聯(lián)接外殼孔組位置度量規(guī)設(shè)計(jì)

杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司 （浙江 311203） 劉文廣 石岳林 殷少華

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，用一組孔（一般孔數(shù)＞3的稱(chēng)為孔組，下同）聯(lián)接的結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，因位置度是限制實(shí)際要素對(duì)理想要素位置變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)，所以其軸線位置度往往是生產(chǎn)和檢驗(yàn)的一個(gè)難點(diǎn)，特別是位置度的檢驗(yàn)。對(duì)于高精度的孔組一般應(yīng)該采用精確的測(cè)量方法，比如在平臺(tái)上用通用量具組合或在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)定。但對(duì)于一般精度的孔組，為確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量和裝配生產(chǎn)的順利進(jìn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量能夠監(jiān)控把關(guān)，同時(shí)為了提高檢驗(yàn)效率，生產(chǎn)中經(jīng)常使用位置度量規(guī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)控制。

本文結(jié)合公司實(shí)際產(chǎn)品，對(duì)聯(lián)接外殼孔組位置度的檢驗(yàn)及其量規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，剖析了聯(lián)接外殼孔組位置度量規(guī)設(shè)計(jì)的基本要領(lǐng)，明確了解決聯(lián)接外殼孔組軸線位置度難控制且檢驗(yàn)效率低的基本途徑，以滿足聯(lián)接外殼孔組位置度的技術(shù)要求與生產(chǎn)控制的合理要求。

WG180系列工程變速箱是我公司重要的產(chǎn)品系列，其中聯(lián)接外殼是一個(gè)重要的零部件。聯(lián)接外殼孔組（見(jiàn)圖1）位置度要求高，檢測(cè)困難，每個(gè)零件都要三坐標(biāo)來(lái)檢測(cè)，消耗了大量的人力物力。隨著產(chǎn)量的提升，現(xiàn)有的檢測(cè)方法和水平難以滿足高效的產(chǎn)能，為此，亟需設(shè)計(jì)一種能夠快速精確測(cè)量的專(zhuān)用功能量規(guī)來(lái)滿足生產(chǎn)要求。

圖 1

1. 量規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇

圖1所示為要檢測(cè)的工件，需要檢測(cè)12個(gè)φ11mm孔（即被測(cè)要素）相對(duì)于止口中心線A（即基準(zhǔn)要素）的位置度。該零件的位置度要求較高，須達(dá)到φ0.4mm。

下面依據(jù)量規(guī)的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合實(shí)際工件情況，從量規(guī)的檢驗(yàn)方式、形式、材料選取、表面質(zhì)量、制造精度和尺寸公差等方面來(lái)分析討論量規(guī)的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)一個(gè)量規(guī)，首先要確定該量規(guī)的檢驗(yàn)方式。功能量規(guī)分為共同檢驗(yàn)方式和依次檢驗(yàn)方式。共同檢驗(yàn)是用同一功能量規(guī)檢驗(yàn)被測(cè)要素的定向或定位誤差及其基準(zhǔn)要素本身的形位誤差和（或）尺寸的方式。依次檢驗(yàn)是用不同的功能量規(guī)依次檢驗(yàn)基準(zhǔn)要素的形位誤差和（或）尺寸及被測(cè)要素的定向或定位誤差的方式。該零件在生產(chǎn)檢測(cè)過(guò)程中困擾我們的是孔的位置度，而孔的直徑大小檢測(cè)方便且不是關(guān)鍵特性，因此該量規(guī)采用依次檢驗(yàn)方式，只檢測(cè)孔組的位置度。

功能量規(guī)分為固定式和活動(dòng)式。該量規(guī)需要檢測(cè)的孔數(shù)量多，零件偏大，為了便于操作和提高量規(guī)的耐用性和可換性，選擇活動(dòng)式量規(guī)，即用測(cè)銷(xiāo)檢測(cè)。為方便制造，保證制造精度，采用無(wú)臺(tái)階式測(cè)銷(xiāo)。這樣，該量規(guī)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)如圖2所示。

功能量規(guī)由于使用特性，對(duì)耐磨性和表面硬度都有較高的要求。一般來(lái)說(shuō)，功能量規(guī)工作表面的硬度應(yīng)不低于60HRC，才能有效地保證功能量規(guī)的正常使用。選取優(yōu)質(zhì)低碳結(jié)構(gòu)鋼20鋼，經(jīng)滲碳得到較高的表面硬度，金屬體內(nèi)仍能保持熱處理前高韌性的特點(diǎn)，不易斷裂，且使用過(guò)程中不易變形，尺寸穩(wěn)定，制造工藝性好，價(jià)格便宜，符合量規(guī)制作要求。

圖 2

2. 量規(guī)尺寸參數(shù)計(jì)算和選擇

功能量規(guī)對(duì)表面粗糙度有一個(gè)較高的要求，工作表面的表面粗糙度值Ra一般不大于0.2μm，非工作表面的表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2μm。即該量規(guī)測(cè)銷(xiāo)的測(cè)量面、導(dǎo)套內(nèi)表面及量規(guī)體的定位面表面粗糙度值要求Ra＝0.2μm，其余部分要求Ra＝3.2μm。

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外，功能量規(guī)更重要的是確定量規(guī)檢驗(yàn)部分、定位部分和導(dǎo)向部分的定形尺寸及其公差帶、形位公差值和應(yīng)遵守的公差原則等。為了分析計(jì)算方便，先將有關(guān)數(shù)據(jù)列于表1、表2。

表1 功能量規(guī)檢驗(yàn)部分的基本偏差FI （單位：μm）

其中，綜合公差Tt是被測(cè)要素或基準(zhǔn)要素的尺寸公差與其的形位公差之和。對(duì)于共同檢驗(yàn)方式的功能量規(guī)，單個(gè)檢驗(yàn)部分和定位部分（也是用于檢驗(yàn)實(shí)際基準(zhǔn)要素的檢驗(yàn)部分）的FI數(shù)值皆按序號(hào)0查取；成組檢驗(yàn)部位的FI數(shù)值按序號(hào)1查取。用于檢驗(yàn)單一要素孔、軸的軸線直線度量規(guī)的FI數(shù)值按序號(hào)0查取。對(duì)于分別檢驗(yàn)方式的功能量規(guī)，檢驗(yàn)部分的FI數(shù)值按被測(cè)零件的圖樣上所標(biāo)注被測(cè)要素的基準(zhǔn)類(lèi)型選取。

其中，綜合公差Tt等于被測(cè)要素或基準(zhǔn)要素的尺寸公差與其的形位公差之和。TI、WI，TL、WL，TG、WG分別為量規(guī)檢驗(yàn)部分、定位部分、導(dǎo)向部分的尺寸公差和允許磨損量。tI、tL、tG分別為量規(guī)檢驗(yàn)部分、定位部分、導(dǎo)向部分的位置公差。T'G為臺(tái)階式插入件的導(dǎo)向部分對(duì)檢驗(yàn)部分（或定位部分）的同軸度公差或?qū)ΨQ(chēng)度公差。Smin為量規(guī)檢驗(yàn)部分（或定位部分）與導(dǎo)向部位配合所要求的最小間隙。

（1）檢驗(yàn)部分。零件被測(cè)要素的綜合公差Tt＝0.18+0.4＝0.58（mm）。

該量規(guī)是活動(dòng)式量規(guī)，其基準(zhǔn)類(lèi)型為一個(gè)中心要素，選用依次檢驗(yàn)，則查表1得FI＝0.045mm。再根據(jù)Tt，查表2得TI＝0.01mm，WI＝0.01mm，tI＝0.016mm。

因此可確定測(cè)銷(xiāo)的直徑：

表2 功能量規(guī)各工作部分的尺寸公差、位置公差、允許磨損量和最小間隙 （單位：μm）

測(cè)銷(xiāo)基本尺寸為

測(cè)銷(xiāo)磨損極限為

（2）定位部分。因?yàn)槭且来螜z驗(yàn)，該量規(guī)的定位部分僅用于模擬體現(xiàn)基準(zhǔn)或基準(zhǔn)體系，其定形尺寸公差帶和允許磨損量配置于基準(zhǔn)要素應(yīng)遵守的邊界之外，這樣就使按照零件圖上給定的尺寸公差和形位公差檢測(cè)合格的實(shí)際基準(zhǔn)要素都能順利地被量規(guī)定位部分通過(guò)。在這種情況下，量規(guī)定位部分的基本偏差FL為0。

綜合公差Tt＝0.046m m，查表2得TL＝0.01m m，WL＝0.01mm。

（3）導(dǎo)向部分。該測(cè)銷(xiāo)為無(wú)臺(tái)階式測(cè)銷(xiāo)，由檢驗(yàn)部位兼作導(dǎo)向部位時(shí)，導(dǎo)向部位的尺寸由檢驗(yàn)部位或定位部位確定。

導(dǎo)套的尺寸則根據(jù)檢驗(yàn)部分的公差Tt求得，如下：

根據(jù)檢驗(yàn)部分的綜合公差Tt查表2得TG＝0.006mm，WG＝0.006mm，Smin＝0.005mm。

導(dǎo)套磨損極限為

導(dǎo)套的位置度公差查表得tG＝0.016mm。

在孔組位置度量規(guī)中的導(dǎo)套一般都帶有臺(tái)肩，以防止在使用中受活動(dòng)測(cè)銷(xiāo)的沖撞而產(chǎn)生松動(dòng)。對(duì)于導(dǎo)套的外徑與本體，孔的配合可選取H7/n6的過(guò)盈配合。

3. 設(shè)計(jì)結(jié)論與使用效果

綜上所得，量規(guī)簡(jiǎn)圖如圖3所示，量規(guī)采用20鋼制作，要求熱處理后工作表面硬度不低于60HRC。工作表面的表面粗糙度值Ra＝0.2μm，非工作表面的表面粗糙度值Ra＝3.2μm。量規(guī)需要做穩(wěn)定性處理，來(lái)保證量規(guī)的精確度和使用壽命。量規(guī)要做好防銹處理。

圖 3

通過(guò)分析討論，為一種常用的大批量生產(chǎn)零件設(shè)計(jì)了一種可靠的專(zhuān)用檢測(cè)量規(guī)，解決了其檢測(cè)操作復(fù)雜、效率低下的問(wèn)題，為全檢創(chuàng)造了條件，提升了檢測(cè)效率。在當(dāng)今機(jī)械行業(yè)迅速發(fā)展、追求高效、高產(chǎn)、高質(zhì)量的趨勢(shì)下，量規(guī)的合理使用將大大提升公司產(chǎn)品的品質(zhì)，有力提升公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 王伯平. 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 劉巽爾. 量規(guī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.