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數(shù)控加工零件同軸度檢測(cè)探討
湛江市高級(jí)技工學(xué)校 黃艷霞 2014/7/20 18:29:49
摘要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）是一種多功能精密計(jì)量設(shè)備。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)控加工零件形位公差檢測(cè)，直接又方便，測(cè)量結(jié)果精度高，免去了常規(guī)方法檢測(cè)用具的設(shè)計(jì)與制造所需的時(shí)間和費(fèi)用，大幅度降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)應(yīng)用越來(lái)越普及化、通用化的同時(shí)，也伴隨著一系列測(cè)量疑問(wèn)，本文針對(duì)測(cè)量中常見(jiàn)的測(cè)量難點(diǎn)同軸度的評(píng)估進(jìn)行剖析。它以實(shí)踐應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，探討同軸度檢測(cè)的最佳解決方案。
關(guān)鍵詞：BQC1680三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 測(cè)量軟件RationalDMIS 同軸度 檢測(cè) 測(cè)量方法 評(píng)估
同軸度檢測(cè)是我們?cè)跍y(cè)量數(shù)控加工零件中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，實(shí)際使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度工作中，由于測(cè)量方法不當(dāng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果誤差大，重復(fù)性差的現(xiàn)象。導(dǎo)致合格品誤檢為不合格品，使不合格品誤檢為合格品，本文將對(duì)此問(wèn)題的成因進(jìn)行深入分析，并提出具體可行的解決方案。
在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，軸線的同軸度公差的定義為：公差帶是直徑為Øt的圓柱面內(nèi)的區(qū)域，該圓柱面的軸線與基準(zhǔn)軸線同軸(如圖1)。簡(jiǎn)單理解就是：零件上要求在同一直線上的兩根軸線，它們之間發(fā)生了多大程度的偏離，兩軸的偏離通常是三種情況（基準(zhǔn)軸為理想的直線）的綜合——被測(cè)軸線彎曲、被測(cè)軸線傾斜和被測(cè)軸線偏移。它有以下3種控制要素: a、基準(zhǔn)軸線的建立；b、被測(cè)物體軸線的建立；c、考慮實(shí)際工作或者裝配要求作變通處理。
一、三坐標(biāo)檢測(cè)數(shù)控加工零件同軸度公差的常用方法
在常規(guī)情況下，三坐標(biāo)檢測(cè)同軸度公差方法如下：a、建立坐標(biāo)系。也是基準(zhǔn)的建立，應(yīng)根據(jù)零件的技術(shù)要求，即圖紙來(lái)確定。建立坐標(biāo)系可以使用測(cè)量軟件RationalDMIS中“快速3-2-1法”等方法。b、測(cè)量基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱。測(cè)圓柱，通常是采集兩個(gè)截面圓，每個(gè)截面圓至少6個(gè)點(diǎn)，軟件自動(dòng)擬合出這兩個(gè)圓柱。采集圓柱表面一系列的點(diǎn)，應(yīng)注意，測(cè)量應(yīng)該盡可能的在全長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻分布,測(cè)量點(diǎn)也盡量多分布些。 c、評(píng)價(jià)同軸度公差大小，一般是由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算評(píng)價(jià)。
按照上述方法測(cè)量同軸度時(shí)，測(cè)量結(jié)果有時(shí)會(huì)偏離理論值較大，特別是被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素相距很遠(yuǎn)，被測(cè)端面長(zhǎng)度又比較短時(shí)，誤差會(huì)很大，重復(fù)性也不好。
二、誤差問(wèn)題原因分析
a、 測(cè)量基準(zhǔn)方面的問(wèn)題
基準(zhǔn)是一個(gè)具有確定方向的直線。但基準(zhǔn)是由實(shí)際要素來(lái)確定的，是一個(gè)理想要素。三坐標(biāo)建立基準(zhǔn)軸線，是通過(guò)采集一定數(shù)量的點(diǎn)，然后按照一定的計(jì)算公式和評(píng)價(jià)方法，對(duì)采集的點(diǎn)進(jìn)行處理，最終生成一個(gè)基準(zhǔn)元素，比如我們所測(cè)量的圓柱，是一個(gè)具有一定的圓柱度誤差，有一定的方向矢量的圓柱。我們注意到：
⑴如果采集的點(diǎn)數(shù)太少，將不能很全面的反映被測(cè)圓柱的實(shí)際特征，即直徑、方向矢量、圓柱度誤差等，從而，以此建立的基準(zhǔn)將于實(shí)際要素的理想軸線有偏離，從而導(dǎo)致被測(cè)元素的同軸度誤差增大。
⑵當(dāng)基準(zhǔn)元素的形狀誤差，即圓柱度誤差較大時(shí)，將產(chǎn)生很大的影響。一方面由于采集的點(diǎn)數(shù)有限，如果圓柱度誤差大，則意味著每增加一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)計(jì)算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產(chǎn)生大的偏離，由此，再來(lái)測(cè)量被測(cè)元素的同軸度，也將產(chǎn)生很 大的偏差。如（圖2）為一個(gè)截面的采點(diǎn)情況，假設(shè)原來(lái)均勻采四個(gè)點(diǎn)，沿坐標(biāo)方向，形成如圖所示的圓心0，當(dāng)增加左下方45度方向的兩個(gè)點(diǎn)時(shí) ，圓點(diǎn)將可能向左下方移動(dòng)到 0 ’，軸線產(chǎn)生偏離。
⑶截面數(shù)太少也會(huì)影響方向矢量。一個(gè)圓柱如果只采集兩端的兩個(gè)截面，則不能反映中間截面的情況，從而使得軸線產(chǎn)生較大的偏離。如果只采集兩端面的兩個(gè)截面，我們得到的軸線為圖示虛線方向，如果增加一個(gè)中截面，其軸線則變?yōu)閷?shí)線方向如（圖3）。事實(shí)上，如果截面越多，將越逼近理想位置。
b、 被測(cè)元素如果離基準(zhǔn)元素比較遠(yuǎn)，則誤差會(huì)被成倍數(shù)的放大。也就說(shuō)，存在一個(gè)基準(zhǔn)延長(zhǎng)的問(wèn)題，如（圖4），基準(zhǔn)A如果建立無(wú)誤（理想情況），為途中短虛線，被測(cè)元素此時(shí)與基準(zhǔn)A相通，而假設(shè)其右端截面圓由于各種因素，如軸線形狀彎曲、扭曲、折線、傾斜等，以及可能出現(xiàn)的測(cè)量上偶然因素的影響，偏離了此時(shí)的位置約為0.006mm，假設(shè)L=10L1，則基準(zhǔn)延長(zhǎng)到L2時(shí)，已經(jīng)偏離了約0.006×10=0.06mm，從而使得同軸度增加0.06×2=0.12mm，由此，同軸度有可能因此而超差。
圖1 圖2 圖3 圖4
三、 同軸度問(wèn)題解決方案探討
針對(duì)以上問(wèn)題，筆者探討了解決的方法，以供在實(shí)際（未完，下一頁(yè)）
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