活塞型线夹具检测精度分析

■陕西柴油机厂重工有限集团公司（兴平 713105）邢立莉 张帅军 景富生

1.计量数据分析

柴油机是舰船的心脏，而活塞则被看作是柴油机的心脏，因此性能良好的活塞是柴油机正常运转的前提。某型活塞裙外径加工后用外径千分尺测量基准断面上的直径，结果符合图样要求。为了验证其他断面上型线的正确性，对这些断面进行计量。由于活塞直径为400 mm，在圆度仪上无法计量，只能由三坐标计量活塞裙外圆型线中的四条侧母线。现从计量数据中找出两个断面，对数据进行分析。第一断面（见图1）在图样中距裙部端面高度为45 mm，计量单中为点0～13。表1中短半轴的理论值为（图样中长轴标注的尺寸－椭圆度0.25 mm）/2－偏移量0.3 mm。第二断面（见图2）在图样中距裙部端面高度为371.5 mm，计量单中为点9。表2中短半轴的理论值为（图样中长轴标注的尺寸－椭圆度0.427 mm）/2－偏移量0.3 mm。

从以上数据可以看出，如果能测出每个断面不同角度点的精确直径，椭圆度误差就会很小，在三坐标计量时误差为0.005 mm，能计量活塞裙外圆上长轴与短轴上的四条侧母线。缺点是对于其他角度处的点的计量不是很准确。如果设计用一种工装的千分表能测出长轴与短轴上的四条侧母线，并且取点数相当于三坐标的测头触点，就可以代替三坐标检测。

表1 第一断面数据 （单位：mm）

表2 第二断面数据 （单位：mm）

图1

图2

2.三坐标检测分析

（1）检测原理：三坐标检测活塞裙时，将活塞头部竖直向上水平放在等高块上，找正与活塞顶配合的外圆止口，确定活塞裙的中心轴线，再分别找活塞裙销孔两断面，确定活塞裙的短轴，检测时沿活塞裙的外圆在不同断面上采点，测出的数值为各断面不同角度的半径值。

（2）误差分析：①如果零件没有调平，存在裙部端面与活塞裙轴线的垂直误差，这与机床主轴和夹具制造、装夹误差有关，约为0.02 mm。②活塞裙外圆止口与裙部外圆存在同轴度误差，虽然止口与外形是同一工位加工，但存在制造误差，测出的数值与极径值有差值。③检测时测头是插补式进行，测头没有沿活塞中心轴线回转进行测量，根据触头接触的位置的不同，其测量误差不同。④自身误差约为0.005 mm。

3.圆度仪测量分析

（1）检测原理：将活塞裙竖直放在圆度仪回转台上，自动调平和调心后，活塞轴线与回转台垂直且活塞中心在回转中心上，这样消除了与型线的其他误差，然后对正刻线，确定活塞裙短轴，最后根据回转台的旋转测出各断面不同角度的极径值。

（2）误差分析：由于圆度仪的测量消除了与型线的其他误差，其产生的误差只有圆度仪的精度误差，故测量误差小，成本高。

4.夹具设计分析

（1）检具结构：根据活塞外圆型线的特性，设计检测夹具必须具备找心、调平功能。此检具在底板上安装半圆形侧板，在长轴和短轴相应的断面高度上分别安装千分表。该夹具能有效地检测长轴和短轴的断面型线，以及各断面上角度对应的长短轴（见图3）。

图3

通过长支承方便将标准样件推进半圆形侧板中，将标准样件放入图示位置后在180°处找出标准样件的最大外径，确定180°线。在安装千分表的孔位上侧刻印每块表的坐标位置，如：30-1，其中30表示角度，1表示层。再根据高度要求加工出最高处的基准孔，同时加工出找正孔(见图4)。最后根据侧板图样加工其余孔及螺孔。注意加工带有角度的孔时，要以底座的中心孔为旋转中心，保证角度公差为±10′。夹具使用方法是在放入标准样件并正确定位后，将各千分表归零，然后移去标准样件，将活塞放入，读表并按表位将数值填入表格内。

（2）检具的检测方法：检测长轴和短轴型线时，用高精度直尺将各千分表分别对零，然后将活塞放在底板上，对正刻线后靠近千分表，观察千分表的读数，记录读数值并计算，确定长、短轴是否合格。该检测方法既方便又简单。

（3）检测误差分析：①角尺对表误差。角尺垂直度误差按G B/T 6092―2004要求可知，最高精度角尺垂直度为0.002 mm/200 mm（高）。以某机型活塞裙为例，需检测262.5 mm高度断面，误差0.00265 mm。②活塞外圆面与止口定位面垂直度误差（加工误差）。以止口处端面定位加工外圆，夹具定位面的跳动度0.01 mm/200 mm，加工误差反映到活塞长度上，导致外圆面相对止口的垂直度误差为0.01 mm。③千分表的精度误差为0.001 mm。④坐标点（极轴点）相位误差。检查是否存在椭圆象限偏差，如果有象限偏差，则也存在精度误差。如果椭圆相对理想，椭圆偏转5°，则误差约为0.002 mm。⑤总测量误差=0.0026+0.01+0.001+0.002=0.0156（mm）。

图4

一般要求测量误差应该在被检测精度误差的1/3以内。而活塞型线长轴的误差一般为±0.05 mm，总测量误差为0.0156 mm，小于型线误差的1/3（0.0166 mm），可以满足测量精度要求。

5.结语

本文所述测量活塞裙型线的方法操作简单，成本低。在生产过程中，由于批量等多方面因素的影响，在分析和解决实际问题的时候应全面综合考虑，从生产实际出发，几种方法结合对比做出准确判断，从而可以避免许多失误的发生。

[1]薛源顺.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]孟少农.机械加工工艺手册 [M].北京：机械工业出版社，1996.