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        三坐標(biāo)檢測大直徑螺紋尺寸方法

        2023-11-24 14:28:24劉廷祥陳犇楊峰
        金屬加工(冷加工) 2023年11期
        關(guān)鍵詞:牙型大徑中徑

        劉廷祥,陳犇,楊峰

        中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司 貴州貴陽 550000

        1 序言

        航空發(fā)動機(jī)機(jī)械加工生產(chǎn)過程中有大量的大直徑(φ D≥80mm)螺紋工件,現(xiàn)有的傳統(tǒng)檢測手段是通過萬能工具顯微鏡“影像法”檢測,但由于螺紋工件直徑較大,萬能工具顯微鏡焦距較小,所以無法清晰顯示螺紋牙型影像。采用樣膏拓印牙型“切片法”檢測,樣膏具有彈性變形特性,人工切片無法保證通過軸線,樣片易形成錐體,從而給測量帶來較大誤差,容易對測量結(jié)果產(chǎn)生誤判,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來隱患。為準(zhǔn)確、快速地解決生產(chǎn)現(xiàn)場螺紋工件測量問題,擬研究開發(fā)三坐標(biāo)測量技術(shù),解決現(xiàn)場螺紋工件幾何尺寸檢測難題[1-3]。

        2 圖樣分析

        本文以某XX-0100螺紋工件通端為例,其設(shè)計(jì)如圖1所示。根據(jù)圖1,結(jié)合螺紋的使用功能,其關(guān)鍵尺寸確定為其中5個重要參數(shù),即確定檢測項(xiàng)目見表1。

        表1 檢測項(xiàng)目

        圖1 XX-0100螺紋工件通端設(shè)計(jì)示意

        3 確定檢測方法

        3.1 被測理論點(diǎn)坐標(biāo)值

        如圖2所示,要檢測出大徑、中徑、螺距和牙型角的實(shí)際值,至少需要測量包含一個螺紋牙型面上8個實(shí)際點(diǎn)的坐標(biāo)值,且至少包含3個截面方向上的點(diǎn),才能按軟件構(gòu)造圓功能計(jì)算圓直徑,構(gòu)造線功能按角度計(jì)算牙型角,按距離功能構(gòu)造計(jì)算螺距實(shí)際值。

        圖2 測點(diǎn)計(jì)算示意

        測量點(diǎn)的確定與計(jì)算:在圖2所示XOY坐標(biāo)系下,在牙型面上選取8個具有代表性的測量點(diǎn),根據(jù)給出的已知條件,每個點(diǎn)的理論坐標(biāo)值(X、Y、Z)和法線方向矢量值(I、J、K)計(jì)算公式為

        (其中n∈{0,1,2,3,4,5,6,7})

        根據(jù)圖2,各點(diǎn)坐標(biāo)及法線方向計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 8點(diǎn)坐標(biāo)(X、Y、Z)及法線方向(I、J、K)

        3.2 工件坐標(biāo)系的建立

        (1)粗建坐標(biāo)系 螺紋工件擺放如圖3所示,結(jié)合三坐標(biāo)測量軟件功能,手動測量A平面上4點(diǎn),建立第一軸Z軸,測量中心圓B和牙型上下兩點(diǎn)C、D,構(gòu)造中間點(diǎn)E建立第二軸Y,中心圓B的X、Y坐標(biāo)清零,中間點(diǎn)E的Z坐標(biāo)清零。

        圖3 工件擺放示意

        (2)精建坐標(biāo)系 在上述粗建坐標(biāo)系的情況下,打開矢量點(diǎn)自動測量窗口,按表2計(jì)算出的大徑點(diǎn)1的理論坐標(biāo)值和矢量方向,在圓周4個截面方向自動測量出大徑上的4個點(diǎn)的實(shí)際值,構(gòu)造大徑中心圓;打開矢量點(diǎn)自動測量窗口,按表2計(jì)算出中徑點(diǎn)3、點(diǎn)5的理論坐標(biāo)值和矢量方向,自動測量出點(diǎn)3、點(diǎn)5的實(shí)際值,構(gòu)造計(jì)算出中點(diǎn)E,用大徑中心圓和牙型中間點(diǎn)E重新建立第二坐標(biāo)Y,并且圓中心X、Y坐標(biāo)清零,中間點(diǎn)E的Z坐標(biāo)清零。

        3.3 自動測量程序的編制

        (1)自動測量程序的編制與調(diào)試 精建坐標(biāo)系完成后,打開矢量點(diǎn)自動測量窗口(見圖4),按要求格式依次輸入所有坐標(biāo)點(diǎn)的X、Y、Z、I、J和K值并創(chuàng)建測量程序,試運(yùn)行測量螺紋工件,直到調(diào)試測量8點(diǎn)成功為止。然后依次旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系90°,掃描測量完成上下左右4個截面上的32個點(diǎn),直到全部調(diào)試成功。測量結(jié)果圖形窗口如圖5所示。

        圖4 矢量點(diǎn)自動測量窗口

        圖5 測量結(jié)果圖形窗口

        (2)評價、輸出測量結(jié)果報告 測量方法如下。

        1)大徑、中徑的評價輸出。如圖6所示,打開構(gòu)造圓功能窗口,選擇測量大徑上的4個對應(yīng)點(diǎn)(4、12、19、27)進(jìn)行構(gòu)造,即可得到大徑d的實(shí)際值;選擇測量中徑上的4個對應(yīng)點(diǎn)(6、14、22、30)進(jìn)行構(gòu)造,即可得到中徑d2的實(shí)際值。

        2)螺距的評價輸出。如圖7所示,打開距離功能窗口,選擇兩個相鄰中徑點(diǎn)(6、11)求距離,即可得到螺距實(shí)際值。

        圖7 距離功能窗口

        3)牙型角的評價輸出。如圖8所示,先打開構(gòu)造線功能窗口,選擇大徑上的兩個點(diǎn)(4、9)構(gòu)造直線1,再選擇牙型面上的兩個點(diǎn)(5、6)構(gòu)造直線2,退出到角度計(jì)算功能窗口(見圖9),選擇直線1和直線2創(chuàng)建,即可得到角度實(shí)際值。

        圖8 構(gòu)造線功能窗口

        圖9 角度計(jì)算功能窗口

        小徑在牙槽底部,測尖采點(diǎn)發(fā)生干涉,無法接觸測量,但由于小徑要求為≤201.43mm,因此可以用樣膏法測量。

        測量結(jié)果報告如圖10所示。

        圖10 測量結(jié)果報告窗口

        (3)自動測量程序 簡略如下。

        4 誤差分析

        4.1 測量不確定度的計(jì)算

        以通端中徑為例,經(jīng)過12次檢測,結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表3。

        從表3 中數(shù)據(jù)計(jì)算可得,測量平均值為202.045mm,不確定度為0.0035,即中徑測量結(jié)果為d2=202.045mm,不確定度為0.0035,達(dá)到不確定度≤0.02×1/4=0.005的要求。

        4.2 測量結(jié)果對比

        通過三坐標(biāo)測量、螺紋綜合儀測量,對比6件螺紋工件的4個參數(shù)測量結(jié)果,其結(jié)果見表4。

        表4 測量結(jié)果對比

        由表4 可知,按照測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果最大差值不超過尺寸公差的2 5%判斷原則,螺紋工件大徑檢測結(jié)果相差最大為0.005m m,滿足≤0.028×25%=0.007(m m)的要求;螺紋工件中徑檢測結(jié)果相差最大為0.003m m,滿足≤0.014×25%=0.0036(m m)的要求;螺紋工件螺距檢測結(jié)果相差最大為0.002mm,滿足≤0.01×25%=0.004(mm)的要求;螺紋工件牙側(cè)角檢測結(jié)果相差最大為7′,滿足≤32′×25%=8′的要求,測量可行。

        5 關(guān)鍵測量技術(shù)

        5.1 測尖半徑補(bǔ)償原理

        三坐標(biāo)測量過程中,需要手動測量建立坐標(biāo)系。由于測量面傾斜,其采點(diǎn)方向如圖11所示,目標(biāo)點(diǎn)和實(shí)際接觸點(diǎn)不一致,因此導(dǎo)致產(chǎn)生測尖半徑補(bǔ)償誤差△R。經(jīng)過分析計(jì)算,得出其補(bǔ)償計(jì)算公式為:△R=AC=OA-OC=OB/sinα-OC=R/sinα-R=R(1/sinα-1),其中OB=OC=R,為已知測尖半徑,α為已知斜面角度。

        圖11 測尖半徑余弦誤差示意

        5.2 避免測尖在狹小空間干涉

        以牙型角為60°、螺距為1.5m m、測尖直徑為0.5mm為例,測尖采點(diǎn)時只能在圖2所示的點(diǎn)3和點(diǎn)4之間的直線空間移動,長度為1.5/2-0.5=0.25(mm)。因此,測尖采點(diǎn)的回退距離應(yīng)≤0.25mm,否則就會發(fā)生干涉,碰撞測尖,三坐標(biāo)測量機(jī)出現(xiàn)停機(jī)狀態(tài)。

        6 結(jié)束語

        本文對如何在三坐標(biāo)上檢測大直徑螺紋工件的幾何尺寸方法進(jìn)行了研究,分析了如何在1.5mm的螺距間采點(diǎn)、測尖半徑補(bǔ)償原理、螺紋牙型面上矢量點(diǎn)計(jì)算以及自動測量程序測量編制等一系列技術(shù)問題。文中對如何實(shí)現(xiàn)自動測量進(jìn)行了詳細(xì)的說明,對測量結(jié)果和測量不確定度進(jìn)行了計(jì)算分析,并與螺紋綜合測量儀的測量結(jié)果進(jìn)行對比,誤差完全在許可范圍內(nèi),驗(yàn)證了該方法確實(shí)可行,解決了傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確測量大直徑螺紋工件尺寸的難題,提高了生產(chǎn)現(xiàn)場檢測效益,縮短了檢測生產(chǎn)周期,消除了來回送計(jì)量或其他權(quán)威部門檢測的時間。

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