王 麗 王云富 揚(yáng) 莉 張 磊 田俊成

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 陜西咸陽712000；2.西安鳴士數(shù)控機(jī)床有限公司 陜西西安710077）

各型步距規(guī)溫度補(bǔ)償值應(yīng)用技術(shù)的研究

王 麗1王云富2揚(yáng) 莉2張 磊2田俊成2

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 陜西咸陽712000；2.西安鳴士數(shù)控機(jī)床有限公司 陜西西安710077）

針對步距規(guī)檢測數(shù)控機(jī)床中，因陶瓷與鋼質(zhì)材料熱膨脹系數(shù)不同對檢測精度的影響，近年來對步距規(guī)結(jié)構(gòu)、材料、性能、精度做了大量的實(shí)驗(yàn)與研究，推導(dǎo)出各型步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的通用計(jì)算公式，計(jì)算出各種節(jié)距的全陶瓷與半陶瓷步距規(guī)在不同溫度下的熱膨脹量補(bǔ)償值。檢測人員可直接應(yīng)用這些補(bǔ)償值，將極大的提高數(shù)控機(jī)床檢測精度與效率。

全陶瓷 半陶瓷 步距規(guī) 溫度補(bǔ)償值 應(yīng)用技術(shù)

1 步距規(guī)的用途

步距規(guī)主要用于檢測數(shù)控機(jī)床、數(shù)顯機(jī)床、三坐標(biāo)等測量儀器直線軸的定位精度和重復(fù)定位精度。

2 步距規(guī)的結(jié)構(gòu)

常用步距規(guī)的結(jié)構(gòu)分別由10 mm測量量塊和10 mm墊塊組合成，如圖1(a、b、c、d)所示這幾種形式。

圖1 常用步距規(guī)

3 步距規(guī)的材料

步距規(guī)按材料分為3種：（1）測量量塊采用陶瓷，墊塊采用鋼質(zhì)的“半陶瓷步距規(guī)”；（2）測量量塊和墊塊都用陶瓷的“全陶瓷步距規(guī)”；（3）測量量塊和墊塊都用鋼質(zhì)的“全鋼質(zhì)步距規(guī)”。常用的是第1種，其次為第2種，第3種用的很少。

4 步距規(guī)的使用現(xiàn)狀

步距規(guī)是由若干個(gè)10 mm量塊拼接而成的長度實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)，由于量塊的材料有陶瓷和鋼質(zhì)兩種，它們熱膨脹系數(shù)不同，在20℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度下使用時(shí)，對測量誤差的影響可忽略不計(jì)，因?yàn)椴骄嘁?guī)在制造、安裝、檢定時(shí)都在標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行。但在生產(chǎn)實(shí)踐中許多機(jī)床生產(chǎn)廠家都沒有標(biāo)準(zhǔn)的恒溫車間，尤其一些中小企業(yè)，都在自然溫度下進(jìn)行檢測，如冬天可能在5℃上下，夏天在35℃左右，常溫下的溫差可達(dá)?=35℃-5℃=30℃。即使經(jīng)足夠的時(shí)間等溫，產(chǎn)生的誤差也是不能忽略的。筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐溫，產(chǎn)生的誤差也是不能忽略的。筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)與存在的問題，分析計(jì)算出各種材料的步距規(guī)，在不同溫度下的補(bǔ)償量，以供相關(guān)人員應(yīng)用與參考。

5 步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的計(jì)算

近年來對步距規(guī)結(jié)構(gòu)、材料、性能、精度做了大量的實(shí)驗(yàn)與研究，推導(dǎo)出步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的通用計(jì)算公式（這里略去復(fù)雜的、推導(dǎo)、計(jì)算過程）計(jì)算出各種節(jié)距的陶瓷與鋼質(zhì)步距規(guī)在不同溫度下，熱膨脹量補(bǔ)償值列于表1、2、3，可供檢測人員直接應(yīng)用。

步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的通用公式：

式中：l為被測量的長度（mm）；K為陶瓷量塊與鋼質(zhì)量塊長度比值（全陶瓷步距規(guī)K=1、節(jié)距為30mm半陶瓷步距規(guī)K=1/3、節(jié)距為20mm半陶瓷步距規(guī)K=1/2）；為鋼質(zhì)材料膨脹系數(shù)與陶瓷材料熱膨脹系數(shù)αt的理論差值；為鋼質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)為11.5×10-6/℃；為陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)為×10-6/℃=2×10-6/℃；?為溫度變化量℃（與標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差值；大于20℃時(shí)?。枺∮?0℃時(shí)取－號）。

5.1 全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表

表1 全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償值（μm）

5.2 節(jié)距為30mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表

表1 全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償值（μm）

5.3 節(jié)距為20mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表

表3 節(jié)距為20mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表

6 步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的應(yīng)用

現(xiàn)以600mm全陶瓷步距規(guī)與節(jié)距為20m陶瓷步距規(guī)，在溫度為10℃與30℃時(shí)檢測數(shù)控機(jī)床為例，說明補(bǔ)償表的使用方法。

6.1 600mm全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償值的應(yīng)用

表4 600m全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表 測量溫度：10℃

表5 600m全陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表 測量溫度：30℃

6.2 600mm的半陶瓷步距規(guī)補(bǔ)償值的應(yīng)用

表6 節(jié)距為20mm的600mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表測量溫度10℃

表7 節(jié)距為20mm的600mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表測量溫度：30℃

表8 節(jié)距為20mm的600mm半陶瓷步距規(guī)溫度補(bǔ)償表測量溫度：10℃

7 結(jié)語

（1）由表4、5、6、7、8的舉例可以看出，用相同尺寸的步距規(guī)，測量相同的尺寸時(shí)，在不同的溫度下，測量值不同，補(bǔ)償值也不同,得出的結(jié)論也不同。

（2）表4與表7經(jīng)溫度補(bǔ)償后是合格的，而表5、表6經(jīng)溫度補(bǔ)償后仍不合格。也有測量值看起來合格，經(jīng)溫度補(bǔ)償后反而不合格（如表8所示）。

（3）文中所舉是幾個(gè)簡單的典型實(shí)例，在實(shí)際檢測中遇到得檢測數(shù)據(jù)是復(fù)雜多變的，通過以上分析可知，檢測后一定要先對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，達(dá)不到要求的才可以通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)床絲杠的螺距補(bǔ)償。

（4）為了說明問題簡單化，所舉實(shí)例的測量值只列出了單向測量數(shù)據(jù)，但實(shí)際測量中是要對正、反雙向都要進(jìn)行的。

注：陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目ZK13—42

[1] 國家工業(yè)和信息化部.機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10977‐2010〈步距規(guī)〉[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010,7.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1258‐2010〈步距規(guī)校準(zhǔn)規(guī)范〉[S].北京:中國計(jì)量出版社,2010,8.

[3] 田俊成等.步距規(guī)檢測數(shù)控機(jī)床直線軸的技術(shù)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2013,(7):112-114.

[4] 田俊成等.半陶瓷步距規(guī)熱膨脹系數(shù)的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2014,(1):126-129.