數(shù)控加工套管零件尺寸的新型測(cè)量方法

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序言在實(shí)際生產(chǎn)加工中，某些零件的角度尺寸、圓弧尺寸、圓心距以及空間尺寸是比較難通過(guò)簡(jiǎn)單方法進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量的，如果操作人員和質(zhì)檢人員僅通過(guò)傳統(tǒng)硬質(zhì)量具進(jìn)行尺寸檢測(cè)，則其測(cè)量精度及準(zhǔn)確性往往不能滿足設(shè)計(jì)要求[1]。現(xiàn)代制造行業(yè)中使用數(shù)控機(jī)床加工錐面、圓弧面等復(fù)雜型面的優(yōu)勢(shì)明顯，加工出的零件尺寸精度、形狀精度遠(yuǎn)高于普通機(jī)床。在實(shí)際生產(chǎn)中，既要考慮測(cè)量的準(zhǔn)確性，又要考慮測(cè)量的精益性。不能因?yàn)闄z測(cè)方法而制約生產(chǎn)進(jìn)度，這對(duì)測(cè)量方法提出了更高的要求。如果使用高精度測(cè)量?jī)x輔助測(cè)量，如輪廓度儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光學(xué)影像測(cè)量?jī)x或者工業(yè)CT測(cè)量機(jī)等，則其測(cè)量精度可以滿足設(shè)計(jì)圖樣的要求，但設(shè)備采購(gòu)及維護(hù)成本十分高昂，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，需要專業(yè)人員操作，這些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題可能是一般企業(yè)難以接受的。如果僅使用傳統(tǒng)硬質(zhì)量具測(cè)量，可能無(wú)法滿足設(shè)計(jì)圖樣要求，還可能存在根本無(wú)法測(cè)量的情況。在實(shí)際生產(chǎn)中將傳統(tǒng)量具、改制量具、數(shù)控測(cè)量機(jī)與繪圖軟件有效地組合使用，可以解決大部分尺寸的測(cè)量問(wèn)題。本文針對(duì)套管類零件角度、圓弧尺寸和空間尺寸的測(cè)量問(wèn)題，提出了一種基于傳統(tǒng)檢測(cè)樣板和改制量具的精益測(cè)量方法，既可以滿足較高的測(cè)量精度要求，又可以滿足一般企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性要求。2

測(cè)量方法1）樣板測(cè)量法零件在設(shè)計(jì)之初，為了滿足結(jié)構(gòu)的整體性、協(xié)調(diào)性和零件的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)人員會(huì)在零件上增加圓弧、圓角及空間位置關(guān)系等特征。對(duì)于零件加工工藝性和尺寸檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)人員往往是不做太多考慮的，這給生產(chǎn)制造增加了難點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，圓角和圓弧的檢測(cè)，通常優(yōu)先采用樣板測(cè)量，也稱作R規(guī)比較測(cè)量法。這種圓角、圓弧測(cè)量方法十分簡(jiǎn)單快捷，但是也存在弊端，由于圓弧樣板只能測(cè)量出具有特定尺寸的圓弧，比如僅僅可以測(cè)量R5mm、R6mm等固定尺寸，無(wú)法精確測(cè)量出圓弧半徑尺寸，并且非標(biāo)準(zhǔn)圓弧尺寸是無(wú)法選用R規(guī)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量的，因此對(duì)于某些圓弧尺寸精度要求高的零件，樣板測(cè)量方法無(wú)法滿足要求。針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)圓弧的測(cè)量，也可用線切割機(jī)床把所需的圓弧尺寸在薄鋼板上切割出來(lái)，通過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)合格后，可以在實(shí)際生產(chǎn)中作為外形樣板進(jìn)行零件圓弧測(cè)量。同樣，角度樣板可以測(cè)量一些標(biāo)準(zhǔn)角度。在實(shí)際生產(chǎn)中，車(chē)工對(duì)刀時(shí)使用角度樣板較多。在一些零件角度相對(duì)位置好的情況下，還是使用角度尺測(cè)量更加科學(xué)和準(zhǔn)確。但是，在很多實(shí)際生產(chǎn)中，角度尺無(wú)法精確測(cè)量?jī)?nèi)部角度和與角度尺存在干涉的小角度，此時(shí)需要角度樣板與塞尺配合使用，可以測(cè)量大多數(shù)角度。

2）輪廓儀測(cè)量法輪廓儀主要用于機(jī)械加工零件外表面和內(nèi)表面形狀輪廓的測(cè)量，在不損傷零件表面的前提下，通過(guò)接觸傳感器探針檢測(cè)零件內(nèi)外表面的直徑、圓弧、中心距、弦長(zhǎng)和角度尺寸等。輪廓儀測(cè)量方法為接觸式表面輪廓傳感器探針直接與零件內(nèi)外表面接觸，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下，沿著零件被測(cè)表面緩慢滑動(dòng)，滑動(dòng)過(guò)程中，傳感器將接收到的輪廓信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)以數(shù)字量被儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，工程測(cè)量軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出被測(cè)零件輪廓信息，可以選擇特征輪廓進(jìn)行計(jì)算測(cè)量，包括圓弧半徑、弦長(zhǎng)、弧度、中心距、角度、直線位置關(guān)系和距離等。探針的針尖半徑和非直線運(yùn)動(dòng)軌跡可以通過(guò)后處理程序進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)提高零件測(cè)量精度，同時(shí)輪廓儀測(cè)量軟件可以將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并配置數(shù)據(jù)輸出打印功能，還能將測(cè)量數(shù)據(jù)存入硬盤(pán)和以文檔形式導(dǎo)出。輪廓儀測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在既可以直接測(cè)量某些零件難以檢測(cè)的內(nèi)外輪廓尺寸，又可以按某種特定標(biāo)準(zhǔn)直接精確描繪出零件內(nèi)外表面輪廓，其測(cè)量結(jié)果可以通過(guò)軟件直接輸出。但是輪廓儀測(cè)量法也存在一些缺點(diǎn)，即被測(cè)表面容易被探針劃傷，對(duì)檢測(cè)人員素質(zhì)要求較高，對(duì)一些零件上的閉角，測(cè)量后繪制的曲線精度相對(duì)較低。

3）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量法目前，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高及檢測(cè)精度高的測(cè)量設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在航空航天生產(chǎn)制造和科學(xué)技術(shù)研究中。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通過(guò)測(cè)頭將所拾取的各個(gè)幾何要素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為這些幾何要素的點(diǎn)、線、集的坐標(biāo)位置的測(cè)量，測(cè)量出各個(gè)幾何元素的坐標(biāo)后，通過(guò)專用工程軟件按照內(nèi)置特定的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出這些幾何要素的形狀、尺寸、角度和空間相對(duì)位置等信息。從測(cè)量原理上講，任何零件的全部幾何要素都可以通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)，并且精密等級(jí)高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)測(cè)量精度可達(dá)到微米級(jí)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，測(cè)量精確、快速和方便；缺點(diǎn)是對(duì)于一般企業(yè)來(lái)說(shuō)，其使用和維護(hù)成本十分高昂，從而造成測(cè)量資源的浪費(fèi)。

4）光學(xué)投影測(cè)量法光學(xué)投影測(cè)量機(jī)檢測(cè)功能和輪廓儀相近，測(cè)量精度略低于輪廓儀。測(cè)量時(shí)，把被測(cè)零件水平放置在測(cè)量機(jī)工作臺(tái)上，通過(guò)光照射零件，透光部分與遮光部分形成差別，通過(guò)內(nèi)置程序根據(jù)相應(yīng)法則計(jì)算，在屏幕上顯示出被測(cè)零件放大輪廓，通過(guò)工程專用軟件處理，可以計(jì)算出所選擇輪廓的圓弧半徑、弧長(zhǎng)、兩直線間的夾角、直線段或角度位置關(guān)系和距離等幾何參數(shù)。但是，光學(xué)測(cè)量機(jī)存在明顯缺點(diǎn)，在測(cè)量回轉(zhuǎn)體凹槽時(shí)，需要剖開(kāi)零件測(cè)量截面位置，測(cè)量精度誤差相對(duì)較大，而且無(wú)法對(duì)每件零件都進(jìn)行檢測(cè)；通過(guò)光學(xué)陰影形成的輪廓，計(jì)算機(jī)計(jì)算出的可拾取曲線精度相對(duì)較差。

5）影像測(cè)量?jī)x測(cè)量法影像測(cè)量?jī)x是近幾年工業(yè)上新興的一種精密測(cè)量?jī)x器，隨著圖像分析、后處理技術(shù)的快速發(fā)展，影像測(cè)量?jī)x已經(jīng)逐漸成為航空航天零件及裝配車(chē)間檢測(cè)零件尺寸、裝配關(guān)系及零件形貌的常用測(cè)量?jī)x器之一。影像測(cè)量?jī)x是采用數(shù)字影像機(jī)拍攝零件，通過(guò)圖像傳感器識(shí)別與處理，將零件以圖片的形式顯示在屏幕上，通過(guò)專用的工程分析軟件利用圖像處理技術(shù)，識(shí)別并提取零件表面各種復(fù)雜形狀的特征點(diǎn)及坐標(biāo)點(diǎn)，再通過(guò)信息處理技術(shù)和特征點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算，形成測(cè)量空間中各種幾何要素，最終通過(guò)軟件計(jì)算得到被測(cè)零件的形狀、尺寸和位置關(guān)系等。3

套管零件尺寸測(cè)量圖1所示套管零件是飛機(jī)燃油系統(tǒng)的重要組成部分，其特點(diǎn)為批量大、尺寸精度高。零件尺寸公差小，空間尺寸多，幾何公差和表面質(zhì)量要求高。其測(cè)量難點(diǎn)為凹槽、角度、圓弧和空間尺寸。為了保證零件生產(chǎn)進(jìn)度和尺寸精度，測(cè)量工具選擇傳統(tǒng)量具（R規(guī)、角度檢測(cè)樣板、角度尺、游標(biāo)卡尺和塞尺）及改制量具（改制千分尺）。零件上的圓角半徑多數(shù)＜1mm，并且為轉(zhuǎn)接半徑，其公差值可以為正、負(fù)值，尺寸精度相對(duì)寬泛，可以通過(guò)小R規(guī)進(jìn)行比較測(cè)量，判定零件加工圓角精度[5]。零件上的環(huán)槽外圓角度無(wú)法全部使用角度尺測(cè)量，凹槽內(nèi)角度可以選擇角度檢測(cè)樣板和塞尺共同測(cè)量出合格區(qū)間。角度檢測(cè)樣板如圖2所示，樣板中的88°為零件理論角度。測(cè)量時(shí)，樣板最長(zhǎng)邊以零件尺寸4.1mm豎邊定位，樣板88°斜邊與零件槽底斜邊接觸。如果樣板88°斜邊與零件槽底斜邊存在縫隙，通過(guò)塞入塞尺來(lái)判斷零件角度是否合格。樣板中的45°是為了避免測(cè)量時(shí)與零件凹槽中R0.8mm和R1.2mm干涉。角度檢測(cè)樣板的使用如圖3所示。圖1套管零件

圖2角度檢測(cè)樣板

圖3角度檢測(cè)樣板使用示意

零件中還存在φ72.3mm、φ72.4mm和φ67.1mm等空間交點(diǎn)尺寸，并且尺寸精度要求較高。由于這些尺寸無(wú)法在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接通過(guò)硬質(zhì)量具測(cè)量，可以通過(guò)價(jià)格高昂的輪廓儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及工業(yè)CT測(cè)量機(jī)等先進(jìn)數(shù)控設(shè)備測(cè)量，但存在加工效率低和測(cè)量成本不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，所以需要選擇一種既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)快速的測(cè)量方法，來(lái)保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。為此，兼顧測(cè)量的準(zhǔn)確性和精益性，總結(jié)出一種基于傳統(tǒng)量具和改制量具的新型測(cè)量方法，間接測(cè)量尺寸，減少對(duì)高端測(cè)量設(shè)備的依賴。套管外圓上的空間尺寸φ72.3mm、φ72.4mm可以通過(guò)尺寸間接測(cè)量法，用外徑千分尺測(cè)量套管凹槽圓角R0.2mm與其斜面相交的外圓兩側(cè)距離；套管凹槽空間尺寸φ67.1mm可以通過(guò)理論尺寸轉(zhuǎn)換，將該尺寸間接轉(zhuǎn)化到凹槽圓角R1.2mm與其斜面相交的最小外徑尺寸，通過(guò)改制的外徑葉片千分尺可以精確地測(cè)量該尺寸。改制后葉片千分尺的葉片如圖4所示。圖4改制后葉片千分尺的葉片4

結(jié)束語(yǔ)本文綜述了實(shí)際生產(chǎn)中，零件尺寸測(cè)量的常用方法及優(yōu)缺點(diǎn)，為技術(shù)人員選擇合適的測(cè)量方法提供參考。目前對(duì)于角度、圓弧和空間尺寸的測(cè)量主要采用以下兩種方法。1）使用成本較低的外形樣板和角度樣板進(jìn)行比較測(cè)量，此類方法適用于零件尺寸精度要求較低的情況。2）使用維護(hù)成本較高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或者輪廓儀進(jìn)行測(cè)量，此類方法適用于零件尺寸精度要求較高的情況。在實(shí)際生產(chǎn)中，大多數(shù)零件的尺寸精度要求一般，檢測(cè)方法在滿足測(cè)量精度的前提下，還需要考慮實(shí)際生產(chǎn)效率和測(cè)量成本，實(shí)踐證明，本文中基于傳統(tǒng)量具和改制量具的新型測(cè)量方法，可滿足特定的套管零件角度、空間尺寸及一般性圓弧測(cè)量的需要，具有很好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。專家點(diǎn)