關(guān)于一種簡易與快速平面度測量治具的介紹

李 勇

（中山復(fù)盛機電有限公司，廣東中山 528437）

0 引言

在高速精密沖壓行業(yè)，高速沖床是基本配置。該類沖床基本結(jié)構(gòu)均為四面滑軌的龍門結(jié)構(gòu)，剛性強、精度高，沖速快（800～1 200 r/min）[1]。但是，沖床床臺表面在長期使用及高負荷沖擊下，床臺表面都會隨著時間的推移發(fā)生磨損和變形，從而使平面度變差。平面度過差，會導(dǎo)致裝夾到床臺上的模具模板（模具上、下型）發(fā)生變形，上型的沖子與下型的凹模之間的相對位置精度則會發(fā)生嚴(yán)重偏移，輕則沖裁間隙不均勻、局部毛邊過大，重則沖子刃口直接撞擊凹模，導(dǎo)致沖子折斷、凹模崩刃。此類異常狀況的發(fā)生，對于品質(zhì)要求極高的精密沖壓產(chǎn)品、昂貴的精密沖壓模具及高速沖床來說，均是極大的損失[2]。

所以，要定期對沖床的機械精度進行檢測。其中，床臺表面平面度精度的檢測一直是行業(yè)中的一個難題。由于床臺表面面積比較大（例如80 t沖床床臺長寬約1 100 mm×800 mm），無法用標(biāo)準(zhǔn)刀口尺透光檢測，若用水平儀逐段確認高低差、繪制曲線圖形測量（或計算），不但操作步驟復(fù)雜、耗時長且對操作人員要求亦很高，不同操作者會產(chǎn)生不同的結(jié)果[3]。

圖1 平面度誤差示意圖

1 平面度的概念

平面度是指被測實際表面對其理想平面的變動量，公差帶是限定在兩個距離為“t”的平行平面之間的區(qū)域，用符號“∥”表示[4]。

舉例：某平臺表面平面度要求為，它代表的含義是：該平臺上的實際表面A全部要最小包容在兩個相互平行的理想平面“M”和“N”之間，這兩個理想平面之間的最小距離“t”，就是該平臺表面A的平面度誤差（如圖1所示）。

2 簡易、快速平面度測量治具基本結(jié)構(gòu)

2.1 平面度測量治具詳細結(jié)構(gòu)

治具主體的基本功能是要夾持并定位各個百分表，固定2組各3顆等高塊的位置尺寸，需要有較高剛性和尺寸穩(wěn)定性。

本治具是為長寬約1 100 mm×800 mm的床臺平面度測量使用的，所以設(shè)計外形尺寸長×厚×高為：1 022 mm×70 mm×188 mm，選用S50C材料并做調(diào)質(zhì)處理。為減輕治具主體重量，中間設(shè)計10個橢圓形孔洞，上方設(shè)計5個長條形孔洞，各孔洞之間的實體材料設(shè)計為5 mm厚度均勻的加強筋以提高剛性[5]。各孔洞與治具主體左、右、上三面之間的實體材料設(shè)計成∮20mm粗的手柄（左右各1個，上方5個），手柄中心為空心。治具下表面（見圖2中A向視圖）長度方向中心對稱分布著73個間距為10 mm的∮8.00 mm精孔，用于安裝百分表并由相應(yīng)的鎖緊螺釘將其鎖緊（見圖2中左視圖）。同時，在治具的底面左右兩側(cè)分別設(shè)計有左2顆右1顆共2組等塊M、N（見圖2中A向視圖）。等高塊M厚18.500 mm，左2顆與右1顆之間的間距是960 mm，用于測量床臺長1 100 mm方向的直線度誤差。等高塊N厚17.500 mm，左2顆與右1顆之間的間距是740mm，用于測量床臺長800 mm方向的直線度誤差。

1.2 精度說明

治具主體外形六面體需要精密平面研磨，保證底面（安裝等高塊的面）平面度在0.01 mm以內(nèi)。每組等高塊等高度差異在0.002 mm以內(nèi)，2組等高塊之間高度差異為（1.000±0.002） mm[6]。

3 測量步驟

3.1 第一步：在測量治具主體合適的位置安裝百分表

（1）用無塵紙沾濕酒精擦拭治具及等高塊的所有表面。

（2）將治具放于將要測量的床臺表面X（長度）方向，在治具底面的73個百分表夾持孔中，安裝7～9個百分表。安裝要求：從中心向兩邊選擇孔位；在錯開床臺表面的T型槽的同時保證百分表之間的距離相等；百分表所安裝的區(qū)域在床臺表面Y方向?qū)挾鹊姆秶鷥?nèi)。

本例選擇安裝7個百分表，測量頭預(yù)壓表針約半圈，鎖緊百分表確保其保持固定不動。如圖3所示。

圖2 平面度測量治具

3.2 第二步：確定各個百分表指針基準(zhǔn)線

（1）將測量治具放在0級大理石平板上（本治具配合使用規(guī)格為1 000 mm×630 mm×130 mm花崗石平板，0級平板平面度誤差≤6.0μm）[7]，治具底面最外緣3個等高塊M與大理石平板接觸并確定出一個理想平面。如圖4所示。

（2）此時，若忽略0級大理石平板的平面度誤差，則各個百分表測量頭與大理石平面的接觸點就在這3個等高塊M確定的理想平面上。小心地轉(zhuǎn)動各個百分表表圈使表盤0（或整數(shù)位）刻度線與指針重合，此時0（或整數(shù)位）刻度線即為各個百分表測量頭與這3個等高塊M確定的理想平面相重合的基準(zhǔn)線[3]。如圖5所示。

圖3 在測量治具主體合適的位置安裝百分表

圖4 治具底面3個等高塊與平板接觸確定出一個理想平面

圖5 百分表上基準(zhǔn)線的確認

圖6 床臺表面與測量治具位置俯視圖

3.3 第三步：測量床臺表面X方向各選定位置直線度誤差

（1）以床臺表面Y方向?qū)挾戎行木€為基準(zhǔn)，向兩邊選定位置，所選定位置的中軸間距與治具上百分表之間的間距相等（本例選擇7個位置，俯視圖如圖6所示。

（2）用測量治具分別測量、記錄每一個位置上的各個百分表當(dāng)前指針讀數(shù)，與基準(zhǔn)線讀數(shù)的差值即為每一個測量位置的直線度誤差。如圖7所示。

（3）左右兩個點M為直線度測量的兩個基準(zhǔn)點，記錄都為“0”，除此之外，由左到右分別記錄x12～x18、x22～x28…x62～x68、x72～x78。如圖 8 所示。

圖7 百分表檢測每一個點的偏差

圖8 床臺表面平面度記錄、計算表

3.4 第四步：測量床臺表面Y方向各選定位置直線度誤差

（1）以床臺表面X方向?qū)挾戎行木€為基準(zhǔn)，向兩邊選定位置，所選定位置的中軸間距與治具上百分表之間的間距相等。本例選擇9個位置，俯視圖如圖9所示。

（2）用測量治具分別測量、記錄每一個位置上的各個百分表當(dāng)前指針讀數(shù)，與基準(zhǔn)線讀數(shù)的差值，即為每一個測量位置的直線度誤差。如圖10所示。注意：此時測量治具使用的是靠內(nèi)的一組等高塊N，等高塊N與等高塊M高度差（1.000±0.002）mm，所以百分表讀數(shù)要減去1.000 mm。

（3）左右兩個點N為直線度測量的兩個基準(zhǔn)點，記錄都為“0”，除此之外，由上到下分別記錄y21～y61、y22～y62……y28～y68、y29～y69。如圖8 所示。

圖9 床臺表面與測量治具位置俯視圖

3.5 第五步：計算每個交點在X、Y兩個方向的綜合高度差及整個床臺表面的平面度誤差

（1）計算每個交點在X、Y兩個方向的綜合高度差：z22=x22+y22、z23=x23+y23、…，以此類推，計算出所有交點的綜合高度差。

（2）篩選出所有交點的綜合高度差中的最高點和最低點，最高點與最低點的差值就是整個床臺的平面度誤差。

平面度誤差t=MZ,max-NZ,min

（3）在EXCEL中做出表1所示的表格，按以上計算方法預(yù)先設(shè)置好公式，錄入實際測量數(shù)據(jù)，即可直接得出平面度誤差。

圖10 百分表檢測每一個點的偏差

4 測量原理

測量步驟第三步，用于測量床臺表面X方向各選定位置的直線度誤差；測量步驟第四步，用于測量床臺表面Y方向各選定位置的直線度誤差。由于X、Y方向各選定位置之間的間距等于測量治具上各百分表之間的間距，同時兩種測量方式外緣對應(yīng)的四角都是同一個位置；所以，這兩種測量方式的疊加就是每一個測量點分別在X方向和Y方向測量值的疊加。如圖11所示。

圖11 每一點都是X、Y兩方向測量值的疊加

5 結(jié)束語

該平面度測量治具以平面度很高的大理石平面為校準(zhǔn)基準(zhǔn)，利用其上分布的百分表做直線度誤差顯示，測量出X、Y平面上的幾組直線度誤差值，間接通過計算得出床臺的平面度誤差。解決了大尺寸床臺無法用刀口尺或采用繁瑣復(fù)雜的水平儀逐段確認高低差、繪制曲線圖形測量（或計算）的方式的問題，精度上滿足實際使用要求，且測量迅速、便捷，非常符合實務(wù)作業(yè)面的需求。