一種新型氣壓式深孔內(nèi)槽量具

田輝， 郭輝， 肖彬， 岳林峰

（中航飛機(jī)股份有限公司長(zhǎng)沙起落架分公司，陜西漢中723000）

0 引言

隨著當(dāng)前加工、制造業(yè)及航空業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)小尺寸的孔類(lèi)、軸類(lèi)等零部件提出了更高精度的加工技術(shù)要求，與此同時(shí)，檢測(cè)精度也隨之提高。深小孔或肓孔工件內(nèi)的檢測(cè)空間小，檢測(cè)工具受工件結(jié)構(gòu)的制約，加大了操作及調(diào)整的難度，影響檢測(cè)速度。常規(guī)內(nèi)徑測(cè)量表難以進(jìn)入小口徑復(fù)雜深孔類(lèi)精密工件內(nèi)孔進(jìn)行高精度檢測(cè)（圖1），主要原因是無(wú)法在不劃傷零件表面的情況下進(jìn)入工件測(cè)量區(qū)域。小口徑復(fù)雜深孔類(lèi)精密零件內(nèi)徑的尺寸及形狀誤差歷來(lái)是檢測(cè)領(lǐng)域中的重大技術(shù)難題，對(duì)此國(guó)內(nèi)外對(duì)小口徑深孔內(nèi)徑的檢測(cè)提出了許多方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)小口徑復(fù)雜深孔類(lèi)精密零件內(nèi)孔檢測(cè)方式按接觸類(lèi)別分為接觸式和非接觸式。常見(jiàn)的接觸式內(nèi)孔測(cè)量的量具主要有：利用凸輪收縮機(jī)構(gòu)的內(nèi)孔量具和采用彈簧杠桿原理的內(nèi)孔測(cè)量量具，測(cè)量范圍有限，成本較高。

圖1 傳統(tǒng)測(cè)量工具難以進(jìn)入底部區(qū)域

1 氣壓式深孔內(nèi)槽量具設(shè)計(jì)方案

氣壓式深孔內(nèi)槽量具（圖2）主要由氣壓式可更換伸縮測(cè)量頭和內(nèi)徑測(cè)量表構(gòu)成，可更換伸縮測(cè)量頭由調(diào)節(jié)螺母1、氣缸2、柱塞3等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 氣壓式深孔內(nèi)槽量具

圖3 可更換伸縮測(cè)量頭簡(jiǎn)圖

在可更換伸縮測(cè)量頭的氣缸2右端，通過(guò)螺紋直接與內(nèi)徑測(cè)量表相旋合，使用時(shí)可與調(diào)節(jié)螺母1聯(lián)合調(diào)節(jié)測(cè)量范圍，或更換柱塞3均可改變測(cè)量頭的伸縮長(zhǎng)度。其中調(diào)節(jié)螺母1僅能在0～5 mm小測(cè)量范圍內(nèi)調(diào)控，當(dāng)測(cè)量范圍跨度較大時(shí)，直接更換柱塞3。此款量具配有測(cè)量長(zhǎng)度0～25 mm，25～50 mm，50～75 mm，75～100 mm規(guī)格的柱塞，可根據(jù)測(cè)量范圍選用。

2 功能原理

氣壓式深孔內(nèi)槽量具采用傳統(tǒng)的氣壓理論，首次將汽缸式伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)用到內(nèi)徑測(cè)量表測(cè)量?jī)x器的配件上，擴(kuò)展了傳統(tǒng)螺紋桿式測(cè)量頂針功能。氣壓式深孔內(nèi)槽量具的測(cè)量頂針伸縮量可有兩處旋合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，有效增大了測(cè)量范圍。傳統(tǒng)測(cè)頭改變?yōu)閱巫饔檬綒鈮焊祝跍y(cè)量前測(cè)頭收于氣缸內(nèi)，到達(dá)測(cè)量部位伸出缸體，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。由液壓和氣壓傳動(dòng)知識(shí)可知：液（氣）壓缸是完成往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，將液體（或氣體）的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其輸入?yún)?shù)主要是壓力和流量，輸出參數(shù)主要是力和位移。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、應(yīng)用廣泛。單作用式液壓（或氣壓）缸在液壓力作用下只能朝著—個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其反向運(yùn)動(dòng)需要依靠重力或彈簧等外力實(shí)現(xiàn)。

測(cè)量頭的速度及氣壓關(guān)系可由圖4說(shuō)明（不考慮缸體回位彈簧）。

如圖4所示，氣壓從無(wú)桿腔左端進(jìn)入氣缸，假設(shè)進(jìn)氣壓力值為p1、流量值為q，有桿腔壓力值為p2，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，則氣缸產(chǎn)生的推力F1和運(yùn)動(dòng)速度v1為：

圖4 氣缸工作原理

式中：A1為無(wú)桿腔的有效工作面積，A1=πD2/4；A2為有桿腔的有效工作面積，A2=π（D2-d2）/4。

通過(guò)量具進(jìn)氣壓力管道上的氣壓表和調(diào)節(jié)閥可根據(jù)測(cè)量材料選用合適的壓力值p1。

3 氣壓式深孔內(nèi)槽量具的校準(zhǔn)與使用

3.1 氣壓式深孔內(nèi)槽量具的校準(zhǔn)方法

1）連接氣壓源，調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸壓力值p1，選擇匹配規(guī)格的校對(duì)環(huán)規(guī)或外徑千分尺，校準(zhǔn)前，用干凈的棉絲或軟布將環(huán)規(guī)、可更換伸縮測(cè)量頭擦拭干凈；2）打開(kāi)氣壓轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)，使柱塞式測(cè)量頭完全伸出，反復(fù)用手?jǐn)D壓幾下柱塞，當(dāng)氣壓式深孔內(nèi)槽量具的表頭指針偏移平穩(wěn)、靈活，且無(wú)卡滯現(xiàn)象，然后機(jī)械對(duì)零，一手握住手柄，一手壓可更換伸縮測(cè)量頭柱塞，將柱塞頭放入環(huán)規(guī)內(nèi)，使其不動(dòng)，在環(huán)規(guī)軸向平面內(nèi)左右擺動(dòng)氣壓式深孔內(nèi)槽量具的表架，找出最小讀數(shù)即“測(cè)量拐點(diǎn)”；3）轉(zhuǎn)動(dòng)氣壓式深孔內(nèi)槽量具的測(cè)量表刻度盤(pán)，將零線(xiàn)與指針的“測(cè)量拐點(diǎn)”調(diào)整到重合，量具對(duì)好零位后，把氣壓式深孔內(nèi)槽量具從環(huán)規(guī)內(nèi)取出；4）對(duì)好零位后的百分表（千分表），不要松動(dòng)量具夾緊手柄，以防零位發(fā)生變化；5）測(cè)量時(shí)，關(guān)閉氣壓開(kāi)關(guān)，撤掉外部壓力，當(dāng)柱塞收到缸體內(nèi)，一手握住上端手柄，另一手握住下端柱塞頭，量具傾斜一定角度，把可更換伸縮測(cè)量頭放入被測(cè)工件內(nèi)孔處。當(dāng)可更換伸縮測(cè)量頭到達(dá)測(cè)量區(qū)域時(shí)，打開(kāi)氣壓開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)壓力值，確保柱塞式測(cè)量頭緩慢伸出，然后握住量具上端手柄，沿工件徑向左右擺動(dòng)表架，找出量具的最小讀數(shù)值，即為“測(cè)量拐點(diǎn)”值，該點(diǎn)的測(cè)量值就是被測(cè)孔徑與環(huán)規(guī)孔徑之差；6）可在同一徑向截面內(nèi)的不同位置上測(cè)量3～6次孔圓度；可在孔軸向幾個(gè)徑向平面內(nèi)測(cè)量幾次孔圓柱度；7）測(cè)量結(jié)束后，調(diào)節(jié)換向開(kāi)關(guān)，泄掉量具氣缸內(nèi)壓力，柱塞在缸體回位彈簧與氣壓差的雙重作用下收縮于缸體內(nèi)，取出氣壓式深孔內(nèi)槽量具。

3.2 測(cè)量步驟

1）重復(fù)3次輕輕推百分表（千分表）的可更換伸縮測(cè)量頭，判定指針是否回歸原位，查看測(cè)量桿、氣缸是否磨損；2）把氣壓式深孔內(nèi)槽量具插入量表直管軸孔中，壓縮測(cè)量表，小指針在0.5 mm處固定表頭；3）根據(jù)測(cè)量值選取并安裝可換柱塞，緊固（裝入柱塞的長(zhǎng)度比實(shí)際被測(cè)尺寸大0.2～0.3 mm，可通過(guò)調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)）；4）測(cè)量時(shí)手握量具隔熱裝置；5）根據(jù)被測(cè)尺寸調(diào)整零位，其測(cè)量精度取決于內(nèi)徑測(cè)量表中百分表（或千分表）的精度。

4 測(cè)量實(shí)施效果

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量一零件階梯內(nèi)孔φ40.05 mm、φ10.15 mm，使用相同的百分表頭與內(nèi)槽量具進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)結(jié)果對(duì)比，2組測(cè)量值完全一致。

5 結(jié)論

氣壓式深孔內(nèi)槽量具可進(jìn)行小深孔、內(nèi)槽直接測(cè)量；多規(guī)格柱塞長(zhǎng)度，氣壓兼彈簧雙保險(xiǎn)收縮設(shè)置，有效防止零件內(nèi)孔測(cè)量劃傷；壓力表控制測(cè)量頂針伸縮速率，可防止測(cè)量頂針與零件內(nèi)壁剛性沖擊，而破壞零件表面質(zhì)量，影響測(cè)量精度；雙旋合調(diào)節(jié)螺帽可大幅度調(diào)節(jié)測(cè)量范圍，不但適用于一般孔徑零件的內(nèi)孔測(cè)量，而且特別適合小口徑復(fù)雜深孔零件的內(nèi)徑測(cè)量；結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、測(cè)量精度高、操作使用簡(jiǎn)單，可作為內(nèi)徑測(cè)量的專(zhuān)用量具。