新結(jié)構(gòu)兩點內(nèi)徑千分尺測微頭的設(shè)計

胡芳娥

（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，哈爾濱150040）

0 引言

內(nèi)徑千分尺是用來測量工件內(nèi)徑或內(nèi)部尺寸的一種通用量具，通常情況下，它的結(jié)構(gòu)有直桿單體式和測微頭與各接長桿組合式兩種形式，但在特殊情況下，由于被測零件結(jié)構(gòu)等因素的需要，也可以設(shè)計成其它形式的內(nèi)徑千分尺。

1 原結(jié)構(gòu)存在問題分析

因其原理結(jié)構(gòu)所限，原結(jié)構(gòu)內(nèi)徑千分尺在生產(chǎn)實踐中經(jīng)常存在以下問題：

1）示值誤差超差的現(xiàn)象經(jīng)常批量出現(xiàn)，尤其是在最大尺寸點處的尺寸超差非常嚴(yán)重，并且伴有鎖緊變化也隨之超差的現(xiàn)象。

2）微分筒對固定套管在結(jié)構(gòu)設(shè)計上沒有壓線、離線的調(diào)整裝置，增加了裝配的難度，出現(xiàn)重復(fù)裝配現(xiàn)象，提高了制造成本。

3）測量觸頭在螺紋軸套上時而松動，且由于沒有壓線、離線調(diào)整裝置，使測量觸頭的形狀尺寸與圖紙不符。

為解決在生產(chǎn)制造中存在的以上問題，對測微頭的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析，并對測微頭進(jìn)行了裝配實踐等研究，找到了問題產(chǎn)生的原因，原測微頭整體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 原測微頭整體結(jié)構(gòu)

示值的超差產(chǎn)生在測微螺桿上，在測微螺桿的設(shè)計圖上，給出的光桿長18 mm，然后是螺紋部分，而給出的淬火長度是由光桿端面起往里的長度在15～20 mm之間,這樣當(dāng)淬火長度在15 mm時，與光桿相鄰的螺紋硬度較低，用這樣的測微螺桿與螺紋軸套進(jìn)行旋合選配時，在兩螺紋相接觸牙型半角的接觸面上，因摩擦等原因就會出現(xiàn)卡滯，使旋合出現(xiàn)困難，甚至不能進(jìn)行旋合，在這種情況下，就要對測微螺桿進(jìn)行敲打，使旋合順利進(jìn)行。但經(jīng)過敲打后，兩個相接觸牙型半角的接觸面，因外力的作用使其產(chǎn)生不規(guī)則的變形，破壞了原有的牙型半角，且外力越大破壞的程度越嚴(yán)重。這樣就很難保證每點的示值，尤其在最大點的位置示值更難保證，因為這個位置是兩螺紋剛開始旋合處，所受到的敲打力最多最大，牙型半角破壞的程度最嚴(yán)重，就使這處的螺紋配合間隙大于其它處，所以在這里不僅示值超差嚴(yán)重，而且也使鎖緊變化隨之出現(xiàn)超差，這是產(chǎn)生示值誤差的一個重要原因。另外由于這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因，在最大點的位置處測微螺桿再往外軸向移動2 mm左右的距離就會與螺紋軸套脫開，這么短的連接長度并且在兩螺紋間存在著過大的間隙，出現(xiàn)示值超差和鎖緊變化超差是不可避免的。對于這一問題，如果能在結(jié)構(gòu)設(shè)計上將測微螺桿的螺紋加長，增加與軸套的旋合連接長度，即使是螺紋起始處沒有淬火硬度，也可將螺紋嚴(yán)重變形處自然往里移，可躲開最大的檢測點，這樣可消除或減少示值超差嚴(yán)重的現(xiàn)象。

測量觸頭的松動問題是因測微頭的整體設(shè)計所引起的，由于這種測微頭設(shè)計中沒有微分筒對固定套管壓線或離線的調(diào)整機(jī)構(gòu)，使其只能在裝配完成后對測量觸頭的再加工來保證。而壓線或離線的調(diào)整機(jī)構(gòu)在機(jī)械千分尺的設(shè)計中都是應(yīng)該采用的。沒有這種機(jī)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)該說是存在著嚴(yán)重缺陷的設(shè)計，它不僅增加了零件的加工精度和制造成本，而且裝配的難度更大，甚至無法保證壓線或離線距離的要求，這種結(jié)構(gòu)的測微頭便是具體的表現(xiàn)。

因設(shè)計存在的問題無法滿足壓線或離線的要求，所以測量觸頭在零件加工時只能加工到半成品狀態(tài)，將其2mm長的φ6 mm外圓壓入到螺紋軸套另一端的孔中，待測微螺桿選配好和微分筒壓離線位置調(diào)整好后，再對球面進(jìn)行磨、拋加工來控制總長尺寸。這里有兩個問題：一是測量觸頭上2 mm長的φ6 mm外圓與螺紋軸套的壓合長度太短，不符合壓合的要求；二是當(dāng)測量觸頭φ6 mm外圓尺寸是加工到下差而軸套孔的尺寸是上差時的兩個零件壓合在一起時本身就因過盈量小，存在著牢固性差的問題，這樣壓合在螺紋軸套上的測量觸頭，再經(jīng)過受到選配測微螺桿時的敲打振動及磨拋球面加工時所直接受到的外力作用，就很容易使其產(chǎn)生微量松動。但這種松動只有在測微頭對零位檢測時出現(xiàn)零位尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象，另外測量觸頭經(jīng)過這樣加工后，露在外部的形狀既與圖紙不符又影響美觀。

從上面的分析中，可以看出示值是由于部分測微螺桿的螺紋因設(shè)計中給出的淬火長度不合理以及與螺紋軸套連接短造成的，而測微螺桿在測微頭中是核心零件，其它零件都直接或間接與它連接來實現(xiàn)測量和讀數(shù)，所以它的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，能否改進(jìn)是新結(jié)構(gòu)測微頭成功與否的關(guān)鍵。

2 改進(jìn)方案

鑒于測微螺桿的重要性，經(jīng)反復(fù)分析和裝配實踐，設(shè)計出了新結(jié)構(gòu)的測微螺桿，進(jìn)而設(shè)計出了新結(jié)構(gòu)的測微頭（見圖2）。

圖2 新測微頭整體結(jié)構(gòu)圖

新結(jié)構(gòu)的測微螺桿是將原來一體的結(jié)構(gòu)一分為二，并在結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行了改變，一部分是測微螺桿體，另一部分是一個由帶有彈性并可調(diào)整的定位套組合而成。具體的設(shè)計是，首先將測微螺桿體上的螺紋增加了2 mm長，并將淬火長度由原來15～20 mm增加到25～30 mm，這樣既可消除選配中的牙型變形，又保證了與螺紋軸套的旋合長度有所增加，有了這兩方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)，基本上可以消除示值超差的產(chǎn)生。其次，在測微螺桿的分開處，設(shè)計成帶有1∶8外圓錐的結(jié)構(gòu)形式，將分出去的部分設(shè)計成帶有1∶8內(nèi)錐的彈簧定位套與其進(jìn)行錐面連接，在錐面連接前這個彈簧套首先要壓入微分筒內(nèi)，并且在外力的作用下可在微分筒內(nèi)進(jìn)行軸向移動，這樣就解決了微分筒對固定套管壓離線的調(diào)整問題。而對微分筒的固定，是在圓錐小頭端外圓上增加了一個M6×0.5的外螺紋，當(dāng)帶彈簧套的微分筒安裝到絲桿體上并調(diào)整好對固定套管壓離線距離后，用1個背帽擰到這個螺紋上將彈簧套壓緊，起到對微分筒的固定作用。測微螺桿結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可解決示值超差和微分筒對固定套管壓離線距離的調(diào)整，而在測量觸頭的設(shè)計上也對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，由原來有臺階式的形式改成了其外圓為φ7 mm、長13 mm的直桿形式，并且將其與螺紋軸套連接的這一端，在外圓上增加了一個5 mm長的M7×0.5的外螺紋，使其與螺紋軸套的連接形式改成螺紋連接，這樣的結(jié)構(gòu)形式是對微分筒壓離線調(diào)整的補(bǔ)充，可進(jìn)行0.3 mm的調(diào)整，調(diào)整好后用膠將測量觸頭粘接在螺紋軸套內(nèi)。除此之外，在螺紋端的端面處還增加了一個直徑φ6.1 mm、深10 mm的內(nèi)孔，這個內(nèi)孔所起的作用是取代螺紋軸套的內(nèi)孔，而使其測微螺桿在旋合時其光桿部分進(jìn)入到這個空間。這樣結(jié)構(gòu)的測量觸頭，在零件加工時可以全部按圖紙加工完成，能保證零件與圖紙的一致性，并且可提高測微頭整體的美觀程度，同時可以大大提高裝配效率，降低制造成本。

3 結(jié) 語

新結(jié)構(gòu)的測微頭經(jīng)過樣試和批試后，驗證了其總體設(shè)計結(jié)構(gòu)是十分合理的，在樣試的5把測微頭中，示值誤差全部一次檢測合格，且最大的誤差沒有一點超過3 μm，而在批試的20把測微頭中，其示值誤差也是全部一次檢測合格，并且其中有1把測微頭的示值，從對零位開始到最后的檢測點全部是在零位上，沒有一點誤差。除此之外也驗證了新結(jié)構(gòu)的測微頭在制造中確實提高了裝配效率，降低了產(chǎn)品的加工成本，提高了測微頭的外觀質(zhì)量，并使產(chǎn)品質(zhì)量有了一個新的飛躍。