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      保持架鉚釘孔位置度測量方法

      針對深溝球軸承分離型半保持架鉚釘孔孔徑較小,三坐標測量機測頭在孔中移動距離受限,無法測量孔位置度的問題,利用三維光學測量儀,采用1/2最大極角偏差修正方法,在極坐標系實現了小孔徑孔位置度的測量,并通過實例驗證了該方法的可行性。


      對于深溝球軸承分離型半保持架,鉚釘孔鉚合的準確程度決定保持架的結構精度,從而影響軸承壽命。隨著加工設備的自動化以及加工工藝的改進,鉚釘孔加工精度也隨之提升,為驗證鉚釘孔加工精度并提供測量數據以指導加工工序,需進行鉚釘孔位置度測量。


      通常,采用三坐標測量機測量孔位置度,對于鉚釘孔孔徑小于0.9 mm的半保持架,受三坐標測頭直徑與測頭在孔中移動距離的限制,無法測量孔位置度。為解決類似的小孔徑孔位置度無法測量的問題,嘗試采用三維光學測量儀進行非接觸測量,并通過試驗、數據分析驗證了該方法的可行性。


      1 測量原理

      三維光學測量儀是集光學、機械、電子、計算機圖像處理等技術于一體的測量儀器,可以高精度、高效率地測量各種復雜工件的尺寸、角度及位置等。


      1.1  測量方法及過程

      分離型半保持架鉚釘孔采用外徑定位加工且均勻分布在保持架表面,各孔互為基準,通過夾具將半保持架固定在測量平臺的適當位置。


      1.1.1  粗建坐標系

      將被測件放在三維光學測量儀平臺的適當位置固定。根據加工定位方式測量基準圓,將鏡頭移至基準圓中心,清空x,y,z軸坐標,完成工件定位。


      1.1.2  精建坐標系

      在基準圓上測量一點,根據基準圓直徑的大小陣列此點6~12次并使其均勻覆蓋整個圓周,自動測量其余點數并將測量點擬合為基準圓。選取其中一個鉚釘孔進行全自動測量,將得到的基準圓、鉚釘孔圓構造坐標系x,y,z軸,完成精建坐標系,如圖1所示。

      圖1 精建坐標系

      Fig.1 Refined coordinate system


      1.1.3  自動測量鉚釘孔

      測量其中一個鉚釘孔,復制此孔測量方式,切換至極坐標并陣列此孔,陣列次數根據實際孔數決定,自動測量所有鉚釘孔。


      1.1.4  評價位置度

      在極坐標系下選擇其中一個孔,點擊Nominal按鍵后出現該孔極坐標下的極徑和極角,根據圖紙要求將理論值與公差輸入相應表格,利用極角和極徑計算位置度。按照該步驟依次計算其余的孔位置度。


      1.2  測量過程中的數據處理

      鉚釘孔位置度測量基于極徑和極角的偏差進行計算,測量時若以其中一個孔為基準,評價其余孔位置度時會導致整體偏離公稱值。這是由于所有孔的極角均偏離公稱值,而分離型半保持架鉚釘孔加工過程中各孔互為基準,將其中一個孔作為基準進行評價不符合實際要求。


      同樣,在三坐標測量機上測量互為基準的孔位置度時,亦不能以其中一個孔作為基準進行評價,但由于每個孔能夠串動一定的角度,可以通過坐標系旋轉進行評價,旋轉原則遵循1/2公差原則。然而,三維光學測量儀無法旋轉坐標系,研究后決定采用極角修正的方法進行評價,修正參數為極角偏差最大極差的1/2,如圖2所示。

      圖2 極角偏差示意圖

      Fig.2 Diagram of polar angle deviation

      假設分離型半保持架鉚釘孔10等分,則鉚釘孔極角公稱值α=360°/10=36°。設測量后鉚釘孔各孔的極徑、極角分別為Di,βi,則各孔極角偏差θi

      極角偏差的修正值δ

      根據直角坐標系與極角坐標系的轉換關系,采用修正后的極角、極徑進行位置度φ的評價,即

      式中:r0為極徑公稱值。

      根據(3)式得出的位置度即為實際需要的位置度,該測值可以反映孔位置度是否合格并用于指導實際加工。


      2 試驗驗證及結果分析

      某型軸承半保持架鉚釘孔孔徑為0.7 mm, 14等分,中心徑公稱尺寸為(41.9±0.04)mm,位置度要求為0.03 mm。由未修正的測量結果(表1)可知選取任意一個孔作為基準進行評價,其余孔呈一定規律性變化,基準孔位置度較小,依次增大后變小(圖3)。

      表1 未修正位置度的測量結果

      Tab.1 Uncorrected measurement results of positional

      accuracy

      mm

      圖3 修正前后的位置度

      Fig.3 Positional accuracy before and after correction


      采用極角偏差最大極差的1/2進行修正后的測量結果見表2,由表可知孔位置度在合格范圍內,且修正后的位置度分布均勻(圖3),符合實際要求。

      表2 修正后位置度的測量結果

      Tab.2 Corrected measurement results of positional accuracy

      mm

      為驗證該方法的可靠性,對該型號軸承半保持架孔位置度重復測量10次,并計算測量數據的平均值及標準差,結果見表3:14個孔位置度測值的標準差最大為0.001 mm,離散性較低,測量數值可靠;測值不確定度不超過0.003 0 mm,同樣說明該方法的測值準確可靠。

      表3 位置度重復性測量結果

      Tab.3 Repeatability measurement results of positional accuracy

      mm



      3 結語

      通過研究分離型半保持架鉚釘孔的測量原理,結合三坐標測量機互為基準孔位置度測量方法,在三維光學測量儀上采用1/2最大極角偏差修正方法實現了分離型半保持架孔位置度的測量。通過實例驗證該方法有效可行,且測量結果重復性滿足儀器最大允許誤差,離散性較低,測值可靠,解決了小孔徑孔位置度無法測量的難題,目前該方法已在實際生產測量中得到應用。

      (參考文獻略)

      來源:《軸承》2021年9期

      作者:孫慧霖,楊曉峰,安浩俊

      引文格式:

      孫慧霖,楊曉峰,安浩俊.保持架鉚釘孔位置度測量方法[J].軸承,2021(9):65-67.


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