李運升
沈陽度維科技開發(fā)有限公司 遼寧沈陽 110078
長錐孔類零件錐孔規(guī)格多,深度0.5~2m不等,為了檢測錐度,每個錐孔都有相應(yīng)的錐度規(guī),但是錐度規(guī)即便做成空心,也存在質(zhì)量大的問題,測量時需要借助天吊,多人同時操作,但是測量時錐度規(guī)或者錐孔有異物容易劃傷錐孔,而且目前錐度規(guī)的制作價格昂貴,還不易找到產(chǎn)品質(zhì)量過硬的制造商,有些規(guī)格的錐孔零件只生產(chǎn)幾件,就需要單獨制作對應(yīng)的錐度規(guī),單次檢測成本非常高,而且錐度規(guī)的制作周期長,嚴重影響生產(chǎn)進度及產(chǎn)品交付。由于錐度規(guī)檢測沒有數(shù)據(jù),在生產(chǎn)過程中不易控制機床的調(diào)整,總是每次進刀一點,進行測量,再進刀一點,再測量,如此反復(fù)多次,效率極低,所以亟需一種操作簡便、適用范圍廣且能夠讀取數(shù)據(jù)的測量裝置。
測量裝置主要由定心機構(gòu)、測量機構(gòu)和定位機構(gòu)3部分組成,如圖1所示。前后兩個定心機構(gòu)可以找到錐孔的理論軸線,測量機構(gòu)安裝在中間位置,可以使兩個測點的連線與錐孔軸線垂直,此時兩測點間的距離即為當前截面的直徑[1],定位機構(gòu)上有游標刻線,碳纖維推桿上有深度刻線,二者構(gòu)成了游標卡尺讀數(shù)的原理,可以精準知道測點相對端面的深度,整套測量設(shè)備采用比較測量的原理,測量之前用千分尺或環(huán)規(guī)對系統(tǒng)進行清零[2],顯示器具有顯示和運算功能[3],可以將兩個測點對應(yīng)的位移傳感器做和差運算[4],最后顯示當前的測量值,此時旋轉(zhuǎn)推桿,測量機構(gòu)可以在此截面旋轉(zhuǎn)一周,測得該截面的不圓度[5]。
圖1 測量裝置
通過兩個定心機構(gòu)找到錐孔的理論軸線,此時錐孔理論軸線與定心機構(gòu)理論軸線重合,將測量機構(gòu)安裝到定心機構(gòu)上,此時測量機構(gòu)兩測點連線就會與定心機構(gòu)軸線垂直,即與錐孔理論軸線垂直,此時測量的才是錐孔當前截面的直徑。兩個定心機構(gòu)的定心精度和測量機構(gòu)測點與定心機構(gòu)軸線的垂直度是影響測量精度的兩個關(guān)鍵點,都會影響測點與孔母線的垂直度,進而影響測量精度,測量原理如圖2所示。
圖2 測量原理
測點與孔母線垂直時,真實直徑為D,當測點產(chǎn)生擺角α時,測量出的直徑為D1,由此產(chǎn)生的誤差Δ1=D1-D,其中D1=D/cosα,即Δ1=D(1/cosα-1),擺角α是由定心機構(gòu)的定心擺角所帶來,1∶1帶入測量誤差,而且孔徑越大,同樣的擺角α帶來的誤差越大。
為保證測量精度,定心機構(gòu)采用圖3所示結(jié)構(gòu),而且定心機構(gòu)和測量機構(gòu)所有零件的設(shè)計基準都是采用定心機構(gòu)中的基準軸理論軸線,同一基準就可大大提高整套設(shè)備的測量精度。
圖3 定心機構(gòu)
定心機構(gòu)采用三點定心原理,圓周方向均布3個脹爪,通過齒輪齒條結(jié)構(gòu)實現(xiàn)3個脹爪同時伸縮,而且裝配時調(diào)整3個脹爪頂端到齒條滑套軸線距離一致性≤0.005mm,這樣定心穩(wěn)定且精度高,為了增加定心穩(wěn)定性,將兩套同樣的定心機構(gòu)連接起來。自然狀態(tài)時,彈簧推動齒條滑套使脹爪張開到最大,當把整套機構(gòu)放入錐孔中,脹爪與孔壁接觸,齒輪齒條機構(gòu)使齒條套壓縮彈簧,彈簧力是整體自重的5倍,保證定心可靠性。
測量機構(gòu)采用比較測量原理,兩個測點通過和差運算得出被測直徑,而且通過這種方式還可以增大測量范圍,解決錐孔測量需要大測量范圍的難點,整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 測量機構(gòu)
壓緊套在彈簧的作用下壓住鋼珠,使之與定心機構(gòu)連接可靠,基準軸與定心機構(gòu)的基準軸精密配合,保證裝配后軸線重合,而且裝配后整個測量機構(gòu)可以圓周方向旋轉(zhuǎn);測頭的測點與基準軸軸線垂直,而且測頭的長短可以根據(jù)被測錐孔大小進行更換,滿足不同尺寸錐孔的測量需求;90°杠桿將軸向數(shù)值變化1∶1傳遞給傳感器,因杠桿的傳遞精度對測量精度有較大影響[6],所以在裝配后需進行精密的調(diào)整與測試;端蓋連接碳纖維推桿,傳感器線從推桿內(nèi)穿過。
綜合誤差Δ=(Δ12+Δ22+Δ32)1/2,其中Δ1是定心機構(gòu)軸線與孔理論軸線夾角帶來的誤差,Δ2是90°杠桿精度傳遞帶來的誤差,Δ3是位移傳感器帶來的誤差。
Δ3一般是定值,選用光柵傳感器,誤差在0.001mm,Δ2可以調(diào)整到0.005mm以內(nèi),根據(jù)1/10原則,本測量裝置的最大誤差不應(yīng)超過工件公差的1/10。以最大孔徑(100±0.05)mm為例,本測量裝置最大誤差不應(yīng)超過0.01mm,帶入上述公式為0.01=(Δ12+0.0012+0.0052)1/2,由此計算出Δ1≈0.008mm,再根據(jù)公式Δ1=D(1/cosα-1)計算出定心機構(gòu)與孔軸線最大夾角α≈0.5°,以此來調(diào)整定心機構(gòu)的定心精度,保證本測量裝置最大誤差滿足測量要求。
在生產(chǎn)實踐中驗證了產(chǎn)品的使用效果,首先是產(chǎn)品機械加工過程中,當進入半精加工工序時,用此測量裝置測量2~3個截面的直徑數(shù)據(jù),調(diào)整機床的進刀量,然后再進行2~3個截面的直徑測量,驗證效果非常好,可以有效指導機床調(diào)整,實現(xiàn)在機快速精準檢測。其次是在產(chǎn)品終檢時,由檢查員使用另一套測量裝置檢測多個截面的直徑及不圓度,以此來評定產(chǎn)品是否合格,實踐證明了此測量裝置的穩(wěn)定性及測量精度非常好,兩套不同測量設(shè)備的測量結(jié)果基本一致,而且用此方法檢測的合格品和不合格品用現(xiàn)有的通止規(guī)檢測驗證無誤。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,同時做3套量具,操作人員、工序間檢查員、終檢檢查員各1套,各自只能用自己的測量設(shè)備檢測,產(chǎn)品加工完成后,操作人員在機自檢3個截面直徑,記錄檢測結(jié)果,產(chǎn)品下機床后,序間檢查員檢測5個截面(包含有操作人員的3個截面)直徑,產(chǎn)品入庫前,終檢檢查員檢測5個以上截面(包含有序間檢查員的5個截面)直徑及不圓度,終檢檢查員對比重合的檢測截面直徑差值不超過此處公差的1/5,產(chǎn)品方可入庫,否則需要重新檢測,找出問題所在。
本測量裝置解決了錐孔生產(chǎn)加工過程的檢測難題,尤其是對于小批量產(chǎn)品的檢測,做出了巨大貢獻,節(jié)省了錐度規(guī)的制作及時間成本,而且提升了檢測精度及檢測效率,產(chǎn)品質(zhì)量得到巨大提升。產(chǎn)品得到了用戶的認可,為公司帶來了顯著的經(jīng)濟效益。
公司有時也會生產(chǎn)如長液壓缸、長氣缸等深孔類零件,將該測量裝置應(yīng)用在深孔直徑檢測中,不僅可以適用粗加工到精加工的工序間檢測,而且可以作為終檢使用,解決了深孔直徑測量難題,在實際應(yīng)用中也取得了很好的效果。