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关键词:校准件,检验,夹具


在现代机械制造中,在批量生产条件下,对于精度高和需要100%检验的尺寸,为保证产品加工质量和提高检验效率,采用检验夹具检测是一种重要手段。特别对于一些难测的几何要素,通常采用特殊的校准件进行相对测量。


校准件是用来校准检具测量指示仪表和量仪示值的元件,是量度的基准,在设计校准件时必须根据被测零件的结构特征进行具体分析,使校准件结构简单、工艺性好,测量可靠。本文通过几个具体实例,来论述校准件在检验夹具设计中的应用。


一、将难以测量的尺寸便于测量

图1(a)为某柴油机的阀体类零件,内锥面直径φ20处距左端面距离为15±0.1mm,采用通用量具无法测量其尺寸,需设计专用检验夹具来检测。为简化校准件结构,将校准件设计成组合式,见图1(b),这样可便于校准件的尺寸15±0.01mm的制造和测量。



检验夹具结构设计见图2,主要有定位芯轴、百分表、校准件、表座等零件构成。定位芯轴端部直径为Φ20h6mm,中部直径与校准件内孔有很好的配合。



具体使用时,首先将校准件置于定位芯轴之上,将百分表指针调置零位,并保持一定的压缩量,旋紧表座上蝶形螺母,固定好连接杆。


再将校准件取下,放上被测工件,平行移动表座,百分表测头置于工件上表面,直接读数即可计算得到工件实际尺寸。


图3为工程机械的零件结构简图,其内腔台阶轴向有较高的尺寸精度要求,用游标卡尺或高度尺及深度尺进行测量,但25±0.03mm需经尺寸链换算才能得到,积累误差较大,不符合测量精度要求。



因此,可设计检验夹具来检验,检具结构如图3(b)所示(图中百分表和表座图中未示出,可参见图2),通过专业检具可以大幅提高尺寸测量精度。


本测量方案设计的校准件有三种规格,其高度分别为135±0.002mm 、65±0.002mm、45±0.002mm。校准件3高度减去校准件1与校准件2高度之和正好等于台阶高度尺寸25mm。


具体测量过程:

(1)先将校准件1置于平台,后把被测工件放置在校准件1之上;

(2)将校准件2平放在被测工件之上,校准件3置于平台;
(3)百分表接触校准件3上表面,将百分表指针调零,并固定好表座;

(4)移动表座,百分表测头接触校准件2上表面,可直接读数即可计算得到工件实际尺寸。


二、可使复杂的测量简化

曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线之间的距离称为中心距,传统的曲轴中心距检测方法,采用通用量具测量,不但检测过程繁琐,费时费工,而且测量误差较大。



为此可设计曲轴中心距专用检具,结构简图如图4 所示。检具本体由紧定螺钉、百分表和V 形表架组成,百分表由紧定螺钉紧固在V形表架上,V形表架用于模拟曲轴相邻主轴径的公共轴线,V形表架的尺寸与被测曲轴的轴颈尺寸相适应。



要用相对测量法进行检测,必须制作校准件,校准件的结构简图见图5,该校准件与曲轴在形状上存在较大区别,结构简单,易于制造。


检具在使用前,需通过校准件实现百分表调零。校准件上的对表直径D3按下面公式来计算:D3 = 2 (H+ D2 /2) ,式中D2为曲轴的连杆轴颈直径;H为主轴颈和连杆轴颈的中心距。


具体测量过程如下:

(1) 首先将测量曲轴中心距H 的专用检具骑跨在校准件上,使百分表触头触到直径D3外圆的表面,检具两侧的V 形表面分别骑跨在校准件的轴径D 2上,调整百分表的指针到零位并保证表的量程有一定的压缩量。


(2) 将已调零的百分表专用检具两侧的两个V 形内表面,分别骑跨在曲轴的两个主轴颈,此时百分表的触头与曲轴的连杆轴颈外表面接触;转动专用检具,找出曲轴中心距方向的最高点,读出此时百分表显示的数值,即可计算出所要测量的曲轴中心距H。


该检具解决了用传统的量具检测效率低、测量精度差和劳动强度大问题,为快速、可靠测量曲轴中心距提供了方便。


三、可简化对检具精度要求的复杂性

图6是测量工件端面B到孔轴线距离尺寸L±0.02mm的检具示意图。由于端面到孔的上母线的距离很小,不便布置测量装置,所以采用图示的测量方法。



工件以端面B在检具上定位,在工件孔中插入适当直径d的心轴2(按孔的公差分组成若干心轴),心轴两端的直径d1比d略小,各轴的d1值应一致。


在检具上安装校准件1,要求尺寸H1-H2=L-d1/2,这时A面和B面对C面的平行度都有高的要求。测量时,先用校准件1的A面校准百分表的零位,然后再用表座在心轴2的上母线上打表,百分表的示值变化就是尺寸的误差。


由于L的公差较小,所以在心轴的两端都要测量,这种方法对在检具上的尺寸(H1-H2)的制造精度要求很高。



如采用图7所示的校准方法,校准件独立制造,其尺寸E=L-d1/2,这时对检具的精度要求将简化检具的A面对C面平行,工艺性得到改善。


四、校准件的设计应注意问题

从上面的设计实例可以看到,上述被测零件的各被测要素都是在检验中常规测量工具难以测量的,都采用校准件进行相对测量。


检验夹具设计结构简单,效率高,测量准确,同时各校准件都较被测零件结构要素简单。在设计校准件要注意以下问题。


(1)根据使用情况选择校准件的形式     被测零件的结构要素有功能要求,校准件的形状可与工件的形状部分相同,如图1;也可工件的形状完全不同,如图5。校准件可以是一个零件,也可由若干零件组成。


应根据具体情况选择适当形式的校准件,一般使其结构简单可靠,使校准件有足够的刚性,又尽量减轻其重量。


(2)考虑校准件的工艺性   校准件的精度一般都较高,为便于制造和达到制造精度,应充分考虑校准件的工艺性。


例如图1中校准件做成装配式,这样可提高校准件制造精度。有时可适当减少精加工面面积,可使校准件尺寸精度容易得到保证。


(3)选用适当的材料和热处理   校准件是用来对被测零件进行测量的基准件,因此,校准件的制造公差一般取被测要素公差的1/10~1/5,精度高,制造难度大。


为提高校准件的耐用度,校准件须选择适当的材料和相应的热处理,对于尺寸精度要求高和形状复杂的校准件可采用GCr15、CrWMn制造,表面硬度一般取HRC60~65。为确保校准件尺寸和形状的稳定,还须对其进行冷处理。


来源 | 技术控老袁


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