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        提高帶表卡尺綜合精度初探

        2010-03-16 01:19:12許榮峰
        裝備制造技術(shù) 2010年11期
        關(guān)鍵詞:卡尺齒條機(jī)芯

        許榮峰

        (桂林量具刃具有限責(zé)任公司,廣西 桂林 541002)

        帶表卡尺是一種用途極廣的通用量具,其中0~150 mm、0~200 mm、0~300 mm這3種規(guī)格,又是應(yīng)用得最廣泛的。其工作原理,是將尺框量爪和尺身量爪兩測(cè)量面的相對(duì)移動(dòng),通過固定在尺身上的齒條傳遞給指示表,從表盤上的指針進(jìn)行讀數(shù)。在裝配過程中,發(fā)現(xiàn)示值差、針位跳動(dòng)明顯。針對(duì)這個(gè)致命的產(chǎn)品品質(zhì)問題,公司組織力量做了重點(diǎn)解決。筆者主動(dòng)要求負(fù)責(zé)解決這個(gè)問題,并針對(duì)這次任務(wù)做了一系列工作,謹(jǐn)闡述如下。

        1 帶表卡尺簡(jiǎn)介

        帶表卡尺與普通卡尺不同,具有外形美觀、讀數(shù)誤差小、示值清晰明了和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由尺身、尺框、齒條、支承板、微動(dòng)輪、連接塊、指示表、前后壓板、螺釘?shù)攘慵M成。齒條是用螺釘緊固在尺身上,如圖2所示。

        圖1

        圖2

        (1)帶表卡尺的讀數(shù)方法。從尺框左端面的支承板所示的尺身刻線上,讀出毫米讀數(shù),從卡尺指示表上讀出毫米小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字,兩數(shù)相加,即為被測(cè)尺寸讀數(shù)值。

        (2)帶表卡尺的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和公司終檢說明書的規(guī)定。詳見表1、表2所列。

        表1 帶表卡尺示值要求表

        表2 用3級(jí)精度專用量塊進(jìn)行檢定專用量塊的尺寸表規(guī)定

        (3)針位變動(dòng)性的要求。是指當(dāng)移動(dòng)帶表卡尺的尺框,使兩測(cè)量爪測(cè)量面至手感接觸時(shí),指示表的指針應(yīng)位于正上方,對(duì)尺身導(dǎo)向面的垂直度應(yīng)不大于1.5格,此時(shí)支承板正對(duì)尺身“零”刻線的距離,允許壓線不大于刻線寬度的1/2,離線不大于0.006 inch(0.15 mm)。此時(shí),再施加2倍的移動(dòng)力推動(dòng)尺框,指針指示位置變化應(yīng)不大于1/4格(原要求1/2格),且推動(dòng)力取消后,指針能回到原位。

        2 問題的分析

        工人按技術(shù)要求正常裝配,但針位變動(dòng)性達(dá)不到質(zhì)檢要求。究其原因,原來的要求是施加2倍的移動(dòng)力推動(dòng)尺框,指針指示位置變化應(yīng)不大于1/2格,而現(xiàn)在要求不大于1/4格,致使交檢合格率降低。筆者認(rèn)為,問題的根源,主要是尺子的綜合精度以及指示表的精度達(dá)不到要求(如圖3所示)。

        2.1 受力分析

        (1)當(dāng)推力F=F1,F(xiàn)2<F3時(shí),尺子大量面正常合縫,此時(shí),針位置為“0”狀態(tài);

        (2)當(dāng)F=F1+F2,且F2>F3,這時(shí)F2產(chǎn)生的力矩,比F3產(chǎn)生的力矩大,彈簧片產(chǎn)生的力矩不能消除F2產(chǎn)生的力矩時(shí),尺子大量面正常接觸,在外力F2繼續(xù)作用下,尺框?qū)?huì)發(fā)生微量順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象反映在量面上為根縫,反映在示值上則是由于尺框右移,表上指針右偏。由于0~200 mm、0~300 mm帶卡帶微動(dòng)輪,使用尺子時(shí)未必都能做到推力與正常推力F方向作用點(diǎn)一致,勢(shì)必產(chǎn)生F2的方向力,F(xiàn)2作用力的大小,是引起尺子針位變化的關(guān)鍵,而如何限制F2力的作用,便是應(yīng)該著手解決的工作重點(diǎn)。

        圖3

        圖4

        圖5

        2.2 解決辦法

        (1)對(duì)外購(gòu)件彈簧片,原來料為錫青銅,改為鈹青銅。工廠外購(gòu)100件做試驗(yàn),將原交檢不合格的尺子直接換上新的彈簧片,調(diào)試后交檢,合格率達(dá)50%~60%。實(shí)驗(yàn)證明,采用彈性大的鈹青銅彈簧片,是解決針位偏問題的一個(gè)好辦法。

        (2)尺坯本身的綜合精度。尺坯綜合精度反映在裝配階段,即變現(xiàn)為基面的接觸狀態(tài),正常狀態(tài)時(shí)(如圖4所示),側(cè)面、底面垂直度≤0.02 mm。因此,在車間機(jī)加工方面,如何保證尺身、尺框基面的平行度和垂直度是關(guān)鍵所在。

        3 技術(shù)改進(jìn)措施

        3.1 提高尺身兩側(cè)面平行度

        (1)尺身兩側(cè)面平行度≤0.008 mm,工廠新購(gòu)了MM7132精密臥軸平面磨床,針對(duì)平行度精度要求,以前精磨兩側(cè)面采用直接精磨辦法,即只兩道磨,現(xiàn)改為三道磨,即尺身上側(cè)面先見光,以上側(cè)面為基準(zhǔn)磨下側(cè)面,再以下側(cè)面為基準(zhǔn)磨上側(cè)面。

        (2)增加精調(diào)直工藝。尺身配套后,在精裝配之前增加工藝,精調(diào)直尺身,目的是保證尺身、尺框基面接觸。

        (3)由于尺身經(jīng)過多道工序的機(jī)加工,尺身又經(jīng)過熱處理的調(diào)質(zhì)處理,內(nèi)部有一定的內(nèi)應(yīng)力,并且本身又屬細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu),更易變形。因此,在精磨之前需要進(jìn)行時(shí)效處理,以消除內(nèi)應(yīng)力。同時(shí),在研磨前應(yīng)采用光磨主尺下側(cè)面的工藝,磨削砂輪修整成階梯形,以增大磨削受力面,降低單位面積的磨削力,減輕磨削熱變形。

        3.2 提高尺框底面和基面的垂直度

        (1)加寬45°空刀。銑槽時(shí),由于銑刀垂直度可以保證,也好控制,但在精磨槽時(shí),由于砂輪圓角大,部分尺框基面無法清根,如圖(5)所示,造成尺身側(cè)面與尺框基面不能很好接觸,則尺坯的移動(dòng)穩(wěn)定性差。加寬45°空刀可以達(dá)到清根的目的。

        (2)粗裝配加強(qiáng)品質(zhì)控制。保證尺身側(cè)面與尺框基面的接觸面,大于尺身厚度的2/3,加強(qiáng)了接觸穩(wěn)定性,利于裝配時(shí)移動(dòng)柔和。

        3.3 其他零件或部位加工工藝的改進(jìn)

        (1)尺身正面槽和齒條裝配孔加工工藝。尺身正面槽是容納齒條和深度尺的凹槽,槽內(nèi)有4個(gè)或5個(gè)齒條固定孔,通過緊固螺釘將齒條固定在尺身上。為了保證卡尺的精度要求,卡尺指示表齒輪與齒條的嚙合,必須有合適的間隙,并且要求間隙均勻。這就要求齒條相對(duì)于主尺下側(cè)面的平行性要好。齒條在尺身上的裝配基準(zhǔn)面,為尺身正面槽的上側(cè)面,故要求為尺身正面槽上側(cè)面相對(duì)于尺身下側(cè)面的平行度為0.04 mm。為了達(dá)到這一要求,在工藝上采用了在熱處理及尺身下側(cè)面精加工結(jié)束后,以主尺下側(cè)面定位,磨尺身正面槽上側(cè)面的工藝。主尺齒條裝配孔與尺身正面槽上側(cè)面的距離,要求為(1.5± 0.05)mm,以便齒條與基準(zhǔn)面能順利貼合并有調(diào)整的余地。按常規(guī),孔的加工都安排在熱處理之前進(jìn)行,否則鉆孔有困難。按此工藝加工,雖然鉆孔沒問題了,但是后道工序的熱處理變形、尺身下側(cè)面的精加工及磨槽等工序的加工誤差累積,將使孔距遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求,以致無法進(jìn)行裝配。為此,采用硬質(zhì)合金鉆頭,在熱處理、尺身下側(cè)面精加工和尺身槽磨削等工序完成后,再進(jìn)行鉆孔加工的工藝。

        (2)齒條的加工。齒條的相關(guān)機(jī)加工工序——原工藝第3序粗磨兩側(cè)面,第7序鉆孔,第11序精磨兩側(cè)面,第17序磨齒頂面,具體尺寸如圖6所示??梢钥闯觯?序定位基準(zhǔn)是粗基準(zhǔn),尺寸難于保證,整個(gè)加工過程中的定位基準(zhǔn)不確定,齒條上下兩側(cè)可以任意定位,加工基準(zhǔn)不重合,必然產(chǎn)生加工誤差。因此,要進(jìn)行工藝調(diào)整,如圖7所示,第4a序粗磨4個(gè)平面,第4b序精磨齒條上下兩側(cè)面,并在一段做標(biāo)記,第7序鉆孔,第17序磨齒頂面。

        圖6

        圖7

        可以看出,第7序鉆孔是以作標(biāo)記的另一側(cè)作定位基準(zhǔn)的,齒條鉆具做了相應(yīng)修改,這樣,第7序的定位基準(zhǔn)是精基準(zhǔn),能保證設(shè)計(jì)要求。從圖中可以看出,齒條上下兩側(cè)面的加工定位基準(zhǔn)是統(tǒng)一的,消除了基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的誤差,保證齒條的設(shè)計(jì)要求。

        (3)指示表機(jī)芯中心齒輪與指針套配合不牢靠,指針與針套鉚合不牢。指示表機(jī)芯結(jié)構(gòu),為指針與指針套鉚合成一體,然后將指針砸緊配合在中心齒輪1:50錐軸上,隨中心齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)拆卸檢測(cè),發(fā)現(xiàn)與指針套配合的中心齒輪1:50錐度軸,母線直線不好,錐度軸全長(zhǎng)1.65 mm,后半部分長(zhǎng)度0.5~0.8 mm為圓柱形,而使指針套與中心齒配合面積減少,當(dāng)尺子在包裝和運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊時(shí),指針相對(duì)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,而產(chǎn)生針位變化現(xiàn)象。

        (4)中心齒錐軸表面粗糙,組織不夠細(xì)密,與指針配合時(shí),有效面積減少,也會(huì)引起指針位置變化。指針套錐度孔尺寸精度不好,有的表面噴漆,指針油漆進(jìn)入指針套孔內(nèi),指針套長(zhǎng)度尺寸不夠,都將使指針與中心齒輪軸配合面積減少,當(dāng)帶表卡尺受到震動(dòng)或沖擊時(shí),易產(chǎn)生指針位置變化,甚至出現(xiàn)指針脫落現(xiàn)象。從指示表上拆卸指針時(shí),手感指針與中心齒輪軸配合不緊,很容易將指針取下來,當(dāng)加大指針安裝砸緊力,重新裝指針時(shí),拆卸指針仍很容易不費(fèi)力,但換上指針裝配,則無上述現(xiàn)象出現(xiàn)。

        (5)裝配指示表時(shí),上游絲預(yù)緊力方向不對(duì)。指示表機(jī)芯游絲力作用,為克服齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力。無論齒輪正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng),始終保持齒輪單面嚙合,消除齒輪配合間隙等因素產(chǎn)生的空行程,對(duì)帶表卡尺示值精度的影響。機(jī)芯的游絲為螺旋扭力彈簧,機(jī)芯與齒條傳動(dòng)柔和,使游絲的作用力減少,克服不了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力,容易引起指針位置變化,特別是當(dāng)帶表卡尺受到?jīng)_擊時(shí),由于游絲作用力小,難于保證齒輪傳動(dòng)單面嚙合,齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生空行程現(xiàn)象,這些都將引起帶表卡尺針位變化。這類指針位置變化尺子的特點(diǎn)是,即使指針與中心齒輪軸配合很緊,也會(huì)發(fā)生指針位置變化,當(dāng)向前移動(dòng)尺框,稍加力使尺框右端面與尺身壓板相碰時(shí)出現(xiàn)針位變化,當(dāng)向前移動(dòng)尺框,使尺框大爪量面與尺身大爪量面相碰時(shí),指針往復(fù)位方向移動(dòng),如此來回撞擊,指針在某一小范圍內(nèi)變化。

        (6)采用雙向防振功能。尺框往前移動(dòng)撞擊尺身外爪量面時(shí),機(jī)芯有緩沖功能,使齒輪免于受沖擊。反之,當(dāng)尺框往后移動(dòng)撞擊后壓板時(shí),機(jī)芯也有緩沖功能,避免了齒輪在沖擊力的作用下,相對(duì)齒條轉(zhuǎn)動(dòng)角度,而引起指針位置變化。

        (7)安裝機(jī)芯的3個(gè)沉頭螺釘松動(dòng)。如果緊固機(jī)芯的螺釘未擰緊,當(dāng)尺子受到撞擊后,造成機(jī)芯位移,產(chǎn)生指針位置變化。

        (8)尺框相對(duì)尺身寬度方向擺動(dòng)大,尺身與尺框?qū)挾确较虻呐浜祥g隙較大。其原因是尺身寬度比工藝要求小0.3~0.5 mm,加上尺框槽偏大,彈簧片調(diào)整螺釘尺寸偏短,螺絲刀難于下到直徑較小的螺孔中調(diào)整螺釘,使配合間隙無法調(diào)整。當(dāng)尺框運(yùn)動(dòng)受到阻力時(shí),引起尺框傾斜,由于指示表是固定在尺框上的,這時(shí)機(jī)芯輪也隨尺框傾斜,使齒輪相對(duì)齒條轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,嚙合不在原來位置上,而造成指針位置變化。

        (9)安裝指示表在尺框上的螺釘松動(dòng)。安裝指示表在尺框上的3顆M2螺釘擰緊,并發(fā)現(xiàn)有滑牙現(xiàn)象,當(dāng)帶表卡尺受到?jīng)_擊時(shí),產(chǎn)生機(jī)芯位移,齒輪與齒條嚙合位置改變,而產(chǎn)生指針位置變化。

        4 整改方案的實(shí)施及效果

        經(jīng)過試驗(yàn)分析,并立即與指示表制造廠家溝通聯(lián)系,反饋有關(guān)品質(zhì)信息,并實(shí)施整改措施:

        (1)建議改進(jìn)指示表機(jī)芯結(jié)構(gòu),使其具有雙向防振功能。

        (2)指示表圓軸承板的3個(gè)沉頭螺釘應(yīng)擰緊,沉頭劃窩要規(guī)整,孔角度與螺釘頭角度一致,保證接觸良好,建議加大沉頭螺釘?shù)念^部尺寸,使螺釘頭接觸面積增大,加強(qiáng)緊固作用,以防帶表卡尺受振動(dòng)后螺釘松動(dòng)。

        (3)控制尺框相對(duì)尺身寬度方向的擺動(dòng)量,提高相關(guān)零件的加工質(zhì)量。

        (4)擰緊各部位緊固螺釘,無滑牙現(xiàn)象,加強(qiáng)裝配工人的責(zé)任心教育。

        經(jīng)過整改及實(shí)施以后,帶表卡尺的裝配品質(zhì)得到了顯著提高,一次交檢合格率達(dá)到了95%以上,提高了生產(chǎn)效率。

        4 結(jié)束語

        通過針對(duì)帶表卡尺綜合精度的品質(zhì)分析,找出問題,并根據(jù)問題制定相應(yīng)措施,經(jīng)過落實(shí),取得了良好的效果。

        [1]計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)編委.計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)第二卷[K].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,1997.

        [2]楊靖岳,周明家,邵萌梅.自測(cè)直儀[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

        [3]Q/GLR07-2004,桂林量具刃具有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

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