公差配合与技术测量 第2版 教案 6综合检测

项目名称机械零件的综合检测备注授课方式理论课（√）；实验课（）实习（）教学时数2教学目的及要求掌握零件综合测量的方法教学重点与难点测量的思路制定和熟练使用仪器教学内容备注【项目描述】本项目通过对减速器输出轴的尺寸精度、几何精度和表面结构要求进行检测来实施教学，使学生熟练掌握轴类零件的检测方法、检测步骤及所用仪器的使用方法。【知识目标】1.掌握零件图中尺寸公差、几何公差和表面结构的标注方法。2.了解三坐标测量仪的分类、工作原理及组成。【技能目标】1.能正确识读、分析零件图。2.能根据零件的精度，正确选择测量工具。3.能独立检测减速器输出轴并正确判定其加工质量。【任务描述】图6-6-1所示是一根在线生产的一级直齿圆柱齿轮减速器的输出轴零件图。要求对加工后的主轴各部分进行检测，确定其是否符合技术要求。图6-1-1减速器输出轴零件图图6-6-2减速器输出轴实物图【任务分析】1）轴类零件大多为回转类细长型零件，可以由圆柱、圆锥和球类等回转体同轴组合而成，其作用是安装、支撑回转零件并传递运动和动力。2）由于组成轴类零件的回转体都处于同一旋转轴上，通常由车床车削加工制成，因此其主要检测技术要求为：尺寸检测主要是径向直径尺寸的检测，轴向尺寸精度要求一般较低，若需要检测，则用加长游标卡尺检测即可；其几何精度检测主要是径向圆跳动、轴径部位的圆柱度和同轴度等精度检测；此外，光轴外圆表面结构也是重点检测的部分。1.零件的精度分析（1）尺寸精度图所示轴的尺寸精度要求较高的部位有外圆柱面和键槽输出轴上两端尺寸为φ30±0.0065的轴与两个规格相同的轴承内圈配合，其公差Ts=es-ei=(+0.0063)-(-0.0065)=0.013mm,查表1-2-1确定其精度为IT6级；尺寸为φ33的轴与齿轮基准孔配合，其公差Ts=es-ei=(-0.025)-(-0.050)=0.025mm,查表1-2-1确定其精度为IT7级；尺寸为φ22的轴头与减速器外主动齿轮的基准孔配合，其公差为Ts=es-ei=(-0.020)-(-0.041)=0.021mm，查表1-2-1确定其精度为IT7级；直径分别为φ36mm和φ26mm的两个轴尺寸精度不高，属于未注公差的尺寸，由一般公差控制。由图6-1-1可知，轴与轴上的零件采用普通平键联接。尺寸为10的键槽，其公差Th=ES-EI=0mm-(-0.036mm)=0.036mm,查表1-2-1确定其精度为IT9级；尺寸为6的键槽，其公差Th=ES-EI=0mm-(-0.030mm)=0.030mm,查表1-2-1确定其精度为IT9级；另外，用于控制键槽深度的尺寸是键槽底面距轴外圆柱面的尺寸为28和18.5，在标准公差数值表中没有与这两个尺寸正好对应的公差等级，其精度介于IT12与IT11级之间。几何精度由于两端尺寸为φ30±0.0065的轴与轴承内圈配合，所以对其形状精度要求较高，规定其圆柱度公差为0.006mm，径向圆跳动公差为0.025mm，即在其外表面任意位置处，径向圆跳动误差均不得超过0.025mm，基准是由这两个轴的基准轴线组成的公共基准轴线。为保证输出轴的使用要求，对两段尺寸为φ30±0.0065的轴及尺寸为φ22的轴均提出了跳动公差要求，即两段尺寸为φ30±0.0065的轴对公共基准轴线的径向圆跳动公差为0.025mm，尺寸为φ22的轴对公共基准轴线的径向圆跳动公差为0.025mm。两个键槽的中间平面对基准轴线的对称度公差分别为0.015mm和0.012mm。表面结构要求在尺寸精度较高的圆柱表面上均有表面结构要求。两段尺寸为φ30±0.0065的轴，其表面结构参数的上限值为1.6μm，其他轴径表面结构参数Ra的上限值为1.6μm，键槽配合表面结构参数Ra的上限值为3.2μm，非配合表面Ra的上限值为6.3μm，其余表面的结构参数的上限值均为6.3μm。减速器输出轴检测项目及要求见表6-1-1。表6-1-1减速器输出轴检测项目及要求检测项目检测要求φ30±0.0065轴段1.尺寸为φ30±0.00652.圆柱度公差为0.006mm3.径向圆跳动公差为0.025mm4.表面结构参数为Ra1.6μmφ33轴段1.尺寸为φ332.表面结构参数为Ra1.6μmφ22轴段1.尺寸为φ222.径向圆跳动公差为0.025mm3.表面结构参数为Ra1.6μm键槽1.键槽宽分别为10、62.键槽底面距轴外圆柱面的尺寸分别为28、18.53.键槽配合面的表面结构参数为Ra3.2μm4.键槽非配合面的表面结构参数为Ra6.3μm未注公差尺寸1.对于未注公差尺寸，通过查表选取极限偏差2.表面结构参数为Ra6.3μm检测量具及辅具的选择根据零件的精度要求，长度尺寸的检测量具选用量程为0～25mm，或25～50mm的外径千分尺，未注公差的尺寸选用量程为0～150mm的游标卡尺，键槽的宽度可将量块直接塞入进行测量；圆柱外表面的径向圆跳动误差的检测量具选用千分尺；表面结构参数的检测量具选用比较样块。【任务实施】（1）外圆尺寸的检测1）选择量具规格：尺寸为φ30±0.0065的轴和φ33的轴选用量程为25～50mm的千分尺，尺寸为φ22的轴选用量程为0～25mm的千分尺，如图6-1-3所示。图6-1-3用外径千分尺测尺寸为φ33的轴2）检测零件：检测时应在被测轴上的多个部位、多个方向进行，所测值均不超过极限尺寸才可判定合格。（2）径向圆跳动的检测1）模拟公共基准轴线：用自定心卡盘夹住零件的一端，零件的另一端用顶尖顶住。2）安装磁力表架：把千分表安装在磁力表架上，并把磁力表架吸合在平台靠近被测零件位置处，再将千分表测头置于被测零件圆柱面上，调整表架使千分表测头轴线垂直于零件轴线，并给予一定预压力，如图6-1-4所示。3）检测径向圆跳动量：轻轻转动被测零件，观察千分表指针的摆动范围并记录；在被测轴上的多个部位重复检测并记录，所测读数均不超过图样所给的公差值才可判定为合格。图6-1-4径向圆跳动量的检测（3）圆柱度误差的检测用千分表在几个不同的径向平面内检测几次，取其中的最大值作为该轴段的圆柱度误差，如图6-1-5所示。图6-1-5圆柱度误差的检测（4）键槽尺寸的检测1）槽宽的检测：用校对量块直接塞入键槽进行检测。2）槽深的检测：将一个尺寸精度较高的垫块（或量块）平置于槽底，用千分尺测量垫块的外露面到对应圆柱面的尺寸，再用实测尺寸减去垫块尺寸得到键槽深度，如图6-1-6所示。注意：垫块的厚度应略大于键槽深度。图6-1-6测槽深（5）表面结构参数的检测采用标准样块与被测零件直接目测或采用触觉法进行对比，如图6-1-7所示。图6-1-7表面结构参数的检测（6）其他未注公差尺寸的检测用游标卡尺直接检测并记录数据，如图6-1-8所示。图6-1-8未注公差尺寸的检测【知识拓展】三坐标测量仪（1）三坐标测量仪的工作原理

三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量机或三坐标量床，如图6-1-9所示。其可定义为一种具有可在三个相互垂直的导轨上移动的探测器，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点（x，y，z）及各项功能测量的仪器。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。图6-1-9三坐标测量仪（2）三坐标测量仪的应用领域三坐标测量仪主要用于机械、航空航天、汽车零部件、五金、模具等行业的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面测量，也可以对工件的尺寸、几何公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。三坐标测量仪是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。（3）三坐标测量仪的分类1）移动桥架型移动桥架型，为最常用的三坐标测量仪的结构，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿水平梁在方向移动，此水平梁垂直轴且被两支柱支撑于两端，梁与支柱形成"桥架"，桥架沿着两个在水平面上垂直和轴的导槽在轴方向移动。因为梁的两端被支柱支撑，所以可得到最小的挠度，且比悬臂型有较高的精度。2）床式桥架型床式桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的梁而移动，而梁沿着两水平导轨在轴方向移动，导轨位于支柱的上表面，而支柱固定在机械本体上。此型与移动桥架型一样，梁的两端被支撑，因此梁的挠度为最少。此型比悬臂型的精度好，因为只有梁在轴方向移动，所以惯性比全部桥架移动时为小，手动操作时比移动桥架型较容易。3）柱式桥架型柱式桥架型，与床式桥架型式比较时，柱式桥架型其架是直接固定在地板上又称为门型，比床式桥架型有较大且更好的刚性，大部分用在较大型的三坐标测量仪上。各轴都以马达驱动，测量范围很大，操作者可以在桥架内工作。4）固定桥架型固定桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平横梁上做方向移动。桥架(支柱)被固定在机器本体上，测量台沿着水平平面的导轨作轴方向的移动，且垂直于和轴。每轴皆由马达来驱动，可确保位置精度，此机型不适合手动操作。L形桥架型L形桥架型，这个设计乃是为了使桥架在轴移动时有最小的惯性而作的改变。它与移动桥架型相比较，移动组件的惯性较少，因此操作较容易，但刚性较差。5）轴移动悬臂型轴移动悬臂型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平悬臂梁在轴方向移动，悬臂梁沿着在水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。此型为三边开放，容易装拆工件，且工件可以伸出台面即可容纳较大工件，但因悬臂会造成精度不高。此型早期很盛行，现在已不普遍。6）单支柱移动型单支柱移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱整体沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴，而轴连接于支柱上。测量台沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴和轴。此型测量台面、支柱等具很好的刚性，因此变形少，且各轴的线性刻度尺与测量轴较接近，以符合阿贝定理。单支柱测量台移动型单支柱测量台移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱上附有轴导槽，支柱被固定在测量仪本体上。测量时，测量台在水平面上沿着轴和轴方向作移动。7）水平臂测量台移动型水平臂测量台移动型，厢形架支撑水平臂沿着垂直的支柱在垂直(轴)的方向移动。探头装在水平方向的悬臂上，支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴，测量台沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。这是水平悬臂型的改良设计，为了消除水平臂在轴方向，因伸出或缩回所产生的挠度。8）水平臂测量台固定型水平臂测量台固定型，其构造与测量台移动型相似。此型测量台固定，轴均在导槽内移动，测量时支柱在轴的导槽移动，而轴滑动台面在垂直轴方向移动。9）水平臂移动型水平臂移动型，轴悬臂在水平方向移动，支撑水平臂的厢形架沿着支柱在轴方向移动，而支柱垂直轴。支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴和轴，故不适合高精度的测量。除非水平臂在伸出或回收时，对因重量而造成的误差有所补偿。目前应用在车辆检验工作。10）闭环桥架型闭环桥架型，由于它的驱动方式在工作台中心，可减少因桥架移动所造成冲击，为所有三坐标测量仪中最稳定的一种。（4）三坐标测量仪的使用方法1）开机前的准备①三坐标测量仪对环境要求比较严格，应按说明书要求严格控制温度及湿度。②三坐标测量仪使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油、水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤，后果严重。所以每天要检查机床气源，放水放油。定期清洗过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，(空气压缩机或集中供气的储气罐)也要定期检查。③三坐标测量仪的导轨加工精度很高，与空气轴承的间隙很小，如果导轨上面有灰尘或其它杂质，就容易造成气浮轴承和导轨划伤。所以每次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭(120或180号汽油)，花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。④切记在保养过程中不能给任何导轨上任何性质的油脂。⑤定期给光杆、丝杆、齿条上少量防锈油。⑥在长时间没有使用三坐标测量仪时，在开机前应做好准备工作：控制室内的温度和湿度(24小时以上)，在南方湿润的环境中还应该定期把电控柜打开，使电路板也得到充分的干燥，避免电控系统由于受潮后突然加电后损坏。然后检查气源、电源是否正常。⑦开机前检查电源，如有条件应配置稳压电源，定期检查接地，接地电阻小于4欧姆。2）工作过程中：①被测零件在放到工作台上检测之前，应先清洗去毛刺，防止在加工完成后零件表面残留的冷却液及加工残留物影响测量机的测量精度及测尖使用寿命。②被测零件在测量之前应在室内恒温，如果温度相差过大就会影响测量精度。③大型及重型零件在放置到工作台上的过程中应轻放，以避免造成剧烈碰撞，致使工作台或零件损伤。必要时可以在工作台上放置一块厚橡胶以防止碰撞。④小型及轻型零件放到工作台后，应紧固后再进行测量，否则会影响测量精度。⑤在工作过程中，测座在转动时(特别是带有加长杆的情况下