准确简单地测量R角形状的方法
准确简单地测量R角形状的方法
在机械加工和设计领域，R角是一个常见的概念。它不仅影响着产品的强度和安全性，还关系到加工的精度和效率。本文将详细介绍R角的定义、加工方法、图纸标记、与强度的关系以及测量方法和存在的问题。
何谓R角
“R角”指角的弧度。在板材和方材的角上实施R角加工，主要目的是提升强度和安全性。设置R角的面称为“R面”，有时也是为了实现易用性、改善手感、增强设计性而设置。
R角加工和图纸标记
剪切或冲裁加工后的端部会因为毛刺等呈锋利的锐角（尖角），操作时十分危险。切削这个锋利的部分、去除毛刺的处理称为倒角加工，而R加工是削除毛刺、在该部分制作弧度的加工。此外，R角在图纸上用文字标记为“R”，以图纸上指示的半径进行加工。
R角加工方法
加工时主要使用立铣刀或倒角刀，手动作业时使用锉刀、砂带研磨机等工具。半径不超过1 mm的小型R角有时也使用磨削、放电加工或线切割加工。R角的加工与斜向切除角的C面不同，切割时需要描画弧线，因此在NC加工时，必须使用专业工具和编程。
使用立铣刀的R角加工示例
R角的图纸记载
R角在图纸上用“R”和“数字”表示，例如“R5”、“R10”。“R”的意思是Radius（半径），一般指拐角部等有弧度部分的半径。旁边的数字是弧线的半径（单位：mm）。它的含义是，用描绘弧线的圆半径（长度）切除角的弧度。例如，“R3”的图纸标记和加工内容如下所示。此外，当1个部件有多个R面时，R面数量标记为“个数-R3”等。若矩形板上有3处R面，则标记为“3-R3”。
R角的指定示例
A 半径3 mm
R角与强度的关系
通过在L形或T形部件的根部设置适当的R角，可提升强度。例如，对于下图中的悬臂梁，通过在根部的角上制造弧度，可提升强度。这是因为，根部没有弧度时，载荷会集中于角上。载荷集中于梁根部的现象称为“应力集中”，应力集中的程度称为“应力集中系数”。此时，根部的弧度半径和应力集中系数之间的关系如下。
A 厚度
B 根部的R
C 载荷
a 应力集中系数
b 厚度与半径的比例
综上所述，通过在梁根部制造弧度，可分散载荷，提升强度。
接触式测量仪在R角测量方面存在的课题
确认是否已通过R角加工获得期望尺寸（公差范围内）和形状是非常重要的。R角是立体形状，因此要求高精度、定量的3D形状测量。
但是，在用接触式三坐标测量仪、形状轮廓测量仪、半径量规、倒角游标卡尺、倒角测量量具、半径测量仪等进行测量时，存在难以准确测量、出现偏差等各种课题。
使用三坐标测量仪测量R角的课题
一般来说，三坐标测量仪采用“扫描（模仿）”的方法测量，即用探头接触测量位置，并沿着表面描摹（移动）。扫描测量以固定间距测量多个点。
该测量方法存在如下课题。
- 在圆柱中心或曲面上直行的线或者通过圆中心的线等，如果要按照目标要求让针或探针通过是非常困难的。此外，当R角的中心角度较小时，需根据短圆弧计算圆周整体，因此测量稍有误差就会被放大。这类测量位置偏移会导致测量值出现偏差。
- 小型探针直径也至少约2 mm。若需测量R较小部分的三维形状，可能难以将探针接触测量位置。此外，测量精度与测量点和线的数量成正比，所以必须测量很多位置。
如上所述，并不是每位现场人员都能准确测量，而且有些位置无法测量，测量仪安装位置也有限等，成为了重要的课题。
使用形状轮廓测量仪测量R角的课题
对于想要测量的R角形状，形状轮廓测量仪必须在垂直方向上准确描画测量线。
因此存在以下课题。
- 将样品固定于夹具、对样品实施水平调整等作业十分耗时。而且，为了准确地实施水平调整，必须具备形状轮廓测量仪的相关知识和技能。
- 形状轮廓测量仪的触针以触针臂上的支点为中心上下进行圆弧运动，而触针前端位置也会沿着X方向移动，因此X轴数据会发生误差。
- 使针按照预期通过的作业非常困难，针的微小偏移就会造成测量值偏差。
使用游标卡尺和量具测量R角的课题
利用半径量规、倒角游标卡尺等手动工具，可以非常轻松地测量。但是存在发生测量误差、测量值有偏差等诸多因素。
例如，使用游标卡尺和量具进行测量时，手按住测量位置的力（测量力）、测量位置偏差等各种度的把握因人而异。这会造成测量值发生偏差，难以实现定量测量。此外，无法测量微小的散热片或桨叶等。