深孔中心線偏斜不同測(cè)量方法的應(yīng)用與創(chuàng)新

山東德州德隆 (集團(tuán))機(jī)床有限責(zé)任公司 (253003) 胡艷君 劉 鑄

1.槍鉆系列深孔加工特點(diǎn)及中心線偏斜測(cè)量的重要性

加工孔深L與孔徑d之比大于5(即L/d＞5)的孔被稱(chēng)為深孔加工。本文要介紹的槍鉆加工是深孔加工中的一類(lèi)，具有一次鉆削就能獲得良好精度的特點(diǎn)，是采用外排屑方式加工φ1～φ40 mm深孔的常用方法。隨著科技的不斷進(jìn)步，其鉆孔深徑比正逐漸加大，零件材質(zhì)也在不斷更新，一些特殊材料的強(qiáng)度、硬度都比較大，成本和質(zhì)量要求高，一旦最終產(chǎn)品孔徑、直線度及中心線偏斜等達(dá)不到要求，損失就會(huì)很大。而在這些參數(shù)中，以中心線偏斜數(shù)據(jù)為用戶(hù)的關(guān)注重點(diǎn)，因此各種情況下中心線偏斜質(zhì)量控制，尤其是在線控制、及時(shí)糾偏，減少?gòu)U品率成為我們探索研究的目標(biāo)。

中心線偏斜是槍鉆加工行業(yè)的常用術(shù)語(yǔ)，即實(shí)際加工孔中心線與理論中心線在全長(zhǎng)上的偏斜程度。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，是從入口端到出口端中心線偏離理論中心線的最大數(shù)值max，如圖1所示。

圖1 鉆孔深度與中心線偏斜關(guān)系圖

但中心線偏斜這個(gè)名詞應(yīng)使用哪個(gè)形位公差標(biāo)注在槍鉆行業(yè)尚沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，因此用戶(hù)零件圖上就存在使用同軸度、位置度及全跳動(dòng)公差等標(biāo)注的情況。筆者通過(guò)測(cè)量實(shí)踐和對(duì)概念的深入理解發(fā)現(xiàn):①中心線偏斜數(shù)值正好是同軸度公差的一半。②在用坐標(biāo)法測(cè)量線位置度時(shí)，位置度誤差結(jié)果和同軸度結(jié)果相同。③徑向全跳動(dòng)是控制圓表面形狀誤差、軸線直線度及同軸度等誤差的一個(gè)綜合反映，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中心線偏斜可以借用徑向全跳動(dòng)指示表法。因此中心線偏斜的測(cè)量就可以借鑒以上不同的測(cè)量方法。

2.孔中心線偏斜控制難點(diǎn)

在加工過(guò)程中，孔中心線偏斜的質(zhì)量控制十分困難，尤其是在線測(cè)量還是亟待攻克的難題。深孔加工存在兩類(lèi)情況，一類(lèi)是加工盲孔即不透孔，盲孔檢測(cè)難度較大，只能了解起始端的質(zhì)量，但通常起始端的中心線偏斜很小，如僅靠起始端推測(cè)判定該零件質(zhì)量，顯然不符合實(shí)際，也不科學(xué)，因此很多時(shí)候都是截?cái)嗝た琢硪欢?，?lái)獲得孔口和末端的偏斜程度。但孔截?cái)啻嬖谌秉c(diǎn):①由于切斷應(yīng)力可能會(huì)產(chǎn)生少許變形，影響最終零件質(zhì)量。②屬于破壞性檢測(cè)，不能為了檢測(cè)而將所有零件截?cái)?，尤其是零件?shù)量少、成本較高時(shí)，采用全部截?cái)喾椒刂瀑|(zhì)量不現(xiàn)實(shí)。③槍鉆加工的孔徑一般很小 (φ1～φ40 mm)，深徑比超過(guò)100以上時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量φ4 mm以下的孔徑及中心線偏斜很困難。另一類(lèi)是加工透孔，在孔徑范圍允許的情況下，可以借用現(xiàn)場(chǎng)一些檢測(cè)方法檢測(cè)孔偏斜程度，相比前者難度有所降低。但無(wú)論是透孔還是不透孔，如何準(zhǔn)確測(cè)量中心線偏斜都是我們共同研究的課題。

3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際零件舉例分析

如在ZK—A系列單軸數(shù)控槍鉆機(jī)床上加工汽車(chē)齒輪箱用凸輪軸，如圖2所示，盲孔深393 mm，孔徑φ10 mm，深徑比為393/10=39.3。

圖2

中心線偏斜要求:圖樣上通過(guò)全跳動(dòng)公差體現(xiàn)，全長(zhǎng)0.6 mm，中心線偏斜是全跳動(dòng)的一半，因此中心線偏斜要求為0.3 mm。由于本例不能用指示表法測(cè)得全跳動(dòng)公差，因此只能借用同軸度測(cè)量法。

處理方式一為截?cái)嘧蠖耸姑た鬃優(yōu)橥缚?，這樣通過(guò)測(cè)量?jī)啥丝?，獲得孔與外圓基準(zhǔn)的同軸度誤差，除以2即為中心線偏斜?？刹捎萌鴺?biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量。

(1)借鑒公共軸線法:①分別測(cè)量圖2中A、B、C、D 4個(gè)基準(zhǔn)的外圓，以四個(gè)外圓的圓心共同擬合一條直線，作為基準(zhǔn)軸線。②在內(nèi)孔兩端分別測(cè)出兩個(gè)截面圓1、2，4、5(見(jiàn)圖3)，以1、2圓心中點(diǎn)建立截面圓3，以4、5圓心中點(diǎn)建立截面圓6，以3與6圓心坐標(biāo)建立實(shí)際孔中心軸線。③三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)計(jì)算孔軸線對(duì)外圓基準(zhǔn)軸線的同軸度。試驗(yàn)時(shí)測(cè)得同軸度為0.58 mm，即中心線偏斜數(shù)據(jù)為0.58/2=0.29 mm。

圖3

(2)測(cè)量坐標(biāo)公式法:此方法也是應(yīng)用同軸度測(cè)量方法除以2獲得。根據(jù)同軸度定義，同軸度誤差是以基準(zhǔn)軸線定位，包容被測(cè)實(shí)際軸線直徑為φf(shuō)的圓柱內(nèi)的最小區(qū)域。

如圖4所示，將零件平放，只取在Y－Z平面的投影。

圖4

以外圓基準(zhǔn)軸線設(shè)為零點(diǎn)，測(cè)得兩端坐標(biāo)值，因三坐標(biāo)按Y－Z平面投影，不考慮X軸方向，所以坐標(biāo)為2維 (Y，Z)坐標(biāo) (見(jiàn)表1)。

表1 (單位:mm)

處理方式二為無(wú)損檢測(cè)。檢測(cè)儀器為超聲波測(cè)厚儀 (見(jiàn)圖5)。具體檢測(cè)方法是按工件材質(zhì)校對(duì)好超聲波測(cè)厚儀，然后在工件上進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)面要求精加工，消除基準(zhǔn)本身誤差。

圖5

(3)測(cè)量距離法1:測(cè)量?jī)?nèi)、外圓間的最大與最小壁厚a、b(見(jiàn)圖6)，同軸度誤差值為f=a－b，中心線偏斜則為其一半。此法適用于測(cè)量誤差較小的零件。測(cè)厚儀檢測(cè)取點(diǎn)如圖7所示。

圖6 測(cè)量距離法示意

圖7 測(cè)厚儀檢測(cè)取點(diǎn)

檢測(cè)數(shù)值如表2、表3所示。

表2 (單位:mm)

表3 (單位:mm)

偏斜結(jié)果取最大值0.26 mm，此法適合測(cè)量誤差較小的方法，要得到更為精確的結(jié)果，我們不妨考慮下述方法。

(4)測(cè)量距離法2:通過(guò)壁厚推算該截面內(nèi)對(duì)應(yīng)孔中心坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)法獲得中心線偏離最大值。通過(guò)1點(diǎn)和3點(diǎn)決定Y軸中心偏離量，通過(guò)2點(diǎn)和4點(diǎn)確定Z軸偏離量。本例中A、B、C、D 4個(gè)基準(zhǔn)上1點(diǎn)壁厚始終大于3點(diǎn)壁厚，因此推測(cè)Y軸坐標(biāo)為正值，而2點(diǎn)壁厚始終大于4點(diǎn)壁厚，得出Z軸坐標(biāo)為負(fù)值。通過(guò)勾股定理計(jì)算實(shí)際偏離量 (見(jiàn)表4)。

表4 (單位:mm)

利用MINITAB軟件繪出測(cè)量結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 中心線偏斜量隨鉆孔深度變化趨勢(shì)

圖9 中心線偏斜在X－Y－Z平面3維點(diǎn)變化

由圖8、圖9可以看出:①中心線偏斜量從入口端D端到A端非線性增加，需查找原因調(diào)節(jié)機(jī)床。②中心線隨鉆孔切削深度的增加，偏斜方向?yàn)樾毕路?，超?.04 mm，應(yīng)向相反方向調(diào)節(jié)機(jī)床。

4.糾偏方法簡(jiǎn)介

目前還無(wú)法做到在線測(cè)量和糾偏，只能在加工過(guò)程中停機(jī)測(cè)量 (采用超聲波測(cè)量法)。

(1)調(diào)整鉆削工藝糾偏:即鉆削工件1/2長(zhǎng)度時(shí)，若偏斜未超差就繼續(xù)鉆通;若超差就卸下工件掉頭與原孔打通，最后鏜通孔。

(2)調(diào)整工件軸中心線位置糾偏:在鉆削到一定深度時(shí)，測(cè)量偏斜量達(dá)到糾偏范圍，可用調(diào)整工件軸心位置法來(lái)糾偏。

(3)調(diào)整刀具幾何參數(shù)糾偏:偏斜量較大時(shí)可以適當(dāng)?shù)匦弈ャ@頭的內(nèi)角、外角和鉆尖偏心量，以改變刀具的受力狀況。

5.結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了深孔加工中心線偏斜的幾種檢測(cè)方法，介紹了超聲波檢測(cè)儀在中心線偏斜測(cè)量方面的應(yīng)用技巧。盡管超聲波檢測(cè)儀的測(cè)量精度沒(méi)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度高，但是在現(xiàn)場(chǎng)糾偏功能上，利用超聲波檢測(cè)儀還是有一定優(yōu)勢(shì)的。今后，我們還要繼續(xù)研究槍鉆加工檢測(cè)方法，希望通過(guò)在線糾偏方法，減少深孔零件的廢品率，降低加工成本。