數(shù)車加工中長度的測量及誤差分析

■ 廣東省技師學(xué)院 （惠州 516100 ） 陳海凡

數(shù)控車削加工過程中，影響工件加工質(zhì)量的因素有很多，比如材料、機床等，但在外部條件相同的情況下，決定工件加工質(zhì)量至關(guān)重要的因素是工件的檢測。工件加工完成后的檢測手段有很多，如千分尺、投影儀和三坐標(biāo)測量儀等，但當(dāng)產(chǎn)品還在機床上，即工件在加工過程中的檢測就沒那么簡單。調(diào)機人員在調(diào)機過程中，如果檢測不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致加工出來的首件不合格，對于單件生產(chǎn)，某種程度上來說，加工過程中檢測的正確與否直接決定了產(chǎn)品的最終尺寸。數(shù)控車削加工過程中，工件直徑和長度的檢測是關(guān)鍵，直徑的檢測相對比較簡單，檢測效果也較好；但工件長度的測量，對數(shù)控車調(diào)機人員來說，一直是很大的挑戰(zhàn)。工件長度方向上有很多難以測量的尺寸，不易保證檢測精度。同一個長度尺寸，測量的方法和手段不同，產(chǎn)生的測量誤差也會不一樣，本文針對該問題，對長度測量的方法及由此產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，望能給相關(guān)人員在選擇長度測量方法上提供參考。

1.外輪廓長度檢測及誤差分析

圖 1

如圖1所示，該工件在加工過程中要檢測尺寸10mm、15mm、22mm和34mm，現(xiàn)就每個尺寸常用的檢測方法和所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析。

工件加工過程中，操作人員采用量具進(jìn)行手動檢測均會產(chǎn)生人為誤差。此次加工特意找了四位經(jīng)驗豐富的人員進(jìn)行檢測，采集數(shù)據(jù)，以求盡量減少人為誤差。

本次試驗所選用的量具是日本三豐量具，均通過質(zhì)量鑒定且校核合格。蔡司三坐標(biāo)測量儀是經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員安裝和調(diào)試過的新購買的檢測設(shè)備。我們以蔡司三坐標(biāo)測量儀的檢測結(jié)果為基準(zhǔn)進(jìn)行比對。

（1）尺寸22mm的檢測。分別采用三豐數(shù)顯深度尺（571-251-10）、三豐深度千分尺(329-250-10)、大行程數(shù)顯百分表0-50mm/543-494B、機床相對坐標(biāo)打表。

采用大行程數(shù)顯百分表的檢測步驟：①將大行程數(shù)顯百分表和磁力座固定在一起，并且表身盡量和磁力座V型槽保持平行。②將固定好的磁力座V型槽與機床Z軸V型導(dǎo)軌配合，并使之與X軸托板相接觸。③用杠桿百分表（513-284GT）在φ54mm右端面壓入0.2mm。④大行程數(shù)顯百分表歸零。⑤將杠桿百分表移動到φ64mm右端面，壓入0.2mm。⑥讀取大行程數(shù)顯百分表所顯示的數(shù)值即為測量結(jié)果。

機床相對坐標(biāo)打表的操作步驟：①用杠桿百分表（513-284GT）在φ54mm右端面壓入0.2mm。②機床相對坐標(biāo)Z軸歸零。③將杠桿百分表移動到φ64mm右端面，壓入0.2mm。④讀取機床面板相對坐標(biāo)Z軸數(shù)值即為測量結(jié)果。

尺寸22mm的檢測結(jié)果如表1所示，三坐標(biāo)測量儀檢測結(jié)果是22.000 6mm。

采用大行程數(shù)顯百分表的檢測方法和機床相對坐標(biāo)打表方法的優(yōu)點在于，對于沒辦法直接采用深度千分尺來測量的尺寸，可以考慮采用該方法來解決，比如圖1中28mm尺寸的測量。對比這兩種方法，機床精度比較高的機床，檢測出來的數(shù)值是一致的，如果機床精度較差，那么采用大行程數(shù)顯百分表檢測的精度會比較高。

（2）尺寸34mm的檢測。分別采用三豐數(shù)顯深度尺（571-251-10）測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸、三豐深度千分尺（329-250-10）測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸、大行程數(shù)顯百分表0-50mm/543-494B測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸，以及機床相對坐標(biāo)打表測量44mm尺寸減去10mm測量尺寸。

為獲得較高的檢測精度，尺寸10mm采用三豐0-25mm（293-240-30）外徑千分尺測量出的結(jié)果來計算。

尺寸34mm的檢測結(jié)果如表2所示，三坐標(biāo)測量儀檢測結(jié)果是34.000 7mm。

（3）尺寸10mm的檢測。分別采用三豐0-25mm（293-240-30）外徑千分尺、三豐非旋轉(zhuǎn)心軸式盤型千分尺0-25mm（169-201），蔡司三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表3所示，三坐標(biāo)測量儀檢測結(jié)果是9.993 2mm。

由檢測結(jié)果可看出，該尺寸采用外徑千分尺檢測的誤差比較小，一般在0.002mm以內(nèi)，是比較理想的檢測手段；用盤型千分尺檢測出來的誤差較大，平均誤差達(dá)到0.005mm，且測量值均呈偏小趨向，該誤差的產(chǎn)生是由于在測量過程中，測量盤傾斜造成的，如圖2所示。

（4）尺寸15mm的檢測。分別采用三豐兩爪內(nèi)徑千分尺5-25mm（345-250-10），成量量塊112塊 0級。檢測結(jié)果如表4所示，三坐標(biāo)測量儀檢測結(jié)果是15.006 3mm。

表1 尺寸22mm的檢測結(jié)果 （單位：mm）

表2 尺寸34mm的檢測結(jié)果 （單位：mm）

表3 尺寸10mm的檢測結(jié)果 （單位：mm）

表4 尺寸15mm的檢測結(jié)果 （單位：mm）

由檢測結(jié)果可以看出，量塊的檢測效果較好，尺寸穩(wěn)定。兩爪內(nèi)徑千分尺測量結(jié)果不穩(wěn)定，平均誤差為0.005mm，并且測量值均呈偏大趨向，該誤差的產(chǎn)生是由于在測量過程中，測量柱傾斜造成的，如圖3所示。

2.經(jīng)驗總結(jié)

（1）所有數(shù)控車削加工件在加工過程中，需要進(jìn)行測量的長度基本都可以轉(zhuǎn)化為以上四種類型。

（2）能直接測量出的尺寸，如圖1中的10mm、15mm和22mm，采用直接測量誤差最小。

（3）在直接測量方法中，量塊的測量精度比較高，剛性好的量具（如外徑千分尺）測量精度也比較高，剛性差的量具（如盤型千分尺、兩爪內(nèi)徑千分尺）測量精度較低。

圖2 盤型千分尺測量圖

（4）間接測量方法，測量誤差存在累加或者相互抵消，很難把握，測量精度不穩(wěn)定，盡量不采用。

圖3 兩爪內(nèi)徑千分尺測量圖

3.案例

以圖4為例，列舉外輪廓的長度檢測方法，其中有些長度尺寸如果直接按照圖樣輪廓加工，會導(dǎo)致加工過程中沒辦法進(jìn)行測量，所以在加工時要先留出測量工藝臺階（如尺寸29mm、24.5mm和10mm），把長度加工好后，再車削外圓至尺寸。

4.結(jié)語

在數(shù)控車削加工中，尺寸的測量直接決定產(chǎn)品最終質(zhì)量，長度尺寸是最難測量的，要根據(jù)檢測尺寸情況，合理、正確地選擇測量方法，及對所選用方法所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行判斷。

圖 4

（收稿日期：20180423）

專家點評

測量是加工的保障，直接決定產(chǎn)品質(zhì)量，同一個長度尺寸，測量的方法和手段不同，產(chǎn)生的測量誤差也不一樣。文章主題明確、數(shù)據(jù)充分，針對數(shù)控車削中的工件長度尺寸，組織四名經(jīng)驗豐富的高技能人才進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并通過檢測結(jié)果和誤差分析，總結(jié)出4條實用的經(jīng)驗，為減少測量誤差提供了依據(jù)。