位置度量規的綜合研究與設計

宋淼杰

（安徽合力股份有限公司，合肥 230601）

安徽合力股份有限公司研發的8～10 t叉車機械變速箱中，吸油管總成承擔著吸收油液的作用，有一定的位置精度尺寸要求，如圖1所示。現有手段僅能通過三坐標測量機進行尺寸精度檢測。由于三坐標檢測費時費力，嚴重影響生產效率與節拍，且無法實現對產品質量的有效監控，因此需要設計一款專用檢具進行檢測。

1 圖紙研究

通過圖1圖紙要求，得出吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的軸線到塊Φ35（+0.05，0）mm圓心的距離（2.8±0.3）mm和吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的軸線到塊底平面的距離（29.9±0.3）mm，是需要檢測的尺寸。經研究，可將距離尺寸公差轉換成位置度要求，如圖2所示。結合國家標準《功能量規》里提供的尺寸公差、形位公差、允許磨損量及最小間隙的數值、基本偏差數值表和計算公式等進行位置度量規設計，實現吸油管總成的精度檢測[1]。

圖1 吸油管總成簡圖

2 設計原理與要求

以（29.9±0.3）mm上部分為基準A、孔Φ35（+0.05，0）mm為基準B，將（2.8±0.3）mm和（29.9±0.3）mm尺寸轉化為位置度公差，即Φ0.6○M，其中○M代表MMC，為最大實體要求，文中表示的是軸Φ30（-0.05，-0.10）mm為最大實體尺寸Φ29.95 mm時，位置度公差帶為Φ0.6 mm[2]。 量規的設計圖如圖2所示，主要由檢具體（底板）、定位銷、測量軸套以及導向套組成。

圖2 吸油管總成距離公差轉換為位置度要求圖

工件采取一面兩孔方式進行定位，即Φ35（+0.05，0）mm、Φ12（+0.2，0）mm，平面A為定位基準。其中，Φ35（+0.05，0）mm基準孔采用圓柱銷限制兩個自由度。為防止過定位，Φ12（+0.2，0）mm孔采用菱形銷來限制旋轉方向自由度。

檢測部位采用軸套的形式，其孔作為測量部位，檢測前應先確保基準孔的尺寸合格，之后利用功能量規進行位置度檢測。當檢測軸套能順利通過導向套和工件軸時，則證明被測要素的實際輪廓未超出最大實體實效邊界，即零件合格。

各部位的尺寸計算依據《功能量規》（GB/T 8069—1998） 的要求進行綜合檢具中各個量規的定位部位、檢測部位以及導向部位的計算。《功能量規》（GB/T 8069—1998）部分的內容見表1。其中，綜合公差Tt等于被測要素或基準要素的尺寸公差（TD、Td）和形位公差（t○M）之和，即Tt=TD或（Td+t○M）。

表1 功能量規各工作部位的尺寸公差、形位公差、允許磨損量和最小間隙的數值（單位：μm）

2.1 定位部位計算

2.1.1 定位圓柱銷

定位孔定位部位綜合公差Tt為0.05 mm，即0.05 mm為Φ35（+0.05，0）mm孔的尺寸公差。

按《功能量規》（GB/T 8069—1998）查詢表1，可得定位部位尺寸公差TL為0.003 mm，定位部位允許磨損量WL為0.003 mm。

定位部位的基本尺寸為dLB=DM1，均為Φ35 mm，其中DM1為孔的最大實效尺寸；定位部位的極限尺寸，定位部位的磨損極限尺寸dLW=dLB-(TL+WL)，帶入數據有dLW=34.994 mm。

2.1.2 定位菱形銷

（1）確定圓柱銷與菱形銷中心距尺寸及公差。取吸油管總成上兩孔的公稱尺寸為兩銷中心距的公稱尺寸，一般取工件孔中心距公差的1/5～1/3，即令TLX=(1/5～1/3)TLK， 其中TLX與TLK分別為兩孔中心距和圓柱銷與菱形銷中心距的公差。吸油管總成兩孔中心距公差為±0.10 mm，可令兩銷中心距公差為±（1/5）×0.10=±0.02 mm[3]。

（2）確定菱形銷的寬度、直徑及其公差。按菱形銷的結構尺寸設計標準選取菱形銷的寬度b為4 mm，計算菱形銷和Φ12（+0.2，0）mm配合孔的最小間隙為：

式中，Δ1min為圓柱銷和Φ35（+0.05，0）mm孔的最小間隙，即0.003mm，D2為與菱形銷配合孔的最小直徑，即Φ12 mm。因此，計算可得Δ2min=0.079 mm。

計算菱形銷直徑的公稱尺寸為d2=D2-Δ2min，計算可得d2=11.921 mm。

圖3 菱形銷結構圖

2.2 檢測部位計算

檢測部位綜合公差Tt=TD+t○M=0.05+0.6=0.65 mm，其中TD為被測要素Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的尺寸公差，t○M為此軸的位置公差即0.6 mm。

查詢表1可得，檢測部位尺寸公差Tl=0.012 mm，檢測部位允許的最小磨損量Wl=0.012 mm。根據《功能量規》 （GB/T 8069—1998）中的功能量規檢測部位的基本偏差數值表，可對檢測部位的基本偏差數值進行計算。由于本量規的基準類型屬于一個平表面和一個中心要素型，檢驗部位屬于插入型機構，所以測量部位的基本偏差F1=0.063 mm。

檢測部位的基本尺寸DlB=dM+t○M，dM為軸的最大實效尺寸，即Φ29.95 mm，計算可得DlB=Φ30.55 mm。

檢測部位的尺寸Dl=(DlB-F1)0+TL，計算可得。檢測部位的磨損極限尺寸D1W=(DlB-F1)+(Tl+Wl)，計算可得D1W=30.511 mm。

2.3 導向部位計算

導向孔為襯套形式，在檢具體中的配合方式為過盈配合。它的導向孔的基本尺寸由設計者自行確定，本設計選用的基本尺寸DGB=38 mm。

查詢表1，可得導向部位尺寸公差TG=0.008 mm，導向部位允許最小磨損量WG=0.008 mm，導向部位最小公差Smin=0.005 mm，工作部位位置公差tG=0.02 mm，導向部位同軸度公差t′G=0.006 mm。

導向部位的尺寸為：

導向部位的磨損極限尺寸為

利用式（2）和式（3），計算可得DGW=38.016 mmm mm。

2.4 與導向孔配合的導向軸套的軸部位計算

導向軸套的軸部位基本尺寸dGB=DGB=38 mm，導向軸套的軸部位的極限尺寸為：

導向軸套的軸部位的磨損極限尺寸為：

代入數值，計算可得dG=37.9950-0.008mm，dGW=38.011 mm。

吸油管總成位置度量規的設計簡圖，如圖4所示。

圖4 吸油管總成位置度量規的設計簡圖

3 材料的選擇

此量規由檢具體、定位件、檢測件以及導向件等組成。通過上述計算可知，量規的準確度要求較高，且制備完成后需長期服務于車間生產一線檢測，因此量規需保證一定的耐磨性和穩定性。檢具體部件采用45鋼，熱處理調質后焊接，最后在五面體上加工保證尺寸的精度。定位件、檢測件和導向件均采用T10A工具鋼，表面滲碳淬火處理，保證硬度在60～62 HRC，最后對量規非工作面進行防銹處理[4-5]。

4 拓展延伸

經調研，公司共有3種結構相似的吸油管總成。除吸油管有區別外，其零件和相應的位置尺寸公差均一致。因此，在此量規的設計基礎上，遵循避免干涉原則，可考慮增加2個導向孔與導向件，將此3種吸油管總成放在同一副量規上進行檢測，實現一檢多用的目的，從而減少量規的制造成本，如圖5所示。

圖5 油管檢測圖

5 使用與保養要求

量規在日常使用中要定期維護保養，確保工作環境干燥，保證量規的外部清潔，防止磕碰，將需要拆卸的活動零部件放置在對應的位置上。記錄接近磨損極限的元件，時刻留意觀察，避免其超出磨損極限要求。

6 結語

通過將產品尺寸公差要求轉換為位置度尺寸要求，結合功能量規的設計理念制備相應的量規，實現了產品尺寸精度的快速檢驗，得到了公司的實踐驗證，結果精準可靠，操作簡易，為產品質量提供了保障。經測量，該量規的單件檢測時間比傳統的三坐標測量縮短近16 min，可進行有效代替。