图1  某连杆螺栓定位孔的工艺要求

经钻、半精镗和精镗完成加工的某种连杆螺栓定位孔，其中心距离大头圆弧定位面尺寸无法满足工艺要求。经分析发现，解决上述问题的关键不在于简单提高量具的精度，而在于解决测量线的方向和位置的准确度。本文介绍了一种检验夹具，以夹具定位的方法可有效解决测量线误差问题和检测效率问题。

问题提出

某种连杆螺栓定位孔是在机床上经钻、半精镗和精镗完成加工的，直径φ3+0.018mm，工艺要求螺栓定位孔中心距离大头圆弧定位面尺寸为10.25±0.05mm，如图1所示。

以前，10.25±0.05mm尺寸靠游标卡尺检测圆弧面和定位孔边的尺寸，加上半径6.5mm，从而得到实测值，但这里存在检测不可靠的问题。原因有两点：一是游标卡尺分辨率和精度都较低，示值误差大概在0.04mm以上；二是所测部位不是常规的两个平行平面，是两段半径不同和圆心也不同的圆弧之间的最近距离，因没有准确定位，用卡尺找两个拐点难度很大，很可能两个测点并非图样上所要求的位置，而且卡尺在垂直平面内也不易端正。总之，实际测量线和理论测量线很难重合，会导致所测值偏大。

解决方案

解决上述问题的关键不在于简单提高量具的精度，而在于解决测量线的方向和位置的准确度。测量线必须准确地穿过两螺栓定位孔的中心，而且与连杆分开面平行。

图2  检验夹具

如果是在三坐标上检测，肯定先要建立坐标系；如果是在平板上检测，肯定先要进行找正。本质上就是先解决测量线的方向和位置的准确度问题，但遗憾的是上述办法效率较低，远水难解近渴，而且不太适用于现场操作者使用。

转换思路，也许以夹具定位的方法更适合解决上述问题，于是我们设计制造了一种检验夹具，如图2所示。

该夹具采用最为常见的“一面两销”来为连杆定位，以连杆分开面为面基准定位，确定3个自由度，夹具采用两个销套端面（共面）实现；以两个螺栓定位孔为孔基准确定另3个自由度，夹具采用两个定位销来实现；为防止过定位，右边的定位销是菱形销；为减少间隙提高定位精度，左边的定位销是弹簧销，该销的定位部位分成两段，尺寸有0.012mm的不同，以适应不同的螺栓定位孔径。

仅解决了连杆的定位还不够，还要解决检测元件的定位问题，也就是关键测量线的方向和位置问题。在夹具体左面精镗一个通过夹具两定位销中心并且与基准面平行的孔，将测量组件安装固定在该孔中，此测量组件是现成的借用件，由后面固定的百分表和前面的活动测杆安在同一圆柱套内组成，测杆最前端粘接一个合金球，其中心与测杆中心重合。测杆心和圆柱套外表面同心，这样活动测杆的测量线肯定通过两定位销中心并且与基准面平行（当然也会存在一定误差）。

图3  夹具

至此已经解决了检测的准确定位问题，但还缺少一个环节，就是标准件校准环节。因为百分表主要检测变化量，适用于比较测量，单纯的检测值没有任何意义，还得通过与标准件的比较来准确得出实测值。如果在工件中选一个正好为10.25mm的连杆做标准件，存在挑选困难、螺栓孔径变差大、硬度低易磨损及对标麻烦等问题。如果按工件样式和尺寸制造一个标准件，又存在成本高和对标麻烦的问题。为解决上述问题，我们在弹簧销上做文章，将弹簧销定位轴段下面轴段外径做成10.25mm的2倍，即φ20.5mm，在不检测时，弹簧销弹起，活动测杆的合金球顶在φ20.5mm的轴段上，此时对标，即百分表对零。在检测时，弹簧销被连杆压下，活动测杆的合金球顶在连杆大头圆弧定位面上，得到相对于标准值的比较值，该值如果小于0.05mm，则合格。这样可以简化操作，提高效率。

误差分析

该检验夹具的误差主要来自三个方面，一是工件的定位误差，二是测量组件的的测量误差，三是对标轴段的尺寸误差。

1. 工件的定位误差

定位误差主要取决于夹具定位元件、工件螺栓定位孔的加工精度和配合精度，主要有：

（1） 弹簧销和销套之间的间隙  该间隙是必须存在的，否则弹簧销不能滑动。间隙可控制在0.005mm以内，这个间隙可以使弹簧销在对标和测量时轴心线发生最大0.005mm的漂移，从而影响定位精度。

图4  对标状态

（2） 弹簧销定位轴段和对标轴段的同轴度  利用高精磨床可将制造误差控制在0.002mm以内，这个误差可以使弹簧销在对标和测量时轴心线发生最大0.001mm的差异，从而影响定位精度。

（3） 工件螺栓定位孔和弹簧销定位轴段之间的间隙  这个间隙是比较难控制的，因为工件螺栓定位孔φ13mm本身就有0.018mm之多的变差，在设计弹簧销定位轴段φ13mm时，使该轴段分为+0.007mm和-0.005mm两个轴段，其中-0.005mm在上，+0.007mm轴段在下，如果工件螺栓定位孔加工在上差，在下+0.007mm的轴段起作用；如果工件螺栓定位孔加工在下差，在上-0.005mm的轴段起作用。这样这个间隙减小，可控制在0.012mm以内，这个间隙可使工件螺栓定位孔中心产生0.012mm的漂移，从而直接影响定位精度。

2. 测量组件的测量误差

测量误差主要取决于测量线误差和百分表的示值误差。

（1）测量线误差  指实际测量线偏离理论测量线的偏差值，这个误差可以控制在0.05mm以内，但此误差并非直接影响测量精度，通过计算可知：在水平平面内的误差可以使测量值出现-0.023mm的误差，在垂直平面内的误差由于是比较测量，影响较直接测量大大减少，可以使测量值出现+0.062mm的误差。两相抵消为+0.039mm，可以忽略。由此可知：由于检验夹具和比较测量的应用，比较容易解决测量线误差问题。

（2）百分表的示值误差  国家检定规程规定为0.005mm以内。

3. 对标轴段的尺寸误差

我们可以通过计量标示实际值，消除加工误差。本质上影响到测量精度的是计量误差，最多0.5mm，可以忽略。

通过上述误差分析可知：主要的定位和测量误差有三项，即：工件螺栓定位孔和弹簧销定位轴段之间间隙0.012mm；弹簧销和销套之间间隙0.005mm；百分表的示值误差0.005mm。综合计算总误差为上述三项平方和再开方得0.014mm，占公差带0.1mm的14%。该检测方案的优点在于：解决了测量线误差问题和检测效率问题。