机械制造工艺装备项目5齿轮加工工艺装备

项目5 齿轮加工工艺装备任务5.1项目要求与分析 (1)项目要求 确定如图5.1所示咸阳机床厂M9116万能工具磨床三联齿轮零件的工艺装备。 (2)项目分析 M9116工具磨床为小批量生产,生产条件为通用设备及工具,三联齿轮零件安装在磨床的头架内,每台机床只需要一个。M9116工具磨床三联齿轮零件作为磨床头架部件中的一个传动零件,是按照一定的速比传递运动和动力,以驱动工件转动;其结构、精度、选材、热处理及机械加工工艺具有与一般齿轮类零件相同 的要求。 1)圆柱齿轮的功用与结构特点 齿轮是机械传动中应用极为广泛的传动零件之一,其功用是按照一定的速比传递运动和动力。 齿轮的结构因其使用要求不同而具有各种不同的形状和尺寸,但从工艺观点大体上可把它们分为齿圈和轮体两大部分。齿圈上分布着所需要的各种齿形,而轮体上则设有安装用的孔或轴颈。按照齿圈上轮齿的分布形式,可分为直齿、斜齿和人字齿轮等;按照轮体的结构特点,齿轮可大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、内齿轮、轴齿轮、扇形齿轮及齿条(即齿圈半径无限大的圆柱齿轮)等,如图5.2所示。其中,盘类齿轮应用最广。 图5.2圆柱齿轮的结构形式 2)圆柱齿轮传动的精度要求 齿轮本身的制造精度对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大影响。根据其使用条件,齿轮传动应满足以下4项精度要求: 传递运动的精确性 传递运动的平稳性 载荷分布的均匀性 齿侧间隙的合理性 以上4项精度要求应根据齿轮传动装置的用途和工作条件等予以合理地确定。 齿轮的几何参数较多,不同参数的误差可能影响齿轮传动的某项精度要求。因而齿轮加工中需检验的参数也就较多。国家于1989年颁布了几经修订的新的齿轮精度标准渐开线圆柱齿轮精度标准(GB 10095 1988),其检验项目共15个。按这些项目的误差特性及其对传动性能的主要影响,标准中将单个齿轮的公差与极限偏差项目划分成3个公差组,具体见表5.1。 表5.1中,Fi切向综合公差;Fp齿距累计公差;Fpk K个齿距累计公差;F i径向综合公差;Fr齿圈径向跳动公差;Fw公法线长度变动公差;fi切向齿综合公差;f i径向齿综合公差;ff齿形公差;fpt齿距极限偏差;fpb基节极限偏差;ff 螺旋线波度公差;F 齿向公差;Fb接触线公差;Fpx轴向齿距极限偏差。 在齿轮的3个公差组中,每一组的各项指标的误差特性是相近的,为简化检验项目,标准中又将各公差组分成若干检验组,生产中可根据齿轮副的工作要求和生产规模,在各公差组中选一合适的检验组进行检验。例如,对8级及8级以上的齿轮精度,可选择下列检验组: 第公差组:F i或Fp。 第公差组:fi或ff与fpb或ff与fpt。 第公差组:F或Fb或Fb与Fpx。 以上各项目的定义及检验项目可参见有关标准和手册。 影响齿轮副侧隙的因素是中心距偏差和齿厚(或公法线平均长度)极限偏差,加工时应将这两项偏差控制在规定的范围内。 3)常用齿轮的材料和毛坯 齿轮材料的种类很多,由于这些材料可通过适当的热处理来改善机械性能,提高齿轮的承载能力和耐磨性,以满足齿轮的不同要求。实际生产中常用的材料有以下4种: 中碳结构钢(如45钢)进行调质或表面淬火。主要适用于低速、轻载或中载的一般用途的齿轮。 中碳合金结构钢(如40Cr)进行调质或表面淬火。适用于速度较高、载荷大及精度较高的齿轮。某些高速齿轮,为提高齿面的耐磨性,减少热处理后变形,不再进行磨齿,可选用氮化钢(如38CrMo-AlA)进行氮化处理。 渗碳钢(如20Cr和20CrMnTi等)进行渗碳或碳氮共渗。适用于高速、中载或有冲击载荷的齿轮。 铸铁及其他非金属材料(如夹布胶木与尼龙等)。这些材料强度低,容易加工,适用于一些较轻载荷下的齿轮传动。 M9116模具工具磨床上头架上的这个三联齿轮选用45钢制成。 齿轮加工中根据不同的目的,可安排以下两种热处理工序: 毛坯热处理。在齿坯粗加工前后安排预备热处理,其主要目的是消除锻造及粗加工引起的残余应力、改善材料的可切削性能和提高综合力学性能。齿坯热处理常采用正火或调质。齿轮正火一般都安排在粗加工之前,而调质则多安排在齿坯粗加工之后。 齿面热处理。齿形加工后,为提高齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。 齿轮毛坯的选择决定于齿轮的材料、结构形状、尺寸大小、使用条件以及生产批量等多种因素。对于钢质齿轮,除了尺寸较小且不太重要的齿轮直接采用轧制棒料外,一般均采用锻造毛坯。生产批量较小或尺寸较大的采用自由锻造;生产批量较大的中小齿轮采用模锻。对于直径很大且结构比较复杂、不便锻造的齿轮,可采用铸钢毛坯。铸钢齿轮的晶粒较粗,力学性能较差,且加工性能不好,故加工前应先经过正火处理,消除内应力和硬度的不均匀性,以改善切削加工性能。 M9116工具磨床头架上的这个三联齿轮毛坯的材料选择棒料。棒料主要用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。棒料的毛坯外形尺寸为70 mm38 mm。 4)齿轮加工工艺 如图5.1所示为M9116工具磨床头架上的一个三联齿轮,材料为45钢,精度等级为7级,小批生产,其技术要求如图5.1所示,加工工艺过程如表5.2。 从表5.2可知,齿轮加工大致要经过毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、热处理、精基准修正及齿形精加工等。概括起来为齿坯加工、齿形加工、热处理及齿形精加工4个主要步骤。 5)齿轮加工常用的工艺装备 夹具、刀具、量具、工具的选择直接影响工件的加工精度、生产率和制造成本,应根据不同情况适当选择。 通过工艺过程的分析,结合现有生产条件和工序要求,齿轮加工常用的工艺装备见表5.3。 任务5.2齿轮加工的夹具 夹具选择应与设备相适应,应与工序的精度要求相适应;小批生产时,尽量选择通用夹具,大批生产时,为提高生产率,尽可能选择专用夹具。 (1)齿坯加工常用的夹具 齿坯外形的加工,特别是精加工多采用以内孔定位的各种心轴。齿坯加工中常用的心轴结构形式、特点及应用见表5.4。 1)以工件的内孔和端面作为定位基准 如图5.3所示,工件的内孔套在专用的心轴上,端面靠近支承元件,采用螺母压紧。这种装夹方式生产效率高,但要求工件具有较高的齿坯精度和专用的心轴。一般专用心轴可随工件基准孔的大小而更换,而且制作精度高,费用也大,故适合大批量生产。心轴的结构如图5.4所示,其精度和表面粗糙度要求见表 5.5。 图5.3滚齿夹具图5.5心轴找正图5.4心轴 夹具在滚齿机工作台上安装时,可根据表5.6所列的要求,按如图5.5所示的部位检查A,B,C 3点的跳动量,A,B之间的距离为150 mm。 使用这种夹具滚齿时,由于安装调整夹具时,心轴与机床工作台回转中心不重合;齿坯内孔与心轴间有间隙,安装时偏向一边;基准端面定位不好,夹紧后内孔相对工作台中心产生偏斜如图5.6所示,从而使切齿时产生齿轮的径向误差。 为提高定心精度,可采用精密可胀心轴以消除配合间隙,还可将夹具的定位与夹紧分开,如图5.7所示。图5.6端面定位不好引起几何偏心1齿坯;2心轴 图5.7定位与夹紧分开的夹具1定位套;2双头螺柱 2)以工件的外圆和端面作为定位基准(见图5.8)。在这种情况下工件的内孔与心轴之间的间隙较大,将工件套在心轴上,用千分表按照工件外圆找正后夹紧。采用这种方法由于对每个加工工件都必须找正,故其生产率较低。一般适用于单件、小批生产。 图5.8外圆找正1定位套;2双头螺柱 任务5.3齿轮加工的刀具 (1)齿轮成形加工刀具 常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。后者适用于加工大模数的直齿、斜齿齿轮,特别是人字齿轮。图5.9(a)中的刀具为盘形齿轮铣刀。 图5.9直齿圆柱齿轮的成形铣削 (2)滚刀 1)滚齿原理 如图5.10所示为用齿轮滚刀加工齿轮的原理示意图,齿轮滚刀相当于一个经过开槽和铲齿的蜗杆,具有许多切削刃并磨出后角。 图5.10滚齿原理示意图 2)滚刀 在齿面的切削加工中,齿轮滚刀的应用范围很广,可用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准及变位齿轮。其加工齿轮的范围大,模数为0.140 mm的齿轮,均可用齿轮滚刀加工。用一把滚刀就可加工同一模数任意齿数的齿轮。 从滚齿加工原理可知,齿轮滚刀是一个蜗杆形刀具。滚刀的基本蜗杆有渐开线、阿基米德和法向直廓3种。理论上讲,加工渐开线齿轮应用渐开线蜗杆,但其制造困难;而阿基米德蜗杆轴向剖面的齿形为直线,容易制造,生产中常用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。为了形成切削刃的前角和后角,在蜗杆上开出了容屑槽,并经铲背形成滚刀。 标准齿轮滚刀精度分为4级:AA,A,B,C。加工时,应按齿轮要求的精度,选用相应的齿轮滚刀。一般,AA级滚刀可加工6 7级精度齿轮;A级可加工7 8级精度齿轮;B级可加工8 9级精度齿轮;C级可加工9 10级精度齿轮。 3)滚刀的安装与调整 滚齿时,为了切出准确的齿廓,应当使滚刀的螺旋线方向与被加工齿轮的齿面线方向一致,滚刀和工件处于正确的啮合位置。因此,需将滚刀轴线与被切齿轮端面安装成一定的角度,称作安装角。当加工直齿圆柱齿轮时,滚刀安装角等于滚刀的螺旋升角。图5.11(a)是用右旋滚刀加工直齿圆柱齿轮的安装角,图5.11(b)是用左旋滚刀加工直齿圆柱齿轮,图5.11中的虚线表示滚刀与齿坯接触一侧的滚刀螺旋线方向。 图5.11滚切直齿圆柱齿轮时滚刀安装角 (3)插齿刀 插齿和滚齿一样是利用展成法原理来加工齿轮。插齿刀实质上是一个端面磨有前角,齿顶及齿侧均磨有后角的齿轮。插齿时,刀具沿工件轴线方向作高速的往复直线运动,形成切削加工的主运动,同时还与工件作无间隙的啮合运动,在工件上加工出全部轮齿齿廓。在加工过程中,刀具每往复一次仅切出工件齿槽的很小一部分,工件齿槽的齿面曲线是由插齿刀切削刃多次切削的包络线所形成的,如图5.15所示。 图5.15 标准插齿刀分为3种类型,如图5.16所示。 图5.16 任务5.4零件检验的常规量具 由于现代机械制造中,零件的品种多、数量少、加工对象经常变换,因此在技术要求允许的情况下,应尽量采用常规量具来检验零件。 (1)尺寸精度的测量用具 现代机械制造中,常用的测量用具如下: 1)游标量具 游标量具是应用较广泛的通用量具,具有结构简单、使用方便、测量范围大等特点。它利用游标和尺身相互配合进行测量和读数。根据用途不同,游标量具可分为游标卡尺、游标深度尺与游标高度尺。它们的读数原理相同,不同的是测量面位置不同,各类游标量具的分度值有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm等。游标卡尺用于测量工件的内径、外径、宽度、厚度、孔距、高度及深度;游标深度尺用于测量孔(阶梯孔、盲孔)和槽的深度、台阶高度以及轴肩长度;游标高度尺用于测量零件的高度和划线。游标卡尺根据结构不同,可分为双面量爪游标卡尺、三用游标卡尺和单面量爪游标卡尺,如图5.17所示。 图5.17常用游标量具1尺身;2辅助游标;3,4螺钉;5上量爪;6下量爪;7游标;8螺母;9小螺杆 游标卡尺的规格如下: 双面量爪游标卡尺。测量范围有0200 mm和0300 mm两种。 三用游标卡尺。测量范围有0125 mm和0150 mm两种。 单面量爪游标卡尺。测量范围较大,可达1 000 mm。 游标卡尺按其能测量的精度不同,可分为0.1 mm,0.05 mm和0.02 mm 3种。这3种游标卡尺的尺身刻度间隔是相同的,即每小格1 mm,每大格10 mm。所不同的是游标与尺身相对应的刻线宽度不同。 游标卡尺的读数原理: 精度为0.1 mm的游标卡尺。如图5.18所示 。数值0.1mm即为游标卡尺的读数精度。 精度为0.05 mm的游标卡尺。如图5.19所示, 此种游标卡尺的读数精度为0.05 mm。图5.18精度为0.1 mm的游标卡尺读数原理图5.19精度为0.05 mm的游标卡尺读数原理 精度为0.02 mm的游标卡尺。如图5.20所示,尺身每小格1 mm,当两测量爪合并时,尺身上49 mm刚好等于游标上50格,则游标每格刻线宽度为0.98 mm(49 mm/50),尺身与游标每格相差0.02 mm(1 mm-0.98 mm),故此种游标卡尺的读数精度为0.02 mm。 游标卡尺的读数方法是:使用游标卡尺测量工件时,应先弄清游标的精度和测量范围。 图5.20精度为0.02 mm的游标卡尺读数原理 游标卡尺上的零线是读数的基准,在读数时,要同时看清尺身和游标的刻线,两者应结合起来读。其具体步骤如下: 读整数。在尺身上读出位于游标零线前面最接近的读数,该数是被测件的整数部分。 读小数。在游标上找出与尺身刻线相重合的刻线,将该线的顺序数乘以游标的读数精度值所得的积,即为被测件的小数部分。 求和。将上述两次读数相加即为被测件的整个读数。 例如,读出如图5.21所示的读数精度为0.05 mm的游标卡尺测量数值。 图5.21精度为0.05 mm的游标卡尺读数法 游标卡尺的正确使用方法如下: 按照零件尺寸的精度选择相应精度的游标卡尺。一般情况下,精度为0.02 mm的游标卡尺用于测量IT16 IT12级公差等级的零件;精度为0.05 mm的游标卡尺用于测量IT16 IT13级公差等级的零件;精度为0.1 mm的游标卡尺用于测量IT16 IT14级公差等级的零件。 在测量前,要对游标卡尺进行检查,使尺身和游标的零位对齐,观察两量爪测量面的间隙, 一般情况下,精度为0.02 mm的游标卡尺的间隙应不大于0.006 mm;精度为0.05 mm和0.1 mm的游标卡尺的间隙应不大于0.01 mm,若不符合要求,则应送检修而不能使用。 当测量外径和宽度时,游标卡尺的测量爪应与被侧表面的整个长度相接触,要使游标卡尺的量爪平面和被测直径垂直或与被测平面平行,如图5.22所示。 图5.22测量外径和宽度的方法 测量内孔直径时,应使量爪的测量线通过孔心,并轻轻摆动找出最大值,如图5.23所示。 用带深度尺的游标卡尺测量孔深或高度时,应使深度尺的测量面紧贴孔底,而游标卡尺的端面与被测件的表面接触,且深度尺要垂直,不可前后左右倾斜,如图5.24所示。 图5.23测量内径的方法图5.24测量深度的方法 游标卡尺的维护与保养如下: 游标卡尺作为较精密的量具不得随意当作他用,如将游标卡尺的量爪当作划针、圆规和螺钉旋具等使用。 移动卡尺的尺框和微动装置时,既不要忘记松开紧固螺钉,也不要送得过量,以免螺钉脱落丢失。 测量结束后要将游标卡尺平放,尤其是大尺寸的游标卡尺,否则会造成尺身弯曲变形。 发现游标卡尺受到损伤后应及时送计量部门修理,不得自行拆修。 游标卡尺使用完毕后,要擦净上油,放在游标卡尺盒内,避免生锈或弄脏。 2)千分尺 千分尺是一种应用广泛的精密量具,其测量精确度比游标卡尺高。其结构形式和规格多种多样,都是利用精密螺旋副传动原理,把螺杆的旋转运动变成直线位移来测量尺寸。通常其刻度值为0.01 mm。按其用途分为外径千分尺、内径千分尺和深度千分尺。其外形如图5.25所示。 图5.25千分尺外形图(a)1弧形刀架;2固定测垫;3测量杆;4固定套筒;5微分筒;6棘轮式测量力衡定机构(b)1量头;2套筒;3微分筒(c)1横尺;2固定套筒;3测量杆;4微分筒;5棘轮式测量力衡定机构;6锁紧螺母 3)杠杆式卡规和杠杆式千分尺 杠杆式卡规：杠杆式卡规主要用于相对测量(又称为比较测量)。在有些场合,也能够直接测量工件的形状误差和位置误差,例如圆度、圆柱度、平行度等。 杠杆式卡规的外形及结构如图5.26所示。它是利用杠杆和齿轮传动被测量值的误差进行放大,在刻度盘4上示值,常用规格的刻度值有0.002 mm和0.005 mm两种。 图5.26杠杆式卡规1盖子;2退让按钮;3公差指示器;4刻度盘;5指针;6套筒;7螺钉;8滚花螺母;9碟形弹簧;10可调测垫;11活动测垫;12压缩弹簧;13杠杆;14扇形齿轮器;15游丝;16齿轮 杠杆式千分尺：杠杆式千分尺是由普通千分尺的微分筒和杠杆式卡规的指示机构两部分组成的精密量具,如图5.27所示。常用规格的刻度值为0.001 mm和0.002 mm两种,指示机构示意范围为0.06 mm。它既能用作相对测量,也可用于绝对测量。 图5.27杠杆式千分尺 4)千分表 千分表是一种指示式量具,可用来测量工件的形状误差和位置误差,也可用相对法测量工件的尺寸。它可分为钟表式千分表和杠杆式千分表两种。 钟表式千分表：钟表千分表如图5.28所示。利用齿轮-齿条传动,将测量杆的微小位移,转变为指针的角位移。其刻度值为0.001 mm和0.002 mm两种。 图5.28钟表式千分表 杠杆式千分表：刻度值为0.002 mm的杠杆式千分表如图5.29所示。当球面测杆7向左摆动时,拨杆6推动扇形齿轮5上的圆柱销C使扇形齿轮5绕轴B逆时针转动,此时圆柱销D与拨杆6脱开。当球面测杆7向右摆动时,拨杆6推动扇形齿轮5上的圆柱销D使扇形齿轮5绕轴B逆时针转动,此时圆柱销C与拨杆6脱开。这样,无论球面测杆7向左或向右摆动,扇形齿轮5总是绕轴B逆时针方向转动。扇形齿轮5再带动小齿轮1以及同轴的端面齿轮2,经小齿轮4由指针3在刻度盘指示出数值。 图5.29杠杆式千分表1,4小齿轮;2端面齿轮;3指针;5扇形齿轮;6拨杆;7球面测杆 5)比较仪 比较仪又称测微仪,以量块作为长度基准,按相对比较测量法来测量各种工件的外部尺寸。根据比较仪上测微表的原理与结构的不同,比较仪可分为机械式、光学杠杆式和电动比较仪等。刻度值一般为0.0010.002 mm,使用方法与普通千分表相似,但比较仪量程小、测量精度高,适用于精密测量。它主要用于高精度的圆柱形、球形等零件的测量,也可测量形状误差和位置误差。比较仪通常装在专用支架上,如图 5.31所示。图5.31比较仪测量支架 光学比较仪的结构组成：光学杠杆式比较仪也称光学比较仪,有立式和卧式两种。如图5.32所示为立式光学比较仪。它主要由底座、立柱、支臂、目镜及镜管体、光管、圆形工作台、测量头及测量头抬起杠杆组成。 图5.32立式光学比较仪1公差极限指示调节手柄;2标尺外壳;3目镜;4微动螺钉;5光管;6光管上下微动凸轮;7光管紧固螺钉;8测头提升杠杆;9工作台10工作台调整螺钉;11底座;12支臂上下移动调节螺母;13支臂;14支臂紧固螺钉;15立柱;16反射镜;17测量头 使用与调整步骤 比较仪使用与调整步骤如下: a.测量头的选择。测微仪备有3种类型测量头,即球面形、平面形和刀刃形。测量时,应尽量满足点接触,因此测量平面或圆柱面工件时选球面测头;测量小于10 mm圆柱体时选刀刃式测量头;测量凸球面工件时选平面形测量头。 b.工作台的调整。测量时是以工作台面作基准面。因此,台面应与测量头的移动方向垂直,可用工作台调整螺钉来调整。 c.调整测微零点。根据被测零件和基本尺寸选择量块组并置于测量头17下的台面上,通过转动支臂上下移动调节螺母12使支臂下降接近量块,此为粗调节;转动调节微动凸轮6及转动微动螺钉4使目镜3上零线影像与固定指标线重合,为细调节。调整时,还需按下测头提升杠杆8,使测量头起落数次,微调微动螺钉4使零刻线与指针重合稳定。调整结束按下测头提升杠杆8,取下量块组。 d.测量方法。将工件靠在工作台面上,在测量头下找稳定值。对于圆柱形工件应慢慢滚过测量头,并读出仪器指示的最大值(即实 际偏差)。根据工件极限偏差判断工件的合格性。 (2)形位误差测量用具 测量形位误差的常用量具和检具有水平仪、平板、测量指示表及万能表架等,也可利用工具显微镜、三坐标测量机、投影仪等测量仪器。 1)水平仪 水平仪是一种测量工件表面相对水平面倾斜微小角度值的测量器具,主要用于测量直线度和垂直度,可在调整安装设备水平或垂直位置时使用。水平仪常用的种类为框式水平仪和光学合像水平仪。 框式水平仪：框式水平仪主要用于测量工件直线度和垂直度,在安装和检修机器时也常用于找正机器的安装位置。 A.框式水平仪结构 框式水平仪如图5.33所示, 由框架与水准器两部分组成。框架的测量面有平面和V形槽两种,V形槽可用于圆柱面上进行测量。框架四周的测量面相互垂直,可用于测量工件垂直面误差。图5.33框式水平仪1横水准器;2框架;3手把;4主水准器;5盖板;6零位调整 图5.34水平仪的工作原理 C.使用方法 水平仪的精度一般是以气泡移动一格,水平仪在1 m长度上倾斜的高度差H表示。例如,精度为0.02/1 000的框式水平仪,气泡向左或向右移动一格,则在水平一边框200 mm的长度上,两端的高度差h为h=200 mm(0.02/100)=0.004 mm 光学合像水平仪：如图5.35所示为光学合像水平仪。它主要用于测量工件的直线度和平面度,在安装和检修机器时也可用于找正机器的安装位置。与框式水平仪比较,其测量范围大,可在工件的倾斜面上使用,但环境温度变化对测量精度有较大的影响。 图5.35光学合像水平仪1,4窗口;2转动手柄;3微分盘;5底座;6玻璃管;7放大镜;8合成棱镜;9,11弹簧;10杠杆架;12指针;13测微螺杆 2)指示表 在形位误差测量中,中、小件工件表面的测量常以平板为测量基准,用指示表在被测面各位置上进行测量,称打表测量法。 指示表的类型：常用的指示表有钟表式百分表(分度值)0.01 mm)、钟表式千分表(分度值0.001 mm,0.005 mm)、杠杆百分表(分度值0.01 mm)和杠杆千分表(分度值0.002 mm)等类型。各种指示表外形如图5.36所示。 图5.36指示表外形图 测量过程及数据处理方法 使用打表测量,通常以平板表面模拟基准。在进行垂直度及倾斜度测量时,还常通过方箱或导柱将基准面进行转换,使被测面(线)转至与测量基准平行,用测平行度方法测量。测量时,应在整个测量面上打表,取打表读数的最大变动量为定向误差值。 (3)角度、锥度测量用具 角度和锥度的测量,可进行直接测量和间接测量。直接测量的测量用具有角度样板和锥度量规、万能量角器、测角仪、光学分度头、投影仪等。间接测量的测量用具有正弦尺、钢球、圆柱、平板以及千分尺、指示表和万能工具显微镜,可用于测量精度要求较高的角度和锥度。 1)角度样板和锥度量规 角度样板：如图5.39所示角度样板是检验外锥体用的角度样板,它是根据被测角度的两个角度的极限尺寸制成的,因此有通端和止端之分。 图5.39角度样板 锥度量规：如图5.40所示为锥度量规结构,在量规的基面端处间距为m的两刻线或小台阶,代表工件圆锥基面距公差。锥度量规一般用于批量零件或综合精度要求较高零件的检验。 使用锥度量规检验工件时,按量规相对于被检零件端面的轴向移动量判断,如果零件圆锥端面介于量规两刻线之间则为合格。对于锥体的直径、锥角和形状(素线直线度和截面圆度)、精度有更高要求的零件检验时,除了要求用量规检验其基面距外,还要观察量规与零件锥体的接触斑点。 图5.40锥度量规结构 2)正弦尺 正弦尺是锥度测量常用量具,分宽型和窄型,如图5.41所示。它主要组成为安置零件的工作台1,两个圆柱3和支撑板2,4。两圆柱中心距L有100 mm和200 mm两种。 图5.41正弦尺1工作台;2,4支承板;3圆柱 (4)螺纹测量用具 螺纹的螺距误差主要影响旋入性;牙型误差主要影响接触均匀性;中径误差将影响旋入性或联接可靠性和密封性。螺纹的测量可分为综合测量和单项测量,螺纹的测量用具有螺纹量规、螺纹千分尺和工具显微镜等。 1)圆锥螺纹量规 用螺纹量规检验螺纹属于综合测量。这种方法可判断螺纹工件的合格与否,而不能测出各参数的具体数值。圆锥螺纹工件在生产中,多采用锥螺纹量规检验。 圆锥螺纹量规的结构：圆锥螺纹量规的结构分检验内锥螺纹的塞规和检验外锥螺纹的环规,塞规的大端和环规的小端具有台阶。按台阶的个数,量规可为一阶式和两阶式。如图5.43所示为两台阶式圆锥螺纹量规。 圆锥螺纹量规的使用：验时,将圆锥螺纹量规旋入被测圆锥螺纹工件中,并且其端面位置的不齐程度不应超过表示最大、最小尺寸的台阶。对于两台阶式的量规,其中间台阶面标志基面的正确位置,可用来判断螺纹工 件的直径是偏大或偏小。 图5.43两台阶式圆锥螺纹量规及其测量方法 2)螺纹千分尺 螺纹千分尺用于测量普通外螺纹的中径。在结构上螺纹千分尺和外径千分尺基本相同,只是测头不同。如图5.44所示,测头一端为V形和牙尖吻合,另一端做成圆锥形与牙槽吻合,并带有一套大小不同的可换测头,以适应尺寸大小不同的螺纹测量。 由于测头是根据牙形角和螺距的基本尺寸制造的,当被测工件存在螺距和牙形半角误差时,测头不能与工件很好吻合,并且千分尺本身精度有限,故测量误差较大,可达0.050.2 mm,只适应工序间测量或低精度的螺纹测量。 图5.44螺纹千分尺 (5)表面粗糙度测量用具 1)表面粗糙度样板当对表面粗糙度较大的工作表面进行近似评定时,可用如图5.45所示的表面粗糙度样板,它是用不同加工方法(如车、铣、刨、磨等)制成的,经过测量确定其表面粗糙度读数值的大小。 应用表面粗糙度样板确定零件表面粗糙度时应注意: 表面粗糙度样板的加工纹理方向及材料应尽可能与被测零件相同,否则易产生错误的判断。 比较法多为目测,常用于评定低和中等粗糙度值,也可借助于放大镜(R a1.60.4 m级用)、显微镜或专用的表面粗糙度比较显微镜进行比较(Ra0.4 m以上)。图5.45表面粗糙度样板 2)双管显微镜 双管显微镜又称光切法原理测量表面粗糙度的光学仪器,一般按Rz(也可按Rmax)评定Rz501.6 m级的表面粗糙度。对大型模具零件与内表面的粗糙度,可采用印模法复制被测表面模型,再用双管显微镜进行测量。 构造及原理：我国生产的双管显微镜有XSG,JSG-1型(9J型),其基本结构及原理如图5.46所示。 图5.46双管显微镜构造及原理 任务5.5量规 量规是一种没有刻度的专用检验工具。用量规检验零件时,可判断零件是否在规定的检验极限范围内,而不能得出零件的尺寸、形状和位置误差的具体数值。它的结构简单、使用方便、可靠、检验效率高。 (1)量规的分类及形式 测量孔径、轴径的量规称光滑极限量规,如图5.47所示。光滑极限量规是一种没有刻度的量具,是检验孔或轴所用极限量规的总称,简称量规。它是模拟孔、轴装配和工作状态的标准样件,有通规和止规。 通规用来判断孔、轴的作用尺寸是否从公差带内超出最大实体尺寸;止规用于判断孔、轴任一位置的实际尺寸是否从公差带内超出最小实体尺寸。检验时,通规能通过,止规不能通过,则表明孔、轴的作用尺寸和任一部位的实际尺寸在规定的极限尺寸范围内,孔、轴合格。检验孔时用塞规(见图5.47(a)、检验轴时用卡规(见图5.47(b)。 图5.47光滑极限量规 测量高度、深度及长度尺寸的量规分别称为高度量规、深度量规及长度量规,统称为直线尺寸量规。直线尺寸量规的结构一般可分为整体式、台阶式和带表式3类,直线尺寸量规基本尺寸形式如图5.48所示。量规的一端按被检验零件的最小实体尺寸制造为止规,标记为Z0;量规的另一端按被检验零件的最大实体尺寸制造称为通规,标记为T0。台阶式量规上的台阶尺寸J是被测工件的公差值。 图5.48直线尺寸量规形式 (2)量规的使用 量规的使用方法如下: 使用塞规和卡规时,通规能通过被检验零件,止规通不过被检验零件时说明零件是合格的。 整体式和台阶式直线尺寸量规只控制被检验工件的极限尺寸,通常用于检验精度较低的一般尺寸或粗加工尺寸,测量时整体式直线尺寸量规通常采用目测比较、接触感觉及缝隙透光等方法判断被目测零件尺寸是否合格。台阶式直线尺寸量规一般凭手模或借助于刀口尺观察透光缝隙,来判断测量杆端面是否处于固定台阶尺寸J之间。 带表式直线尺寸量规是用读数装置(如百分表等)指针摆动的大小,来代替台阶式量规的台阶尺寸J。因此,既可控制被检工件的极限尺寸,又能读出尺寸偏差的具体数值,可用于测量精度较高的工件。使用时,先用校准件调整量规上读数装置的指针起始位置,然后根据测量时指针的摆动范围确定被测零件尺寸是否合格。 (3)光滑极限量规(GB 19571981) 光滑极限量规(GB 19571981)用于检验尺寸至500 mm,公差等级IT6IT16,有配合性质要求的孔、轴用量规。 1)量规的分类 光滑极限量规按其使用功能分为以下3种: 工作量规：在工件加工过程中,操作者对工件进行检验时所使用的量规,它的通规和止规代号分别用“T”和“Z”表示。 验收量规：检验部门或用户验收产品时所用的量规。在标准中,规定了工作量规的公差,没有规定验收量规的公差,但规定了量规的使用顺序,即操作者应该使用新的或磨损较少的通规;检验部门应该使用与操作者相同形式且已磨损较多但未超过磨损极限的通规;用户验收产品时,通规应该接近工件的最大实体尺寸,止规应该接近工件的最小实体尺寸。这样可避免操作者使用量规制成合格的工件后,被检验人员或用户判为不合格品,而用户的验收量规可以最大限度地接收合格品。 校对量规：它是检验工作量规制造和使用过程中尺寸是否合格的量规,以及判断工作量规磨损程度的量规。孔用工作量规用计量器具测量很不方便,不需校对量规,只有轴用工作量规,为了测量方便,才规定了校对量规,其名称和用途如下: a.“校通 通”规(TT)。该量规是制造轴用通规时使用的量规,其作用是防止通规尺寸小于它的最小极限尺寸,校对时应通过。 b.“校通 损”规(TS)。该量规是在通规使用过程中,校对通规是否已磨损到磨损极限用的量规,校对时,不应通过,否则通规已磨损到磨损极限。 c.“校止 通“规(ZT)。该量规是制造轴用止规时使用的量规,其作用是防止止规尺寸小于它的最小极限尺寸,校对时应通过。 2)量规公差带 量规的制造精度比工件高得多,因此,对量规尺寸要规定较高的制造公差。通规在使用过程中经常通过被检工件,其工作表面将逐渐磨损。为使其具有一定的使用寿命,要适当地给出磨损量。止规不通过工件,因此不留磨损量,校对量规也不留磨损量。 在确定量规的制造公差和磨损量的大小及量规公差带相对孔、轴公差带的位置分布时,要考虑以下因素:对工件配合性质的影响,误收、误废的影响。因为量规公差带的大小及量规公差带相对轴、孔公差带位置的分布会影响轴、孔的保证公差和生产公差,如图5.49所示。 生产公差是指零件在制造时,可能利用的最小制造公差,它不仅关系到零件制造的难易程度,而且检验时,可能出现零件的作用尺寸和任意一部位的实际尺寸,虽在规定的极限尺寸范围内,但不在生产公差范围内,合格的零件被判为不合格品。 保证公差是指零件可能得到的最大制造公差。如图5.49(a)所示为保证公差等于零件的标准公差,能保证工件设计时的配合性质。如图5.49(b)所示为保证公差已超出了零件的标准公差,有可能将已超出极限尺寸的零件误收为合格品,达不到设计时的配合性质。 图5.49孔的生产公差和保证公差 目前,国际上量规公差带相对工件公差带的分布,有超越工件公差带和不超越工件公差带两种体系,且有各自的解释。我国国家标准规定公差带位置分布如图5.50所示,采用保证公差等于工件标准公差,这样用符合标准规定的量规检验工件,可保证孔、轴的作用尺寸和任意一部位的实际尺寸不会超出孔、轴的极限尺寸,能有效地保证产品的配合性质和互换性,但孔、轴的生产公差缩小了,对加工提出了更高的要求。 图5.50量规公差的分布 3)量规设计 量规设计原则：具有配合要求的孔、轴,为了保证设计时的配合性质,检验过程中所用的光滑极限量规必须以极限尺寸判断原则为设计依据。因此,符合极限尺寸判断原则的量规形式为:通规用来判定工件的作用尺寸是否从最大实体尺寸处超出公差带,故通规测量面应是与被测孔或轴形状相对应的完整表面(通常称为全形量规),其尺寸应等于工件的最大实体尺寸,长度等于配合长度,与工件应是面接触。止规是判定工件任一部位的实际尺寸是否从最小实体尺寸处超出公差带,因此,止规测量面应是点状的(通常称为不全形规),两点状测量面之间的尺寸应等于工件的最小实体尺寸,与工件应是点接触。通规和止规的形式如图5.51所示。 图5.51符合极限尺寸判断原则的量规形式 量规对极限尺寸判断原则的偏离：完全符合极限尺寸判断原则的量规不但制造困难,而且有些情况无法使用量规检验,不得不允许量规的形式在一定条件下偏离极限尺寸判断原则。例如,为了采用标准结构,通规的长度可能小于工件的配合长度;为了减轻质量和便于使用,大尺寸的孔或轴所用量规,允许使用非全形量规或球端棒规;用环规无法检验曲轴,允许使用卡规代替全形环规;对于点状止规,检验过程中点的接触容易磨损,通常是用小平面或球面来代替等。 应注意,量规允许偏离极限尺寸判断原则,但并不等于被检验的工件可不按极限尺寸判断原则去评定,故简单地使用偏离量规,就会影响工件的配合性质。为此,应在工艺和检验方面采取必要的措施,使这种影响程度最小。 量规的仲裁：由于量规在制造和使用过程中的差异,用不同量规检验同一工件时,不可避免地会出现争议。只要用符合标准的量规检验工件合格,就应该认可工件是合格的。若工作量规与验收量规判断有争议,应该使用以下尺寸的量规解决: a.通规应等于或接近工件的最大实体尺寸。 b.止规应等于或接近工件的最小实体尺寸。 量规的技术条件 a.量规的形状公差应在尺寸公差带之内,其值为量规公差的50%;当量规公差小于或等于0.002 mm时,其值为0.001 mm。 b.量规表面粗糙度的值见表5.8。 c.量规材料可用合金工具钢、碳素工具钢、硬质合金等。 量规的结构形式和使用尺寸范围可参考有关设计手册。 任务5.6零件检验的专用量具 (1)样板和检验棒 1)样板 检验用样板是根据零件的一些特殊的截面,由钳工或切割机将薄钢板作成相应截面形状,再经淬火和仔细研磨而成。分类 a.轮廓样板。按零件内部轮廓尺寸制造,给予负的允许偏差。 b.“漏板”样板。检验凸模的样板,按凸模的最大极限尺寸制造。凹模的样板,按凹模的最小极限尺寸制造。 c.断面轮廓特殊部位形状样板。按最大极限尺寸制造,作为特殊形状的验规。 应用 a.用塞尺或透光目测检查样板与型腔表面的间隙,广泛用于检验精度要求不高(公差至0.015 mm)的锻模模膛形状。 b.弯曲模,特别是大中型弯曲模的凸、凹模工作表面的曲线和折线,几何形状和尺寸精度要求较高。加工时,需用样板及样件控制。 c.车削加工模具零件时,除加工一些小而精密的形状采用成形刀加工外,常用手工控制加工。其所需形状和尺寸可由样板检验,用样板的基面靠零件基面来检查成形表面的正确与否。 d.轮廓样板可用于铣削加工前在型面上的划线。 2)检验棒 检验棒用钢材作成圆柱、圆锥等形状,经淬火精磨用于检验较简单型槽,制造精度和表面粗糙度要求较高的锻模。检验棒检验精度可达0.05 mm。 (2)模型和样架 在拖拉机、汽车制造中,用于大型曲面零件制造的大型覆盖件冷冲模的工作部分,大多有立体曲面构成,精度及表面粗糙度等级要求均较高,加工时需采用模型和样架等专用检验工具配合加工。 1)主模型 主模型是被冲制品的原始依据,用于检验覆盖件形状和尺寸,也是覆盖件冲模制造中所有工艺装备的制造依据。 主模型相比,在长期的保存和使用期间变形小、保管简单,但制造过程较复杂。 2)工艺主模型 按冲模制造的需要,在主模型上补充了翻边线外的形状(工艺补充部分),同时按冲模设计的冲压方向改装基准面,即为工艺主模型。工艺主模型的工艺补充部分上划有冲模中心线。工艺主模型是冲模制造中 所用的各种模型和样板的母模,同时还可作凸模和压边圈仿形加工的靠模。 3)样架 样架即研修模型,是检验凸模立体形面与工艺主模型一致性的量具,还可作凹模的仿形铣靠模。材料采用变形小、强度高、易复制型面的塑料(玻璃钢)或低熔点合金。 4)投影样板和断面样板 投影样板是根据工艺主模型有关轮廓按冲压方向投影到平面上的形状和尺寸制造的。用于某些拉延模的凸模外轮廓、压边圈内轮廓、顶件器外轮廓和凹模内轮廓加工时的划线、检验及修磨,也可用于某些修边模刃口镶块的粗加工形状和安装位置的确定。 5)立体样板 立体样板主要用于控制修边模的曲面形状和尺寸。其结构用拉延件做坯料,并做出修边轮廓线,即在拉延件上,按修边线开出一系列小窗口,窗口的一边构成断续的修边线,以保持拉延件的工艺补充部分并保证立体样板的正确形状。 (3)研配压力机 研配压力机是大型覆盖件冲模常用工艺和检验设备。研配压力机的外观示意如图5.52所示。 研配压力机的工作原理如下:压力机滑块3沿导轨可上下运动,以保证进行分模或作研修运动时导向准确。工作时,工件放在工作台2的台面上,标准型面如样架或凸模装在滑块上。 工作台可以沿地面导轨1移动至机架4外,便于安装大型模具。压力机的压力是固定的或可调的,当滑块下行受到一定压力机的压力后,即使继续开动压力机,滑块也不再向下运动。 研配压力机的类型分机械传动和液压传动两种,机械传动研配压力机结构简单、维修方便,但其压力固定。液压传动研配压力机可调,适用范围广。 研配压力机在零件测量方面的主要用途包括:图5.52研配压力机外观示意图1导轨;2工作台;3滑块;4机架 1)检验大型覆盖件冲模型面精度 例如,在大型覆盖件冲模的凸模表面涂红丹粉,然后在研配压力机上与样板研合,观察凸模型面与样架吻合程度、凸模表面与样架的接触是否良好,其接触面积应不小于80%。 2)检验凸、凹模间隙 在研配压力机上,将装配好的模具合上,在模口周边或斜度较大部位垫软金属条,在研磨压力机上,根据金属条上的压痕,检验凹模间隙。也可在凹模刃口外放两个等高垫铁,使落下的上模板坐在垫铁上,垫铁高度以凸模刃口进入凹模刃口内35 mm为宜。根据设计要求的间隙值选择塞尺,检查凸、凹模之间的间隙是否均匀。 3)试模 零件检测合格后装配的冷冲模具,还必须在研配压力机上试模。因为模具在冲压时所受的力是复杂的,冲裁模受力后,本来均匀的间隙可能一边大于另一边,造成冲裁件出毛边;打弯模由于回弹力计算不准,冲出零件角度不够。因此,在研配压力机上进行试模是冷冲模具制造中的最后检测手段之一。 任务5.7工具显微镜 工具显微镜的工作台的大小和可移动的距离、测量精度的高低以及测量范围的宽窄,一般分为小型,大型和万能型和重型。它们的测量精度和测量范围虽然不同,但基本结构、测量方法大致相同。工具显微镜主要用于测量扁平工件的长度;光滑圆柱直径、锥度;工件的角度,圆弧半径,孔间距;各种刀具、工具,如样板、样板刀、冲模的几何形状;普通外螺纹的中径、内径、牙形角、螺纹的形状以及圆锥外螺纹除中径以外的其他几何参数。工具显微镜是用来作坐标测量的一种光学仪器。 (1)万能工具显微镜的组成及原理 万能工具显微镜的外形如图5.53所示。底座12上有互相垂直的纵、横向导柱,使纵向滑台2,18、横向滑台9,15可彼此独立地沿纵、横向粗动、微动和锁紧。纵向滑台2上装有纵向玻璃刻线尺和安放工件的玻璃工作台10,玻璃刻线尺的移动量,即被测工件移动量可由固定在底座上的纵向读数显微镜3读出。横向滑台9,15上装有横向玻璃刻线尺和立柱6,立柱的悬臂上装有瞄准用的主显微镜7,17。主显微镜7,17在横向的移动量可通过横向刻线尺14,16及固定在底座上的另一横向读数显微镜4读出。被测工件放在工作台上或装在2顶针之间,由玻璃工作台下面射出一平行光束照明。主显微镜7,17可沿立柱升降以调焦距,因而可由此显微镜看到被测工件的轮廓影像。 主显微镜7,17用于瞄准工件,其上部可装目镜头及投影器。目镜头的种类包括:测量角度、螺纹及坐标的测角目镜;测螺纹和测圆弧的轮廓目镜;测孔间距或对称图形的间距的双像目镜头等。投影器可将工件影像投影在影屏上,用相对法测量,或利用工作台的移动、转动及读数显微镜测工件的尺寸。 万能工具显微镜的纵向导轨中部工作滑台可分为平工作台或圆工作台。平工作台上有玻璃台板和T形槽,可用螺钉和压板夹紧工件; 圆工作台用于分度测量或极坐标测量。 图5.53万能工具显微镜1纵向微动手轮;2,18纵向滑台;3纵向读数显微镜;4横向读数显微镜;5光圈调节环;6立柱;7,17主显微镜;8立柱倾斜调节手柄;9,15横向滑台;10工作台;11顶尖座;12底座;13横向微动手轮;14,16刻度尺 (2)工具显微镜的读数装置 在小型、大型工具显微镜上,工作台纵横向移动距离的读数装置常用类似千分尺的测微螺旋机构,分度值为0.01 mm或0.005 mm。万能工具显微镜则一般采用阿基米德螺旋显微镜,分度值为1 m。目前,各种类型的工具显微镜的读数装置广泛采用微电脑数显示仪。 阿基米德螺旋显微镜的读数方法:在显微镜读数镜头中看到3种刻度:一种是毫米玻璃刻线尺上的刻度,其间距代表1 mm;另一种是目镜视野中间隔为0.1 mm的刻度;再一种是有10圈多一点的阿基米德螺旋显微线刻度和螺旋线里面圆周上100格圆周刻度,每格周围刻度代表阿基米德螺旋移动0.001 mm。读数时,旋转螺旋分划板微调手柄,使毫米刻线位于阿基米德螺旋双刻线之间,其读数为7.451 mm。如图5.54所示为阿基米德显微镜的读数方法。 图5.54阿基米德显微镜的读数方法 任务5.8三坐标测量机 三坐标测量机是近30几年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测,例如箱体、缸体、形体、导轨、叶片、凸轮、齿轮等空间型面的测量。此外,还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路,并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接,已成为一类大型精密仪器,故有“测量中心”之称。 三坐标测量机作为现代大型精密仪器,已越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。它可方便地进行空间三维尺寸的测量,可实现在线检测及自动化测量。它的优点如下: 通用性强,可实现空间坐标点位的测量,方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度。 测量精确可靠。 可方便地进行数据处理与程控。因而它可纳入自动化生产和柔性加工线中,并成为其中一个重要的组成部分。 目前,国内外三坐标测量机正迅速发展。国外著名的生产厂家有德国的蔡司(Zeiss)和莱茨(Leitz)、意大利的DEA、美国的布朗和夏普(Brown 2测头;3 z轴;4副滑架;5主滑架 2)三坐标测量机的测量系统 三坐标测量机的测量系统包括测头和标准器。CIOTA系列三坐标测量机以金属光栅为标准器,光学读数头用于各坐标轴实现测量数值。三坐标测量机的测头用来实现对工件的测量,是直接影响测量机测量精度、操作的自动化程度和检测效率的重要部件。 测头的类型：按测量方法,三坐标测量机的测头可分接触式和非接触式两类。 接触式测量头又分机械式测头和电气式测头。机械接触式测头为具有各种形状(如锥形、球形)的刚性测头、带千分表的测头以及划针式工具。机械接触式测头主要用于手动测量,由于手动测量的测量力不易控制,测量力的变化会降低瞄准精度,因此只适用于一般精度的测量。电气接触式测头的触端与被测件接触后可作偏移,传感器输出模拟位移量信号。这种测头既可以用于瞄准(过零发信),也可以用于测微(测给定坐标值的偏差),因此电气接触式测头主要分为电触式开关测头和3向测微电感测头,其中电触式开关测头较广泛采用。 非接触式测头,主要由光学系统构成,如投影屏式显微镜、 电视扫描头。适用于软、薄、脆的工件测量。 它用于瞄准的电触式开关测头,是利用电触头的开合触点进行单一瞄准的,其结构及工作原理如图5.56所示。测头主体由上主体2与下底座10及3根防转杆1组成。测杆11装在测头座7上,其底面装有按120均布的3个圆柱体8,圆柱体与装在下底座上的6个钢球9两两相配,组成3对钢球接触副。测头座为半球形,顶部的压力弹簧5向下压紧,使接触副保持接触。弹簧力大小用螺杆4调节。电路导线由插座3引出。 电触式开关测头的工作原理相当于零位发信开关。3对钢球分别于下底座10上的印刷线路接触,此时指示灯熄灭。当触头与被测件接触时,外力使触头发生偏移,此时钢球接触副必然有1对脱开,而发出过零信号,表示已计数。同时指示灯发出闪光信号,表示测头已碰上工件偏离原位。当测头与被测件脱离,外力消失,压力弹簧5使测头回到原始位置。 图5.56电触式开关测头的结构及工作原理1防转杆;2上主体;3插座;4螺杆;5压力弹簧;6指示灯;7测头座;8圆柱体;9钢球;10下底座;11测杆 如图5.57(a)所示为点测量电触开关式单测头。如图5.57(b)所示为两轴可转角测头,其测头座可使测头以7.5的步长,在180之间的水平方向回转,在0+105的垂直方向倾斜。如图5.57(c)所示为多头测头,其测头座可同时安装5个测头。 图5.57电触开关式单测头及测头座 3)三坐标测量机的计算机系统和软件 计算机是三坐标测量机的控制中心,用于控制全部测量操作、数据处理和输入输出。三坐标测量机的控制系统和数据处理系统包括通用或专用计算机、专用的软件系统、专用程序或软件包。中国航空精密机械研究所的三坐标测量机专用控制系统软件TUTOR为WINDOWS版配以中文菜单,支持局域网,可共享资源,同时执行不同任务,还配有DMIS接口,可直接把各种具有DMIS接口的CAD设计参数转换为TUTOR检测程序。 测量机提供的应用软件包括:通用程序。用于处理几何数据,按照功能分为测量程序(求点的位置、尺寸、角度等);系统设定程序(求工件的工作坐标系,包括轴校正、面校正、原点转移程序等);辅助程序(设定测量的条件,如测头直径的确定、测头数据的修正等)。 公差比较程序。先用编辑程序生成公称数据文件,再与实测数据进行比较,从而确定工件尺寸是否超出公差。监视器将显示超出的偏差大小,打印机打印全部测量结果。 轮廓测量程序。测头沿被测工件轮廓面移动,计算机自动按预定的节距采集若干点的坐标数据机关处理,给出轮廓坐标数据,检测零件各要素的几何特征和形位公差以及相关关系。 自学习零件检测程序的生成程序、统计计算程序、计算机辅助编程程序等。 (5)三坐标测量机分类 三坐标测量机按其工作方式分为点位测量方式和连续扫描测量方式。点位测量方式是由测量机采集零件表面上一系列有意义的空间点,通过数学处理,求出这些点所组成的特定几何元素的形状和位置。连续扫描测量方式是对曲线、曲面轮廓进行连续测量,多为大中型测量机。 如图5.58所示为三坐标测量机的结构形式,测量机3个方向测量轴的相互配置位置,使三坐标测量机的总体布局结构形式分为悬臂式(见图5.58(a)、(b)、桥式(见图5.58(c)、(d)、龙门式(见图5.58(e)、(f)、立柱式(见图5.58(g)、坐标镗床式(见图5.58(h)等,每种形式各有特点与适用范围。 图5.58三坐标测量机的结构形式 悬臂式的特点是结构紧凑、工作面开阔、装卸工件方便、便于测量,但悬臂易于变形,且变形量随测量轴y轴的位置变化,因此y轴测量范围受限。桥框式测量机构刚性好,x,y,z的行程大,一般为大型机。龙门式的特点是龙门架刚度大,结构稳定性好,精度较高。由于龙门或工作台可移动,使装卸工件方便,但考虑龙门移动或工件移动的惯性,龙门式测量机一般为小型机。立柱式适合于大型工件的测量。坐标镗式的结构与镗床基本相同,结构刚性好,测量精度高,但结构复杂,适用于小型工件。在模具的制造和检验中,常用的形式为:桥式、龙门式和立柱式。 三坐标测量机按测量范围可分为大型、中型和小型。 按其精度可分为两类:一类是精密型,一般放在有恒温条件的计量室,用于精密测量,分辨力一般为0.52 m。另一类为生产型,一般放在生产车间,用于生产过程检测,并可进行末道工序的精加工,分辨率5 m或10 m。 (6)三坐标测量机的测量方式 一般点位测量有3种测量方式,即直接测量、程序测量和自学习测量方式。 1)直接测量方式 直接测量即手动测量,利用键盘由操作员将决定的顺序指令输入,系统逐步执行的操作方式,测量时根据被测零件的形状调用相应的测量指令,以手动或NC方式采样。 2)程序测量方法 程序测量是将测量一个零件所需要的全部操作,按照其执行顺序编程,以文件形式存入磁盘,测量时运行程序,控制测量机自动测量的方法。零件测量程序的结构一般包括以下内容: 程序初始化。如制订文件名、存储器置零,对不同于缺省条件的某些条件给出有关选择指令。 测头管理和零件管理。如测头定义或再校正、临时零点定义、数学找正、建立永