5.1 2的要求。校准证书中的校准结果及其测量不确定度部分,应给出校准获得的结果,包括:旋转头架对顶尖的回转误差及其不确定度;测头架运动的直线度及其不确定度;头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度及其不确定度;尾架运动方向对测头架运动方向的平行度及其不确定度;行程示值误差及其不确定度;综合测量的复现性。9 复校时间间隔丝杠测量仪复校时间间隔的长短是由仪器本身的质量、使用情况和使用环境等诸因素所决定的。因此,送校单位应根据实际情况自主决定复校时间间隔。在一个复校时间间隔内,仪器所有者应定期用校验丝杠进行期间核查。8J J F1 4 1 02 0 1 3附录A 不确定度分析示例A.1 旋转头架对顶尖的回转误差测量的不确定度校准方法执行7.2.1。校准条件:杠杆千分表分度值1m,当示值变动小于1 0m时,杠杆千分表的最大允许误差0.5m。测量过程中,不确定度主要由杠杆千分表示值误差引入。U=0.5m,k=2A.2 测头架运动直线度测量的不确定度校准方法执行7.2.2。校准条件:利用合格的激光干涉仪及直线度附件进行测量。设:测量范围M=5m,直线度优于A=2 0m根据激光干涉仪的准确度指标,测量5m,调整到最佳情况时,最大允许误差为:U=MP E=(5+0.0 2 5A+0.0 1 5M2)m=(5+0.5+0.3 7 5)m6m,k=2A.3 头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度测量的不确定度校准方法执行7.2.3。校准条件:圆柱检验棒直径5 0mm、长度5 0 0mm,母线直线度小于2m,但任意1 0mm范围内的直线度小于0.2m;圆跳动小于2m,任意1 0 范围内半径变化小于0.2m。杠杆千分表分度值1m,当示值变动小于1 0m时,杠杆千分表的最大允许误差0.5m。设:圆柱检验棒的直线度、圆跳动和杠杆千分表的示值误差服从均匀分布。圆跳动引入的不确定度有2次影响,相互独立。头架/尾架顶尖连线与主导轨的平行度的测量不确定度:u2P=u2e 1+u2e 2+u2s+u2r 1+u2r 2其中:ue 1,ue 2是2次读数时杠杆千分表的示值误差引入的不确定度,ue 1=ue 2ur 1,ur 2是圆柱检验棒两端圆度引入的不确定度,ur 1=ur 2u2P=2u2e+u2s+2u2r表A.1 测头架运动与主导轨的平行度测量不确定度分量表序号名称符号影响因子不确定度分量m1直线度us10.32圆跳动ur1.40.63杠杆千分表的示值误差ue1.40.3合成标准不确定度uc0.9 99J J F1 4 1 02 0 1 3U=2.0m,k=2A.4 尾架运动方向对测头架运动方向平行度测量的不确定度测量按照7.2.4执行。校准条件:锥柄圆柱检验棒长度5 0 0mm,直线度小于0.5m,圆跳动小于1m。杠杆千分表分度值1m,当示值变动小于1 0m时,杠杆千分表的最大允许误差0.5m。测量过程中,杠杆千分表与检验棒保持接触在同一位置,不确定度主要由杠杆千分表示值误差引入。测量需要2次读数,因此:U=0.7m,k=2A.5 行程示值误差测量的不确定度校准方法执行7.2.5。校准条件:采用激光干涉仪,校准证书显示符合MP EE=(0.1m+11 0-6L)。测量范围5m,引入不确定度U=MP EE=5.1m,k=2。当环境温度均匀性和波动范围超出激光干涉仪的使用范围时,应进一步考虑其不确定度。01J J F1 4 1 02 0 1 3书 书 书?11J J F1 4 1 02 0 1 3书 书 书?21J J F1 4 1 02 0 1 3书 书 书?J J F1 4 1 02 0 1 3