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)測量機(jī)來檢測。三坐標(biāo)測量過程復(fù)雜，影響因素多，因此找到測量過程中對(duì)檢測精度有影響的主要因素就顯得尤為重要。從三坐標(biāo)測量過程中多個(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)測量機(jī)進(jìn)行測量。對(duì)于殼體零件的檢測主要有以下幾個(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，這就增加了測量難度，因此使用三坐標(biāo)測量時(shí)建立合理的坐標(biāo)系和選用合適的測量方法尤為關(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)測量時(shí)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性較差。作者將殼體零件的測量過程作為重點(diǎn)研究的對(duì)象，找到測量過程中對(duì)測量結(jié)果有明顯影響的因素并在測量中排除掉，最大限度地提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1　分析對(duì)策

三坐標(biāo)測量機(jī)屬于高精設(shè)備，測量的過程本身就是一個(gè)復(fù)雜的過程，影響的因素比較多，因此從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面展開進(jìn)行分析，一一進(jìn)行對(duì)比(圖1為從5個(gè)方面展開分析的魚刺圖)。過程如下：人，選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的測量人員；機(jī)，選用高精度蔡司PRISMO三坐標(biāo)測量機(jī)作為測量設(shè)備(精度已校正)；料，選擇變速器殼體作為測量的對(duì)象并經(jīng)過超過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，檢測結(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。作者隨機(jī)抽出了10件操作者清理后準(zhǔn)備送測的變速器殼體進(jìn)行測量。首先連續(xù)檢測兩件，報(bào)告顯示孔系位置度存在超差，清潔后檢測零件合格。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為被測零件的清潔度情況，可見零件清潔度對(duì)檢測結(jié)果影響較大。

圖2鐵屑 圖3鐵屑放大圖

2.2測針及測桿的選擇

在三坐標(biāo)測量機(jī)測量過程中，三坐標(biāo)的測針非常重要，想要使測量結(jié)果更加精確，三坐標(biāo)的測針的選擇非常關(guān)鍵。三坐標(biāo)測針選用的方法如下：

(1)盡量選用短測針；

(2)盡量減少接頭/加長桿；

(3)選用的測球直徑要盡量大；

(4)針對(duì)第一個(gè)待測特征對(duì)測針進(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針，會(huì)使對(duì)三坐標(biāo)測量機(jī)的初始投資大打折扣；

(6)采用長測針進(jìn)行所有測量任務(wù)可能是個(gè)簡單的方法，但是用它來測量零件的所有特征會(huì)對(duì)測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的測頭并采用了加長桿(見圖4)，同時(shí)又選用了直徑為φ5 mm的測頭采用加長桿進(jìn)行測量(見圖5)，發(fā)現(xiàn)兩者的測量結(jié)果有區(qū)別，大測頭測量結(jié)果較好。于是分別重新校正了測頭，兩個(gè)測頭精度均達(dá)到要求。

圖5　φ5mm測頭帶加長桿

由于大測頭采用了兩段加長桿，作者對(duì)其進(jìn)行了重新組裝并拆掉一段加長桿(見圖6)，重新進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果趨于一致，直徑大的測頭的檢測結(jié)果略好。

圖6　φ5mm測頭無加長桿

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

2.3孔系測量采點(diǎn)數(shù)量

在對(duì)零件多次變換位置測量過程中發(fā)現(xiàn)：孔系采4點(diǎn)時(shí)，多次測量之間測量結(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)行了測量，結(jié)果如表1所示。

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

表1　測量對(duì)比表

2.4建立合理的坐標(biāo)系

在三坐標(biāo)測量中，通常使用右手螺旋定則，通過3-2-1法并且需要嚴(yán)格遵守以下3個(gè)步驟來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)。

在選擇測量基準(zhǔn)時(shí)，理論上測量基準(zhǔn)的選擇必須遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，即測量基準(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孔由于測量基準(zhǔn)的改變導(dǎo)致的測量結(jié)果的變化。分別按圖紙基準(zhǔn)和目前精測室使用的基準(zhǔn)兩種情況測量了10件，得到表2所示的結(jié)果。

表2　測量對(duì)比表

可見測量基準(zhǔn)的改變對(duì)位置度的影響還是比較明顯，目前精測室采用的測量基準(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)

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

對(duì)殼體零件的測量提出以下幾方面建議：

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

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

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

【1】海克斯康測量技術(shù)有限公司.實(shí)用坐標(biāo)測量技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

【2】張國雄.三坐標(biāo)測量機(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