一种基于非极限边界的螺纹综合作用尺寸测量评定方法

摘要

本发明公开了一种基于非极限边界的螺纹综合作用尺寸测量评定方法，采用螺纹综合作用尺寸测量仪进行螺纹综合作用尺寸的测量；采用所述螺纹综合尺寸测量仪测量螺纹综合作用尺寸的方法为：一）使所述全牙测端与被测螺纹工件紧密啮合；二）使所述全牙测端与所述被测螺纹工件产生相对螺旋运动；三）所述螺纹综合尺寸测量仪获得测量数据；四）通过数据处理，获得反映螺纹合格性和啮合质量的数据。本发明实现了三维上的螺纹作用尺寸的定量测量，符合了作用尺寸定义，分离了直径误差与牙侧角误差、螺距误差对作用尺寸的影响。

主权项

一种基于非极限边界的螺纹综合作用尺寸测量评定方法，其特征在于，采用螺纹综合作用尺寸测量仪进行螺纹综合作用尺寸的测量；所述螺纹综合作用尺寸测量仪包括基座、数控转台、z向导轨、z向滑块、x向导轨、x向滑块和测头机构；所述z向导轨垂直固定在基座上，其上安装有z向滑块，所述z向滑块上固定有所述x向导轨，所述x向导轨上安装有x向滑块，所述x向滑块上固定有所述测头机构；所述数控转台安装在所述基座上，其回转中心轴线与所述基座和所述x向导轨均垂直；所述测头机构包括测头固定端组件和测头运动端组件；所述测头固定端组件包括基架、固定在所述基架上的旁向测微仪、固定在所述基架上的导轨和导向套筒；所述导向套筒的一端固定在所述基架上，所述导向套筒的另一端设有弹簧限位螺母，在所述导向套筒的中部设有与其滑动连接的位移滑架支撑滑块，在所述位移滑架支撑滑块和所述基架之间以及所述位移滑架支撑滑块和所述弹簧限位螺母之间均设有压缩弹簧；所述旁向测微仪沿平行于z轴的方向设置；所述导轨沿平行于x轴方向设置；所述测头运动端组件包括固定在所述位移滑架支撑滑块上的位移滑架、测端压片组件、两支轴向测微仪、滑块和螺纹测端组件；所述螺纹测端组件包括测端支架和全牙测端，所述全牙测端为其中心面与螺纹规中心轴线共面且其中心面两侧厚度相等的纵向螺纹规切片，所述全牙测端通过设置在其前后两侧的锥顶螺钉与所述的测端支架转动连接；两支所述轴向测微仪沿平行于z轴的方向设置并固定在所述位移滑架上，两支所述轴向测微仪的测头压在所述全牙测端的上端面上；所述测端压片组件包括固定在所述位移滑架上的测端压片，所述测端压片的上端与测端压片固定板的上部连接，所述测端压片的下端压在所述测端支架的后侧，所述测端压片固定板的下部设有测端压片调节螺钉，所述测端压片调节螺钉顶在所述测端压片上；所述滑块固定在所述位移滑架上，并与所述导轨配合；所述位移滑架通过分布在其上下两端面的两组片簧组件与所述测端支架连接；每组所述片簧组件均包括上下两个压板和一夹压在它们之间的弹簧片，露在所述压板外的所述弹簧片的一个端部与所述位移滑架固接，露在所述压板外的所述弹簧片的另一端部与所述测端支架固接，两个所述片簧组件、所述位移滑架和所述测端支架形成弹性连接的平行四杆机构；采用所述螺纹综合尺寸测量仪测量螺纹综合作用尺寸的方法为：一)将被测螺纹工件放置在所述数控转台中央,移动所述测头机构，使所述全牙测端与被测螺纹工件紧密啮合；二)所述数控转台旋转，所述z向滑块沿所述z向导轨运动，二者联动，使所述全牙测端与所述被测螺纹工件产生相对螺旋运动；三)在螺纹综合作用尺寸测量仪坐标系xoz下，所述旁向测微仪采集获得数据δ₃，所述两支轴向测微仪采集获得数据δ₁、δ₂，所述坐标系xoz原点与所述转台回转中心重合，经如下公式计算：δ_x＝δ₃+(X‑X₀)，${\delta }_z=\frac{({\delta }_1+{\delta }_2)}{2}+(Z-Z_0),$$\theta =\arctan \left(\frac{{\delta }_1-{\delta }_2}{d}\right),$其中，δ₃表示所述测头运动端组件在x向相对于所述测头固定端组件的位移，X表示所述x向滑块的x向坐标，X₀表示所述x向滑块的x向起始坐标，δ_x表示所述全牙测端回转中心的x向位移，δ₁和δ₂表示两支轴向测微仪测得的相对于所述全牙测端回转中心对称的所述全牙测端上端面与轴向测微仪的接触点在z向相对于所述测头固定端组件的位移，Z表示所述z向滑块的z向坐标，Z₀表示所述z向滑块的z向起始坐标，δ_z表示所述全牙测端回转中心的z向位移，d表示所述两支轴向测微仪之间的x向距离，θ表示所述全牙测端绕其回转中心的转角；记所述全牙测端回转中心在所述坐标系xoz中的实际测量坐标为(x_o1,z_o1)，x_o1＝X′+δ_x,z_o1＝Z′+δ_z，其中，(X′，Z′)为所述全牙测端回转中心在所述坐标系xoz中的起始坐标；以所述全牙测端回转中心为原点建立坐标系x₁o₁z₁，在坐标系x₁o₁z₁中，存在如下关系：$({x^{\prime }}_A,{z^{\prime }}_A)=(x_A,z_A)\left(\begin{array}{cc}\cos \theta & -\sin \theta \\ \sin \theta & \cos \theta \end{array}\right)$其中，(x_A，z_A)为所述全牙测端转角为0时牙型轮廓上任意一点A的坐标，(x_A’，z_A’)为所述全牙测端转角为θ时A的坐标；经坐标变换，可求出所述全牙测端转角为θ时A点在坐标系xoz中的坐标(x，z)，x＝x′_A+x_o1，z＝z′_A+z_o1，随着测量过程中所述数控转台旋转角度的变化，可以得到所述全牙测端与所述被测螺纹工件任意截面啮合时所述全牙测端螺纹轮廓线上任意点A的坐标值；根据测量得到的所有A点坐标值，拟合出所述被测螺纹工件的回转中心轴线，以拟合出的被测螺纹工件的的回转中心轴线为z轴，建立坐标系x₂o₂z₂，坐标系x₂o₂z₂原点o₂与所述坐标系xoz原点o重合，将所有A点坐标值转换至所述坐标系x₂o₂z₂中；在所述坐标系x₂o₂z₂中，利用任意一截面上所有A点坐标，将所述全牙测端螺纹轮廓线用线段系的形式表达，表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{z}_1=k_1{x}_1+b_1(x_1\in [{ϵ}_{1\min },{ϵ}_{1\max }\left]\right)...\left(l_1\right)\\ z_2=k_2{x}_2+b_2(x_2\in [{ϵ}_{2\min },{ϵ}_{2\max }\left]\right)...\left(l_2\right)\\ .\\ .\\ .\\ z_n=k_n{x}_n+b_n(x_n\in [{ϵ}_{n\min },{ϵ}_{n\max }\left]\right)...\left(l_n\right)\end{array}\right.$   线段系(一)其中k₁，k₂…k_n为各线段斜率，b₁，b₂…b_n为各线段截距，ε_1min，ε_2min…ε_nmin为各线段定义域区间下限，ε_1max，ε_2max…ε_nmax为各线段定义域区间上限，n为任意截面上所有的所述全牙测端螺纹轮廓线的线段总数量，以上得到所述全牙测端螺纹轮廓线位置在坐标系x₂o₂z₂中的线段系表达，为了对所得结果进行评定，在坐标系x₂o₂z₂中建立理想螺纹边界轮廓线表达式，用线段系的形式来表达理想螺纹边界的轮廓，表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{z}_1^{\prime }=k_1^{\prime }{x}_1^{\prime }+b_1^{\prime }(x_1^{\prime }\in [{ϵ}_{1\min }^{\prime },{ϵ}_{1\max }^{\prime }\left]\right)...\left(l^1\right)\\ z_2^{\prime }=k_2^{\prime }{x}_2^{\prime }+b_2^{\prime }(x_2^{\prime }\in [{ϵ}_{2\min }^{\prime },{ϵ}_{2\max }^{\prime }\left]\right)...\left(l^2\right)\\ .\\ .\\ .\\ z_m^{\prime }=k_m^{\prime }{x}_m^{\prime }+b_m^{\prime }(x_m^{\prime }\in [{ϵ}_{m\min }^{\prime },{ϵ}_{m\max }^{\prime }\left]\right)...\left(l^m\right)\end{array}\right.$  线段系(二)其中，k′₁，k′₂…k′_m各线段斜率，b′₁，b′₂…b′_m为各线段截距，m为理想螺纹边界轮廓上线段数量；在任意一截面上，利用所述理想螺纹边界轮廓线对所述全牙测端螺纹轮廓线从体内和体外分别进行逼近，判断所述线段系(一)和所述线段系(二)是相离、交叉还是刚好接触；如果刚好接触，所述理想螺纹边界轮廓线即为被测螺纹作用边界轮廓线；从体内逼近得到的理想螺纹边界轮廓线即为被测螺纹体内作用边界轮廓线，从体外逼近得到的理想螺纹边界轮廓线即为被测螺纹体外作用边界轮廓线；再将所有截面上的体内作用边界轮廓线位置进行比较，取离拟合出的所述被测螺纹工件的回转中心轴线最近位置处的被测螺纹体内作用边界轮廓线所在径向位置，作为被测螺纹体内作用边界轮廓所在径向位置；将所有截面上的体外作用边界轮廓线位置进行比较，取离拟合出的所述被测螺纹工件的回转中心轴线最远位置处的被测螺纹体外作用边界轮廓线所在径向位置，作为被测螺纹体外作用边界轮廓所在径向位置，并以此为依据对螺纹合格性进行判断，符合以下关系的为合格：记被测螺纹体内作用边界轮廓的中径值为被测螺纹体外作用边界轮廓的中径值为对外螺纹：对内螺纹：其中，d₂为被测外螺纹的标称中径，D₂为被测内螺纹的标称中径，es表示被测外螺纹中径公差带上偏差，ei表示被测外螺纹中径公差带下偏差，ES表示被测内螺纹中径公差带上偏差，EI表示被测内螺纹中径公差带下偏差；对于外螺纹，其作用中径对于内螺纹，其作用中径所述体外作用边界轮廓与所述体内作用边界轮廓之间的距离用以下公式表示：反映螺纹的啮合质量。