機(jī)床主軸箱孔系位置公差的標(biāo)注與位置誤差的檢評*

(沈陽機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110142)

機(jī)床主軸箱是機(jī)床主軸組件及主傳動系統(tǒng)的支撐框架，其上孔系支撐著主軸及齒輪軸傳遞運(yùn)動與力，所以孔系的位置精度直接關(guān)系到主軸系統(tǒng)的精度、轉(zhuǎn)速、噪聲及無故障運(yùn)行時(shí)間。如圖1所示為一大型臥式加工中心的主軸箱，主軸電動機(jī)的動力經(jīng)若干級齒輪變速傳遞到主軸。主軸箱上孔系的位置精度主要包括主軸軸線對導(dǎo)軌面的垂直度、各軸支撐孔之間的平行度和各軸前后支撐孔的同軸度。類似件的孔系位置公差很多人的標(biāo)注方法如圖2所示。而實(shí)際上，這種標(biāo)注方法不僅不符合孔系功用要求，而且會對誤差檢測和評定方法產(chǎn)生誤導(dǎo)，是不合理的。下面就從孔系功能和精度檢評方法兩方面，說明之所以不合理的原因，然后給出合理的標(biāo)注方法，以使功能要求、設(shè)計(jì)標(biāo)注和檢評方法相統(tǒng)一。

1 不合理的設(shè)計(jì)標(biāo)注及檢評方法

根據(jù)GB/T1958-2004與JB/T7557-94知適于此類零件孔系位置精度的的檢驗(yàn)方法主要有準(zhǔn)直法、檢具法和坐標(biāo)法[1-2]。準(zhǔn)直法也叫瞄靶法，所用儀器為準(zhǔn)直儀，主要用于同軸度檢測。檢具法也叫模擬法，就是用具有足夠形狀精度的檢棒(心軸)與基準(zhǔn)孔和(或)被檢孔無間隙配合用以模擬孔的軸線，用百分表進(jìn)行位置精度的檢測。檢具法可以用于同軸度、平行度和垂直度的檢測，但是如果箱體件較大且不同直徑的孔較多時(shí)，由于需要不同規(guī)格的檢棒、大的檢驗(yàn)平臺等檢具，使得該法不太適用。鑒于此，目前多用三坐標(biāo)測量儀對主軸箱孔系的位置誤差進(jìn)行綜合測量，也即上述的坐標(biāo)法。三坐標(biāo)測量法通用性強(qiáng)，只要三坐標(biāo)測量機(jī)各軸行程滿足測量要求，利用不同的探針幾乎可以對一般零件的所有尺寸、形狀及位置精度進(jìn)行綜合測量。由于三坐標(biāo)可以自動測量且對檢測人員的操作經(jīng)驗(yàn)和水平依賴程度低，所以測量效率和精度都較高。當(dāng)然，最關(guān)鍵的是三坐標(biāo)檢測法可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及檢測項(xiàng)目要求，有針對性地設(shè)計(jì)一整套高效合理的測量和精度評定方案。如果主軸箱孔系位置公差標(biāo)注方法如圖2所示，檢評方法為：首先在導(dǎo)軌面A上采集若干點(diǎn)擬合出基準(zhǔn)平面，然后在每個(gè)孔的兩個(gè)(或以上)截面圓上采集若干點(diǎn)，擬合出理想截面圓，找出圓心并構(gòu)造出孔的軸線，這樣就得到了同一坐標(biāo)系下平面及軸線間的空間相對位置，測量軟件就可以按照國標(biāo)規(guī)定的方法自動計(jì)算出圖中有位置精度要求的各特征的實(shí)際位置誤差值。

從輸出的測量報(bào)告會發(fā)現(xiàn)采用這種測評方法得到的同軸度誤差均會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)圖紙要求。如果據(jù)此便作出相對孔間同軸度嚴(yán)重超差的結(jié)論，就會將工件誤廢。實(shí)際上，由于孔并非理想的圓柱面，采點(diǎn)的兩個(gè)截面圓的形狀誤差、采點(diǎn)和擬合的局限性都會導(dǎo)致最終構(gòu)造的基準(zhǔn)軸線的微小偏差t0，在用被測孔軸線與其進(jìn)行同軸度計(jì)算時(shí)就會造成很大失真t1[3-4]，如圖3所示。圖中，

可見l1越小、l3越大，同軸度評定失真越大。

與同軸度測量結(jié)果相反的是測得的垂直度和平行度誤差卻可能非常理想。如果據(jù)此便作出垂直度與平行度非常好，就可能誤收廢件。實(shí)際上這是因?yàn)閳D中所示的被測要素太短所致。所以對于遠(yuǎn)距離淺孔的位置精度，這種檢測評定方法是不可行的。

檢評方案源于設(shè)計(jì)圖紙，從孔系功能分析可知，圖2中標(biāo)注的位置公差均不盡合理。

2 合理的設(shè)計(jì)標(biāo)注及檢評方法

從孔系功能上分析，是要求主軸軸線對導(dǎo)軌面A垂直，各齒輪傳動軸軸線與主軸軸線平行。主軸軸線和各齒輪軸均是由前后兩個(gè)孔支撐的，所以也即要求主軸前后支撐孔的公共軸線與導(dǎo)軌面A垂直，各齒輪傳動軸前后支撐孔的公共軸線與主軸軸線平行。所以合理的標(biāo)注方法應(yīng)如圖4或圖5所示。

據(jù)圖4和圖5制定的檢評方法為：首先在導(dǎo)軌面A上采集若干點(diǎn)擬合出基準(zhǔn)平面，然后在每個(gè)孔的兩個(gè)(或以上)截面圓上采集若干點(diǎn)，擬合出理想截面圓，找出圓心并構(gòu)造出孔的軸線，同時(shí)利用相對兩孔四個(gè)截面圓的圓心擬合公共軸線。最后按照圖4和圖5要求，計(jì)算主軸(公共)軸線對導(dǎo)軌面的垂直度，各傳動軸(公共)軸線對主軸軸線的平行度，以及各孔軸線對其公共軸線的同軸度。

3 結(jié)語

(1)從機(jī)床主軸箱孔系功能分析，筆者認(rèn)為應(yīng)采用如圖4或圖5所示的位置公差標(biāo)注方法，但在 GB/T1958-2004中沒有類似將公共軸線作為基準(zhǔn)或公共軸線對基準(zhǔn)有位置度公差要求的標(biāo)注示例，這可能是導(dǎo)致很多人采用圖2所示標(biāo)注方法的原因，但若采用圖2所示的標(biāo)注方法，就會導(dǎo)致上述標(biāo)注不僅與功能要求不相適應(yīng)，而且會誤導(dǎo)測評方法的問題。

(2)用三坐標(biāo)對一個(gè)較復(fù)雜或公差項(xiàng)目較多的零部件進(jìn)行尺寸和形位誤差綜合檢驗(yàn)時(shí)，檢測人員需要制定一整套高效合理的測量和精度評定方案，它的主要依據(jù)就是設(shè)計(jì)圖紙。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)零部件及其上幾何要素的功用合理選擇基準(zhǔn)要素及被測要素，合理標(biāo)注尺寸及形位公差項(xiàng)目及其公差值。依據(jù)功能要求、加工及裝配工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)標(biāo)注，依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)注制定檢評方案，使功能要求、設(shè)計(jì)標(biāo)注和檢評方案相統(tǒng)一。

[1]機(jī)械工業(yè)部機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化研究所.JB/T 7557-1994 同軸度誤差檢測[S].北京：機(jī)械科學(xué)研究院，1995.

[2]全國產(chǎn)品尺寸和幾何技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 1958-2004 產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)形狀和位置公差檢測規(guī)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[3]霍占英. 框架類遠(yuǎn)距離淺孔同軸度誤差測量方法的探討[J]. 航空精密制造技術(shù),2010,46(3):57-59.

[4]王文書. 三坐標(biāo)對同軸度誤差測量方法的實(shí)踐[J]. 上海計(jì)量測試,2011(1):41-44.