一種新型氣壓式深孔內(nèi)槽量具
2020-4-19 來源： 中航飛機股份公司 長沙起落架分公司 作者：田輝， 郭輝， 肖彬， 岳林峰
摘要：氣壓式深孔內(nèi)槽量具可直接測量工件小深孔、內(nèi)槽，文中將氣缸式伸縮機構(gòu)運用到內(nèi)徑測量表測量儀器的配件上，擴展了傳統(tǒng)螺紋桿式測量頂針的功能。其調(diào)節(jié)螺帽可有效調(diào)節(jié)測量范圍，對測量區(qū)間跨度大的內(nèi)孔尺寸，可選擇不同量程規(guī)格的測量頂針。
關(guān)鍵詞：深孔；內(nèi)槽量具；測量頭；調(diào)節(jié)螺母
0 引 言
隨著當(dāng)前加工、制造業(yè)及航空業(yè)的蓬勃發(fā)展，對小尺寸的孔類、軸類等零部件提出了更高精度的加工技術(shù)要求，與此同時，檢測精度也隨之提高。深小孔或肓孔工件內(nèi)的檢測空間小，檢測工具受工件結(jié)構(gòu)的制約，加大了操作及調(diào)整的難度，影響檢測速度。常規(guī)內(nèi)徑測量表難以進入小口徑復(fù)雜深孔類精密工件內(nèi)孔進行高精度檢測（圖1），主要原因是無法在不劃傷零件表面的情況下進入工件測量區(qū)域。小口徑復(fù)雜深孔類精密零件內(nèi)徑的尺寸及形狀誤差歷來是檢測領(lǐng)域中的重大技術(shù)難題，對此國內(nèi)外對小口徑深孔內(nèi)徑的檢測提出了許多方法。國內(nèi)外對小口徑復(fù)雜深孔類精密零件內(nèi)孔檢測方式按接觸類別分為接觸式和非接觸式。常見的接觸式內(nèi)孔測量的量具主要有：利用凸輪收縮機構(gòu)的內(nèi)孔量具和采用彈簧杠桿原理的內(nèi)孔測量量具，測量范圍有限，成本較高。
1、 氣壓式深孔內(nèi)槽量具設(shè)計方案
氣壓式深孔內(nèi)槽量具（圖2）主要由氣壓式可更換伸縮測量頭和內(nèi)徑測量表構(gòu)成，可更換伸縮測量頭由調(diào)節(jié)螺母1、氣缸2、柱塞3等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在可更換伸縮測量頭的氣缸2右端，通過螺紋直接與內(nèi)徑測量表相旋合，使用時可與調(diào)節(jié)螺母1聯(lián)合調(diào)節(jié)測量范圍，或更換柱塞3均可改變測量頭的伸縮長度。其中節(jié)螺母1僅能在0～5 mm小測量范圍內(nèi)調(diào)控，當(dāng)測量范圍跨度較大時，直接更換柱塞3。此款量具配有測量長度0～25 mm，25～50 mm，50～75 mm，75～100 mm規(guī)格的柱塞，可根據(jù)測量范圍選用。
2、 功能原理
氣壓式深孔內(nèi)槽量具采用傳統(tǒng)的氣壓理論，首次將汽缸式伸縮機構(gòu)運用到內(nèi)徑測量表測量儀器的配件上，擴展了傳統(tǒng)螺紋桿式測量頂針功能。氣壓式深孔內(nèi)槽量具的測量頂針伸縮量可有兩處旋合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，有效增大了測量范圍。傳統(tǒng)測頭改變?yōu)閱巫饔檬綒鈮焊祝跍y量前測頭收于氣缸內(nèi)，到達測量部位伸出缸體，即可實現(xiàn)測量目的。由液壓和氣壓傳動知識可知：液（氣）壓缸是完成往復(fù)直線運動的執(zhí)行元件，將液體（或氣體）的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其輸入?yún)?shù)主要是壓力和流量，輸出參數(shù)主要是力和位移。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、應(yīng)用廣泛。單作用式液壓（或氣壓）缸在液壓力作用下只能朝著—個方向運動，其反向運動需要依靠重力或彈簧等外力實現(xiàn)。測量頭的速度及氣壓關(guān)系可由圖4說明 （不考慮缸體回位彈簧）。
如圖4所示，氣壓從無桿腔左端進入氣缸，假設(shè)進氣壓力值為p1、流量值為q，有桿腔壓力值為p2，推動活塞向右運動，則氣缸產(chǎn)生的推力F1和運動速度v1為：
通過量具進氣壓力管道上的氣壓表和調(diào)節(jié)閥可根據(jù)測量材料選用合適的壓力值p1。
3、 氣壓式深孔內(nèi)槽量具的校準與使用
3.1 氣壓式深孔內(nèi)槽量具的校準方法
1）連接氣壓源，調(diào)節(jié)進入氣缸壓力值p1，選擇匹配規(guī)格的校對環(huán)規(guī)或外徑千分尺，校準前，用干凈的棉絲或軟布將環(huán)規(guī)、可更換伸縮測量頭擦拭干凈；2）打開氣壓轉(zhuǎn)向開關(guān)，使柱塞式測量頭完全伸出，反復(fù)用手擠壓幾下柱塞，當(dāng)氣壓式深孔內(nèi)槽量具的表頭指針偏移平穩(wěn)、靈活，且無卡滯現(xiàn)象，然后機械對零，一手握住手柄，一手壓可更換伸縮測量頭柱塞，將柱塞頭放入環(huán)規(guī)內(nèi)，使其不動，在環(huán)規(guī)軸向平面內(nèi)左右擺動氣壓式深孔內(nèi)槽量具的表架，找出最小讀數(shù)即“測量拐點”；3）轉(zhuǎn)動氣壓式深孔內(nèi)槽量具的測量表刻度盤，將零線與指針的“測量拐點”調(diào)整到重合，量具對好零位后，把氣壓式深孔內(nèi)槽量具從環(huán)規(guī)內(nèi)取出；4）對好零位后的百分表（千分表），不要松動量具夾緊手柄，以防零位發(fā)生變化；5）測量時，關(guān)閉氣壓開關(guān)，撤掉外部壓力，當(dāng)柱塞收到缸體內(nèi)，一手握住上端手柄，另一手握住下端柱塞頭，量具傾斜一定角度，把可更換伸縮測量頭放入被測工件內(nèi)孔處。當(dāng)可更換伸縮測量頭到達測量區(qū)域時，打開氣壓開關(guān)，調(diào)節(jié)壓力值，確保柱塞式測量頭緩慢伸出，然后握住量具上端手柄，沿工件徑向左右擺動表架，找出量具的最小讀數(shù)值，即為“測量拐點”值，該點的測量值就是被測孔徑與環(huán)規(guī)孔徑之差；6）可在同一徑向截面內(nèi)的不同位置上測量3～6次孔圓度；可在孔軸向幾個徑向平面內(nèi)測量幾次孔圓柱度；7）測量結(jié)束后，調(diào)節(jié)換向開關(guān)，泄掉量具氣缸內(nèi)壓力，柱塞在缸體回位彈簧與氣壓差的雙重作用下收縮于缸體內(nèi)，取出氣壓式深孔內(nèi)槽量具。
3.2 測量步驟
1）重復(fù)3次輕輕推百分表（千分表）的可更換伸縮測量頭，判定指針是否回歸原位，查看測量桿、氣缸是否磨損；2）把氣壓式深孔內(nèi)槽量具插入量表直管軸孔中，壓縮測量表，小指針在0.5 mm處固定表頭；3）根據(jù)測量值選取并安裝可換柱塞，緊固（裝入柱塞的長度比實際被測尺寸大0.2～0.3 mm，可通過調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)）；4）測量時手握量具隔熱裝置；5）根據(jù)被測尺寸調(diào)整零位，其測量精度取決于內(nèi)徑測量表中百分表（或千分表）的精度。
4、 測量實施效果
現(xiàn)場測量一零件階梯內(nèi)孔40.05 mm、10.15 mm，使用相同的百分表頭與內(nèi)槽量具進行測量，通過結(jié)果對比，2組測量值完全一致。
5、 結(jié) 論
氣壓式深孔內(nèi)槽量具可進行小深孔、內(nèi)槽直接測量；多規(guī)格柱塞長度，氣壓兼彈簧雙保險收縮設(shè)置，有效防止零件內(nèi)孔測量劃傷；壓力表控制測量頂針伸縮速率，可防止測量頂針與零件內(nèi)壁剛性沖擊，而破壞零件表面質(zhì)量，影響測量精度；雙旋合調(diào)節(jié)螺帽可大幅度調(diào)節(jié)測量范圍，不但適用于一般孔徑零件的內(nèi)孔測量，而且特別適合小口徑復(fù)雜深孔零件的內(nèi)徑測量；結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、測量精度高、操作使用簡單，可作為內(nèi)徑測量的專用量具。
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