机械加工中计量器具的正确选用

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:王晓序
[导读] 计量器具的选用正确与否直接涉及到加工件质量的好坏。由于计量器具本身误差的存在,就有一个计量器具的选用问题。如果选用不当,在测量中就会产生误判断,造成人力、物力的浪费,给测量带来困难。本文基于此,分析选用计量器具应考虑的问题,探讨选择计量器的方法,最后结合实例阐述计量器的正确选择和使用,以期为相关业内同仁提供些许借鉴。

(哈尔滨飞机工业集团有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150060)
摘要:计量器具的选用正确与否直接涉及到加工件质量的好坏。由于计量器具本身误差的存在,就有一个计量器具的选用问题。如果选用不当,在测量中就会产生误判断,造成人力、物力的浪费,给测量带来困难。本文基于此,分析选用计量器具应考虑的问题,探讨选择计量器的方法,最后结合实例阐述计量器的正确选择和使用,以期为相关业内同仁提供些许借鉴。
关键词:机械加工,计量器具,不确定度值,误差
 
        机械制造中计量器具的选择是有国家标准明确规定的,在综合考虑计量器具的技术指标和经济指标的情况下,通常可根据GB/T 3177-2009产品几何技术规范(GPS)光滑工件尺寸的检验和GB/T 18779.2-2004产品几何量技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第2部分:测量设备校准和产品检验中GPS测量的不确定度评定指南等相关标准来确定计量器具的精度。下面本文用具体实例来阐述机械加工中计量器具的选择方法和步骤。
        1选用计量器具应考虑的问题
        1.1被测工件尺寸的大小和加工表面的质量
        首先,选用的计量器具测量范围应大于被测量值;其次,对于加工表面质量不好的,不允许用高精度的计量器具进行测量工件。第三,对于软材、薄壁零件应避免使用测力大的计量器具进行测量等等。
        1.2工件批量的大小
        对于大批量生产或批量很大时,应优先考虑选用专用计量器具;对于单件、小批量生产,可以选用通用计量器具。
        1.3加工件的技术要求
        应根据工件的技术要求(如尺寸公差、表面粗糙度等),考虑选用计量器具。
        1.4计量器具自身的误差
        计量器具本身存在的误差在测量过程中必然要体现出来。如果选用不当,在测量时就会带入人为的误差,造成误判断。
        1.5经济性
        应在满足使用要求的基础上,考虑其经济性。若选用准确度高的计量器具测量低精度的工件,使得测量成本增加、造成浪费。且精度过高的计量器具,对测量的条件要求也较高。否则,测量时容易使示值不稳定 ,甚至造成计量器具失准。
        1.6其他方面
        计量器在其他方面也有一些要求,具体如下:①计量器在实际操作过程中对放置位置的要求,例如,有时候计量器需要水平放置测试,有时候又需要垂直放置测试,而一些精密的计量器对这些都是有要求的;②计量器检定与校准的特殊要求;③计量器在工厂加工零件的可操作性要求;④计量器在使用过程中安全防护能力方面的要求等。
        2选择计量器的方法
        国家标准的计量器选用方法:GB/T 3177—2009 规定,从工件的最大实体尺寸和最小实体尺寸分别向公差带内移动一个尺寸值,称为“安全裕度”,用 A 表示。所以,国家明确规定了加工零件的制造误差和检验时计量器所测的测量误差的总和不能超过加工零件的公差。
        影响安全裕度的因素则分别有温度、形状误差、计量器的本身误差值 u1、压缩效应等,由此又形成了不确定因素u2。因此,我们可以在 GB/T 3177—2009 中根据零件公差查出对应的计量器的不确定因素 u1,再根据其来选择对应规格的量具。
        表 1 计量器具不确定度值        (单位:mm)

     
        3 选择计量器的实例
        下面将分析企业的 3 个实际案例。
        3.1 计量器选择案例 1
        以工厂常用的 7 级精度的轴径Ǿ150f7 为例,从 GB/T3177—2009 表 1 中可以查得零件的安全裕度 A=0.004 mm。
        那么,对于对应计量器具的不确定度 u,分为Ⅰ档、Ⅱ档、Ⅲ档,这 3 个档位对应公差分别占加工零件公差的 1/10、1/6和 1/4.对于低精度的零件加工,工厂会选择采用 1/10;对于高精度的零件加工,工厂会选择采用 1/4 甚至 1/2。显然,加工零件的精度越高,对计量器具的精度要求就越高。根据 u=0.9A,可用确定出的计量器具不确定度值修正安全裕度 A,修正后的零件安全裕度 A=0.006/0.9=0.006 7 mm。
        最后,确定加工零件的验收极限。由于加工零件是轴,则上验收极限=最大实体尺寸-A=150-0.043-0.006 7=149.950 3 mm;下验收极限最小=实体尺寸+A=150-0.083+0.006 7=149.923 7 mm。计量器具不确定度值如表 1 所示(单位为 mm)。
        3.2 计量器具选择案例 2
        以外审时的尺寸 φ 70 mm为例,按照GB/T 3177-2009来确定计量器具。
        零件的公差为T=0.036mm,查GB/T 3177-2009表1,得零件的安全裕度A=0.003mm。由于此零件公差不是标准公差,介于7级和8级之间,本例靠7级公差,按T=0.03mm选择u 1。由于本工件的公差仅0.036mm,在生产车间应属较高精度,故选择Ⅲ挡,u 1=0.005 8mm。
        由附表可查分度值为0.01mm的外径千分尺(尺寸范围>50~≤100)的不确定度为0.005mm,小于0.005 8mm,故分度值为0.01mm的千分尺可以满足零件测量要求。
        根据公式u 1=0.9A,可用选出的计量器具不确定度值修正安全裕度A。修正后的零件安全裕度A=u 1/0.9=0.005 8/0.9=0.006 4mm。
        最后,确定零件的验收极限。由于零件是轴,则上验收极限=最大实体尺寸-A=70.046-0.006 4=70.039 6mm;下验收极限=最小实体尺寸+A=70.010+0.006 4=70.016 4mm。
        总之,计量器具的选择涉及力学、材料学、数学和统计学等多学科知识,影响计量精度的因素比较复杂,大家有兴趣可阅读本文提到的相关标准,就此问题希望同行们能多加指教。
参考文献
[1]全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会.GB/T18779.2—2004 产品几何量技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第 2 部分:测量设备校准和产品检验中 GPS 测量的不确定度评定指南[S].北京:中国标准出版社,2005.
[2]全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会. GB/T 3177-2009 产品几何技术规范(GPS)光滑工件尺寸的检验[S]. 北京:中国标准出版社,2009.
[3]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2010.
[4]王丙文.机械加工中计量器具的选择[J].金属加工(冷加工),2017(21).
[5]湛正勇.机械加工计量器具的选择与使用[J].科技与创新,2018(8).

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