重型深孔鉆鏜床床頭箱體孔距測量—檢套檢棒的設計
2018-12-21 來源： 德州三嘉機器制造有限公司 作者：譚德寧 張志恒 仇志鵬 王興維
摘 要: 通過對現有檢套檢棒和新型檢套檢棒的結構對比，進行了量化的數值計算，重點分析了大孔檢測的現狀和存在的問題，在 TS21160 重型深孔鉆鏜床床頭箱體上，提出了檢套檢棒的具體改進方法，可以提高床頭箱體的精度，降低了齒輪嚙合的噪聲，具有實際應用價值。
關鍵詞: 檢套檢棒; 自定心機構; 軸承鎖緊套
對于重型臥式深孔鉆鏜床，如 TS21100 和 TS21160型等，床頭箱體孔系尺寸規格都比較大，筆者公司目前還沒有很好的檢測方法，只能采用傳統的檢套、檢棒辦法來測量。對于床頭箱體，一般都測量孔徑尺寸、表面粗糙度、孔距尺寸( 平行) 和主軸孔端面跳動，而孔距尺寸( 平行) 和主軸孔端面跳動只能依靠檢套、檢棒來測量，不能定量的檢測真實數據的大小。
這里提出了一種能自動消除間隙的檢套、檢棒結構圖，徹底解決床頭箱體孔系測量不準的問題，降低了齒輪嚙合的噪聲。
1 、床頭箱體孔系分析
現在以 TS21160 型重型臥式深孔機床為例，來說明孔系的測量。如圖 1 所示，可以看出Ⅳ軸定位孔精度要求和孔距允差。
這樣的孔系屬于大孔范圍，尺寸為 520k5mm、580H7 mm 和 750K5 mm。如果采用檢套與之配合，間隙小于 0. 03 mm 根本裝不上，所以，孔越大越不好用檢套來測量。這可以從國家標準的尺寸公差表上體現: 尺寸越大，公差也越大。尺寸公差提得比較嚴，到了 5 級精度，如果鏜模設計、制造和裝配得不好，就無法保證 5 級孔的加工和圓柱度 0. 01 mm 的要求。
從Ⅳ軸孔系可以看出: 定位孔主軸孔端面跳動有 6 處要求 0. 02 mm。Ⅲ軸和Ⅳ軸的孔距為 657. 94 ± 0. 04mm，這個數據本身就不合理，如果兩個嚙合齒輪節徑公差都做到名義值 0 上，孔距在名義值 － 0. 025 mm上，那么齒輪就過盈配合產生干涉。
為了保證齒輪的正常嚙合，一般嚙合齒輪節徑公差都做到名義值 －0. 03 mm 上，孔距為名義值 + 0. 02 mm 上，這樣嚙合齒輪為間隙配合，床頭箱工作起來就會產生“哄咔、哄咔”的響聲; Ⅲ軸和Ⅳ軸的孔距公差提到 657. 94 ±0. 02 mm 比較合理，可是一般廠家又干不了。對鏜模、鏜桿進行改進設計，筆者公司已經能夠滿足孔距 ±0. 02 mm 的加工能力。對于Ⅱ軸和Ⅲ軸的孔距為 360 ±0. 028 mm，這個數提的比較適中，因為有一對雙聯滑移齒輪在此配合，間隙過小不容易操作。
對于Ⅰ軸和Ⅱ軸的孔距為236. 306 +0. 023 mm，為單向公差，公差帶比較小，保證了嚙合齒輪低噪音的問題，設計合理。
2 、床頭箱體孔系測量
對于 340 mm 以下的孔系，采用檢套、檢棒測量可以。統的檢測方法用在大孔上，檢測誤差會比較大。如圖 2所示，圖中列出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸的測量方法，利用整體檢套置于床頭箱體孔中，再將檢棒插入檢套中，這樣就可知同一個軸系各孔的同軸情況，如果檢棒插入檢套中很輕便且檢棒回轉自如，說明同軸度很好，反之，同軸度不好; 同時可以通過用量塊當對板來檢測兩軸間的孔距和平行，方法是分別測量兩側孔距尺寸，然后根據兩側之間的軸向距離，便可換算出每米上的平行度誤差。
對于Ⅳ軸孔系，檢套與箱體孔配合間隙不小于0. 03 mm，檢棒與檢套采用 80H6 / g5 的配合，最小間隙0. 01 mm，最大間隙 0. 042 mm，取平均值為 0. 025 mm，那么Ⅳ軸孔系帶來的檢測誤差為 0. 055 mm; 對于Ⅲ軸孔系，檢套與箱體孔配合，間隙不小于 0. 025 mm，檢棒與檢套采用 60H6 /g5 的配合，最小間隙 0. 01 mm最大間隙 0. 042 mm，取平均值為 0. 025 mm，那么Ⅲ軸孔系帶來的檢測誤差為 0. 05 mm; 對于Ⅱ軸孔系，檢套與箱體孔配合，間隙不小于 0. 02 mm，檢棒與檢套采用60H6 / g5 的 配 合，最 小 間 隙 0. 01 mm，最 大 間 隙0. 042 mm，取平均值為 0. 025 mm，那么Ⅱ軸孔系帶來的檢測誤差為 0. 045 mm; 對于Ⅰ軸孔系，檢套與箱體孔配 合，間 隙 不 小 于 0. 016 mm，檢 棒 與 檢 套 采 用60H6 / g5 的 配 合，最 小 間 隙 0. 01 mm，最 大 間 隙0. 042 mm，取平均值為 0. 025 mm，那么Ⅰ軸孔系帶來的檢測誤差為 0. 041 mm。
從上面的數據分析可知:
Ⅲ軸和Ⅳ軸的孔距測量時，間隙產生的誤差為 0. 055 + 0. 05 = 0. 105 mm，無法精確檢測孔距 657. 94 ± 0. 04 mm 要求; Ⅱ和Ⅲ軸孔距測量時，間隙產生的誤差為 0. 05 + 0. 045 =0. 095 mm，無法精確檢測孔距 360 ± 0. 028 mm 的要求; Ⅰ軸和 Ⅱ 軸的孔距測量時，間隙產生的誤差為0. 045 + 0. 041 = 0. 086 mm，無 法 精 確 檢 測 孔 距236. 306 + 0. 023 mm 的要求。
從圖 1 可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸系是垂直排列的，好像檢套在重力的作用下都落到了最低點，可以近似測量孔距尺寸，實際是行不通的，因為 3 個孔間的配合間隙不同，再有實際加工的床頭箱體孔既可能大也可能小，導致檢棒插入檢套中既可能抬頭也可能低頭，導致測量不準; 再有檢套本身存在外圓與內孔的同軸度誤差和尺寸上限和下限的不同;最后是檢棒與檢套的間隙，再用量塊塞對板測量，檢棒會上抬，數值顯然是不準確的。
3 、床頭箱體孔系的改進測量
如圖 3 所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸的檢套全部采用能自動消除間隙的自定心夾緊機構測量，它們的結構是相同的。如圖 3 中Ⅳ軸孔錄 A 部放大圖所示，檢套由彈性脹套 1、檢套體 2 和 O 型密封圈 3 等組成。彈性脹套 1 在中部開有凹槽，是容納液壓油的空腔，空腔兩側有 O 型密封圈槽供安裝 O 型密封圈 3 用，彈性脹套采用 45 #鋼做材料; 檢套體 2 為檢套的骨架，結構與圖 2 所示的檢套相同，采用 HT200 做材料; 彈性脹套 1 與檢套體 2 采用過盈配合，安裝時采用冷裝的方法壓入。
檢套體 2 上開有錐管螺紋，高壓油槍可從此處打入高壓油，然后由單向閥密封，使彈性脹套 1 脹緊在床頭箱體孔上，自動消除配合間隙，定心精度可達 005 mm; 當測量完畢后，可通過放油塞將高壓油卸載，便可將該新型檢套拆下。該結構可保證各軸系的間隙≤0. 02 mm，保證了檢測孔距的尺寸精度。優點如下:
( 1) 結 構 簡 單 實 用，自 定 心 精 度 高，精 度 可 達0. 005 mm。
( 2) 無論鏜削后內孔直徑處于上差還是下差，都能實現自動定心。
( 3) 裝配方便、輕松，與內孔的間隙可達 0. 1 mm，不再用重器敲打。
( 4) 對于大孔測量，測量精度能準確反映實際情況。
4 、床頭箱體主軸孔垂直度的改進測量
為了準確地測量床頭箱體主軸孔端面的垂直度，必須使檢棒徑向、軸向定位準確，才能達到準確測量的要求。 如圖 4 所示，該結構為新型測量結構圖，從圖 1 可知主軸孔端面跳動有 6 處，要求 0. 02 mm，它們的檢測方法都是相同的。現在以圖 4 所示為例進行說明，床頭箱體 1 立放在枕木 5 上，首先，檢套 2 采用自定心夾緊由液壓鎖緊在床頭箱體 1 主軸孔上，結構同圖 3 所示; 其次，如圖 4 中 A 部局部放大所示，在檢棒的下端地面上安置一個底塊 6，檢棒的中心孔內焊接有一個鋼珠 7，直徑為 8 mm，使鋼珠 7 與底塊 6 上面點接觸，這樣就保證了檢棒在旋轉過程中軸向竄動最小; 最后，檢棒 3 與新型檢套 2 之間采用滾動軸承定心結構，如圖 4 中 B 部放大所示，松開壓蓋 8 上的
4 個螺釘，將檢棒 3 插入檢套 2 中，然后在鎖緊壓蓋 8 上的 4 個螺釘，使向心推力球軸承 9 鎖緊，80H6 /g5 mm 配合產生≤0. 003 mm 間隙配合，100H6 / g5 mm 配合產生無間隙配合，這樣檢棒和檢套之間既能旋轉又能間隙小，定心精度是最高的。
利用磁性表座的 V 型結構，將磁性千分表 4 吸附在檢棒 3，千分表指針打在被測的主軸孔端面上，慢速旋轉檢棒即可顯示千分表在一圈內的數值變化，最大與最小差值便是端面的跳動量，這種測量方法消除了原有結構的間隙影響，使測量數值更加準確。
5 、結語
本文通過對檢套、檢棒的改進設計，在重型深孔鉆鏜床箱體大孔上定量地分析了孔距測量和端面垂直度測量現有結構和改進結構的差別，新型檢套檢棒能滿足精度檢測要求，降低齒輪嚙合的噪聲。
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