胡振豪 楊靖（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266000）

夾具式檢具測量位置度淺析

胡振豪 楊靖（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266000）

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，其零部件加工精度直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，位置度加工的好的壞不僅會(huì)影響到裝配，甚至還會(huì)決定發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。位置度的測量方式有多種，但考慮到測量精度同時(shí)還要考慮批量測量的效率，本文主要介紹了夾具式檢具在生產(chǎn)測量中的運(yùn)用，為大家在生產(chǎn)中測量位置度提供參考。

1 位置度的定義

位置度是指被測實(shí)際要素對其具有理想位置的理想要素的變動(dòng)量，位置度公差帶是一以理論位置為中心對稱的區(qū)域。位置度公差在評定實(shí)際要素位置的正確性是依據(jù)圖樣上給定的理想位置，其正確測量對零部件的合格判定發(fā)揮重要作用。

2 夾具式檢具簡介

檢具是一種用來測量和評價(jià)零件尺寸質(zhì)量的專用檢驗(yàn)設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)用于控制產(chǎn)品各種尺寸，可以提高生產(chǎn)效率，適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品以替代專業(yè)測量工具，常用的檢具有光滑塞規(guī)、螺紋塞規(guī)、卡規(guī)、電子檢具、氣動(dòng)檢具、夾具式檢具等。

夾具式檢具是一種可以將被測工件夾緊固定后測量的專用檢具，可檢測工件的某一或某幾個(gè)特性。位置度檢具一般用于檢測產(chǎn)品孔或軸銷相對于某定位面、定位孔或中心孔的相對位置度要求。檢具定位基準(zhǔn)與機(jī)床加工基準(zhǔn)保持一致，利用夾具將工件夾緊后，使用專用測量銷進(jìn)行測量得到結(jié)果。

一般位置度夾具式檢具都是由以下幾部份組成：底板或支撐板—起平面定位作用；夾具—起夾緊產(chǎn)品，在測量時(shí)不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象；定位面—起工件定位作用；導(dǎo)向套—測量銷測量時(shí)導(dǎo)向作用；測量銷—起測量作用。

（1）底板只是起到平面支撐的作用，硬度要求不高，但要不易變形，通常用45#鋼、合金鋼等，并在表面熱處理或防銹處理。

夾具分為自動(dòng)夾緊和手動(dòng)夾緊。自動(dòng)夾緊裝置使用PLC進(jìn)行控制，啟動(dòng)后各個(gè)機(jī)構(gòu)配合將工件夾緊，動(dòng)作快，成本高；手動(dòng)夾緊裝置通過簡單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)手動(dòng)一步步將工件夾緊，成本低廉。裝夾部分只是起到夾緊工件的作用，不能對工件造成壓傷或磕碰，所以可采用硬度低或者材質(zhì)較軟的材料，如鋁、銅或者硬質(zhì)塑料等材料。

（2）定位部分用來確定工件的基準(zhǔn)，相對于某一平面和中心孔為基準(zhǔn)的位置度方式一般采用平面與中心定位銷進(jìn)行定位；相對于毛坯件平面的定位可以采用三點(diǎn)支撐定位；相對于用外圓為基準(zhǔn)的可以采用V型塊加一平面和一定位銷為定位方式。導(dǎo)向孔位置度公差要求一般為被測工件孔徑位置度公差的1/5—1/10。定位面、導(dǎo)向孔相互與工件、測量銷接觸，應(yīng)選用硬度高的材料并進(jìn)行熱處理，如T10A等。

（3）測量銷大致分為功能規(guī)和掃描規(guī)兩種。功能規(guī)是當(dāng)最大實(shí)體要求應(yīng)用于被測要素和（或）基準(zhǔn)要素時(shí)，用來確定它們的實(shí)際輪廓是否超出邊界（最大實(shí)體實(shí)效邊界或最大實(shí)體邊界）的量規(guī)。利用孔之間的配合來定性的判斷工件是否合格，優(yōu)點(diǎn)是制造及使用非常簡單，但不能檢測出工件的實(shí)際孔位與理論孔位置的具體差距，不能指導(dǎo)工件加工過程的調(diào)整，具體調(diào)整值仍需使用其他測量工具檢測。

專用掃描規(guī)是在測量銷上安裝千分表或位移傳感器等裝置，量化的測出實(shí)際與理論位置的差異。這里著重介紹連接工控機(jī)使用的掃描規(guī)，它分為傳感器、測頭、手柄三部分。

①這里所用到的傳感器是指位移傳感器，它是基于電磁感應(yīng)的原理，傳感器測頭檢測到物體的位移，通過測桿帶動(dòng)銜鐵產(chǎn)生位移，從而使線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M發(fā)生變化，信號再經(jīng)引線接入測量電路轉(zhuǎn)化為電壓或者電流，然后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)測量軟件轉(zhuǎn)化為位移數(shù)據(jù)顯示。

高品質(zhì)傳感器是檢測技術(shù)的核心，常用的有PETER傳感器、SOLARTRON數(shù)字位移傳感器、Airxi傳感器等。其中SOLARTRON數(shù)字位移傳感器有極高的分辨率，良好的線性和高速數(shù)據(jù)傳輸，DP系列由探頭和數(shù)字整定模塊組成采用了精密線軸模塑和多室線圈繞組技術(shù)，在整個(gè)范圍有良好的線性和熱穩(wěn)定性，各傳感器可以通過DB9接口相連，采用RS-485總線傳輸信號，可簡化現(xiàn)場布線并提高抗干擾能力。

②常用的測頭有球形測頭、扁平型測頭、傳感器式測頭等幾種。

球形測頭，與工件接觸部分為球形，與工件點(diǎn)接觸，可減少與工件之間的摩擦力。傳動(dòng)桿與測頭連接部位為45°的斜面，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比為1:1，減少了二次計(jì)算。測頭部分經(jīng)常與工件接觸易磨損，需要采用硬度較高的材質(zhì)并進(jìn)行相應(yīng)的熱處理,使硬度達(dá)到HRC55-65。材料可選用T10A、Cr12等合金高碳鋼或者工具鋼。

圖1

扁平型測頭，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與球形測頭類似，與工件接觸部分為扁平式，其特點(diǎn)是可以接觸到工件一定范圍內(nèi)的凸點(diǎn)。

傳感器式測頭，即直接使用傳感器頭部作為測頭，結(jié)構(gòu)更為簡單，并且減少機(jī)械傳動(dòng)帶來的誤差，但是使用范圍受到孔直徑的限制。

③手柄材質(zhì)要求較低，可盡量選用輕質(zhì)材料，避免檢具過重給操作者增加勞動(dòng)強(qiáng)度。

手柄有一體式手柄和分體式可旋轉(zhuǎn)手柄。一體式手柄就是測頭與手柄采取固定的方式形成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)簡單耐用。分體式可旋轉(zhuǎn)手柄是手柄通過螺釘與測頭部分連接固定，傳感器位于手柄內(nèi)部，手柄通過球軸承與測頭部分接觸，軸承可以保證掃描規(guī)在測量時(shí)手柄轉(zhuǎn)向靈活。由于使用掃描規(guī)測量位置度時(shí)，掃描規(guī)需要在導(dǎo)向孔中旋轉(zhuǎn)測量工件的多個(gè)位置后（一般4個(gè)位置）才能計(jì)算出結(jié)果，分體式手柄可以避免旋轉(zhuǎn)過程中傳感器連接線纏繞打結(jié)。

3 夾具式檢具在位置度檢測中的應(yīng)用

夾具式檢具可以用于檢測中心孔、螺紋孔、連桿頸、缸孔、鍵槽、油孔等位置度。

3.1 測量曲軸中心孔位置度

夾具式檢具的定位基準(zhǔn)與機(jī)床保持一致，夾緊方式也基本一致。使用分中擋塊將曲軸打分中后，夾緊第1和第5主軸頸，然后頂緊第1連桿頸，建立以曲軸中心線X-Y及P1為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系。

選用球形測頭，將掃描規(guī)插入中心孔，測量四個(gè)位置a、b、c、d，通過a、c兩位置測量得到x方向的偏離值，通過b、d兩位置測量得到y(tǒng)方向的偏離值，然后通過公式計(jì)算出中心孔的位置度結(jié)果。

3.2 測量螺紋孔位置度

某1.2L系列曲軸加工法蘭端螺紋孔過程中以中心孔和法蘭端工藝孔為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)檢具定位方式采用一對圓錐定位銷和一個(gè)菱錐形定位銷，其中菱錐形定位銷最長對角邊與另一定位銷連線成垂直狀態(tài)。

螺紋孔與中心孔不同，孔內(nèi)非光滑面，需要保證測頭每次與孔接觸的位置均為螺紋的小頸（否則無法準(zhǔn)確判斷出位置度）。因此不能采用球形測頭，可選用扁平式測頭，測頭可接觸到螺紋小徑。

3.3 測量缸孔位置度

缸體自重較大，夾具受力也較大，定位部分必須結(jié)構(gòu)牢固且不易變形，一般設(shè)計(jì)為箱體式結(jié)構(gòu)，通過搖桿控制缸體落位，然后將缸體基準(zhǔn)面推動(dòng)到夾具定位部位并夾緊，實(shí)現(xiàn)工件在夾具中與機(jī)床中的一致的坐標(biāo)系。

缸孔直徑較大，可以選用傳感器式測頭，減少機(jī)械傳動(dòng)誤差。

3.4 油孔位置度

對于位置度要求稍低的加工項(xiàng)，可以考慮使用功能類檢具，測量速度更快且成本較低。曲軸油孔位置度的公差為φ 0.7mm，可以采用功能性量規(guī)，檢測效率高，操作方便。

4 結(jié)語

現(xiàn)在坐標(biāo)測量機(jī)廣泛應(yīng)用，可以測量多種尺寸，如距離、直徑、圓度、位置度等。三坐標(biāo)測量位置度方法是先掃描基準(zhǔn)位置建立坐標(biāo)系，然后掃描需測量位置，計(jì)算出相對于評價(jià)基準(zhǔn)的位置度。夾具式檢具雖不如CMM測量范圍寬廣，但其測量效果與CMM接近，摘錄了螺紋孔位置度部分測量數(shù)據(jù)比對如圖，兩種測量工具的測量結(jié)果趨勢一致，差異均在工藝要求公差的10%以內(nèi)。

圖2

夾具式檢具作為一種可以快速、準(zhǔn)確測量工件尺寸的工具，值得我們花費(fèi)精力去研究優(yōu)化，使它作為生產(chǎn)過程控制的好幫手。

[1]周杏鵬.傳感器及檢測技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]徐學(xué)林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].湖南：湖南大學(xué)出版社，2007.