郭君渝 石小兵
(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司,四川618000)
中國二重自2007年開始以技術(shù)引進(jìn)方式與國外某公司合作制造風(fēng)機(jī)主軸,并逐步實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn),截至2010年累計(jì)制造500多件。
該風(fēng)機(jī)主軸設(shè)計(jì)精度高、標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán),機(jī)械加工檢驗(yàn)項(xiàng)目共有118項(xiàng),其中包括尺寸公差78項(xiàng),形位公差24項(xiàng)。由于生產(chǎn)批量大、檢驗(yàn)項(xiàng)目多,要求在確保檢驗(yàn)質(zhì)量的前提下提高檢驗(yàn)效率,以確保產(chǎn)品按期交付。本文對主軸重要部分的現(xiàn)場檢驗(yàn)進(jìn)行了介紹。
軸徑尺寸為主軸安裝軸承和聯(lián)軸器的關(guān)鍵尺寸,主要有?420g6、?440g6、?440r6、?441r6、?630r7等尺寸。由于對這些尺寸加工方式均采用“以車代磨”精加工,容易產(chǎn)生尺寸超差,必須逐一嚴(yán)格檢測。若采用傳統(tǒng)的外徑千分尺檢測,雖然量具通用性較強(qiáng),但量具校對費(fèi)時,操作誤差敏感。最終決定采用國外某公司出品的專用數(shù)顯外徑千分尺測量。數(shù)顯千分尺為1套共4副,每個測量尺寸配備1個千分尺和1個校對架。這種千分尺可沿圓周可自動定位,使用時先將千分尺放在校對架上仔細(xì)調(diào)整對零,然后再穩(wěn)固地卡在零件上,讀取表頭數(shù)據(jù)。使用專用數(shù)顯外徑千分尺能夠精確、快捷地測量出軸徑尺寸,大大減少了操作誤差,明顯提高了檢測效率
主軸的孔系主要分布在法蘭端面上,螺紋孔和光孔主要用于輪轂及其它零部件的聯(lián)結(jié)。由于主軸在風(fēng)機(jī)裝配廠只完成部件裝配,整機(jī)聯(lián)裝需要在風(fēng)場的塔架上完成,因此對孔系的尺寸和位置度要求均很嚴(yán)格,不允許帶“病”出廠。
該風(fēng)機(jī)主軸上各種螺紋孔的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是不僅螺紋精度和配合公差均為6H,而且螺紋深度也有公差要求。這種情況在一般的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是很少見的,給現(xiàn)場檢測增加了難度。
主軸在主機(jī)裝配廠和風(fēng)場塔架上能否順利完成與輪轂、端面鍵等零部件的組裝,與各個聯(lián)結(jié)孔、銷孔、螺孔的位置度誤差直接相關(guān),所以在出廠前必須嚴(yán)格檢驗(yàn)??紫滴恢枚葯z測有兩種方案可選擇,一是在大型三坐標(biāo)測量機(jī)上檢測,二是采用激光跟蹤儀現(xiàn)場檢測。前者設(shè)備精度高,檢測結(jié)果受操作人員技能水平影響較小,但占用時間較長、費(fèi)用偏高;后者設(shè)備移動方便、檢測速度快、檢測成本低,但檢測結(jié)果受操作人員技能水平影響較大。綜合考慮生產(chǎn)批量、檢測周期、檢測成本等因素,最終決定在生產(chǎn)線上配置一臺Leica AT901-MR激光跟蹤儀,專門用于孔系位置度誤差檢測。
設(shè)計(jì)要求M20螺孔對A-D軸心線和C端面所確定的理想位置的偏移分別不大于0.5 mm和0.3 mm。首先,根據(jù)圖紙對M20螺孔要求,以法蘭外端面為X-Y平面、以軸徑軸線為Z軸,建立X-Y-Z坐標(biāo)系,如圖1所示,并計(jì)算出各個螺孔在坐標(biāo)系中的理論坐標(biāo)值。檢測時,將已精加工的主軸自由放置在專用托架上,用激光棱鏡反射球?qū)S徑A、D基準(zhǔn)處和法蘭外端面多點(diǎn)采樣,建立相同的X-Y-Z坐標(biāo)系。隨后采用棱鏡反射球或T-Probe檢測出各螺孔在坐標(biāo)系中的實(shí)測值,并與理論坐標(biāo)值進(jìn)行比較,按照公式Δf=2(Δfx2+Δfy2)1/2計(jì)算出各個螺孔的位置度誤差。在實(shí)際測量中,為了盡量減少螺孔端面處螺紋尖角對于采樣精度的影響,專門設(shè)計(jì)了各種螺孔位置度檢驗(yàn)棒,將其旋入要檢測的螺孔中,避免了使用棱鏡反射球直接對螺孔位置采樣。使用T-Probe間接對檢驗(yàn)棒位置采樣,還能順利解決“隱藏點(diǎn)浮現(xiàn)”的檢測難點(diǎn)。
X坐標(biāo)理論值為X1=R×sinλ,Y坐標(biāo)理論值為Y1=R×cosλ。采樣后得到坐標(biāo)實(shí)測值Xs、Ys,計(jì)算得出坐標(biāo)值偏差Δfx=Xs-X1,Δfy=Ys-Y1,最終計(jì)算得出M20螺孔位置度誤差Δf=2(Δfx2+Δfy2)1/2。
該風(fēng)機(jī)主軸對表面粗糙度的設(shè)計(jì)要求比較特殊,主軸某些表面不是按傳統(tǒng)方式加工的“越光越好”,而是控制在一定的范圍內(nèi),例如?630r7、?440r6外圓要求為Rz3.15 μm~Rz6.3 μm。如果采用常規(guī)目測方法或利用粗糙度對比樣板,不易判定加工是否合格。現(xiàn)場使用Marsurf PS1粗糙度測量儀檢測精加工表面,能夠準(zhǔn)確測量出主軸表面粗糙度。
圖1 M20螺孔檢測的坐標(biāo)系設(shè)定Figure 1 Establishment of M20 screw inspection coordinate
[1] 宮靖遠(yuǎn),等.風(fēng)電場工程技術(shù)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[2] 李新勇,趙志平.2012機(jī)械制造質(zhì)量檢測手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.