閥套零件周向臺階槽的尺寸測量

侯秀娟

（許昌煙草機械有限責任公司，河南 許昌 461000）

閥套零件是機械制造中常見的一類零件。某公司生產的一種閥套零件由于功能需要，須在閥套圓周壁上加工出臺階槽。這些臺階槽的臺階面位于閥套孔壁內且尺寸精度要求高，常規量具和測量方法無法實現精確測量，該尺寸一度處于失控狀態，導致該零件的合格率較低，直接影響了產品質量和生產進度。針對這一問題，筆者設計了專用檢具，成功解決了該零件的測量難題，有效保證了公司的產品質量和生產進度。

1 測量要求

閥套零件內孔直徑為φ155G6（+0.039/+0.014）mm，閥套零件外圓直徑為φ194.8（+0.039/+0.014）mm，臺階槽的位置和結構尺寸見圖1和圖2。圖2中（90±0.05）mm為被測量臺階面距閥套中心線的距離尺寸，是閥套圓周上兩個臺階槽（15.4±0.1）mm和（11+0.10）mm構成的臺階端面距閥套中心線的距離尺寸，它的設計基準是內孔中心線。因（90±0.05）mm的被測臺階面位于閥套內壁，其設計基準是空間虛擬中心線，導致測量基準和定位基準很難選擇。

圖1 閥套零件三維圖

圖2 臺階槽剖面圖（單位：mm）

要測量（90±0.05）mm須解決兩個方面的難題：一方面是測量空間位置受限且被測臺階面被分割為兩個約2mm寬的面，通用的測量工具和測量方法很難實現測量；另一方面是被測量臺階面和設計基準在空間上相互獨立，無法建立測量平面實現尺寸測量。如何將位于空間的內孔中心線和被測臺階面建立關系，創建測量面，是實現檢驗的關鍵。

2 測量方法

2.1 測量基準、測量器具及測量方法的選擇

閥套零件臺階槽的設計基準是內孔中心線，根據基準統一的測量基準選取原則，即測量基準應與設計基準、工藝基準、裝配基準相一致的原則，為減少基準不統一帶來的誤差，選擇（90±0.05）mm的設計基準即閥套內孔中心線為測量基準。

測量器具的選擇主要根據零件加工批量、零件的結構和重量、零件的尺寸大小和要求、零件的尺寸公差以及計量器具不確定度允許值來選用，結合公司現有的計量器具條件，該閥套零件的測量器具主要選擇三爪內徑百分表測量。三爪內徑百分表的測量準確度較高，采用“三點接觸法”測量，縮小因內孔形狀誤差而產生的測量誤差。

測量方法的選擇主要根據被測尺寸（90±0.05）mm的精度要求、被測閥套的結構特點及現有的計量器具條件等，圍繞測量須解決的兩個難題，借鑒“三點接觸法”測量思路，采取借用檢具將臺階槽的被測量臺階尺寸引出臺階凹槽，填補在內孔壁上與閥套內孔構建一個“圓”，使其作為“三點接觸法”測量中的一點實現對被測尺寸的間接測量。

2.2 檢具結構

根據臺階槽的結構特點，設計一個弧面T型定位塊，將其放置于槽內，使其與臺階槽的臺階面結合，這樣被分割成兩部分的被測臺階面便轉換為一個測量面而被引出內壁，與內孔結合構成“圓”，從而實現零件測量。T型定位塊結構見圖3。圖中T型定位塊的內圓弧面半徑為（77.5±0.02）mm，和閥套內孔直徑φ155G6（+0.039/+0.014）mm的半徑保持一致；T型定位塊的外圓弧面的半徑尺寸與閥套外圓半徑尺寸保持一致，為97.4（+0.039/+0.014）；T型定位塊的臺階面距離尺寸為（90±0.01）mm，與被測臺階面的尺寸保持一致，從而使T型定位塊安裝在凹槽臺階面后，T型定位塊的圓弧面填補在閥套內孔面上，構建一個測量“圓”。T型定位塊圓弧面的一點與閥套內孔兩點形成任一軸向截面中的“三點”，使用內徑百分表實現被測尺寸的測量。在測量過程中，T型定位塊因加工的被測臺階面的實際尺寸90mm的變化而在閥套的徑向直線方向移動。

圖3 T型定位塊（單位：mm）

在測量過程中，為實現T型定位塊與凹槽臺階面的緊密接觸，提高T型定位塊的定位穩定性，設計固定T型定位塊的壓緊塊。檢具的壓緊塊（見圖4）的定位面設計為圓弧面，與閥套外圓半徑尺寸保持一致，實現與閥套外圓的緊密接觸，同時設計螺絲孔，由螺絲通過壓緊塊將T型定位塊鎖緊。因圓弧面定位本身具有自找正功能，其定位的穩定性更好。

圖4 壓緊塊（單位：mm）

檢具由T型定位塊和壓緊塊組成。測量過程中，將T型定位塊安裝在臺階凹槽內，用壓緊塊鎖緊固定（見圖5）。

2.3 檢具計算公式推導

根據檢具測量示意圖5中各尺寸的相互位置關系，形成由閥套半徑、T型定位塊圓弧面與閥套內孔壁構成的“圓”實際測量尺寸、及T型定位塊的圓弧面距其臺階定位面的垂直距離尺寸組成的尺寸鏈，繪制出檢具測量尺寸鏈圖（見圖6）。

圖5 檢具測量示意圖

圖6 檢具測量尺寸鏈圖（單位：mm）

：閥套內孔直徑測量偏差值。

：T型定位塊圓弧面與閥套內孔壁構成的“圓”的實際測量尺寸偏差值。

：T型定位塊圓弧面距閥套孔中心線的距離。

：T型定位塊的內圓弧面距其臺階定位面垂直距離的加工尺寸偏差值。

由上述尺寸鏈推導出待測尺寸計算公式如下。

由上述計算結果可以看出：被測尺寸的偏差值由T型定位塊的內圓弧面距臺階定位面垂直距離的加工尺寸偏差值、T型定位塊圓弧面和閥套內孔組成的“圓”的實際測量尺寸偏差值和閥套內孔直徑測量偏差值組成。

2.4 檢具使用

使用檢具測量前，檢測臺階槽的尺寸15.4mm和11mm是否滿足圖紙要求，同時檢測臺階處角是否符合圖紙和技術標準要求，角過大，影響T型定位塊的定位面與被測臺階面的貼合度，增大測量誤差值。

使用檢具測量前，檢驗臺階槽與孔中心的對稱度誤差。測量時，將閥套以等高“V”形塊支撐放在平板上，選取量塊插入臺階槽內，使量塊沿徑向與平板平行，用高度儀測臺階槽中心與閥套孔中心在截面方向上的對稱度誤差值，同時測量臺階槽在長度方向上與孔中心線的對稱度誤差，取截面方向和長度方向兩個測量誤差值中的最大值作為臺階槽與閥套的對稱度誤差值。

安裝檢具后，首先檢測檢具的T型定位塊和被測臺階面有無間隙，確認無隙后才能使用檢具工裝進行測量。

在使用百分表測量前，用標準件校正百分表零位刻度，若不正確，則進行零位調整。

測量閥套內孔直徑的實際偏差值。測量時選擇三爪內徑百分表，在使用百分表測量前，用標準件校正百分表零位刻度；測量過程中，選取臺階槽所在圓的任一測量截面測量，同一測量截面沿圓周多位置測量（此時因測量閥套內孔直徑，應避開檢具T型定位塊圓弧面部位測量閥套），取其測量值的平均值，即為被測孔直徑的實際偏差值。

測量T型定位塊的內圓弧面距其定位面的垂直距離的加工尺寸偏差值。在測量時注意找出內圓弧面距定位面的最短垂直距離。即以兩個臺階定位面為測量基準，用兩個等高量塊支撐放在平板上，用杠杠百分表找出內圓弧面的最低點，該點距臺階定位面的距離（T型定位塊的內圓弧面=77.5mm）即為T型定位塊內圓弧面距定位面的最短距離（計算時考慮內圓弧面加工的半徑實際偏差）。

測量T型定位塊內圓弧面與閥套內孔壁構成的“圓”的尺寸測量偏差值。選取內徑百分表測量T型定位塊的內圓弧面與閥套內徑構成的“圓”的直徑尺寸測量偏差值，在使用百分表測量前，用標準件校正百分表零位刻度；測量時，使內徑百分表一測頭與T型定位塊的內圓弧面接觸，在徑向找到最大值后，再在軸向截面內測出最小值，該值即為被測“圓”的實測值，用同樣方法測量T型定位塊的內圓弧面與凹槽臺階面沿長度方向多部位貼合構成“圓”，取其測量數值的平均值，即為T型定位塊內圓弧面與閥套內孔壁構成的“圓”的尺寸測量偏差值。

2.5 誤差分析（計算時考慮內圓弧面加工的半徑實際偏差）

在測量過程中，該檢具測量誤差的影響因素有一般測量量具引起的測量誤差，還有使用檢具測量的檢具測量誤差。該文重點論述檢具測量造成的測量誤差，其包括兩個方面：一是臺階槽的尺寸公差帶較大，檢具在臺階槽內（閥套半徑的法線方向）偏移造成的誤差：閥套臺階凹槽的公差帶為±0.1mm，檢具在測量過程中在其±0.1mm范圍內移動；二是T型定位塊在安裝、鎖緊時在槽的公差范圍內出現扭轉現象，這兩種情況成為沿半徑法線方向移動造成測量誤差的關鍵影響因素。針對該誤差進行分析，繪制檢具測量誤差分析圖（見圖7，注：0.1mm尺寸局部示意放大處理），由圖可知，當零件的尺寸處于最大或最小偏差值0.1mm時，其測量偏差值為0.0001mm，對被測尺寸的公差值±0.05mm影響可忽略不計。

圖7 檢具測量誤差分析圖

3 結論

以上測量方法是將臺階凹槽的被測量面借用檢具引出臺階凹槽，填補在內孔壁上成為內孔圓周面的一部分，這種方法可以使檢具的內圓弧面與內孔圓周面組成一個測量“圓”，然后利用測量內孔的通用檢測量具（內徑百分表）通過“三點接觸”間接測量被測尺寸。該方法操作簡單，尺寸控制準確，應用后零件合格率得到大幅度提高且有效提高了加工效率，取得了良好的應用實效。