基于光柵調節車床卡盤同軸度的研究
2020-5-14 來源： 中天科技精密材料有限公司 作者：錢本華；徐希凱；周慧；蔣新力
摘要：在光纖預制棒制造領域，預制棒的幾何參數（不圓度、偏壁度、弓曲度）有著相當嚴格的要求。設備的精度直接影響到預制棒產品質量，而在設備精度中，同軸度參數又是其中最重要的參數之一。本文主要研究是根據非接觸式的激光光柵檢測方法，快速、準確地檢測出設備的同軸度誤差值，并且提供了一種車床上兩個卡盤間的同軸度調節方法。該方法克服了傳統通過讀千分表示數來確定偏差值的速度慢、精度差、操作繁瑣的缺點；利用光柵技術優化了調節方法，極大提升車床精度，提高了車床精度的調節效率、降低操作難度；進一步提升光纖預制棒的幾何精度。
關鍵詞：同軸度調節；光柵；預制棒加工車床
在預制棒制造領域，車床是最基本、最主要的生產設備之一。車床的精度直接決定了預制棒的產品質量，其中，兩端卡盤的同軸度參數在車床精度中更是重中之重。
傳統的調節車床同軸度精度的方法是，使用兩根高精度的校準棒分別夾持在兩端卡盤上，用千分表分別檢測兩根校準棒的精度，根據千分表的測量的示數進行車床精度的調節；具體方法主要包括 3 個步驟：①調節床身的水平度，②調節兩卡盤的跳動，③調節兩根校準棒的同心度；完成以上三個步驟即可算是完成了同軸度的調節工作。但由于采用接觸式的千分表檢測精度，不可避免地產生測量誤差，導致車床調節精度較低，影響后期加工的產品質量；同時，千分表檢測需要一定的空間及固定位置，很多情況下無法滿足該條件，這也造成了傳統調節方法的局限性。
本文的研究是針對上述傳統檢測方法的不足，而提供一種基于光柵調節車床卡盤同軸度的裝置，以及調節的方法。
光柵傳感器兩端分別由投光器和接收器組成，投光器發出的光直射到接收器上，形成一個光幕平面，任何放置在光幕之間的物體將會阻擋一部分光線，使其不能射到相應的接收器上，通過檢測這些未被接收的光線距離來測量物體外徑。
同軸度檢測裝置如圖 1 所示，主要由左側三維調節支架、右側三維調節支架、光柵傳感器裝置以及母線結構組成，如圖 2 所示，傳感器支架成圓筒空心結構，上部開4mm 線槽，用于穿過母線；兩端焊接平板，焊好后加工兩平面，保證兩個面的平行度公差在 0.01mm 以內。
圖 1 同軸度檢測裝置
左側、右側三維調節裝置分別由 Z 軸向調節滑臺、滑臺支架、XY 軸向調節滑臺組成，可實現；X、Y、Z 三方向高精度微調以及相應方向的鎖死功能；
為了方便敘述，定義車床床身平行于地面的為水平面，即 XY 平面；定義垂直于水平面的為垂直面，即XZ 面。
圖 2 傳感器支架
具體實施方法如下：
①調節車床床身水平度：使用水平儀測量床身位置Ⅰ、位置Ⅱ、位置Ⅲ的 X方向及 Y 方向水平度，通過調節車床的調整墊塊，使車床水平度偏差≤0.1mm/m；
②確定母線位置：從左向右移動右卡盤，通過調節光柵傳感器示數，分別調節 Z 軸向調節滑臺、XY 軸向調節滑臺，使母線在 Z 方向及 Y 方向的最大值與最小值偏差＜0.15mm/m；若達不到該標準，則需對導軌水平度進行調節；
③調節左卡盤中心：光柵傳感器 1 讀數如圖 3（a）所示，光柵傳感器 2 讀數如圖 3（b）所示，分別在 A-1、B-1 測試點時將光柵傳感器清零，以該點位作為零點位置，然后旋轉卡盤，分別在 12 點、3 點、6 點、9 點鐘方向讀取四個值，并做記錄；兩個光柵傳感器共 8 個值，經過對卡盤座調整螺栓調節后滿足以下要求，方可視為左卡盤中心調節完成：
④調節導軌水平度：將右卡盤移動到位置Ⅰ后，在（C-Ⅰ-1）、（D-Ⅰ-1） 測試點將傳感器清零，然后旋轉卡盤，分別在 12 點、3 點、6 點、9 點鐘方向讀取光柵傳感器3、4 的示數，如圖 3（c）、（d）所示，將該組 8 個值與左卡盤的 8 個值相比較，需滿足以下要求，否則對導軌進行 Y 方向、Z 方向繼續調節：
圖 3 傳感器示數
表 1
表 2
圖 4 測量位置
接著，將右卡盤移動到位置Ⅱ、位置Ⅲ，讀取的相應示數，分別如圖 3（e）、（f）、（g）、（h）所示；再將該值與之前的示數進行對比，需滿足表 1 所示要求，否則對導軌繼續調節。
⑤調節右卡盤中心位置：如圖 4 所示，將右卡盤分別移動至位置Ⅰ、位置Ⅱ、位置Ⅲ，讀取相應位置的光柵傳感器示數，使其滿足表 2 所示要求，否則繼續對右卡盤的調整螺栓進行調節。
MCVD 車床是一種制作光纖預制棒的設備，由于產品的生產工藝對車床自身的兩卡盤間同軸度精度要求很高；運用該裝置及方法對車床進行精度調節，滿足要求后使用該設備連續生產 2 個月多模芯棒（共 30 根棒），芯棒匹配套管在拉絲塔上制成光纖。對光纖產品進行測試，并統計、分析測試結果，多模光纖的芯/包層同心度誤差標準要求在 1μm 以內，從數據中可以看出，所有芯棒參數均在該范圍以內。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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