白月飛

[摘要]汽車零部件制造及裝配的高精度必然需求高精度的精密檢測,需求嚴密的質(zhì)量控制。三坐標測量機是質(zhì)量控制水平的鮮明標志。因此,分析三坐標測量機的具體選用方法,探討三坐標測量機在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]三坐標測量機質(zhì)量控制制造系統(tǒng)

中圖分類號:TH6文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210160-01

一、三坐標測量機概述

三坐標測量機的工作原理是坐標測量,在某種意義上講,三維測量可以測量空間任何幾何尺寸,它的基本測量原理就是將被測物體置于三坐標測量機的測量空間,通過測量頭探測,獲得被測物體上各測點的坐標位置,根據(jù)這些點的空間坐標值,經(jīng)計算機按照最小二乘法等數(shù)學法則計算求出被測物體的幾何尺寸,形狀和相對位置。如果在三坐標測量機上安裝回轉(zhuǎn)臺,在測量中不僅可以使用直角坐標系,還可以使用極坐標系,從而極大簡化諸如均布圓周上眾多圓孔位置度的檢測問題,極坐標的采用無疑擴大了測量范圍,同時,為專用用途設(shè)計的坐標機還有在X,Y,Z坐標軸上分別安裝回轉(zhuǎn)軸的情況,從而實現(xiàn)了所謂五坐標,六坐標測量機的測量功能。

二、三坐標測量機的選用

一般情況下,三坐標測量機的選用主要注意如下方面:

1.CMM的測量范圍。這是選擇CMM的首要因素。我們在計劃購買三坐標測量設(shè)備時,首先要清楚掌握所測產(chǎn)品的外圍尺寸,根據(jù)尺寸來確定相應(yīng)規(guī)格的三坐標設(shè)備。例如在選用橋式結(jié)構(gòu)CMM時,設(shè)備價格與橫梁的跨度成正比,而長度方向的尺寸對價格影響不大,因此我們只要滿足測量的范圍即可,不必追求不必要的大量程,如果被測工件所需被測量的只是整個產(chǎn)品的一部分,這時選用的CMM也要把整體工件放置在工作臺面上,同時要考慮產(chǎn)品的重量,不能超過CMM的承重范圍。CMM選用的測量范圍還要受到所選探頭系統(tǒng)的影響,因為探頭會占用一定的測量空間,所以在選定測量范圍時,就要考慮所選探頭的影響。目前從測量范圍而言,探頭普遍使用的是兩種:帶旋轉(zhuǎn)頭的探頭和固定式探頭。

(1)旋轉(zhuǎn)探頭:主要應(yīng)用在生產(chǎn)型的三坐標測量機上。

(2)固定式探頭:主要應(yīng)用在計量型的三坐標測量機上。它不存在旋轉(zhuǎn)探頭在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)誤差。因為存在旋轉(zhuǎn)探頭和固定探頭的工作原理差異,因此在選擇設(shè)備測量范圍的時候也是有區(qū)別的:旋轉(zhuǎn)探頭需要更大的測量范圍,對于同樣的一個工件,因為旋轉(zhuǎn)探頭在旋轉(zhuǎn)過程中會占用一些空間,根據(jù)我們的實踐經(jīng)驗,在選擇CMM的時候,如果供應(yīng)商標配旋轉(zhuǎn)探頭,就要考慮更大的CMM量程。

2.測量精度。三坐標測量機就是檢測工件幾何尺寸與形位誤差的計量儀器,滿足精度要求是首選目標。CMM選用時,一般可根據(jù)被測工件要求的檢測精度與測量機給定的測量不確定度相對比,看測量機精度是否符合要求。精度比對不是一個簡單的比較過程。測量機的技術(shù)規(guī)范中一般只給出單軸測長和空間測長的兩個不確定度計算公式及重復(fù)測量精度值。而在具體開展測量時,需要將被測參數(shù)的測量不確定度限制在一定范圍內(nèi)。一般測量時,需要測量很多探測點。在進行形位公差測量時,更有大量探測點參與計算并帶來測量誤差,精確計算是很困難的,因此從經(jīng)驗出發(fā),在一般測量中,測量不確定度應(yīng)為被測工件尺寸公差帶的1/5～1/3。

總之,用戶應(yīng)選用精度(包括重復(fù)精度)稍高一些的坐標測量機。這不僅由于測量復(fù)雜工件時,測點可能帶入的誤差比預(yù)想的要大(由于測頭測桿變化或加長會引入更大的測量誤差),而且測量機的精度會隨使用次數(shù)增多而有所下降,一般測量機的不確定度數(shù)值小于或等于被測量尺寸要求不確定度的1/2時,就可以選用。

3.探頭形式。從探頭的工作形式對測量結(jié)果的準確性影響來看,目前普遍使用的探頭有接觸式觸發(fā)探頭、接觸式掃描探頭和非接觸式光學探頭等。選用設(shè)備探頭時,根據(jù)測量需求,測量速度及測量頻率選擇探頭形式。

4.光柵尺。光柵尺是三坐標測量機的讀數(shù)基準,因而要求其熱膨脹系數(shù)盡可能的低,以保證讀數(shù)的準確性?，F(xiàn)在關(guān)于光柵尺的材料研發(fā)也是圍繞降低熱膨脹系數(shù)進行的。測量機按自動化程度分為手動(或機動)與CNC(自控)兩大類。選用時,應(yīng)根據(jù)檢測對象的批量大小、自動化程度、操作人員技術(shù)水平及資金投入大小去權(quán)衡。當然CNC測量機精度水平高、測量速度快,但測量前的準備時間相對較長、技術(shù)要求相對較高、資金投入相對較大。

三、三坐標測量機在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

三坐標測量機目前不僅是一種實驗室的計量儀器,而且被大量應(yīng)用在機加及裝配生產(chǎn)車間中,在汽車行業(yè),CMM更是產(chǎn)品質(zhì)量保證和質(zhì)量控制必備的測量工具。它在實踐工作中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個方面:

1.產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。由于加工產(chǎn)品形狀愈來愈復(fù)雜,精度愈來愈高,CMM逐步成為產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的主要檢具,對產(chǎn)品生產(chǎn)中的每道工序進行全加工尺寸檢驗,確保為下道工序提供合格品。在每道工序加工生產(chǎn)中,只要有一個狀態(tài)發(fā)生變化就應(yīng)該送CMM檢測,例如更換加工刀具,調(diào)整加工節(jié)拍或程序,對于極其復(fù)雜的加工件,傳統(tǒng)檢具已經(jīng)不能滿足質(zhì)量控制的要求,同時檢具的加工與設(shè)計由于加工的復(fù)雜性已經(jīng)成為了一個難題,因此加工的現(xiàn)狀促使三坐標測量機成為制造系統(tǒng)中質(zhì)量檢驗的主要手段。以汽車發(fā)動機廠為例,每周機加部門都要將加工成品件送到質(zhì)量管理部門,運用CMM對缸體、缸蓋、曲軸等成品件進行全尺寸檢測,全面檢驗其加工質(zhì)量;每半個月對每條加工線各道工序加工件進行送檢,檢驗工序產(chǎn)品質(zhì)量。周期檢驗考核生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性,檢驗生產(chǎn)系統(tǒng)(人、機器、材料、加工方法等)是否處于正常穩(wěn)定狀態(tài),用于消除系統(tǒng)誤差。逐批檢驗是判定批產(chǎn)品質(zhì)量是否合格,控制隨機誤差。

2.了解設(shè)備的調(diào)整狀態(tài)。如果測量結(jié)果表明加工得到的零件尺寸都偏向公差帶的一邊,便說明設(shè)備沒有調(diào)到最佳狀態(tài),必要時可以進行設(shè)備調(diào)整,或者進行加工夾具的調(diào)整。

3.隨時及時地了解工藝過程的發(fā)展趨勢,對產(chǎn)品及設(shè)備的狀態(tài)發(fā)出警示信號。如果加工件的尺寸出現(xiàn)系統(tǒng)性的向一個方向漂移,說明存在刀具磨損,熱漂移或其它因素,如果發(fā)現(xiàn)被測量的幾何參數(shù)的形狀誤差越來越大,說明刀具變鈍,摩擦力增大,加工振動加劇等情況,從而提醒相關(guān)人員及時采取措施進行補救。

4.提供質(zhì)量體系認證的原始審核數(shù)據(jù)。目前汽車行業(yè)中各個企業(yè)紛紛通過TS16949質(zhì)量認證。在該質(zhì)量體系認證標準中,其中重要工作部分是對加工的產(chǎn)品進行產(chǎn)品審核,產(chǎn)品審核的內(nèi)容及程序如下所示,其中產(chǎn)品的監(jiān)視和測量是最重要環(huán)節(jié),產(chǎn)品審核既是一項質(zhì)量控制工作,又是一項質(zhì)量保證活動,應(yīng)遵循持續(xù)改進的方針,三坐標測量機對一個企業(yè)的所有加工產(chǎn)品進行檢測,提供認證機構(gòu)進行企業(yè)審核的依據(jù)和對象,是一切基礎(chǔ)工作的根本。

參考文獻:

[1]曹麟祥、汪慰軍等,三坐標測量機的現(xiàn)狀、發(fā)展與未來,北京機械工業(yè)出版社,2000.

[2]王昊,三坐標測量技術(shù)在汽車業(yè)中的應(yīng)用,現(xiàn)代制造工程,2005.

[3]葉宗茂,三坐標對螺紋孔位置尺寸的正確測量,現(xiàn)代制造工程,2005.