錐孔不同截面直徑測(cè)量裝置

李運(yùn)升

沈陽(yáng)度維科技開(kāi)發(fā)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110078

1 序言

長(zhǎng)錐孔類零件錐孔規(guī)格多，深度0.5～2m不等，為了檢測(cè)錐度，每個(gè)錐孔都有相應(yīng)的錐度規(guī)，但是錐度規(guī)即便做成空心，也存在質(zhì)量大的問(wèn)題，測(cè)量時(shí)需要借助天吊，多人同時(shí)操作，但是測(cè)量時(shí)錐度規(guī)或者錐孔有異物容易劃傷錐孔，而且目前錐度規(guī)的制作價(jià)格昂貴，還不易找到產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)硬的制造商，有些規(guī)格的錐孔零件只生產(chǎn)幾件，就需要單獨(dú)制作對(duì)應(yīng)的錐度規(guī)，單次檢測(cè)成本非常高，而且錐度規(guī)的制作周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度及產(chǎn)品交付。由于錐度規(guī)檢測(cè)沒(méi)有數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)過(guò)程中不易控制機(jī)床的調(diào)整，總是每次進(jìn)刀一點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量，再進(jìn)刀一點(diǎn)，再測(cè)量，如此反復(fù)多次，效率極低，所以亟需一種操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣且能夠讀取數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置。

2 測(cè)量裝置

2.1 總體結(jié)構(gòu)

測(cè)量裝置主要由定心機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)3部分組成，如圖1所示。前后兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)可以找到錐孔的理論軸線，測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝在中間位置，可以使兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的連線與錐孔軸線垂直，此時(shí)兩測(cè)點(diǎn)間的距離即為當(dāng)前截面的直徑[1]，定位機(jī)構(gòu)上有游標(biāo)刻線，碳纖維推桿上有深度刻線，二者構(gòu)成了游標(biāo)卡尺讀數(shù)的原理，可以精準(zhǔn)知道測(cè)點(diǎn)相對(duì)端面的深度，整套測(cè)量設(shè)備采用比較測(cè)量的原理，測(cè)量之前用千分尺或環(huán)規(guī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清零[2]，顯示器具有顯示和運(yùn)算功能[3]，可以將兩個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移傳感器做和差運(yùn)算[4]，最后顯示當(dāng)前的測(cè)量值，此時(shí)旋轉(zhuǎn)推桿，測(cè)量機(jī)構(gòu)可以在此截面旋轉(zhuǎn)一周，測(cè)得該截面的不圓度[5]。

圖1 測(cè)量裝置

2.2 定心機(jī)構(gòu)

通過(guò)兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)找到錐孔的理論軸線，此時(shí)錐孔理論軸線與定心機(jī)構(gòu)理論軸線重合，將測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝到定心機(jī)構(gòu)上，此時(shí)測(cè)量機(jī)構(gòu)兩測(cè)點(diǎn)連線就會(huì)與定心機(jī)構(gòu)軸線垂直，即與錐孔理論軸線垂直，此時(shí)測(cè)量的才是錐孔當(dāng)前截面的直徑。兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)的定心精度和測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)點(diǎn)與定心機(jī)構(gòu)軸線的垂直度是影響測(cè)量精度的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，都會(huì)影響測(cè)點(diǎn)與孔母線的垂直度，進(jìn)而影響測(cè)量精度，測(cè)量原理如圖2所示。

圖2 測(cè)量原理

測(cè)點(diǎn)與孔母線垂直時(shí)，真實(shí)直徑為D，當(dāng)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生擺角α?xí)r，測(cè)量出的直徑為D1，由此產(chǎn)生的誤差Δ1＝D1-D，其中D1＝D/cosα，即Δ1＝D（1/cosα-1），擺角α是由定心機(jī)構(gòu)的定心擺角所帶來(lái)，1∶1帶入測(cè)量誤差，而且孔徑越大，同樣的擺角α帶來(lái)的誤差越大。

為保證測(cè)量精度，定心機(jī)構(gòu)采用圖3所示結(jié)構(gòu)，而且定心機(jī)構(gòu)和測(cè)量機(jī)構(gòu)所有零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是采用定心機(jī)構(gòu)中的基準(zhǔn)軸理論軸線，同一基準(zhǔn)就可大大提高整套設(shè)備的測(cè)量精度。

圖3 定心機(jī)構(gòu)

定心機(jī)構(gòu)采用三點(diǎn)定心原理，圓周方向均布3個(gè)脹爪，通過(guò)齒輪齒條結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)3個(gè)脹爪同時(shí)伸縮，而且裝配時(shí)調(diào)整3個(gè)脹爪頂端到齒條滑套軸線距離一致性≤0.005mm，這樣定心穩(wěn)定且精度高，為了增加定心穩(wěn)定性，將兩套同樣的定心機(jī)構(gòu)連接起來(lái)。自然狀態(tài)時(shí)，彈簧推動(dòng)齒條滑套使脹爪張開(kāi)到最大，當(dāng)把整套機(jī)構(gòu)放入錐孔中，脹爪與孔壁接觸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)使齒條套壓縮彈簧，彈簧力是整體自重的5倍，保證定心可靠性。

2.3 測(cè)量機(jī)構(gòu)

測(cè)量機(jī)構(gòu)采用比較測(cè)量原理，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)通過(guò)和差運(yùn)算得出被測(cè)直徑，而且通過(guò)這種方式還可以增大測(cè)量范圍，解決錐孔測(cè)量需要大測(cè)量范圍的難點(diǎn)，整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 測(cè)量機(jī)構(gòu)

壓緊套在彈簧的作用下壓住鋼珠，使之與定心機(jī)構(gòu)連接可靠，基準(zhǔn)軸與定心機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)軸精密配合，保證裝配后軸線重合，而且裝配后整個(gè)測(cè)量機(jī)構(gòu)可以圓周方向旋轉(zhuǎn)；測(cè)頭的測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)軸軸線垂直，而且測(cè)頭的長(zhǎng)短可以根據(jù)被測(cè)錐孔大小進(jìn)行更換，滿足不同尺寸錐孔的測(cè)量需求；90°杠桿將軸向數(shù)值變化1∶1傳遞給傳感器，因杠桿的傳遞精度對(duì)測(cè)量精度有較大影響[6]，所以在裝配后需進(jìn)行精密的調(diào)整與測(cè)試；端蓋連接碳纖維推桿，傳感器線從推桿內(nèi)穿過(guò)。

3 誤差分析

綜合誤差Δ＝（Δ12＋Δ22＋Δ32）1/2，其中Δ1是定心機(jī)構(gòu)軸線與孔理論軸線夾角帶來(lái)的誤差，Δ2是90°杠桿精度傳遞帶來(lái)的誤差，Δ3是位移傳感器帶來(lái)的誤差。

Δ3一般是定值，選用光柵傳感器，誤差在0.001mm，Δ2可以調(diào)整到0.005mm以內(nèi)，根據(jù)1/10原則，本測(cè)量裝置的最大誤差不應(yīng)超過(guò)工件公差的1/10。以最大孔徑（100±0.05）mm為例，本測(cè)量裝置最大誤差不應(yīng)超過(guò)0.01mm，帶入上述公式為0.01＝（Δ12＋0.0012＋0.0052）1/2，由此計(jì)算出Δ1≈0.008mm，再根據(jù)公式Δ1＝D（1/cosα-1）計(jì)算出定心機(jī)構(gòu)與孔軸線最大夾角α≈0.5°，以此來(lái)調(diào)整定心機(jī)構(gòu)的定心精度，保證本測(cè)量裝置最大誤差滿足測(cè)量要求。

4 應(yīng)用驗(yàn)證

在生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了產(chǎn)品的使用效果，首先是產(chǎn)品機(jī)械加工過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)入半精加工工序時(shí)，用此測(cè)量裝置測(cè)量2～3個(gè)截面的直徑數(shù)據(jù)，調(diào)整機(jī)床的進(jìn)刀量，然后再進(jìn)行2～3個(gè)截面的直徑測(cè)量，驗(yàn)證效果非常好，可以有效指導(dǎo)機(jī)床調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在機(jī)快速精準(zhǔn)檢測(cè)。其次是在產(chǎn)品終檢時(shí)，由檢查員使用另一套測(cè)量裝置檢測(cè)多個(gè)截面的直徑及不圓度，以此來(lái)評(píng)定產(chǎn)品是否合格，實(shí)踐證明了此測(cè)量裝置的穩(wěn)定性及測(cè)量精度非常好，兩套不同測(cè)量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果基本一致，而且用此方法檢測(cè)的合格品和不合格品用現(xiàn)有的通止規(guī)檢測(cè)驗(yàn)證無(wú)誤。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)做3套量具，操作人員、工序間檢查員、終檢檢查員各1套，各自只能用自己的測(cè)量設(shè)備檢測(cè)，產(chǎn)品加工完成后，操作人員在機(jī)自檢3個(gè)截面直徑，記錄檢測(cè)結(jié)果，產(chǎn)品下機(jī)床后，序間檢查員檢測(cè)5個(gè)截面（包含有操作人員的3個(gè)截面）直徑，產(chǎn)品入庫(kù)前，終檢檢查員檢測(cè)5個(gè)以上截面（包含有序間檢查員的5個(gè)截面）直徑及不圓度，終檢檢查員對(duì)比重合的檢測(cè)截面直徑差值不超過(guò)此處公差的1/5，產(chǎn)品方可入庫(kù)，否則需要重新檢測(cè)，找出問(wèn)題所在。

5 結(jié)束語(yǔ)

本測(cè)量裝置解決了錐孔生產(chǎn)加工過(guò)程的檢測(cè)難題，尤其是對(duì)于小批量產(chǎn)品的檢測(cè)，做出了巨大貢獻(xiàn)，節(jié)省了錐度規(guī)的制作及時(shí)間成本，而且提升了檢測(cè)精度及檢測(cè)效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到巨大提升。產(chǎn)品得到了用戶的認(rèn)可，為公司帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

公司有時(shí)也會(huì)生產(chǎn)如長(zhǎng)液壓缸、長(zhǎng)氣缸等深孔類零件，將該測(cè)量裝置應(yīng)用在深孔直徑檢測(cè)中，不僅可以適用粗加工到精加工的工序間檢測(cè)，而且可以作為終檢使用，解決了深孔直徑測(cè)量難題，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了很好的效果。