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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 2010年11期
        關鍵詞:卡尺齒條機芯

        許榮峰

        (桂林量具刃具有限責任公司,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,又是應用得最廣泛的。其工作原理,是將尺框量爪和尺身量爪兩測量面的相對移動,通過固定在尺身上的齒條傳遞給指示表,從表盤上的指針進行讀數(shù)。在裝配過程中,發(fā)現(xiàn)示值差、針位跳動明顯。針對這個致命的產品品質問題,公司組織力量做了重點解決。筆者主動要求負責解決這個問題,并針對這次任務做了一系列工作,謹闡述如下。

        1 帶表卡尺簡介

        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。其結構如圖1所示,主要由尺身、尺框、齒條、支承板、微動輪、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)點后面的數(shù)字,兩數(shù)相加,即為被測尺寸讀數(shù)值。

        (2)帶表卡尺的國家標準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級精度專用量塊進行檢定專用量塊的尺寸表規(guī)定

        (3)針位變動性的要求。是指當移動帶表卡尺的尺框,使兩測量爪測量面至手感接觸時,指示表的指針應位于正上方,對尺身導向面的垂直度應不大于1.5格,此時支承板正對尺身“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,再施加2倍的移動力推動尺框,指針指示位置變化應不大于1/4格(原要求1/2格),且推動力取消后,指針能回到原位。

        2 問題的分析

        工人按技術要求正常裝配,但針位變動性達不到質檢要求。究其原因,原來的要求是施加2倍的移動力推動尺框,指針指示位置變化應不大于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不到要求(如圖3所示)。

        2.1 受力分析

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

        (2)當F=F1+F2,且F2>F3,這時F2產生的力矩,比F3產生的力矩大,彈簧片產生的力矩不能消除F2產生的力矩時,尺子大量面正常接觸,在外力F2繼續(xù)作用下,尺框將會發(fā)生微量順時針方向旋轉,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帶卡帶微動輪,使用尺子時未必都能做到推力與正常推力F方向作用點一致,勢必產生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鍵,而如何限制F2力的作用,便是應該著手解決的工作重點。

        圖3

        圖4

        圖5

        2.2 解決辦法

        (1)對外購件彈簧片,原來料為錫青銅,改為鈹青銅。工廠外購100件做試驗,將原交檢不合格的尺子直接換上新的彈簧片,調試后交檢,合格率達50%~60%。實驗證明,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(如圖4所示),側面、底面垂直度≤0.02 mm。因此,在車間機加工方面,如何保證尺身、尺框基面的平行度和垂直度是關鍵所在。

        3 技術改進措施

        3.1 提高尺身兩側面平行度

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

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

        (3)由于尺身經過多道工序的機加工,尺身又經過熱處理的調質處理,內部有一定的內應力,并且本身又屬細長型結構,更易變形。因此,在精磨之前需要進行時效處理,以消除內應力。同時,在研磨前應采用光磨主尺下側面的工藝,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,由于銑刀垂直度可以保證,也好控制,但在精磨槽時,由于砂輪圓角大,部分尺框基面無法清根,如圖(5)所示,造成尺身側面與尺框基面不能很好接觸,則尺坯的移動穩(wěn)定性差。加寬45°空刀可以達到清根的目的。

        (2)粗裝配加強品質控制。保證尺身側面與尺框基面的接觸面,大于尺身厚度的2/3,加強了接觸穩(wěn)定性,利于裝配時移動柔和。

        3.3 其他零件或部位加工工藝的改進

        (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,槽內有4個或5個齒條固定孔,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。這就要求齒條相對于主尺下側面的平行性要好。齒條在尺身上的裝配基準面,為尺身正面槽的上側面,故要求為尺身正面槽上側面相對于尺身下側面的平行度為0.04 mm。為了達到這一要求,在工藝上采用了在熱處理及尺身下側面精加工結束后,以主尺下側面定位,磨尺身正面槽上側面的工藝。主尺齒條裝配孔與尺身正面槽上側面的距離,要求為(1.5± 0.05)mm,以便齒條與基準面能順利貼合并有調整的余地。按常規(guī),孔的加工都安排在熱處理之前進行,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、尺身下側面的精加工及磨槽等工序的加工誤差累積,將使孔距遠遠超過設計要求,以致無法進行裝配。為此,采用硬質合金鉆頭,在熱處理、尺身下側面精加工和尺身槽磨削等工序完成后,再進行鉆孔加工的工藝。

        (2)齒條的加工。齒條的相關機加工工序——原工藝第3序粗磨兩側面,第7序鉆孔,第11序精磨兩側面,第17序磨齒頂面,具體尺寸如圖6所示。可以看出,第7序定位基準是粗基準,尺寸難于保證,整個加工過程中的定位基準不確定,齒條上下兩側可以任意定位,加工基準不重合,必然產生加工誤差。因此,要進行工藝調整,如圖7所示,第4a序粗磨4個平面,第4b序精磨齒條上下兩側面,并在一段做標記,第7序鉆孔,第17序磨齒頂面。

        圖6

        圖7

        可以看出,第7序鉆孔是以作標記的另一側作定位基準的,齒條鉆具做了相應修改,這樣,第7序的定位基準是精基準,能保證設計要求。從圖中可以看出,齒條上下兩側面的加工定位基準是統(tǒng)一的,消除了基準不重合產生的誤差,保證齒條的設計要求。

        (3)指示表機芯中心齒輪與指針套配合不牢靠,指針與針套鉚合不牢。指示表機芯結構,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,隨中心齒輪一起轉動。經拆卸檢測,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1.65 mm,后半部分長度0.5~0.8 mm為圓柱形,而使指針套與中心齒配合面積減少,當尺子在包裝和運輸過程中受到沖擊時,指針相對中心齒輪轉動一個角度,而產生針位變化現(xiàn)象。

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

        (5)裝配指示表時,上游絲預緊力方向不對。指示表機芯游絲力作用,為克服齒輪傳動系統(tǒng)中的摩擦力。無論齒輪正向或反向轉動,始終保持齒輪單面嚙合,消除齒輪配合間隙等因素產生的空行程,對帶表卡尺示值精度的影響。機芯的游絲為螺旋扭力彈簧,機芯與齒條傳動柔和,使游絲的作用力減少,克服不了齒輪傳動系統(tǒng)中的摩擦力,容易引起指針位置變化,特別是當帶表卡尺受到沖擊時,由于游絲作用力小,難于保證齒輪傳動單面嚙合,齒輪傳動產生空行程現(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是,即使指針與中心齒輪軸配合很緊,也會發(fā)生指針位置變化,當向前移動尺框,稍加力使尺框右端面與尺身壓板相碰時出現(xiàn)針位變化,當向前移動尺框,使尺框大爪量面與尺身大爪量面相碰時,指針往復位方向移動,如此來回撞擊,指針在某一小范圍內變化。

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

        (7)安裝機芯的3個沉頭螺釘松動。如果緊固機芯的螺釘未擰緊,當尺子受到撞擊后,造成機芯位移,產生指針位置變化。

        (8)尺框相對尺身寬度方向擺動大,尺身與尺框寬度方向的配合間隙較大。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,彈簧片調整螺釘尺寸偏短,螺絲刀難于下到直徑較小的螺孔中調整螺釘,使配合間隙無法調整。當尺框運動受到阻力時,引起尺框傾斜,由于指示表是固定在尺框上的,這時機芯輪也隨尺框傾斜,使齒輪相對齒條轉動一個角度,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。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,當帶表卡尺受到沖擊時,產生機芯位移,齒輪與齒條嚙合位置改變,而產生指針位置變化。

        4 整改方案的實施及效果

        經過試驗分析,并立即與指示表制造廠家溝通聯(lián)系,反饋有關品質信息,并實施整改措施:

        (1)建議改進指示表機芯結構,使其具有雙向防振功能。

        (2)指示表圓軸承板的3個沉頭螺釘應擰緊,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,加強緊固作用,以防帶表卡尺受振動后螺釘松動。

        (3)控制尺框相對尺身寬度方向的擺動量,提高相關零件的加工質量。

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

        經過整改及實施以后,帶表卡尺的裝配品質得到了顯著提高,一次交檢合格率達到了95%以上,提高了生產效率。

        4 結束語

        通過針對帶表卡尺綜合精度的品質分析,找出問題,并根據(jù)問題制定相應措施,經過落實,取得了良好的效果。

        [1]計量測試技術手冊編委.計量測試技術手冊第二卷[K].北京:中國計量出版社,1997.

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

        [3]Q/GLR07-2004,桂林量具刃具有限責任公司企業(yè)標準[S].

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