球形轴尖球头圆度的非接触精密测量

　　球形轴尖是某陀螺中的重要零件，是典型的微小球形零件，其尺寸、形位精度和表面上的质量要求高，直接影响陀螺仪的性能指标和使用寿命。

　　球形轴尖的球头圆度是其重要特性之一，由于球形轴尖的球头尺寸微小，只有SR0.25*mm 和 SR0.4*mm，其表面粗糙度值为Ra0.012μm, 用常规的圆度检测的新方法难以做测量。因此必须对球形轴尖球头部位的圆度的检测的新方法进行研究，以确定一种切实可行的检测的新方法，保证产品生产的顺利进行。

　　球形轴尖的材料为硬质合金 YG11，硬度可达 HRA87，加工主要是采用磨削、研磨及抛光的工艺。SR0.25 0 -0.008mm 或 SR0.4 0 -0.008mm 和球颈部分以及长度尺寸 1.6+0.005 -0.005 mm 采用成型磨轮经过粗磨、精磨两次磨削成型，成型砂轮是用金刚石磨轮制作成的。

　　球形轴尖磨削后留量再经过研磨、抛光来达到设计图纸要求。研磨时将球形轴尖装夹在 SV70 精密台式车床主轴上，用用特制研磨棒修整球头的几何形状；其球头加工原理如图 3所示，将研磨膏涂抹在研磨棒上，手持研磨棒绕 Y 轴旋转摆动，研磨棒倒角处的直径大约为球体直径的 2/3，且倒角面始终与球体表面接触，研磨粉对球体进行滚动切削。研磨棒的摆动在球体表明产生一圆弧，而球体转动将此圆弧展成为球面，使研磨棒倒角在球体上的相对运动轨迹始终为圆球形，这种加工方法运用范成法的原理。范成法的优点是：加工精度高，质量稳定。

　　圆度常用的测量方法投影比较法，圆度仪法，坐标测量法，两点三点法。测量方法的分类，按获得测量结果的方式分为直接测量和间接测量，按比较方式分为绝对测量和相对测量，按接触形式分为接触测量和非接触测量。球形轴尖的球头尺寸微小，只有 SR0.25mm和 SR0.4mm，而且表面粗糙度值为 Ra0.012μm。

　　由于球形轴尖的尺寸微小、表面上的质量高不能损伤和检测精度要求高这几个方面的特点，因此球形轴尖圆度的检测的新方法一定要满足的条件是非接触测量，检验测试仪器测量误差不大于 0.8μm、分辨率 0.1μm；而且由于球头尺寸微小最好具有放大观察或显示功能。

　　圆度仪法测量具有高精度和高准确性的特点，是圆度测量的首选，但因为是接触测量因此不能采用；投影比较法一定要有很大的放大倍数，否则就没办法保证 2μm 的检测精度，我单位没有这样高放大倍数的投影仪。

　　结合单位目前的实际，最终选择加装光栅尺的万能工具显微镜，它是基本符合这几项要求的测量仪器。

　　试验采用的两种型号的球形轴尖，两种球形轴尖除球头直径不同，其它要求全部相同，球头圆度要求均为 0.002mm 。

　　所用检验测试仪器为万能工具显微镜，仪器编号为 2982；如图 3 所示。该仪器光学系统的分辨率 1μm，改进后加装的精密光栅尺的分辨率为 0.1μm。

　　该仪器的测量方式为将被测物体放大后进行目测瞄准，光栅尺读数通过计算机采集显示。

　　将检测的Φd 直径值中的最大值减去最小值，然后将其差值除以 2 即为半径差值，这样所得的数据也就为圆度值。