位置度量規(guī)的綜合研究與設(shè)計(jì)

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發(fā)的8～10 t叉車機(jī)械變速箱中，吸油管總成承擔(dān)著吸收油液的作用，有一定的位置精度尺寸要求，如圖1所示。現(xiàn)有手段僅能通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行尺寸精度檢測(cè)。由于三坐標(biāo)檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率與節(jié)拍，且無法實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效監(jiān)控，因此需要設(shè)計(jì)一款專用檢具進(jìn)行檢測(cè)。

1 圖紙研究

通過圖1圖紙要求，得出吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的軸線到塊Φ35（+0.05，0）mm圓心的距離（2.8±0.3）mm和吸油管Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的軸線到塊底平面的距離（29.9±0.3）mm，是需要檢測(cè)的尺寸。經(jīng)研究，可將距離尺寸公差轉(zhuǎn)換成位置度要求，如圖2所示。結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《功能量規(guī)》里提供的尺寸公差、形位公差、允許磨損量及最小間隙的數(shù)值、基本偏差數(shù)值表和計(jì)算公式等進(jìn)行位置度量規(guī)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)吸油管總成的精度檢測(cè)[1]。

圖1 吸油管總成簡(jiǎn)圖

2 設(shè)計(jì)原理與要求

以（29.9±0.3）mm上部分為基準(zhǔn)A、孔Φ35（+0.05，0）mm為基準(zhǔn)B，將（2.8±0.3）mm和（29.9±0.3）mm尺寸轉(zhuǎn)化為位置度公差，即Φ0.6○M，其中○M代表MMC，為最大實(shí)體要求，文中表示的是軸Φ30（-0.05，-0.10）mm為最大實(shí)體尺寸Φ29.95 mm時(shí)，位置度公差帶為Φ0.6 mm[2]。 量規(guī)的設(shè)計(jì)圖如圖2所示，主要由檢具體（底板）、定位銷、測(cè)量軸套以及導(dǎo)向套組成。

圖2 吸油管總成距離公差轉(zhuǎn)換為位置度要求圖

工件采取一面兩孔方式進(jìn)行定位，即Φ35（+0.05，0）mm、Φ12（+0.2，0）mm，平面A為定位基準(zhǔn)。其中，Φ35（+0.05，0）mm基準(zhǔn)孔采用圓柱銷限制兩個(gè)自由度。為防止過定位，Φ12（+0.2，0）mm孔采用菱形銷來限制旋轉(zhuǎn)方向自由度。

檢測(cè)部位采用軸套的形式，其孔作為測(cè)量部位，檢測(cè)前應(yīng)先確保基準(zhǔn)孔的尺寸合格，之后利用功能量規(guī)進(jìn)行位置度檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)軸套能順利通過導(dǎo)向套和工件軸時(shí)，則證明被測(cè)要素的實(shí)際輪廓未超出最大實(shí)體實(shí)效邊界，即零件合格。

各部位的尺寸計(jì)算依據(jù)《功能量規(guī)》（GB/T 8069—1998） 的要求進(jìn)行綜合檢具中各個(gè)量規(guī)的定位部位、檢測(cè)部位以及導(dǎo)向部位的計(jì)算?！豆δ芰恳?guī)》（GB/T 8069—1998）部分的內(nèi)容見表1。其中，綜合公差Tt等于被測(cè)要素或基準(zhǔn)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 功能量規(guī)各工作部位的尺寸公差、形位公差、允許磨損量和最小間隙的數(shù)值（單位：μm）

2.1 定位部位計(jì)算

2.1.1 定位圓柱銷

定位孔定位部位綜合公差Tt為0.05 mm，即0.05 mm為Φ35（+0.05，0）mm孔的尺寸公差。

按《功能量規(guī)》（GB/T 8069—1998）查詢表1，可得定位部位尺寸公差TL為0.003 mm，定位部位允許磨損量WL為0.003 mm。

定位部位的基本尺寸為dLB=DM1，均為Φ35 mm，其中DM1為孔的最大實(shí)效尺寸；定位部位的極限尺寸，定位部位的磨損極限尺寸dLW=dLB-(TL+WL)，帶入數(shù)據(jù)有dLW=34.994 mm。

2.1.2 定位菱形銷

（1）確定圓柱銷與菱形銷中心距尺寸及公差。取吸油管總成上兩孔的公稱尺寸為兩銷中心距的公稱尺寸，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與TLK分別為兩孔中心距和圓柱銷與菱形銷中心距的公差。吸油管總成兩孔中心距公差為±0.10 mm，可令兩銷中心距公差為±（1/5）×0.10=±0.02 mm[3]。

（2）確定菱形銷的寬度、直徑及其公差。按菱形銷的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選取菱形銷的寬度b為4 mm，計(jì)算菱形銷和Φ12（+0.2，0）mm配合孔的最小間隙為：

式中，Δ1min為圓柱銷和Φ35（+0.05，0）mm孔的最小間隙，即0.003mm，D2為與菱形銷配合孔的最小直徑，即Φ12 mm。因此，計(jì)算可得Δ2min=0.079 mm。

計(jì)算菱形銷直徑的公稱尺寸為d2=D2-Δ2min，計(jì)算可得d2=11.921 mm。

圖3 菱形銷結(jié)構(gòu)圖

2.2 檢測(cè)部位計(jì)算

檢測(cè)部位綜合公差Tt=TD+t○M=0.05+0.6=0.65 mm，其中TD為被測(cè)要素Φ30（-0.05，-0.10）mm軸的尺寸公差，t○M為此軸的位置公差即0.6 mm。

查詢表1可得，檢測(cè)部位尺寸公差Tl=0.012 mm，檢測(cè)部位允許的最小磨損量Wl=0.012 mm。根據(jù)《功能量規(guī)》 （GB/T 8069—1998）中的功能量規(guī)檢測(cè)部位的基本偏差數(shù)值表，可對(duì)檢測(cè)部位的基本偏差數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。由于本量規(guī)的基準(zhǔn)類型屬于一個(gè)平表面和一個(gè)中心要素型，檢驗(yàn)部位屬于插入型機(jī)構(gòu)，所以測(cè)量部位的基本偏差F1=0.063 mm。

檢測(cè)部位的基本尺寸DlB=dM+t○M，dM為軸的最大實(shí)效尺寸，即Φ29.95 mm，計(jì)算可得DlB=Φ30.55 mm。

檢測(cè)部位的尺寸Dl=(DlB-F1)0+TL，計(jì)算可得。檢測(cè)部位的磨損極限尺寸D1W=(DlB-F1)+(Tl+Wl)，計(jì)算可得D1W=30.511 mm。

2.3 導(dǎo)向部位計(jì)算

導(dǎo)向孔為襯套形式，在檢具體中的配合方式為過盈配合。它的導(dǎo)向孔的基本尺寸由設(shè)計(jì)者自行確定，本設(shè)計(jì)選用的基本尺寸DGB=38 mm。

查詢表1，可得導(dǎo)向部位尺寸公差TG=0.008 mm，導(dǎo)向部位允許最小磨損量WG=0.008 mm，導(dǎo)向部位最小公差Smin=0.005 mm，工作部位位置公差tG=0.02 mm，導(dǎo)向部位同軸度公差t′G=0.006 mm。

導(dǎo)向部位的尺寸為：

導(dǎo)向部位的磨損極限尺寸為

利用式（2）和式（3），計(jì)算可得DGW=38.016 mmm mm。

2.4 與導(dǎo)向孔配合的導(dǎo)向軸套的軸部位計(jì)算

導(dǎo)向軸套的軸部位基本尺寸dGB=DGB=38 mm，導(dǎo)向軸套的軸部位的極限尺寸為：

導(dǎo)向軸套的軸部位的磨損極限尺寸為：

代入數(shù)值，計(jì)算可得dG=37.9950-0.008mm，dGW=38.011 mm。

吸油管總成位置度量規(guī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，如圖4所示。

圖4 吸油管總成位置度量規(guī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

3 材料的選擇

此量規(guī)由檢具體、定位件、檢測(cè)件以及導(dǎo)向件等組成。通過上述計(jì)算可知，量規(guī)的準(zhǔn)確度要求較高，且制備完成后需長(zhǎng)期服務(wù)于車間生產(chǎn)一線檢測(cè)，因此量規(guī)需保證一定的耐磨性和穩(wěn)定性。檢具體部件采用45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)后焊接，最后在五面體上加工保證尺寸的精度。定位件、檢測(cè)件和導(dǎo)向件均采用T10A工具鋼，表面滲碳淬火處理，保證硬度在60～62 HRC，最后對(duì)量規(guī)非工作面進(jìn)行防銹處理[4-5]。

4 拓展延伸

經(jīng)調(diào)研，公司共有3種結(jié)構(gòu)相似的吸油管總成。除吸油管有區(qū)別外，其零件和相應(yīng)的位置尺寸公差均一致。因此，在此量規(guī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，遵循避免干涉原則，可考慮增加2個(gè)導(dǎo)向孔與導(dǎo)向件，將此3種吸油管總成放在同一副量規(guī)上進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)一檢多用的目的，從而減少量規(guī)的制造成本，如圖5所示。

圖5 油管檢測(cè)圖

5 使用與保養(yǎng)要求

量規(guī)在日常使用中要定期維護(hù)保養(yǎng)，確保工作環(huán)境干燥，保證量規(guī)的外部清潔，防止磕碰，將需要拆卸的活動(dòng)零部件放置在對(duì)應(yīng)的位置上。記錄接近磨損極限的元件，時(shí)刻留意觀察，避免其超出磨損極限要求。

6 結(jié)語

通過將產(chǎn)品尺寸公差要求轉(zhuǎn)換為位置度尺寸要求，結(jié)合功能量規(guī)的設(shè)計(jì)理念制備相應(yīng)的量規(guī)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品尺寸精度的快速檢驗(yàn)，得到了公司的實(shí)踐驗(yàn)證，結(jié)果精準(zhǔn)可靠，操作簡(jiǎn)易，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了保障。經(jīng)測(cè)量，該量規(guī)的單件檢測(cè)時(shí)間比傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量縮短近16 min，可進(jìn)行有效代替。