雷慶滿

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

在汽車發(fā)動機(jī)制造業(yè)中，曲軸是最重要部件之一。連桿頸做為其重要部位，與連桿頭配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力，傳給底盤的傳動機(jī)構(gòu)。因而連桿頸的形狀位置對整臺發(fā)動機(jī)的傳動性能有著重要的意義，而作為形位特征的位置度是評價(jià)連桿頸質(zhì)量的重要參數(shù)。夾檢具作為一種快速測量手段在生產(chǎn)上大量使用，將原本復(fù)雜抽象的形位特征計(jì)算過程簡單化，提高測量效率。本文從軸頸位置度參數(shù)測量方法出發(fā)，結(jié)合實(shí)際案例對該檢測夾檢具的測量原理進(jìn)行了簡要介紹，以期得到更好的改進(jìn)和推廣。

1 位置度的測量

1.1 一般定義及計(jì)算方法

位置度是指一形體的軸線或中心平面允許自身位置變動的范圍，其公差可以控制被測要素的實(shí)際位置對其理論正確位置變動量[1]。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[2]，位置度f的計(jì)算方法為：

式中，fX、fy分別是在坐標(biāo)系上與理論正確尺寸（基準(zhǔn)圓心）的差異。

1.2 測量方法

位置度通常使用三坐標(biāo)進(jìn)行測量，但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中曲軸是批量生產(chǎn)的，三坐標(biāo)雖然精度高，但是測量速度滿足不了生產(chǎn)需求，而位置度夾檢具能快速判斷測量結(jié)果，可用于機(jī)床的調(diào)試、生產(chǎn)質(zhì)量判斷和生產(chǎn)過程分析等諸多環(huán)節(jié)。

位置度夾檢具測量是先按照工藝尺寸設(shè)計(jì)一個(gè)基準(zhǔn)圓，制成該基準(zhǔn)所使用材料要求耐磨不易變形，因而可以認(rèn)為其圓心是固定不變的，把該圓心的位置定義為“A”，通過傳感器測量連桿頸的3個(gè)位置后計(jì)算所擬合出來的圓形的圓心“B”，如圖1所示。圓心B與基準(zhǔn)圓心A的偏差量AB的2倍即為該連桿的位置度f.

圖1 位置度中心示意圖

點(diǎn)A與點(diǎn)B的位置可以利用直角坐標(biāo)系的原理（見圖2）用坐標(biāo)點(diǎn)表示出來，如下圖3.

圖2 位置度表示方法

圖3 位置度計(jì)算原理簡圖

（1）假定點(diǎn)A為坐標(biāo)系原點(diǎn)，即A（0,0），點(diǎn)B坐標(biāo)設(shè)為（X，Y），則點(diǎn) C 為（X，0）

（2）根據(jù)位置度的計(jì)算方法[2]，點(diǎn)B相對于點(diǎn)A的位置度

2 常見問題及產(chǎn)生原因

經(jīng)過長時(shí)間使用后，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備與其他測量設(shè)備（主要是三坐標(biāo)）在測量結(jié)果上有一定程度的差異。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，主要是該夾檢具在使用過程中過度磨損，夾檢具測量部分的定位基準(zhǔn)產(chǎn)生了一定的偏差（根據(jù)使用的頻次和夾檢具結(jié)構(gòu)，可發(fā)現(xiàn)這些磨損主要集中在檢具體上的導(dǎo)向定位槽、傳感器安裝柄與導(dǎo)向定位槽接觸面上），因而需要添加相應(yīng)的補(bǔ)償值。

3 測量不準(zhǔn)確問題的處理

3.1 補(bǔ)償原理

根據(jù)三坐標(biāo)測量曲軸各個(gè)連桿頸位置度，輸出其相對于基準(zhǔn)的偏移量，再在夾檢具上測量同一根曲軸，同時(shí)也輸出相對基準(zhǔn)的偏移量，兩個(gè)偏移量之間的差異就是所需要的補(bǔ)償值。

另外也需考慮三坐標(biāo)程序的坐標(biāo)系與夾檢具的測量坐標(biāo)系的關(guān)系，將兩坐標(biāo)系聯(lián)系起來，如圖4和圖5為各個(gè)測量系統(tǒng)之間的坐標(biāo)系。

圖4 三坐標(biāo)坐標(biāo)系

圖5 夾檢具坐標(biāo)系

三坐標(biāo)檢測時(shí)的坐標(biāo)系方向如圖4所示，其中Pad面水平朝上時(shí)，向上的方向?yàn)閆方向的正方向，往芯軸中心孔方向?yàn)閅軸正方向，往PIN1方向?yàn)閄軸正方向。

3.2 補(bǔ)償值的計(jì)算及實(shí)施

結(jié)合位置度的計(jì)算公式，在夾檢具坐標(biāo)系中相關(guān)方向上增加補(bǔ)償。

（1）將夾檢具方向設(shè)定與三坐標(biāo)方向用相同參數(shù)關(guān)聯(lián)起來。假定三坐標(biāo)各個(gè)連桿頸偏移位置為：

PIN1 （X1、Z1），PIN2 （X2、Z2），PIN3（X3、Z3），PIN4（X4、Z4）

由圖4和圖5的坐標(biāo)系方向可知，夾檢具中部分測量位置的坐標(biāo)系與三坐標(biāo)的方式不一致，因此需將其轉(zhuǎn)化為與三坐標(biāo)一致的坐標(biāo)系，否則會出現(xiàn)測量偏差，由圖5曲軸位置可以發(fā)現(xiàn)其與圖4曲軸在順時(shí)針翻轉(zhuǎn)180°后位置一樣（曲軸翻轉(zhuǎn)后夾檢具的坐標(biāo)系是不變的），PIN2、PIN3夾檢具坐標(biāo)系與三坐標(biāo)Z方向相反，PIN4夾檢具方向與三坐標(biāo)X、Z方向均相反。最后夾檢具相對于三坐標(biāo)坐標(biāo)系各個(gè)軸頸位置為：

PIN1（X1、-Z1），PIN2（-X2、Z2），PIN3（-X3、Z3），PIN4（-X4、-Z4）

（2）取5～10根不同機(jī)床生產(chǎn)的該工位工件，用三坐標(biāo)測量出他們的位置度，并輸出相對于基準(zhǔn)圓心X、Z方向的偏移量。

（3）調(diào)整夾檢具程序輸出項(xiàng)，使其能顯示出各測量位置相對于基準(zhǔn)圓心X、Z方向的偏移量，如圖6，并將該批工件在未加補(bǔ)償并且能顯示出坐標(biāo)偏移的程序中進(jìn)行測量，記錄X、Z方向偏移量。

圖6 夾檢具程序輸出X/Z方向偏移量

（4）將兩次偏移量數(shù)值進(jìn)行對比，計(jì)算出偏移量。

例如：PIN1三坐標(biāo)的偏移量為（0.045，0.125），夾檢具測量的偏移量為（-0.021，0.056），補(bǔ)償量為：

X=0.045-(-0.021)=0.066，Z=0.125-0.056=0.069

（5）根據(jù)這些工件的測量結(jié)果，求出同一連桿頸位置度的平均補(bǔ)償量，將補(bǔ)償量添加到程序中。

4 驗(yàn)證分析

表1是工件的調(diào)整前后的測量對比數(shù)據(jù)，從圖7可見調(diào)整后差異有所減少，都在可接受的公差（0.3 mm）10%范圍內(nèi)，大大提高了該檢具的測量準(zhǔn)確性。隨后再抽取了若干工件進(jìn)行對比驗(yàn)證，差異均在接受范圍內(nèi)。

表1 測量對比數(shù)據(jù)

圖7 差異改善前后對比

5 結(jié)束語

通過補(bǔ)償后，該位置度夾檢具測量不準(zhǔn)確的問題得到了解決。本文的補(bǔ)償方法是針對測量位置處的磨損進(jìn)行的，而定標(biāo)位置處由于使用頻次的原因，相對于測量滑動槽、傳感器測頭等位置所受的影響是非常小的，因而本文未對其進(jìn)行討論。若驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)定標(biāo)位置磨損嚴(yán)重，或者按照本文方法進(jìn)行補(bǔ)償仍存在差異，則需要將定標(biāo)位置的補(bǔ)償或者其他原因?qū)е碌脑蚩紤]進(jìn)去。