王建英

（大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司冶金電力設(shè)備制造事業(yè)部，大連 116031）

水電設(shè)備大型零件制造測量技術(shù)研究

王建英

（大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司冶金電力設(shè)備制造事業(yè)部，大連 116031）

對水電設(shè)備上兩個大型球形零件——轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭，通過零件球面直徑和間接測量的尺寸間的函數(shù)關(guān)系，計算得到需要的球面直徑，采用間接測量方法解決在不利條件下不能直接測量的問題。此外，水電設(shè)備上另兩個大型環(huán)型結(jié)構(gòu)件——底環(huán)和頂蓋，鑒于其經(jīng)過直接測量會導(dǎo)葉孔累積誤差，進(jìn)而在以后的加工中消除累積誤差，使圓周分布的導(dǎo)葉孔節(jié)距在允許值內(nèi)不超差。

間接測量 計算需要的尺寸 直接測量 測量累積誤差

引言

測量是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的手段之一，通過檢驗質(zhì)量參數(shù)與質(zhì)量要求的符合程度，以判定零件質(zhì)量是否合格。測量方法按被測物理量與測得物理量的關(guān)系，分為直接測量、間量接測和組合測量。當(dāng)被測尺寸不易測量或因為直接測量達(dá)不到精度要求時，常常不得不采用間接測量[1]。機械工程中的間接測量是通過對被測物理量有單值函數(shù)關(guān)系的物理量，間接得出被測物理量。例如，被測物理量X與直接測得的量值L1、L2……之間有單值函數(shù)關(guān)系[2]：X=f(L1,L2…)，就可以通過直接測得的量值L1、L2……，間接測得被測物理量X。

水力發(fā)電設(shè)備上的轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭零件是大型球形零件和球缺形零件。制造過程中，因受測量工具、零件形狀和大小等條件的限制，采用間接測量的方法測得相關(guān)尺寸；采用間接測量值與零件球面直徑的函數(shù)關(guān)系，計算得到球面直徑。直接測量是將被測物理量直接與已知真值同類物理量相比較而得出測量值。

水力發(fā)電設(shè)備上的底環(huán)和頂蓋是大型圓環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其上有節(jié)距公差要求的圓周分布的導(dǎo)葉孔。加工中，預(yù)先直接測量余下導(dǎo)葉孔累積誤差，將其與計算得到的余下導(dǎo)葉孔節(jié)距對比，提前發(fā)現(xiàn)和消除累積誤差，不使累積誤差集中到最后一個節(jié)距造成節(jié)距超差。

1 轉(zhuǎn)輪體球面直徑的加工間接測量

在數(shù)控立車上加工大型轉(zhuǎn)輪體球面，轉(zhuǎn)輪體球面直徑在2m到4m的范圍內(nèi)，靠數(shù)控立車按程序加工以及用樣板測量球面外形；在無專用檢測工具情況下，為減少加工成本，不設(shè)計專用工裝測量球面直徑，而是采用間接測量方法測量球面直徑（見圖1）。

圖1 在立車上間接測量轉(zhuǎn)輪體球面直徑

垂直滑枕側(cè)面是間接測量選擇的最佳輔助基準(zhǔn)。以它作基準(zhǔn)，可以在加工過程中隨時測量球面直徑，且方法簡單便捷，不需進(jìn)行更多操作。轉(zhuǎn)輪體上方有一個下沉內(nèi)孔，先加工內(nèi)孔測出尺寸A，再測量內(nèi)園孔壁到垂直滑枕側(cè)面尺寸B，最后測量滑枕側(cè)面到被測球面之間的尺寸C。這樣間接測量的球面直徑X通過表示這三個尺寸相互關(guān)系的式1計算得到：

X=A+2（B-C） （1）

為了消除垂直滑枕由于使用磨損造成的形位誤差對測量尺寸的影響，可在垂直滑枕B、C尺寸線右端處，用百分表測出兩點高低誤差，將其代入式（1），就可更準(zhǔn)確地算出球面直徑X的尺寸大小。

2 燈泡頭球缺球面直徑的間接測量

燈泡頭是水力發(fā)電設(shè)備中的一個大型焊接結(jié)構(gòu)件。它的外形是球缺形狀，球面是由鋼板壓型成不同球形面的鋼板拼接焊成。有一種類型的燈泡頭它是球面直徑9.6m、球缺高度2.605m，球面輪廓度公差為4。這樣大的球缺受零件形狀的限制缺少直接測量基準(zhǔn)，用一般方法不能直接測量球面直徑。借助機加工測量缺圓的弦長弓高法，可以進(jìn)行間接測量（見圖2）。過球缺底圓中心的弦長為S，弓高為H，球面直徑為D，則三者之間的函數(shù)關(guān)系[3]：

圖2 間接測量球缺球面直徑

球缺球面由下料、壓型、裝配、焊接形成，各工序環(huán)節(jié)都有誤差，會給球缺球面直徑尺寸造成波動而產(chǎn)生誤差。如果中間環(huán)節(jié)進(jìn)行誤差補償不利，最后會反映在缺球面球直徑上，甚至?xí)斐汕蛉鼻蛎嬷睆匠?。為了精?zhǔn)檢測缺各處球面球直徑，需要在球缺上多處測量球面直徑。首先在底面多處測量弦長，找出最大和最小過球缺底圓中心弦長，計算球面直徑檢查誤差超差與否。除此之外，還要將球缺分成多個弓高小于H小球缺（見圖2球缺中部水平點劃線），同樣找出最大和最小弦長，計算球面直徑檢查誤差情況，進(jìn)而全面檢查球缺球面直徑尺寸。分成的球缺越多，測量的范圍就越大，得到的測量數(shù)據(jù)就越多，測量效果就越好?？衫弥瞥汕蛉变摪宀牧闲螤钸B續(xù)性的特點，根據(jù)沿圓弧方向兩已檢測點誤差的趨勢，確定兩已檢測點之間的未檢測點球面直徑誤差。各塊壓型鋼板拼接焊成球缺后發(fā)現(xiàn)，超差修復(fù)比較麻煩。在焊接前拼接裝配時檢查球缺直徑發(fā)現(xiàn)，超差修復(fù)相對容易。

3 直接測量底環(huán)和頂蓋上圓周分布導(dǎo)葉孔節(jié)距累計誤差

水力發(fā)電設(shè)備中的底環(huán)和頂蓋是環(huán)形結(jié)構(gòu)件，有24個導(dǎo)葉孔分布其上，分布直徑少則2米多，多則8米多（見圖3），導(dǎo)葉孔的節(jié)距有尺寸公差要求，以保證裝配在底環(huán)和頂蓋之間的導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動靈活。底環(huán)和頂蓋上的導(dǎo)葉孔，加工過程中易出現(xiàn)由于節(jié)距累計誤差?？刂撇缓?，將造成整個圓周上分布的導(dǎo)葉孔之間的節(jié)距誤差超差。即使依次順時針或者逆時針加工，且每一節(jié)距都在公差范圍內(nèi)，如果控制不好，最后產(chǎn)生的累計誤差也會很大。因此，一般采用等份分組，首先加工每一組的第一個孔，再以組為單位，以同組加工的第一個孔為基準(zhǔn)加工其余孔，其余組依次類推，以減少加工產(chǎn)生的累計誤差。底環(huán)上有24個導(dǎo)葉孔，可采取先加工X軸、Y軸四個相隔90°的導(dǎo)葉孔。這四個導(dǎo)葉孔是靠機床跑X向、Y向坐標(biāo)加工的，位置精度可以保證，之間的累計誤差最小、分度精度最高。把24個導(dǎo)葉孔等份分成4組，每組先加工在X軸、Y軸上的四個導(dǎo)葉孔作為基準(zhǔn)孔，再以這位置精度最高的基準(zhǔn)孔為基準(zhǔn)加工其余導(dǎo)葉孔，以保證所有導(dǎo)葉孔加工不出現(xiàn)大的累計誤差。4個組中，等份加工的各基準(zhǔn)孔之間有5個孔、6個節(jié)距，及同組還要加工5個導(dǎo)葉孔。在同組加工過程中，加工的第1個導(dǎo)葉孔要測量與基準(zhǔn)孔的節(jié)距尺寸L和徑向尺寸R，其他導(dǎo)葉孔加工時要測量與相鄰的導(dǎo)葉孔節(jié)距尺寸L和徑向尺寸R，以保證導(dǎo)葉孔分布位置精度（見圖3）。在同組加工還剩2個導(dǎo)葉孔時，需要直接測量一下已加工導(dǎo)葉孔累計誤差是多大，以準(zhǔn)備提前在剩下的兩個導(dǎo)葉孔加工時把累計誤差消除。由于跨兩個未加工導(dǎo)葉孔距M的誤差變化大是累積誤差的主要影響因素，因此在一組從基準(zhǔn)孔依次加工的第3個導(dǎo)葉孔到相鄰組基準(zhǔn)孔之間，跨兩個未加工導(dǎo)葉孔測量節(jié)距M，就能測量出已加工的孔給未加工孔造成的累計誤差。測到的M值與計算的M值的差值DM，就是之前加工導(dǎo)葉孔造成的累積誤差。這個跨兩個未加工導(dǎo)葉孔距M以及允許偏差DM和徑向尺寸R以及偏差DR，可以通過式（3）計算得來[4]（見圖4）。導(dǎo)葉孔節(jié)距尺寸L尺寸偏差DL，一般質(zhì)量檢驗給出為DL=0.1-0.5。實際上，DR一般要求控制在0.05～0.15。實測DM如果小于、等于計算的DM，就知道在加工剩下的兩個導(dǎo)葉孔時如何分配節(jié)距尺寸L的偏差，以最大限度地消除產(chǎn)生累計誤差。如果實測DM大于計算值DM，說明同組加工前三個孔的DM超差。所以，同組加工前三個孔也要保證累計誤差不超出計算的DM。

圖3 底環(huán)和頂蓋分組分度加工的基準(zhǔn)孔

圖4 跨兩個未加工導(dǎo)葉孔預(yù)測節(jié)距累積誤差

圖3、圖4中的尺寸線從中心引出。實際測量中，節(jié)距尺寸L通過測量兩導(dǎo)葉孔壁之間尺寸加兩導(dǎo)葉孔半徑得來；徑向尺寸R通過在底環(huán)和頂蓋內(nèi)圓加工的徑向基準(zhǔn)孔壁相對導(dǎo)葉孔壁測量距離，再加上導(dǎo)葉孔半徑而來，得出的測量尺寸與圖中尺寸具有一致性。

4 結(jié)語

經(jīng)過對水電設(shè)備上的轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭間接測量球面直徑的測量技術(shù)研究，以及對底環(huán)和頂蓋直接測量圓周分布的導(dǎo)葉孔節(jié)距累積誤差的測量技術(shù)研究，確定了相關(guān)的計算和實際應(yīng)用方法，為在制造中解決同類問題，滿足設(shè)計和檢驗技術(shù)要求，提供了可參考的檢測方法。

[1]《公差與技術(shù)測量》編寫組.公差與技術(shù)測量[M].沈陽：遼寧人民出版社，1980.

[2]《機械工程師手冊》第二版編輯委員會.機械工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]《金屬機械加工工藝人員手冊》修訂組.金屬機械加工工藝人員手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981.

Reserch for Measuring Indirectly Large-scale Element of Hydraulic Power Generation Equipment in Manufactur Technologe

WANG Jianying
(Dalian Huarui Heavy Industry Group CO.,LTD,Metallurgical and Power Generating Equipment Manufacturing Department, Dalian 116031)

Tow large-scale elements of hudraulic power generation equipment consist of a part of spheroidicity and other shapes,Those spherical surface diameter are calculated by relationship of math between spherical surface diameter and measuring indirectly size. The method of measuring indirectly is used to solve problem wthich is unable to measure directly under disadvantageous conditions. Other tow large-scale elements of hudraulic power generation equipment are circular weldment,The accumulating errer of vane hole is measured and then the accumulating errer is diminated after machining,Which make it possible to control vane hole space in the allowance.

measuring indirectly, calculating requiring size, measuring directly, measuring accumulation errer