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模具加工7测量技术


第7章 模具制造中的测量技术
7.1模具零件加工的技术要求和测量技术 对模具的检验可划分为对成形零件的检验和模架的检验, 也可以按工作型面尺寸检测和非型面尺寸检测来划分。 模具制造中的测量技术除采用一般几何量测量工具和测量 仪测量各种长度、高度、深度、形状位置误差、表面粗糙度、 角度、螺纹等误差外,还包括使用计算机扫描等先进测量技 术检测复杂曲面形状。 测量和检测在计量

上是有严格区别的, 检测是在已知理论 数据的情况下与实物的测量数据比较,判断数据超差与否、工 件是否合格;而测量是事先对测量物体的尺寸、形位公差等并 不知道的情况下,进行实测,得到数据,这个过程本身并不判 断工件的合格与否。

7.1.1模具检验常用的样板
1.样板的分类 1)按照用途 有下料样板、加工样板、装配划线样板和装配 角度样板等。 2)按照空间形状 有平面样板、立体样板(样箱)。 3)按制作样板的材料 有木材、薄铁皮、油毡和纸板等。 加工样板大都是模具零件的一些特殊的截面,由钳工或线切 割将薄钢板做成相应截面形状,再经淬火和研磨而成。 2.样板的应用 1)用塞尺或透光目测法检查样板与型腔表面的间隙。 2)凸、凹模工作表面的曲线和拆线,几何形状和尺寸精度 要求较高时,需要用样板及样件控制。 3)加工一些回转体的模具零件(如车削),可由样板检验。 4)用轮廓样板 在复杂型面(压铸模、塑料模)上的划线。

7.1.2模具检验常用的三维样型
1.样型和样架 大型覆盖件冷冲压模具的工作部分,大多由三维曲面构成, 表面粗糙度及精度(特别是汽车外覆盖件的形状精度)等级要 求均较高,加工时需采用样型和样架等专用检验工具配合加工。 样型实际上是一种检验的模型。 1)主模型 主模型是一些复杂三维曲面冲压件设计、加工、 检验的原始依据。 完成汽车覆盖件零件生产,平均需要不同性质的模具四套 (拉深、修边、翻边、冲孔),而这些模具的形状要符合同一 主模型,所以,主模型是用于进行翻制工艺模型、样板及最后 检验。主模型与样板的派生关系如图7.1所示。

图7.1典型汽车覆盖件主模型与样板的关系

2)工艺主模型 在覆盖件的主模型上补充了翻边展开线 (修边线)以外的形状(工艺补充部分),同时按冲模设计的 冲压方向改装基准面,即为工艺主模型。 工艺主模型是覆盖件冲模制造中所用的各种模型和样板的 母模,同时还可作凸模和压边圈仿形加工的靠模。

3)样架 样架即研修模型,是检验凸模立体形面与工艺主 模型的一致性的量具,还可作凹模的仿铣靠模。 4)投影样板和断面样板 投影样板是根据所测零件有关轮 廓投影到平面上的形状和尺寸制造的。 5)立体样板 立体样板主要用于覆盖件控制修边模的曲面 形状和尺寸。 2.检具 它一般是塑料材质,在汽车、拖拉机等领域广泛应用。 利用主模型(或数字化的游离模型)加工出来的。用于检测 制件的制造公差、装配状态等工艺内容。 检具有:单件检具、分总成检具、总成检具,前者检测单个制 件的加工状态,后二者检测各个制件之间的装配状态。

7.2模具零件检验用的常规量具
7.2.1尺寸精度的常规测量工具 1.游标量具 这是最为常用的长度测量工具,他综合了卡钳和钢尺的功能。

图7.2游标卡尺

2.千分尺 千分尺分为机械式千分尺和电子千分尺两类。 机械式千分尺是利用精密螺纹副原理测长的通用长度测 量工具。 数显千分尺也称作电子千分尺,它的原理和机械式千分 尺一样,只是在测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等, 测量结果用数字显示出来。

图7.3各种千分尺

图7.4千分尺的结构图

3.测微仪(比较仪)

测微仪是利用相对法进行测量,图7.5所示为机械式比较仪。

4.量规 量规是一种没有刻度的专用检验工具,它 的制造精度很高,量规的测量值是确定的,不 可调。
测量孔径、轴径的量规称为光滑极 限量规。检验孔径的量规为塞规; 检验轴径的量规为卡规或环规。

测微仪按采用的放大 原理的不同,分为机械式 比较仪、光学比较仪和电 学比较仪3种。

图7.5 比较仪的外形图

图7.6 各种极限量规

5.塞尺 由一组具有不同厚度级差的不锈钢制造的薄钢片组成的 量规。塞尺用于测量间隙尺寸。

6.量块 对于一些精密模具在制造过程中测量,测量设备往往不能 到达标称的精度要求时,需要专用检定测量设备,量块就是经 常用到的检定设备。它的两平行平面间具有准确尺寸、横截面 为矩形或方形,也称块规。

图7.7 塞尺

图7.8成套量块

7.2.2形位误差的测量工具 测量形位误差的常用仪器有水平仪、平板、测量指示表及 万能表架等,也可用工具显微镜、三坐标测量机、投影仪等测 量仪器。 1.水平仪 水平仪利用重力现象测量微小角度。 水平泡式水平仪又分 为钳工水平仪﹑框式水平仪﹑合像水平仪等,如图7.9。

2.指示表

图7.9 水平泡式水平仪

图7.10 电感式电子水平仪工作原理

7.2.3角度和锥度的测量用具
1.角度样板和锥度量块 1)角度样板 角度样板常用于检验螺纹车刀、成型刀具及零件 上斜面或倒角等,如图7.11。

2)锥度量块 能在两个具有研合性的平面间形成准确角度的量规。

图7.11角度样板示意图

图7.12 角度量块

2.正弦尺 正弦尺是锥度测量常用量具,如图7.2.12。利用正弦定义 测量角度和锥度等的量规,也称正弦尺。

图7.13利用正弦尺测量圆锥量规

图7.14 光切显微镜

7.2.4表面粗糙度测量工具 1.表面粗糙度样块 表面粗糙度样块是用比较法检查零件表面粗糙度的测量工具。 2. 双管显微镜(光切显微镜)(图7.14) 双管显微镜是根据光切法原理测量表面粗糙度的仪器。

3.电动轮廓仪 电动轮廓仪(又称表面粗糙度检查仪或侧面仪)是利用针描 法来测量表面粗糙度。图7.17为工作原理图。

图7.17电动轮廓仪工作原理图

7.3工具显微镜 万能工具显微镜是长度计量部门最常见的光学仪器之一。 可用于测量工件长度、角度、分度及形状和位置误差。测量可 按直角坐标,也可按极坐标进行。

a) 工具显微镜实物 b)局部放大图 图7.18万能工具显微镜 1-纵向微动手轮;2、14-纵向滑台;3-纵向读数显微镜; 4-光圈调节环;5-横向读数显微镜;6-立柱;7、18-主显微镜; 8-立柱倾斜调节柄;9、16-横向滑台;10-顶尖座;11-工作台; 12-底座;13-横向微动手轮;15、17-刻度线 图7.3.1万能工具显微镜

图7.19工具显微镜的光学系统

7.20接触瞄准系统

图7.21阿基米得螺旋线显微镜的读数

图7.22影像法的视场示意图

7.3.2万能工具显微镜的基本测量方法 1)影像测量法 用主显微镜的米字线对被测工件的影像进 行瞄准定位,并由纵横向读数装置读数,图7.22为影像法的 视场示意图。 2)轴切测量法 用主显微镜的米字线对与被测工件在水平 轴截面内接触的测量刀上的刻线进行瞄准,并由纵、横向读 数装置读数。 3)光学接触法 用光学接触器的球形触头与被测工件相接 触,而用主显微镜的米字刻线与触头位置有关的双刻线套合, 并由纵、横向读数装置读数。 4)直角坐标测量法 按纵、横两垂直方向测量被测工件的 坐标值。 5)极坐标测量法 旋转工作台合纵、横向的读数装置读出 被测工件的极角和向量半径。

7.3.3万能工具显微镜在模具零件检验中的应用 1.样板与模具轮廓的测量

图7.23圆弧的检测方法

图7.24万能工具显微镜测量锥角

2.锥角的测量 3.多孔凹模位置度误差的测量
图7.25多孔凹模位置度误差的测量

7.4三坐标测量机 三坐标测量机(Checking and Measuring Machine)是 一种以精密机械为基础,综合应用电子技术、计算机技术、 光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器。 三坐标测量机的主要功能是: 1)可实现空间坐标点的测量; 2)可方便的进行数字运算与程序控制,有很高的智能化程度; 3)在逆向工程技术和曲面坐标检测方面具有特殊的优势。
1.三坐标测量机分类 1)按其工作方式可分为:点位测量方式和连续扫描测量方式。 2)按结构分类,有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂(单臂 或悬臂)、坐标镗床式式测量机和便携式测量机。 3)测量方式大致可分为接触式(如机械式)与非接触式(如光 学式)两种。

2.三坐标测量机的构成 三坐标测量机的结构形式如图7.26所示,是由三个正 交的直线运动轴构成,这三个坐标轴的相互配置位置对测量 机的精度以及对被测工件的适应性影响较大。三坐标测量机 的基本构成主要由测量机主体、测量系统、控制系统和数据 处理系统组成。

a、b)悬臂式; c、d)桥式; e、f )龙门式; g)立柱式; h)坐标镗床式

1)三坐标测量机的主体 图7.28为一小型三坐标测量机的结构示意图。测量机 主体包括沿X轴移动的主滑架5,沿Y向移动的副滑架4,测头 安装在沿z向移动轴3上,5是测量工作台。图7.29为一大型门 式三坐标测量机示意图。

图7.28 三坐标测量机 图7.29大型门式测量机结构示意图 1-工作台;2-测头;3-z轴;4-副滑架;5-主滑架 1-导轨;2-横量;C-Z/W轴

(2)三坐标测量机的测量系统 三坐标测量机的测量系统包括测头和标尺。

1)标尺系统 是用来度量各轴的坐标数值的。 2)测头 测头的类型按测量方法可分接触式和非接触式两类。 (3)三坐标测量机控制系统和数据处理系统 1)控制系统 2)数据处理系统

图7.27 TARUS大型测量机

图7.30测量接触头

图7.31系统控制原理图

7.4.2三坐标测量机的测量应用 1.可用于加工的轻型三坐标测量机 三坐标测量机除用于零件的测量外,还可用于如划线、打 样冲眼、钻孔、微量铣削及末道工序精加工等轻型加工,在模具 制造中可用于模具的装配。

2.多种几何量的测量 测量前必须建立坐标系,并根据被测件的形状特点选择测头并进 行测头的定义和校验,并对被测件的安装位置进行找正。 1)建立坐标系 机床坐标系、工件坐标系 2)角度的校验和触头的定义 (3)工件找正 零件的找正是指在测量机上用数学方法为工件 的测量建立新的坐标基准。 (4)触头选用 对于测量工件的材质、测量零件的形状、测量 部位在测量前都是触头选择的因素。

a)柱形测头

b)盘形测头 c)球头测头 图7.33 测量不同的形状选用的触头

(5).触头运动方式 触头在测量时,在运动方向的选择上必须要在理论上保证 测量数据的可靠性及准确度。

图7.34测量进给方向示意图

表7.1 三坐标测量机的应用举例


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