王 琦

（哈爾濱量具刃具集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

HSK-A型刀柄綜合自動檢測儀的精度分析

王 琦

（哈爾濱量具刃具集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

由于HSK工具系統(tǒng)特有的結(jié)構(gòu)特征（包括雙面同步接觸、中空結(jié)構(gòu)、1∶10的錐度以及錐面嚴格的過盈量控制等），決定了其具有較高的精度和制造難度。因此，HSK工具系統(tǒng)對測量水平的要求也非常高。以HSK63A型錐柄及其安裝孔為例，通過對HSK空心短錐柄的結(jié)構(gòu)特征、HSK錐柄關鍵尺寸要求的分析研究，進而對綜合檢測儀的精度分析。

HSK工具系統(tǒng)；錐柄；錐孔；自動檢測儀；精度

1 HSK錐柄主要控制尺寸分析

在HSK工具系統(tǒng)中，刀柄錐部與機床主軸的配合質(zhì)量對其性能有很大的影響。需要合理的制定刀柄錐部與機床主軸的制造要求。HSK錐柄主要控制尺寸分析如下：

為便于HSK-A型刀柄錐部關鍵尺寸的測量和有效控制，以ISO12164-2∶2001標準為基礎，參照并結(jié)合DIN69893標準，通過錐度（1∶9.98）精確換算，特別給出刀柄錐部小端參考尺寸d3′和l3′及公差。HSK工具圓錐柄部的尺寸精度決定于兩個斷面的直徑尺寸及公差；如果在精加工后的l2和l2+l3′位置上，d2和d3′尺寸均符合標準要求，既表明圓錐的尺寸精度（1∶9.98錐度）及圓錐相對于端面的位置精度l2均合格。因此，HSK-A型刀柄錐部和主軸錐孔的主要控制尺寸如圖1和圖2所示。

圖1 HSK-A型刀柄錐部主要控制尺寸

2 HSK工具錐柄自動檢測儀精度分析

2.1 HSK工具錐柄自動檢測儀自動檢測儀精度分析

自動檢測儀主要由精密機械系統(tǒng)、錐柄各關鍵尺寸測量系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、計算機等。整個測量系統(tǒng)共分為三個部分：用于測量外徑尺寸的檢測裝置；用于測量內(nèi)徑尺寸的檢測裝置；用于測量主軸安裝孔內(nèi)型尺寸的檢測裝置等。

2.2 影響自動檢測儀精度的誤差源分析

圖2 HSK-A型刀柄主軸錐孔主要控制尺寸

在HSK工具錐柄自動檢測儀的測量方案中，影響儀器測量精度的主要誤差來源有以下5個方面：光柵系統(tǒng)誤差、阿貝誤差、測頭系統(tǒng)誤差、溫度誤差和其他誤差。

2.3 等作用原則的精度分析 依據(jù)上述分析結(jié)果，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和系統(tǒng)單軸測量精度的要求，結(jié)合現(xiàn)有高精度誤差修正方法和儀器，對自動檢測儀進行合理的精度分析。

由于R、T軸方向的測量范圍、結(jié)構(gòu)形式、誤差來源和精度要求相同，故兩個方向的精度設計方法相同。按照等作用原則和測量系統(tǒng)單軸測量精度0.001mm的要求，利用方和根法求得每個誤差源的測量誤差。

2.3.1 R、T軸方向的精度

（1）光柵系統(tǒng)誤差。主要是光柵示值誤差，雙頻激光干涉儀測量誤差為0.1μm，重復性為0.1μm，故光柵系統(tǒng)誤差為

（2）阿貝誤差。主要取決于導軌的俯仰角誤差和測量點到平面光柵的距離。R軸測量線至R軸光柵刻劃中心線的距離為80mm，工作臺表面至R軸光柵刻劃中心線的垂直距離為10mm。分離導軌俯仰角的光電自準直儀的精度為0.1″，重復性為0.1″，故阿貝誤差為

取δ2（X）=δ2（Y）=0.55μm

（3）測頭系統(tǒng)誤差。主要取決于測頭瞄準的重復性誤差，根據(jù)實際要求測頭瞄準的重復性誤差為0.5μm，穩(wěn)定性誤差為0.1μm，故測頭系統(tǒng)誤差為

取δ3（R）=δ3（T）=0.6μm

（4）溫度誤差。溫度誤差分布比較復雜，只能選擇合適的檢測儀材料和導軌結(jié)構(gòu)尺寸，控制溫度偏差來控制，根據(jù)實際要求溫控箱的溫度偏差為2℃；被測件與光柵尺的膨脹系數(shù)差不超過4×10-6/℃，溫度測量誤差不超過0.2℃，溫度測量分辨力0.02℃，故溫度誤差為

取δ4（R）=δ4（T）=0.16μm

其他誤差：這部分誤差一般難以修正，且有些是未知誤差源，故分配一個總體精度

δ4（R）=δ4（T）=0.5μm

根據(jù)上述精度設計結(jié)果，R、T軸的測量誤差為

2.3.2 Z軸方向的精度

Z方向精度與R、T軸方向類似。只是新增加了R、T軸導軌俯仰角引起的兩個誤差分量，可用光電自準直儀分離，但要求其測量精度不低于0.1″，重復性為0.1″，不確定分量為

取δ=7 nm，δ3（Z）=0.6μm，δ4（Z）=0.16μm根據(jù)上述精度設計結(jié)果，Z方向的測量誤差為

三個方向精度指標均符合要求。

以上HSK-A刀柄的主要關鍵尺寸以及自動檢測儀的精度的分析。

[1]王貴成，王樹林，董廣強.高速加工工具系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

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