高 舢

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510435）

三坐標(biāo)檢測在提高葉輪加工質(zhì)量上的探討

高 舢

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510435）

介紹三坐標(biāo)檢測技術(shù)在葉輪等多軸加工產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用，探討的三坐標(biāo)檢測技術(shù)能夠滿足葉輪等多軸加工產(chǎn)品檢測的需求和保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量，并且能夠促進(jìn)加工精度的提高。

三坐標(biāo)檢測；葉輪；多軸加工；提高質(zhì)量

隨著科技的發(fā)展，市場對產(chǎn)品加工質(zhì)量與精度的要求越來越高，要求產(chǎn)品形狀更加復(fù)雜化與多樣化，對產(chǎn)品的加工和質(zhì)量檢測設(shè)備的功能及技術(shù)要求不斷增強(qiáng)，促使多軸加工機(jī)床和三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛和普及。

檢測是保證葉輪制造質(zhì)量的重要手段，但是葉輪檢測存在著一系列的難題，具體表現(xiàn)為：

（1）測量精度要求高。葉輪型面測量精度直接影響其制造精度，通常要求測量精度達(dá)到0.01mm，甚至0.005mm；

（2）測量效率要求高。葉輪是批量生產(chǎn)零件，數(shù)量成千上萬，應(yīng)盡可能提高測量速度和效率；

（3）測量可靠性要求高。葉輪測量和數(shù)據(jù)處理結(jié)果應(yīng)反映葉輪的實(shí)際狀態(tài)，這樣才能保證葉輪的制造質(zhì)量；

（4）葉輪測量定位和建立測量坐標(biāo)系復(fù)雜。葉輪安裝楔型面比較小，以此裝夾和建立坐標(biāo)系誤差大；

（5）葉輪測量數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，不但有葉型、弦長、前緣后緣半徑等形狀誤差要求，還有葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)等位置誤差要求。因此，葉輪檢測一直是制造企業(yè)中生產(chǎn)和檢測部門所面臨的難題之一[1]。

三坐標(biāo)檢測（Coordinate Measuring Machining，CMM）是以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用光學(xué)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)組成的坐標(biāo)測量儀器。通過坐標(biāo)測量儀器，可獲得被測物體上各測量點(diǎn)的坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算，以求出被測物體的精確的幾何尺寸、形狀和位置公差，可基本實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)中的所有三維復(fù)雜零件進(jìn)行高精度測量，服務(wù)于企業(yè)的生產(chǎn)與新產(chǎn)品的研發(fā)。

以下筆者試運(yùn)用三坐標(biāo)精密檢測葉輪等多軸數(shù)控加工零件的方法，對如何開展三坐標(biāo)精密檢測提高零件加工質(zhì)量的具體實(shí)施過程進(jìn)行一些探討。

1 具體實(shí)施過程

1.1 檢測目的

三坐標(biāo)精密檢測的目的是：在產(chǎn)品的檢測中掌握高精密檢測的基本知識、三坐標(biāo)精密檢測的流程與技巧，擬出檢測報(bào)告，為生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和精度，從而有效地促進(jìn)加工生產(chǎn)率。

1.2 檢測實(shí)施過程

三坐標(biāo)精密檢測過程，首先對檢測產(chǎn)品進(jìn)行測量分析，通過產(chǎn)品特征設(shè)定測量方案，然后利用三坐標(biāo)測量機(jī)完成對產(chǎn)品進(jìn)行建立坐標(biāo)系、幾何元素采集等；接著利用軟件對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，得出公差評估結(jié)果；最后輸出表格式報(bào)告、Excel報(bào)告或者圖文報(bào)告。

（1）運(yùn)用討論及匯報(bào)方式對測量基本流程及測量分析提供高效的測量方案

1）三坐標(biāo)測量機(jī)(Coordinate Measuring Machine，CMM)將被測物體置于三坐標(biāo)測量機(jī)的測量空間，獲得被測物體上各測量點(diǎn)的坐標(biāo)值，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置公差[3]。

2）產(chǎn)品三坐標(biāo)精密測量的基本流程：直角坐標(biāo)系→測座和觸發(fā)測頭→測頭校正→工件找正→建立坐標(biāo)系→元素構(gòu)造→元素的尺寸與公差。

3）組織小組討論，以匯報(bào)的形式對產(chǎn)品進(jìn)行測量分析，選擇適當(dāng)?shù)娜鴺?biāo)精密檢測方案，如圖1所示。

圖1 三坐標(biāo)精密檢測方案

（2）產(chǎn)品三坐標(biāo)精密檢測的要求與步驟：

1）三坐標(biāo)測量機(jī)的基本操作：檢查空壓機(jī)的過濾器，油路狀況，打開空壓機(jī)；檢查輸氣管，打開三坐標(biāo)測量機(jī)上的壓縮空氣開關(guān)；打開三坐標(biāo)測量機(jī)的控制柜電源；打開連接三坐標(biāo)測量機(jī)的專用電腦；打開UCC服務(wù)器和RationalDIMS軟件；打開測頭控制急停開關(guān)；機(jī)器回零。

2）產(chǎn)品的裝夾。根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)合理擺放基準(zhǔn)平面（XY平面）或軸類工件用V型塊裝夾好，以便構(gòu)建工件測量坐標(biāo)系；測量基準(zhǔn)平面及基本元素較多的一面朝上，盡量設(shè)置被測工件與側(cè)頭擺角為垂直或者水平狀態(tài)，以方便測量元素；如有特別需求的情況應(yīng)運(yùn)用萬能夾具將被測產(chǎn)品合理地夾緊。

3）運(yùn)用三坐標(biāo)測量軟件對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，如圖2所示。其檢測過程如下：

三坐標(biāo)測頭系統(tǒng)的建立，選擇與實(shí)際匹配的三坐標(biāo)測頭、測針，創(chuàng)建測量所需用的角度，并添加三坐標(biāo)測頭至軟件中；對添加成功后的三坐標(biāo)測頭測針系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；分析產(chǎn)品檢測的目的，如葉輪檢測的目的就是通過評定被測葉輪的葉型輪廓度誤差、扭轉(zhuǎn)誤差、控制葉輪彎曲的位置度誤差，來判斷葉輪是否符合圖紙要求[1]；根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)構(gòu)建坐標(biāo)系，如葉輪型面產(chǎn)品，需先采集其基準(zhǔn)平面及原點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)其中某一葉輪曲面與圓柱面構(gòu)建出交線，最后得出葉輪型面產(chǎn)品的X或Y軸方向，最終決定其坐標(biāo)系；測量基本元素根據(jù)產(chǎn)品圖紙尺寸及公差要求或根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字化模型對產(chǎn)品基本元素進(jìn)行檢測。如葉輪型面產(chǎn)品葉輪兩端Y軸方向的尺寸，則需要先測量出葉輪圓柱及葉輪曲面得出的交線才能準(zhǔn)確評估，得出結(jié)果。如圖3所示。

圖2 產(chǎn)品三坐標(biāo)檢測

圖3 葉輪產(chǎn)品三坐標(biāo)檢測過程

4）擬出檢測報(bào)告。在完成對產(chǎn)品進(jìn)行建立坐標(biāo)系、幾何元素采集后，利用RationalDIMS軟件對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，得出公差評估結(jié)果；最后輸出表格式報(bào)告、Excel報(bào)告或者圖文報(bào)告。

首先，將測量元素拖放至RationalDIMS軟件公差界面對所需測量尺寸及公差進(jìn)行評估；然后將評估數(shù)據(jù)拖放至公差數(shù)據(jù)輸出界面，按被測產(chǎn)品圖紙的尺寸、公差要求排版，并擬出表格輸出報(bào)告，如圖4所示。最后將被測產(chǎn)品數(shù)字模型導(dǎo)入RationalDIMS軟件，并在公差界面對所需測量尺寸及公差進(jìn)行評估，最后按被測產(chǎn)品要求的尺寸、公差要求排版，并擬出圖文輸出報(bào)告，如圖5所示。

圖4 表格式報(bào)告圖

圖5 圖文輸出報(bào)告

2 總結(jié)與思考

三坐標(biāo)檢測技術(shù)在葉輪等多軸加工產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用中能夠滿足葉輪等多軸加工產(chǎn)品檢測的需求和保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量，并且能夠促進(jìn)加工精度的提高。在實(shí)踐中，筆者有如下體會(huì)：

（1）目前多軸加工設(shè)備的功能越來越強(qiáng)，加工的工件形狀復(fù)雜，加工精度越來越高；在傳統(tǒng)的測量實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是最基本的一些量具、測量儀，比方說游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑指示表、平板、光學(xué)分度頭，等等。這些工具的使用需要一定的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生初用時(shí)，測出來的數(shù)據(jù)一般誤差比較大，而且講解使用方法需要大量的時(shí)間[3]。然而，三坐標(biāo)測量機(jī)具備高精度、自動(dòng)化、全功能化等特點(diǎn)，可以很好應(yīng)用于多軸加工產(chǎn)品的檢測。因此，多軸加工機(jī)床和三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛化和普及化。

（2）在三坐標(biāo)檢測過程中，應(yīng)明確產(chǎn)品檢測的目的和組織小組進(jìn)行討論，然后以匯報(bào)的形式對產(chǎn)品進(jìn)行測量分析，選擇適當(dāng)?shù)娜鴺?biāo)精密檢測方案，這些是有效提高產(chǎn)品檢測的重要步驟和手段。沒有好的產(chǎn)品檢測就沒有好的加工成品質(zhì)量反饋，因此，筆者認(rèn)為，聯(lián)合設(shè)計(jì)師、加工技師和測量人員一起對加工產(chǎn)品進(jìn)行測量方案選定和檢測分析，能有效地提高檢測效率，并能為提高加工精度提供有效地依據(jù)。

（3）三坐標(biāo)精密檢測技術(shù)，是一門綜合性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性都很強(qiáng)的技術(shù)，企業(yè)如何能廣泛地應(yīng)用此技術(shù)來提高產(chǎn)品加工生產(chǎn)率是一個(gè)新的課題。如企業(yè)專門開設(shè)三坐標(biāo)精密檢測部門，需要提供充足的資源保證，包括檢測隊(duì)伍、設(shè)備材料、設(shè)備場地及配套等，一次性投入比較大，對于不少企業(yè)可能會(huì)遇到經(jīng)營成本上升或場地等條件不允許的情況，比較難實(shí)現(xiàn)。目前，我國已有不少技師學(xué)院已添置三坐標(biāo)精密檢測儀器，并且在師資力量、檢測學(xué)員的培養(yǎng)方面已相對成熟地發(fā)展了起來，企業(yè)可通過與技師學(xué)院進(jìn)行校企合作的方式，將加工產(chǎn)品精密檢測任務(wù)帶到技師學(xué)院的精密檢測實(shí)驗(yàn)室，與有資歷的教師（檢測人員）一起對產(chǎn)品進(jìn)行高精密檢測，并擬出有效的檢測報(bào)告以反饋加工質(zhì)量。過去幾年，廣東省的不少技師學(xué)院已開展此校企合作的工作，并取得一定的成績。因此，以校企合作的方式提高檢測精度和效率在實(shí)踐證明是有效的。

3 結(jié)束語

綜上所述，三坐標(biāo)測量設(shè)備不僅可以滿足多軸加工產(chǎn)品檢測的需求和保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量，并且能夠促進(jìn)加工精度的提高，為企業(yè)提高生產(chǎn)效率起到一定的作用。

[1]藺小軍，單晨偉，王增強(qiáng)，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面三坐標(biāo)測量機(jī)測量技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2012（1）：125-131.

[2]劉忠偉主.先進(jìn)制造技術(shù)[M].第2版.北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[3]張 海，付 偉.三坐標(biāo)測量機(jī)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].華東大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（12）：231-233,251.

Coordinate Detection Exp lore on Im proving the Quality of the Im pellerMachining

GAOShan
（Guangzhou City ElectricalSenior Technical School，Guangzhou 510435，China）

Introduction coordinate detection technology in the impeller axismachining product testing,and to explore coordinate detection technology tomeet the needs of the impeller,such asmulti-axismachining and product testing to ensure quality ofprocessed products,and can contribute to improve themachining accuracy.

coordinate detection；impeller；multi-axismachining；improve the quality

TH721

B

1672-545X（2014）04-0082-03

2014-01-05

高 舢（1982—），男，廣東廣州人，助理講師，大學(xué)本科，主要研究方向：數(shù)控一體化、工業(yè)設(shè)計(jì)、三坐標(biāo)檢測。