石墨電極用螺紋量規的測量原理和設計思路

石墨電極用螺紋量規的測量原理和設計思路

石墨電極用螺紋量規的測量原理和設計思路

  近些年來,螺紋量規的使用在石墨電極的機械加工過程中逐漸普及,但是由于現有螺紋量規多為進口產品,價格昂貴,因此大多數中小規模炭素企業仍然使用原有極值量規作為石墨電極加工技藝的主要控制手段。

  中國平煤集團開封炭素有限公司于 2012年自日本黑田精工及德國 DECOM 公司分別采購了N/S317T4 及 N/S374T4 規格螺紋量規各一套, 經使用分析較原有極值量規能夠有效提高產品加工控制精度。 但是隨著公司業務的拓展,產品規格覆蓋面逐漸擴大,超出了原有量規的控制范圍。 公司為了保證加工控制水平同時基于控制成本的考量,經過對進口螺紋量規技術的消化吸收,成功開發出能夠與進口產品類似且能夠滿足實際使用要求的螺紋量規產品。

  本文針對螺紋量規的設計原理及制作工藝進行簡單闡述。

1 螺紋量規的測量原理

  螺紋量規的本質其實就是一組具有已知直徑且能夠與被測量面緊密接觸的標準塊,當螺紋量規用以測量石墨電極的參數時,可以通過比較同組標準塊之間的相對位置從而計算被測石墨電極的錐度及直徑。

2 設計思路

  螺紋量規的制作核心在于確定量規本身基準面的直徑參數,但是由于石墨電極連接方式的特殊性,錐形連接螺紋上某位置處的當量直徑無法直接測量得出。 根據 JIS7202—2008 標準及中國計量科學研究院螺紋室測試方法,可以采用三坐標測量儀以三針法測量計算錐螺紋錐度及基準面當量直徑,從而推算螺紋錐面處距離基準面一定距離處的螺紋當量直徑,但在實際生產過程中,該方法無法用于在線控制錐螺紋的加工參數。

  為了規避錐螺紋難以直接測量的問題,可以利用錐螺紋的特性對錐螺紋進行分解進而分部測量,從而間接得到錐螺紋的直徑參數。      

  根據錐螺紋的特征,在此將其分為石墨電極本體孔的內錐螺紋和石墨電極接頭的外錐螺紋兩種。

2.1 內錐螺紋直徑分解

  如圖 1 所示,內錐螺紋上某點處直徑可以分解為螺紋齒頂連線間距離(小徑)和螺紋齒高兩部分。

圖1內錐螺紋直徑分解示意圖.jpg

2.2 內錐螺紋小徑的測量

  關于內錐螺紋小徑可以利用已知直徑和錐度的標準量塊通過比較端面高度差得到,這就要求標準量塊錐度要大于所測量內錐螺紋錐度,根據經驗且為方便計算,標準量塊錐度可取 1∶3 的標準錐度。具體如圖 2 所示。

內錐螺紋小徑的測量圖2.png

  圖中量塊直徑可采用外徑千分尺測量,測量誤差±0.001 mm; 端面高度差可采用千分表推拉平面平整度的方法來測量,測量誤差±0.001 mm。

  需注意的是,要保證量塊端面高于被測量內錐螺紋端面,否則計算時考慮錐度的影響應采用被測量內錐螺紋錐度。

  此時內錐螺紋小徑計算滿足以下公式:

  內錐螺紋小徑=量塊直徑-高度差/3

2.3 內錐螺紋齒高的測量

  關于內錐螺紋的齒高可采用齒高儀和標準齒形對照得到,但是這樣得到的測量結果誤差極大且受測量人的運作水平影響,不具有重復性。 因此開封炭素公司采用全能工具顯微鏡測量螺紋加工刀具的齒高,當螺紋加工刀具加工螺紋具有完整的切削面時,可以認為其加工的螺紋齒高即為加工刀具的齒高。

  需要注意的是,采用全能工具顯微鏡測量螺紋加工刀具時, 所需測量參數應包括刀具直線度,以保證加工內錐螺紋齒頂齒底的直線性。

2.4 內錐螺紋直徑的測量

  根據以上步驟,內錐螺紋各直徑可根據以下公式計算。

  內錐螺紋小徑=量塊直徑-高度差/3

  內錐螺紋中徑=內錐螺紋小徑+全齒高

  內錐螺紋大徑=內錐螺紋小徑+全齒高×2

  當加工螺紋刀具一定時, 內錐螺紋的小徑、中徑及大徑可視為一統一參數。

2.5 外錐螺紋直徑的測量

  當已知相應內錐螺紋直徑參數時,可以通過旋合比較端面高度差的方法計算相對應的外錐螺紋的端面直徑,具體如圖 3 所示。

圖3外錐螺紋直徑的測量.jpg

  應注意的是,采用此方法測量高度差計算外錐螺紋直徑時須考慮外錐螺紋錐度的影響,但是由于錐度為未知參數,因此可以將高度差趨零,從而盡量減低錐度對計算結果的影響。

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