李雨潞，張燕紅

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

軸類零件是工業(yè)制造中經(jīng)常遇到的典型零件之一，主要用于傳動(dòng)零部件的支撐、傳遞扭矩和承受載荷。軸類機(jī)械零件加工過程中需要檢測(cè)其幾何精度，主要檢測(cè)項(xiàng)目包括零件的圓度、圓柱度、端面跳動(dòng)、軸向跳動(dòng)和綜合跳動(dòng)等。V 形塊在尺寸檢測(cè)中是一種常用的支撐結(jié)構(gòu)，適用于精密軸類零部件的劃線、定位、檢測(cè)等用途[1]。由于V 形塊需要一定的承載力，通常采用鑄鐵材料、大理石材料或鋼制，以至于V 形塊的重量較大。傳統(tǒng)方式檢測(cè)不同長度工件時(shí)，調(diào)整V 形塊的間距費(fèi)時(shí)費(fèi)力，單純靠人工體力很難搬運(yùn)，需要借助專用吊裝工具。市場中未出現(xiàn)過類似應(yīng)用型商品，亟需一種便于調(diào)節(jié)V 形塊間距的檢測(cè)用浮動(dòng)式V 形塊。

1 研究V 形塊的背景

1.1 國外背景

在一般情況下，一個(gè)零件的圓柱度形狀誤差的測(cè)量是在圓度儀上進(jìn)行的，它的評(píng)定主要是由零件母線的直線度形狀誤差、被測(cè)零件數(shù)個(gè)截面的圓度形狀誤差及半徑誤差等幾項(xiàng)給出，評(píng)定及測(cè)量精度有限。在使用圓度儀進(jìn)行圓柱度形狀誤差測(cè)量時(shí)，不僅要求該圓度儀有很高的回轉(zhuǎn)精度，而且要求導(dǎo)軌具備很高的直線運(yùn)動(dòng)精度，還要求導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)軸線之間的平行度很高。例如Talyrond300 型圓度儀雖具有極高的精度，但隨著零件長度的增加，誤差逐漸增大，這在精度測(cè)量上是不能被接受的。因此，傳統(tǒng)的圓柱度形狀誤差測(cè)量方法難以達(dá)到要求。

國內(nèi)外的學(xué)者在這方面做了很大的努力，波蘭凱爾采工業(yè)大學(xué)（Kielce University of Technology）的一些學(xué)者提出了采用“V 形塊法”用于軸類零件圓柱度誤差的測(cè)量，文獻(xiàn)［2］公開了該方法，并采用該方法設(shè)計(jì)出試驗(yàn)裝置。將該裝置測(cè)量得出的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，定性定量地評(píng)定該裝置測(cè)量所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，成功驗(yàn)證了“V 形塊法”的可行性。但是，該文獻(xiàn)公開的試驗(yàn)裝置采用的是自主加工的V 形塊，不具有通用性，不能廣泛適用于各類軸類零件的測(cè)量；該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作不方便；測(cè)量傳感器固定在支撐基座，不利于靈活調(diào)整傳感器的偏擺角。

1.2 國內(nèi)背景

（1）將被測(cè)工件放在V 形塊中進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，被測(cè)工件在V 形塊中回轉(zhuǎn)一周，從測(cè)微儀（比較儀）中讀出最大示值和最小示值，這兩值之差的一半就是被測(cè)工件外圓的圓度誤差。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且只適于測(cè)量有奇數(shù)棱邊形狀誤差的外圓。

（2）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)有一項(xiàng)發(fā)明，由V 形塊、傳感測(cè)頭和數(shù)字顯示器構(gòu)成。其特征在于支承傳感測(cè)頭的夾固滑塊，以滑動(dòng)傳動(dòng)副的形式，與V 形塊的一外側(cè)面連結(jié)在一起?；瑒?dòng)副上有非標(biāo)準(zhǔn)游標(biāo)，根據(jù)被測(cè)零件的直徑大小調(diào)節(jié)游標(biāo)，便可進(jìn)行測(cè)量。但此種設(shè)備價(jià)格昂貴、成本高，不便于在生產(chǎn)制造中降低成本[3]。

（3）常州工學(xué)院有一篇文章，其中采用浮動(dòng)式V 形塊，減少圓柱面的通槽加工誤差，文章分析了常用固定V 形塊獨(dú)立限位造成定位誤差的原因。在通過探究支承板限位的定位誤差和定位元件不同固定形式的定位誤差的基礎(chǔ)上，提出了一種新定位方案。通過計(jì)算和比較得出，新方案的定位誤差小于用V 形塊獨(dú)立限位的定位誤差。該文章突出了浮動(dòng)式V 形塊在測(cè)量上的優(yōu)勢(shì)，但是其研究方向與本文的浮動(dòng)式V 形塊的研究方案不同，本文旨在節(jié)省測(cè)量時(shí)間。

1.3 對(duì)比結(jié)果

從國內(nèi)外情景分析，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能夠一定程度上彌補(bǔ)該領(lǐng)域在市場上的空白，能較好地帶來經(jīng)濟(jì)效益。

2 設(shè)備設(shè)計(jì)的意義

2.1 省時(shí)省力

生產(chǎn)準(zhǔn)備減少的核心是生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（Set Up Time）的減少，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間是指在一臺(tái)機(jī)床從完成上一種產(chǎn)品最后一個(gè)零件開始至完成另一種產(chǎn)品的備件加工所花費(fèi)的時(shí)間[4]，包括：刀（模）具準(zhǔn)備及更換，機(jī)床調(diào)整，工件的取放及裝卸，首件試加工，首件檢測(cè)等項(xiàng)作業(yè)所需要的時(shí)間。如果能夠節(jié)省工件檢測(cè)的時(shí)間那么將提高工作效率，降低人力物力成本，為企業(yè)帶來更大利益。

2.2 機(jī)械原理

該項(xiàng)目采用一對(duì)V 形塊浮動(dòng)式支撐機(jī)構(gòu)，當(dāng)檢測(cè)工件時(shí)，基座的下方的端面抵在檢測(cè)平臺(tái)上，檢測(cè)后去除工件，基座的下端面與檢測(cè)平臺(tái)分離，使一對(duì)V 形塊相向或背向移動(dòng)，即調(diào)節(jié)一對(duì)V 形塊的間距以適應(yīng)不同長度工件的檢測(cè)（圖1）。浮動(dòng)式支撐機(jī)構(gòu)的軸承外圈壁抵在檢測(cè)平臺(tái)的上端面，配合導(dǎo)向槽和導(dǎo)向條，利用軸承的滾動(dòng)摩擦，摩擦因數(shù)小，便于移動(dòng)一對(duì)V 形塊的位置。壓蓋和壓塊之間形成壓緊間隙，壓蓋向下壓緊彈簧，將基座的下端面抵在檢測(cè)平臺(tái)的上端面，操作完成后在彈簧的作用力下回復(fù)到初始狀態(tài)。

圖1 一種檢測(cè)用浮動(dòng)式V 形塊結(jié)構(gòu)

2.3 成本低廉

V 形塊可以用于軸類檢驗(yàn)、校正、劃線，檢驗(yàn)工件垂直度、平行度。材料主要有鑄鐵、大理石和鋼制等。V 形塊按JB/T 8047—2007《V形塊（架）》標(biāo)準(zhǔn)制造，也稱為V 形架，常用的有三口V 形塊、單口V形塊和五口V 形塊[5]。V 形塊采用優(yōu)質(zhì)HT200、HT250 材料，鑄鐵V形塊的材料可以分為球鐵和灰鐵兩類，成對(duì)供應(yīng)。作為一種檢測(cè)用設(shè)備，V 形塊價(jià)格在幾十到幾千元不等，配合浮動(dòng)式設(shè)備，價(jià)格也不會(huì)很高，在節(jié)省人力物力的基礎(chǔ)上節(jié)省了資金使用。

2.4 使用方法

檢測(cè)工件時(shí)，基座下方的端面抵在檢測(cè)平臺(tái)上，檢測(cè)完后取走工件，基座的下端面脫離檢測(cè)平臺(tái)，利用軸承的滾動(dòng)摩擦，使這一對(duì)V 形塊得以相向或背向移動(dòng)順利調(diào)整間距，以適應(yīng)不同長度工件的檢測(cè)。

3 一種浮動(dòng)式V 形塊的研究

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)

一對(duì)V 形塊相對(duì)設(shè)置在所述檢測(cè)平臺(tái)的頂部，V 形塊上形成一道開口向上的V 形槽，以支撐待測(cè)工件。每個(gè)V 形塊的底部均連接有基座，基座與檢測(cè)平臺(tái)之間可以滑動(dòng)，使一對(duì)V 形塊相向或背向移動(dòng)?；显O(shè)置有開口向下的導(dǎo)向槽，檢測(cè)平臺(tái)上設(shè)置有與導(dǎo)向槽相適配的導(dǎo)向條，以使一對(duì)V 形塊相向或背向移動(dòng)。4 個(gè)浮動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座的四個(gè)邊角處，以使基座與檢測(cè)平臺(tái)之間形成一定的浮動(dòng)間隙。

浮動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)包括一對(duì)壓蓋、一對(duì)彈簧、一對(duì)浮動(dòng)壓塊和支撐件，壓蓋與基座通過多個(gè)緊固件固定，浮動(dòng)壓塊與基座可滑動(dòng)連接，壓蓋和浮動(dòng)壓塊成對(duì)設(shè)置且組合成容納腔，腔內(nèi)設(shè)置彈簧。彈簧的第一端與壓蓋固定連接，第二端與浮動(dòng)壓塊固定連接，支撐件的底部抵在檢測(cè)平臺(tái)的上端面。壓蓋與浮動(dòng)壓塊之間形成壓緊間隙，壓緊間隙的高度不低于浮動(dòng)間隙的高度，檢測(cè)待測(cè)工件時(shí)壓蓋朝向浮動(dòng)壓塊移動(dòng)，以使基座的下端面抵在檢測(cè)平臺(tái)的上端面。

基座上設(shè)置有移動(dòng)槽，以使支撐件驅(qū)動(dòng)一對(duì)V 形塊相向或背向移動(dòng)。支撐件包括軸承和與壓塊固定連接的浮動(dòng)軸，軸承設(shè)置在移動(dòng)槽內(nèi)，并環(huán)設(shè)在浮動(dòng)軸的外壁上，軸承的外圈壁抵在檢測(cè)平臺(tái)的上端面。浮動(dòng)軸與基座可滑動(dòng)連接，一對(duì)壓塊的底部分別與浮動(dòng)軸兩端的外壁固定連接。壓塊與軸承之間設(shè)置有與軸承的外圈相適應(yīng)的隔套。緊固件為內(nèi)六角螺栓，且緊固件的上端面略低于壓蓋的上端面。V 形槽的夾角α 為90°～120°。

3.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目提出一種檢測(cè)用浮動(dòng)式V 形塊，采用浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)，把滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小了摩擦因數(shù)，利于V 形塊調(diào)整及檢測(cè)。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目的主要研究成果是解決V 形塊調(diào)整時(shí)費(fèi)事費(fèi)力的問題，將傳統(tǒng)滑動(dòng)摩擦通過彈簧系統(tǒng)改為滾動(dòng)摩擦，同時(shí)保證可靠性，充分發(fā)揮該種檢測(cè)用浮動(dòng)式V 形塊的功能，提高檢測(cè)效率。