水電設(shè)備大型零件制造測(cè)量技術(shù)研究

王建英

（大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司冶金電力設(shè)備制造事業(yè)部，大連 116031）

水電設(shè)備大型零件制造測(cè)量技術(shù)研究

王建英

（大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司冶金電力設(shè)備制造事業(yè)部，大連 116031）

對(duì)水電設(shè)備上兩個(gè)大型球形零件——轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭，通過(guò)零件球面直徑和間接測(cè)量的尺寸間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算得到需要的球面直徑，采用間接測(cè)量方法解決在不利條件下不能直接測(cè)量的問(wèn)題。此外，水電設(shè)備上另兩個(gè)大型環(huán)型結(jié)構(gòu)件——底環(huán)和頂蓋，鑒于其經(jīng)過(guò)直接測(cè)量會(huì)導(dǎo)葉孔累積誤差，進(jìn)而在以后的加工中消除累積誤差，使圓周分布的導(dǎo)葉孔節(jié)距在允許值內(nèi)不超差。

間接測(cè)量 計(jì)算需要的尺寸 直接測(cè)量 測(cè)量累積誤差

引言

測(cè)量是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的手段之一，通過(guò)檢驗(yàn)質(zhì)量參數(shù)與質(zhì)量要求的符合程度，以判定零件質(zhì)量是否合格。測(cè)量方法按被測(cè)物理量與測(cè)得物理量的關(guān)系，分為直接測(cè)量、間量接測(cè)和組合測(cè)量。當(dāng)被測(cè)尺寸不易測(cè)量或因?yàn)橹苯訙y(cè)量達(dá)不到精度要求時(shí)，常常不得不采用間接測(cè)量[1]。機(jī)械工程中的間接測(cè)量是通過(guò)對(duì)被測(cè)物理量有單值函數(shù)關(guān)系的物理量，間接得出被測(cè)物理量。例如，被測(cè)物理量X與直接測(cè)得的量值L1、L2……之間有單值函數(shù)關(guān)系[2]：X=f(L1,L2…)，就可以通過(guò)直接測(cè)得的量值L1、L2……，間接測(cè)得被測(cè)物理量X。

水力發(fā)電設(shè)備上的轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭零件是大型球形零件和球缺形零件。制造過(guò)程中，因受測(cè)量工具、零件形狀和大小等條件的限制，采用間接測(cè)量的方法測(cè)得相關(guān)尺寸；采用間接測(cè)量值與零件球面直徑的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算得到球面直徑。直接測(cè)量是將被測(cè)物理量直接與已知真值同類(lèi)物理量相比較而得出測(cè)量值。

水力發(fā)電設(shè)備上的底環(huán)和頂蓋是大型圓環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其上有節(jié)距公差要求的圓周分布的導(dǎo)葉孔。加工中，預(yù)先直接測(cè)量余下導(dǎo)葉孔累積誤差，將其與計(jì)算得到的余下導(dǎo)葉孔節(jié)距對(duì)比，提前發(fā)現(xiàn)和消除累積誤差，不使累積誤差集中到最后一個(gè)節(jié)距造成節(jié)距超差。

1 轉(zhuǎn)輪體球面直徑的加工間接測(cè)量

在數(shù)控立車(chē)上加工大型轉(zhuǎn)輪體球面，轉(zhuǎn)輪體球面直徑在2m到4m的范圍內(nèi)，靠數(shù)控立車(chē)按程序加工以及用樣板測(cè)量球面外形；在無(wú)專(zhuān)用檢測(cè)工具情況下，為減少加工成本，不設(shè)計(jì)專(zhuān)用工裝測(cè)量球面直徑，而是采用間接測(cè)量方法測(cè)量球面直徑（見(jiàn)圖1）。

圖1 在立車(chē)上間接測(cè)量轉(zhuǎn)輪體球面直徑

垂直滑枕側(cè)面是間接測(cè)量選擇的最佳輔助基準(zhǔn)。以它作基準(zhǔn)，可以在加工過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量球面直徑，且方法簡(jiǎn)單便捷，不需進(jìn)行更多操作。轉(zhuǎn)輪體上方有一個(gè)下沉內(nèi)孔，先加工內(nèi)孔測(cè)出尺寸A，再測(cè)量?jī)?nèi)園孔壁到垂直滑枕側(cè)面尺寸B，最后測(cè)量滑枕側(cè)面到被測(cè)球面之間的尺寸C。這樣間接測(cè)量的球面直徑X通過(guò)表示這三個(gè)尺寸相互關(guān)系的式1計(jì)算得到：

X=A+2（B-C） （1）

為了消除垂直滑枕由于使用磨損造成的形位誤差對(duì)測(cè)量尺寸的影響，可在垂直滑枕B、C尺寸線右端處，用百分表測(cè)出兩點(diǎn)高低誤差，將其代入式（1），就可更準(zhǔn)確地算出球面直徑X的尺寸大小。

2 燈泡頭球缺球面直徑的間接測(cè)量

燈泡頭是水力發(fā)電設(shè)備中的一個(gè)大型焊接結(jié)構(gòu)件。它的外形是球缺形狀，球面是由鋼板壓型成不同球形面的鋼板拼接焊成。有一種類(lèi)型的燈泡頭它是球面直徑9.6m、球缺高度2.605m，球面輪廓度公差為4。這樣大的球缺受零件形狀的限制缺少直接測(cè)量基準(zhǔn)，用一般方法不能直接測(cè)量球面直徑。借助機(jī)加工測(cè)量缺圓的弦長(zhǎng)弓高法，可以進(jìn)行間接測(cè)量（見(jiàn)圖2）。過(guò)球缺底圓中心的弦長(zhǎng)為S，弓高為H，球面直徑為D，則三者之間的函數(shù)關(guān)系[3]：

圖2 間接測(cè)量球缺球面直徑

球缺球面由下料、壓型、裝配、焊接形成，各工序環(huán)節(jié)都有誤差，會(huì)給球缺球面直徑尺寸造成波動(dòng)而產(chǎn)生誤差。如果中間環(huán)節(jié)進(jìn)行誤差補(bǔ)償不利，最后會(huì)反映在缺球面球直徑上，甚至?xí)斐汕蛉鼻蛎嬷睆匠?。為了精?zhǔn)檢測(cè)缺各處球面球直徑，需要在球缺上多處測(cè)量球面直徑。首先在底面多處測(cè)量弦長(zhǎng)，找出最大和最小過(guò)球缺底圓中心弦長(zhǎng)，計(jì)算球面直徑檢查誤差超差與否。除此之外，還要將球缺分成多個(gè)弓高小于H小球缺（見(jiàn)圖2球缺中部水平點(diǎn)劃線），同樣找出最大和最小弦長(zhǎng)，計(jì)算球面直徑檢查誤差情況，進(jìn)而全面檢查球缺球面直徑尺寸。分成的球缺越多，測(cè)量的范圍就越大，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)就越多，測(cè)量效果就越好。可利用制成球缺鋼板材料形狀連續(xù)性的特點(diǎn)，根據(jù)沿圓弧方向兩已檢測(cè)點(diǎn)誤差的趨勢(shì)，確定兩已檢測(cè)點(diǎn)之間的未檢測(cè)點(diǎn)球面直徑誤差。各塊壓型鋼板拼接焊成球缺后發(fā)現(xiàn)，超差修復(fù)比較麻煩。在焊接前拼接裝配時(shí)檢查球缺直徑發(fā)現(xiàn)，超差修復(fù)相對(duì)容易。

3 直接測(cè)量底環(huán)和頂蓋上圓周分布導(dǎo)葉孔節(jié)距累計(jì)誤差

水力發(fā)電設(shè)備中的底環(huán)和頂蓋是環(huán)形結(jié)構(gòu)件，有24個(gè)導(dǎo)葉孔分布其上，分布直徑少則2米多，多則8米多（見(jiàn)圖3），導(dǎo)葉孔的節(jié)距有尺寸公差要求，以保證裝配在底環(huán)和頂蓋之間的導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。底環(huán)和頂蓋上的導(dǎo)葉孔，加工過(guò)程中易出現(xiàn)由于節(jié)距累計(jì)誤差?？刂撇缓茫瑢⒃斐烧麄€(gè)圓周上分布的導(dǎo)葉孔之間的節(jié)距誤差超差。即使依次順時(shí)針或者逆時(shí)針加工，且每一節(jié)距都在公差范圍內(nèi)，如果控制不好，最后產(chǎn)生的累計(jì)誤差也會(huì)很大。因此，一般采用等份分組，首先加工每一組的第一個(gè)孔，再以組為單位，以同組加工的第一個(gè)孔為基準(zhǔn)加工其余孔，其余組依次類(lèi)推，以減少加工產(chǎn)生的累計(jì)誤差。底環(huán)上有24個(gè)導(dǎo)葉孔，可采取先加工X軸、Y軸四個(gè)相隔90°的導(dǎo)葉孔。這四個(gè)導(dǎo)葉孔是靠機(jī)床跑X向、Y向坐標(biāo)加工的，位置精度可以保證，之間的累計(jì)誤差最小、分度精度最高。把24個(gè)導(dǎo)葉孔等份分成4組，每組先加工在X軸、Y軸上的四個(gè)導(dǎo)葉孔作為基準(zhǔn)孔，再以這位置精度最高的基準(zhǔn)孔為基準(zhǔn)加工其余導(dǎo)葉孔，以保證所有導(dǎo)葉孔加工不出現(xiàn)大的累計(jì)誤差。4個(gè)組中，等份加工的各基準(zhǔn)孔之間有5個(gè)孔、6個(gè)節(jié)距，及同組還要加工5個(gè)導(dǎo)葉孔。在同組加工過(guò)程中，加工的第1個(gè)導(dǎo)葉孔要測(cè)量與基準(zhǔn)孔的節(jié)距尺寸L和徑向尺寸R，其他導(dǎo)葉孔加工時(shí)要測(cè)量與相鄰的導(dǎo)葉孔節(jié)距尺寸L和徑向尺寸R，以保證導(dǎo)葉孔分布位置精度（見(jiàn)圖3）。在同組加工還剩2個(gè)導(dǎo)葉孔時(shí)，需要直接測(cè)量一下已加工導(dǎo)葉孔累計(jì)誤差是多大，以準(zhǔn)備提前在剩下的兩個(gè)導(dǎo)葉孔加工時(shí)把累計(jì)誤差消除。由于跨兩個(gè)未加工導(dǎo)葉孔距M的誤差變化大是累積誤差的主要影響因素，因此在一組從基準(zhǔn)孔依次加工的第3個(gè)導(dǎo)葉孔到相鄰組基準(zhǔn)孔之間，跨兩個(gè)未加工導(dǎo)葉孔測(cè)量節(jié)距M，就能測(cè)量出已加工的孔給未加工孔造成的累計(jì)誤差。測(cè)到的M值與計(jì)算的M值的差值DM，就是之前加工導(dǎo)葉孔造成的累積誤差。這個(gè)跨兩個(gè)未加工導(dǎo)葉孔距M以及允許偏差DM和徑向尺寸R以及偏差DR，可以通過(guò)式（3）計(jì)算得來(lái)[4]（見(jiàn)圖4）。導(dǎo)葉孔節(jié)距尺寸L尺寸偏差DL，一般質(zhì)量檢驗(yàn)給出為DL=0.1-0.5。實(shí)際上，DR一般要求控制在0.05～0.15。實(shí)測(cè)DM如果小于、等于計(jì)算的DM，就知道在加工剩下的兩個(gè)導(dǎo)葉孔時(shí)如何分配節(jié)距尺寸L的偏差，以最大限度地消除產(chǎn)生累計(jì)誤差。如果實(shí)測(cè)DM大于計(jì)算值DM，說(shuō)明同組加工前三個(gè)孔的DM超差。所以，同組加工前三個(gè)孔也要保證累計(jì)誤差不超出計(jì)算的DM。

圖3 底環(huán)和頂蓋分組分度加工的基準(zhǔn)孔

圖4 跨兩個(gè)未加工導(dǎo)葉孔預(yù)測(cè)節(jié)距累積誤差

圖3、圖4中的尺寸線從中心引出。實(shí)際測(cè)量中，節(jié)距尺寸L通過(guò)測(cè)量?jī)蓪?dǎo)葉孔壁之間尺寸加兩導(dǎo)葉孔半徑得來(lái)；徑向尺寸R通過(guò)在底環(huán)和頂蓋內(nèi)圓加工的徑向基準(zhǔn)孔壁相對(duì)導(dǎo)葉孔壁測(cè)量距離，再加上導(dǎo)葉孔半徑而來(lái)，得出的測(cè)量尺寸與圖中尺寸具有一致性。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)水電設(shè)備上的轉(zhuǎn)輪體和燈泡頭間接測(cè)量球面直徑的測(cè)量技術(shù)研究，以及對(duì)底環(huán)和頂蓋直接測(cè)量圓周分布的導(dǎo)葉孔節(jié)距累積誤差的測(cè)量技術(shù)研究，確定了相關(guān)的計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用方法，為在制造中解決同類(lèi)問(wèn)題，滿足設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)技術(shù)要求，提供了可參考的檢測(cè)方法。

[1]《公差與技術(shù)測(cè)量》編寫(xiě)組.公差與技術(shù)測(cè)量[M].沈陽(yáng)：遼寧人民出版社，1980.

[2]《機(jī)械工程師手冊(cè)》第二版編輯委員會(huì).機(jī)械工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》修訂組.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981.

Reserch for Measuring Indirectly Large-scale Element of Hydraulic Power Generation Equipment in Manufactur Technologe

WANG Jianying
(Dalian Huarui Heavy Industry Group CO.,LTD,Metallurgical and Power Generating Equipment Manufacturing Department, Dalian 116031)

Tow large-scale elements of hudraulic power generation equipment consist of a part of spheroidicity and other shapes,Those spherical surface diameter are calculated by relationship of math between spherical surface diameter and measuring indirectly size. The method of measuring indirectly is used to solve problem wthich is unable to measure directly under disadvantageous conditions. Other tow large-scale elements of hudraulic power generation equipment are circular weldment,The accumulating errer of vane hole is measured and then the accumulating errer is diminated after machining,Which make it possible to control vane hole space in the allowance.

measuring indirectly, calculating requiring size, measuring directly, measuring accumulation errer