曾雅潔

（江蘇中聯(lián)晨鈦測試研究院有限公司 南京 211200）

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車的質(zhì)量越來越在競爭中起著決定性的作用。在零部件生產(chǎn)的企業(yè)，以前在同步器生產(chǎn)的過程中，一直依著經(jīng)驗和用錐度規(guī)研接觸面的檢測方法來測定同步器齒環(huán)的錐度，此方法存在著較大的測量誤差，且沒有具體的數(shù)據(jù)來評定測量結(jié)果的正確性，用三坐標測量，選用合適的測量球?qū)y量進行合理的編程是能夠滿足測量要求。

1 問題的提出

同步器齒環(huán)內(nèi)側(cè)錐面是采用螺紋結(jié)構，如圖 1所示，由于內(nèi)側(cè)錐面是螺紋結(jié)構，且基準不在大端或小端平面上，所以，用正弦規(guī)是不能測量內(nèi)錐角度的，又沒有專用的測角度檢具，傳統(tǒng)的方法是用相同角度的錐度規(guī)和同步器齒環(huán)的內(nèi)側(cè)錐面接觸，如圖2所示，測量方法是在錐度規(guī)上均勻地涂上一層較薄的紅丹粉，一手握擋錐度規(guī)，另一個手壓著同步器齒環(huán)，再把同步器齒環(huán)轉(zhuǎn)一定的角度，然后看錐度規(guī)的接觸面，依著接觸面的百分比來評定錐度的好壞，同步器齒環(huán)錐度公差的技術要求一般在±5′所以用上述的測量方法，一方面很難保證所檢測的角度都在合格范圍內(nèi)，另一方面，由于角度沒有定量數(shù)據(jù)，在加工過程中，不能把角度調(diào)整在要求的中間尺寸上。

圖1 同步器齒環(huán)圖

圖2 錐度規(guī)測齒環(huán)內(nèi)側(cè)面圖

用三坐標測量同步器齒環(huán)的內(nèi)錐面錐度，由于內(nèi)錐面的表面是螺紋，有齒頂和溝槽等，使得被測表面高低不平，而三坐標測量光滑的內(nèi)錐面準確度較高，對測量螺紋表面的準確性提出了置疑，認為測量的錐度會誤差比較大。為此，根據(jù)螺距的大小，對三坐標的測量進行補償編程，避免由于螺紋的峰谷引起測量誤差，然后，用測量的錐度不確定度對測量結(jié)果進行評價。

2 用EZ-DMIS三坐標測量軟件，對螺紋錐面的錐度測量進行編程

由于錐面是螺紋結(jié)構，在測量時還應考慮螺紋的補償問題。

如螺距0.6 mm，錐度9°30′，在測量時測量齒頂?shù)耐粋€母線的下一個齒頂時，測量深度應下降h=0.6×cos 9°30′=0.592 mm，如測量同一條螺紋旋轉(zhuǎn)120°時應下降0.576/3=0.197 mm，由于同步器齒環(huán)的厚度為在同一條母線上的最上點和中下二個點之間的距離為2.368 mm和4.736 mm。根據(jù)以上的各個因素對三坐標測量程序進行編程。

2 三坐標測量光滑和螺紋面錐度的不確定度

誤差與不確定度的區(qū)別：測量不確定度表明賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，它與人們對被測量的認識程度有關，是通過分析和評定得到的一個區(qū)間。測量誤差則是表明測量結(jié)果偏離真值的差值，它客觀存在但人們無法準確得到。

為了分析三坐標測量錐度的不確定度，在數(shù)控車床上用相同角度加工光滑錐面和螺紋錐面各一件進行測量錐度，對每一件分別進行十次等精度測量，其結(jié)果如表1所示。

表1 光滑錐面和螺紋錐面錐度對比

下面對三坐標測量的光滑錐面和螺紋錐面的錐度進行不確定度評定：

1）測量不確定度的來源

由于是等精度測量，人為因素和環(huán)境等因素可以忽略不計。

三坐標在測量過程中各種隨機因素影響的測量值不重復。

三坐標測量精度引入的不確定度。

2）測量過程數(shù)學模型的建立

在測量不確定度評定中，所有的測量值均應是測量結(jié)果的最佳估計值，以上的測量數(shù)據(jù)是采用等精度測量，均不存在由于讀取、記錄或數(shù)據(jù)分析失誤或儀器的不正確使用等因素引入的明顯異常數(shù)據(jù)，這可以用粗大誤差的判別和剔除原則進行檢驗。粗大誤差的判別準則：萊因達準則（3δ準則）和t分布準則。在重復測量的次數(shù)較少時（n＜20），按照t分布的實際分布范圍來確定粗大誤差的界限，以上數(shù)據(jù)沒有粗差，不應剔除。

同步器齒環(huán)的錐度值就等于三坐標的測量值。

3）標準不確定度評定

(1)測量的重復性引入的標準不確定度u1按 A類方法評定，由實測數(shù)據(jù)得實驗標準（偏）差S（a）：

光面：S（a）=0.0059 μm

螺紋面：S（a）=0.0025 μm

故由測量重復性引入的標準不確定度：

光面：u1=0.0019 μm

螺紋面：u1=0.0025μm

(2)三坐標測量精度引入的標準不確定度u2

按B類方法評定，根據(jù)DEA（Gamma 1102）三坐標驗收協(xié)議得出該三坐標空間精度為1.5+4L/1000μm，則

4）合成標準不確定度的計算

由于上述2項標準不確定度之間不相關，所以合成標準不確定度uc為

光面uc=0.0195μm

螺紋面uc=0.0196μm

5）確定擴展不確定度

取包含因子K=2，故擴散不確度u為：

光面Uc=0.039 μm

螺紋面Uc=0.0392 μm

3 三坐標測量螺紋面和光面錐度的測量能力評價分析

有了上表的測量數(shù)據(jù)，按照檢具隨機誤差的評定及驗收的三種方法：極差法Wn；檢具檢測能力指數(shù)法Mcp；測量能力指數(shù)Cg值；分別對三坐標測量同步器齒環(huán)內(nèi)錐面的錐度（光面和螺紋面）的測量能力進行評價如下：

1）極差法

在等精度條件下，用幾次測量結(jié)果的最大差值即極差值來評定，記幾次等精度測量值為a1,a2,a3,…an，其中最大值amax；最小值amin。則幾次測量值的最大差值Wn=amax?amin；

光面：Wn=0.0191°

螺紋：Wn=0.0213°

極差法評定時一般取n=10，Wn≤25%的工件被測項目公差時，測量檢具即合格。

2）用檢測能力及其指數(shù)Mcp值評定

①檢測能力指保證測量準確可靠程度的能力，檢測能力=2V

②檢測能力指數(shù)表示檢測能力滿足被測量對象，測量準確度要求程度的量值：

Mcp為檢測能力指數(shù)；T為檢驗時被測參數(shù)允許變化的范圍或公差；V為擴展不確定度；

按上面公式計算三坐標檢測光面和螺紋面的能力指數(shù)。

光面Mcp=2.14

螺紋面Mcp=2.13

Mcp和被測參數(shù)的公差范圍T和擴展不確定度有關，一般要求Mcp≥2時可以滿足測量能力的基本要求。

根據(jù)Mcp與測量能力的關系如下表2所示。

表2 Mcp與測量能力

3）用測量能力指數(shù)Cg值評定，其計算公式為

式中：K為縮小指數(shù)（一般取K=0.2）；KT為允許的測量結(jié)果分布寬度；T為被測工件的公差范圍；S為實驗標準偏差；

光面 Cg=2.92

螺紋 Cg=2.22

測量能力指數(shù)，一般來說當Cg≥1.33時，視檢具合格。

三種評定檢測儀器檢測能力的結(jié)果表明，用三坐標測量螺紋面的錐度是可行的，測量能力是能夠滿足該公差的測量要求的。

4 結(jié)語

用三坐標測量同步器齒環(huán)錐度的數(shù)據(jù)來計算測量不確定度和三坐標的測量能力指數(shù)的情況來分析。

（1）三坐標對螺紋錐面的錐度測量不確定度是能夠滿足產(chǎn)品的要求。

（2）三坐標對螺紋錐面的錐度檢測能力是可行的，能夠滿足測量的要求。

通過三坐標測量同步器齒環(huán)的內(nèi)錐面錐度后，一方面使得以前評經(jīng)驗的測量，變?yōu)橛芯唧w數(shù)據(jù)的測量，使得質(zhì)量控制數(shù)字化；另一方面，用測量的數(shù)據(jù)調(diào)整車床的程序，便于在生產(chǎn)過程中做SPC。