位置度量规的综合研究与设计

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发的8～10 t叉车机械变速箱中，吸油管总成承担着吸收油液的作用，有一定的位置精度尺寸要求，如图1所示。现有手段仅能通过三坐标测量机进行尺寸精度检测。由于三坐标检测费时费力，严重影响生产效率与节拍，且无法实现对产品质量的有效监控，因此需要设计一款专用检具进行检测。

1 图纸研究

通过图1图纸要求，得出吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm轴的轴线到块Φ35（+0.05，0）mm圆心的距离（2.8±0.3）mm和吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm轴的轴线到块底平面的距离（29.9±0.3）mm，是需要检测的尺寸。经研究，可将距离尺寸公差转换成位置度要求，如图2所示。结合国家标准《功能量规》里提供的尺寸公差、形位公差、允许磨损量及最小间隙的数值、基本偏差数值表和计算公式等进行位置度量规设计，实现吸油管总成的精度检测[1]。

图1 吸油管总成简图

2 设计原理与要求

以（29.9±0.3）mm上部分为基准A、孔Φ35（+0.05，0）mm为基准B，将（2.8±0.3）mm和（29.9±0.3）mm尺寸转化为位置度公差，即Φ0.6○M，其中○M代表MMC，为最大实体要求，文中表示的是轴Φ30（-0.05，-0.10）mm为最大实体尺寸Φ29.95 mm时，位置度公差带为Φ0.6 mm[2]。 量规的设计图如图2所示，主要由检具体（底板）、定位销、测量轴套以及导向套组成。

图2 吸油管总成距离公差转换为位置度要求图

工件采取一面两孔方式进行定位，即Φ35（+0.05，0）mm、Φ12（+0.2，0）mm，平面A为定位基准。其中，Φ35（+0.05，0）mm基准孔采用圆柱销限制两个自由度。为防止过定位，Φ12（+0.2，0）mm孔采用菱形销来限制旋转方向自由度。

检测部位采用轴套的形式，其孔作为测量部位，检测前应先确保基准孔的尺寸合格，之后利用功能量规进行位置度检测。当检测轴套能顺利通过导向套和工件轴时，则证明被测要素的实际轮廓未超出最大实体实效边界，即零件合格。

各部位的尺寸计算依据《功能量规》（GB/T 8069—1998） 的要求进行综合检具中各个量规的定位部位、检测部位以及导向部位的计算。《功能量规》（GB/T 8069—1998）部分的内容见表1。其中，综合公差Tt等于被测要素或基准要素的尺寸公差（TD、Td）和形位公差（t○M）之和，即Tt=TD或（Td+t○M）。

表1 功能量规各工作部位的尺寸公差、形位公差、允许磨损量和最小间隙的数值（单位：μm）

2.1 定位部位计算

2.1.1 定位圆柱销

定位孔定位部位综合公差Tt为0.05 mm，即0.05 mm为Φ35（+0.05，0）mm孔的尺寸公差。

按《功能量规》（GB/T 8069—1998）查询表1，可得定位部位尺寸公差TL为0.003 mm，定位部位允许磨损量WL为0.003 mm。

定位部位的基本尺寸为dLB=DM1，均为Φ35 mm，其中DM1为孔的最大实效尺寸；定位部位的极限尺寸，定位部位的磨损极限尺寸dLW=dLB-(TL+WL)，带入数据有dLW=34.994 mm。

2.1.2 定位菱形销

（1）确定圆柱销与菱形销中心距尺寸及公差。取吸油管总成上两孔的公称尺寸为两销中心距的公称尺寸，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与TLK分别为两孔中心距和圆柱销与菱形销中心距的公差。吸油管总成两孔中心距公差为±0.10 mm，可令两销中心距公差为±（1/5）×0.10=±0.02 mm[3]。

（2）确定菱形销的宽度、直径及其公差。按菱形销的结构尺寸设计标准选取菱形销的宽度b为4 mm，计算菱形销和Φ12（+0.2，0）mm配合孔的最小间隙为：

式中，Δ1min为圆柱销和Φ35（+0.05，0）mm孔的最小间隙，即0.003mm，D2为与菱形销配合孔的最小直径，即Φ12 mm。因此，计算可得Δ2min=0.079 mm。

计算菱形销直径的公称尺寸为d2=D2-Δ2min，计算可得d2=11.921 mm。

图3 菱形销结构图

2.2 检测部位计算

检测部位综合公差Tt=TD+t○M=0.05+0.6=0.65 mm，其中TD为被测要素Φ30（-0.05，-0.10）mm轴的尺寸公差，t○M为此轴的位置公差即0.6 mm。

查询表1可得，检测部位尺寸公差Tl=0.012 mm，检测部位允许的最小磨损量Wl=0.012 mm。根据《功能量规》 （GB/T 8069—1998）中的功能量规检测部位的基本偏差数值表，可对检测部位的基本偏差数值进行计算。由于本量规的基准类型属于一个平表面和一个中心要素型，检验部位属于插入型机构，所以测量部位的基本偏差F1=0.063 mm。

检测部位的基本尺寸DlB=dM+t○M，dM为轴的最大实效尺寸，即Φ29.95 mm，计算可得DlB=Φ30.55 mm。

检测部位的尺寸Dl=(DlB-F1)0+TL，计算可得。检测部位的磨损极限尺寸D1W=(DlB-F1)+(Tl+Wl)，计算可得D1W=30.511 mm。

2.3 导向部位计算

导向孔为衬套形式，在检具体中的配合方式为过盈配合。它的导向孔的基本尺寸由设计者自行确定，本设计选用的基本尺寸DGB=38 mm。

查询表1，可得导向部位尺寸公差TG=0.008 mm，导向部位允许最小磨损量WG=0.008 mm，导向部位最小公差Smin=0.005 mm，工作部位位置公差tG=0.02 mm，导向部位同轴度公差t´G=0.006 mm。

导向部位的尺寸为：

导向部位的磨损极限尺寸为

利用式（2）和式（3），计算可得DGW=38.016 mmm mm。

2.4 与导向孔配合的导向轴套的轴部位计算

导向轴套的轴部位基本尺寸dGB=DGB=38 mm，导向轴套的轴部位的极限尺寸为：

导向轴套的轴部位的磨损极限尺寸为：

代入数值，计算可得dG=37.9950-0.008mm，dGW=38.011 mm。

吸油管总成位置度量规的设计简图，如图4所示。

图4 吸油管总成位置度量规的设计简图

3 材料的选择

此量规由检具体、定位件、检测件以及导向件等组成。通过上述计算可知，量规的准确度要求较高，且制备完成后需长期服务于车间生产一线检测，因此量规需保证一定的耐磨性和稳定性。检具体部件采用45钢，热处理调质后焊接，最后在五面体上加工保证尺寸的精度。定位件、检测件和导向件均采用T10A工具钢，表面渗碳淬火处理，保证硬度在60～62 HRC，最后对量规非工作面进行防锈处理[4-5]。

4 拓展延伸

经调研，公司共有3种结构相似的吸油管总成。除吸油管有区别外，其零件和相应的位置尺寸公差均一致。因此，在此量规的设计基础上，遵循避免干涉原则，可考虑增加2个导向孔与导向件，将此3种吸油管总成放在同一副量规上进行检测，实现一检多用的目的，从而减少量规的制造成本，如图5所示。

图5 油管检测图

5 使用与保养要求

量规在日常使用中要定期维护保养，确保工作环境干燥，保证量规的外部清洁，防止磕碰，将需要拆卸的活动零部件放置在对应的位置上。记录接近磨损极限的元件，时刻留意观察，避免其超出磨损极限要求。

6 结语

通过将产品尺寸公差要求转换为位置度尺寸要求，结合功能量规的设计理念制备相应的量规，实现了产品尺寸精度的快速检验，得到了公司的实践验证，结果精准可靠，操作简易，为产品质量提供了保障。经测量，该量规的单件检测时间比传统的三坐标测量缩短近16 min，可进行有效代替。