窄距圓弧切點(diǎn)直徑尺寸在機(jī)測量方法

劉星，黃久超，武麗麗，丁霖，張益帆

上海航天精密機(jī)械研究所結(jié)構(gòu)件加工事業(yè)部

1 引言

近年來，車間的生產(chǎn)任務(wù)量越來越大，對(duì)加工產(chǎn)品質(zhì)量的管控要求越來越高，針對(duì)小型精密零件大批量生產(chǎn)的需求，原有的檢測方法或檢測模式已無法應(yīng)對(duì)這些關(guān)鍵尺寸的檢驗(yàn)，因此，必須采用更加高效的檢驗(yàn)方法對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品進(jìn)行在機(jī)監(jiān)測和檢驗(yàn)，更好地把控產(chǎn)品質(zhì)量。

該尺寸傳統(tǒng)的檢測方法為使用光學(xué)投影測量設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法測量精度高，但存在難于解決的問題，即零件必須從機(jī)床取下才能進(jìn)行測量。因零件精度高且該處尺寸要求極高，若光學(xué)投影測量出該尺寸不合格，無法再進(jìn)行上機(jī)返修，只能報(bào)廢處理，增大了產(chǎn)品報(bào)廢率，同時(shí)做一件取下測一件也造成生產(chǎn)效率低。因此，針對(duì)以上存在的問題，本文提出了一種針對(duì)窄距圓弧切點(diǎn)尺寸的在機(jī)檢測和監(jiān)控方法，結(jié)合數(shù)控車鏜刀原理和百分表測量原理[2]，設(shè)計(jì)了專用的測量表頭和鏜刀桿，運(yùn)用數(shù)控程序自動(dòng)走刀進(jìn)行自動(dòng)測量，即可對(duì)該處圓弧切點(diǎn)尺寸進(jìn)行監(jiān)控和測量，極大地提高了檢測效率，降低了產(chǎn)品報(bào)廢率。

2 測量方法與原理

圖1 供氣嘴體圓弧切點(diǎn)尺寸測量原理

3 測量表頭與鏜刀桿設(shè)計(jì)與制造

3.1 測量表頭設(shè)計(jì)

根據(jù)供氣嘴體設(shè)計(jì)要求可知，其圓弧切點(diǎn)處的圓弧半徑為R0.2±0.05。測量時(shí)，為保證測量表頭能正好接觸圓弧最低點(diǎn)的切點(diǎn)直徑，設(shè)計(jì)測量表頭厚度為0.15，以提高測量精度。因供氣嘴體圓弧切點(diǎn)直徑位置狹窄，測量時(shí)容易產(chǎn)生干涉，因此測頭上設(shè)計(jì)52°斜角和5×2.1缺口進(jìn)行避空，防止測量時(shí)出現(xiàn)干涉。右端采用M2.5螺紋與百分表連接，一方面確保與百分表可靠連接，另一方面便于進(jìn)行更換。測量表頭采用05Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼材料，并經(jīng)固溶時(shí)效處理，硬度達(dá)50HRC，可減小使用過程中的磨損，以增加測量表頭的使用壽命。圖2為測量表頭設(shè)計(jì)尺寸及實(shí)物。

3.2 鏜刀桿設(shè)計(jì)與制造

根據(jù)數(shù)控車床刀座以及百分表?xiàng)U尺寸參數(shù)進(jìn)行鏜刀桿設(shè)計(jì)。為使百分表能穩(wěn)定可靠地夾持在鏜刀桿上，在保證百分表?xiàng)U不被夾壞的情況下，刀桿上設(shè)計(jì)4mm開口槽，側(cè)面采用M6鎖緊螺釘，裝夾時(shí)通過螺絲擰緊使槽口產(chǎn)生一定的彈性變形，并固定百分表。左端φ25圓柱削扁，用于鏜刀柄裝到刀座時(shí)的定向和便于螺絲的鎖緊。鏜刀桿及相應(yīng)部件的裝配見圖3。

(a)設(shè)計(jì)尺寸

(b)測量表頭

(a)設(shè)計(jì)尺寸

(b)鏜刀桿與百分表裝配

4 測量方法驗(yàn)證與分析

(a)在機(jī)測量過程

(b)表頭讀數(shù)

圖5 光學(xué)投影測量值與表頭測量值波動(dòng)對(duì)比

采用光學(xué)投影測量方法與百分表測量頭對(duì)100件供氣嘴體圓弧切點(diǎn)直徑尺寸進(jìn)行測量，其測量值與在機(jī)表頭測量結(jié)果的波動(dòng)對(duì)比見圖5。因百分表讀數(shù)為單邊測量值，按理論計(jì)算，表頭讀數(shù)變化某個(gè)值Δ，則圓弧切點(diǎn)直徑變化2Δ。由圖4b可知，實(shí)驗(yàn)過程中百分表讀數(shù)變化±0.01，則直徑變化±0.02，切點(diǎn)直徑應(yīng)為φ3.05～φ3.09，位于公差范圍內(nèi)。由圖5可知，表頭實(shí)際測量值在φ3.06～φ3.079內(nèi)波動(dòng)。根據(jù)表頭讀數(shù)計(jì)算的理論最大、最小值與實(shí)測最大、最小值存在0.01的誤差，其主要與機(jī)床的重復(fù)定位精度有關(guān)。

加工采用的設(shè)備為CTX310數(shù)控車床，其重復(fù)定位精度為0.005，因此每次測量不可能與上一次位置完全一樣，若X方向與上一次偏差0.005，則實(shí)測結(jié)果將偏大或偏小0.01；若Z方向偏差0.005，相當(dāng)于實(shí)測點(diǎn)不是最小切點(diǎn)尺寸。經(jīng)分析，尺寸偏差僅為4×10-6，可見，機(jī)床Z方向重復(fù)定位精度對(duì)測量結(jié)果影響非常小，可忽略不計(jì)。由光學(xué)投影測量與在機(jī)百分表測量結(jié)果可見，測量值非常穩(wěn)定，這也驗(yàn)證了圓弧切點(diǎn)直徑尺寸在機(jī)測量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

5 結(jié)語

(1)基于數(shù)控車削鏜刀原理，根據(jù)零件被測結(jié)構(gòu)特征和數(shù)控車床鏜刀裝夾原理，設(shè)計(jì)了一套針對(duì)窄距圓弧切點(diǎn)尺寸測量的在機(jī)測量工裝，實(shí)現(xiàn)了該尺寸的在機(jī)自動(dòng)測量。

(2)對(duì)比分析100件供氣嘴體的在機(jī)測量檢測結(jié)果與光學(xué)投影測量結(jié)果，表頭讀數(shù)在±0.01范圍內(nèi)波動(dòng)，圓弧切點(diǎn)尺寸均合格，驗(yàn)證了在機(jī)測量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

(3)通過測量表頭的在機(jī)測量，避免了操作者每做一件測一件造成的時(shí)間浪費(fèi)，極大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)通過表頭讀數(shù)波動(dòng)情況可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過程中出現(xiàn)的崩刃斷刀等問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品報(bào)廢率。