石油管路零件錐面直徑及圓度檢測裝置的研制

顧麗亞 朱學(xué)超 周琪珉

(①蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 蘇州215104;②蘇州圣寶利機(jī)械制造有限公司，江蘇 蘇州215115)

1 概述

圓錐面結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較為廣泛，一般用于比較重要及關(guān)鍵的場合，比如石油管道連接環(huán)、閥體就采用錐面對錐面這樣一種有效密封結(jié)構(gòu)。密封錐面的徑向過盈量是保證接頭氣密性的重要參數(shù)，也是生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格檢驗(yàn)和控制的重要參數(shù)之一。如圖1、圖2所示，根據(jù)密封性能要求，需要測量待測工件15°錐面距上下面6 mm處的錐面直徑φ108.06±0.05 mm和φ109.91±0.05 mm尺寸，這就涉及到對圓錐面指定截面直徑、圓度的檢測。但是錐面直徑的測量目前還沒有商品化的通用量具，有采用錐度量規(guī)測量密封錐面的方法，但不能直觀地測量出密封錐面的直徑和圓度;有采用通用的直徑測量工具如游標(biāo)卡尺、千分尺測量密封錐面的方法，但測量有一定難度，測量時引起的誤差較大，無法得到精確的密封錐面直徑和圓度;也有采用三坐標(biāo)測量機(jī)測量，但由于設(shè)備昂貴、環(huán)境要求較高，不適宜生產(chǎn)現(xiàn)場檢測。然而，精確的圓錐面直徑及圓度又是影響錐面密封效果的重要因素。為此，根據(jù)錐徑的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)外錐面直徑及圓度可同時測量的一體化檢測裝置，較好地解決了生產(chǎn)中這個難題［1］。

2 測量原理

2.1 間接測量法

產(chǎn)品檢測分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是指無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過測量儀器在被測對象上得到被測量值。例如，用鋼尺測量長度尺寸，通過與鋼尺標(biāo)示的長度直接比較就可以得到被測對象尺寸。這種測量方法是直接將被測物理量和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。然而在實(shí)際生產(chǎn)加工中，工件的很多結(jié)構(gòu)尺寸是無法依靠通用量具直接測出實(shí)際數(shù)值的，有時檢測時間甚至超過制造時間，大大增加生產(chǎn)成本。間接測量法是在直接測量的基礎(chǔ)上，已知被測量與某一個或若干個其它量具有一定的函數(shù)關(guān)系，通過直接測量這些量值用函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測量值的測量方法，通過計(jì)算把不便于測量的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為便于測量的結(jié)構(gòu)，從而使用通用量具測出被測物理量的量值［2－3］。

2.2 檢測原理

根據(jù)錐面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用間接測量法測量錐面直徑及圓度，借鑒三坐標(biāo)測量機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)球測量各類元素的形式，該錐徑及圓度測量裝置采用一對直徑合適的標(biāo)準(zhǔn)鋼球作為測量爪［4］。

檢測外錐時，如圖3所示，已知指定高度上待測錐面直徑設(shè)計(jì)理論值為L0、鋼球半徑R、錐角α情況下，可以通過間接測量L計(jì)算出L0的實(shí)測計(jì)算值L01，若實(shí)測計(jì)算值L01在設(shè)計(jì)理論值L0公差范圍內(nèi)，則合格。多次測量待測錐面指定高度不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即為圓度［5］。其中:

檢測內(nèi)錐時，如圖4所示，已知指定高度上待測錐面直徑設(shè)計(jì)理論值為L0、鋼球半徑R、錐角α情況下，可以通過間接測量L計(jì)算出L0的實(shí)測計(jì)算值L02，若實(shí)測計(jì)算值L02在設(shè)計(jì)理論值L0公差范圍內(nèi)，則合格。多次測量待測錐面指定高度不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即為圓度。其中:

3 檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

檢具結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示，內(nèi)外圓錐面直徑及圓度檢測裝置包括一對測頭組件和滑桿4;一個測頭組件經(jīng)螺釘1定位于所述滑桿4上，構(gòu)成固定測頭組件，另一測頭組件滑動連接于滑桿4上，構(gòu)成滑動測頭組件;測頭組件包括測頭2、螺釘1、測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件6和頂絲7，測頭2套于滑桿4上，測頭2上端設(shè)有螺釘1使其固定在滑桿4上，測頭2下端設(shè)有測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件6;測頭2包括測頭本體3和滑塊5，測頭本體3上端設(shè)有螺釘1使其固定在滑桿4上，測頭本體3下端與滑塊5通過緊定螺栓固定，測頭2底部設(shè)有多個測桿孔，測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件6上端穿過滑塊5的測桿孔伸入測頭本體3的測桿孔內(nèi)通過頂絲7固定，測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件6伸入測頭本體3的長短可通過頂絲7鎖緊，根據(jù)指定的待測高度要求，可制作專用深度校正檢具來校正所需的高度值，保證其高度的一致性。同時可根據(jù)待測錐面的大小更換不同大小的測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件6。滑桿4上對應(yīng)固定測頭組件及滑動測頭組件緊定螺釘處各開有4個橫向?qū)虿?，緊定螺釘擰入后防止一對測頭組件繞滑桿4轉(zhuǎn)動;所述固定測頭組件和滑動測頭組件上的測量標(biāo)準(zhǔn)鋼球組件的鋼球之間的空間為測量區(qū)［6］。

4 測量方法

內(nèi)、外錐直徑及圓度檢測方法如圖7、圖8所示。測量步驟如下:

(1)檢測時，先將固定測頭組件固定在滑桿的一側(cè)，滑動測頭組件可沿滑桿來回滑動地設(shè)置在滑桿的另一側(cè);

(2)將待測錐面的基準(zhǔn)面緊貼于測頭的下基準(zhǔn)面，放置于測量區(qū)內(nèi)，待測錐面的一側(cè)與固定測頭組件的鋼球緊貼，移動滑動測頭組件的鋼球，使其緊貼待測錐面的另一側(cè)，找到待測錐面最大直徑，然后用螺釘鎖緊滑動測頭組件，再測量固定測頭組件的鋼球與滑動測頭組件的鋼球之間的最大距離L，即為實(shí)測值;

(3)根據(jù)式(1)或式(2)計(jì)算L01或L02，與待測錐面檢測處的設(shè)計(jì)理論直徑為L0比對，若實(shí)測計(jì)算值L01或L02在設(shè)計(jì)理論值L0公差范圍內(nèi)，則錐徑尺寸合格。

(4)多次測量待測錐面檢測處不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即圓度。

5 結(jié)語

內(nèi)外圓錐面直徑及圓度檢測裝置，通過間接測量的方法保證了檢驗(yàn)圓錐任一高度上直徑的準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)度，結(jié)構(gòu)簡單，制作經(jīng)濟(jì)，操作方便實(shí)用，可使用通用量具測量，節(jié)約了制作校正塊的成本及校正所浪費(fèi)的時間，解決了錐徑檢測的難題，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前該檢具技術(shù)已經(jīng)推廣使用，并申請了國家實(shí)用新型專利。

［1］凌中倫.制造錐徑儀構(gòu)想［J］.科技視界，2012(9):132.167.

［2］鄧春芳.間接測量誤差分析及數(shù)據(jù)處理［J］.北京信息科技大學(xué)學(xué)報，2010(4):79－81.

［3］田社平.論間接測量的數(shù)據(jù)處理［J］.計(jì)量技術(shù)，2003(9):50－52.

［4］萬安民.錐孔大徑的測量方法［J］.機(jī)械工人:冷加工，1995(7):21.

［5］董雙財.測量系統(tǒng)分析－理論方法和應(yīng)用［M］.北京:中國計(jì)量出版社，2006.

［6］季祥云.ZX系列振動器滾錐錐徑尺寸的測量［J］.建筑機(jī)械，1986(10):32－34.