活塞型線夾具檢測精度分析

■陜西柴油機廠重工有限集團公司（興平 713105）邢立莉 張帥軍 景富生

1.計量數據分析

柴油機是艦船的心臟，而活塞則被看作是柴油機的心臟，因此性能良好的活塞是柴油機正常運轉的前提。某型活塞裙外徑加工后用外徑千分尺測量基準斷面上的直徑，結果符合圖樣要求。為了驗證其他斷面上型線的正確性，對這些斷面進行計量。由于活塞直徑為400 mm，在圓度儀上無法計量，只能由三坐標計量活塞裙外圓型線中的四條側母線。現從計量數據中找出兩個斷面，對數據進行分析。第一斷面（見圖1）在圖樣中距裙部端面高度為45 mm，計量單中為點0～13。表1中短半軸的理論值為（圖樣中長軸標注的尺寸－橢圓度0.25 mm）/2－偏移量0.3 mm。第二斷面（見圖2）在圖樣中距裙部端面高度為371.5 mm，計量單中為點9。表2中短半軸的理論值為（圖樣中長軸標注的尺寸－橢圓度0.427 mm）/2－偏移量0.3 mm。

從以上數據可以看出，如果能測出每個斷面不同角度點的精確直徑，橢圓度誤差就會很小，在三坐標計量時誤差為0.005 mm，能計量活塞裙外圓上長軸與短軸上的四條側母線。缺點是對于其他角度處的點的計量不是很準確。如果設計用一種工裝的千分表能測出長軸與短軸上的四條側母線，并且取點數相當于三坐標的測頭觸點，就可以代替三坐標檢測。

表1 第一斷面數據 （單位：mm）

表2 第二斷面數據 （單位：mm）

圖1

圖2

2.三坐標檢測分析

（1）檢測原理：三坐標檢測活塞裙時，將活塞頭部豎直向上水平放在等高塊上，找正與活塞頂配合的外圓止口，確定活塞裙的中心軸線，再分別找活塞裙銷孔兩斷面，確定活塞裙的短軸，檢測時沿活塞裙的外圓在不同斷面上采點，測出的數值為各斷面不同角度的半徑值。

（2）誤差分析：①如果零件沒有調平，存在裙部端面與活塞裙軸線的垂直誤差，這與機床主軸和夾具制造、裝夾誤差有關，約為0.02 mm。②活塞裙外圓止口與裙部外圓存在同軸度誤差，雖然止口與外形是同一工位加工，但存在制造誤差，測出的數值與極徑值有差值。③檢測時測頭是插補式進行，測頭沒有沿活塞中心軸線回轉進行測量，根據觸頭接觸的位置的不同，其測量誤差不同。④自身誤差約為0.005 mm。

3.圓度儀測量分析

（1）檢測原理：將活塞裙豎直放在圓度儀回轉臺上，自動調平和調心后，活塞軸線與回轉臺垂直且活塞中心在回轉中心上，這樣消除了與型線的其他誤差，然后對正刻線，確定活塞裙短軸，最后根據回轉臺的旋轉測出各斷面不同角度的極徑值。

（2）誤差分析：由于圓度儀的測量消除了與型線的其他誤差，其產生的誤差只有圓度儀的精度誤差，故測量誤差小，成本高。

4.夾具設計分析

（1）檢具結構：根據活塞外圓型線的特性，設計檢測夾具必須具備找心、調平功能。此檢具在底板上安裝半圓形側板，在長軸和短軸相應的斷面高度上分別安裝千分表。該夾具能有效地檢測長軸和短軸的斷面型線，以及各斷面上角度對應的長短軸（見圖3）。

圖3

通過長支承方便將標準樣件推進半圓形側板中，將標準樣件放入圖示位置后在180°處找出標準樣件的最大外徑，確定180°線。在安裝千分表的孔位上側刻印每塊表的坐標位置，如：30-1，其中30表示角度，1表示層。再根據高度要求加工出最高處的基準孔，同時加工出找正孔(見圖4)。最后根據側板圖樣加工其余孔及螺孔。注意加工帶有角度的孔時，要以底座的中心孔為旋轉中心，保證角度公差為±10′。夾具使用方法是在放入標準樣件并正確定位后，將各千分表歸零，然后移去標準樣件，將活塞放入，讀表并按表位將數值填入表格內。

（2）檢具的檢測方法：檢測長軸和短軸型線時，用高精度直尺將各千分表分別對零，然后將活塞放在底板上，對正刻線后靠近千分表，觀察千分表的讀數，記錄讀數值并計算，確定長、短軸是否合格。該檢測方法既方便又簡單。

（3）檢測誤差分析：①角尺對表誤差。角尺垂直度誤差按G B/T 6092―2004要求可知，最高精度角尺垂直度為0.002 mm/200 mm（高）。以某機型活塞裙為例，需檢測262.5 mm高度斷面，誤差0.00265 mm。②活塞外圓面與止口定位面垂直度誤差（加工誤差）。以止口處端面定位加工外圓，夾具定位面的跳動度0.01 mm/200 mm，加工誤差反映到活塞長度上，導致外圓面相對止口的垂直度誤差為0.01 mm。③千分表的精度誤差為0.001 mm。④坐標點（極軸點）相位誤差。檢查是否存在橢圓象限偏差，如果有象限偏差，則也存在精度誤差。如果橢圓相對理想，橢圓偏轉5°，則誤差約為0.002 mm。⑤總測量誤差=0.0026+0.01+0.001+0.002=0.0156（mm）。

圖4

一般要求測量誤差應該在被檢測精度誤差的1/3以內。而活塞型線長軸的誤差一般為±0.05 mm，總測量誤差為0.0156 mm，小于型線誤差的1/3（0.0166 mm），可以滿足測量精度要求。

5.結語

本文所述測量活塞裙型線的方法操作簡單，成本低。在生產過程中，由于批量等多方面因素的影響，在分析和解決實際問題的時候應全面綜合考慮，從生產實際出發，幾種方法結合對比做出準確判斷，從而可以避免許多失誤的發生。

[1]薛源順.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]孟少農.機械加工工藝手冊 [M].北京：機械工業出版社，1996.