大尺寸测量装置减重问题研究

摘 要：检测盘类、机匣类大尺寸长度测具，测具笨重，使用不方便，易将薄壁零件压变形等，针对直径测量、深度测量等长直杆的测具，找出测具笨重的主要原因，进行相应的改进，测具笨重主要有两大原因，第一是测具结构不合理，结构尺寸大导致测具重量大，使用不方便，影响测具的测量结果。第二是测具主体材料选择不合理，没有采用轻质材料，导致测具笨重。要解决测具笨重的问题，在保证使用性能的条件下，尽可能的减轻测量装置零件的重量，从而整体减轻测具的重量，研究在测具主体材料的选材上，根据测具的结构和使用要求，选择碳纤维复合新材料，以减轻测具的重量。

关键词：长度测具；结构改进；碳纤维

中图分类号：TH137 文献标识码：A

测具是测量工件结构尺寸和相应技术条件的工具，在零件的生产中起着重要的作用，直接影响工件的加工质量和产品的生产的效率，特别是航空发动机零件的生产，需要大量的专用测具，以保证加工出合格的零件。目前我们设计的测具结构没有考虑结构的适应性和进行相应的强度测算，导致测具结构笨重。由于测具结构笨重，测量时测具不能灵活的到达所要测量的位置，测量不稳定，因此研究减轻测具重量，达到测量要求。

1 分析长度尺寸测具结构特点

机匣件，盘类零件的直径测具和深度测具，其结构尺寸大，要求有较好的刚性，主要是研究解决长度尺寸测具类的笨重问题。长度尺寸测具共同特点是测量点在测具的两端，中间测具主体部分是起到连接测量部分作用，将测具的主体材料改用碳纤维轻质新材料，保证测具的重量轻，使用灵活，从根本上解决测具笨重的问题。

针对机匣和盘类零件使用比较多的外径测具、内径测具进行了相应的结构分析，根据不同测具的特点采取不同的减重方案，并对测具的结构进行改进和优化，结合生产实际，进行了实际应用。测具主体采用碳纤维复合材料代替45号结构钢，减轻测具重量，并实际应用到工装设计中，达到测具减重40%。

2 碳纤维应用外径测具

直线尺寸测具可分为内径测具、外径测具等，通用直径测具主要用来测量盘类、轴类等各类圆周回转体零件的直径方向尺寸，特点是直线尺寸范围大，测量空间大，一般的情况下，测量的轴向定位是零件的端面。对此类测具的改进主要是减轻测量主体。目前普遍采用45，T8等结构钢作为长度尺寸测具的主要横梁材料，测具笨重，易将造成薄壁零件压变形，使用不方便，测量不准确。为减轻测具的重量，研究采用轻质材料代替45结构钢，通过市场调研，研制圆形碳纤维材料，作为测具主体的横梁。

研究设计碳纤维材料应用到工装设计中，测具采用圆形的碳纤维作为测具横梁，解决叶片焊接组合件在立车状态下，测量叶片外圆1m的直径尺寸，将圆形的碳纤维两端胶粘45号钢轴销。1为碳纤维测具横梁，外径φ40，内径φ35，长900mm，No.2为45号钢轴销，碳纤维两端与轴销No.2紧配合，并牢固胶粘，实现碳纤维管与测具钢件的联接。

测具两端的测量支座通过圆柱销与碳纤维两端的轴销No.2连接，测量支座的底面组合装配保证平面度，左端测量支座一端连接固定测量销，右端测量支座装有百分表，测具结构实现直径尺寸测量，（如图1所示）该结构与45钢横梁相比，减轻测具的重量60%。

3 碳纤维应用内径测具

检测薄壁机匣零件内圆锥面直径1000mm，由于机匣薄壁件，测量内径尺寸使用杠杆测量结构。设计时碳纤维两端通过圆柱销胶粘长方体。制造时，保证两端长方体四个面分别平行，长方体四个面作为加工的定位基准面，定位压紧两端长方体，保证碳纤维两端的轴销、与杠杆配合表面和螺钉孔加工，解决碳纤维无法压紧问题。

以长方体两侧定位面为基准，进行测量销和表架的组合加工。测具结构整体重量约1.5kg，通常设计的检测1m的直径测具可达到5kg，测具重量减轻2/3，测具测量使用轻巧，操作方便，避免将零件压变形，实现了碳纤维材料在测具上应用。

结语

碳纤维复合材料具有较高的比强度和很高的比模量，与传统金属材料相比，质量轻，强度高，韧度高，碳纤维复合新材料应用到工装设计中，在设计测具的过程中，要有合理的结构，又要考虑测具的制造工艺性，以保证测具的轻便、灵巧，解决了航空发动机盘类、机匣类重要零件，大长度尺寸测具笨重的瓶颈问题，测量方便、准确，碳纤维材料测具结构可推广应用，减轻了测具重量，提高盘类、机匣类零件的检测质量。

参考文献

[1]冯丽萍.公差配合与技术测量[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]《航空工艺装备设计手册》编写组.航空工艺装备设计手册[M].北京：国防工业出版社，1978.

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