貴州凱星液力傳動(dòng)機(jī)械有限公司 (遵義 563003)葉義書(shū) 曾平安 吳曉霞

在機(jī)械加工中，凡經(jīng)過(guò)重要的加工工序后，其相應(yīng)的幾何量都需要進(jìn)行檢測(cè)，以確定它們的幾何量精度是否符合技術(shù)要求。

箱體類(lèi)零件上的孔多為不規(guī)則分布，零件外形也呈不規(guī)則形狀。孔系的中心距檢驗(yàn)用常用的游標(biāo)尺無(wú)法檢測(cè)，這給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的日常首檢、巡檢、終檢帶來(lái)不便。若按常規(guī)檢驗(yàn)方法需在測(cè)量平板上操作，要使用方箱、角尺、高度尺、等高尺、量塊、千分表等量具，測(cè)量好一個(gè)坐標(biāo)值后，翻轉(zhuǎn)零件90°，測(cè)量另一個(gè)坐標(biāo)值，從而得到孔系兩個(gè)方向的坐標(biāo)值。這種測(cè)量方法借助的輔助量具多，由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差大，并且操作很不方便。為了準(zhǔn)確測(cè)量孔系的中心距，在無(wú)專(zhuān)用檢測(cè)量具的情況下，只能在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或精確度高的坐標(biāo)鏜床上進(jìn)行測(cè)量。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)費(fèi)用高，用坐標(biāo)鏜床效率低。為此介紹一種方便簡(jiǎn)單的測(cè)量夾具。

1.零件結(jié)構(gòu)分析及測(cè)量基準(zhǔn)的選擇

2.測(cè)量夾具結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

測(cè)量夾具結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 零件圖

(2)定位件及主要尺寸的設(shè)計(jì) 設(shè)定裝固定套的兩孔中心距為(841.3 ±0.015)mm、(285.5 ±0.008)mm，夾具平板裝軸承的四個(gè)孔D1、D2、D3、D4 中心距公差等級(jí)取IT6，具體值如圖2 所示。

固定套與夾具平板的孔過(guò)盈配合。錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ的圓柱外圓分別與固定套的孔配做，保證間隙在0.005～0.01mm，并作好配對(duì)標(biāo)記。彈性定位套的內(nèi)錐面與錐形定位銷(xiāo)Ⅰ的外錐面配做，菱形彈性定位套的內(nèi)錐面與錐形定位銷(xiāo)Ⅱ的外錐面配做，錐度都為1∶50，保證接觸面不少于80%，并作好標(biāo)記，在裝配時(shí)不得裝錯(cuò)。

圖2 測(cè)量夾具圖

菱形彈性定位套的圓柱部分寬度b 按推薦值，取b=8mm。

為了便于裝卸，彈性定位套、菱形彈性定位套的定位外圓直徑按下式計(jì)算。

定位外圓與孔的最小間隙

式中，b 是菱形彈性定位套的圓柱部分寬度;C 是兩定位孔孔距偏差;Cy是兩定位銷(xiāo)中心距偏差;X2是定位孔直徑;C 和Cy的值由兩定位孔的孔距尺寸偏差計(jì)算而得。

彈性定位套、菱形彈性定位套的定位外圓直徑d=22 -0.07=21.93mm，公差取h6，則

四個(gè)軸承選用JIS B 1514 標(biāo)準(zhǔn)、精度等級(jí)為P5的單列深溝球軸承，軸承外徑與夾具平板的孔選用過(guò)盈配合。選用分度值為0.001mm 的千分表。

為了減少測(cè)量誤差，測(cè)量夾具的零件加工完成后，用干冰冷卻軸承和固定套，冷卻后裝于夾具平板上。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，以?xún)晒潭ㄌ變?nèi)孔為基準(zhǔn)，測(cè)量出測(cè)量夾具D1、D2、D3、D4 四孔在X、Y 方向的中心偏移量，即制造誤差(δXZ、δYZ)，在中心偏移方向把制造誤差“δXZ(δYZ)=×××mm”刻于夾具平板表面。用測(cè)量夾具測(cè)量零件孔距時(shí)，補(bǔ)償?shù)糁圃煺`差。

(3)其他件的設(shè)計(jì) 支承環(huán)與軸承內(nèi)孔選用過(guò)盈配合，并要求用干冰冷卻支承環(huán)后，再裝于軸承內(nèi)孔，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，支承環(huán)隨軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)千分表轉(zhuǎn)動(dòng)。支承表架組件可在徑向方向移動(dòng)，靠螺釘壓在支承環(huán)上。表架選用與千分表相配的標(biāo)準(zhǔn)表架。壓緊螺母壓錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ使彈性定位套、菱形彈性定位套漲開(kāi)，實(shí)現(xiàn)與孔X1、X2 無(wú)間隙定位。

3.誤差分析

圖3 誤差分析圖

(1)測(cè)量夾具在X 方向產(chǎn)生的測(cè)量誤差 一種是定位誤差。第一定位X1 和第二定位X2 都采用了彈性脹式定心裝置，安裝測(cè)量夾具時(shí)，壓緊螺母分別壓緊錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ，使彈性定位套和菱形彈性定位套脹開(kāi)，與孔X1、X2 無(wú)間隙定位。但由于固定套與錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ有0.005～0.01mm 的間隙，由此在X 方向有可能產(chǎn)生平移或繞兩定位孔X1、X2 中心連線(xiàn)的中點(diǎn)O 旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生定位誤差。當(dāng)安裝測(cè)量夾具向X 方向平移時(shí)，最大移動(dòng)量為0.01mm。當(dāng)安裝測(cè)量夾具繞O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在X 方向產(chǎn)生的移動(dòng)量小于安裝測(cè)量夾具平移時(shí)的移動(dòng)量0.01mm。因此在X 方向產(chǎn)生的定位誤差δXD為0.01mm。

另一種是制造誤差。測(cè)量夾具的四個(gè)測(cè)量點(diǎn)D1、D2、D3、D4 的中心偏移量(制造誤差δXZ)已測(cè)出，并作了標(biāo)記，在測(cè)量零件孔距時(shí)補(bǔ)償?shù)?，因此測(cè)量夾具在X 方向產(chǎn)生的制造誤差似為零。

綜上所述，當(dāng)環(huán)境條件和人為等因素引起的測(cè)量誤差不予考慮時(shí)，測(cè)量夾具在X 方向產(chǎn)生的測(cè)量誤差δXC等于定位誤差δXD，即δXC=δXD=0.01mm。

(2)測(cè)量夾具在Y 方向產(chǎn)生的測(cè)量誤差 一種是定位誤差。如前所述，彈性定位套和菱形彈性定位套與孔X1、X2 無(wú)間隙定位。但由于固定套與錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ有0.005～0.01mm 的間隙，由此在Y 方向有可能產(chǎn)生平移或繞兩定位孔X1、X2中心連線(xiàn)的中點(diǎn)O 旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生定位誤差。當(dāng)安裝測(cè)量夾具向Y 方向平移時(shí)，最大移動(dòng)量為0.01mm。當(dāng)安裝測(cè)量夾具繞O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在Y 方向產(chǎn)生移動(dòng)，D1、D3、D4 孔在兩定位孔X1、X2 之間，由繞O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)在Y 方向產(chǎn)生的移動(dòng)量小于平移時(shí)的移動(dòng)量0.01mm。D2 孔在兩定位孔X1、X2 之外，由繞O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)在Y 方向產(chǎn)生的移動(dòng)量為最大，因此D2孔的定位誤差最大。由此可知，分析D2 孔在Y 方向的定位誤差即可。D2 孔在Y 方向的移動(dòng)量(定位誤差)計(jì)算如下

D2孔Y方向的定位誤差δD2YD=2L6=0.013 76mm。

另一種是制造誤差。測(cè)量夾具的四個(gè)測(cè)量點(diǎn)D1、D2、D3、D4 的中心偏移量(制造誤差δYZ)已測(cè)出，并作了標(biāo)記，在測(cè)量零件孔距時(shí)補(bǔ)償?shù)?，因此測(cè)量夾具在Y 方向產(chǎn)生的制造誤差似為零。

綜上所述，在安裝測(cè)量夾具時(shí)，D2 孔產(chǎn)生的移動(dòng)量最大，即測(cè)量誤差為最大。當(dāng)環(huán)境條件和人為等因素引起的測(cè)量誤差不予考慮時(shí)，測(cè)量夾具在Y方向產(chǎn)生的測(cè)量誤差δYC等于定位誤差δD2YD，即δYC=δD2YD=0.013 76mm。

從上述分析及計(jì)算可知，D2 孔產(chǎn)生的測(cè)量誤差最大，X 方向的測(cè)量誤差δXC為0.01mm，Y 方向的測(cè)量誤差δYC為0.013 76mm，即測(cè)量夾具在D2 孔處的測(cè)量誤差為0.013 76mm。

計(jì)算驗(yàn)收極限，例如尺寸(101.5 ±0.017)mm的安全裕度為0.003mm (按GB/T 3177 標(biāo)準(zhǔn)查得)。則(101.5 ±0.017)mm 的驗(yàn)收極限為:

上驗(yàn)收極限=最大極限尺寸-安全裕度-δYC/2=101.517-0.003-0.006 88=101.507mm

下驗(yàn)收極限=最小極限尺寸+安全裕度+δYC/2=101.483+0.003+0.006 88=101.493mm

其他孔的驗(yàn)收極限同樣按上述方法可計(jì)算得知。計(jì)算測(cè)量誤差是按極限狀態(tài)計(jì)算的，在實(shí)際使用中測(cè)量夾具的平移或偏擺處于極限狀態(tài)的幾率極小，因此測(cè)量誤差達(dá)到最大值的幾率也極小。

4.使用方法

如圖2 所示，把彈性定位套和菱形彈性定位套分別裝于零件定位孔X1、X2，注意菱形彈性定位套的長(zhǎng)軸線(xiàn)與定位孔X1、X2 的中心連線(xiàn)大致垂直，測(cè)量夾具裝于被測(cè)零件上，并對(duì)準(zhǔn)定位孔，裝上錐形定位銷(xiāo)Ⅰ、錐形定位銷(xiāo)Ⅱ，注意按配對(duì)裝，不能裝錯(cuò)，用壓緊螺母分別壓緊錐形定位銷(xiāo)，使其彈性定位套、菱形彈性定位套與孔X1、X2 無(wú)間隙配合。裝表架于支承表架組件上，再裝千分表于表架上，調(diào)整千分表在合適位置，并緊固支承表架組件、表架和千分表。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，千分表跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取千分表在X、Y 方向指針的偏轉(zhuǎn)量，偏轉(zhuǎn)量的一半即為被測(cè)孔的中心測(cè)量偏移量ΔC。并記下被測(cè)孔的中心與測(cè)量夾具孔D1、D2、D3、D4 的中心的位置關(guān)系。

當(dāng)被測(cè)孔的中心位于測(cè)量夾具孔的中心偏移方向時(shí)，則被測(cè)孔的中心實(shí)際偏移量ΔS為制造誤差δZ(δXZ、δYZ)與測(cè)量偏移量ΔC之和，即ΔS=δZ+ΔC，被測(cè)孔的中心位于測(cè)量夾具孔的中心偏移方向(見(jiàn)圖4)。

圖4

當(dāng)被測(cè)孔的中心位于測(cè)量夾具孔的中心偏移方向相反方向時(shí)，則被測(cè)孔的中心實(shí)際偏移量ΔS為制造誤差δZ(δXZ、δYZ)與測(cè)量偏移量ΔC之差的絕對(duì)值，即ΔS=│δZ-ΔC│。當(dāng)δZ-ΔC為正值時(shí)，則被測(cè)孔的中心在測(cè)量夾具孔的中心偏移方向(見(jiàn)圖5);當(dāng)δZ-ΔC為負(fù)值時(shí)，則被測(cè)孔的中心在測(cè)量夾具孔的中心偏移方向相反方向(見(jiàn)圖6)。

當(dāng)被測(cè)孔的中心測(cè)量偏移量ΔC=0 時(shí)，則被測(cè)孔的中心實(shí)際偏移量ΔS為制造誤差δZ(δXZ、δYZ)，即ΔS=δZ，被測(cè)孔的中心位于測(cè)量夾具孔的中心偏移方向(見(jiàn)圖7)。

圖5

圖6

圖7

已知被測(cè)孔的中心實(shí)際偏移量ΔS和孔中心偏移方向，即可得到孔距尺寸。

5.數(shù)據(jù)對(duì)比

為了進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)量夾具測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，隨機(jī)抽取了3 個(gè)零件，用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與測(cè)量夾具分別測(cè)量得到的數(shù)據(jù)如附表所示。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，測(cè)量夾具能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

測(cè)量數(shù)據(jù)表 (單位:mm)

6.結(jié)語(yǔ)

此測(cè)量夾具第一定位用彈性脹式定心裝置，第二定位用菱形彈性脹式定心裝置，使用方便，測(cè)量數(shù)據(jù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并提高了測(cè)量效率。此夾具結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于其他種類(lèi)夾具的定位，可提高定位精度。