夾具式檢具測量位置度淺析

胡振豪 楊靖（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266000）

夾具式檢具測量位置度淺析

胡振豪 楊靖（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266000）

發(fā)動機是汽車的心臟，其零部件加工精度直接關(guān)系到發(fā)動機的可靠性，位置度加工的好的壞不僅會影響到裝配，甚至還會決定發(fā)動機的使用壽命。位置度的測量方式有多種，但考慮到測量精度同時還要考慮批量測量的效率，本文主要介紹了夾具式檢具在生產(chǎn)測量中的運用，為大家在生產(chǎn)中測量位置度提供參考。

1 位置度的定義

位置度是指被測實際要素對其具有理想位置的理想要素的變動量，位置度公差帶是一以理論位置為中心對稱的區(qū)域。位置度公差在評定實際要素位置的正確性是依據(jù)圖樣上給定的理想位置，其正確測量對零部件的合格判定發(fā)揮重要作用。

2 夾具式檢具簡介

檢具是一種用來測量和評價零件尺寸質(zhì)量的專用檢驗設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)用于控制產(chǎn)品各種尺寸，可以提高生產(chǎn)效率，適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品以替代專業(yè)測量工具，常用的檢具有光滑塞規(guī)、螺紋塞規(guī)、卡規(guī)、電子檢具、氣動檢具、夾具式檢具等。

夾具式檢具是一種可以將被測工件夾緊固定后測量的專用檢具，可檢測工件的某一或某幾個特性。位置度檢具一般用于檢測產(chǎn)品孔或軸銷相對于某定位面、定位孔或中心孔的相對位置度要求。檢具定位基準與機床加工基準保持一致，利用夾具將工件夾緊后，使用專用測量銷進行測量得到結(jié)果。

一般位置度夾具式檢具都是由以下幾部份組成：底板或支撐板—起平面定位作用；夾具—起夾緊產(chǎn)品，在測量時不會產(chǎn)生松動現(xiàn)象；定位面—起工件定位作用；導(dǎo)向套—測量銷測量時導(dǎo)向作用；測量銷—起測量作用。

（1）底板只是起到平面支撐的作用，硬度要求不高，但要不易變形，通常用45#鋼、合金鋼等，并在表面熱處理或防銹處理。

夾具分為自動夾緊和手動夾緊。自動夾緊裝置使用PLC進行控制，啟動后各個機構(gòu)配合將工件夾緊，動作快，成本高；手動夾緊裝置通過簡單的傳動機構(gòu)手動一步步將工件夾緊，成本低廉。裝夾部分只是起到夾緊工件的作用，不能對工件造成壓傷或磕碰，所以可采用硬度低或者材質(zhì)較軟的材料，如鋁、銅或者硬質(zhì)塑料等材料。

（2）定位部分用來確定工件的基準，相對于某一平面和中心孔為基準的位置度方式一般采用平面與中心定位銷進行定位；相對于毛坯件平面的定位可以采用三點支撐定位；相對于用外圓為基準的可以采用V型塊加一平面和一定位銷為定位方式。導(dǎo)向孔位置度公差要求一般為被測工件孔徑位置度公差的1/5—1/10。定位面、導(dǎo)向孔相互與工件、測量銷接觸，應(yīng)選用硬度高的材料并進行熱處理，如T10A等。

（3）測量銷大致分為功能規(guī)和掃描規(guī)兩種。功能規(guī)是當(dāng)最大實體要求應(yīng)用于被測要素和（或）基準要素時，用來確定它們的實際輪廓是否超出邊界（最大實體實效邊界或最大實體邊界）的量規(guī)。利用孔之間的配合來定性的判斷工件是否合格，優(yōu)點是制造及使用非常簡單，但不能檢測出工件的實際孔位與理論孔位置的具體差距，不能指導(dǎo)工件加工過程的調(diào)整，具體調(diào)整值仍需使用其他測量工具檢測。

專用掃描規(guī)是在測量銷上安裝千分表或位移傳感器等裝置，量化的測出實際與理論位置的差異。這里著重介紹連接工控機使用的掃描規(guī)，它分為傳感器、測頭、手柄三部分。

①這里所用到的傳感器是指位移傳感器，它是基于電磁感應(yīng)的原理，傳感器測頭檢測到物體的位移，通過測桿帶動銜鐵產(chǎn)生位移，從而使線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M發(fā)生變化，信號再經(jīng)引線接入測量電路轉(zhuǎn)化為電壓或者電流，然后傳輸?shù)接嬎銠C測量軟件轉(zhuǎn)化為位移數(shù)據(jù)顯示。

高品質(zhì)傳感器是檢測技術(shù)的核心，常用的有PETER傳感器、SOLARTRON數(shù)字位移傳感器、Airxi傳感器等。其中SOLARTRON數(shù)字位移傳感器有極高的分辨率，良好的線性和高速數(shù)據(jù)傳輸，DP系列由探頭和數(shù)字整定模塊組成采用了精密線軸模塑和多室線圈繞組技術(shù)，在整個范圍有良好的線性和熱穩(wěn)定性，各傳感器可以通過DB9接口相連，采用RS-485總線傳輸信號，可簡化現(xiàn)場布線并提高抗干擾能力。

②常用的測頭有球形測頭、扁平型測頭、傳感器式測頭等幾種。

球形測頭，與工件接觸部分為球形，與工件點接觸，可減少與工件之間的摩擦力。傳動桿與測頭連接部位為45°的斜面，實現(xiàn)傳動比為1:1，減少了二次計算。測頭部分經(jīng)常與工件接觸易磨損，需要采用硬度較高的材質(zhì)并進行相應(yīng)的熱處理,使硬度達到HRC55-65。材料可選用T10A、Cr12等合金高碳鋼或者工具鋼。

圖1

扁平型測頭，傳動結(jié)構(gòu)與球形測頭類似，與工件接觸部分為扁平式，其特點是可以接觸到工件一定范圍內(nèi)的凸點。

傳感器式測頭，即直接使用傳感器頭部作為測頭，結(jié)構(gòu)更為簡單，并且減少機械傳動帶來的誤差，但是使用范圍受到孔直徑的限制。

③手柄材質(zhì)要求較低，可盡量選用輕質(zhì)材料，避免檢具過重給操作者增加勞動強度。

手柄有一體式手柄和分體式可旋轉(zhuǎn)手柄。一體式手柄就是測頭與手柄采取固定的方式形成一個整體，結(jié)構(gòu)簡單耐用。分體式可旋轉(zhuǎn)手柄是手柄通過螺釘與測頭部分連接固定，傳感器位于手柄內(nèi)部，手柄通過球軸承與測頭部分接觸，軸承可以保證掃描規(guī)在測量時手柄轉(zhuǎn)向靈活。由于使用掃描規(guī)測量位置度時，掃描規(guī)需要在導(dǎo)向孔中旋轉(zhuǎn)測量工件的多個位置后（一般4個位置）才能計算出結(jié)果，分體式手柄可以避免旋轉(zhuǎn)過程中傳感器連接線纏繞打結(jié)。

3 夾具式檢具在位置度檢測中的應(yīng)用

夾具式檢具可以用于檢測中心孔、螺紋孔、連桿頸、缸孔、鍵槽、油孔等位置度。

3.1 測量曲軸中心孔位置度

夾具式檢具的定位基準與機床保持一致，夾緊方式也基本一致。使用分中擋塊將曲軸打分中后，夾緊第1和第5主軸頸，然后頂緊第1連桿頸，建立以曲軸中心線X-Y及P1為基準的坐標(biāo)系。

選用球形測頭，將掃描規(guī)插入中心孔，測量四個位置a、b、c、d，通過a、c兩位置測量得到x方向的偏離值，通過b、d兩位置測量得到y(tǒng)方向的偏離值，然后通過公式計算出中心孔的位置度結(jié)果。

3.2 測量螺紋孔位置度

某1.2L系列曲軸加工法蘭端螺紋孔過程中以中心孔和法蘭端工藝孔為基準，設(shè)計檢具定位方式采用一對圓錐定位銷和一個菱錐形定位銷，其中菱錐形定位銷最長對角邊與另一定位銷連線成垂直狀態(tài)。

螺紋孔與中心孔不同，孔內(nèi)非光滑面，需要保證測頭每次與孔接觸的位置均為螺紋的小頸（否則無法準確判斷出位置度）。因此不能采用球形測頭，可選用扁平式測頭，測頭可接觸到螺紋小徑。

3.3 測量缸孔位置度

缸體自重較大，夾具受力也較大，定位部分必須結(jié)構(gòu)牢固且不易變形，一般設(shè)計為箱體式結(jié)構(gòu)，通過搖桿控制缸體落位，然后將缸體基準面推動到夾具定位部位并夾緊，實現(xiàn)工件在夾具中與機床中的一致的坐標(biāo)系。

缸孔直徑較大，可以選用傳感器式測頭，減少機械傳動誤差。

3.4 油孔位置度

對于位置度要求稍低的加工項，可以考慮使用功能類檢具，測量速度更快且成本較低。曲軸油孔位置度的公差為φ 0.7mm，可以采用功能性量規(guī)，檢測效率高，操作方便。

4 結(jié)語

現(xiàn)在坐標(biāo)測量機廣泛應(yīng)用，可以測量多種尺寸，如距離、直徑、圓度、位置度等。三坐標(biāo)測量位置度方法是先掃描基準位置建立坐標(biāo)系，然后掃描需測量位置，計算出相對于評價基準的位置度。夾具式檢具雖不如CMM測量范圍寬廣，但其測量效果與CMM接近，摘錄了螺紋孔位置度部分測量數(shù)據(jù)比對如圖，兩種測量工具的測量結(jié)果趨勢一致，差異均在工藝要求公差的10%以內(nèi)。

圖2

夾具式檢具作為一種可以快速、準確測量工件尺寸的工具，值得我們花費精力去研究優(yōu)化，使它作為生產(chǎn)過程控制的好幫手。

[1]周杏鵬.傳感器及檢測技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]徐學(xué)林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].湖南：湖南大學(xué)出版社，2007.