一種檢測用浮動式V 形塊的研究

李雨潞，張燕紅

（山東華宇工學院，山東德州 253034）

0 引言

軸類零件是工業制造中經常遇到的典型零件之一，主要用于傳動零部件的支撐、傳遞扭矩和承受載荷。軸類機械零件加工過程中需要檢測其幾何精度，主要檢測項目包括零件的圓度、圓柱度、端面跳動、軸向跳動和綜合跳動等。V 形塊在尺寸檢測中是一種常用的支撐結構，適用于精密軸類零部件的劃線、定位、檢測等用途[1]。由于V 形塊需要一定的承載力，通常采用鑄鐵材料、大理石材料或鋼制，以至于V 形塊的重量較大。傳統方式檢測不同長度工件時，調整V 形塊的間距費時費力，單純靠人工體力很難搬運，需要借助專用吊裝工具。市場中未出現過類似應用型商品，亟需一種便于調節V 形塊間距的檢測用浮動式V 形塊。

1 研究V 形塊的背景

1.1 國外背景

在一般情況下，一個零件的圓柱度形狀誤差的測量是在圓度儀上進行的，它的評定主要是由零件母線的直線度形狀誤差、被測零件數個截面的圓度形狀誤差及半徑誤差等幾項給出，評定及測量精度有限。在使用圓度儀進行圓柱度形狀誤差測量時，不僅要求該圓度儀有很高的回轉精度，而且要求導軌具備很高的直線運動精度，還要求導軌和回轉軸線之間的平行度很高。例如Talyrond300 型圓度儀雖具有極高的精度，但隨著零件長度的增加，誤差逐漸增大，這在精度測量上是不能被接受的。因此，傳統的圓柱度形狀誤差測量方法難以達到要求。

國內外的學者在這方面做了很大的努力，波蘭凱爾采工業大學（Kielce University of Technology）的一些學者提出了采用“V 形塊法”用于軸類零件圓柱度誤差的測量，文獻［2］公開了該方法，并采用該方法設計出試驗裝置。將該裝置測量得出的數據與傳統方法得到的數據進行比較，定性定量地評定該裝置測量所得數據的準確性，成功驗證了“V 形塊法”的可行性。但是，該文獻公開的試驗裝置采用的是自主加工的V 形塊，不具有通用性，不能廣泛適用于各類軸類零件的測量；該機構結構較復雜，操作不方便；測量傳感器固定在支撐基座，不利于靈活調整傳感器的偏擺角。

1.2 國內背景

（1）將被測工件放在V 形塊中進行測量。測量時，被測工件在V 形塊中回轉一周，從測微儀（比較儀）中讀出最大示值和最小示值，這兩值之差的一半就是被測工件外圓的圓度誤差。這種方法費時費力，而且只適于測量有奇數棱邊形狀誤差的外圓。

（2）中國科學技術大學有一項發明，由V 形塊、傳感測頭和數字顯示器構成。其特征在于支承傳感測頭的夾固滑塊，以滑動傳動副的形式，與V 形塊的一外側面連結在一起。滑動副上有非標準游標，根據被測零件的直徑大小調節游標，便可進行測量。但此種設備價格昂貴、成本高，不便于在生產制造中降低成本[3]。

（3）常州工學院有一篇文章，其中采用浮動式V 形塊，減少圓柱面的通槽加工誤差，文章分析了常用固定V 形塊獨立限位造成定位誤差的原因。在通過探究支承板限位的定位誤差和定位元件不同固定形式的定位誤差的基礎上，提出了一種新定位方案。通過計算和比較得出，新方案的定位誤差小于用V 形塊獨立限位的定位誤差。該文章突出了浮動式V 形塊在測量上的優勢，但是其研究方向與本文的浮動式V 形塊的研究方案不同，本文旨在節省測量時間。

1.3 對比結果

從國內外情景分析，該產品的設計能夠一定程度上彌補該領域在市場上的空白，能較好地帶來經濟效益。

2 設備設計的意義

2.1 省時省力

生產準備減少的核心是生產準備時間（Set Up Time）的減少，生產準備時間是指在一臺機床從完成上一種產品最后一個零件開始至完成另一種產品的備件加工所花費的時間[4]，包括：刀（模）具準備及更換，機床調整，工件的取放及裝卸，首件試加工，首件檢測等項作業所需要的時間。如果能夠節省工件檢測的時間那么將提高工作效率，降低人力物力成本，為企業帶來更大利益。

2.2 機械原理

該項目采用一對V 形塊浮動式支撐機構，當檢測工件時，基座的下方的端面抵在檢測平臺上，檢測后去除工件，基座的下端面與檢測平臺分離，使一對V 形塊相向或背向移動，即調節一對V 形塊的間距以適應不同長度工件的檢測（圖1）。浮動式支撐機構的軸承外圈壁抵在檢測平臺的上端面，配合導向槽和導向條，利用軸承的滾動摩擦，摩擦因數小，便于移動一對V 形塊的位置。壓蓋和壓塊之間形成壓緊間隙，壓蓋向下壓緊彈簧，將基座的下端面抵在檢測平臺的上端面，操作完成后在彈簧的作用力下回復到初始狀態。

圖1 一種檢測用浮動式V 形塊結構

2.3 成本低廉

V 形塊可以用于軸類檢驗、校正、劃線，檢驗工件垂直度、平行度。材料主要有鑄鐵、大理石和鋼制等。V 形塊按JB/T 8047—2007《V形塊（架）》標準制造，也稱為V 形架，常用的有三口V 形塊、單口V形塊和五口V 形塊[5]。V 形塊采用優質HT200、HT250 材料，鑄鐵V形塊的材料可以分為球鐵和灰鐵兩類，成對供應。作為一種檢測用設備，V 形塊價格在幾十到幾千元不等，配合浮動式設備，價格也不會很高，在節省人力物力的基礎上節省了資金使用。

2.4 使用方法

檢測工件時，基座下方的端面抵在檢測平臺上，檢測完后取走工件，基座的下端面脫離檢測平臺，利用軸承的滾動摩擦，使這一對V 形塊得以相向或背向移動順利調整間距，以適應不同長度工件的檢測。

3 一種浮動式V 形塊的研究

3.1 結構構造設計

一對V 形塊相對設置在所述檢測平臺的頂部，V 形塊上形成一道開口向上的V 形槽，以支撐待測工件。每個V 形塊的底部均連接有基座，基座與檢測平臺之間可以滑動，使一對V 形塊相向或背向移動。基座上設置有開口向下的導向槽，檢測平臺上設置有與導向槽相適配的導向條，以使一對V 形塊相向或背向移動。4 個浮動支撐機構設置在基座的四個邊角處，以使基座與檢測平臺之間形成一定的浮動間隙。

浮動支撐機構包括一對壓蓋、一對彈簧、一對浮動壓塊和支撐件，壓蓋與基座通過多個緊固件固定，浮動壓塊與基座可滑動連接，壓蓋和浮動壓塊成對設置且組合成容納腔，腔內設置彈簧。彈簧的第一端與壓蓋固定連接，第二端與浮動壓塊固定連接，支撐件的底部抵在檢測平臺的上端面。壓蓋與浮動壓塊之間形成壓緊間隙，壓緊間隙的高度不低于浮動間隙的高度，檢測待測工件時壓蓋朝向浮動壓塊移動，以使基座的下端面抵在檢測平臺的上端面。

基座上設置有移動槽，以使支撐件驅動一對V 形塊相向或背向移動。支撐件包括軸承和與壓塊固定連接的浮動軸，軸承設置在移動槽內，并環設在浮動軸的外壁上，軸承的外圈壁抵在檢測平臺的上端面。浮動軸與基座可滑動連接，一對壓塊的底部分別與浮動軸兩端的外壁固定連接。壓塊與軸承之間設置有與軸承的外圈相適應的隔套。緊固件為內六角螺栓，且緊固件的上端面略低于壓蓋的上端面。V 形槽的夾角α 為90°～120°。

3.2 創新設計

本項目提出一種檢測用浮動式V 形塊，采用浮動支撐結構，把滑動摩擦變為滾動摩擦，減小了摩擦因數，利于V 形塊調整及檢測。

4 結束語

本項目的主要研究成果是解決V 形塊調整時費事費力的問題，將傳統滑動摩擦通過彈簧系統改為滾動摩擦，同時保證可靠性，充分發揮該種檢測用浮動式V 形塊的功能，提高檢測效率。