多機型兼容的缸體夾檢具設(shè)計原理分析

明帆 曹倩偉 文濤

摘 要：以缸體夾檢具為例，簡要闡述多機型兼容的夾檢具設(shè)計原理和主要測量項的計算公式，為一些大型零件的測量方法提供參考。

關(guān)鍵詞：缸體;夾檢具;測量尺寸;計算方法

目前國內(nèi)對于像發(fā)動機缸體和缸蓋這種大型零件的測量，主要是通過三坐標(biāo)來測量。而三坐標(biāo)測量一個零件需要很長的時間，效率比較低。而對于生產(chǎn)車間來說，一些關(guān)鍵的過程尺寸是重點的質(zhì)量控制對象，如果過程抽檢件不能及時的完成測量，可能導(dǎo)致批量的質(zhì)量問題出現(xiàn)。本文主要以多機型兼容的缸體精加工夾檢具為例，詳細(xì)的分析了此類夾檢具設(shè)計原理，提高我們加工過程質(zhì)量的控制。

1 測量尺寸要求

由于缸體的材料為鑄鐵，所以加工缸體表面的面銑刀壽命普遍比較低，導(dǎo)致?lián)Q刀次數(shù)多。每次換刀后，都需要測量加工尺寸合格后才能繼續(xù)生產(chǎn)。三坐標(biāo)測量長時間處于超負(fù)荷狀態(tài)運行，設(shè)備停線等待測量時間過長，極大的影響生產(chǎn)效率。為了提高測量效率，我們將這種測量需求大而且屬于關(guān)鍵工藝的尺寸使用帶計算機處理系統(tǒng)的線旁夾檢具來測量。我們的測量需求如下表1。

在表1中F199/F299/F399是缸體的三個重要結(jié)合面。A/B/C為缸體加工基準(zhǔn)，Gm/Hm為第一、五檔曲軸孔形成的基準(zhǔn)軸線。表1只列出了一種機型的測量尺寸。我們現(xiàn)場往往有多種不同機型，我們可以將夾檢具做成多機型兼容。這樣既節(jié)約生產(chǎn)現(xiàn)場空間又節(jié)約了成本。

2 夾檢具的定位方式

為了較容易地獲得加工表面對其設(shè)計基準(zhǔn)的相對位置精度要求，測量基準(zhǔn)應(yīng)該選擇加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為其定位基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)重合原則。夾檢具的測量基準(zhǔn)與機床的加工基準(zhǔn)保持一致，采用1面2銷進行定位。測量工件時，先將工件放到預(yù)定位托盤上，通過升降機構(gòu)將工件放置在定位基準(zhǔn)上，在通過上方的壓緊機構(gòu)對工件進行夾緊。然后就可以使用測量規(guī)對工件進行測量。夾檢具工作示意圖，如圖1 。

3 夾檢具的傳感器選用

傳感器是夾檢具的重要組成部分，從成本和測量精度要求綜合考慮后，選用的傳感器為MDT數(shù)字傳感器。表1中1-2號測量項使用一根傳感器，3-4號測量項使用一根傳感器，5-6號測量項使用3根傳感器，其中兩根傳感器確定Gm-Hm曲軸孔中心軸線。

4 夾檢具的工作過程

5 測量規(guī)體組成

夾檢具的測量規(guī)主要由測頭、規(guī)體、傳感器組成。測量時將規(guī)體沿著導(dǎo)套插入夾檢具中，緊貼測量規(guī)體定位基面，測頭接觸到工件時就會被壓縮，壓縮量反饋到數(shù)字傳感器，從而獲取讀數(shù)，再通過計算公式，計算出我們需要的尺寸。如圖3。

6 各測量項的計算公式詳解

6.1 F199到基準(zhǔn)B的距離及F199垂直度

F199到基準(zhǔn)B的距離為間接測量，首先要測量出規(guī)體定位基面到基準(zhǔn)B的距離，此距離為定值。則F199到基準(zhǔn)B的距離計算公式為：

6.2 F299到基準(zhǔn)B的距離及F299垂直度

F299與F199計算方式同理。

6.3 F399到基準(zhǔn)A的距離

F399到基準(zhǔn)A的距離為間接測量，首先要測量出規(guī)體定位基面到基準(zhǔn)A的距離，此距離為定值。則F399到基準(zhǔn)A的距離計算公式為：

D3=392.2-r3

（公式中392.2為規(guī)體定位基面到基準(zhǔn)A的距離，r3為規(guī)體傳感器讀數(shù)）。

6.4 F399到曲軸孔中心的距離

要得到F399到曲軸孔中心的距離，要先計算出曲軸孔中心的位置偏移量：

D4=D3-50-（（r12-r14）/2-（r16-r18）/2）/2）

其中曲軸孔到A基準(zhǔn)的距離名義值為50，通過曲軸孔傳感器讀數(shù)可以計算出曲軸孔中心的位置偏移量。

7 夾檢具與三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)對比

為了檢驗夾具測量準(zhǔn)確性，我們隨機挑選50個工件，對工件進行編號，使用夾檢具和三坐標(biāo)依次對這些工件進行測量。測量結(jié)果使用QS-STAS軟件進行分析。圖4為夾具測量結(jié)果，圖5為三坐標(biāo)測量結(jié)果。從這50個數(shù)據(jù)分析，夾檢具和三坐標(biāo)測量結(jié)果趨勢基本一致，他們的平均值差異為5μ，為公差的1/20，滿足使用要求。

8 夾檢具與三坐標(biāo)測量效率對比

經(jīng)過實際測量，夾檢具的測量時間為180s ，三坐標(biāo)測量時間為48min20s ，夾檢具的測量效率是三坐標(biāo)的16倍。極大的節(jié)約了生產(chǎn)時間同時有效的控制過程質(zhì)量。

9 結(jié)束語

夾檢具目前在汽車行業(yè)使用普遍，但是大部分依靠國外進口，目前本公司缸體和缸蓋的夾檢具已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。本文中介紹的夾檢具也是本公司首創(chuàng)使用的缸體缸蓋夾檢具，可以給行業(yè)內(nèi)其他制造企業(yè)提供參考。

參考文獻：

[1]雷慶滿.淺析曲軸位置度夾檢具測量原理及常見問題[J].裝備制造技術(shù)，2018.

[2]邱宣懷.機械設(shè)計[M].高等教育出版社，2007.

[3]梁鋒.曲軸綜合夾檢具設(shè)計原理分析[J].裝備制造技術(shù)，2012.