機械制造工藝裝備項目5齒輪加工工藝裝備

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1、項目5 齒輪加工工藝裝備任務5.1項目要求與分析 (1)項目要求 確定如圖5.1所示咸陽機床廠M9116萬能工具磨床三聯(lián)齒輪零件的工藝裝備。 (2)項目分析 M9116工具磨床為小批量生產(chǎn),生產(chǎn)條件為通用設備及工具,三聯(lián)齒輪零件安裝在磨床的頭架內,每臺機床只需要一個。M9116工具磨床三聯(lián)齒輪零件作為磨床頭架部件中的一個傳動零件,是按照一定的速比傳遞運動和動力,以驅動工件轉動;其結構、精度、選材、熱處理及機械加工工藝具有與一般齒輪類零件相同 的要求。 1)圓柱齒輪的功用與結構特點 齒輪是機械傳動中應用極為廣泛的傳動零件之一,其功用是按照一定的速比傳遞運動和動力。 齒輪的結構因其使用要求不同而具

2、有各種不同的形狀和尺寸,但從工藝觀點大體上可把它們分為齒圈和輪體兩大部分。齒圈上分布著所需要的各種齒形,而輪體上則設有安裝用的孔或軸頸。按照齒圈上輪齒的分布形式,可分為直齒、斜齒和人字齒輪等;按照輪體的結構特點,齒輪可大致分為盤形齒輪、套筒齒輪、內齒輪、軸齒輪、扇形齒輪及齒條(即齒圈半徑無限大的圓柱齒輪)等,如圖5.2所示。其中,盤類齒輪應用最廣。 圖5.2圓柱齒輪的結構形式 2)圓柱齒輪傳動的精度要求 齒輪本身的制造精度對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大影響。根據(jù)其使用條件,齒輪傳動應滿足以下4項精度要求: 傳遞運動的精確性 傳遞運動的平穩(wěn)性 載荷分布的均勻性 齒側間隙的合理性

3、 以上4項精度要求應根據(jù)齒輪傳動裝置的用途和工作條件等予以合理地確定。 齒輪的幾何參數(shù)較多,不同參數(shù)的誤差可能影響齒輪傳動的某項精度要求。因而齒輪加工中需檢驗的參數(shù)也就較多。國家于1989年頒布了幾經(jīng)修訂的新的齒輪精度標準漸開線圓柱齒輪精度標準(GB 10095 1988),其檢驗項目共15個。按這些項目的誤差特性及其對傳動性能的主要影響,標準中將單個齒輪的公差與極限偏差項目劃分成3個公差組,具體見表5.1。 表5.1中,Fi切向綜合公差;Fp齒距累計公差;Fpk K個齒距累計公差;F i徑向綜合公差;Fr齒圈徑向跳動公差;Fw公法線長度變動公差;fi切向齒綜合公差;f i徑向齒綜合公差;ff

4、齒形公差;fpt齒距極限偏差;fpb基節(jié)極限偏差;ff 螺旋線波度公差;F 齒向公差;Fb接觸線公差;Fpx軸向齒距極限偏差。 在齒輪的3個公差組中,每一組的各項指標的誤差特性是相近的,為簡化檢驗項目,標準中又將各公差組分成若干檢驗組,生產(chǎn)中可根據(jù)齒輪副的工作要求和生產(chǎn)規(guī)模,在各公差組中選一合適的檢驗組進行檢驗。例如,對8級及8級以上的齒輪精度,可選擇下列檢驗組: 第公差組:F i或Fp。 第公差組:fi或ff與fpb或ff與fpt。 第公差組:F或Fb或Fb與Fpx。 以上各項目的定義及檢驗項目可參見有關標準和手冊。 影響齒輪副側隙的因素是中心距偏差和齒厚(或公法線平均長度)極限偏差,加工時

5、應將這兩項偏差控制在規(guī)定的范圍內。 3)常用齒輪的材料和毛坯 齒輪材料的種類很多,由于這些材料可通過適當?shù)臒崽幚韥砀纳茩C械性能,提高齒輪的承載能力和耐磨性,以滿足齒輪的不同要求。實際生產(chǎn)中常用的材料有以下4種: 中碳結構鋼(如45鋼)進行調質或表面淬火。主要適用于低速、輕載或中載的一般用途的齒輪。 中碳合金結構鋼(如40Cr)進行調質或表面淬火。適用于速度較高、載荷大及精度較高的齒輪。某些高速齒輪,為提高齒面的耐磨性,減少熱處理后變形,不再進行磨齒,可選用氮化鋼(如38CrMo-AlA)進行氮化處理。 滲碳鋼(如20Cr和20CrMnTi等)進行滲碳或碳氮共滲。適用于高速、中載或有沖擊載荷的齒

6、輪。 鑄鐵及其他非金屬材料(如夾布膠木與尼龍等)。這些材料強度低,容易加工,適用于一些較輕載荷下的齒輪傳動。 M9116模具工具磨床上頭架上的這個三聯(lián)齒輪選用45鋼制成。 齒輪加工中根據(jù)不同的目的,可安排以下兩種熱處理工序: 毛坯熱處理。在齒坯粗加工前后安排預備熱處理,其主要目的是消除鍛造及粗加工引起的殘余應力、改善材料的可切削性能和提高綜合力學性能。齒坯熱處理常采用正火或調質。齒輪正火一般都安排在粗加工之前,而調質則多安排在齒坯粗加工之后。 齒面熱處理。齒形加工后,為提高齒面的硬度和耐磨性,常進行滲碳淬火、高頻感應加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。 齒輪毛坯的選擇決定于齒輪的材料、結構形

7、狀、尺寸大小、使用條件以及生產(chǎn)批量等多種因素。對于鋼質齒輪,除了尺寸較小且不太重要的齒輪直接采用軋制棒料外,一般均采用鍛造毛坯。生產(chǎn)批量較小或尺寸較大的采用自由鍛造;生產(chǎn)批量較大的中小齒輪采用模鍛。對于直徑很大且結構比較復雜、不便鍛造的齒輪,可采用鑄鋼毛坯。鑄鋼齒輪的晶粒較粗,力學性能較差,且加工性能不好,故加工前應先經(jīng)過正火處理,消除內應力和硬度的不均勻性,以改善切削加工性能。 M9116工具磨床頭架上的這個三聯(lián)齒輪毛坯的材料選擇棒料。棒料主要用于小尺寸、結構簡單且對強度要求不太高的齒輪。棒料的毛坯外形尺寸為70 mm38 mm。 4)齒輪加工工藝 如圖5.1所示為M9116工具磨床頭架上的

8、一個三聯(lián)齒輪,材料為45鋼,精度等級為7級,小批生產(chǎn),其技術要求如圖5.1所示,加工工藝過程如表5.2。 從表5.2可知,齒輪加工大致要經(jīng)過毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、熱處理、精基準修正及齒形精加工等。概括起來為齒坯加工、齒形加工、熱處理及齒形精加工4個主要步驟。 5)齒輪加工常用的工藝裝備 夾具、刀具、量具、工具的選擇直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)率和制造成本,應根據(jù)不同情況適當選擇。 通過工藝過程的分析,結合現(xiàn)有生產(chǎn)條件和工序要求,齒輪加工常用的工藝裝備見表5.3。 任務5.2齒輪加工的夾具 夾具選擇應與設備相適應,應與工序的精度要求相適應;小批生產(chǎn)時,盡量選擇通用夾具,大批生

9、產(chǎn)時,為提高生產(chǎn)率,盡可能選擇專用夾具。 (1)齒坯加工常用的夾具 齒坯外形的加工,特別是精加工多采用以內孔定位的各種心軸。齒坯加工中常用的心軸結構形式、特點及應用見表5.4。 1)以工件的內孔和端面作為定位基準 如圖5.3所示,工件的內孔套在專用的心軸上,端面靠近支承元件,采用螺母壓緊。這種裝夾方式生產(chǎn)效率高,但要求工件具有較高的齒坯精度和專用的心軸。一般專用心軸可隨工件基準孔的大小而更換,而且制作精度高,費用也大,故適合大批量生產(chǎn)。心軸的結構如圖5.4所示,其精度和表面粗糙度要求見表 5.5。 圖5.3滾齒夾具圖5.5心軸找正圖5.4心軸 夾具在滾齒機工作臺上安裝時,可根據(jù)表5.6所列的要

10、求,按如圖5.5所示的部位檢查A,B,C 3點的跳動量,A,B之間的距離為150 mm。 使用這種夾具滾齒時,由于安裝調整夾具時,心軸與機床工作臺回轉中心不重合;齒坯內孔與心軸間有間隙,安裝時偏向一邊;基準端面定位不好,夾緊后內孔相對工作臺中心產(chǎn)生偏斜如圖5.6所示,從而使切齒時產(chǎn)生齒輪的徑向誤差。 為提高定心精度,可采用精密可脹心軸以消除配合間隙,還可將夾具的定位與夾緊分開,如圖5.7所示。圖5.6端面定位不好引起幾何偏心1齒坯;2心軸 圖5.7定位與夾緊分開的夾具1定位套;2雙頭螺柱 2)以工件的外圓和端面作為定位基準(見圖5.8)。在這種情況下工件的內孔與心軸之間的間隙較大,將工件套在心

11、軸上,用千分表按照工件外圓找正后夾緊。采用這種方法由于對每個加工工件都必須找正,故其生產(chǎn)率較低。一般適用于單件、小批生產(chǎn)。 圖5.8外圓找正1定位套;2雙頭螺柱 任務5.3齒輪加工的刀具 (1)齒輪成形加工刀具 常用的成形齒輪刀具有盤形銑刀和指狀銑刀。后者適用于加工大模數(shù)的直齒、斜齒齒輪,特別是人字齒輪。圖5.9(a)中的刀具為盤形齒輪銑刀。 圖5.9直齒圓柱齒輪的成形銑削 (2)滾刀 1)滾齒原理 如圖5.10所示為用齒輪滾刀加工齒輪的原理示意圖,齒輪滾刀相當于一個經(jīng)過開槽和鏟齒的蝸桿,具有許多切削刃并磨出后角。 圖5.10滾齒原理示意圖 2)滾刀 在齒面的切削加工中,齒輪滾刀的應用范圍很廣

12、,可用來加工外嚙合的直齒輪、斜齒輪、標準及變位齒輪。其加工齒輪的范圍大,模數(shù)為0.140 mm的齒輪,均可用齒輪滾刀加工。用一把滾刀就可加工同一模數(shù)任意齒數(shù)的齒輪。 從滾齒加工原理可知,齒輪滾刀是一個蝸桿形刀具。滾刀的基本蝸桿有漸開線、阿基米德和法向直廓3種。理論上講,加工漸開線齒輪應用漸開線蝸桿,但其制造困難;而阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線,容易制造,生產(chǎn)中常用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿。為了形成切削刃的前角和后角,在蝸桿上開出了容屑槽,并經(jīng)鏟背形成滾刀。 標準齒輪滾刀精度分為4級:AA,A,B,C。加工時,應按齒輪要求的精度,選用相應的齒輪滾刀。一般,AA級滾刀可加工6 7級精度齒輪;

13、A級可加工7 8級精度齒輪;B級可加工8 9級精度齒輪;C級可加工9 10級精度齒輪。 3)滾刀的安裝與調整 滾齒時,為了切出準確的齒廓,應當使?jié)L刀的螺旋線方向與被加工齒輪的齒面線方向一致,滾刀和工件處于正確的嚙合位置。因此,需將滾刀軸線與被切齒輪端面安裝成一定的角度,稱作安裝角。當加工直齒圓柱齒輪時,滾刀安裝角等于滾刀的螺旋升角。圖5.11(a)是用右旋滾刀加工直齒圓柱齒輪的安裝角,圖5.11(b)是用左旋滾刀加工直齒圓柱齒輪,圖5.11中的虛線表示滾刀與齒坯接觸一側的滾刀螺旋線方向。 圖5.11滾切直齒圓柱齒輪時滾刀安裝角 (3)插齒刀 插齒和滾齒一樣是利用展成法原理來加工齒輪。插齒刀實質

14、上是一個端面磨有前角,齒頂及齒側均磨有后角的齒輪。插齒時,刀具沿工件軸線方向作高速的往復直線運動,形成切削加工的主運動,同時還與工件作無間隙的嚙合運動,在工件上加工出全部輪齒齒廓。在加工過程中,刀具每往復一次僅切出工件齒槽的很小一部分,工件齒槽的齒面曲線是由插齒刀切削刃多次切削的包絡線所形成的,如圖5.15所示。 圖5.15 標準插齒刀分為3種類型,如圖5.16所示。 圖5.16 任務5.4零件檢驗的常規(guī)量具 由于現(xiàn)代機械制造中,零件的品種多、數(shù)量少、加工對象經(jīng)常變換,因此在技術要求允許的情況下,應盡量采用常規(guī)量具來檢驗零件。 (1)尺寸精度的測量用具 現(xiàn)代機械制造中,常用的測量用具如下: 1

15、)游標量具 游標量具是應用較廣泛的通用量具,具有結構簡單、使用方便、測量范圍大等特點。它利用游標和尺身相互配合進行測量和讀數(shù)。根據(jù)用途不同,游標量具可分為游標卡尺、游標深度尺與游標高度尺。它們的讀數(shù)原理相同,不同的是測量面位置不同,各類游標量具的分度值有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm等。游標卡尺用于測量工件的內徑、外徑、寬度、厚度、孔距、高度及深度;游標深度尺用于測量孔(階梯孔、盲孔)和槽的深度、臺階高度以及軸肩長度;游標高度尺用于測量零件的高度和劃線。游標卡尺根據(jù)結構不同,可分為雙面量爪游標卡尺、三用游標卡尺和單面量爪游標卡尺,如圖5.17所示。 圖5.17常用游標量具1尺身;

16、2輔助游標;3,4螺釘;5上量爪;6下量爪;7游標;8螺母;9小螺桿 游標卡尺的規(guī)格如下: 雙面量爪游標卡尺。測量范圍有0200 mm和0300 mm兩種。 三用游標卡尺。測量范圍有0125 mm和0150 mm兩種。 單面量爪游標卡尺。測量范圍較大,可達1 000 mm。 游標卡尺按其能測量的精度不同,可分為0.1 mm,0.05 mm和0.02 mm 3種。這3種游標卡尺的尺身刻度間隔是相同的,即每小格1 mm,每大格10 mm。所不同的是游標與尺身相對應的刻線寬度不同。 游標卡尺的讀數(shù)原理: 精度為0.1 mm的游標卡尺。如圖5.18所示 。數(shù)值0.1mm即為游標卡尺的讀數(shù)精度。 精度為

17、0.05 mm的游標卡尺。如圖5.19所示, 此種游標卡尺的讀數(shù)精度為0.05 mm。圖5.18精度為0.1 mm的游標卡尺讀數(shù)原理圖5.19精度為0.05 mm的游標卡尺讀數(shù)原理 精度為0.02 mm的游標卡尺。如圖5.20所示,尺身每小格1 mm,當兩測量爪合并時,尺身上49 mm剛好等于游標上50格,則游標每格刻線寬度為0.98 mm(49 mm/50),尺身與游標每格相差0.02 mm(1 mm-0.98 mm),故此種游標卡尺的讀數(shù)精度為0.02 mm。 游標卡尺的讀數(shù)方法是:使用游標卡尺測量工件時,應先弄清游標的精度和測量范圍。 圖5.20精度為0.02 mm的游標卡尺讀數(shù)原理 游

18、標卡尺上的零線是讀數(shù)的基準,在讀數(shù)時,要同時看清尺身和游標的刻線,兩者應結合起來讀。其具體步驟如下: 讀整數(shù)。在尺身上讀出位于游標零線前面最接近的讀數(shù),該數(shù)是被測件的整數(shù)部分。 讀小數(shù)。在游標上找出與尺身刻線相重合的刻線,將該線的順序數(shù)乘以游標的讀數(shù)精度值所得的積,即為被測件的小數(shù)部分。 求和。將上述兩次讀數(shù)相加即為被測件的整個讀數(shù)。 例如,讀出如圖5.21所示的讀數(shù)精度為0.05 mm的游標卡尺測量數(shù)值。 圖5.21精度為0.05 mm的游標卡尺讀數(shù)法 游標卡尺的正確使用方法如下: 按照零件尺寸的精度選擇相應精度的游標卡尺。一般情況下,精度為0.02 mm的游標卡尺用于測量IT16 IT12

19、級公差等級的零件;精度為0.05 mm的游標卡尺用于測量IT16 IT13級公差等級的零件;精度為0.1 mm的游標卡尺用于測量IT16 IT14級公差等級的零件。 在測量前,要對游標卡尺進行檢查,使尺身和游標的零位對齊,觀察兩量爪測量面的間隙, 一般情況下,精度為0.02 mm的游標卡尺的間隙應不大于0.006 mm;精度為0.05 mm和0.1 mm的游標卡尺的間隙應不大于0.01 mm,若不符合要求,則應送檢修而不能使用。 當測量外徑和寬度時,游標卡尺的測量爪應與被側表面的整個長度相接觸,要使游標卡尺的量爪平面和被測直徑垂直或與被測平面平行,如圖5.22所示。 圖5.22測量外徑和寬度的

20、方法 測量內孔直徑時,應使量爪的測量線通過孔心,并輕輕擺動找出最大值,如圖5.23所示。 用帶深度尺的游標卡尺測量孔深或高度時,應使深度尺的測量面緊貼孔底,而游標卡尺的端面與被測件的表面接觸,且深度尺要垂直,不可前后左右傾斜,如圖5.24所示。 圖5.23測量內徑的方法圖5.24測量深度的方法 游標卡尺的維護與保養(yǎng)如下: 游標卡尺作為較精密的量具不得隨意當作他用,如將游標卡尺的量爪當作劃針、圓規(guī)和螺釘旋具等使用。 移動卡尺的尺框和微動裝置時,既不要忘記松開緊固螺釘,也不要送得過量,以免螺釘脫落丟失。 測量結束后要將游標卡尺平放,尤其是大尺寸的游標卡尺,否則會造成尺身彎曲變形。 發(fā)現(xiàn)游標卡尺受到

21、損傷后應及時送計量部門修理,不得自行拆修。 游標卡尺使用完畢后,要擦凈上油,放在游標卡尺盒內,避免生銹或弄臟。 2)千分尺 千分尺是一種應用廣泛的精密量具,其測量精確度比游標卡尺高。其結構形式和規(guī)格多種多樣,都是利用精密螺旋副傳動原理,把螺桿的旋轉運動變成直線位移來測量尺寸。通常其刻度值為0.01 mm。按其用途分為外徑千分尺、內徑千分尺和深度千分尺。其外形如圖5.25所示。 圖5.25千分尺外形圖(a)1弧形刀架;2固定測墊;3測量桿;4固定套筒;5微分筒;6棘輪式測量力衡定機構(b)1量頭;2套筒;3微分筒(c)1橫尺;2固定套筒;3測量桿;4微分筒;5棘輪式測量力衡定機構;6鎖緊螺母 3

22、)杠桿式卡規(guī)和杠桿式千分尺 杠桿式卡規(guī)：杠桿式卡規(guī)主要用于相對測量(又稱為比較測量)。在有些場合,也能夠直接測量工件的形狀誤差和位置誤差,例如圓度、圓柱度、平行度等。 杠桿式卡規(guī)的外形及結構如圖5.26所示。它是利用杠桿和齒輪傳動被測量值的誤差進行放大,在刻度盤4上示值,常用規(guī)格的刻度值有0.002 mm和0.005 mm兩種。 圖5.26杠桿式卡規(guī)1蓋子;2退讓按鈕;3公差指示器;4刻度盤;5指針;6套筒;7螺釘;8滾花螺母;9碟形彈簧;10可調測墊;11活動測墊;12壓縮彈簧;13杠桿;14扇形齒輪器;15游絲;16齒輪 杠桿式千分尺：杠桿式千分尺是由普通千分尺的微分筒和杠桿式卡規(guī)的指示機

23、構兩部分組成的精密量具,如圖5.27所示。常用規(guī)格的刻度值為0.001 mm和0.002 mm兩種,指示機構示意范圍為0.06 mm。它既能用作相對測量,也可用于絕對測量。 圖5.27杠桿式千分尺 4)千分表 千分表是一種指示式量具,可用來測量工件的形狀誤差和位置誤差,也可用相對法測量工件的尺寸。它可分為鐘表式千分表和杠桿式千分表兩種。 鐘表式千分表：鐘表千分表如圖5.28所示。利用齒輪-齒條傳動,將測量桿的微小位移,轉變?yōu)橹羔樀慕俏灰啤Ｆ淇潭戎禐?.001 mm和0.002 mm兩種。 圖5.28鐘表式千分表 杠桿式千分表：刻度值為0.002 mm的杠桿式千分表如圖5.29所示。當球面測桿7

24、向左擺動時,撥桿6推動扇形齒輪5上的圓柱銷C使扇形齒輪5繞軸B逆時針轉動,此時圓柱銷D與撥桿6脫開。當球面測桿7向右擺動時,撥桿6推動扇形齒輪5上的圓柱銷D使扇形齒輪5繞軸B逆時針轉動,此時圓柱銷C與撥桿6脫開。這樣,無論球面測桿7向左或向右擺動,扇形齒輪5總是繞軸B逆時針方向轉動。扇形齒輪5再帶動小齒輪1以及同軸的端面齒輪2,經(jīng)小齒輪4由指針3在刻度盤指示出數(shù)值。 圖5.29杠桿式千分表1,4小齒輪;2端面齒輪;3指針;5扇形齒輪;6撥桿;7球面測桿 5)比較儀 比較儀又稱測微儀,以量塊作為長度基準,按相對比較測量法來測量各種工件的外部尺寸。根據(jù)比較儀上測微表的原理與結構的不同,比較儀可分為

25、機械式、光學杠桿式和電動比較儀等?？潭戎狄话銥?.0010.002 mm,使用方法與普通千分表相似,但比較儀量程小、測量精度高,適用于精密測量。它主要用于高精度的圓柱形、球形等零件的測量,也可測量形狀誤差和位置誤差。比較儀通常裝在專用支架上,如圖 5.31所示。圖5.31比較儀測量支架 光學比較儀的結構組成：光學杠桿式比較儀也稱光學比較儀,有立式和臥式兩種。如圖5.32所示為立式光學比較儀。它主要由底座、立柱、支臂、目鏡及鏡管體、光管、圓形工作臺、測量頭及測量頭抬起杠桿組成。 圖5.32立式光學比較儀1公差極限指示調節(jié)手柄;2標尺外殼;3目鏡;4微動螺釘;5光管;6光管上下微動凸輪;7光管緊固

26、螺釘;8測頭提升杠桿;9工作臺10工作臺調整螺釘;11底座;12支臂上下移動調節(jié)螺母;13支臂;14支臂緊固螺釘;15立柱;16反射鏡;17測量頭 使用與調整步驟 比較儀使用與調整步驟如下: a.測量頭的選擇。測微儀備有3種類型測量頭,即球面形、平面形和刀刃形。測量時,應盡量滿足點接觸,因此測量平面或圓柱面工件時選球面測頭;測量小于10 mm圓柱體時選刀刃式測量頭;測量凸球面工件時選平面形測量頭。 b.工作臺的調整。測量時是以工作臺面作基準面。因此,臺面應與測量頭的移動方向垂直,可用工作臺調整螺釘來調整。 c.調整測微零點。根據(jù)被測零件和基本尺寸選擇量塊組并置于測量頭17下的臺面上,通過轉動支

27、臂上下移動調節(jié)螺母12使支臂下降接近量塊,此為粗調節(jié);轉動調節(jié)微動凸輪6及轉動微動螺釘4使目鏡3上零線影像與固定指標線重合,為細調節(jié)。調整時,還需按下測頭提升杠桿8,使測量頭起落數(shù)次,微調微動螺釘4使零刻線與指針重合穩(wěn)定。調整結束按下測頭提升杠桿8,取下量塊組。 d.測量方法。將工件靠在工作臺面上,在測量頭下找穩(wěn)定值。對于圓柱形工件應慢慢滾過測量頭,并讀出儀器指示的最大值(即實 際偏差)。根據(jù)工件極限偏差判斷工件的合格性。 (2)形位誤差測量用具 測量形位誤差的常用量具和檢具有水平儀、平板、測量指示表及萬能表架等,也可利用工具顯微鏡、三坐標測量機、投影儀等測量儀器。 1)水平儀 水平儀是一種測

28、量工件表面相對水平面傾斜微小角度值的測量器具,主要用于測量直線度和垂直度,可在調整安裝設備水平或垂直位置時使用。水平儀常用的種類為框式水平儀和光學合像水平儀。 框式水平儀：框式水平儀主要用于測量工件直線度和垂直度,在安裝和檢修機器時也常用于找正機器的安裝位置。 A.框式水平儀結構 框式水平儀如圖5.33所示, 由框架與水準器兩部分組成。框架的測量面有平面和V形槽兩種,V形槽可用于圓柱面上進行測量?？蚣芩闹艿臏y量面相互垂直,可用于測量工件垂直面誤差。圖5.33框式水平儀1橫水準器;2框架;3手把;4主水準器;5蓋板;6零位調整 圖5.34水平儀的工作原理 C.使用方法 水平儀的精度一般是以氣泡移

29、動一格,水平儀在1 m長度上傾斜的高度差H表示。例如,精度為0.02/1 000的框式水平儀,氣泡向左或向右移動一格,則在水平一邊框200 mm的長度上,兩端的高度差h為h=200 mm(0.02/100)=0.004 mm 光學合像水平儀：如圖5.35所示為光學合像水平儀。它主要用于測量工件的直線度和平面度,在安裝和檢修機器時也可用于找正機器的安裝位置。與框式水平儀比較,其測量范圍大,可在工件的傾斜面上使用,但環(huán)境溫度變化對測量精度有較大的影響。 圖5.35光學合像水平儀1,4窗口;2轉動手柄;3微分盤;5底座;6玻璃管;7放大鏡;8合成棱鏡;9,11彈簧;10杠桿架;12指針;13測微螺桿

30、 2)指示表 在形位誤差測量中,中、小件工件表面的測量常以平板為測量基準,用指示表在被測面各位置上進行測量,稱打表測量法。 指示表的類型：常用的指示表有鐘表式百分表(分度值)0.01 mm)、鐘表式千分表(分度值0.001 mm,0.005 mm)、杠桿百分表(分度值0.01 mm)和杠桿千分表(分度值0.002 mm)等類型。各種指示表外形如圖5.36所示。 圖5.36指示表外形圖 測量過程及數(shù)據(jù)處理方法 使用打表測量,通常以平板表面模擬基準。在進行垂直度及傾斜度測量時,還常通過方箱或導柱將基準面進行轉換,使被測面(線)轉至與測量基準平行,用測平行度方法測量。測量時,應在整個測量面上打表,取

31、打表讀數(shù)的最大變動量為定向誤差值。 (3)角度、錐度測量用具 角度和錐度的測量,可進行直接測量和間接測量。直接測量的測量用具有角度樣板和錐度量規(guī)、萬能量角器、測角儀、光學分度頭、投影儀等。間接測量的測量用具有正弦尺、鋼球、圓柱、平板以及千分尺、指示表和萬能工具顯微鏡,可用于測量精度要求較高的角度和錐度。 1)角度樣板和錐度量規(guī) 角度樣板：如圖5.39所示角度樣板是檢驗外錐體用的角度樣板,它是根據(jù)被測角度的兩個角度的極限尺寸制成的,因此有通端和止端之分。 圖5.39角度樣板 錐度量規(guī)：如圖5.40所示為錐度量規(guī)結構,在量規(guī)的基面端處間距為m的兩刻線或小臺階,代表工件圓錐基面距公差。錐度量規(guī)一般用

32、于批量零件或綜合精度要求較高零件的檢驗。 使用錐度量規(guī)檢驗工件時,按量規(guī)相對于被檢零件端面的軸向移動量判斷,如果零件圓錐端面介于量規(guī)兩刻線之間則為合格。對于錐體的直徑、錐角和形狀(素線直線度和截面圓度)、精度有更高要求的零件檢驗時,除了要求用量規(guī)檢驗其基面距外,還要觀察量規(guī)與零件錐體的接觸斑點。 圖5.40錐度量規(guī)結構 2)正弦尺 正弦尺是錐度測量常用量具,分寬型和窄型,如圖5.41所示。它主要組成為安置零件的工作臺1,兩個圓柱3和支撐板2,4。兩圓柱中心距L有100 mm和200 mm兩種。 圖5.41正弦尺1工作臺;2,4支承板;3圓柱 (4)螺紋測量用具 螺紋的螺距誤差主要影響旋入性;牙

33、型誤差主要影響接觸均勻性;中徑誤差將影響旋入性或聯(lián)接可靠性和密封性。螺紋的測量可分為綜合測量和單項測量,螺紋的測量用具有螺紋量規(guī)、螺紋千分尺和工具顯微鏡等。 1)圓錐螺紋量規(guī) 用螺紋量規(guī)檢驗螺紋屬于綜合測量。這種方法可判斷螺紋工件的合格與否,而不能測出各參數(shù)的具體數(shù)值。圓錐螺紋工件在生產(chǎn)中,多采用錐螺紋量規(guī)檢驗。 圓錐螺紋量規(guī)的結構：圓錐螺紋量規(guī)的結構分檢驗內錐螺紋的塞規(guī)和檢驗外錐螺紋的環(huán)規(guī),塞規(guī)的大端和環(huán)規(guī)的小端具有臺階。按臺階的個數(shù),量規(guī)可為一階式和兩階式。如圖5.43所示為兩臺階式圓錐螺紋量規(guī)。 圓錐螺紋量規(guī)的使用：驗時,將圓錐螺紋量規(guī)旋入被測圓錐螺紋工件中,并且其端面位置的不齊程度不應

34、超過表示最大、最小尺寸的臺階。對于兩臺階式的量規(guī),其中間臺階面標志基面的正確位置,可用來判斷螺紋工 件的直徑是偏大或偏小。 圖5.43兩臺階式圓錐螺紋量規(guī)及其測量方法 2)螺紋千分尺 螺紋千分尺用于測量普通外螺紋的中徑。在結構上螺紋千分尺和外徑千分尺基本相同,只是測頭不同。如圖5.44所示,測頭一端為V形和牙尖吻合,另一端做成圓錐形與牙槽吻合,并帶有一套大小不同的可換測頭,以適應尺寸大小不同的螺紋測量。 由于測頭是根據(jù)牙形角和螺距的基本尺寸制造的,當被測工件存在螺距和牙形半角誤差時,測頭不能與工件很好吻合,并且千分尺本身精度有限,故測量誤差較大,可達0.050.2 mm,只適應工序間測量或低精

35、度的螺紋測量。 圖5.44螺紋千分尺 (5)表面粗糙度測量用具 1)表面粗糙度樣板當對表面粗糙度較大的工作表面進行近似評定時,可用如圖5.45所示的表面粗糙度樣板,它是用不同加工方法(如車、銑、刨、磨等)制成的,經(jīng)過測量確定其表面粗糙度讀數(shù)值的大小。 應用表面粗糙度樣板確定零件表面粗糙度時應注意: 表面粗糙度樣板的加工紋理方向及材料應盡可能與被測零件相同,否則易產(chǎn)生錯誤的判斷。 比較法多為目測,常用于評定低和中等粗糙度值,也可借助于放大鏡(R a1.60.4 m級用)、顯微鏡或專用的表面粗糙度比較顯微鏡進行比較(Ra0.4 m以上)。圖5.45表面粗糙度樣板 2)雙管顯微鏡 雙管顯微鏡又稱光切

36、法原理測量表面粗糙度的光學儀器,一般按Rz(也可按Rmax)評定Rz501.6 m級的表面粗糙度。對大型模具零件與內表面的粗糙度,可采用印模法復制被測表面模型,再用雙管顯微鏡進行測量。 構造及原理：我國生產(chǎn)的雙管顯微鏡有XSG,JSG-1型(9J型),其基本結構及原理如圖5.46所示。 圖5.46雙管顯微鏡構造及原理 任務5.5量規(guī) 量規(guī)是一種沒有刻度的專用檢驗工具。用量規(guī)檢驗零件時,可判斷零件是否在規(guī)定的檢驗極限范圍內,而不能得出零件的尺寸、形狀和位置誤差的具體數(shù)值。它的結構簡單、使用方便、可靠、檢驗效率高。 (1)量規(guī)的分類及形式 測量孔徑、軸徑的量規(guī)稱光滑極限量規(guī),如圖5.47所示。光滑

37、極限量規(guī)是一種沒有刻度的量具,是檢驗孔或軸所用極限量規(guī)的總稱,簡稱量規(guī)。它是模擬孔、軸裝配和工作狀態(tài)的標準樣件,有通規(guī)和止規(guī)。 通規(guī)用來判斷孔、軸的作用尺寸是否從公差帶內超出最大實體尺寸;止規(guī)用于判斷孔、軸任一位置的實際尺寸是否從公差帶內超出最小實體尺寸。檢驗時,通規(guī)能通過,止規(guī)不能通過,則表明孔、軸的作用尺寸和任一部位的實際尺寸在規(guī)定的極限尺寸范圍內,孔、軸合格。檢驗孔時用塞規(guī)(見圖5.47(a)、檢驗軸時用卡規(guī)(見圖5.47(b)。 圖5.47光滑極限量規(guī) 測量高度、深度及長度尺寸的量規(guī)分別稱為高度量規(guī)、深度量規(guī)及長度量規(guī),統(tǒng)稱為直線尺寸量規(guī)。直線尺寸量規(guī)的結構一般可分為整體式、臺階式和帶

38、表式3類,直線尺寸量規(guī)基本尺寸形式如圖5.48所示。量規(guī)的一端按被檢驗零件的最小實體尺寸制造為止規(guī),標記為Z0;量規(guī)的另一端按被檢驗零件的最大實體尺寸制造稱為通規(guī),標記為T0。臺階式量規(guī)上的臺階尺寸J是被測工件的公差值。 圖5.48直線尺寸量規(guī)形式 (2)量規(guī)的使用 量規(guī)的使用方法如下: 使用塞規(guī)和卡規(guī)時,通規(guī)能通過被檢驗零件,止規(guī)通不過被檢驗零件時說明零件是合格的。 整體式和臺階式直線尺寸量規(guī)只控制被檢驗工件的極限尺寸,通常用于檢驗精度較低的一般尺寸或粗加工尺寸,測量時整體式直線尺寸量規(guī)通常采用目測比較、接觸感覺及縫隙透光等方法判斷被目測零件尺寸是否合格。臺階式直線尺寸量規(guī)一般憑手?；蚪柚?/p>

39、刀口尺觀察透光縫隙,來判斷測量桿端面是否處于固定臺階尺寸J之間。 帶表式直線尺寸量規(guī)是用讀數(shù)裝置(如百分表等)指針擺動的大小,來代替臺階式量規(guī)的臺階尺寸J。因此,既可控制被檢工件的極限尺寸,又能讀出尺寸偏差的具體數(shù)值,可用于測量精度較高的工件。使用時,先用校準件調整量規(guī)上讀數(shù)裝置的指針起始位置,然后根據(jù)測量時指針的擺動范圍確定被測零件尺寸是否合格。 (3)光滑極限量規(guī)(GB 19571981) 光滑極限量規(guī)(GB 19571981)用于檢驗尺寸至500 mm,公差等級IT6IT16,有配合性質要求的孔、軸用量規(guī)。 1)量規(guī)的分類 光滑極限量規(guī)按其使用功能分為以下3種: 工作量規(guī)：在工件加工過程

40、中,操作者對工件進行檢驗時所使用的量規(guī),它的通規(guī)和止規(guī)代號分別用“T”和“Z”表示。 驗收量規(guī)：檢驗部門或用戶驗收產(chǎn)品時所用的量規(guī)。在標準中,規(guī)定了工作量規(guī)的公差,沒有規(guī)定驗收量規(guī)的公差,但規(guī)定了量規(guī)的使用順序,即操作者應該使用新的或磨損較少的通規(guī);檢驗部門應該使用與操作者相同形式且已磨損較多但未超過磨損極限的通規(guī);用戶驗收產(chǎn)品時,通規(guī)應該接近工件的最大實體尺寸,止規(guī)應該接近工件的最小實體尺寸。這樣可避免操作者使用量規(guī)制成合格的工件后,被檢驗人員或用戶判為不合格品,而用戶的驗收量規(guī)可以最大限度地接收合格品。 校對量規(guī)：它是檢驗工作量規(guī)制造和使用過程中尺寸是否合格的量規(guī),以及判斷工作量規(guī)磨損程度

41、的量規(guī)?？子霉ぷ髁恳?guī)用計量器具測量很不方便,不需校對量規(guī),只有軸用工作量規(guī),為了測量方便,才規(guī)定了校對量規(guī),其名稱和用途如下: a.“校通 通”規(guī)(TT)。該量規(guī)是制造軸用通規(guī)時使用的量規(guī),其作用是防止通規(guī)尺寸小于它的最小極限尺寸,校對時應通過。 b.“校通 損”規(guī)(TS)。該量規(guī)是在通規(guī)使用過程中,校對通規(guī)是否已磨損到磨損極限用的量規(guī),校對時,不應通過,否則通規(guī)已磨損到磨損極限。 c.“校止 通“規(guī)(ZT)。該量規(guī)是制造軸用止規(guī)時使用的量規(guī),其作用是防止止規(guī)尺寸小于它的最小極限尺寸,校對時應通過。 2)量規(guī)公差帶 量規(guī)的制造精度比工件高得多,因此,對量規(guī)尺寸要規(guī)定較高的制造公差。通規(guī)在使用過

42、程中經(jīng)常通過被檢工件,其工作表面將逐漸磨損。為使其具有一定的使用壽命,要適當?shù)亟o出磨損量。止規(guī)不通過工件,因此不留磨損量,校對量規(guī)也不留磨損量。 在確定量規(guī)的制造公差和磨損量的大小及量規(guī)公差帶相對孔、軸公差帶的位置分布時,要考慮以下因素:對工件配合性質的影響,誤收、誤廢的影響。因為量規(guī)公差帶的大小及量規(guī)公差帶相對軸、孔公差帶位置的分布會影響軸、孔的保證公差和生產(chǎn)公差,如圖5.49所示。 生產(chǎn)公差是指零件在制造時,可能利用的最小制造公差,它不僅關系到零件制造的難易程度,而且檢驗時,可能出現(xiàn)零件的作用尺寸和任意一部位的實際尺寸,雖在規(guī)定的極限尺寸范圍內,但不在生產(chǎn)公差范圍內,合格的零件被判為不合格

43、品。 保證公差是指零件可能得到的最大制造公差。如圖5.49(a)所示為保證公差等于零件的標準公差,能保證工件設計時的配合性質。如圖5.49(b)所示為保證公差已超出了零件的標準公差,有可能將已超出極限尺寸的零件誤收為合格品,達不到設計時的配合性質。 圖5.49孔的生產(chǎn)公差和保證公差 目前,國際上量規(guī)公差帶相對工件公差帶的分布,有超越工件公差帶和不超越工件公差帶兩種體系,且有各自的解釋。我國國家標準規(guī)定公差帶位置分布如圖5.50所示,采用保證公差等于工件標準公差,這樣用符合標準規(guī)定的量規(guī)檢驗工件,可保證孔、軸的作用尺寸和任意一部位的實際尺寸不會超出孔、軸的極限尺寸,能有效地保證產(chǎn)品的配合性質和互

44、換性,但孔、軸的生產(chǎn)公差縮小了,對加工提出了更高的要求。 圖5.50量規(guī)公差的分布 3)量規(guī)設計 量規(guī)設計原則：具有配合要求的孔、軸,為了保證設計時的配合性質,檢驗過程中所用的光滑極限量規(guī)必須以極限尺寸判斷原則為設計依據(jù)。因此,符合極限尺寸判斷原則的量規(guī)形式為:通規(guī)用來判定工件的作用尺寸是否從最大實體尺寸處超出公差帶,故通規(guī)測量面應是與被測孔或軸形狀相對應的完整表面(通常稱為全形量規(guī)),其尺寸應等于工件的最大實體尺寸,長度等于配合長度,與工件應是面接觸。止規(guī)是判定工件任一部位的實際尺寸是否從最小實體尺寸處超出公差帶,因此,止規(guī)測量面應是點狀的(通常稱為不全形規(guī)),兩點狀測量面之間的尺寸應等于工

45、件的最小實體尺寸,與工件應是點接觸。通規(guī)和止規(guī)的形式如圖5.51所示。 圖5.51符合極限尺寸判斷原則的量規(guī)形式 量規(guī)對極限尺寸判斷原則的偏離：完全符合極限尺寸判斷原則的量規(guī)不但制造困難,而且有些情況無法使用量規(guī)檢驗,不得不允許量規(guī)的形式在一定條件下偏離極限尺寸判斷原則。例如,為了采用標準結構,通規(guī)的長度可能小于工件的配合長度;為了減輕質量和便于使用,大尺寸的孔或軸所用量規(guī),允許使用非全形量規(guī)或球端棒規(guī);用環(huán)規(guī)無法檢驗曲軸,允許使用卡規(guī)代替全形環(huán)規(guī);對于點狀止規(guī),檢驗過程中點的接觸容易磨損,通常是用小平面或球面來代替等。 應注意,量規(guī)允許偏離極限尺寸判斷原則,但并不等于被檢驗的工件可不按極限尺

46、寸判斷原則去評定,故簡單地使用偏離量規(guī),就會影響工件的配合性質。為此,應在工藝和檢驗方面采取必要的措施,使這種影響程度最小。 量規(guī)的仲裁：由于量規(guī)在制造和使用過程中的差異,用不同量規(guī)檢驗同一工件時,不可避免地會出現(xiàn)爭議。只要用符合標準的量規(guī)檢驗工件合格,就應該認可工件是合格的。若工作量規(guī)與驗收量規(guī)判斷有爭議,應該使用以下尺寸的量規(guī)解決: a.通規(guī)應等于或接近工件的最大實體尺寸。 b.止規(guī)應等于或接近工件的最小實體尺寸。 量規(guī)的技術條件 a.量規(guī)的形狀公差應在尺寸公差帶之內,其值為量規(guī)公差的50%;當量規(guī)公差小于或等于0.002 mm時,其值為0.001 mm。 b.量規(guī)表面粗糙度的值見表5.8

47、。 c.量規(guī)材料可用合金工具鋼、碳素工具鋼、硬質合金等。 量規(guī)的結構形式和使用尺寸范圍可參考有關設計手冊。 任務5.6零件檢驗的專用量具 (1)樣板和檢驗棒 1)樣板 檢驗用樣板是根據(jù)零件的一些特殊的截面,由鉗工或切割機將薄鋼板作成相應截面形狀,再經(jīng)淬火和仔細研磨而成。分類 a.輪廓樣板。按零件內部輪廓尺寸制造,給予負的允許偏差。 b.“漏板”樣板。檢驗凸模的樣板,按凸模的最大極限尺寸制造。凹模的樣板,按凹模的最小極限尺寸制造。 c.斷面輪廓特殊部位形狀樣板。按最大極限尺寸制造,作為特殊形狀的驗規(guī)。 應用 a.用塞尺或透光目測檢查樣板與型腔表面的間隙,廣泛用于檢驗精度要求不高(公差至0.015

48、 mm)的鍛模模膛形狀。 b.彎曲模,特別是大中型彎曲模的凸、凹模工作表面的曲線和折線,幾何形狀和尺寸精度要求較高。加工時,需用樣板及樣件控制。 c.車削加工模具零件時,除加工一些小而精密的形狀采用成形刀加工外,常用手工控制加工。其所需形狀和尺寸可由樣板檢驗,用樣板的基面靠零件基面來檢查成形表面的正確與否。 d.輪廓樣板可用于銑削加工前在型面上的劃線。 2)檢驗棒 檢驗棒用鋼材作成圓柱、圓錐等形狀,經(jīng)淬火精磨用于檢驗較簡單型槽,制造精度和表面粗糙度要求較高的鍛模。檢驗棒檢驗精度可達0.05 mm。 (2)模型和樣架 在拖拉機、汽車制造中,用于大型曲面零件制造的大型覆蓋件冷沖模的工作部分,大多有

49、立體曲面構成,精度及表面粗糙度等級要求均較高,加工時需采用模型和樣架等專用檢驗工具配合加工。 1)主模型 主模型是被沖制品的原始依據(jù),用于檢驗覆蓋件形狀和尺寸,也是覆蓋件沖模制造中所有工藝裝備的制造依據(jù)。 主模型相比,在長期的保存和使用期間變形小、保管簡單,但制造過程較復雜。 2)工藝主模型 按沖模制造的需要,在主模型上補充了翻邊線外的形狀(工藝補充部分),同時按沖模設計的沖壓方向改裝基準面,即為工藝主模型。工藝主模型的工藝補充部分上劃有沖模中心線。工藝主模型是沖模制造中 所用的各種模型和樣板的母模,同時還可作凸模和壓邊圈仿形加工的靠模。 3)樣架 樣架即研修模型,是檢驗凸模立體形面與工藝主模

50、型一致性的量具,還可作凹模的仿形銑靠模。材料采用變形小、強度高、易復制型面的塑料(玻璃鋼)或低熔點合金。 4)投影樣板和斷面樣板 投影樣板是根據(jù)工藝主模型有關輪廓按沖壓方向投影到平面上的形狀和尺寸制造的。用于某些拉延模的凸模外輪廓、壓邊圈內輪廓、頂件器外輪廓和凹模內輪廓加工時的劃線、檢驗及修磨,也可用于某些修邊模刃口鑲塊的粗加工形狀和安裝位置的確定。 5)立體樣板 立體樣板主要用于控制修邊模的曲面形狀和尺寸。其結構用拉延件做坯料,并做出修邊輪廓線,即在拉延件上,按修邊線開出一系列小窗口,窗口的一邊構成斷續(xù)的修邊線,以保持拉延件的工藝補充部分并保證立體樣板的正確形狀。 (3)研配壓力機 研配壓力

51、機是大型覆蓋件沖模常用工藝和檢驗設備。研配壓力機的外觀示意如圖5.52所示。 研配壓力機的工作原理如下:壓力機滑塊3沿導軌可上下運動,以保證進行分?；蜃餮行捱\動時導向準確。工作時,工件放在工作臺2的臺面上,標準型面如樣架或凸模裝在滑塊上。 工作臺可以沿地面導軌1移動至機架4外,便于安裝大型模具。壓力機的壓力是固定的或可調的,當滑塊下行受到一定壓力機的壓力后,即使繼續(xù)開動壓力機,滑塊也不再向下運動。 研配壓力機的類型分機械傳動和液壓傳動兩種,機械傳動研配壓力機結構簡單、維修方便,但其壓力固定。液壓傳動研配壓力機可調,適用范圍廣。 研配壓力機在零件測量方面的主要用途包括:圖5.52研配壓力機外觀示

52、意圖1導軌;2工作臺;3滑塊;4機架 1)檢驗大型覆蓋件沖模型面精度 例如,在大型覆蓋件沖模的凸模表面涂紅丹粉,然后在研配壓力機上與樣板研合,觀察凸模型面與樣架吻合程度、凸模表面與樣架的接觸是否良好,其接觸面積應不小于80%。 2)檢驗凸、凹模間隙 在研配壓力機上,將裝配好的模具合上,在?？谥苓吇蛐倍容^大部位墊軟金屬條,在研磨壓力機上,根據(jù)金屬條上的壓痕,檢驗凹模間隙。也可在凹模刃口外放兩個等高墊鐵,使落下的上模板坐在墊鐵上,墊鐵高度以凸模刃口進入凹模刃口內35 mm為宜。根據(jù)設計要求的間隙值選擇塞尺,檢查凸、凹模之間的間隙是否均勻。 3)試模 零件檢測合格后裝配的冷沖模具,還必須在研配壓力機

53、上試模。因為模具在沖壓時所受的力是復雜的,沖裁模受力后,本來均勻的間隙可能一邊大于另一邊,造成沖裁件出毛邊;打彎模由于回彈力計算不準,沖出零件角度不夠。因此,在研配壓力機上進行試模是冷沖模具制造中的最后檢測手段之一。 任務5.7工具顯微鏡 工具顯微鏡的工作臺的大小和可移動的距離、測量精度的高低以及測量范圍的寬窄,一般分為小型,大型和萬能型和重型。它們的測量精度和測量范圍雖然不同,但基本結構、測量方法大致相同。工具顯微鏡主要用于測量扁平工件的長度;光滑圓柱直徑、錐度;工件的角度,圓弧半徑,孔間距;各種刀具、工具,如樣板、樣板刀、沖模的幾何形狀;普通外螺紋的中徑、內徑、牙形角、螺紋的形狀以及圓錐外

54、螺紋除中徑以外的其他幾何參數(shù)。工具顯微鏡是用來作坐標測量的一種光學儀器。 (1)萬能工具顯微鏡的組成及原理 萬能工具顯微鏡的外形如圖5.53所示。底座12上有互相垂直的縱、橫向導柱,使縱向滑臺2,18、橫向滑臺9,15可彼此獨立地沿縱、橫向粗動、微動和鎖緊?？v向滑臺2上裝有縱向玻璃刻線尺和安放工件的玻璃工作臺10,玻璃刻線尺的移動量,即被測工件移動量可由固定在底座上的縱向讀數(shù)顯微鏡3讀出。橫向滑臺9,15上裝有橫向玻璃刻線尺和立柱6,立柱的懸臂上裝有瞄準用的主顯微鏡7,17。主顯微鏡7,17在橫向的移動量可通過橫向刻線尺14,16及固定在底座上的另一橫向讀數(shù)顯微鏡4讀出。被測工件放在工作臺上或

55、裝在2頂針之間,由玻璃工作臺下面射出一平行光束照明。主顯微鏡7,17可沿立柱升降以調焦距,因而可由此顯微鏡看到被測工件的輪廓影像。 主顯微鏡7,17用于瞄準工件,其上部可裝目鏡頭及投影器。目鏡頭的種類包括:測量角度、螺紋及坐標的測角目鏡;測螺紋和測圓弧的輪廓目鏡;測孔間距或對稱圖形的間距的雙像目鏡頭等。投影器可將工件影像投影在影屏上,用相對法測量,或利用工作臺的移動、轉動及讀數(shù)顯微鏡測工件的尺寸。 萬能工具顯微鏡的縱向導軌中部工作滑臺可分為平工作臺或圓工作臺。平工作臺上有玻璃臺板和T形槽,可用螺釘和壓板夾緊工件; 圓工作臺用于分度測量或極坐標測量。 圖5.53萬能工具顯微鏡1縱向微動手輪;2,

56、18縱向滑臺;3縱向讀數(shù)顯微鏡;4橫向讀數(shù)顯微鏡;5光圈調節(jié)環(huán);6立柱;7,17主顯微鏡;8立柱傾斜調節(jié)手柄;9,15橫向滑臺;10工作臺;11頂尖座;12底座;13橫向微動手輪;14,16刻度尺 (2)工具顯微鏡的讀數(shù)裝置 在小型、大型工具顯微鏡上,工作臺縱橫向移動距離的讀數(shù)裝置常用類似千分尺的測微螺旋機構,分度值為0.01 mm或0.005 mm。萬能工具顯微鏡則一般采用阿基米德螺旋顯微鏡,分度值為1 m。目前,各種類型的工具顯微鏡的讀數(shù)裝置廣泛采用微電腦數(shù)顯示儀。 阿基米德螺旋顯微鏡的讀數(shù)方法:在顯微鏡讀數(shù)鏡頭中看到3種刻度:一種是毫米玻璃刻線尺上的刻度,其間距代表1 mm;另一種是目鏡

57、視野中間隔為0.1 mm的刻度;再一種是有10圈多一點的阿基米德螺旋顯微線刻度和螺旋線里面圓周上100格圓周刻度,每格周圍刻度代表阿基米德螺旋移動0.001 mm。讀數(shù)時,旋轉螺旋分劃板微調手柄,使毫米刻線位于阿基米德螺旋雙刻線之間,其讀數(shù)為7.451 mm。如圖5.54所示為阿基米德顯微鏡的讀數(shù)方法。 圖5.54阿基米德顯微鏡的讀數(shù)方法 任務5.8三坐標測量機 三坐標測量機是近30幾年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器。它廣泛地用于機械制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。它可以進行零件和部件的尺寸、形狀及相互位置的檢測,例如箱體、缸體、形體、導軌、葉片、凸輪、齒輪等空間型面的測量。此外,

58、還可用于劃線、定中心孔、光刻集成線路,并可對連續(xù)曲面進行掃描及制備數(shù)控機床的加工程序等。由于它的通用性強、測量范圍大、精度高、效率高、性能好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接,已成為一類大型精密儀器,故有“測量中心”之稱。 三坐標測量機作為現(xiàn)代大型精密儀器,已越來越顯示出它的重要性和廣闊的發(fā)展前景。它可方便地進行空間三維尺寸的測量,可實現(xiàn)在線檢測及自動化測量。它的優(yōu)點如下: 通用性強,可實現(xiàn)空間坐標點位的測量,方便地測量出各種零件的三維輪廓尺寸和位置精度。 測量精確可靠。 可方便地進行數(shù)據(jù)處理與程控。因而它可納入自動化生產(chǎn)和柔性加工線中,并成為其中一個重要的組成部分。 目前,國內外三坐標測量機正迅速發(fā)展

59、。國外著名的生產(chǎn)廠家有德國的蔡司(Zeiss)和萊茨(Leitz)、意大利的DEA、美國的布朗和夏普(Brown 2測頭;3 z軸;4副滑架;5主滑架 2)三坐標測量機的測量系統(tǒng) 三坐標測量機的測量系統(tǒng)包括測頭和標準器。CIOTA系列三坐標測量機以金屬光柵為標準器,光學讀數(shù)頭用于各坐標軸實現(xiàn)測量數(shù)值。三坐標測量機的測頭用來實現(xiàn)對工件的測量,是直接影響測量機測量精度、操作的自動化程度和檢測效率的重要部件。 測頭的類型：按測量方法,三坐標測量機的測頭可分接觸式和非接觸式兩類。 接觸式測量頭又分機械式測頭和電氣式測頭。機械接觸式測頭為具有各種形狀(如錐形、球形)的剛性測頭、帶千分表的測頭以及劃針式工

60、具。機械接觸式測頭主要用于手動測量,由于手動測量的測量力不易控制,測量力的變化會降低瞄準精度,因此只適用于一般精度的測量。電氣接觸式測頭的觸端與被測件接觸后可作偏移,傳感器輸出模擬位移量信號。這種測頭既可以用于瞄準(過零發(fā)信),也可以用于測微(測給定坐標值的偏差),因此電氣接觸式測頭主要分為電觸式開關測頭和3向測微電感測頭,其中電觸式開關測頭較廣泛采用。 非接觸式測頭,主要由光學系統(tǒng)構成,如投影屏式顯微鏡、 電視掃描頭。適用于軟、薄、脆的工件測量。 它用于瞄準的電觸式開關測頭,是利用電觸頭的開合觸點進行單一瞄準的,其結構及工作原理如圖5.56所示。測頭主體由上主體2與下底座10及3根防轉桿1組

61、成。測桿11裝在測頭座7上,其底面裝有按120均布的3個圓柱體8,圓柱體與裝在下底座上的6個鋼球9兩兩相配,組成3對鋼球接觸副。測頭座為半球形,頂部的壓力彈簧5向下壓緊,使接觸副保持接觸。彈簧力大小用螺桿4調節(jié)。電路導線由插座3引出。 電觸式開關測頭的工作原理相當于零位發(fā)信開關。3對鋼球分別于下底座10上的印刷線路接觸,此時指示燈熄滅。當觸頭與被測件接觸時,外力使觸頭發(fā)生偏移,此時鋼球接觸副必然有1對脫開,而發(fā)出過零信號,表示已計數(shù)。同時指示燈發(fā)出閃光信號,表示測頭已碰上工件偏離原位。當測頭與被測件脫離,外力消失,壓力彈簧5使測頭回到原始位置。 圖5.56電觸式開關測頭的結構及工作原理1防轉桿

62、;2上主體;3插座;4螺桿;5壓力彈簧;6指示燈;7測頭座;8圓柱體;9鋼球;10下底座;11測桿 如圖5.57(a)所示為點測量電觸開關式單測頭。如圖5.57(b)所示為兩軸可轉角測頭,其測頭座可使測頭以7.5的步長,在180之間的水平方向回轉,在0+105的垂直方向傾斜。如圖5.57(c)所示為多頭測頭,其測頭座可同時安裝5個測頭。 圖5.57電觸開關式單測頭及測頭座 3)三坐標測量機的計算機系統(tǒng)和軟件 計算機是三坐標測量機的控制中心,用于控制全部測量操作、數(shù)據(jù)處理和輸入輸出。三坐標測量機的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括通用或專用計算機、專用的軟件系統(tǒng)、專用程序或軟件包。中國航空精密機械研究所

63、的三坐標測量機專用控制系統(tǒng)軟件TUTOR為WINDOWS版配以中文菜單,支持局域網(wǎng),可共享資源,同時執(zhí)行不同任務,還配有DMIS接口,可直接把各種具有DMIS接口的CAD設計參數(shù)轉換為TUTOR檢測程序。 測量機提供的應用軟件包括:通用程序。用于處理幾何數(shù)據(jù),按照功能分為測量程序(求點的位置、尺寸、角度等);系統(tǒng)設定程序(求工件的工作坐標系,包括軸校正、面校正、原點轉移程序等);輔助程序(設定測量的條件,如測頭直徑的確定、測頭數(shù)據(jù)的修正等)。 公差比較程序。先用編輯程序生成公稱數(shù)據(jù)文件,再與實測數(shù)據(jù)進行比較,從而確定工件尺寸是否超出公差。監(jiān)視器將顯示超出的偏差大小,打印機打印全部測量結果。 輪

64、廓測量程序。測頭沿被測工件輪廓面移動,計算機自動按預定的節(jié)距采集若干點的坐標數(shù)據(jù)機關處理,給出輪廓坐標數(shù)據(jù),檢測零件各要素的幾何特征和形位公差以及相關關系。 自學習零件檢測程序的生成程序、統(tǒng)計計算程序、計算機輔助編程程序等。 (5)三坐標測量機分類 三坐標測量機按其工作方式分為點位測量方式和連續(xù)掃描測量方式。點位測量方式是由測量機采集零件表面上一系列有意義的空間點,通過數(shù)學處理,求出這些點所組成的特定幾何元素的形狀和位置。連續(xù)掃描測量方式是對曲線、曲面輪廓進行連續(xù)測量,多為大中型測量機。 如圖5.58所示為三坐標測量機的結構形式,測量機3個方向測量軸的相互配置位置,使三坐標測量機的總體布局結構

65、形式分為懸臂式(見圖5.58(a)、(b)、橋式(見圖5.58(c)、(d)、龍門式(見圖5.58(e)、(f)、立柱式(見圖5.58(g)、坐標鏜床式(見圖5.58(h)等,每種形式各有特點與適用范圍。 圖5.58三坐標測量機的結構形式 懸臂式的特點是結構緊湊、工作面開闊、裝卸工件方便、便于測量,但懸臂易于變形,且變形量隨測量軸y軸的位置變化,因此y軸測量范圍受限。橋框式測量機構剛性好,x,y,z的行程大,一般為大型機。龍門式的特點是龍門架剛度大,結構穩(wěn)定性好,精度較高。由于龍門或工作臺可移動,使裝卸工件方便,但考慮龍門移動或工件移動的慣性,龍門式測量機一般為小型機。立柱式適合于大型工件的測

66、量。坐標鏜式的結構與鏜床基本相同,結構剛性好,測量精度高,但結構復雜,適用于小型工件。在模具的制造和檢驗中,常用的形式為:橋式、龍門式和立柱式。 三坐標測量機按測量范圍可分為大型、中型和小型。 按其精度可分為兩類:一類是精密型,一般放在有恒溫條件的計量室,用于精密測量,分辨力一般為0.52 m。另一類為生產(chǎn)型,一般放在生產(chǎn)車間,用于生產(chǎn)過程檢測,并可進行末道工序的精加工,分辨率5 m或10 m。 (6)三坐標測量機的測量方式 一般點位測量有3種測量方式,即直接測量、程序測量和自學習測量方式。 1)直接測量方式 直接測量即手動測量,利用鍵盤由操作員將決定的順序指令輸入,系統(tǒng)逐步執(zhí)行的操作方式,測量時根據(jù)被測零件的形狀調用相應的測量指令,以手動或NC方式采樣。 2)程序測量方法 程序測量是將測量一個零件所需要的全部操作,按照其執(zhí)行順序編程,以文件形式存入磁盤,測量時運行程序,控制測量機自動測量的方法。零件測量程序的結構一般包括以下內容: 程序初始化。如制訂文件名、存儲器置零,對不同于缺省條件的某些條件給出有關選擇指令。 測頭管理和零件管理。如測頭定義或再校正、臨時零點定義、數(shù)學找正、建立永