馬 驥，程曉輝

1.上海振華港口機(jī)械有限公司，上海 201913

2.江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院，江西樟樹 331200

隨著現(xiàn)代化工業(yè)化的發(fā)展，工裝夾具的作用越來越明顯，有時對一個產(chǎn)品的技術(shù)要求起到?jīng)Q定性的作用。高效、可靠的夾具可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，從而減少報廢及節(jié)約生產(chǎn)成本。本文就打印機(jī)碳粉刮刀測量夾具的設(shè)計過程，說明激光在直線度德檢測夾具中的作用及激光在自動化夾具中的應(yīng)用。

打印機(jī)碳粉刮刀是打印機(jī)布置碳粉后，用刮刀刮成均勻，如圖1所示。該產(chǎn)品選用T=2.0MMSUS430-NO.2B不銹鐵。此類碳粉刮刀產(chǎn)品屬于打印機(jī)的核心部件，技術(shù)要求高，對打印機(jī)的質(zhì)量直接產(chǎn)生重要影響。如果關(guān)鍵技術(shù)要求不合格的零件裝在成品機(jī)上導(dǎo)致整機(jī)不合格流入市場，后果十分嚴(yán)重。所以要求務(wù)必設(shè)計出可靠的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)設(shè)備，通過對產(chǎn)品圖紙的分析，確認(rèn)直線度參數(shù)是該產(chǎn)品的一個重要的技術(shù)要求，直接影響打印機(jī)的打印效果，所以務(wù)必保證此要求。

圖1

圖2

由于該產(chǎn)品還要求刃口的表面光潔度，故對刃口的加工選用數(shù)控銑床加工。銑床加工可以滿足表面光潔度要求。直線度0.05mm的技術(shù)要求由于產(chǎn)品狹長，且材料選用不銹鐵的關(guān)系，彈性變形大，在銑銷加工過程中，易發(fā)生彈性變形，變形過程如圖三所示。雖然可以通過調(diào)整銑銷曲線進(jìn)行調(diào)整，但由于不同批次不銹鐵材料，彈性系數(shù)會有差別，甚至同批次不同位置（如料頭，料尾與料中間）的材料彈性系數(shù)也有差別，而這些差異導(dǎo)致變形量的差異，從而影響直線度。由于直線度的規(guī)格為0.05mm，且產(chǎn)品長度為325mm,屬高精度要求，所以在在整機(jī)裝配前，必須保證零件全部合格，必須對直線度實施全部檢查，保證產(chǎn)品100%合格。

圖3

面對這一嚴(yán)格的要求，必須確認(rèn)設(shè)計方案，并付諸實施。目前檢查直線度的設(shè)備或方法通用的有兩種：一種是將產(chǎn)品放在平臺上，檢查部位與平臺平齊，用塞尺賽兩者間的間隙，從而確定直線度。如圖四所示。這種方法認(rèn)為誤差大，只適用于要求比較低的情況，顯然不適應(yīng)我們當(dāng)前的要求。另一種方法是用兩個直徑相同的針規(guī)（或等高塊規(guī)）放在平臺上，產(chǎn)品垂直放置在兩針規(guī)（或高等塊規(guī)）上，然后用合適的針規(guī)檢查，如圖五所示。這種方法效率較低，且如果工人長期操作，因疲勞，情感等因素的影響，可靠性達(dá)不到100%的質(zhì)量要求，因此必須設(shè)計專用檢測夾具。通過查找相關(guān)資料以及部分設(shè)備制造商（如基恩士公司）了解初步確定兩個設(shè)計方案：第一種是常規(guī)接觸式：即將產(chǎn)品放在兩個等高塊上，用千分表的表頭在產(chǎn)品研磨面上拖動，讀取最大值和最小值，相減即是產(chǎn)品的直線度。這種方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，夾具費用低，精度也較高，缺點是表頭由于經(jīng)常與產(chǎn)品接觸，容易磨損夾具的儲備精度不足，測量結(jié)果受表頭磨損程度不同差異也不同。第二種方案是選用非接觸式，在夾具中應(yīng)用激光，選用激光傳感器，利用激光穩(wěn)定，不分散的特點，且因不接觸無磨損誤差，儀器本身帶來的誤差小，幾乎可以忽略不計。這種方案的特點是生產(chǎn)效率高，工人勞動強度小，精度高，且精度不會隨便用次數(shù)的增多而降低，配予氣壓傳動和報警器，自動化程度高。

圖4

圖5

設(shè)計方案確定后，接下來進(jìn)行具體的設(shè)計過程。首先分析激光傳感器的工作過程。激光傳感器有3個不分組成，如圖六所示：激光發(fā)射器，激光接收器，激光信號處理器。激光發(fā)射器的作用是發(fā)射激光，激光信號處理器的作用是將激光接收器接收的激光信號進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果輸出到儀器的顯示屏上。為了減輕操作的勞動強度，可以將激光信號處理器處理結(jié)果輸出報警器上，并設(shè)定輸出的直線度為0.05mm以內(nèi)為合格，報警器不報警，輸出的直線度為0.05mm以上為不合格，報警器報警，激光發(fā)射器和激光接收器成對安裝，往復(fù)運動是通過氣壓傳動來實現(xiàn)的。

圖6

從上面分析，激光傳感器是通過對零件的投影，從而測量外形尺寸。所以為了測量碳粉刮刀的直線度，必須使工件與其他裝置組成一個外形，如圖七所示。假設(shè)理論直線度偏差為0，工件的刃口邊和理論直線組成一條狹縫，激光通過狹縫發(fā)射到激光接收器，如果刃口直線度有偏差，反映出的狹縫的寬度就有偏差，激光信號處理器受到激光接收器傳過來的信號，經(jīng)程序處理后就變成工件直線度的大小，所以必須設(shè)計一條理論上直線度為0的參考直邊，選用材質(zhì)為T8的工具鋼經(jīng)熱處理50-55HRC硬度，用大水磨床將參考直邊的直線度誤差控制在0.002mm以下，如圖七所示。兩頭設(shè)計成相等高度，等高的標(biāo)準(zhǔn)針規(guī)旁邊安裝強力磁鐵，由于SUS430-NO.2B不銹鐵帶磁性，依靠強力磁鐵作為夾具的規(guī)定作用，可實現(xiàn)快速取放。

圖7

圖8

綜上所述，傳統(tǒng)接觸式夾具，因為工作過程互相接觸，隨便用次數(shù)的增多，磨損程度越來越大，夾具精度就越來越低，誤差也越來越大。而非接觸式夾具應(yīng)用激光穩(wěn)定不分散的特點，且在使用過程中，精度一直保持穩(wěn)定，不隨此夾具的使用次數(shù)增多而降低。此夾具的特點是操作方便，只要將工件放在夾具的指定位置，有不合格產(chǎn)品時，報警器報警，可以很容易將不合格產(chǎn)品分開。激光傳感器通過氣缸驅(qū)動就可實現(xiàn)往復(fù)運動，單行程即可完成一次測量，效率很高。激光除在這類直線度要求高的夾具中使用，還可在平面度，圓的外徑，以及外形尺寸等的高精度測量夾具同樣可以廣泛應(yīng)用。

[1]單輝祖.材料力學(xué)[M].高等教育出版社，1999，9.

[2]湯慧瑾.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996，8.

[3]朱換池.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1997，11.

[4]薛源順.機(jī)床夾具設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999，10.

[5]蘭建設(shè).液壓與氣壓傳動[M].高等教育出版社，1999，7.

[6]程丹.電工電子技術(shù)[M].高等教育出版社，1999，12.