垂直度测具的设计与误差分析

　　我厂某产品的一个工序要求测量产品内孔对产品端面的垂直度误差0.01,图1为产品结构示意图。垂直度的测量方法很多,如采用千分表测量其实际数值,或用垂直度量规综合测量产品的垂直度。我们用测具测量产品垂直度的实际数值来检验是否符合产品要求。

　　1测具的基本原理

　　如图2所示,用两短圆柱销(球头更好)在产品的A、B两点定位,使产品内孔与两圆柱销相切,产品内孔中心线即可确定。用标准件校正千分表,使表头在C点读数为0,该标准件模拟产品且垂直度为零。测量产品时,如内孔与端面存在垂直度误差,千分表读数就会有变化。将产品旋转一周,千分表读数的最大变化范围就是内孔对端面的垂直度误差。将此误差与产品要求的误差允许值相比较即可判断产品垂直度是否合格。

　　2产品定位的稳定性

　　为提高测量中产品的稳定性,可将测具定位平面倾斜一个角度(如45°),利用产品因自重而自动下滑,提高产品内孔与两圆柱销相切的可靠性(见图3)。

　　3对表件的设计

　　用本测具测量产品垂直度属于比较测量法,要根据对表件本身的形位误差校正千分表读数后才能测量。产品垂直度由测出数值与对表件比较得到,对表件的设计很重要。本例的对表件是模拟产品形状的,其尺寸与形位要求有:内孔的尺寸精度以及内孔对端面的垂直度误差。对表件的具体尺寸和结构如图4所示。

　　4误差分析

　　①参照图1、图2,产品要求孔全长对端面的垂直度为0101,而实际仅测量了C点到圆柱销间孔对端面的垂直度。可根据产品垂直度误差,按长度比例先换算出C点到圆柱销间允许的垂直度误差值,再按实际测得垂直度值与该数值比较即可判断产品是否合格。

　　②测具误差主要来自其设计误差和制造误差。因制造误差无法事先控制,这里只讨论设计误差。该误差一般应小于产品允许误差的1/10或1/5。由于产品内孔直径与对表件内孔直径不可能绝对相等,会出现图5所示情况,A、B点不重合,产生误差。假设这时产品内孔的直径处于公差的上偏差,而对表件内孔直径为下偏差(反之也可类推),可算出AB的值。

　　如图5所示,L2值越大,AB值也越大。但L2值不宜太小,否则两定位销位置太靠近,产品用内孔定位,稳定性差,加大了测量难度,故确定L2值需要兼顾两方面的因素。本例中L2取25,则误差AB为

　　由计算所得的AB值可知,它只占产品允许误差的5%,远小于1/10或1/5,故L2取值合理。

　　另外,因对表件存在位置误差,使千分表对表时产生误差。如产品允许误差大可忽略不计,但如产品精度要求高,就不能忽略对表件本身误差的影响了。对于对表件本身的垂直度误差,可考虑对表件实际垂直度误差值及方向,在校正千分表时加以修正即可解决。