朱學超，周琪珉

(1.蘇州市職業(yè)大學機電工程學院，江蘇蘇州215104;2.蘇州圣寶利機械制造有限公司，江蘇蘇州 215115)

圓錐面結構一般應用在比較重要和關鍵的場合，比如石油輸送管路接頭就采用錐面對錐面這樣一種有效密封結構，密封錐面的指定截面徑向尺寸是保證接頭密封性的重要參數(shù)，是生產過程中需要嚴格檢驗和測量的參數(shù)，這就涉及到對圓錐面直徑、圓度的檢測。

錐面直徑的測量目前還沒有商品化的通用量具，有采用錐度量規(guī)測量密封錐面的方法，但不能直觀地測量出密封錐面的直徑和圓度;有采用通用的直徑測量工具如游標卡尺、千分尺測量密封錐面的方法，但測量有一定難度，測量時引起的誤差較大，無法得到精確的密封錐面直徑和圓度;也有采用三坐標測量機測量，但由于設備昂貴、環(huán)境要求較高，不適宜生產現(xiàn)場檢測。然而，精確的圓錐面直徑及圓度又是影響錐面密封效果的重要因素。圖1為某校工程訓練中心承接的蘇州圣寶利機械制造有限公司石油管路連接環(huán)零件，要求對15°錐面處距上下面6 mm處的錐徑尺寸進行控制，為滿足生產和檢測需要，根據錐徑的技術要求，設計了一種專用檢具，較好解決了這個難題。

圖1 石油管路連接環(huán)零件簡圖

1 測量分析

1.1 測量原理

根據錐面結構特點，借鑒三坐標測量機采用標準球測量各類元素的形式，該錐徑測量裝置采用一對直徑合適的標準鋼球作為測量爪，圖2所示，在已知圖紙給出的被測要素L0、鋼球半徑R、錐角α情況下可轉化為測出兩鋼球象限點之間距離L來間接控制被測要素L0，因此可得出:

圖2 測量原理圖

測量時以錐頂面作為高度基準，標準球中心到錐頂面距離H是影響錐徑的重要因素，在已知鋼球半徑R、錐角α、被測高度截面H0情況下，可得出:

在檢具安裝調試時需嚴格控制H尺寸，以免影響錐徑L0精度。

1.2 比較測量法

產品檢測分為絕對測量法和比較測量法。絕對測量法是利用可以直接讀出被測參數(shù)整個量值的測量工具，對被測對象進行度量。例如使用游標卡尺、千分尺、高度尺、深度尺測量零件長度尺寸，使用萬能角度尺測量零件角度尺寸，這些都可直接測出零件的實際尺寸。然而在實際生產中，零件的很多尺寸是無法依靠通用量具測出實際數(shù)值的，有時檢測時間甚至超過制造時間，大大增加生產成本。比較測量法是通過被測參數(shù)與某個標準量 (校準件)進行比較，從而得出被測參數(shù)相對于標準量的偏差值，由于標準量已知，被測參數(shù)的整個量值等于偏差值與標準量的簡單代數(shù)和，檢測中，只需觀察偏差值即可判斷尺寸合格與否，大大提高了檢測效率。

1.3 校準件

根據以上分析，可采用比較測量法使用專用錐徑檢具檢測圖1中指定截面圓錐直徑尺寸。設計校準件如圖3所示。

圖3 校準件及校準示意圖

校準件為圓柱體，直徑L根據式 (1)計算，直徑L精度控制在±0.005 mm，上表面與圓柱軸線垂直度誤差0.005 mm，圓柱面與上表面粗糙度值Ra0.8 μm，校準件材料GCr15，銳邊去毛刺，熱處理HRC60～64，使其具有足夠的硬度和穩(wěn)定性。在圖3所示狀態(tài)下，利用高精度校準件對檢具進行零位設置，檢測時，如果零件被檢測參數(shù)在－0.05～0.05 mm之間則零件合格，否則不合格。

2 檢具結構

根據上述分析，設計錐徑檢具結構如圖4所示，包括滑桿1、可調固動測頭組件、滑動測頭組件、彈簧8、表架6以及測量表7等。

圖4 錐徑檢具結構示意圖和三維示意圖

可調固定測頭組件、滑動測頭組件分別經緊定螺栓3、緊定螺栓4定位于滑桿1上。彈簧8套入滑桿1，彈簧8左端和滑塊5右側面接觸，彈簧8右端和插入滑桿1的表架6左側面接觸，滑桿1和表架6之間用螺栓18緊固，百分表7插入表架6上端安裝孔后測頭與滑塊5右端面接觸，表架6和百分表7之間采用螺栓17緊固。彈簧8為測量表7測頭提供回復力。

滑桿1上對應可調固定測頭組件及滑動測頭組件處各開有1個橫向導向槽19，在橫向導向槽19的橫向范圍內可對兩測頭組件在滑桿1上的位置進行調整，以適應不同錐徑需求。

可調固定測頭組件由滑塊2、無油軸承16、無油軸承13、測桿15、測量標準球14及緊定螺栓3組成。測量標準球14和測桿15的下端通過螺紋連接裝配在一起，測桿15頂端和滑塊2底部孔通過螺紋連接裝配在一起。無油軸承16和13分別安裝在滑塊2橫向導向孔的兩端，滑桿1插入無油軸承16和13的內孔，緊定螺栓3擰入滑塊2后直至滑桿1上橫向導向槽19中，緊定螺栓3頂緊滑桿1上橫向導向槽19底面，防止可調固定測頭組件繞滑桿1轉動和沿滑桿1的移動。

滑動測頭組件由滑塊5、無油軸承12、無油軸承9、測桿11、測量標準球10及緊定螺栓4組成。測量標準球10和測桿11的一端通過螺紋連接裝配在一起，測桿11另一端和滑塊5下端孔通過螺紋連接裝配在一起。無油軸承12和無油軸承9分別安裝在滑塊5橫向導向槽兩端，滑桿1插入無油軸承12和無油軸承9的內孔，緊定螺栓4擰入滑塊5后直至滑桿1上橫向導向槽中，防止滑動測頭組件繞滑桿1轉動，緊定螺栓4下端和滑桿1上橫向導向槽底面不接觸，確?；瑒訙y頭組件沿滑桿1滑動。

兩測頭組件上的所述測量標準球之間的空間為測量區(qū)20，所述測桿的長度與待測外圓錐截面高度相匹配。

3 檢具制作關鍵點

滑桿1選用圓柱直線導軌，直線度小于5 μm，圓度小于 3 μm。

兩測頭組件的滑塊系整體加工，與橫向孔平行的四面是檢具加工基準和測量基準，需在精密平面磨床磨削，保證四面相互之間平行度、垂直度5 μm，四面粗糙度Ra0.8 μm?；瑝K的橫向孔裝入無油軸承后以上述四面為基準找正作精密鏜削，粗糙度Ra0.8 μm，保證橫向孔無油軸承軸線與四面平行度小于5 μm，同時橫向孔無油軸承孔應與圓柱直線導軌配研，使滑動阻尼適當，不可過松，保證底面對圓柱直線導軌軸線全程直線度在8 μm。確保2個測桿安裝孔軸線穿過無油軸承軸線并正交，滑塊整體加工完成后用線切割切割分離成滑塊2、滑塊5。

4 檢具操作

(1)校正。人為施加壓力推動滑動測頭組件使百分表7適當受壓，擰進緊定螺栓4，使百分表7和滑動測頭組件位置相對固定。擰松緊定螺栓3，使滑塊2、5的下基準面和校準件上基準面貼實，同時沿著校準件上基準面前后滑動整個裝置，校準件推動測量標準球14帶動可調固定測頭組件延滑桿1滑動，找到校準件的最大直徑，擰緊緊定螺栓3，擰松緊定螺栓4，反復幾次沿著校準件上基準面前后滑動整個裝置，校準件推動測量標準球10帶動滑動測頭組件沿滑桿1滑動，觀察測量表7的指針變化，找到校準件的最大直徑，測量表7置零。

(2)測量。滑塊2、5的下基準面和工件上基準面貼實，沿著工件上基準面前后滑動整個裝置，測量標準球10受力帶動滑動測頭組件自動向右移動推動測量表7，同時彈簧8對滑動測頭組件施加反作用力，觀察測量表7的指針變化，找到錐面最大直徑，讀測量表7示數(shù)，即可知圓錐直徑偏差值。在圓錐不同方位測量多次，即可算出圓錐的圓度。

5 結束語

經過反復的測量檢驗，檢具滿足了驗收要求:測量重復性GR＆R不大于15%。所設計的錐徑尺寸測量專用檢具結構緊湊，原理正確，能在生產線快速準確地測出錐徑尺寸和圓度，大大提高了檢測精度和檢測速度，提高了生產效率。目前此項檢具技術已經推廣使用，并獲實用新型專利授權，產生了巨大的經濟效益。

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