碟形零件的测量

河南平原光电有限公司 （焦作 454001） 李红义 刘菊花 郜 磊

以“××导引头”零件内罩为例，介绍蝶形零件尺寸的确定与现实检测方式、方法。该零件材料为2A12－T4，尺寸精度要求为IT7～IT8级，形状精度G级，零件最小壁厚为0.5 mm，其回转中心为空间尺寸。零件的形状及尺寸如图1所示。

1. 零件尺寸的确定与检测

本零件由于精度较高，其尺寸控制主要靠数控车床精度完成，虽说程序经过确认，但对刀误差、刀具磨损、切削变形、表面粗糙度等影响，操作者无法自测，通常借助三坐标机间接测量，但这种方法耗时长、效率低。

通过对零件整体结构分析，在零件检测方面要充分考虑以下四方面的因素：①零件球心位置及形位公差对检测的影响。②球面半径的测量方式。③检测工装精度的影响。④表面粗糙度的影响。

这里主要分析解决零件球心位置和球面半径的确定与检测。

2. 球心位置精度的分析

（1）基准转换带来的误差。零件的球面设计基准是球心，在图样中标注为空间尺寸，但是设计基准不能作为加工定位和检测基准来用，所以球面的加工定位基准要进行转换，转换后，在X和Z方向就存在着定位误差。

（2）定位面和定位孔的加工误差。在任何加工中都存在加工误差，特别是用于定位的面和孔都影响位置精度。

（3）加工中的对刀误差影响球心的位置精度。在加工中确定一个球心的位置，在X和Z方向的对刀误差直接影响球心位置精度。

（4）加工中的检测误差对球心位置精度影响。包括检测方式、检测器具、测量力、测量环境等。

（5）机床的几何精度和定位精度以及重复定位精度对球心精度的影响。

（6）工装的制造精度对加工精度的影响。

3. 解决球心位置精度的技术措施

通过上述对球心位置精度影响的分析，在加工零件时，针对每项影响球心位置精度的因素，采取了以下技术措施：

（1）将球心的设计基准与加工定位基准进行合理转换，转换后的定位基准在精度上等于零件设计精度的1/3～1/2。

（2）用于定位基准的孔、面、边、圆，要加工工艺性好，对刀方便、检测准确、定位与夹紧安全可靠。在这里，我们把辅具外圆、端面及零件内孔作为定位基准，定位辅具如图2所示。

（3）首件在程序确认的前提下，利用刀具圆弧补偿方法加工零件，记录图3中轴向尺寸Z，径向尺寸X、φ140+0.063+0mm的实际尺寸，并以此为依据，检查、对比、调节对刀起点，以消除对刀时对零件尺寸的影响。

（4）在消除计量器具不确定度的前提下，要消除零件的接触变形、视觉误差及方法误差。

（5）机床的几何精度和定位精度可通过试车形状简单、方便直接测量的零件予以确认。

（6）工装须经过计量检测，其形位公差要符合设计要求，必要时提供实际计量值。

图 3

4. 影响球面尺寸精度的分析

本零件由于加工批量较大，在同一批次零件加工时，刀尖圆弧的磨损会造成球面半径的变化。在加工一个高精度的球形曲面时，球心的位置尺寸精度确定后，球面的半径精度（或直径精度）是加工中的一个难题，过程中的检测采用了如图4和图5的检测方法。

图 4

分析影响球面半径精度的因素有以下几点：

（1）球形最大轮廓尺寸未超过半径，无法采用直接测量的方式获得实际尺寸，间接测量方式存在测量误差。

图 5

（2）零件外形的平行度、圆度和表面粗糙度对半径的测量有较大的影响，要求作为检测基准的端面应与球面轴线垂直。

（3）刀具磨损产生的误差。刀具磨损会造成刀尖圆弧大小的变化，磨损量会直接复映在零件形状上产生误差，虽单件生产显示不明显，但对于批量生产必须考虑。

（4）检测工装、测量器具、接触力产生的测量误差。因零件壁厚只有0.5mm，测量时接触力会造成零件弹性变形产生误差。

（5）机床精度和成形轨迹产生的误差。

5. 解决影响球面半径精度的技术措施

（1）正确选择和使用量具，查明产生误差的原因，设法对其消除或减少，如控制接触力、校正目测准确度、消除量具误差和原理误差等。

（2）调整零件相对位置或定位元件，按照均分误差原理，多次检测取平均值法，减少尺寸的分散范围。

（3）人为地补偿原始误差，抵消工艺系统中的误差，从而减小加工误差，提高加工精度。

（4）消除接触力变形误差，检测时可在零件检测点附近架一百分表，力的大小会引起百分表读数的变化，根据变化的大小判定用力的程度。

（5）采用试切法进行调整，对工件进行试切→测量→调整→再试切，直到达到图样精度为止。

零件完成后，利用间接测量法，使用图4所示的检具进行过程测量，以判定外径R的正确与否。工装制造时，主要要求两个圆柱的圆度要好、直径相等且事先测知，检测板的开口其形状尺寸也要求较高且事先测知。检查时，使圆柱面与球形面接触，用块规测出圆柱与基准面的真值m（使用块规时，用力要适度，或松、或紧都会影响到测量结果的准确性）。然后根据勾股定理，利用公式即可换算出圆弧半径Rx的大小

（Rx+d/2）2=[（L－m－d－10）/2]2+（39－d/2）2

球形内径R或壁厚可利用滚珠和千分尺结合测量获得，方法如图5所示。检测时，钢珠的圆度要好且事先测知，用千分尺时，测量点尽可能在测量部位的法线方向，以符合阿贝原则。