飛機(jī)零件專(zhuān)用位置度量規(guī)設(shè)計(jì)方法

趙立紅，張秀云，李鋼銘，宋萬(wàn)萬(wàn)

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)外高性能飛機(jī)的快速發(fā)展，航空制造技術(shù)向著數(shù)字化、精確化和高效化方向發(fā)展，對(duì)高精度的零件需求十分迫切。為了滿(mǎn)足互換性要求，對(duì)零件形位公差的精度要求越來(lái)越高，因產(chǎn)品種類(lèi)多、形式多、精度高、零件的形狀復(fù)雜、形位公差形式多樣且形位公差精度高，給零件的制造和測(cè)量帶來(lái)困難，能夠準(zhǔn)確測(cè)量已加工零件是否合格以及測(cè)量方法是否科學(xué)是目前面臨的技術(shù)難題。

位置量規(guī)是一種單極限的通過(guò)量規(guī)，也稱(chēng)為綜合量規(guī)。它綜合限制了被檢驗(yàn)表面的位置和尺寸偏差，并允許被檢驗(yàn)表面的實(shí)際極限位置偏差超過(guò)圖紙給定的位置偏差，超差值正好可以被檢驗(yàn)表面尺寸的實(shí)際偏差補(bǔ)償。因此，只要這種量規(guī)能通過(guò)零件的被檢驗(yàn)部位，即表示該零件合格。但是，在應(yīng)用這種量規(guī)檢驗(yàn)前，零件需要先經(jīng)過(guò)要素量規(guī)(檢驗(yàn)其尺寸偏差的量規(guī))檢驗(yàn)，并且只有在零件的位置偏差是相關(guān)偏差的情況下才可以無(wú)條件地應(yīng)用這種量規(guī)。

針對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品特殊性，本文提出了幾種設(shè)計(jì)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)位置度量規(guī)來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)檢測(cè)需求，并且具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

2 拆分法

以某反向螺紋同軸度量規(guī)為例，被測(cè)零件為兩螺紋孔M12×1.5LH-5H6H和M12×1.5-5H6H，螺紋孔的同軸度要求為φ0.1mm(見(jiàn)圖1)。兩螺紋孔一個(gè)是左旋螺紋，另一個(gè)是右旋螺紋，由于旋轉(zhuǎn)方向不一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一體結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

圖1 被測(cè)零件結(jié)構(gòu)

方案一如圖2所示，采用1個(gè)螺紋量頭+1個(gè)螺紋量規(guī)的設(shè)計(jì)，使螺紋量頭的外螺紋孔與被測(cè)孔配合，螺紋量規(guī)外螺紋與另一被測(cè)孔配合，共同起到定位作用。插銷(xiāo)與螺紋量頭內(nèi)孔配合作為測(cè)量部位。

(a)整體結(jié)構(gòu)

方案二采用分三體設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)，包括螺紋量頭1、螺紋量頭2和插銷(xiāo)三部分。螺紋量頭部分主要是對(duì)螺紋參數(shù)和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，螺紋量頭1的左旋螺紋與零件的左旋螺紋配合，螺紋量頭2的右旋螺紋與零件的右旋螺紋配合，共同起到定位作用。插銷(xiāo)上的φ6mm軸與螺紋量頭1和螺紋量頭2上的φ6mm孔相配合，作為測(cè)量部位。

(a)整體結(jié)構(gòu)

3 轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)法

以某一垂直度量規(guī)為例，如圖4所示，零件要求以φ1.6mm孔為基準(zhǔn)檢測(cè)方尺寸的垂直度。量規(guī)很難實(shí)現(xiàn)，本文采用轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的方法，以方尺寸的上下兩平面作為基準(zhǔn)，檢測(cè)孔φ1.6mm的軸線(xiàn)與兩平面的垂直度，再換成另外兩個(gè)平面測(cè)量即可，以上操作易于量規(guī)制造。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖4 產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)

圖5 垂直度量規(guī)

4 微量補(bǔ)償法

以某一位置度量規(guī)為例，在位置量規(guī)設(shè)計(jì)中，部分量規(guī)的位置公差偏嚴(yán)，給量規(guī)制造帶來(lái)很大困難。為了減小量規(guī)的制造難度，可以采用兩個(gè)補(bǔ)償辦法：①對(duì)位置量規(guī)的公差分配做局部調(diào)整，部分或全部取消位置量規(guī)測(cè)量部位的最小磨損量，并借用給工作部位的位置公差，使其數(shù)值增大，量規(guī)新位置公差=標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的位置公差+減小的磨損量；②增大測(cè)量銷(xiāo)的直徑，作為位置公差的部分補(bǔ)償。

由上述方法可以看出，局部調(diào)整公差分配的辦法并未改變位置量規(guī)的基本性質(zhì)，僅使測(cè)量部位的磨損極限發(fā)生變化，增大了量規(guī)位置公差。這些變化會(huì)減短檢驗(yàn)量規(guī)的使用壽命，對(duì)于生產(chǎn)批量小的行業(yè)可行，即使磨損后新制一些檢驗(yàn)銷(xiāo)也很劃算。因?yàn)榱恳?guī)位置公差增大不會(huì)影響測(cè)量精度和量規(guī)基本性質(zhì)，并且降低了量規(guī)制造難度，所以這種局部調(diào)整量規(guī)公差分配的補(bǔ)償辦法是可行的。

圖6 產(chǎn)品零件

以6-φ4.1H12mm，位置度0.2mm的量規(guī)計(jì)算為例，根據(jù)φ4.1H12mm和位置度0.2mm，計(jì)算綜合公差δL=δS=0.32mm。

按照標(biāo)準(zhǔn)可得：測(cè)量部位尺寸公差TM=0.008mm，允許最小磨損量WM=0.008mm；定位部位尺寸公差TP=0.008mm，允許最小磨損量WP=0.008mm；導(dǎo)向部位尺寸公差TG=0.005mm，允許最小磨損量WG=0.005mm；導(dǎo)向部位最小間隙Cmin=0.004mm，工作部位的位置公差tP=0.012mm測(cè)量部位的基本偏差FM=0.04mm。其中，DMMC為零件定位部分內(nèi)表面的最大實(shí)體尺寸；D1MMC為零件測(cè)量部分內(nèi)表面的最大實(shí)體尺寸；DBP，dLP和dWP分別為量規(guī)定位部分的基本尺寸、極限尺寸和磨損極限尺寸；DBM，dLM和dWM分別為量規(guī)測(cè)量部分固定銷(xiāo)的基本尺寸、極限尺寸和磨損極限尺寸；d1BM，d1LM和d1WM分別為量規(guī)測(cè)量部分活動(dòng)銷(xiāo)的基本尺寸、極限尺寸和磨損極限尺寸；DBG，DLG和DWG分別為量規(guī)導(dǎo)向部分的基本尺寸、極限尺寸和磨損極限尺寸。

可計(jì)算為

dBP=DMMC=φ40

dLP=dBP0 -TP=φ40-0.008

dWP=dBP-(TP+WP)=40-(0.008+0.008)

=φ39.984

dBM=D1MMC-t= 4.1-0.2=φ3.9

dWM=(dBM+FM)-(TM+WM)

= (3.9+0.04)-(0.008+0.008)=3.924

d1BM=DMMC-t= 4.1-0.2=φ3.9

d1WM=(d1BM+FM1)-(TM+WM)=(3.9+0.04)-(0.008+0.008)=3.924

DBG=d1LMmax=φ3.94

DWG=(DBG+Cmin)+(TG+WG)=(3.94+0.004)+(0.005+0.005)=φ3.954

圖7 位置度量規(guī)

通過(guò)分析可以得出：工作部位的位置公差(tP=0.012mm)由兩部分組成，即由壓套前孔的位置公差和套自身的內(nèi)孔和外壁同軸公差構(gòu)成。就目前的設(shè)備狀況來(lái)看，加工這樣精度的位置度公差是不可能的，所以需要調(diào)整工作部位的位置公差tP。根據(jù)目前的生產(chǎn)情況，能保證壓套前孔的位置公差φ0.02mm和外壁的同軸公差φ0.01mm，這樣工作部位的位置公差調(diào)整為tP=0.03mm。實(shí)際上，工作部位的位置公差(tP=0.03mm)比工作部位的位置公差(tP=0.012mm)大0.018mm，這個(gè)0.018mm需要依靠測(cè)量銷(xiāo)和導(dǎo)向孔的公差來(lái)補(bǔ)償。

減小測(cè)量銷(xiāo)的磨損量和導(dǎo)向孔的磨損量，磨損量減小0.006mm，導(dǎo)向孔磨損量減小0.002mm，測(cè)量銷(xiāo)的直徑增加0.014mm，正好補(bǔ)償?shù)粑恢霉畹脑龃罅?。改變之后的結(jié)果為

dLM=(3.9+0.04+0.014)-0.0080=3.954-0.0080

dWM=(3.9+0.04+0.014)-(0.008+0.002)=3.944

d1LM=(3.9+0.04+0.014)-0.0080=3.954-0.0080

d1WM= (3.9+0.04+0.014)-(0.008+0.002)=3.944

DWG=(DBG+Cmin)+(TG+WG)

=(3.94+0.004+0.014)+(0.005+0.003)

=φ3.966

因此，工作部位的位置公差tP=0.03mm。

5 添加輔助零件法

以74°錐面跳動(dòng)檢查量具設(shè)計(jì)為例，如圖8所示，以螺紋中徑為基準(zhǔn)，檢測(cè)74°錐面的跳動(dòng)。

圖8 零件結(jié)構(gòu)

由于螺紋中徑作為基準(zhǔn)無(wú)法夾持，通過(guò)添加螺紋套，使螺紋套與管接頭螺紋部分緊密配合，成為一體件，再以螺紋套的外徑作為基準(zhǔn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺紋套實(shí)現(xiàn)74°錐面跳動(dòng)的檢測(cè)。

如圖9所示，跳動(dòng)檢測(cè)裝置由底座、配合環(huán)、觀察孔、安裝孔、卡簧、高頭螺釘和百分表組成。以配合環(huán)為主構(gòu)件，配合環(huán)的螺紋中徑公差分三段制造，用于配合管接頭類(lèi)零件的螺紋中徑，以保證配合環(huán)和零件連為一體，并消除配合間隙所帶來(lái)的影響。

1.底座 2.配合環(huán) 3.觀察孔 4.安裝孔 5.卡簧 6.高頭螺釘 7.百分表

使用時(shí)選擇配合最好的配合環(huán)，將配合環(huán)與零件一起安裝在底座上，確保配合環(huán)與底座接觸位置的垂直度和間隙在允許范圍內(nèi)。底座側(cè)面開(kāi)安裝孔，用于安裝百分表，百分表用卡簧和高頭螺釘固定，測(cè)量時(shí)通過(guò)底座上的觀察孔查看，百分表與零件接觸后擰緊高頭螺釘，調(diào)整百分表，使其對(duì)零后連同配合環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)零件，由百分表讀出跳動(dòng)量。

6 結(jié)語(yǔ)

新研制飛機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、互換性和形位公差精度要求很高，同時(shí)飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣，差異性大，增加了制造和檢驗(yàn)難度。為應(yīng)對(duì)制造和檢驗(yàn)的迫切需求，本文通過(guò)研究四種形位公差的測(cè)量方法，并結(jié)合飛機(jī)產(chǎn)品的零件特點(diǎn)，根據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品的檢驗(yàn)需要和零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及形位公差具體要求，采取通用測(cè)量?jī)x器及輔助裝置、高精度測(cè)量設(shè)備和專(zhuān)用位置度量規(guī)相結(jié)合的立體式檢測(cè)理念，使三種測(cè)量手段互相補(bǔ)充，既保證了測(cè)量精度，又實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性和檢測(cè)效率。

選擇原則是首先選擇通用測(cè)量?jī)x器及輔助裝置，具有方便、快捷、成本低的特點(diǎn)；對(duì)于精度高、型面復(fù)雜的零件，測(cè)量系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足要求時(shí)采用測(cè)量機(jī)；對(duì)于批量大、測(cè)量系統(tǒng)不能滿(mǎn)足要求的情況選擇專(zhuān)用量具。將通用量具和專(zhuān)用量具相結(jié)合，滿(mǎn)足了飛機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，解決了此類(lèi)形位公差用儀器和設(shè)備都無(wú)法檢測(cè)的技術(shù)難題。