光滑工件尺寸檢驗(yàn)計(jì)量器具選擇軟件開(kāi)發(fā)

李廣法 蒲超亮 單純利 王 玉

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110862）

光滑工件尺寸一般采用普通的計(jì)量器具或光滑極限量規(guī)檢測(cè)。測(cè)量孔、軸實(shí)際尺寸時(shí)，由于存在測(cè)量誤差，測(cè)得值可能比真實(shí)尺寸大，也可能比真實(shí)尺寸小，通常不是被測(cè)件的真實(shí)尺寸，根據(jù)測(cè)得的實(shí)際尺寸來(lái)判斷工件是否合格，可能出現(xiàn)兩種錯(cuò)誤結(jié)果：誤收和誤廢。測(cè)量誤差分布曲線范圍越大，即測(cè)量誤差越大，誤收和誤廢的概率也越高。誤收會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量，而誤廢將使成本增加。因此正確確定被測(cè)件的驗(yàn)收尺寸，科學(xué)選擇計(jì)量、檢驗(yàn)器具，有著至關(guān)重要的意義。

1 技術(shù)分析

1.1 驗(yàn)收方式的選擇及驗(yàn)收尺寸的確定

驗(yàn)收極限是判斷所檢驗(yàn)工件尺寸合格與否的尺寸界限。根據(jù)被驗(yàn)收件尺寸的功能要求及其重要程度、尺寸公差等級(jí)、測(cè)量不確定度和工藝能力等因素綜合考慮，驗(yàn)收方式分為完全內(nèi)縮驗(yàn)收、不完全內(nèi)縮驗(yàn)收和非內(nèi)縮驗(yàn)收3種方式。

1.1.1 完全內(nèi)縮驗(yàn)收

對(duì)遵循包容要求的尺寸、公差等級(jí)高的尺寸采用完全內(nèi)縮的驗(yàn)收方式，采用這種方式確定驗(yàn)收尺寸，可使各種誤差的影響得到適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，誤收率減少，誤廢率增加，應(yīng)綜合考慮誤收率和誤廢率。驗(yàn)收尺寸是從工件的最大實(shí)體尺寸和最小實(shí)體尺寸分別向公差帶內(nèi)移動(dòng)一個(gè)安全裕度A。

孔尺寸的驗(yàn)收極限：

上驗(yàn)收極限=最小實(shí)體尺寸（LMS）－安全域度（A）；

下驗(yàn)收極限=最大實(shí)體尺寸（MMS）＋安全域度（A）。

軸尺寸的驗(yàn)收極限：

上驗(yàn)收極限=最大實(shí)體尺寸（MMS）－安全域度（A）；

下驗(yàn)收極限=最小實(shí)體尺寸（LMS）＋安全域度（A）。

1.1.2 不完全內(nèi)縮驗(yàn)收

作為一種半內(nèi)縮方式，驗(yàn)收尺寸之一由最大實(shí)體尺寸（或最小實(shí)體尺寸）一側(cè)向其公差帶內(nèi)移動(dòng)一個(gè)安全裕度A，而最小實(shí)體尺寸（或最大實(shí)體尺寸）作為另一個(gè)驗(yàn)收極限尺寸。以下兩種情況下宜采用不完全內(nèi)縮驗(yàn)收方式。

1.1.2.1 功能要求高的尺寸

如果被測(cè)件的尺寸遵守包容要求，同時(shí)其工藝能力指數(shù)Cp≥1，此時(shí)由于加工工藝性好，工件的實(shí)際尺寸幾乎全部在公差帶內(nèi)，似乎驗(yàn)收尺寸不要內(nèi)縮。但工件的形狀和位置精度要求嚴(yán)格，配合精度也高，所以采用不完全內(nèi)縮的驗(yàn)收方式，即對(duì)最大實(shí)體尺寸內(nèi)縮一個(gè)安全裕度A。

1.1.2.2 非正態(tài)分布的尺寸

工件實(shí)際尺寸的分布狀態(tài)若是偏態(tài)分布的話，實(shí)際尺寸偏向多數(shù)尺寸偏向的一側(cè)，所以采用單邊（實(shí)際尺寸偏向的一邊）內(nèi)縮的方式進(jìn)行驗(yàn)收。

1.1.3 非內(nèi)縮方式

工藝能力指數(shù)Cp≥1，此時(shí)工件的實(shí)際尺寸幾乎全部在公差帶內(nèi)，就沒(méi)有必要采用內(nèi)縮的方式驗(yàn)收，采用非內(nèi)縮方式的驗(yàn)收方式，或是公差等級(jí)低的尺寸同樣采用非內(nèi)縮方式的驗(yàn)收方式。

1.2 計(jì)量器具的選擇

計(jì)量器具的選擇是工件檢驗(yàn)中十分重要的一步，直接影響到驗(yàn)收尺寸的確定。在選擇計(jì)量器具時(shí)，要綜合考慮其技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，做到既滿(mǎn)足保證檢測(cè)質(zhì)量，又具有較好的經(jīng)濟(jì)性。依據(jù)是計(jì)量器具的不確定度允許值U1和尺寸所在的范圍來(lái)確定。當(dāng)采用千分尺和游標(biāo)卡尺進(jìn)行比較測(cè)量時(shí)，若使用的標(biāo)準(zhǔn)器形狀與被測(cè)件形狀相同，計(jì)量器具的不確定度降為原來(lái)的40%（U'1= U1×40%）；若使用的標(biāo)準(zhǔn)器形狀與被測(cè)件形狀不相同，計(jì)量器具的不確定度則降為原來(lái)的60%（U'1=U1×60%）。所選計(jì)量器具的不確定度U'1應(yīng)該小于或等于其允許值U1（U'1≤U1）。

2 程序設(shè)計(jì)

圖1 程序框架流程圖

根據(jù)上述理論基礎(chǔ)，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本程序采用C#語(yǔ)言編制，圖1是該程序的流程圖。程序說(shuō)明：程序開(kāi)始前，先掌握檢測(cè)對(duì)象的公差精度、公差原則、工藝能力指數(shù)及實(shí)際尺寸分布情況。程序開(kāi)始，依據(jù)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具實(shí)際，選擇應(yīng)用千分尺和游標(biāo)卡尺、比較儀或指示表中的某一類(lèi)。若確定采用比較儀或指示表，則直接選擇驗(yàn)收方式；如果應(yīng)用千分尺和游標(biāo)卡尺，則可以選擇采用絕對(duì)測(cè)量方法還是比較測(cè)量方法，并根據(jù)不同的情況確定新的安全裕度A或計(jì)量器具的不確定度，然后選擇相應(yīng)的驗(yàn)收方式，確定驗(yàn)收尺寸，顯示結(jié)果。

3 實(shí)例

應(yīng)用自行設(shè)計(jì)的軟件，對(duì)工程實(shí)踐中各種要求的工作進(jìn)行了驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)的手工計(jì)算選擇進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果證實(shí)該軟件方便、使用、準(zhǔn)確。下面介紹其中的一個(gè)實(shí)例：確定檢測(cè)工件?（120±0.011）mm時(shí)的驗(yàn)收極限，并選擇計(jì)量器具，步驟如下：

軟件計(jì)算報(bào)告1—選擇絕對(duì)測(cè)量的計(jì)算報(bào)告

此尺寸的公差等級(jí)為：6 級(jí)

測(cè)量方法類(lèi)型為：絕對(duì)測(cè)量

測(cè)量量具類(lèi)型為：千分尺、游標(biāo)卡尺類(lèi)

所選為一般尺寸或Cp＞1，不用內(nèi)縮

安全裕度為：2.2 μm，驗(yàn)收上限：11 μm，下限：-11 μm

測(cè)量不確定度為：

第一檔：1.98 μm

第二檔：3.3 μm

第三檔：4.95 μm

適合使用的測(cè)量量具：(首選第一檔、其次二、三檔)

第二檔：不確定度為 3μm，量程為100至125，分度為0.00 1的數(shù)顯外徑千分尺. 建議選擇比較測(cè)量重新計(jì)算

軟件計(jì)算報(bào)告2—選擇比較測(cè)量的計(jì)算報(bào)告（標(biāo)準(zhǔn)器和工件形狀相同）

此尺寸的公差等級(jí)為：6 級(jí)測(cè)量方法類(lèi)型為：比較測(cè)量

標(biāo)準(zhǔn)器和工件形狀相同

測(cè)量量具類(lèi)型為：千分尺、游標(biāo)卡尺類(lèi)

所選為一般尺寸或Cp＞1，不用內(nèi)縮

安全裕度為：2.2 μm，驗(yàn)收上限：11 μm，下限：-11 μm

測(cè)量不確定度為：

第一檔：1.98 μm

第二檔：3.3 μm

第三檔：4.95 μm

適合使用的測(cè)量量具：(首選第一檔、其次二、三檔)

第二檔：不確定度為 6 μm，量程為100至125，分度為0.01的外徑千分尺. 建議選擇比較測(cè)量重新計(jì)算

第一檔：不確定度為 3 μm，量程為100至125，分度為0.00 1的數(shù)顯外徑千分尺

傳統(tǒng)的手工計(jì)算步驟如下：

3.1 計(jì)算公差等級(jí)系數(shù)如下：

由于a1=10，查找公差系數(shù)表得知，公差等級(jí)為IT6。

3.2 測(cè)量不確定度為：?jiǎn)挝唬é蘭）

3.3 安全域度為：A=22/10＝2.2（μm）。不用內(nèi)縮，所以驗(yàn)收尺寸不變。

3.4 計(jì)量、檢驗(yàn)器具的選擇：

軟件計(jì)算報(bào)告1中：

測(cè)量方法類(lèi)型為：采用絕對(duì)測(cè)量；使用量具為：千分尺、游標(biāo)卡尺類(lèi)。

不確定度為 3μm，量程為100至125，分度為0.001的數(shù)顯外徑千分尺，滿(mǎn)足測(cè)量不確定度的第二檔。建議選擇比較測(cè)量重新計(jì)算。

軟件計(jì)算報(bào)告2中：

測(cè)量方法類(lèi)型為：比較測(cè)量——標(biāo)準(zhǔn)器和工件形狀相同；量具類(lèi)型為：千分尺、游標(biāo)卡尺類(lèi)。

不確定度為 6μm（比較測(cè)量：量具的不確定度內(nèi)縮為：6×0.4＝2.4＜3.3），量程為100至125，分度為0.01的外徑千分尺滿(mǎn)足測(cè)量不確定度的第二檔。

不確定度為3μm（比較測(cè)量：量具的不確定度內(nèi)縮為：3×0.4＝1.2＜1.98），量程為100至125，分度為0.001的數(shù)顯外徑千分尺滿(mǎn)足測(cè)量不確定度的第一檔。按照GB/T 3177-2009優(yōu)先選擇第一檔的要求，此量具適合。

4 總結(jié)

采用最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定工件的驗(yàn)收尺寸，考慮了工件的不同精度要求、加工工藝能力和尺寸的分布特征，所確定的驗(yàn)收尺寸準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)，滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際情況；

對(duì)于計(jì)量器具的選擇，該程序能夠?qū)崿F(xiàn)兩種途徑：儀器的優(yōu)化選擇和主觀選擇；

利用該程序可以方便地解決生產(chǎn)實(shí)踐中光滑工件的測(cè)量和檢驗(yàn)問(wèn)題。并針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件，有針對(duì)性地選擇各種計(jì)量器具。經(jīng)過(guò)對(duì)各種要求的工件進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，證明該程序方便、快捷、準(zhǔn)確。

[1]GB/T 3177-2009 光滑工件尺寸的檢驗(yàn)[S].

[2]沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集體）有限責(zé)任公司 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 光滑工件尺寸的檢驗(yàn)[S].