數車加工中長度的測量及誤差分析

■ 廣東省技師學院 （惠州 516100 ） 陳海凡

數控車削加工過程中，影響工件加工質量的因素有很多，比如材料、機床等，但在外部條件相同的情況下，決定工件加工質量至關重要的因素是工件的檢測。工件加工完成后的檢測手段有很多，如千分尺、投影儀和三坐標測量儀等，但當產品還在機床上，即工件在加工過程中的檢測就沒那么簡單。調機人員在調機過程中，如果檢測不準確，會導致加工出來的首件不合格，對于單件生產，某種程度上來說，加工過程中檢測的正確與否直接決定了產品的最終尺寸。數控車削加工過程中，工件直徑和長度的檢測是關鍵，直徑的檢測相對比較簡單，檢測效果也較好；但工件長度的測量，對數控車調機人員來說，一直是很大的挑戰。工件長度方向上有很多難以測量的尺寸，不易保證檢測精度。同一個長度尺寸，測量的方法和手段不同，產生的測量誤差也會不一樣，本文針對該問題，對長度測量的方法及由此產生的誤差進行分析，望能給相關人員在選擇長度測量方法上提供參考。

1.外輪廓長度檢測及誤差分析

圖 1

如圖1所示，該工件在加工過程中要檢測尺寸10mm、15mm、22mm和34mm，現就每個尺寸常用的檢測方法和所產生的誤差進行分析。

工件加工過程中，操作人員采用量具進行手動檢測均會產生人為誤差。此次加工特意找了四位經驗豐富的人員進行檢測，采集數據，以求盡量減少人為誤差。

本次試驗所選用的量具是日本三豐量具，均通過質量鑒定且校核合格。蔡司三坐標測量儀是經過專業技術人員安裝和調試過的新購買的檢測設備。我們以蔡司三坐標測量儀的檢測結果為基準進行比對。

（1）尺寸22mm的檢測。分別采用三豐數顯深度尺（571-251-10）、三豐深度千分尺(329-250-10)、大行程數顯百分表0-50mm/543-494B、機床相對坐標打表。

采用大行程數顯百分表的檢測步驟：①將大行程數顯百分表和磁力座固定在一起，并且表身盡量和磁力座V型槽保持平行。②將固定好的磁力座V型槽與機床Z軸V型導軌配合，并使之與X軸托板相接觸。③用杠桿百分表（513-284GT）在φ54mm右端面壓入0.2mm。④大行程數顯百分表歸零。⑤將杠桿百分表移動到φ64mm右端面，壓入0.2mm。⑥讀取大行程數顯百分表所顯示的數值即為測量結果。

機床相對坐標打表的操作步驟：①用杠桿百分表（513-284GT）在φ54mm右端面壓入0.2mm。②機床相對坐標Z軸歸零。③將杠桿百分表移動到φ64mm右端面，壓入0.2mm。④讀取機床面板相對坐標Z軸數值即為測量結果。

尺寸22mm的檢測結果如表1所示，三坐標測量儀檢測結果是22.000 6mm。

采用大行程數顯百分表的檢測方法和機床相對坐標打表方法的優點在于，對于沒辦法直接采用深度千分尺來測量的尺寸，可以考慮采用該方法來解決，比如圖1中28mm尺寸的測量。對比這兩種方法，機床精度比較高的機床，檢測出來的數值是一致的，如果機床精度較差，那么采用大行程數顯百分表檢測的精度會比較高。

（2）尺寸34mm的檢測。分別采用三豐數顯深度尺（571-251-10）測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸、三豐深度千分尺（329-250-10）測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸、大行程數顯百分表0-50mm/543-494B測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸，以及機床相對坐標打表測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸。

為獲得較高的檢測精度，尺寸10mm采用三豐0-25mm（293-240-30）外徑千分尺測量出的結果來計算。

尺寸34mm的檢測結果如表2所示，三坐標測量儀檢測結果是34.000 7mm。

（3）尺寸10mm的檢測。分別采用三豐0-25mm（293-240-30）外徑千分尺、三豐非旋轉心軸式盤型千分尺0-25mm（169-201），蔡司三坐標測量儀進行檢測，檢測結果如表3所示，三坐標測量儀檢測結果是9.993 2mm。

由檢測結果可看出，該尺寸采用外徑千分尺檢測的誤差比較小，一般在0.002mm以內，是比較理想的檢測手段；用盤型千分尺檢測出來的誤差較大，平均誤差達到0.005mm，且測量值均呈偏小趨向，該誤差的產生是由于在測量過程中，測量盤傾斜造成的，如圖2所示。

（4）尺寸15mm的檢測。分別采用三豐兩爪內徑千分尺5-25mm（345-250-10），成量量塊112塊 0級。檢測結果如表4所示，三坐標測量儀檢測結果是15.006 3mm。

表1 尺寸22mm的檢測結果 （單位：mm）

表2 尺寸34mm的檢測結果 （單位：mm）

表3 尺寸10mm的檢測結果 （單位：mm）

表4 尺寸15mm的檢測結果 （單位：mm）

由檢測結果可以看出，量塊的檢測效果較好，尺寸穩定。兩爪內徑千分尺測量結果不穩定，平均誤差為0.005mm，并且測量值均呈偏大趨向，該誤差的產生是由于在測量過程中，測量柱傾斜造成的，如圖3所示。

2.經驗總結

（1）所有數控車削加工件在加工過程中，需要進行測量的長度基本都可以轉化為以上四種類型。

（2）能直接測量出的尺寸，如圖1中的10mm、15mm和22mm，采用直接測量誤差最小。

（3）在直接測量方法中，量塊的測量精度比較高，剛性好的量具（如外徑千分尺）測量精度也比較高，剛性差的量具（如盤型千分尺、兩爪內徑千分尺）測量精度較低。

圖2 盤型千分尺測量圖

（4）間接測量方法，測量誤差存在累加或者相互抵消，很難把握，測量精度不穩定，盡量不采用。

圖3 兩爪內徑千分尺測量圖

3.案例

以圖4為例，列舉外輪廓的長度檢測方法，其中有些長度尺寸如果直接按照圖樣輪廓加工，會導致加工過程中沒辦法進行測量，所以在加工時要先留出測量工藝臺階（如尺寸29mm、24.5mm和10mm），把長度加工好后，再車削外圓至尺寸。

4.結語

在數控車削加工中，尺寸的測量直接決定產品最終質量，長度尺寸是最難測量的，要根據檢測尺寸情況，合理、正確地選擇測量方法，及對所選用方法所產生的誤差進行判斷。

圖 4

（收稿日期：20180423）

專家點評

測量是加工的保障，直接決定產品質量，同一個長度尺寸，測量的方法和手段不同，產生的測量誤差也不一樣。文章主題明確、數據充分，針對數控車削中的工件長度尺寸，組織四名經驗豐富的高技能人才進行現場檢測，并通過檢測結果和誤差分析，總結出4條實用的經驗，為減少測量誤差提供了依據。