内型锥度检测探讨.doc

论工件内形锥度检测新方案 张然（ 河南 南召 474678）0 0 引言 工件内形锥度的检测长期以来一直是检测工作中的难点以往检测较复杂的内形（有锥度或圆弧的）一般有两种方法：一是用样板检测；此方法检测内空形状和位置相当准确，但由于目前新产品越来越多，再加上样板不易加工，所以此方法目前已经不怎么使用了二是用三坐标测量机，即通过轴向多点检测、径向多圆检测，然后通过评价加计算的方法来确定内形锥面的角度及各接点位置，这种检定方法有其优点：评价的数据比较直接，测量结果比较准确但也有其缺点：对测头、测杆的要求比较严，且对测件的形状及所测要素的深度都有一定的要求，况且此类工件数量比较大，种类比较多，并且一般都比较急，甚至有时还需要现场检测，所以用三坐标检测就显得很不现实，不经济且效率较低鉴于此种情况，在不失测量精度的前提下，为方便测量，提高工作效率，经过多年来对此类工件（冲压模具、压药模具）的检测，特推出一套新的比较便利的内形锥度检测方案这一检测方案主要依据的就是内径量表的测量原理，由于内径量表的测量精度为 0.01mm，所以用它测量的数据足可以满足工件要求。

1 内径量表测量原理内径量表是用来测量圆柱类内形工件的，它是利用内径量表的活动测头与可换测头在工件内腔的轴向与径向分别找折返点的方法来测量工件内形的实际尺寸的现在用它来测量内锥只是对内径量表用途的延伸，用它测量内锥，由于内锥各截面的直径大小是不同的，所以是不能通过轴向找折返点来确定内径尺寸的因此，这种测量方法是建立在测量若干轴向位置（由量块来确定）的直径，再通过计算来确定锥度的大小以及内表面各接点的位置关系的基础之上的注：量块也可用量柱来代替，量柱是指检测之前加工好的直径为 30mm，高度为 10mm—300mm，上下面严格平行的一组量柱用量柱定位可增加其与内径量表接触的稳定性2 适用范围由于这种检测方法的定位工具为量块，而量块的上下工作面是相互平行的，因此，为了保证测量精度，就要使工件基准与测量基准相统一，即该方法有其适用范围，它适用于所用端面与内腔各表面中心轴线相互垂直的工件，不过，鉴于此类工件的端面及内形大都为一次性加工，所以大部分此类工件均可用此方法检测3 内型锥度检测方法由于标准量块的宽度为 35mm，所以为方便测量，被测工件的内径应不小于40mm，且为通孔需要的工具为千分尺、量块、内径量表、平台及计算器。

如下图所示为最基本的内形锥度检测，具体检测步骤如下：见图 1α图 1 （1） 、首先将被测工件置于平台之上，小头朝下2） 、将两个高度为 H1 的量块从工件中间平行放到平台之上，用计算器算出所测位置的直径 D1，换算出测头实际位置的理论直径 D1′，选取适当的可换测头，用千分尺对好尺寸后，将内径量表的可换测头平行放置于H1 的两个量块之上，在径向上找折返点，测量出此位置的直径 D1′′3） 、将两个高度为 H2 的量块从工件中间平行放到平台之上，同（2）步骤得出相应位置的直径 D2′′4）根据公式 tgɑ=（D2′′-D1′′）∕2（H2-H1）得出所求的角度ɑ4 不确定度分析通过分析，可得出影响测量结果不确定度的因素有以下几个方面：1、环境：温、湿度等的影响 （可对工件进行恒温、湿处理）2、测量工具：包括所用工具平台、量块、千分尺、内径量表等的影响注意量块的修正及千分尺的校准3、读数的影响可采取多人多次测量求平均值来消除4、测量方法的影响在上述因素中测量方法为影响测量结果不确定度的主要因素用上述方法内径量表在工件内实际位置如图 2 所示：设内径量表固定测头的半径为 R，活动测头的半径为 r。

工件内形锥度半角为 α则：内径量表测头与工件内腔实际接触点为 A、BAD⊥BC 与 D有图可得：AD=（R-r）sinαM=（R-r）sinαtgα所以由勾股定理得：[D－(R－r) sinαtgα] ²=D0²－[（R-r）sinα] ² ²（（1 1））tgɑ=ΔDΔD∕2ΔHΔH ΔDΔD=D2cosβ2-D1cosβ1 δ=D2（1-cosβ2）-D1（1-cosβ1）常用的 35-50mm，50-160mm 内径量表 R=2.5mm，r=1.5mm，从工件的最小测量直径 D1=40mm 算sinβ1=1∕40 得 cosβ1=0.99968745δ=D2（1-cosβ2）-40（1-0.99968745）=D2（1-cosβ2）-0.0125f（D）= D2（1-cosβ2）= D2-√D2²－[（R-r）sinα] ² ² 由于函数由于函数f（D）在 D 大于 0 时为减函数，所以易得出由此方法引起的不确定度δ 小于 0.0125mm，且与工件角度无关ＤＣＢαβ图 2我们现在再以常用的（50-160）mm 内径量表来做一下数据分析：其中 R=2.5mm，r=1.5mm。

利用公式（1）得下表：锥角半角锥角半角（度）（度）量块数值（（mmmm））理论直径理论直径D D（（mmmm））实际位置直实际位置直径径 D0D0（（mmmm））理论实际直理论实际直径之差径之差（（mmmm））最大最大 ΔDΔD 偏差偏差（（mmmm））1010505049.93149.9310.0690.069505071.43671.43671.36771.3670.0690.069909092.87292.87292.80392.8030.0690.069120120108.949108.949108.880108.8800.0690.0691515∞∞∞∞∞∞0.06940.06940.00060.00061010505049.71449.7140.2870.287505096.18896.18895.90095.9000.2880.2889090142.376142.376142.088142.0880.2880.288120120177.017177.017176.729176.7290.2880.2883030∞∞∞∞∞∞0.28870.28870.0020.0021010505049.29849.2980.7020.7025050130130129.294129.2940.7060.7069090210210209.294209.2940.7060.7064545120120270270269.294269.2940.7060.7060.0050.005∞∞∞∞∞∞0.70710.70711010505048.50848.5081.4921.4925050188.564188.564187.066187.0661.4981.4989090277.128277.128275.629275.6291.4991.499120120431.051431.051429.552429.5521.4991.4996060∞∞∞∞∞∞1.5001.5000.0080.0081010505046.40546.4053.5953.5955050348.564348.564344.960344.9603.6043.6049090、、 、、、、 、、3.6043.604120120、、 、、、、 、、3.6043.6047575∞∞∞∞∞∞3.60493.60490.010.01注：从公式注：从公式 tgɑ=ΔDΔD∕2ΔHΔH 看，最大看，最大 ΔDΔD 偏差是指内径量表在两高度偏差是指内径量表在两高度 H1H1、、H2H2 上上实际位置直径差实际位置直径差 ΔD0ΔD0 与理论位置直径差的与理论位置直径差的 ΔDΔD 间的最大差值。

间的最大差值5 总结总结通过以上图表显示：由测量方法引起的不确定度很小，在锥角 150 度以内所引起的不确定度还不到 0.01mm，因此此方法足以满足工件的需求但鉴于内径量表在长度和直径上都有自身的范围，因此被测工件有其限制：即深度不易超过 300mm，内径不易超过 200mm综上，此方法在一定程度上解决了内形锥度及位置不易测量的难题，还由于其所需的检测工具属于常用的通用量具，所以更方便于现场检测，再加上这种检测方法所用通用量具的精度较高，足以保证所提供数据的准确性和可靠性所以此方法在实践运用过程中就显得更加的实用与经济，适合推广6 延伸此方法不但可以测量锥度，而且可以测量尖点尺寸；当工件内形为多个角度面相接时还能够确定各角度面位置关系具体如下：先在每个角度面上均测量两点 M1、M1 ′，M2、M2′，M3、M3′等，然后再测量出各锥面角度α1、α2、α3 等，最后参考外形锥度检测方法，用几何计算的方法得出各交点尺寸以及各锥面位置关系7 长远效益从该方法所引入的系统误差分析可知，倘若内径量表的活动测头和可换测头的直径能加工成一样大小，就能够提高测量的准确度并且如果内径量表两测头直径相同，那么就可以用此方法来测量内弧形，就能够检测更为复杂的内型工件。

因此，如果将此方法加以推广的话，那么不管是对于生产部门还是对于检测部门都将有很大的经济效益和长远利益。