內(nèi)螺紋同軸度測量

在汽車發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋及變速器殼體類零件的生產(chǎn)中，經(jīng)常需要檢測內(nèi)螺紋的中徑與光孔的同軸度，如圖1所示零件上同軸度φ0.2的要求。傳統(tǒng)的檢測內(nèi)螺紋與光孔同軸度的方法有兩大類：三坐標(biāo)測量法和專用檢具測量法。這些測量方法存在哪些誤差和缺點(diǎn)，以及如何設(shè)計專用檢具在大批量生產(chǎn)中快速、準(zhǔn)確地檢測上述同軸度要求，是本文討論的主題。

三坐標(biāo)測量法工作原理及誤差分析

1. 工作原理

在內(nèi)螺紋同軸度的測量中，常用的三坐標(biāo)測量法有以下三種：

(1)在螺紋孔中加裝輔助螺紋芯軸，輔助螺紋芯軸螺紋端設(shè)計成錐螺紋，以保證螺紋芯軸旋入螺紋孔后始終處于緊固狀態(tài)，確保螺紋芯軸的軸線和螺紋孔軸線同軸。螺紋芯軸另一端為與芯軸螺紋部分同軸的圓柱。如圖2所示，三坐標(biāo)測量前將輔助螺紋芯軸螺紋一端旋入螺紋孔中并擰緊，在螺紋芯軸圓柱上采2個截面上的8個點(diǎn)構(gòu)造一個圓柱要素，以該圓柱軸線作為螺紋孔軸線，求該圓柱軸線(或圓心)相對于基準(zhǔn)的同軸度。

(2)在螺紋孔內(nèi)采兩截面上的8個點(diǎn)構(gòu)造1個圓柱，以該圓柱軸線作為螺紋孔軸線來模擬螺紋中徑，從而檢測螺紋的同軸度。

(3)為了提高測量的準(zhǔn)確性，會根據(jù)螺紋孔旋向和螺距P的大小步進(jìn)來采點(diǎn)，即在螺紋孔內(nèi)每采一點(diǎn)后測頭向后退P/4的距離采第二點(diǎn)，依次類推;采完第4點(diǎn)以后，測頭向前進(jìn)mP距離(m為整數(shù))，再采第5點(diǎn)，依次類推。采完第8點(diǎn)構(gòu)造一個圓柱，以該圓柱軸線作為螺紋孔軸線，求該圓柱軸線(或圓心)相對于基準(zhǔn)的同軸度。

因此，準(zhǔn)確測量螺紋孔同軸度的關(guān)鍵就是構(gòu)建螺紋孔軸線的誤差要盡量小。

2.誤差分析

第一種測量方法因為螺紋芯軸將螺紋孔軸線延長存在延伸誤差，是造成螺紋孔同軸度測量不準(zhǔn)的原因。另外，圖2中內(nèi)螺紋直徑與上面的φ11.2的光孔直徑相差很近，在加裝螺紋芯軸的情況下，為了避免采點(diǎn)光孔時三坐標(biāo)測頭與輔助螺紋芯軸光軸部分發(fā)生干涉，輔助螺紋芯軸的光軸直徑d必須設(shè)計得足夠小，這將大大增加輔助螺紋芯軸的加工難度，降低加工精度。

第二種測量方法在螺紋孔內(nèi)同一截面上采點(diǎn)測量時，所采同一截面的4個點(diǎn)構(gòu)成的圓，其圓心不在螺紋孔的軸線上。在評定螺紋孔同軸度時，這個誤差就會被帶入到評定結(jié)果中，且同一孔不同截面、不同的孔所測圓的圓心偏離螺紋軸線的距離有很大差異，這是造成螺紋孔同軸度測量不準(zhǔn)確的主要原因。而本例中，由于螺紋孔加工前不鉆底孔，是在預(yù)鑄毛坯孔上直接攻螺紋，螺紋毛坯孔位置度對測量有較大影響，因此，測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性差。

第三種測量方法是沿螺紋孔螺紋旋向方向步進(jìn)采點(diǎn)，這雖然保證了所采點(diǎn)構(gòu)成圓的圓心理論上在螺紋軸線上，評定同軸度結(jié)果較前兩種測量方法誤差小。但由于采集的4個點(diǎn)不在同一截面上，螺紋孔又不規(guī)則，軸線稍有傾斜就會帶來較大的采點(diǎn)誤差，并將帶來較大的測量誤差。

專用檢具測量法工作原理及誤差分析

固定式內(nèi)螺紋同軸度檢具如圖3所示。這種內(nèi)螺紋同軸度檢具的外螺紋部分和φ11的短軸采用一體式結(jié)構(gòu)，螺紋部分一般按螺紋規(guī)通端設(shè)計，通過旋入前端的外螺紋過程中驗證短軸部分能否進(jìn)入被檢螺紋孔的光孔中來檢測螺紋孔同軸度。由于檢具的短軸是在螺紋旋入過程中進(jìn)入螺紋孔光孔的，前端外螺紋在未旋入到螺紋孔底前處于松動狀態(tài)，檢測螺紋孔的同軸度存在較大的誤差。

為了提高測量的精度，解決測量過程中螺紋的“松動”問題，我們一般會將前端外螺紋設(shè)計成錐螺紋，并開口成可脹螺紋頭部，保證同軸度檢具在螺紋旋入過程中，始終與內(nèi)螺紋處于相對緊固狀態(tài)，從而很好地解決了檢具檢測過程中的“松動”問題，減小了測量誤差。但同時錐螺紋加工和開口成可脹頭部也增大了檢具的加工難度。另一方面檢具在旋入過程中較緊，旋入較費(fèi)力，如果檢查頻次較高，勢必降低檢測效率。同時螺紋頭部磨損較快，檢具使用壽命短，現(xiàn)場使用中存在一定的不足和使用上的限制。

探索新的測量方法

要完美解決上述內(nèi)螺紋同軸度測量中存在的問題，首先需要解決兩個問題，一是構(gòu)建螺紋孔軸線的問題，一是螺紋孔軸線與光孔同軸度的測量問題。

構(gòu)建螺紋孔軸線是最直接、最簡單，也是最準(zhǔn)確的方法。通過旋入和內(nèi)螺紋孔深相等的外螺紋，通過外螺紋的軸線來體現(xiàn)內(nèi)螺紋的軸線。這種方式也最能體現(xiàn)零件的實際裝配情況。這里存在的問題是，如何保證在外螺紋旋入后，外螺紋與內(nèi)螺紋處于自鎖、緊固狀態(tài)。這個問題其實并不需要將外螺紋設(shè)計成錐螺紋或外螺紋開口，只需要將外螺紋全長旋入內(nèi)螺紋到底即可完成外螺紋的緊固定心問題。接下來的問題是如何實現(xiàn)螺紋軸線確定后同軸度的測量。我們可以借助傳統(tǒng)的固定式內(nèi)螺紋同軸度檢具的思路并進(jìn)行優(yōu)化，將短軸(光軸)部分與螺紋部分做成同軸的兩部分，分體式設(shè)計。圖4所示為一種全新的滑動式內(nèi)螺紋同軸度檢具及測量原理圖。

1. 技術(shù)原理及性能指標(biāo)

滑動式內(nèi)螺紋同軸度檢具總成如圖5所示，零件組成如圖6所示?；瑒邮絻?nèi)螺紋同軸度檢具采用螺紋芯軸與軸套兩部分組合而成，螺紋芯軸測量端為螺紋部分，按螺紋塞規(guī)通端設(shè)計，長度等于零件內(nèi)螺紋部分長度，以保證檢具螺紋部分可以模擬裝配要求全部旋入待檢零件螺紋孔中并緊固。螺紋芯軸中部為與螺紋同軸的光軸。螺紋芯軸與軸套內(nèi)孔之間通過配磨加工方式連接成幾乎無間隙配合，軸套可在螺紋芯軸上做軸向無間隙滑動。軸套一端為與內(nèi)孔同軸的一體短軸,其直徑公差根據(jù)被測同軸度尺寸確定。加工時為保證該短軸與內(nèi)孔同軸度，可在螺紋芯軸與軸套插入后并用膠臨時固定后磨削加工，以保證軸套短軸部分與軸套內(nèi)孔的同軸度要求。使用該內(nèi)螺紋同軸度檢具時，當(dāng)螺紋芯軸旋入待檢螺紋孔并旋緊后，軸套在螺紋芯軸上滑動，當(dāng)軸套上一端短軸能夠順利進(jìn)入待檢光孔時即為合格，否則為不合格。在設(shè)計上軸套外部設(shè)計成半圓芯軸，檢測時便于觀察和判定。

2.特點(diǎn)及擴(kuò)展

這樣設(shè)計的檢具在使用過程中，當(dāng)螺紋芯軸螺紋部分磨損或軸套短軸部分磨損后，只需要重新加工螺紋芯軸或軸套即可重復(fù)使用，減少訂貨和縮短訂貨周期，節(jié)約成本。由于檢具分成螺紋芯軸和軸套兩部分，可以把這兩部分分別加工成不同類型的螺紋和不同直徑短軸的軸套，就可以組合使用，形成一整套成組內(nèi)螺紋同軸度檢具，便于擴(kuò)展使用。由于在設(shè)計上外螺紋部分是按螺紋規(guī)通端進(jìn)行設(shè)計的，因此該內(nèi)螺紋同軸度檢具在用作內(nèi)螺紋同軸度測量的同時，還可以進(jìn)行內(nèi)螺紋的加工精度的綜合檢測。進(jìn)一步的擴(kuò)展，如果在該檢具軸套外部半圓芯軸平面刻上深度標(biāo)尺，還可以進(jìn)行螺紋深度的檢測。

結(jié)語

使用內(nèi)螺紋滑動式同軸度檢具之前，我們在生產(chǎn)線上一直使用三坐標(biāo)檢測內(nèi)螺紋的同軸度，由于檢測周期長，測量重復(fù)性較差，給加工設(shè)備調(diào)試帶來一些不便，車間員工抱怨較多。后采用傳統(tǒng)的固定式內(nèi)螺紋同軸度檢具，現(xiàn)場使用過程中存在旋入過緊，公差邊緣狀態(tài)時判定易出錯的問題。新設(shè)計的滑動式內(nèi)螺紋同軸度檢具經(jīng)過三年的現(xiàn)場實際應(yīng)用后，現(xiàn)場反應(yīng)該檢具使用非常方便靈活，效果良好，一次旋入過程即可完成螺紋的綜合檢測，螺紋深度的檢測及螺紋同軸度的測量效率非常高，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，減輕了員工的勞動強(qiáng)度并且操作簡便。使用磨損后，只需重新加工并配磨螺紋芯軸或軸套部分即可恢復(fù)精度重新使用。該檢具易于制造，定貨周期短，已申請并獲得國家實用新型專利。