寇植達(dá)

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西西安 710119)

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關(guān)于殼體孔系位置度測(cè)量影響因素的研究

寇植達(dá)

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西西安 710119)

某公司殼體類零件加工難以保證的尺寸主要是軸承孔系的位置度，而位置度主要是采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)檢測(cè)。三坐標(biāo)測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，影響因素多，因此找到測(cè)量過(guò)程中對(duì)檢測(cè)精度有影響的主要因素就顯得尤為重要。從三坐標(biāo)測(cè)量過(guò)程中多個(gè)可能的影響因素出發(fā)，逐個(gè)進(jìn)行了對(duì)比研究，尋找影響測(cè)量結(jié)果的主要因素，便于今后排除這些影響因素，提高檢測(cè)精度，真實(shí)地反映出零件的加工狀態(tài)。

殼體零件；位置度；三坐標(biāo)測(cè)量；合格率

0　引言

殼體類零件是變速器的核心部件，設(shè)計(jì)精度要求比較高，加工難度也比較大。由于其形狀不規(guī)則，而且結(jié)構(gòu)又比較復(fù)雜，對(duì)于孔系的位置度，通常使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于殼體零件的檢測(cè)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)加工工序多，檢驗(yàn)項(xiàng)目多。以變速器殼體為例，僅三坐標(biāo)檢測(cè)的項(xiàng)目一個(gè)零件就達(dá)到上百項(xiàng)，顯然對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)精度及穩(wěn)定性要求很高。

(2)由于殼體零件孔系位置度的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不統(tǒng)一，這就增加了測(cè)量難度，因此使用三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)建立合理的坐標(biāo)系和選用合適的測(cè)量方法尤為關(guān)鍵。

目前，某公司變速器殼體零件的全尺寸合格率僅能達(dá)到百分之十幾，通過(guò)對(duì)機(jī)床、夾具、刀具進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，不合格率仍是居高不下，并且同一零件反復(fù)測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性較差。作者將殼體零件的測(cè)量過(guò)程作為重點(diǎn)研究的對(duì)象，找到測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯影響的因素并在測(cè)量中排除掉，最大限度地提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1　分析對(duì)策

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于高精設(shè)備，測(cè)量的過(guò)程本身就是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，影響的因素比較多，因此從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面展開(kāi)進(jìn)行分析，一一進(jìn)行對(duì)比(圖1為從5個(gè)方面展開(kāi)分析的魚(yú)刺圖)。過(guò)程如下：人，選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)量人員；機(jī)，選用高精度蔡司PRISMO三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為測(cè)量設(shè)備(精度已校正)；料，選擇變速器殼體作為測(cè)量的對(duì)象并經(jīng)過(guò)超過(guò)10 h的恒溫處理；環(huán)，選用試制中心符合環(huán)境要求的精測(cè)室。這些因素排除后，作者對(duì)其他因素進(jìn)行逐一分析。

2　方案實(shí)施

2.1零件清潔度對(duì)比

目前生產(chǎn)一線的零件清洗之后會(huì)加熱，導(dǎo)致零件變形，如果直接送測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不能真實(shí)反映零件的實(shí)際情況，所以一般是由操作人工清理后，送三坐標(biāo)檢測(cè)。作者隨機(jī)抽出了10件操作者清理后準(zhǔn)備送測(cè)的變速器殼體進(jìn)行測(cè)量。首先連續(xù)檢測(cè)兩件，報(bào)告顯示孔系位置度存在超差，清潔后檢測(cè)零件合格。隨后對(duì)其余8件均做了清潔前后的對(duì)比，均在清潔之后報(bào)告數(shù)據(jù)變好。圖2—3為被測(cè)零件的清潔度情況，可見(jiàn)零件清潔度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大。

圖2鐵屑 圖3鐵屑放大圖

2.2測(cè)針及測(cè)桿的選擇

在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量過(guò)程中，三坐標(biāo)的測(cè)針?lè)浅Ｖ匾?，想要使測(cè)量結(jié)果更加精確，三坐標(biāo)的測(cè)針的選擇非常關(guān)鍵。三坐標(biāo)測(cè)針選用的方法如下：

(1)盡量選用短測(cè)針；

(2)盡量減少接頭/加長(zhǎng)桿；

(3)選用的測(cè)球直徑要盡量大；

(4)針對(duì)第一個(gè)待測(cè)特征對(duì)測(cè)針進(jìn)行優(yōu)化；

(5)如果因?yàn)楦鼡Q麻煩或價(jià)格昂貴等因素而使用不合適的測(cè)針，會(huì)使對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的初始投資大打折扣；

(6)采用長(zhǎng)測(cè)針進(jìn)行所有測(cè)量任務(wù)可能是個(gè)簡(jiǎn)單的方法，但是用它來(lái)測(cè)量零件的所有特征會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成不必要的損失。

根據(jù)以上原則，作者選用了直徑為φ8 mm的測(cè)頭并采用了加長(zhǎng)桿(見(jiàn)圖4)，同時(shí)又選用了直徑為φ5 mm的測(cè)頭采用加長(zhǎng)桿進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖5)，發(fā)現(xiàn)兩者的測(cè)量結(jié)果有區(qū)別，大測(cè)頭測(cè)量結(jié)果較好。于是分別重新校正了測(cè)頭，兩個(gè)測(cè)頭精度均達(dá)到要求。

圖5　φ5mm測(cè)頭帶加長(zhǎng)桿

由于大測(cè)頭采用了兩段加長(zhǎng)桿，作者對(duì)其進(jìn)行了重新組裝并拆掉一段加長(zhǎng)桿(見(jiàn)圖6)，重新進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果趨于一致，直徑大的測(cè)頭的檢測(cè)結(jié)果略好。

圖6　φ5mm測(cè)頭無(wú)加長(zhǎng)桿

測(cè)量結(jié)果顯示：雖然校正測(cè)頭時(shí)顯示精度合格，但采用了加長(zhǎng)桿后會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.3孔系測(cè)量采點(diǎn)數(shù)量

在對(duì)零件多次變換位置測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：孔系采4點(diǎn)時(shí)，多次測(cè)量之間測(cè)量結(jié)果的再現(xiàn)性較差，于是分別用采4點(diǎn)、8點(diǎn)、掃描3種方式進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：8點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)再現(xiàn)性與掃描比較接近，建議針對(duì)重要孔系檢測(cè)改為8點(diǎn)。并對(duì)現(xiàn)使用的三坐標(biāo)做重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其測(cè)量的不確定度，為現(xiàn)場(chǎng)加工提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

表1　測(cè)量對(duì)比表

2.4建立合理的坐標(biāo)系

在三坐標(biāo)測(cè)量中，通常使用右手螺旋定則，通過(guò)3-2-1法并且需要嚴(yán)格遵守以下3個(gè)步驟來(lái)確立最終工件的坐標(biāo)系：(1)找正工件基準(zhǔn)面，建立工件的第一基準(zhǔn)；(2)確定工件的正確軸向方向；(3)設(shè)置工件的坐標(biāo)原點(diǎn)。

在選擇測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，理論上測(cè)量基準(zhǔn)的選擇必須遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，即測(cè)量基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)相一致。聯(lián)系到實(shí)際情況，當(dāng)工藝基準(zhǔn)不能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致時(shí)，應(yīng)遵守以下原則：(1)在工序間檢驗(yàn)時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)應(yīng)與工藝基準(zhǔn)一致；(2)在終結(jié)檢驗(yàn)時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)應(yīng)與裝配基準(zhǔn)一致。

這里作者還以變速器殼體為例，分析其B孔、K孔及R孔由于測(cè)量基準(zhǔn)的改變導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果的變化。分別按圖紙基準(zhǔn)和目前精測(cè)室使用的基準(zhǔn)兩種情況測(cè)量了10件，得到表2所示的結(jié)果。

表2　測(cè)量對(duì)比表

可見(jiàn)測(cè)量基準(zhǔn)的改變對(duì)位置度的影響還是比較明顯，目前精測(cè)室采用的測(cè)量基準(zhǔn)是建立一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系進(jìn)行評(píng)價(jià)，而后者是根據(jù)圖紙及裝配實(shí)際情況建立的坐標(biāo)系。對(duì)于二者的優(yōu)劣作者會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行分析和對(duì)比。此次實(shí)驗(yàn)提醒了作者合理建立坐標(biāo)系是評(píng)價(jià)零件合格的首要前提。

2.5其他一些收獲

在反復(fù)的測(cè)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，又有以下3點(diǎn)收獲，如表3所示。

表3　解決方案和措施

3　總結(jié)

通過(guò)對(duì)殼體零件三坐標(biāo)檢測(cè)精度影響因素的研究和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯影響的因素，便于在測(cè)量中重視并盡量排除這些干擾因素，這對(duì)于提高產(chǎn)品的測(cè)量精度具有極其重要的意義。

對(duì)殼體零件的測(cè)量提出以下幾方面建議：

(1)零件送測(cè)之前一定要進(jìn)行認(rèn)真的清洗，最大限度地降低鐵屑、毛刺對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；

(2)在檢測(cè)節(jié)拍允許的前提下，對(duì)于孔系測(cè)量盡量采8個(gè)點(diǎn)，以降低測(cè)量系統(tǒng)的不確定度；

(3)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和零件的實(shí)際使用要求來(lái)建立更加合理的測(cè)量坐標(biāo)系，以提高零件適用性和合格率。

【1】?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)有限公司.實(shí)用坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

【2】張國(guó)雄.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.

【3】呂淑萍.不同的公差原則在位置度公差中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2005(5):45-46.

LV S P.Application of Tolerence Principles Referring to Postion Tolerance[J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique,2005(5):45-46.

Research on the Housing Holes Position Measurement Influencing Factors

KOU Zhida

(Shaanxi Fast Gear Co., Ltd.,Xi’an Shaanxi 710119,China)

In a company, the position accuracy of bearing holes of housing parts is hard to ensure. The position accuracy is detected mainly by coordinate measuring machine. CMM measurement process is complex, influenced by many factors. So it is important to find out the main factors affecting detection accuracy. Many possible influence factors were studied comparatively, the main factors affecting the measurement results were found. In future work, these factors can be excluded intentionally,then detection accuracy can be improved and real status of parts can be reflected.

Housing parts; Position accuracy; Three coordinate measuring ;Pass rate

2016-05-24

寇植達(dá)(1982—)，男，碩士研究生，主要從事汽車變速器機(jī)械加工工藝工作。E-mail：kouzhida@163.com。

U463.212

B

1674-1986(2016)08-068-04