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基于光柵調(diào)節(jié)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(yù)制棒制造領(lǐng)域，預(yù)制棒的幾何參數(shù)（不圓度、偏壁度、弓曲度）有著相當(dāng)嚴(yán)格的要求。設(shè)備的精度直接影響到預(yù)制棒產(chǎn)品質(zhì)量，而在設(shè)備精度中，同軸度參數(shù)又是其中最重要的參數(shù)之一。本文主要研究是根據(jù)非接觸式的激光光柵檢測方法，快速、準(zhǔn)確地檢測出設(shè)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(diào)節(jié)方法。該方法克服了傳統(tǒng)通過讀千分表示數(shù)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(shù)優(yōu)化了調(diào)節(jié)方法，極大提升車床精度，提高了車床精度的調(diào)節(jié)效率、降低操作難度；進(jìn)一步提升光纖預(yù)制棒的幾何精度。

關(guān)鍵詞：同軸度調(diào)節(jié)；光柵；預(yù)制棒加工車床

在預(yù)制棒制造領(lǐng)域，車床是最基本、最主要的生產(chǎn)設(shè)備之一。車床的精度直接決定了預(yù)制棒的產(chǎn)品質(zhì)量，其中，兩端卡盤的同軸度參數(shù)在車床精度中更是重中之重。

傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)車床同軸度精度的方法是，使用兩根高精度的校準(zhǔn)棒分別夾持在兩端卡盤上，用千分表分別檢測兩根校準(zhǔn)棒的精度，根據(jù)千分表的測量的示數(shù)進(jìn)行車床精度的調(diào)節(jié)；具體方法主要包括 3 個步驟：①調(diào)節(jié)床身的水平度，②調(diào)節(jié)兩卡盤的跳動，③調(diào)節(jié)兩根校準(zhǔn)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(diào)節(jié)工作。但由于采用接觸式的千分表檢測精度，不可避免地產(chǎn)生測量誤差，導(dǎo)致車床調(diào)節(jié)精度較低，影響后期加工的產(chǎn)品質(zhì)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(tǒng)調(diào)節(jié)方法的局限性。

本文的研究是針對上述傳統(tǒng)檢測方法的不足，而提供一種基于光柵調(diào)節(jié)車床卡盤同軸度的裝置，以及調(diào)節(jié)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(fā)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(yīng)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(cè)三維調(diào)節(jié)支架、右側(cè)三維調(diào)節(jié)支架、光柵傳感器裝置以及母線結(jié)構(gòu)組成，如圖 2 所示，傳感器支架成圓筒空心結(jié)構(gòu)，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(nèi)。

圖 1 同軸度檢測裝置

左側(cè)、右側(cè)三維調(diào)節(jié)裝置分別由 Z 軸向調(diào)節(jié)滑臺、滑臺支架、XY 軸向調(diào)節(jié)滑臺組成，可實現(xiàn)；X、Y、Z 三方向高精度微調(diào)以及相應(yīng)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)車床的調(diào)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(diào)節(jié)光柵傳感器示數(shù)，分別調(diào)節(jié) Z 軸向調(diào)節(jié)滑臺、XY 軸向調(diào)節(jié)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(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)，則需對導(dǎo)軌水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)；

③調(diào)節(jié)左卡盤中心：光柵傳感器 1 讀數(shù)如圖 3（a）所示，光柵傳感器 2 讀數(shù)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(zhuǎn)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(jīng)過對卡盤座調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)后滿足以下要求，方可視為左卡盤中心調(diào)節(jié)完成：

④調(diào)節(jié)導(dǎo)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(zhuǎn)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(shù)，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(dǎo)軌進(jìn)行 Y 方向、Z 方向繼續(xù)調(diào)節(jié)：

圖 3 傳感器示數(shù)

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(yīng)示數(shù)，分別如圖 3（e）、（f）、（g）、（h）所示；再將該值與之前的示數(shù)進(jìn)行對比，需滿足表 1 所示要求，否則對導(dǎo)軌繼續(xù)調(diào)節(jié)。

⑤調(diào)節(jié)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(yīng)位置的光柵傳感器示數(shù)，使其滿足表 2 所示要求，否則繼續(xù)對右卡盤的調(diào)整螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

MCVD 車床是一種制作光纖預(yù)制棒的設(shè)備，由于產(chǎn)品的生產(chǎn)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(jìn)行精度調(diào)節(jié)，滿足要求后使用該設(shè)備連續(xù)生產(chǎn) 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(chǎn)品進(jìn)行測試，并統(tǒng)計、分析測試結(jié)果，多模光纖的芯/包層同心度誤差標(biāo)準(zhǔn)要求在 1μm 以內(nèi)，從數(shù)據(jù)中可以看出，所有芯棒參數(shù)均在該范圍以內(nèi)。

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