煤礦刮板機鏈輪軸雙鍵槽聯接檢測技術設計

楊志敏

（山西煤礦機械制造股份有限公司，太原 030031）

在生產運行中，煤礦機械企業經常碰到長軸上雙鍵槽的加工。由實際裝配經驗可知，裝配時雙鍵槽的形位誤差容易造成裝配干涉。針對干涉，人們有必要設計一種專用檢測裝置，避免只利用昂貴的三坐標檢測儀。這樣可以消除影響檢測的不利因素，降低檢測成本，滿足加工現場或礦井工作面實地檢測的需求，提升企業的經濟效益。

1 設計原則

該裝置是一種能快速測量軸類零件雙鍵槽位置的量具。該量具主要有以下四個特點：一是利用游標卡尺的特性測量兩鍵槽的弦距；二是制作專用工件樣板，作為測量時的比對樣板；三是樣板上的雙鍵槽具有工件公差范圍的特性；四是具有數顯的功能，可以快速讀數，效率高，且讀數直觀清晰。

2 裝置組成及工作原理

該測量裝置結構如圖1所示。樣板是根據工件圖紙的要求，計算出鍵槽位置度公差范圍。按最大和最小尺寸制作兩件樣板，其相當于止規和通規。測量時利用數顯游標卡尺量爪上的V型結構，與工件的兩鍵槽相鄰兩側面和外圓面相貼合，測出工件兩鍵槽弦距的最小測量尺寸，看實際測量尺寸是否在止規和通規的要求測量尺寸范圍內。如果雙鍵槽弦距在公差范圍內，則工件尺寸合格；如果雙鍵槽弦距不在公差范圍內，則工件尺寸不合格。根據測量弦距的實際測量尺寸，確定是否對相關的零件進行修配，達到裝配的技術要求。樣板制作有以下要求：材料穩定好，重量輕，精度高和標記清楚。

圖1 測量裝置結構

數顯游標卡尺如圖2所示，數顯游標卡尺測量雙鍵槽弦距時，應將卡尺的V型結構與工件兩鍵槽的相鄰兩側面和外圓面相貼合，直接在LED顯示窗讀取所測值。使用前，松開尺框上緊固螺釘，將尺框平穩拉開，用布將測量面、導向面擦干凈，檢查“零”位；輕推尺框，使卡尺兩個量爪測量面合并，觀察游標“零”刻線與齒身“零”刻線應對齊，游標尾刻線與齒身相應刻線應對齊。否則，應重新計量。

圖2 數顯游標卡尺

數顯卡尺的齒身裝有高精度齒條，齒條運轉帶動圓形柵格轉動，用光電脈沖計數原理，將卡尺量爪的位移轉變為脈沖信號，通過計數器和顯示器將測量尺寸用數字顯示在屏上，分辨率0.005mm，允許誤差為±0.015mm/150mm。工件鍵槽的寬度公差是0～-0.11mm。所以，用數顯游標卡尺能滿足測量弦距公差的測量要求。

鏈輪軸雙鍵槽產生形位誤差的原因：一是工件裝夾完成后，鏈輪軸加工完一個鍵槽，加工另一個鍵槽時，旋轉鏈輪軸，達到圖紙角度要求，進行鍵槽加工。因夾持鏈輪軸的分度頭內部齒輪零件嚙合存在間隙，所以加工時工件雙鍵槽位置會產生角度誤差，造成兩鍵槽弦距的誤差。二是機床立銑頭和工作臺不穩定，刀具進給時，鍵槽加工位置容易產生偏移，造成兩鍵槽弦距的誤差。

測量工件雙鍵槽弦距尺寸時，在工件雙鍵槽加工完成后，刀具對加工面的擠壓，使鍵槽徑向出口出現飛邊，造成無法用標準的游標卡尺測量弦距。如果對鍵槽徑向出口進行倒角，消除飛邊，用標準游標卡尺測量弦距的基準被加工掉，無法測量。基于以上原因，制作了非標數顯游標卡尺，通過量爪上的V型槽，正好讓開鍵槽徑向出口的棱角，通過與鍵槽相鄰兩側面和外圓面的相貼合。卡尺V型槽與工件的接觸點達到4個點，可以達到測量尺寸的唯一性，可以作為實際測量尺寸使用。需要注意的是，因測量工件弦距尺寸時，外圓作為測量的相關基準面，要求必須對外圓進行精加工，保證外圓尺寸的形位公差，并要求與樣板的外徑統一尺寸公差，達到數顯游標卡尺測量時比對的要求，使雙鍵槽弦距的測量尺寸有效。

3 虛擬裝置技術應用

專用測量裝置應用計算機虛擬樣品技術對裝置進行建模與分析。通過虛擬模型檢查各部件測量干涉，進行有限元分析，反復修改設計方案中的缺陷，最終獲得最優設計方案。虛擬樣品技術的應用不僅縮短了設計周期，也保障了物理樣機品的可靠性。

虛擬樣品技術應用過程如下：第一，確定技術參數，制定邊界條件；第二，利用三維建模軟件構造實體模型，繪制虛擬樣品；第三，針對虛擬樣品對其進行動態特性分析，并對主要部件進行受力分析和結構優化；第四，根據分析結果對虛擬樣品進行修改，獲得最優設計；第五，詳細設計零部件，繪制工程圖紙。

4 應用擴展

鏈輪軸作為煤礦刮板機的重要零件，種類繁多，軸徑大小不一，但雙鍵槽的夾角都一致。運用該測量方法，雖然能達到快速、簡單測量的目的，但每件工件都需要制作對比樣板，成本太高，且測量時容易混淆。因此，人們可以規范數顯游標卡尺量爪V型槽的相關測量面尺寸精度，然后對樣板進行測量，讀出數顯值。實際測量值和該樣板可以作為其他相似軸類零件測量值的計算參數，結合其他工件的圖紙尺寸，人們可以通過虛擬技術，測算出其他工件用該數顯游標卡尺應該顯示的測量數據，并把相似鏈輪軸按圖號、要求測量值等制作成表格，方便檢測人員使用。如果工件精度要求更高，可以在現有量爪結構的基礎上，把數顯改成外徑千分尺的結構，從而保證測量精度。在精度要求更高的機床制造行業，該技術可以作為工作單元加工線上直接測量的一種手段，實現公差及時修正的目的。

5 結語

該測量裝置是一種可靠、實用的量具，量具有效地避免了加工造成的測量瓶頸，不用上檢測線，可以直接用于裝配現場或井下工作面測量。該裝置構思巧妙，完全滿足設計之初所提出的各項測量要求。該設計將會在工廠、礦山等領域得到廣泛應用，在提高煤礦機械和工程機械的技術測量水平、降低企業檢測成本、提升企業加工效率等方面均有重要意義。

[1]《機械加工技術手冊》編寫組.機械加工技術手冊[M].北京：北京出版社，1989：2-3.

[2]宋明江.新型提升機構的設計研究[J].煤礦機械，2015，36（2）：37-38.