主轴拉力计(论文)

利用电子万能试验机实现主轴拉力计自校准方法的开发计量理化中心接明、李姝摘要主轴拉力计是专用于测量主轴拉刀力的测量设备，由于该测量设备的特殊性，目前，省、市计量机构无法实现对该测量设备的检定，本文对此提出了利用电子万能试验机及专用校准装置实施自校准，阐述了自校准的原理、方法，通过试验证明该方法具有一定的可行性。关键词主轴拉力计；专用校准装置；自校准0引言立式铣镗、卧式铣镗、龙门铣镗、落地铣镗、车铣等系列数控产品的机床主轴锥孔大多为7:24锥度，主轴内的拉刀系统由一组碟簧组成，拉刀系统的拉力将刀具拉紧，使刀具与主轴紧密结合，根据机床自身的特点，每种产品的拉刀力大小不同。适宜的拉刀力将刀具拉紧后使刀具的锥柄与主轴锥孔紧密接触，刀具夹紧牢固，不松动，否则刀具夹紧不稳固影响加工精度，对于高精度零件的加工，特别是高精度的深孔加工，刀具的跳动，摆动对零件的加工影响就更大，因此，准确测量主轴拉刀力尤为重要。1概述主轴拉力计是用来测量锥度为7：24主轴拉力的测量装置，可以快速地测量机床主轴的拉刀力，目前园区内使用的主轴拉力计为SK系列，有数显和指针两种读数形式。（见图1、2）主轴拉力计的准确度直接影响主轴拉力测量的准确度，因此，主轴拉力计必须处于准确状态。作为测量设备必须进行周期检定，由于省、市计量检定机构无法实现对该测量设备的检定，计量理化中心根据园区内现场主轴拉力计使用的状况及主轴拉力计的结构形式及特点，利用现有电子万能试验机及设计专用校准装置实施自校准。图1指针式主轴拉力计 图2数显式主轴拉力计2校准原理我们现以SK50规格的主轴拉力计为基型设计专用校准装置，再通过设计连接附件实施对SK30、SK40等规格主轴拉力计的校准，校准原理如图3所示。模拟拉钉7：24锥体螺钉主轴拉力计模拟拉钉7：24锥体螺钉主轴拉力计连接体根据主轴拉力计工作原理，现设计一套如图3所示的专用校准装置，拉刀系统的拉力由电子万能试验机来完成，7:24锥体的锥孔模拟主轴轴孔，将主轴拉力计放入校准装置内，主轴拉力计的锥面与7:24锥体的锥孔紧密接触，模拟拉钉一端与试验机相联，另一端与主轴拉力计相联；按图3所示装好后，校准装置的两端分别与电子万能试验机的两端夹具相联如图4所示。启动计算机测试软件，按照不同规格的拉力计分别设置校准点，SK50的校准点由10KN开始校准，每增加2KN为一校准点。设定好校准点后，选择试验速度，试验机开始对拉力计施力，每到达一校准点同时读取试验机的数值与拉力计的数值并记录，所有校准点完成后，将试验机夹紧装置松开，调转180°重新装夹进行相同操作，每一方向操作反复进行10次，将10次测试数据统计后进行不确定度计算。3校准用标准器及辅助设备标准器：电子万能试验机型号：CMT5504测量范围：0.2kN〜50kN准确度等级：0.5级分辩力：1N。辅助设备：自制专用校准装置校准工作状态如图4所示4校准环境条件环境要求：室温为（20±5）°C，相对湿度不大于80%，温度波动应不大于2°C/h。

5计量性能根据JJG455—2000《工作测力仪》检定规程规定，主轴拉力计计量性能见表1：表1准确度级别及技术指标准确度级别1.02.03.04.05.0技术指标回零误差Zr(%)±0.5±1.0±1.5±2.0±2.5示值相对误差(5(%)±1.0±2.0±3.0±4.0±5.0重复性R(%)1.02.03.04.05.0现场使用主轴拉力计为1.0级。回零误差：Z(%)=二X100%r Fr平均值：X=-f(X)i3 jj=1示值相对误差:5(%)=%厂Fix100%Fi重复性：R(%)= 1max— 1minx100%Xi式中：X0、X0/—检定前及卸除标准力值后的拉力计零点示值；Fr—额定负荷；X"—在标准力Fi作用下，拉力计第i点、第j次测量的示值;Xi—在标准力Fi作用下，拉力计第i检定点的平均值Fi—检定点第i点的标准力；X.,X..—在标准力Fi作用下3次重复测量的最大与最小示值。imaximin6校准具体操作6.1设置校准拉力单位：KN；6.2将拉力计安装成工作状态，拉力计读数装置及试验机读数装置同时置零；6.3选择校准点，启动试验机沿拉力计受力轴线逐点递增标准力值，至各校准点，记录相应数值，全部校准点完成后，卸力，30秒后看拉力计是否回到零位，若不在零位，读取数值，计算回零误差，此操作反复进行3次，每次检定前均应将读数装置调至零位。7不确定度评定7.1概述7.1.1测量依据：JJG455—2000《工作测力仪》检定规程7.1.2测量标准：最大试验力50kN，准确度等级为0.5级的电子万能试验机7.1.3被测对象：测量范围0—75kN主轴拉力计7.1.4测量方法：将主轴拉力计通过校准装置与试验机相联后，试验机向拉力计施加拉力，到达校准点时，同时读取试验机示值与拉力计示值进行比较，得到拉力计示值误差。7.2灵敏度系数C=dm/dm=1C=dm/5Am=11 t r 2 t7.3测量标准不确定度的评定7.3.1测量标准装置重复性引入的不确定度采用A类方法进行评定，以20kN校准点实际测试数值进行不确定度评定。在相同测量条件下，连续10次对20kN点进行测试，数据见表2：

表2测试数据次数12345678910测量值Xi(kN)19.819.919.819.819.819.819.819.919.819.8测量平均值:1n测量平均值:X=工x=19.82kNn°i=i12.39NTn—112.39NTn—1标准差为数据见表2：表2测试数据次数12345678910测量值Xi(kN)19.819.919.819.819.819.819.819.919.819.8十次测试平均值X.i19.82A.3.2输入量的标准不确定度us采用B类评定。此标准不确定度来源于万能材料试验机准确度，采用B类方法评定万能材料试验机准确度等级为0.5级，误差概率服从均匀分布，覆盖因子k^'3。35746.4x0.5%u— -— —标准不确定度s <3 103.19MPaA.3.3试验机示值变化引起的不确定度uf设在读取试验机示值时，试验力保持时间为5秒内，试验力最大变动值AF为0.1%，采用B类方法评定，其误差概率服从均匀分布，覆盖因子uf—AF/』3=35746.4x0.1%M;，3=20.64NA.3.4百分表装卡位置不同引起的标准不确定度ubQJ/W71070—2010在校准百分表式压力计时，百分表任意1mm误差为0.01mm，百分表对应的压力值360N,按正态分布，置信概率99%，覆盖因子k=2.58 ub—360/2-58—139-5NA.4合成标准不确定度的评定表A.1标准不确定度列表不确定度来源符号标准不确定度值

（单位：N）测量标准装置重复性引入的不确定度up12.39输入量的标准不确定度us103.19试验机示值变化引起的不确定度uf20.64百分表装卡位置不同引起的标准不确定度ub139.5，则合成标准不确定度为:=*12.392+103.19=*12.392+103.192+20.642+139.52A.5扩展不确定度的评定置信概率取95%,k95=2则扩展不确定度U95=k95■uc=2X175-18=350-4NA.6测量不确定度报告本装置校准百分表式压力计测量结果的扩展不确定度为：U95=3504"A.7结论被检百分表式压力计的允许误差为：A=50X2.0%=1kN本装置扩展不确定度：U95~A/3满足JJF1059-1999测量不确定度评定与表示及JJF1033-2001计量标准考核规范的要求。

A类标准不确定度为:uZ(X—xi)21=R —0.04kN(n-1)i=1、：2、3……10回零误差带来的标准不确定度分量u，均匀分布根据回零误差结果判断得出:2U2=0.03/氯=0.02kN零点漂移带来的标准不确定度u3，按均匀分布：U3=0.03M-'3=0.02kN示值分辨力引起的标准不确定度分量U4：U4=0.29X0.1=0.029kN不同轴度引起的标准不确定度uu5=12-12v 500 -~05 ：5002+0・52温度