杠杆百分表创新性应用方法研究

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[摘 要]本文通过对杠杆百分表的创新式应用，旨在探寻一种新的准确定位圆柱体类、圆盘类及圆锥类零件在NC或CNC 坐标系中精确位置的方法，通过实验验证其方法的精确性、有效性。为复杂圆盘类、圆柱类圆锥类零件加工的精准定位开创一种新方法。弥补了传统寻边定位的不足，进而拓展杠杆百分表的使用范围。

[关键词]百分表 寻边器 坐标系

中图分类号：TG83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0296-02

一、引言

随着社会的进步，装备制造业越来越向柔性化方向发展。相应的一些复杂圆柱类、圆锥类、圆盘类零件也相继出现。在加工过程中以传统寻边的方式很难准确定位其在加工坐标系中的位置。针对此现象，以百分表为媒介，探寻一种精准、有效的等效定位方法。

二、百分表概述

百分表是一种精度较高的比较量具，它只能测出相对数值，不能测出绝对值，主要用于检测工件的形状和位置误差（如圆度、平面度、垂直度、跳动等），也可用于校正零件的安装位置以及测量零件的内径等。

（一）百分表的结构

百分表的构造主要由3个部件组成：表体部分、传动系统、读数装置。

（二）百分表的工作原理

百分表的工作原理，是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动，经过齿轮传动放大，变为指计在刻度盘上的转动，从而读出被测尺寸

的大小。百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。

（三）百分表的应用范围

现在百分表的一个非常重要的应用就是用来测量形状和位置误差等机械测量，如圆度、圆跳动、平面度、平行度、直线度等.

三、工件在CNC中传统定位方法

工件在加工之前，首先应当准确找到其在加工坐标系中的精确位置。常用的工具为寻遍器定位法。寻边器是一种检测工具。在数控加工中，能精确确定被加工工件的中心位置。其工作原理为：首先在X轴上选定一边为零，再选另一边得出数值，取其一半为X轴中点，然后按同样方法找出Y轴原点，这样工件在XY平面的加工中心就得到了确定。寻边器的种类很多，如光电式寻边器、机械式寻边器、3D表等。然而在一些复杂的圆盘类，圆柱类及圆锥类零件的加工中心，传统的寻边器由于规格的限定，不能确定工件在坐标系中的位置。为了解决之一问题，以杠杆百分表为工具，努力探寻一种等效的定位方法。

四、使用百分表定位圆盘类零件的原理

在数控加工中，为了编程方便、快捷，通常设定圆盘类，圆柱类等零件的圆心为编程原点。该类零件在机床中定位，通常用寻遍器找正的方法进行找正，定位。本文现以杠杆百分表为工具，准确定位工件在加工坐标系中的位置，实现与寻边器的传统找正方法等效。其定位原理如下图所示。

五、杠杆百分表在数控机床中定位工件位置的具体操作过程

开启数控加床，完成加工前的预热，回参考点等准备工作。将控制面版显示屏切换到POS显示状态，加工模式切换到手摇脉冲发生器模式。至杠杆百分表经表杆连接安装到数控机床的主轴上。通过手摇脉冲方式驱动机床工作台X轴，Y轴移动。将表针探测头移至待定位的圆柱类零件附近。移动Z轴，使得百分表探测头置于Z轴的位置。将POS状态下显示屏中相对坐标的X轴、Y轴、Z轴显示数值做清0 处理。切换Z轴移动至X轴移动模式，手动旋转主轴。使得杠杆百分表的探测头以主轴轴线为旋转轴轴做正反120度旋转。继续移动Y轴，使得杠杆百分表的探测头逐渐逼近圆柱类待加工零件的侧壁。即图1所示1的位置。读取杠杆百分表的最大值。保持此刻探头的位置不变，将POS 位置显示屏相对坐标系中的Y轴显示数据做清0处理。沿Y轴反方向移动工作台，使得百分表的探测头脱离零件侧壁。再以手摇脉冲模式由Y轴驱动切换至Z轴驱动模式。移动杠杆百分表探测头沿着Z轴正向移动到待加工零件的上空安全高度，再次切换至Y轴移动模式，移动工作台沿着Y轴方向移动一段距离，切换Z轴驱动模式。沿Z轴负向移动，使得杠杆百分表的探测头下落至Z轴位置。切换Y轴驱动模式。通过手摇脉冲发生器移动工作台沿Y轴方向移动，使得杠杆百分表的探测头接近待加工圆柱类零件的侧壁图1中2的位置。手动旋转主轴，逐渐使百分表的探测头逼近圆柱类零件的侧壁。读取杠杆百分表的数值。使得当前杠杆百分表的显示最大值与之前读取的百分表的最大数值相等。此时保持探测头的位置不变。读取POS模式下相对坐标系中X轴显示的数值。沿着X轴反向移动工作台，使得探测头远离代加工圆柱类零件。切换至Z轴驱动模式。使得百分表沿着Z轴正向移动到安全高度。将读取的数值比如+150.12做二分之一减半处理。得到的结果为+75.06 。移动X轴使得POS状态下显示屏相对坐标X数值显示至+75.06 。再次将X轴做清零处理。保持此时探测头的位置不变。切换POS状态为OFFSETSETING 状态。将显示屏光标移动到G54或G55-G59坐标系的Y轴位置。将该位置的Y轴坐标存储到G54坐标系中。保持Y轴方向位置不变-。重复上诉操作，进而确定X轴坐标数值并存储到G54坐标系中。进而完成了圆柱类待加工零件在机床中的X轴Y轴定位。注意：在进行圆柱类，尤其是圆锥类零件的定位时，必须保证在同一Z轴位置。即同一高度下进行，才能准确有效。

六、验证该方法的准确性，有效性

为验证该方法的准确性、有效性，选择FANAC-0I mate系统的数控铣床、光电寻边器、偏心式寻边器、杠杆百分表及待测圆柱类零件进行四次定位实验。

测得实验数据如下表1、表2所示。

表1表2的数据进行横纵向对比分析：三种不同的定位方式对圆柱类零件进行X轴、Y轴定位，考虑到光电寻边器、偏心寻边器、杠杆百分表的精度及操作误差等影响因素， 可以得出：三种方式对圆柱类零件的定位坐标基本相同。满足定位要求。进而也验证了用杠杆百分表 定位圆柱类、圆锥类零件的准确性，有效性。

七、杠杆百分表定位方法的意义

在一些圆柱类、圆锥类复杂零件的加工中，用传统的寻边器难以解决该类零件的精确定位问题。进而影响产品的加工制造质量及加工精度。百分表的精准定位方法恰恰弥补了传统定位方法的缺陷与不足，进而拓展了杠杆百分表的适用范围。

八、结论

基于百分表的传统用法，提出了一种新的应用。对百分表定位原理图进行了简短描述，重点介绍了百分表定位的操作流程。通过光电寻边器、偏心式寻边器进行验证，得出该方法的精确性、有效性。弥补了传统寻边定位的不足，拓展了百分表的适用范围。

参考文献

[1] 肖萍。浅析数控加工的三个坐标系系及对刀方法。 2007：1-11

[2] 景晓燕，文红武。使用百分表测量时不容忽视的回程误差。2010-11-29

[3] 庞学慧，吴。互换性与测量技术基础[M] 北京：电子工业出版社，2009：38-3

作者简介

高建东（1983―― ），男，辽宁，实验师/硕士研究生，主要研究方向为数控加工技术。