程二九

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系,安徽 蕪湖 241000)

階梯軸類零件在機(jī)械制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，其同軸度誤差的測量也是階梯軸零件在生產(chǎn)中面臨的問題，采用傳統(tǒng)的測量方法測量，調(diào)整和操作步驟較多，測量的精度難以提高.采用精密儀器測量時(shí)，測量的成本就會(huì)提高，在測量時(shí)難以大量普及.本文針對某機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)的有同軸度公差要求階梯軸零件數(shù)量多，在測量同軸度誤差時(shí)，測量速度不高，影響測量效率的情況，有針對性地設(shè)計(jì)出新型階梯軸同軸度誤差測量的專用檢測裝置，方便實(shí)用，可靠性好，可以極大地提高測量效率以及測量精度.

1 階梯軸同軸度誤差測量原理

通過對階梯軸零件的結(jié)構(gòu)(圖1)的分析發(fā)現(xiàn)：其圖中同軸度公差標(biāo)注的含義為直徑為Φ39 mm軸的軸線相對于左右兩端直徑為Φ25 mm軸的軸線所構(gòu)成的公共基準(zhǔn)軸線的同軸度公差為Φ0.05 mm.階梯軸零件的同軸度誤差測量原理如圖2所示，將階梯軸零件的兩端作為公共基準(zhǔn)放置在兩個(gè)等高的V型鐵，將裝在支架上的兩個(gè)相對指示表的測頭調(diào)整在零件中間被測部分的鉛垂軸截面內(nèi)，使指示表與被測軸接觸并調(diào)零，然后沿軸向移動(dòng)，指示表讀數(shù)差絕對值的最大值即為該截面內(nèi)中間階梯軸部分相對于兩端部分的同軸度誤差f同軸度=M1-M2，轉(zhuǎn)動(dòng)被測零件，按照上述方法測量若干個(gè)截面，取各截面測得讀數(shù)差中的最大值(絕對值)，并將其作為該零件的同軸度誤差[1].

按照圖2所示:兩個(gè)指示表在安裝調(diào)整過程中的程序比較繁瑣，同時(shí)兩個(gè)指示表的測量頭在軸上沿軸向移動(dòng)時(shí)容易滑動(dòng)，定位不準(zhǔn)，從而影響測量結(jié)果的精度，設(shè)計(jì)新型的階梯軸同軸度誤差專用檢測裝置的目的也是為了簡化指示表安裝與調(diào)整的過程，并且使指示表測量頭在測量過程中定位準(zhǔn)確，在測量過程中，使指示表移動(dòng)平穩(wěn)靈活，從而提高測量結(jié)果的精度和測量效率.此檢測裝置由底座、支撐座、滑桿、滑塊、滑套、夾緊梁、連接柱、夾表柱、V型塊等結(jié)構(gòu)構(gòu)成.

圖1 被測零件

圖2 階梯軸同軸度誤差的測量

2 同軸度檢測裝置關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)

2.1 滑塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖3 滑塊結(jié)構(gòu)圖

滑塊結(jié)構(gòu)是同軸度檢測裝置很重要的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)上安裝支撐柱，并通過連接柱和夾表柱固定杠桿百分表.滑塊通過滑套和鋼球與滑桿接觸配合，由于滑桿和滑塊之間是通過鋼球接觸的，從而能夠形成點(diǎn)接觸，通過滑桿上深度為0.5 mm且半徑為2.5 mm的圓弧形凹槽，鋼球可以沿著圓弧形凹槽在滑桿上滾動(dòng)，可以保證滑塊在移動(dòng)過程中平穩(wěn)靈活，作直線位移，從而能夠保證杠桿百分表的測頭沿圓柱形零件移動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確性，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確度.從圖3中可以清楚觀察到滑塊的結(jié)構(gòu)圖，此滑塊結(jié)構(gòu)由零件滑桿、滑塊、滑套、端蓋以及鋼球等零件組成.滑塊的寬度為108 mm，高度為55 mm，長度為50 mm.為了保證端蓋能夠在滑桿上移動(dòng)，兩者之間的配合為間隙配合，配合代號為Φ16H7/g6；端蓋和滑塊之間的配合為過渡配合，配合代號為Φ16H7/k6可以使端蓋和滑塊之間的配合更加緊密.

同時(shí)，利用4個(gè)尺寸為M5×12內(nèi)圓六角螺釘將端蓋固定在滑塊上，端蓋和滑套接觸，將滑套固定在滑桿和滑塊之間，而鋼球安裝在滑套的滑槽中，最終將鋼球固定在滑桿和滑塊之間，滑塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示，按照設(shè)計(jì)的滑塊結(jié)構(gòu)零件圖，在三維軟件Proe中繪制出滑塊結(jié)構(gòu)各零件的三維圖形.

2.2 支撐柱的設(shè)計(jì)

支撐柱是通過利用尺寸為M8的螺紋固定在滑塊上，其總體長度為118 mm.螺紋M8的長度為10 mm.支撐柱上尺寸為Φ10g5軸的結(jié)構(gòu)與橫梁上Φ10H6孔連接在一起，其配合代號為Φ10H6/g5，Φ10g5軸的長度為90 mm，并利用M6滾花螺釘將橫梁固定在支撐住上，松開滾花螺釘，橫梁可以沿支撐柱上下移動(dòng)，從而可以調(diào)整杠桿百分表測頭與被測零件的接觸位置.支撐柱Φ16軸段的長度為16 mm，在此軸的中間開有尺寸為6 mm×6 mm的通孔，此通孔的作用是方便將支撐柱安裝在滑塊上，其左右兩端面相對于Φ10g5軸的軸線的垂直度公差為0.004 mm，由于左端面要與滑塊的上表面接觸，因此要求左端面的表面粗糙度Ra為0.4 μm.支撐柱的材料選擇使用GCr15高碳鉻軸承鋼[2]，為了提高支撐柱的支撐強(qiáng)度和耐磨性，要求支撐柱在制造過程中要進(jìn)行淬火處理，使淬火后的洛氏硬度達(dá)到HRC40-42.通過對支撐柱的表面進(jìn)行發(fā)黑處理，可以提高支撐柱防腐蝕的能力,支撐柱零件的結(jié)構(gòu)以及技術(shù)要求如圖4所示.

2.3 橫梁的設(shè)計(jì)

橫梁主要作用是通過Φ10H6的孔與支撐柱Φ10g5的軸進(jìn)行連接，使用M6滾花螺釘將橫梁固定在支撐柱上，且Φ10H6孔的表面粗糙度Ra值為0.8 μm.Φ10H7的孔與連接柱Φ10f6的軸配合，其配合代號為Φ10H7/f6，此配合能保證連接柱繞Φ10H7孔的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過M6滾花螺釘將連接柱固定在橫梁上.橫梁的材料選擇使用的是HT300灰鑄鐵，在制造過程中對橫梁要進(jìn)行人工時(shí)效處理，橫梁的未注圓角為R2-R5，橫梁零件的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求如圖5所示.

圖4 支撐柱零件圖

圖5 橫梁零件圖

3 同軸度檢測裝置的裝配與使用

同軸度檢測裝置的零件設(shè)計(jì)完成后，在Proe軟件中完成零件三維圖形的繪制與檢測裝置的裝配[3-5]，裝配完成后的同軸度檢測裝置如圖6所示.從圖6中能夠觀察到檢測裝置清晰的結(jié)構(gòu)特征與組成零件.V型塊2通過M6×20內(nèi)六角螺釘安裝在底座1上，V型塊2的作用主要用于支撐零件并模擬左右兩端直徑為Φ25 mm軸的軸線.支撐座3通過M5×20內(nèi)六角螺釘安裝在底座1上，支撐座3上安裝滑桿5，并通過M5的滾花螺釘將滑桿固定在支撐座3上.滑塊8安裝在滑桿5上，在滑塊8與滑桿5之間安裝滑套，在滑套的凹槽與滑桿的凹槽之間安裝直徑Φ5 mm的鋼球，滑套與端蓋5接觸，端蓋5通過M5×12內(nèi)六角螺釘7安裝在滑塊8上，從而最終將滑套與鋼球固定在滑塊8與滑桿5之間，使滑塊8與滑桿5之間形成點(diǎn)接觸，保證滑塊8移動(dòng)的平穩(wěn)性與靈活性.支撐柱10通過M8的螺紋安裝在滑塊的螺紋孔上，支撐柱10上安裝橫梁11，并通過M6的滾花螺釘9將橫梁11固定在支撐柱10上，橫梁11的前端安裝連接柱12，并通過M6滾花螺釘固定連接柱，連接柱12中安裝夾表柱13，并通過M6滾花螺釘固定夾表柱13.夾表柱13前端Φ12H7的孔與開口的Φ12n6夾表套裝配在一起，杠桿百分表14安裝在夾表套的孔中，通過M6滾花螺釘將杠桿百分表14安裝在夾表柱上.

同軸度檢測裝置在測量時(shí)如圖7所示，將零件16安裝在兩個(gè)等高的V型塊15上，通過調(diào)整橫梁11、連接柱12、夾表柱13將杠桿百分表14的測頭調(diào)整在零件中間被測部分的鉛垂軸截面內(nèi)，使杠桿百分表14的測頭與被測軸接觸并調(diào)零，然后推動(dòng)滑塊8使杠桿百分表14的測頭沿被測零件16的軸向移動(dòng)，記下兩個(gè)杠桿百分表的讀數(shù)，兩個(gè)杠桿百分表的讀數(shù)差絕對值的最大值即為該截面內(nèi)中間階梯軸的同軸度誤差.按此方法，測量若干個(gè)截面，取其中的最大值作為最終的同軸度誤差.

圖6 同軸度檢測裝置裝配圖

圖7 同軸度檢測裝置測量示意圖

4 結(jié)語

新型同軸度檢測裝置經(jīng)過大量的測量驗(yàn)證，證明檢測裝置滿足了同軸度誤差測量的需要，其測量重復(fù)性GR&R≤10%[6].設(shè)計(jì)的同軸度誤差檢測裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)原理正確，且能快速準(zhǔn)確地測出階梯軸同軸度誤差，大大提高了檢測精度和檢測速度，滿足了同軸度誤差測量需要，并在企業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證.對同類批量零件同軸度誤差的測量，該檢測裝置簡單實(shí)用，對同類零件檢測裝置的設(shè)計(jì)，具有一定借鑒意義.另外，此種檢測裝置的結(jié)構(gòu)樣式還可拓展到其他形狀或位置誤差的檢測.目前此項(xiàng)檢測裝置技術(shù)已經(jīng)某機(jī)械制造企業(yè)推廣使用，并申請了國家實(shí)用新型專利(專利號2017204410288)，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益.

[1] 徐茂公.公差配合與測量技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：1.

[2] 袁小江.發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)排氣門深度尺寸測量檢具設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程,2014(2)：107-108.

[3] 龔青山,張華,王宸,等.前懸置橫梁焊接工藝分析及總成檢具設(shè)計(jì)[J].工具技術(shù),2017(4)：59-62.

[4] 何滿才.三維造型設(shè)計(jì)——Pro/ENGINEER Wildfire 中文版實(shí)例詳解[M].北京:人民郵電出版社，2005：1.

[5] 于志新,邢棟,鄧有為,等.基于MSC.Patran的汽車前門檢具設(shè)計(jì)[J].工具技術(shù),2016(3)：95-97.

[6] 費(fèi)業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:6.