[发明专利]一种密封环面形测量方法

说明书

技术领域

本发明属于超精密磨削技术领域，涉及核主泵用密封环面形高精度测量，特别涉及核主泵用密封环在超精密磨削加工原位条件下的面形的高精度测量。

背景技术

轴封型核主泵利用流体静压效应或流体动压效应实现非接触式机械密封，其所用的高硬材料密封环端面是由平面、圆锥面、等倾波纹面或斜波纹面构成的高精度复杂形面，精密制造极其困难。申请人提出的采用宽度较窄的杯形砂的端面做恒定切削深度的微进给切入磨削来加工核主泵用密封环复杂形面新方法，能够实现核主泵用密封环复杂形面的高面形精度、低表面粗糙度加工。在磨削核主泵用密封环过程中，需要测量密封环的面形精度，以确保所磨削的密封环面形满足精度要求，否则需要根据测得的面形误差调整机床的结构参数再加工，直到满足精度要求为止。

目前, 工件面形测量大都采用离线方式, 这种方式需要将被测工件从机床上取下来, 测量结束后再夹持定位到机床上做进一步加工，但是离线测量后再次装夹时很难实现精确复位, 加工精度难以保证。公知的原位测量技术一般将接触式测头，例如LVDT气浮式测头，或者非接触式测头，例如激光位移传感器安装在机床的砂轮轴座上，利用机床自身的C轴、X轴和Z轴的联动配合实现工件面形的原位测量。这种测量方法至少需要三轴联动，结构复杂，而且测量精度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两轴联动的密封环面形测量方法，能够实现核主泵用密封环在超精密磨削加工原位条件下的面形的高精度测量。

本发明采用如下技术方案来实现：

采用一个激光位移传感器、一个光学平晶、一个工件轴、一个砂轮轴，通过激光位移传感器做非接触式测量。激光位移传感器的重复精度小于0.02微米，线性度小于0.05%。光学平晶的直径大于150毫米，平面度小于λ/10。工件轴的径向跳动和端面跳动为0~0.1微米。砂轮轴的径向跳动和端面跳动为0~0.1微米。激光位移传感器安装在砂轮轴的前端，其射出光束与砂轮轴线平行，该激光位移传感器能够绕砂轮轴的回转轴线做高精度回转运动。工件轴的前端中心处夹持光学平晶或密封环，被夹持的光学平晶或密封环能够绕工件轴的回转轴线做高精度回转运动。工件轴和砂轮轴的回转运动的定位精度小于30秒，工件轴和砂轮轴的回转运动能够联动控制。

砂轮轴的回转轴线相对于工件轴的回转轴线的倾斜角度以俯仰角α和侧偏角β表示。定义过砂轮轴的回转轴线上一点O和工件轴的回转轴线的平面为Ω，定义过点O、垂直平面Ω且平行工件轴的回转轴线的平面为п，α为砂轮轴的回转轴线在平面п上投影与过点O且平行工件轴的回转轴线的直线的夹角，β为砂轮轴的回转轴线在平面п上投影与砂轮轴的回转轴线的夹角。

首先需要测量砂轮轴的回转轴线与工件轴的回转轴线倾斜角度。测量砂轮轴的回转轴线与工件轴的回转轴线倾斜角度时，将光学平晶夹持在工件轴前端中心处且使光学平晶与工件轴的轴线垂直，转动砂轮轴时激光位移传感器的光斑能够通过光学平晶的中心，工件轴固定不动，砂轮轴带动激光位移传感器转动，依次从光学平晶外周边、光学平晶中心和外周边另一侧选取三点进行测量，这三点分别记为A、B和C。测量点A、B和C时激光位移传感器分别在点P₁、P₂和P₃，这三点对应相位角分别为φ_A、φ_B和φ_C，测量读数分别为h_A、0和h_C。激光光斑中心到砂轮轴的回转轴线的距离R和光学平晶的半径R₀给定后，α、β和R_d由下面方程组解出：