大半徑小弦長零件的測量方法

劉壯壯

西安慶安航空機械制造有限公司 陜西西安 710077

1 序言

在機械加工中，有些零件會存在一些特殊的特征，比如其圓弧直徑尺寸非常大，但有效的圓弧部分非常短，給加工制造帶來一些困難。因為其有效圓弧部分短，所以常規測量手段的測量結果是否準確，就需要進行分析判斷。同時，如果知道常規測量手段存在誤差，如何對零件進行檢測，并且準確地進行反饋，是需要研究的問題。

2 測量存在的問題

圖1為零件結構，端面球徑為（224.54±0.05）mm，有效的圓弧部分夾角為4°。除了要測量球徑外，還要測量兩端面外球的中心距離，又會增加一些測量難度。

最初使用三坐標測量儀進行測量，測量結果不穩定，分別為Sφ225.03mm、Sφ225.52mm和Sφ225.89mm。利用理論的外球中心來測量外球的極半徑值，相差也較大。因此，首先要確定是加工問題還是測量問題，才能找到解決辦法。

圖1 零件結構

圖2 試件加工圖樣及實物

3 機床的加工能力驗證

三坐標測量結果出現極大變化可能是因為測量的有效圓弧面積太小，因此需要將其增大。選用直徑為200mm的試件（見圖2）進行車削，然后對試件進行測量，測量方式為掃掠打點，多層擬合，其結果為Sφ224.5136mm，與標準值相差0.0264mm，說明機床的加工能力滿足要求。為了進一步驗證結果的準確性，選用不同的三坐標測量儀，采用打點的方式進行測量，測量結果為Sφ224.5155mm，與標準值相差0.0245mm，再次證明了測量結果的穩定性，說明機床的加工能力能夠滿足加工要求。

4 確定合理的測量方法

由于使用三坐標測量儀不能滿足球徑測量要求，所以改用涂色檢查法，使用標準量具對零件進行涂色檢查。

要想獲得理想的測量效果，就要保證標準量具的準確性，因此應對標準量具的加工過程進行確認和控制。

利用前期的經驗，使用試件驗證加工內球量具的能力。量具試件如圖3所示。三坐標測量內球結果為Sφ224.53758m m，與標準值的差值為0.00242mm，說明機床可以加工出精度足夠高的量具。

圖3 量具試件加工圖樣及實物

該零件還需要測量兩端面圓球的球心距。現已證明，機床的加工能力是滿足要求的，因此換一種思路，將球心距轉換為圓球最高點進行測量。測量時，量具球面與零件球面接觸，量具端面至球面最高點的距離為固定值，可計算得出量具兩端面的理論長度值。

5 量具的制作

機床有可靠的加工精度，接下來就是量具的制作。量具的加工圖樣及實物如圖4所示。

圖4 量具加工圖樣及實物

6 測量

涂色檢查球面直徑的結果如圖5所示。涂色劑為紅丹粉和機械油的混合物，檢查標準為有效面積的70%涂色即可。經檢查，零件合格。

零件的球面直徑為224.54mm，中心距離尺寸為（1.65±0.20）mm。量具制作時，其球面最高點距端面距離為3.42mm，量具的厚度為20mm。通過計算，零件使用量具測量時，長度尺寸L＝224.54＋20＋20－3.42－3.42－1.65＝256.05（mm）。

中心距的公差為±0.20mm。將量具裝在零件的兩端，通過高度儀進行測量，其結果為256.18mm，偏大，零件合格。零件偏大的原因可能是量具與零件的配合不是非常完美，有局部干涉的地方。圖6為零件裝夾后的狀態及測量方法。

圖5 涂色檢查結果

圖6 零件裝夾后的狀態及測量方法

7 需注意的要點

使用該方法進行零件的檢測，有幾點需要特別注意，否則會影響零件的測量結果，甚至會導致誤判。

（1）量具的加工 量具的加工是該方法的重中之重。量具若存在誤差，則測量結果必然存在誤差。量具上設計有一個小孔，它除了用于穿心軸定位之外，還有一個作用是校正刀具X向的補償量。由于加工的量具表面為球面，因此刀具不能使用X向的補償，若使用補償之后，其球面的圓心會偏離中心線。

同時，由于量具非常小，其外徑和有效圓弧面積與零件相似，量具也無法測量。在加工量具時，使用量具試件的加工程序，多余部分空走刀，保證使用驗證過的加工程序，從而控制量具的加工質量。

量具的總厚度需要由磨削來保證，以減小測量誤差。

（2）零件的球面車削 零件內孔已經存在，零件車削時也要控制刀具X向的對刀，不允許有補償量。首先需要測量零件的內孔，確定內孔的實測值D；然后在機床上將零件找正，必然會存在一個跳動x1；將刀具慢慢移動，接觸至零件內孔表面，此時零件需要旋轉。當刀具接觸至零件的最低點時，此時應該輸入的對刀直徑D1＝D－x1。

8 結束語

在確定測量方法時，首先要進行理論分析，確認測量方法的科學性、可靠性和再現性。如果需要制作輔助工裝、量具，一定要保證工裝、量具的質量，并且要經過驗證。

制造技術和測量技術在不斷地更新，傳統的機械加工方法結合現代高精測量設備，會發揮意想不到的作用。因此在零件的生產制造過程中，要充分利用現有的設備，制定合理的工藝和方法。