葉永強(qiáng)，蔡雪峰，劉公民

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

汽車(chē)差速器殼是后橋總成的關(guān)鍵組成部分，它最基本的作用就是汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)滿足兩側(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速不同的要求。差速器殼的精度好壞直接影響到后橋總成使用壽命，是減速器產(chǎn)生異響的主要因素?，F(xiàn)在差速器殼的尺寸檢測(cè)方法有很多種，其中利用橋式三坐標(biāo)測(cè)量是目前精度最高、測(cè)量項(xiàng)目最全面、檢測(cè)結(jié)果最可靠的辦法[1]，隨著生產(chǎn)制造工藝要求和效率的不斷增高，對(duì)于制造精度的需求也隨之增高，各企業(yè)利用橋式三坐標(biāo)檢測(cè)差速器殼的尺寸要求將是大勢(shì)所趨。

橋式三坐標(biāo)測(cè)量差速器殼時(shí)，由于不正確的建標(biāo)方法，可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，以致誤導(dǎo)機(jī)床加工坐標(biāo)的調(diào)整，生產(chǎn)出批量不合格零件。我公司是國(guó)內(nèi)著名汽車(chē)零部件生產(chǎn)制造商，其中差速器殼是我司眾多產(chǎn)品中較重要的產(chǎn)品，公司對(duì)該產(chǎn)品的質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格[2]。本文重點(diǎn)介紹了一種差速器的三坐標(biāo)檢測(cè)建標(biāo)方法，分析并采取最優(yōu)方案。實(shí)踐證明所采取的措施有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了客戶要求。

1 零件初始坐標(biāo)系的建立方法

三坐標(biāo)測(cè)量批量零件時(shí)首先要建立初始的測(cè)量坐標(biāo)系，這是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)識(shí)別自身位置與零件的相對(duì)大概位置的基礎(chǔ)[3]，初始坐標(biāo)系的建立方法有很多種，這里只介紹一種工裝定位法，如圖1，以工裝的平面指定+XY平面，工裝的側(cè)面指定+X軸，三個(gè)面的交點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系即可。初始坐標(biāo)系的精度要求不需要非常高，只要保證測(cè)針測(cè)量零件時(shí)沒(méi)有干涉現(xiàn)象就可以了，但建立好坐標(biāo)系以后工裝不能有移位現(xiàn)象，否則測(cè)量零件會(huì)產(chǎn)生測(cè)針與零件干涉現(xiàn)象，如有工裝移位則需要重新建立初始坐標(biāo)系。初始坐標(biāo)系的建立是以后批量測(cè)量零件時(shí)，提高測(cè)量效率的基礎(chǔ)。

圖1 工裝零件圖

2 零件精確坐標(biāo)系的建立方法

根據(jù)零件空間的六個(gè)自由度定位原理，只要控制了六個(gè)方向的自由度就可以確定零件的坐標(biāo)位置，根據(jù)3-2-1定位原理，3點(diǎn)確定一個(gè)平面，2點(diǎn)確定一條直線，1點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，這是三坐標(biāo)建立坐標(biāo)系最基本的方法，其他的建標(biāo)方法，如迭代法、最佳擬合法等都是從這個(gè)原理推導(dǎo)延伸出來(lái)的。

2.1 不正確的建標(biāo)方法

圖1中的零件是我司生產(chǎn)的某新型差速器殼產(chǎn)品，圖2是主視圖，最開(kāi)始測(cè)量員采用的零件精確坐標(biāo)系建立方法是“3-2-1”法，以測(cè)量H基準(zhǔn)平面為+YZ平面，分別測(cè)量E基準(zhǔn)上的2個(gè)截圓和F基準(zhǔn)上的2個(gè)截圓，用4個(gè)截圓的圓心構(gòu)成F-G基準(zhǔn)直線作為+Y軸，測(cè)量Sφ84.8球面作為原點(diǎn)，完成零件精確坐標(biāo)系的建立。通過(guò)測(cè)量軟件編好測(cè)量程序后按圖紙要求對(duì)差速器殼的各個(gè)元素進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并輸出測(cè)量報(bào)告。但在做差速器殼反復(fù)定位的測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）時(shí)，發(fā)現(xiàn)尺寸32±0.1的Cmk（穩(wěn)定性）值為1.19不合格（Cmk≥1.67合格），用其他的尺寸做MSA時(shí)，Cmk也不穩(wěn)定。分析后發(fā)現(xiàn)建標(biāo)方式和測(cè)量方法這兩點(diǎn)是造成測(cè)量誤差的主要原因。

圖2 主視圖

2.2 正確的建標(biāo)方式和測(cè)量方法

由圖2可知，A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)是整個(gè)圖紙最重要的基準(zhǔn)，其他元素的形位公差都是由這兩個(gè)基準(zhǔn)引出，因此A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)的連線A-B基準(zhǔn)必須作為控制零件精確坐標(biāo)系自由度的最關(guān)鍵因素。C基準(zhǔn)和D基準(zhǔn)與A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)都在同一條軸線上，不能作為坐標(biāo)系自由度的一個(gè)主要因素。

左視圖（圖3）指出了E基準(zhǔn)和F基準(zhǔn)是該視圖的基準(zhǔn)線，因此E基準(zhǔn)和F基準(zhǔn)的連線E-F基準(zhǔn)可以作為坐標(biāo)系自由度的另一個(gè)因素，坐標(biāo)原點(diǎn)不能用Sφ84.8的球面作為原點(diǎn)，因?yàn)楸粶y(cè)的球面面積只有圓球面的1/15，這樣因?yàn)闃蚴饺鴺?biāo)測(cè)量機(jī)的精度問(wèn)題，測(cè)量誤差較大，且實(shí)際加工時(shí)，每件的球面位置都不一致，測(cè)量批量差速器殼時(shí)，由于參考點(diǎn)位置不一致，會(huì)造成測(cè)量結(jié)果繁雜混亂，不好分析測(cè)量報(bào)告，根據(jù)測(cè)量報(bào)告調(diào)整機(jī)床時(shí)需要調(diào)整的相關(guān)尺寸太多，但用E-F基準(zhǔn)投影在A-B基準(zhǔn)的投影點(diǎn)作為原點(diǎn)，即可解決這個(gè)問(wèn)題，使測(cè)量報(bào)告簡(jiǎn)單清晰化。

圖3 左視圖

3 實(shí)際應(yīng)用

建立好零件的精確坐標(biāo)系后，根據(jù)圖紙和測(cè)量計(jì)劃要求編寫(xiě)測(cè)量程序。測(cè)量元素A-B基準(zhǔn)時(shí)，不能用測(cè)量4個(gè)（或多個(gè)）空間圓然后連成一條線的方法，而是用測(cè)量圓柱命令的方法直接測(cè)量A-B基準(zhǔn)，因?yàn)樵谌鴺?biāo)軟件的算法中，空間圓是按照測(cè)點(diǎn)先投影在一個(gè)默認(rèn)平面上，然后在按最小二乘法構(gòu)造的圓，如圖4所示，這樣的圓構(gòu)成的直線會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向誤差，如果3個(gè)空間點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)圓，則這個(gè)圓的圓心也會(huì)因?yàn)闇y(cè)量時(shí)產(chǎn)生的余弦誤差與A-B基準(zhǔn)圓柱不在同一條線上。因此在圓的元素測(cè)量時(shí)，盡量不要采用空間圓的方法測(cè)量，這是造成測(cè)量誤差偏大的根本原因，同理測(cè)量E-F基準(zhǔn)也用相同的方法測(cè)量。這樣重新編寫(xiě)完成測(cè)量程序后的差速器殼MSA各項(xiàng)指標(biāo)均合格，其中Cmk（穩(wěn)定性）值為3.77合格。后續(xù)我司的其他型號(hào)橋式三坐標(biāo)分別對(duì)該型差速器殼用上述的兩種方法做比對(duì)驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果基本一致。

圖4 空間圓的測(cè)量圖

4 結(jié)論

三坐標(biāo)測(cè)量零件時(shí)，一定要先理解透零件的具體特性，根據(jù)圖紙的要求，靈活運(yùn)用三坐標(biāo)建標(biāo)方法，建立正確的零件精確測(cè)量坐標(biāo)系，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，這也是三坐標(biāo)測(cè)量區(qū)別于傳統(tǒng)測(cè)量的主要特點(diǎn)之一。有了零件精確坐標(biāo)系，就可以根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目需要，進(jìn)行測(cè)量程序的編寫(xiě)，測(cè)量由軟件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，后續(xù)的批量零件就可以重復(fù)運(yùn)行，反復(fù)測(cè)量，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，提高生產(chǎn)效率。