檢具設(shè)計及輪廓度檢測方法

常規(guī)檢具是靠檢具的檢測部位（包括檢測輪廓和通過-停止規(guī)則）是否與被測元素的邊緣接觸來判斷被測元素是否合格，而由于輪廓僅控制表面特征，在許多情況下，使用量具檢測輪廓已經(jīng)成為可能。我們今天討論三種情況。

1. 無參考輪廓

我們先來看看下面這個沒有基準(zhǔn)的輪廓，看看它的量具是如何設(shè)計的。

圖一

圖1左圖為鈑金件，圓弧部分由沒有參考的輪廓定義，圖1右圖的剖面線部分是代表輪廓的公差帶。輪廓表達的要求是，只要實際零件的表面輪廓能夠落在R29.5和R30.5的圓弧之間的區(qū)域內(nèi)，零件表面的輪廓就是合格的。

有同事問我，在有限的條件下，不能用CMM檢查輪廓，可以直接測輪廓半徑嗎，只要圓弧半徑在29.5和30.之間@5 及時，零件合格？圓弧的圓度是否符合要求我們先不討論（這里的輪廓概念和圓柱度的概念是一樣的）。就半徑而言，這種操作方法也是不正確的，因為半徑是 29.5 在 30.5 和 30.5 之間的區(qū)域，可以有半徑小于29.5或大于30.5檢具設(shè)計，如下圖：

圖二

如圖2所示，圓弧b的半徑必須大于R30.5，圓弧a的半徑必須小于29.5，但都可以落在輪廓公差帶內(nèi)內(nèi)，滿足圖紙要求。

根據(jù)圖 1 中的公差帶，我們可以制作一個仿形檢查工具，然后用止動規(guī)進行檢查。此仿形檢測工具必須制作成公差帶的外邊界，即半徑為R30.5的圓弧，如下圖：

圖 3

如圖3，藍色部分為檢具，圓弧半徑為30.5。理論上，當(dāng)實際零件輪廓和檢具的理想輪廓的最大值最小時，如果實際輪廓上任意一點與檢具輪廓的距離大于1，則部分不合格，否則小于1則合格。

在我們的實際操作中，我們拿實際零件檢查夾具的輪廓，然后自由擺動零件。只要我們能找到一個位置，直徑為1的擋規(guī)就不能插在被測輪廓上的任何位置。去，那部分就合格了。

當(dāng)然，這種檢查方法更適合壁較薄的零件。和所有停止規(guī)則一樣檢具設(shè)計，有一個缺點，就是停止規(guī)則不能超出容差，就無法檢測。

2. 個人簡介（人民幣）

我們來看下圖：

圖 4

基于與之前相同的邏輯，我們只考慮公差帶的邊界。在實際操作過程中，為了保證擋規(guī)的強度，我們一般采用將理論輪廓偏離材料3mm形成的輪廓作為擋規(guī)上的檢測輪廓。

從公差帶的分布可以看出，公差帶是0.15內(nèi)外理論輪廓每次偏移所形成的區(qū)域，因為量具輪廓與理論輪廓的距離為3，量具檢驗輪廓與公差帶在外邊界（材料外）的距離為3-0.15=2.85。 2.85的區(qū)間內(nèi)應(yīng)該沒有素材，所以使用2.85的一般規(guī)則。檢測工具的檢測輪廓與公差帶的內(nèi)邊界（材料內(nèi)）之間的距離為 3+0.15=3.15。在3.15的這個區(qū)間，肯定有素材，所以3.15停止檢查。如下圖：

圖 5

檢具由定位部分和檢測部分組成。因為這里的B基準(zhǔn)和C基準(zhǔn)都是用RMB，所以B基準(zhǔn)的定位孔要用錐孔配合彈簧，作為C基準(zhǔn)的兩個定位銷用兩個錐銷配合彈簧。安裝該零件時，到達檢具后，零件的6個自由度全部受到限制。壓緊零件后的操作方法是用2.85量規(guī)將其放入被測零件輪廓與檢具檢測輪廓之間的凹槽內(nèi)，刮一圈。如果能夠順利刮削，則表明零件的實際輪廓。不超過公差帶的外邊界（不要太大）。同理，用3.15的擋規(guī)刮一圈凹槽，擋規(guī)不能落入凹槽內(nèi)。如果沒有落入凹槽，則說明零件的實際輪廓沒有超出公差帶的內(nèi)邊界（不能太小）。

綜合合格和止擋的測量結(jié)果，如果合格和止規(guī)都滿足，則零件的輪廓合格。

3. 帶 M 圈 (MMB) 的輪廓標(biāo)準(zhǔn)

如果參考有M圈的話，檢具設(shè)計engineer就容易多了，因為可以把對應(yīng)的定位特征做成固定大小。見下圖：

圖 6

見圖6，因為參考C有一個M圈，所以檢具上對應(yīng)的定位銷（實際參考模擬體）是一個固定值。多少錢？我在上一篇文章中已經(jīng)討論過。在ABC基準(zhǔn)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)C帶M圓的基準(zhǔn)模擬體（即量具上對應(yīng)的定位銷）的尺寸相對于其前面的基準(zhǔn)（AB）是最大的實際影響。尺寸（MMVB），從對應(yīng)位置要求的孔徑12.8，我們可以得到MMVB=12.8-0.06-0.1=12.64，即C對應(yīng)定位銷的直徑為12.64。 檢具設(shè)計如下圖：

圖 7

檢具上的檢測輪廓為垂直于A和B的平面，與C（定位銷軸）的距離為24.8，一般規(guī)則尺寸為3-0.2 =2.8，停止規(guī)則的大小為3+0.2=3.2。

圖 8

在使用檢具檢測的過程中，零件必須先與基準(zhǔn)面A完全貼合，然后去B，通過定位銷A，最后使用pass stop rule。

需要注意的是檢測方法，因為參考元件和參考模擬體之間存在間隙，即12.64的定位銷與1@的實際孔之間存在間隙2.8，則該零件在檢具中上下運動的自由度不受限制（或在一定范圍內(nèi)不受限制），這樣的運動是完全合法的。這很可能導(dǎo)致我們的通用規(guī)則失效，或者阻止規(guī)則發(fā)生，那么我們應(yīng)該如何處理呢？

這里先討論benchmark加M圈的游戲規(guī)則。我們說基準(zhǔn)面加M圈意味著如果基準(zhǔn)元（實際基準(zhǔn)孔的尺寸）離MMB很遠，我們的被測元素可能會得到額外的補償，這意味著零件的實際被測元素可以超過公差框中的值。

讓我們更深入地了解基準(zhǔn)加M圈的本質(zhì)。當(dāng)基準(zhǔn)孔較大時，我們允許被測元素超出公差范圍。根本原因是我們在確保基準(zhǔn)MMB空間不被破壞的同時，可以將零件的測量元素“拉”到公差帶中。而這個“拉”的過程反映了實際裝配中允許的情況。 （如果定位銷和夾具上的定位孔之間有間隙，我們可以利用這個間隙）

圖 9

如圖9所示，當(dāng)實際參考孔C最大化時，我們實際測得的輪廓可以遠離21.8，即使是在綠色公差帶或藍色公差帶內(nèi)，遠離從粉紅色區(qū)域，但它可能是可以接受的。因為在檢測過程中，我們可以左右移動零件（在定位銷和參考孔之間的間隙內(nèi)），迫使實際被測元件“拉”到粉紅色公差帶。

回到我們的實際操作。當(dāng)這樣的零件放在檢具上時，我們可以在定位銷和基準(zhǔn)孔之間的間隙內(nèi)任意移動，同時保證A貼緊，B貼緊。對于這部分，只要我們能找到一個位置讓被測輪廓通過和停止，輪廓就合格了！

當(dāng)然，這需要我們的檢驗人員要有耐心，仔細調(diào)整零件與檢驗工具之間的位置關(guān)系，以確保沒有誤判。

需要說明的是，它不適用于測量量規(guī)（例如，如果您打算使用間隙尺來測量實際輪廓值）。在運動部件的過程中，如果間隙尺測得的最大間隙小于3.4，則只能說明型材合格，該值不能用于SPC控制。因為它不是實際輪廓的真實值（實際輪廓的值是C做成錐形銷時測得的值）。

總結(jié)：

本文簡單介紹了如何使用gage檢測輪廓。對于沒有參考的輪廓，用最大的MMC輪廓（即把檢具檢測輪廓做成公差帶的外邊界）和實際輪廓，然后用量規(guī)檢測，只要一個位置可以找到使實際零件輪廓每一個停止規(guī)則的所有零件都可以停止，并且輪廓是合格的。如果是帶參考的輪廓，則直接用通止規(guī)進行測試。但是如果參考帶有一個 M 圈，這意味著我們允許零件在檢測工具上的小范圍內(nèi)移動。在運動過程中，只要我們能找到一個位置，保證被測輪廓的每一點都滿足通過，就不會是輪廓合格。