零件斜面交线位置的3种精确测量方法

刘兴富 刘瑞玲

（①广州威而信精密仪器有限公司西安分公司，陕西西安710075;②陕西五环（集团）实业有限责任公司，陕西西安 710038）

在机械零件的结构中，角度和斜度应用广泛。经常会遇到斜度和角度，如斜键、燕尾槽、导轨等，它们具有配合间隙可调整、连接可靠等优点。可是，角度和斜度在实际加工中的一些位置、尺寸参数，用普通量具测量困难，其关联尺寸一致性得不到保障，互换性低。如图1所示冲头零件，加工中遇到的技术难点是斜面交线位置的确定和尺寸的测量。采用三坐标、万工显测量，虽然精度可以满足需求，但是工作强度大、测量效率低、测量费用高，不适应大批量生产中的测量。

本文论述准确确定斜面交线位置3种确定（测量）方法:设计阶段和试生产期间的仪器（万工显）测量;检验人员在大批量生产中能迅速反馈测量结果的比较（检具）测量;加工者加工中不受现场条件限制且简便的间接（用千分尺）测量。

1 零件分析

2 仪器测量

三坐标测量机是三维测量仪器，可以直接对平面、直线测量;万工显是二维测量仪器，只能把平面、直线，转化为直线、点进行测量，不能直接对平面进行测量，二维软件也不具备平面测量数据处理功能。

交线（交点）坐标，是指“两平面（直线）的交线（交点）”在给定直角坐标系中的位置，交点尺寸是指交点到指定边（直线）的距离。在微机型“万工显”上进行测量时，数据采集的程序是，选“元素采集”:显示当前坐标——置零（初始化）——采样。

如图 3 所示，设直线A、B、C（或A1、B1、C）的方程式为fA（x，y）=0，fB（x，y）=0，fC（x，y）=0 ［或fA1（x，y）=0，fB1（x，y）=0，fC（x，y）=0］，则A、B（A1、B1）两直线交点的坐标x，y是式（1）方程组的解，即:

直线方程式可通过被测直线上的已知两点建立。为了提高测量准确度，在对被测元素进行采集时，可以多采一些点，不必受“两点线”、“三点圆”的限制，软件对直线和圆均采用了“最小二乘法”处理。

测量方法和程序操作是，在被测两直线上各采集N点（N≥2），按提示输入并确认，则显示“交点坐标”。

交点尺寸是指交点到指定边的距离，也就是点到直线间的尺寸。图3指的是A（A1）、B（B1）两直线交点到直线C之间的尺寸。在微机型“万工显”上测量交点尺寸是非常容易的，因为可以由软件自动进行处理。二维软件处理功能有:坐标变换、两点距及中点坐标、点线距、直线夹角、n点圆、圆与圆等。

进行交点尺寸测量时，应根据要求测量项目，正确地选择软件处理功能，按提示输入数据并确认，则显示测量结果。运用软件处理功能，测量和求解非常简便，大大地提高了测量效率。

万工显采用反射－透射光的影像测量系统。如图4测量示意图所示，为了避免顶面斜面部分不在成像平面的影响，应将图2所示零件的顶面和底面的位置互换，即将被测零件顶平面与底面平行的平面部分为基准面，任意放置在“万工显”的玻璃工作台上，零件位置固定之后，调整仪器焦距使零件型线呈现清晰的影像。测量时在A、B、C（或A1、B1、C）每段直线上，各采集3点共9点，各点编号如图4所示。

测量与求解的程序是，求交点尺寸:选“点线距”。确认后输入参数→回车→屏幕显示所求结果。最后，如果需要打印所求各项结果，选“打印”，将各项测量结果打印出来。

3 比较测量

基于以上的分析，根据零件的结构，以零件A面为测量基准、45°斜面定位，检具结构如图5所示。它由基座、表座、千分表、样件及专用定位块组成。检具中专用定位块采用耐磨损、变形小的材料加工，热处理硬度在60 HRC以上，经磨削加工45°斜面平面度允差不大于0.003 mm，粗糙度达到Ra0.4 μm以上，角度45°的误差不大于2'。

测量操作方法:将定位块擦净，放置在基座上（检测方法应符合“阿贝原理”。为此，检具采用台阶基座，以保证测量线在基准线的延长线上，避免一阶误差的产生）。顺长方向轻轻推动定位块，使之与基座贴合，然后用502胶固定。待胶凝固后，将样件放置在基座上并沿定位块斜面移动，调整千分表的位置并固定;然后根据样件对表，如样件L=22.5 mm的实测尺寸为22.495 mm。则应以22.495 mm为准（依据），按22.5 mm调整千分表的“零位”，为此，将表针调整到－0.005 mm（零位对应尺寸为22.5 mm）。测量时，千分表则直接显示被测零件的实际偏差值。

上述比较测量的方法精准、简便。检具是针对实际工件的使用来设计制造的，结构简单，符合“阿贝原理”。满足了生产加工的需求。经使用证明，在批量生产中，该检具测量效果好，操作方便。

4 间接测量

用千分尺测量斜面交线的尺寸，必须助测辅具的配合。如图6所示的助测辅具由U形定位板、标准圆柱、固紧螺钉组成。测量A面和45°斜面B交线到C面的尺寸时，将U形定位板从被测零件顶端插入后，顺长向移动使标准圆柱与斜面B相切，然后，使定位板贴紧被测零件A面（如测量A1面和45°斜面B1交线到C面的尺寸，则将U形定位板从被测零件底端插入后，顺长向移动使标准圆柱与斜面B1相切，然后使定位板贴紧被测零件A1面），并用固紧螺钉将定位板固定。这时，助测辅具和被测零件组成一整体，就可用千分尺像测量一般零件一样，非常简便地测出如图7所示M的实际尺寸，然后，按式（4）求出A（A1）面和45°斜面B（B1）交线到C面的实际尺寸L。

测算方法是:首先，按零件已知相关尺寸求出标准圆柱直径，再计算出测量尺寸。如图8所示，先用直径为d的标准圆柱测出测量尺寸M;再用直径为nd的标准圆柱测出测量尺寸M1。n可以任意取值，这里，n取为大、小标准圆柱直径之比值。由图8几何关系可得

用小直径标准圆柱（d）测量时

用大直径标准圆柱（nd）测量时

如果直接按式（2）或式（3）求解L尺寸:角度偏差Δα将引起较大的测量误差，且标准圆柱直径d越大，引起的测量误差越大，所以d应取为最小值，但不能影响千分尺活动测杆测量面与圆柱相接触。

为避免上述影响，将式（2）乘n减去式（3），得

通过两次测量（多测一次）就使计算式（4）不含角度参数，直径和角度偏差均不影响测量精度。

实例计算:

将L1=40 mm，L2=25 mm，代入式（1），得

通过两次测量得到如下测量尺寸:

由式（4）可求出L的实际尺寸

5 结语

（1）仪器测量方法用于要求测量准确、不受时间限制的设计阶段和试生产期间的测量。在微机型万工显上测量，运用测量软件对参数进行处理。测量和求解非常简便，大大地提高了测量效率。

（2）比较测量方法用于检验人员在大批量生产中，检测方法符合“阿贝原理”，能迅速反馈测量结果的测量。

（3）间接测量，通过大、小直径标准圆柱的两次测量（多测一次）就使计算式不含角度参数，直径和角度偏差均不影响测量精度。适用于加工者加工中不受环境限制的随时测量。

［1］刘兴富．交点坐标的精确求解原理与计算机辅助测量方法［J］．机械工业标准化与质量，2011（11）．

［2］刘兴富．特型燕尾槽参数的测量［J］．计量技术，2011（2）．