大型精密標準件測具加工流程設計

摘 要：現場加工及檢測環境等實際條件，無法達到精密測具圖紙要求的標準溫度20℃；各種材料都存在線膨脹和體膨脹，溫度差異會導致測具長度方向發生微量變化，但對大型精密測具制造而言，已經超出10倍以上公差帶要求，因此溫度誤差是影響測具制造精度的重要因素；本文簡述溫度誤差對大型精密標準件測具制造過程的影響，重點闡述在精密三坐標測量機配合下，對不同的測具類型，設計不同的加工流程，達到減小溫度誤差影響，提高測具制造精度之目的。

關鍵詞：精密標準件測具；溫度誤差；相對測量；微量調整

中圖分類號：TG814 文獻標識碼：A

1 背景需求

大型精密標準件測具，作為一種專用測具，在軍民品生產中，應用非常廣泛，檢查加工零件，簡單、方便、靈活，但是，標準件測具工作尺寸要求精度高，20℃時工作尺寸精度一般為±0.005mm～±0.01mm，而測具長度一般在600mm～1000 mm甚至達1200mm，對現有投影檢查設備而言，測具超長、超重，不能滿足檢測要求；而現場加工過程中，工作環境卻不能保證20℃恒溫，由此產生溫度差異，各種材料都存在線膨脹和體膨脹，進而產生尺寸誤差；現場生產急需將溫差造成的材料膨脹誤差、檢具溫度誤差減少到最小，來提高測具的制造精度。

2 工藝分析

現場使用的大型精密標準件測具，常用結構一般有二種：其一為回轉型標準件測具，兩端工作面為圓弧表面，垂直底面（如圖一）；另一種為直面型，兩端工作面為平面，或垂直底面，或形成一定角度（如圖二），下面分別予以介紹。

2.1回轉型大型測具的典型結構如下圖所示：

1、底座 2、支座 3～7、 定位塊

（圖一）

圖中顯示，零件3至7為五組定位塊，它安裝到零件2支座上，對應5個工作尺寸，分別用于測量五組數據，公差要求嚴格，零件2的上端面為同一平面，供測量尺量腳定位用，下端固定在零件1軀座上，整套工裝材料涉及HT200、45#、CrWMn等。

2.2 直面型大型測具圖紙如圖二所示：

1、軀座 2、固定測量塊 3、調整測量塊 4、限位塊 5、定位塊

（圖二）

圖中顯示，零件2、3為定位塊，左端的為固定測量塊，右端的為調整測量塊，一起固定到零件1軀座上，工作尺寸為交點尺寸，一般設計成測量一組或二組尺寸，尺寸公差帶同樣要求嚴格；零件4為限位塊，用來在裝配時調整測量塊3用；零件5的上端面為同一平面，供測量尺量腳定位用，整套工裝材料涉及HT200、45#、CrWMn等。

3 加工流程設計

3.1 分析溫度差異對材料的影響

從《機械設計手冊》中可以查出上述材料的線膨脹系數αl（/10-6℃-1），在20～100℃時，鑄鐵：αl=8.7～11.1，碳鋼：αl=10.6～12.2，我們以αl=11為例，現場溫度為28℃，則1米長零件比在20℃時長度伸長量為： ΔL=1000mmX11/10-6℃-1 X（28-20） ℃=0.088mm，況且材料還存在體膨脹，由此可見，溫度差異對高精度測具影響巨大；現場使用的1米千分尺及卡尺，精度在0.02mm～0.05mm，且測量精度隨著溫差變化而變化，即使這樣測具也無法滿足測量要求。

3.2回轉型大型測具加工流程設計

該型測具一般采用回轉機床加工，鮮有采用數控磨加工工作R，因為裝配時涉及短弧確定大R的難題無法解決；本文采用相對測量法，來解決溫差對制造過程的影響，流程設計如下：

①在原圖紙中心增加正心軸（見圖三），保證加工時有找正基準。

②零件2支座上M、N面要求粗糙度達0.8，保證與底面垂直度為0.005mm，該面用于測量。

③ 零件1底座的底面采用刮研方法獲得平面度在0.005以內，做加工、檢測基準。

④回轉機床要求精度高，能實現微量進給，其主軸與工作臺垂直；第一次加工時找正心軸，加工фD1至фD5尺寸，保證單邊留0.08-0.1mm/每邊，同時見光心軸外圓，保證二者同心度。

⑤三坐標測量機找正心軸，測量фD1至фD5尺寸實際值，采用掃描方式，數據處理后計算出фD1至фD5尺寸，并計算出工作面的余量ΔR。

⑥在加工環境下用0.002mm指示千分尺測量A、B值并記錄，在回轉機床找正心軸不差0.01mm進行第二次加工，當對應工作面都加工到時，再測量A、B值，計為A測、B測，計算出加工到尺寸的A終、B終尺寸，注意：測量A、B值時，用同一指示千分尺，測量的位置要相對固定；當A終、B終尺寸進入尺寸公差時，停止加工。

⑦三坐標測量機找正心軸， 測量фD1至фD5尺寸實際值，與理論值比較，如沒有加工到尺寸，則重復步驟6，直至加工合格。

（圖三）

計算過程如下（以某次加工過程為例）：

第一次加工后工作面余量：ΔR左=0.062mm、ΔR右=0.1183mm

第一次加工后A、B值：A=112.865mm、B=112.805mm

第二次加工后A、B值：A測=112.85mm、B測=112.86mm

計算加工完成時的A終、B終尺寸：

A終=A測-[（ΔR左+ΔR右）-（A-A測）-（B-B測）]/2=112.797mm

B終=B測-[（ΔR左+ΔR右）-（A-A測）-（B-B測）]/2=112.807mm

此時兩端工作面的余量相同ΔR終=A測-A終=B測-B終=0.053mm

一般來說，經過此次加工，工作面直徑尺寸產生的總誤差為：三坐標測量機的精度+2倍指示千分尺精度（由于指示千分尺測量的長度在絲級，溫度對其影響可以忽略不計）+測量示值；如使用高精度測量機，一般能達到0.005～0.01mm精度。

通過以上論述可以看出，借助三坐標測量機和指示千分尺，大大減少了制造現場環境溫差及檢具誤差對加工的影響，提高了測具制造精度。

3.3直面型大型測具加工流程設計

該型測具，由于定位塊可以單件加工，工藝路線簡單，形位精度比較容易保證，但裝配時則由于溫度影響，經常出現多次進行測量機測量、現場修研、調整工作面，采用逐次逼近真值的方法加工，而每次進行三坐標測量機檢測，測具都要進行定溫處理（至少4小時以上），費時費力，需要很長時間才能修研合格。

測量機屬于精密設備，是不允許在工作臺上進行調整、修研工作，如果在測量結束后，在測量間進行零件的微量調整，則是允許的，不會對機床精度產生影響，而測具也不需要進行再定溫處理，因此，對直面型測具，建議采用微量調整的方法設計工藝流程。

加工工藝流程設計如下：

①將零件1軀座底面刮研平面度0.005mm以內，上面安裝固定塊及活動測量塊位置研平，平行度0.01mm以內，其余面可保持原態。

②固定測量塊可采用槽固定或銷固定，建議采用后者定位，鏜孔時將軀座上的所有銷孔一起加工出來。

③ 裝配時將定位塊5上端面研成等高一致且平行于零件1底面不差0.01mm；

④安裝測量塊2、3、限位塊4，調整測量塊3無間隙貼合在限位塊4上，從上向下用螺釘將調整測量塊固定好；說明：調整測量塊單件加工時，要將相對位置尺寸磨小0.03～0.05mm。

⑤三坐標測量機實測L1值，兩端分別記錄數據，與理論值比較，確定角向誤差及尺寸誤差，分別計算兩端增加墊片厚度，墊片可用標準塞尺代替。

⑥不離開測量間，在調整測量塊3與限位塊4之間加墊片，符合計算值；將調整測量塊3向限位塊4方向壓緊并固定好。

⑦三坐標測量機復檢L1值，不對重復步驟6，直至檢查合格。

采用以上方法，一般循環2次就可將測具調整到合格狀態，此時的總誤差=三坐標測量機的精度誤差+測量示值；如使用高精度測量機，一般情況下測具的尺寸精度可達0.01mm以內；從上面可以看出，現場與測量環境之間溫度差產生的加工誤差，已被完全消除掉。

結語

本文對常用兩種常用大型精密標準件測具加工流程進行設計，此方法經過現場驗證，均能有效控制制造過程中溫度誤差的影響程度，有利于提高測具的制造精度，對其他精密零件的制造，也有一定借鑒意義。

參考文獻

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