一般认为,量块是最高精度的实物标准。量块可以相互研和,组成一定长度标准,但是将几十个量块研和在一起,组成一个高精度的尺寸列是十分困难的,即使在一定的技术装备帮助下,可以将几十个量块研和在一起,在将研和好的量块组合体装入步距规的基体时,也很容易破坏研和状态,进而影响步距规尺寸列的精度。除此之外,压紧块对量块组合体的压紧力,温度变化等因素也影响步距规的精度。
1、影响步距规精度的因素
步距规的一个长度尺寸可以公式1表达:
L= l0 Δl1 Δl2 Δl3(1)
式中,L为步距规某一尺寸的实际长度;l0为组成步距规某一尺寸的量块的理想长度;Δl1为量块的偏差值;Δl2为量块组合体平行性导致的偏差值;Δl3为温度导致的长度偏差。
(1)量块的偏差值Δl1
量块的偏差是由量块检定的不确定度产生的。3等量块的检定不确定度是(0.1 L)μm,如果使用60个10mm的量块组成600mm长的步距规,这个长度的偏差为:
Δl1=
(2)量块组合体平行性导致的偏差值Δl2
由于研和、装配的原因,步距规量块工作面不可能完全平行。一般情况下,步距规量块的可使用面积是10mm× 10mm,如果将这个面积上平行度最大偏差控制在3μm以内,而量块的实际使用面积控制在3mm× 3mm,则量块组合体平行性导致的偏差值:Δl2≈ 1.0μm (3)
(3)温度导致的长度偏差Δl3
步距规所使用的陶瓷量块具有热膨胀特性,其热膨胀系数约4× 10-6K-1。对于600mm长的步距规每温度变化1K所引起的长度偏差为:Δl3= 2.4μm (4)
以上三个影响步距规精度的因素中,量块的偏差值Δl1是由于量块检定不确定度而产生的,不能避免和减少;量块组合体平行性导致的偏差值Δl2是由于量块研和及步距规组装过程所产生的,这项偏差可以通过不断改进步距规的制造工艺而逐步减小;温度导致的长度偏差Δl3是由于材料的热膨胀特性所产生的,这项偏差可以通过改善步距规使用的环境条件,和使用温度传感器测量工作温度,根据材料的热胀系数对长度尺寸进行补偿而减小。
2、步距规的稳定性
由于步距规的基体是由花岗石制造的,因此在整体上有很好的刚性和稳定性,在使用过程中步距规不像量块那样娇气,甚至可以像对机械部件一样对它进行装卡。但是步距规也有薄弱环节,由于结构原理和设计的原因,步距规的基体与量块组合体之间有一定的间隙,量块组合体在这个间隙范围内具有一定的自由度,在一定外部条件影响下量块组合体可能会发生一些变化,进而影响步距规的精度。解决这个问题有两个办法,一是在步距规的基体与量块组合体之间的间隙内加入弹性介质,其作用是对量块组合体的移动和变化有一定的限制,同时不完全约束其自由度;另外一个办法是改变结构设计,使量块组合体完全避免外力的作用,具体结构可能会很多,设计人员可以通过创造力自行设计。