钳工用数显精密标点器研究

张雷 杨昭 王铁峰 王震宇

摘要：介绍了钳工用数显式精密标点器组成及原理。利用光电位移检测技术确定标点头的位置，并通过标点头上的钻头对点位置标记，后续加工过程中直接对标记点进行扩孔加工。通过该装置，可使钳工钻孔及配孔定位精度达到0.01mm，并提高生产效率。

关键词：钳工划线 标点器 三维调整架

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0052-02

传统钳工划线工具多采用高度尺标记交叉线，再结合样冲确定点的位置，钻孔时钻头对准样冲标记位置。传统方法孔的位置精度一般不优于0.1mm。目前，市场上各类数显高度尺，卡尺等量具品种较多，但各类产品除数显读数功能外，在其划线刃具方面并未做过多扩展，使用功能受限。本文研究的钳工用数显式精密标点器，可实现对现有高度尺功能进行扩展，对孔位精确标记，并为后续钻削加工出定位孔，提高钳工加工孔位置精度。

1 设备组成及工作原理

1.1设备组成

数显式钳工标点器如图1所示，可实现标点范围为300mm×300mm，标点精度为0.01mm。如图1所示，该系统由底座1、垂直升降柱2、垂直调整手轮3、垂直微调装置4、横臂5、标点装置6、水平调整手轮7、水平微调装置8和标点切削头9组成。垂直升降柱内设计有螺旋传动装置，用于实现横臂的垂直升降，同时，升降柱内安装有可用于垂直方向位移计量的光栅位移测量传感器。垂直微调装置可对横臂垂直方向进行微量调整，用于实现标点装置6在垂直方向的精确定位，横臂内的结构与垂直柱结构相同，可实现标点装置6在水平方向的微量调整。设备中标点装置的位置可由图2所示的液晶显示器显示，设备具有基准设置功能，同时可以给出给出标点装置的绝对位置和相对位置。

1.2标点装置设计

如图3所示，设备中的标点装置可单独使用也可用于配孔加工，加工过程中，调整定位箍安装在已加工的孔中，其外径可在一定范围内进行调整；标点装置安装在调整定位箍孔内，可保证标点装置的轴线与已加工孔轴线由较高的同轴度。安装定位后，对待加工工件进行标点加工，可实现较高的位置精度。标点装置采用多级齿轮传动，将手动推杆的直线运动转换为切削刀具的高速回转运动，并根据被切削材料采用工具钢、高速钢、硬质合金等切削刀具。

2 精度分析

2.1作用力引起的误差

由于仪器的标点装置在使用过程中的移动，使仪器结构件（基座和支架等）的受力大小和受力点的位置发生变化，从而引起仪器结构件的变形，在标点头定位过程中引起定位误差。设计横臂的等截面梁为

a×b=15mm×30mm，长度为=300mm，标点加工时接触力为=200N。当标点头在最外端时，横臂上A点的挠曲变形及截面转角分别由接触力（如图4（a））、横臂自重q（如图4（b））和他们共同作用引起的弯曲力矩（如图4（c））的共同作用所引起，经计算分别为：

同理，测头部件处在横臂最里端B点时，mm，则横臂上B点的挠曲变形和截面转角经计算分别为：mm

则测头部件从B点移到A点时，在垂直方向上由里变形引起的测量误差为：mm

在水平方向上，引起的变形误差为：，因式中、较小，该值可忽略不计。

2.2导轨直线度误差

导轨直线度误差由于我们采用SSR15XW型导轨，通过查表知此导轨产生的平行度误差为=0.0005mm。

2.3光栅尺与导轨平行度误差

该误差由光栅尺与导轨安装及运行时的平行度误差引起。设mm，，300.000013mm

2.4光栅尺测量误差

本装置采用的光栅尺的测量误差为mm。

综上的分析合成的总误差如下：

在垂直方向上：

在水平方向上：

3 结论

钳工用数显式精密标点器可用于钳工钻孔划线前的点位置的标定，可加工出孔位的精确标点，有效提高孔位置的加工精度和加工效率。可部分替代铣床、坐标镗床及数控加工设备对零件安装定位孔的加工。

参考文献

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[3] 浦昭邦，王宝光.测控仪器设计[M].机械工业出版社，2007.