檢驗(yàn)圓孔軸線到實(shí)體邊界專用檢具設(shè)計(jì)

楊順利，倫安國，馬文朋，王振中，王翠青

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

在整體注塑模具設(shè)計(jì)過程中，對于帶圓孔的鈑金件在整體注塑模具設(shè)計(jì)時(shí)常被用來定位。整體注塑模具對圓孔軸線到實(shí)體邊界尺寸穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，如果該尺寸生產(chǎn)過程不穩(wěn)定超差，整體注塑時(shí)極易導(dǎo)致漏銅、毛刺、注不滿等一系列品質(zhì)問題。長期以來對圓孔軸線到實(shí)體邊界尺寸批量檢驗(yàn)比較困難，原來的檢驗(yàn)方法只能借用影像儀或三坐標(biāo)抽檢測量，無法做到100%過程監(jiān)控，該方法在生產(chǎn)現(xiàn)場過程控制有一定局限性。為使鈑金件尺寸滿足工程和生產(chǎn)的工具要求，盡可能減少批量生產(chǎn)過程偏差，鈑金件圓孔軸線到實(shí)體邊界尺寸需要100%檢驗(yàn)。針對這種情況本文研究設(shè)計(jì)專用檢具用于滿足工作需求。

1 端子圓孔φ6.5±0.1軸線到實(shí)體邊界尺寸6.85±0.2檢具設(shè)計(jì)概述

1.1 方案討論

設(shè)計(jì)檢具目的是為了定性檢驗(yàn)判定圓孔軸線到實(shí)體邊界尺寸6.85±0.2，為了使檢具能夠達(dá)到判定精確、操作簡單、不受地點(diǎn)限制等檢驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了2套方案的比較探討。

1.1.1 第1套檢具方案

圖1中尺寸②為金屬端子圓孔軸線到邊界尺寸的技術(shù)要求。

圖1 鈑金端子技術(shù)要求

解決尺寸6.85±0.2檢具設(shè)計(jì)思路必須解決以下3個(gè)關(guān)鍵問題。

1）關(guān)鍵問題1：如果使用機(jī)械結(jié)構(gòu)檢具管控，圓孔軸線必須通過基準(zhǔn)模擬器等價(jià)轉(zhuǎn)換成可以接觸的基準(zhǔn)邊界。

對于關(guān)鍵點(diǎn)1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)模擬器，前提是圓孔大小必須合格 （可采用止通規(guī)判定）。設(shè)計(jì)針對圖1尺寸①圓孔6.5±0.1的錐形銷基準(zhǔn)模擬器，圖2圓孔軸線到實(shí)體的邊界距離為a，圖3錐形銷上端圓柱銷外邊界到規(guī)定邊界距離為b。在ASME Y14.43-2003標(biāo)準(zhǔn)中可知，當(dāng)錐形銷與圓孔配合時(shí)錐形銷的軸線可模擬等價(jià)為圓孔的軸線，實(shí)現(xiàn)對b尺寸控制轉(zhuǎn)化等價(jià)于對a的控制。

圖2 圓孔軸線與實(shí)體邊界距離a

圖3 基準(zhǔn)模擬器邊界與實(shí)體邊界距離b

2）關(guān)鍵問題2：檢具的通止端尺寸和公差的確定。設(shè)計(jì)針對錐形銷基準(zhǔn)模擬器上端圓柱銷外邊界到實(shí)體邊界距離之間尺寸b止通規(guī)，根據(jù)b幾何尺寸確定檢具止通規(guī)尺寸，根據(jù)a的公差確定檢具的公差，按照檢具公差分配原則：工件公差的5%作為檢具加工制造誤差，另外的5%用于檢具磨損許可，合起來檢具總共公差為工件公差10%。

3）關(guān)鍵問題3：鈑金端子自由度約束。物體在空間坐標(biāo)系中自由度為6個(gè)，X、Y、Z 3個(gè)方向移動和繞X、Y、Z轉(zhuǎn)動。根據(jù)錐形銷可限制自由度數(shù)量可知，當(dāng)基準(zhǔn)模擬器錐形銷與圓孔配合時(shí)端子自由度只剩下繞Z軸轉(zhuǎn)動和Z+方向移動。為防止金屬端子的轉(zhuǎn)動和移動，檢具本體加上一個(gè)限位端面，另外檢驗(yàn)時(shí)用手固定Z+方向移動，由此就可以滿足要求。

滿足以上要求的第1套檢具設(shè)計(jì)方案見圖4。

圖4 第1套檢具方案效果圖

第1套方案雖然能實(shí)現(xiàn)檢具對檢驗(yàn)對象的定性過程控制，但在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①放置鈑金端子后插入定位銷，再放置止通規(guī)判定，可操作性不高，效率低；②方案1對鈑金端子裝夾定位時(shí)，定位面尺寸外形要求嚴(yán)格，否則容易造成定位失效；③止通規(guī)和定位銷無防跌落措施，有跌落和損壞風(fēng)險(xiǎn)，可能影響使用。

基于以上檢具存在問題，放棄第1套檢具方案，對檢具結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級。

1.1.2 第2套檢具方案

為規(guī)避第1套方案存在的弊端進(jìn)一步優(yōu)化檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先對止通規(guī)移動采用限位槽滑動結(jié)構(gòu)，基準(zhǔn)模擬器 （錐形定位銷）采用固定結(jié)構(gòu)鑲嵌在檢具底座上，這樣避免止通規(guī)和定位銷跌落和損壞，而且方便操作。

其次采用齒條齒輪傳動，結(jié)合彈簧壓緊結(jié)構(gòu)保證金屬端子精準(zhǔn)定位加緊和高效解鎖需求。圓孔軸線到實(shí)體邊界距離為a，端子厚度X（料厚度誤差很小不考慮），為了增加檢具強(qiáng)度，定位面向外偏移定量3.0，由于檢驗(yàn)尺寸② 6.85±0.2的公差，所以金屬端子外邊界與基準(zhǔn)面之間距離為3.0±0.2，轉(zhuǎn)化等價(jià)示意圖見圖5。

圖5 控制尺寸之間等價(jià)轉(zhuǎn)換

基于最初3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和第1套檢具方案，更新優(yōu)化后檢具既保證測量精度可靠性，又方便操作，故采用此方案。檢具結(jié)構(gòu)和檢驗(yàn)效果如圖6、圖7所示。

圖6 檢具結(jié)構(gòu)圖

圖7 檢具檢驗(yàn)效果圖

1.2 設(shè)計(jì)過程主要參數(shù)的確定

1.2.1 止通規(guī)和定位銷的設(shè)計(jì)

根據(jù)圖5所示尺寸范圍，確定檢驗(yàn)部分止通規(guī)尺寸。

1）通規(guī)尺寸：3.0-0.2=2.8+0.02-0.02mm，止規(guī)尺寸：3.0+0.2=3.2+0.02-0.02mm。如圖8所示。

圖8 止通規(guī)技術(shù)要求

2）定位錐形銷尺寸：根據(jù)圓孔直徑尺寸確定錐形銷上下端圓柱直徑尺寸，上端圓柱直徑φ1=6.5-0.1=6.4，下端圓柱直徑φ2=6.5+0.1=6.6，因固定銷的長度尺寸L≥金屬端子料厚X，顧采用錐度為1∶30。如圖9所示。

圖9 錐形銷技術(shù)要求

1.2.2 測量能力指數(shù)的測量判定

根據(jù)ASME-Y14.43《量規(guī)和夾具定尺寸和公差原理》，對于公差大的檢測參數(shù) （通常公差在0.13以上）采用止通規(guī)測量，對于公差在0.05～0.13之間的檢測參數(shù)一般采用帶表類檢具進(jìn)行測量，對于公差＜0.05mm，一般采用氣電或電感類檢具測量。所有按照以上原則配置的合格檢具滿足測量能力要求。

2 檢具實(shí)際使用驗(yàn)證與鑒定

1）經(jīng)過長時(shí)間使用的實(shí)踐證明，檢具檢驗(yàn)穩(wěn)定可靠。

2）此種檢驗(yàn)方法簡單易行，操作工人可做到對工件100%檢驗(yàn)，產(chǎn)品品質(zhì)得到保證，檢驗(yàn)過程也得到了簡化。能及時(shí)快速檢驗(yàn)判定產(chǎn)品的狀態(tài)，提高了檢驗(yàn)效率，同時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程穩(wěn)定性，有效地控制加工狀態(tài)，保障了產(chǎn)品品質(zhì)。

本文所述檢具已成功申請專利：一種圓孔軸線到實(shí)體邊界專用檢具，201921289517.1。