郝永剛，張獻(xiàn)鋒，楊軼峰

(北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京 100023)

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箱體類零件空間尺寸的測(cè)量方法

郝永剛，張獻(xiàn)鋒，楊軼峰

(北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京 100023)

在生產(chǎn)加工中，許多零件的尺寸都是由空間尺寸構(gòu)成，尤其是箱體類零件。箱體類零件通常涉及平行孔系、垂直孔系和相交孔系，這就使孔系與孔系、孔與孔之間構(gòu)成了大量的空間尺寸。常規(guī)的測(cè)量工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間尺寸的測(cè)量，需借助三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等精密測(cè)量?jī)x器對(duì)工件空間尺寸進(jìn)行檢測(cè)。在未借助三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的情況下，通過(guò)自制專用檢具，運(yùn)用數(shù)學(xué)幾何方法，將空間尺寸轉(zhuǎn)換為平面尺寸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)箱體類零件空間尺寸的測(cè)量。

測(cè)量基準(zhǔn)；專用檢具；尺寸鏈；空間尺寸

隨著數(shù)控加工高速機(jī)床、精密機(jī)床和多軸機(jī)床的大量使用和推廣，零件加工也走向多元化、復(fù)雜化，隨之帶來(lái)的問(wèn)題是零件空間尺寸的測(cè)量問(wèn)題。因?yàn)榱慵牟町悾患粶y(cè)，測(cè)量技術(shù)和手段受到一定的限制，尤其是單件小批量箱體零件，所需測(cè)量手段復(fù)雜，出于成本的考慮，不宜配置專用測(cè)量設(shè)備，導(dǎo)致快速、簡(jiǎn)單和精確的測(cè)量實(shí)現(xiàn)困難。本文通過(guò)對(duì)難檢測(cè)零件——潛望鏡箱體零件空間尺寸測(cè)量方法的研究、實(shí)踐，闡明在箱體類零件中，任何空間尺寸都可以通過(guò)該方法進(jìn)行簡(jiǎn)單檢測(cè)。下述以箱體零件(見(jiàn)圖1)中最常見(jiàn)的45°交叉孔為例，對(duì)箱體零件空間尺寸測(cè)量方法進(jìn)行論述。

圖1 潛望鏡箱體加工成品

1 測(cè)量難點(diǎn)分析

1.1 被測(cè)量箱體結(jié)構(gòu)方面

在該箱體零件中，零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，內(nèi)部通常為空型腔，某些部位有“隔墻”，箱體壁薄且薄厚不均。

1.2 測(cè)量難度方面

零件通常涉及平行孔系、垂直孔系和相交孔系，更主要的是有大量要求很高的軸承支承孔，對(duì)它的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度、孔系軸線之間的垂直度、平行度等幾何公差要求都很高，而孔系與孔系之間構(gòu)成了許多空間尺寸?？臻g尺寸沒(méi)有直接測(cè)量對(duì)象，用常規(guī)量具也無(wú)法實(shí)現(xiàn)尺寸測(cè)量，更不能直接讀出尺寸數(shù)據(jù)，這就使零件空間尺寸精度、幾何公差的測(cè)量增加了難度。

1.3 空間尺寸的轉(zhuǎn)換方面

零件涉及空間尺寸測(cè)量，為便于測(cè)量，要求將空間尺寸轉(zhuǎn)化為二維尺寸，需進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。對(duì)測(cè)量者的空間想象能力、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等提出了更高要求。

1.4 工件加工成本方面

一般的中、小企業(yè)不可能為單件或小批量的零件測(cè)量去購(gòu)買幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)的高精度測(cè)量機(jī)。

2 圖樣分析

2.1 箱體零件空間尺寸的分析

該箱體零件通過(guò)臥式加工中心加工，零件材料為鑄鋁，各部分的尺寸精度和幾何公差要求高。箱體零件圖和需要測(cè)量的空間尺寸如圖2和圖3所示。

圖2 箱體零件圖樣

圖3 需要測(cè)量的空間尺寸

2.2 簡(jiǎn)化尺寸圖形和空間尺寸轉(zhuǎn)換原理

根據(jù)圓和圓柱的特性，將空間尺寸轉(zhuǎn)化為水平和垂直方向上的平面尺寸。在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，φ24mm孔中心軸線是相對(duì)φ27mm孔中心軸線來(lái)確定的，φ24mm孔與φ27mm孔成45°關(guān)系；φ24mm孔端面到φ27mm孔中心線軸線的距離是105.2mm；2條虛線是假設(shè)相對(duì)于45°軸線移動(dòng)2mm后得到的。轉(zhuǎn)化后的結(jié)果如圖4所示。

圖4 空間角度轉(zhuǎn)化

3 空間尺寸測(cè)量具體實(shí)施過(guò)程

3.1 工具的選擇

本次測(cè)量需要使用的工具有：平板、量塊、杠桿百分表、磁力表座、墊鐵、平端面心軸和球端面心軸。

3.1.1 平板的選擇

平板按精度分主要有如下幾種[1]：1)0級(jí)、1級(jí)平板(平臺(tái))，此等級(jí)平板(平臺(tái))在每邊為25mm的平方的范圍內(nèi)不少于25點(diǎn)；2)2級(jí)平板(平臺(tái))，此等級(jí)平板(平臺(tái))在每邊為25mm的平方的范圍內(nèi)不少于20點(diǎn)；3)3級(jí)平板(平臺(tái))，此等級(jí)平板(平臺(tái))在每邊為25mm的平方的范圍內(nèi)不少于12點(diǎn)，3級(jí)平板一般供鉗工劃線使用。

本次測(cè)量選擇的是規(guī)格為1 500mm×1 000mm的1級(jí)平臺(tái)。

3.1.2 量塊的選擇

目前，在測(cè)量上使用的量塊根據(jù)工作尺寸(即中心長(zhǎng)度)的精度和2個(gè)測(cè)量面的平行度的誤差值，分成5個(gè)精度等級(jí)：00級(jí)、0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)。

本次測(cè)量根據(jù)圖樣空間尺寸測(cè)量精度的要求，選擇精度等級(jí)為0級(jí)的量塊。

3.1.3 百分表的選擇

根據(jù)被測(cè)零件的外形和尺寸特點(diǎn)，結(jié)合精度等級(jí)，選擇日本Mitutoyo(三豐)百分表做為測(cè)量用百分表。

3.1.4 平端面心軸和球端面心軸的選擇

平端面心軸和球端面心軸的形狀和各部分的尺寸精度分別如圖5所示和圖6。

圖5 平端面心軸

圖6 球端面心軸

3.2 檢測(cè)過(guò)程及檢測(cè)結(jié)果

圖7 理論數(shù)值簡(jiǎn)圖

檢測(cè)過(guò)程如下。

a.將被測(cè)量的工件放在整潔、干凈、無(wú)雜物的待用平板上。

b.用內(nèi)徑百分表分別測(cè)量φ27mm孔徑和φ24mm孔徑的實(shí)際尺寸精度值(見(jiàn)圖8和圖9)，測(cè)量的實(shí)際尺寸精度數(shù)值分別為φ26.86和φ24.08mm。

圖8 測(cè)量φ孔實(shí)際尺寸

圖9 測(cè)量φ孔實(shí)際尺寸

c.計(jì)算孔φ27mm下母線到工件底面的理論數(shù)據(jù)，即144-26.86/2=130.17 (mm)。

d.把平端面心軸和球端面心軸分別置于工件φ26.86mm孔和φ24.08mm孔之內(nèi)，放置位置關(guān)系如圖10～圖11所示。

圖10 平端面心軸放置位置

圖11 球端面心軸放置位置

e.用準(zhǔn)備好的標(biāo)準(zhǔn)量塊組合出最接近130.17mm的數(shù)值，組合的量塊數(shù)值與130.17mm的差值應(yīng)在使用百分表的量程范圍之內(nèi)。百分表的量程是1.25mm，則選擇量塊組合的數(shù)值是130.0mm。

f.將磁力表座吸在墊鐵上，移動(dòng)墊鐵進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)榇帕Ρ碜牡鬃纪共黄?，如果直接接觸平板會(huì)影響測(cè)量精度。使墊鐵精度高的一面與平板直接接觸，這樣有利于提高測(cè)量精度，同時(shí)方便移動(dòng)杠桿表進(jìn)行尺寸測(cè)量。

g.使杠桿表的觸頭接觸130.0mm的量塊，根據(jù)需要壓表。為了方便計(jì)算，將指針指向“0”刻度線(見(jiàn)圖12)。

圖12 校準(zhǔn)130.0 mm高度

h.移動(dòng)墊鐵，使杠桿表觸頭劃出量塊表面。移動(dòng)墊鐵，使杠桿表觸頭慢慢接觸φ27mm孔的下母線。觀察表針移動(dòng)的方向和圈數(shù)，并確定φ27mm孔下母線的最低點(diǎn)。記錄壓表后指針轉(zhuǎn)過(guò)“0”刻度線的格數(shù)和圈數(shù)。實(shí)際測(cè)量中記錄的數(shù)值是指針轉(zhuǎn)過(guò)“0”刻度線91個(gè)小格，即數(shù)值為0.91mm，也就是φ27mm孔的下母線距底面的實(shí)際距離為130.91mm(見(jiàn)圖13)。

圖13 測(cè)量φ孔中心到底面的實(shí)際尺寸

i.用φ27 mm孔的下母線距底面的實(shí)際距離加上φ27 mm孔實(shí)際數(shù)值的1/2，即130.91+13.43=144.34 (mm)。

2)球端面心軸的實(shí)際長(zhǎng)度和φ24.06 mm圓棒最高點(diǎn)到φ26.82 mm圓棒的垂直距離如圖14所示。

圖14 垂直距離簡(jiǎn)圖

為精確測(cè)量φ24 mm孔中心軸線的位移誤差，應(yīng)精確測(cè)量φ24.06 mm圓弧面到底面的實(shí)際距離，具體測(cè)量方法如下。

a.計(jì)算要組合標(biāo)準(zhǔn)塊的理論高度：144.34+96.282=240.622 (mm)。

b.根據(jù)百分表的量程范圍，選擇量塊堆出的數(shù)值是240.0 mm。

c.調(diào)整杠桿表合適的高度，移動(dòng)墊鐵使百分表觸頭接觸240.0 mm量塊上表面，根據(jù)需要壓表。轉(zhuǎn)動(dòng)百分表表盤，讓指針指向“0”刻度線。

d.移動(dòng)墊鐵，使百分表觸頭劃出量塊表面。移動(dòng)墊鐵，使杠桿表觸頭慢慢接觸φ24.06 mm圓弧面的上母線。觀看百分表指針指向“0”刻度線后轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和圈數(shù)，并找到φ24.06 mm圓弧面的最高點(diǎn)。記錄壓表后指針轉(zhuǎn)過(guò)“0”刻度線的格數(shù)和圈數(shù)。實(shí)際測(cè)量中記錄的數(shù)值是指針轉(zhuǎn)過(guò)“0”刻度線61個(gè)小格，即數(shù)值為0.61 mm，也就是φ24.06 mm圓弧面到底面的實(shí)際距離是240.61 mm(見(jiàn)圖15和圖16)。

圖15 校準(zhǔn)240.0 mm高度

圖16 測(cè)量φ24.06 mm圓弧面最高點(diǎn)

3.3 計(jì)算φ24 mm孔中心軸線的位移誤差

4 測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證對(duì)箱體設(shè)計(jì)的常規(guī)檢測(cè)方法是否合理，利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比[2]。

圖17 測(cè)量φ孔的位置

圖18 測(cè)量零件φ孔到φ孔的位置

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)利用圓和圓柱的特性，將空間尺寸轉(zhuǎn)換成水平和垂直方向上可以測(cè)量的平面尺寸，對(duì)案例中箱體零件45°交叉孔的空間尺寸進(jìn)行測(cè)量。借助測(cè)量和數(shù)學(xué)計(jì)算的方法得出了交叉孔加工誤差數(shù)值，并與三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)出的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果相差φ0.006 48mm，證明該方法的測(cè)量誤差很小，在生產(chǎn)加工中完全可以利用該方法對(duì)零件進(jìn)行空間尺寸精度的檢測(cè)。

通過(guò)對(duì)箱體零件空間尺寸測(cè)量方法的研究，得出了45°交叉孔的空間尺寸常規(guī)測(cè)量方法。舉一反三，箱體類零件中類似空間尺寸的測(cè)量，如30°交叉孔，都可以利用該方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的常規(guī)檢測(cè)。如果零件空間尺寸精度要求高，在條件允許的情況下，最好通過(guò)精密測(cè)量?jī)x器(如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等)對(duì)零件空間尺寸進(jìn)行檢測(cè)。

[1] 北京第一通用機(jī)械廠. 機(jī)械工人切削手冊(cè)[M]. 6版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 趙賢民. 機(jī)械測(cè)量技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

責(zé)任編輯 鄭練

Space-size Measurement of Box-type Machine Parts

HAO Yonggang, ZHANG Xianfeng, YANG Yifeng

(Being Industrial Technician College, Beijing 100023, China)

In the production, parts especially for box-type machine are mainly ascribed to the existing space-size caused by intersecting effect of parallel hole, vertical hole as well as intersection hole. Generally, precision measuring system such as 3D-coordinate measuring instrument instead of conventional measuring system is required to achieve the space size of component. To realize the effective space-size measurement without the application of 3D-coordinate measuring instrument, a self-made measuring system combined with mathematical and geometrical methods has been developed in the present study, and the space size of box-type machine parts can be obtained by transforming space size into plane size.

measuring basis, special checking fixture, dimension chain, space size

TG 806

A

郝永剛(1981-)，男，碩士，主要從事數(shù)控加工與精度檢測(cè)等方面的研究。

2016-05-06