數(shù)控加工套管零件尺寸的新型測量方法

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序言在實際生產加工中，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簡單方法進行精準測量的，如果操作人員和質檢人員僅通過傳統(tǒng)硬質量具進行尺寸檢測，則其測量精度及準確性往往不能滿足設計要求[1]?，F(xiàn)代制造行業(yè)中使用數(shù)控機床加工錐面、圓弧面等復雜型面的優(yōu)勢明顯，加工出的零件尺寸精度、形狀精度遠高于普通機床。在實際生產中，既要考慮測量的準確性，又要考慮測量的精益性。不能因為檢測方法而制約生產進度，這對測量方法提出了更高的要求。如果使用高精度測量儀輔助測量，如輪廓度儀、三坐標測量機、光學影像測量儀或者工業(yè)CT測量機等，則其測量精度可以滿足設計圖樣的要求，但設備采購及維護成本十分高昂，測量時間較長，需要專業(yè)人員操作，這些現(xiàn)實問題可能是一般企業(yè)難以接受的。如果僅使用傳統(tǒng)硬質量具測量，可能無法滿足設計圖樣要求，還可能存在根本無法測量的情況。在實際生產中將傳統(tǒng)量具、改制量具、數(shù)控測量機與繪圖軟件有效地組合使用，可以解決大部分尺寸的測量問題。本文針對套管類零件角度、圓弧尺寸和空間尺寸的測量問題，提出了一種基于傳統(tǒng)檢測樣板和改制量具的精益測量方法，既可以滿足較高的測量精度要求，又可以滿足一般企業(yè)的經(jīng)濟性要求。2

測量方法1）樣板測量法零件在設計之初，為了滿足結構的整體性、協(xié)調性和零件的強度，設計人員會在零件上增加圓弧、圓角及空間位置關系等特征。對于零件加工工藝性和尺寸檢測方式，設計人員往往是不做太多考慮的，這給生產制造增加了難點。在實際生產加工中，圓角和圓弧的檢測，通常優(yōu)先采用樣板測量，也稱作R規(guī)比較測量法。這種圓角、圓弧測量方法十分簡單快捷，但是也存在弊端，由于圓弧樣板只能測量出具有特定尺寸的圓弧，比如僅僅可以測量R5mm、R6mm等固定尺寸，無法精確測量出圓弧半徑尺寸，并且非標準圓弧尺寸是無法選用R規(guī)進行精準測量的，因此對于某些圓弧尺寸精度要求高的零件，樣板測量方法無法滿足要求。針對非標準圓弧的測量，也可用線切割機床把所需的圓弧尺寸在薄鋼板上切割出來，通過計量校準合格后，可以在實際生產中作為外形樣板進行零件圓弧測量。同樣，角度樣板可以測量一些標準角度。在實際生產中，車工對刀時使用角度樣板較多。在一些零件角度相對位置好的情況下，還是使用角度尺測量更加科學和準確。但是，在很多實際生產中，角度尺無法精確測量內部角度和與角度尺存在干涉的小角度，此時需要角度樣板與塞尺配合使用，可以測量大多數(shù)角度。

2）輪廓儀測量法輪廓儀主要用于機械加工零件外表面和內表面形狀輪廓的測量，在不損傷零件表面的前提下，通過接觸傳感器探針檢測零件內外表面的直徑、圓弧、中心距、弦長和角度尺寸等。輪廓儀測量方法為接觸式表面輪廓傳感器探針直接與零件內外表面接觸，在電動機驅動作用下，沿著零件被測表面緩慢滑動，滑動過程中，傳感器將接收到的輪廓信息轉化為電信號，電信號以數(shù)字量被儲存到計算機中，工程測量軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，同時在計算機屏幕上顯示出被測零件輪廓信息，可以選擇特征輪廓進行計算測量，包括圓弧半徑、弦長、弧度、中心距、角度、直線位置關系和距離等。探針的針尖半徑和非直線運動軌跡可以通過后處理程序進行補償來提高零件測量精度，同時輪廓儀測量軟件可以將測量的數(shù)據(jù)進行保存并配置數(shù)據(jù)輸出打印功能，還能將測量數(shù)據(jù)存入硬盤和以文檔形式導出。輪廓儀測量法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在既可以直接測量某些零件難以檢測的內外輪廓尺寸，又可以按某種特定標準直接精確描繪出零件內外表面輪廓，其測量結果可以通過軟件直接輸出。但是輪廓儀測量法也存在一些缺點，即被測表面容易被探針劃傷，對檢測人員素質要求較高，對一些零件上的閉角，測量后繪制的曲線精度相對較低。

3）三坐標測量機測量法目前，三坐標測量機作為通用性強、自動化程度高及檢測精度高的測量設備，被廣泛應用在航空航天生產制造和科學技術研究中。三坐標測量機通過測頭將所拾取的各個幾何要素的測量轉化為這些幾何要素的點、線、集的坐標位置的測量，測量出各個幾何元素的坐標后，通過專用工程軟件按照內置特定的規(guī)則標準計算出這些幾何要素的形狀、尺寸、角度和空間相對位置等信息。從測量原理上講，任何零件的全部幾何要素都可以通過三坐標測量機檢測，并且精密等級高的三坐標測量機的坐標測量精度可達到微米級。三坐標測量機的優(yōu)點很明顯，測量精確、快速和方便；缺點是對于一般企業(yè)來說，其使用和維護成本十分高昂，從而造成測量資源的浪費。

4）光學投影測量法光學投影測量機檢測功能和輪廓儀相近，測量精度略低于輪廓儀。測量時，把被測零件水平放置在測量機工作臺上，通過光照射零件，透光部分與遮光部分形成差別，通過內置程序根據(jù)相應法則計算，在屏幕上顯示出被測零件放大輪廓，通過工程專用軟件處理，可以計算出所選擇輪廓的圓弧半徑、弧長、兩直線間的夾角、直線段或角度位置關系和距離等幾何參數(shù)。但是，光學測量機存在明顯缺點，在測量回轉體凹槽時，需要剖開零件測量截面位置，測量精度誤差相對較大，而且無法對每件零件都進行檢測；通過光學陰影形成的輪廓，計算機計算出的可拾取曲線精度相對較差。

5）影像測量儀測量法影像測量儀是近幾年工業(yè)上新興的一種精密測量儀器，隨著圖像分析、后處理技術的快速發(fā)展，影像測量儀已經(jīng)逐漸成為航空航天零件及裝配車間檢測零件尺寸、裝配關系及零件形貌的常用測量儀器之一。影像測量儀是采用數(shù)字影像機拍攝零件，通過圖像傳感器識別與處理，將零件以圖片的形式顯示在屏幕上，通過專用的工程分析軟件利用圖像處理技術，識別并提取零件表面各種復雜形狀的特征點及坐標點，再通過信息處理技術和特征點坐標計算，形成測量空間中各種幾何要素，最終通過軟件計算得到被測零件的形狀、尺寸和位置關系等。3

套管零件尺寸測量圖1所示套管零件是飛機燃油系統(tǒng)的重要組成部分，其特點為批量大、尺寸精度高。零件尺寸公差小，空間尺寸多，幾何公差和表面質量要求高。其測量難點為凹槽、角度、圓弧和空間尺寸。為了保證零件生產進度和尺寸精度，測量工具選擇傳統(tǒng)量具（R規(guī)、角度檢測樣板、角度尺、游標卡尺和塞尺）及改制量具（改制千分尺）。零件上的圓角半徑多數(shù)＜1mm，并且為轉接半徑，其公差值可以為正、負值，尺寸精度相對寬泛，可以通過小R規(guī)進行比較測量，判定零件加工圓角精度[5]。零件上的環(huán)槽外圓角度無法全部使用角度尺測量，凹槽內角度可以選擇角度檢測樣板和塞尺共同測量出合格區(qū)間。角度檢測樣板如圖2所示，樣板中的88°為零件理論角度。測量時，樣板最長邊以零件尺寸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，通過塞入塞尺來判斷零件角度是否合格。樣板中的45°是為了避免測量時與零件凹槽中R0.8mm和R1.2mm干涉。角度檢測樣板的使用如圖3所示。圖1套管零件

圖2角度檢測樣板

圖3角度檢測樣板使用示意

零件中還存在φ72.3mm、φ72.4mm和φ67.1mm等空間交點尺寸，并且尺寸精度要求較高。由于這些尺寸無法在生產現(xiàn)場直接通過硬質量具測量，可以通過價格高昂的輪廓儀、三坐標測量機及工業(yè)CT測量機等先進數(shù)控設備測量，但存在加工效率低和測量成本不經(jīng)濟的問題，所以需要選擇一種既準確又經(jīng)濟快速的測量方法，來保證生產線的正常運行。為此，兼顧測量的準確性和精益性，總結出一種基于傳統(tǒng)量具和改制量具的新型測量方法，間接測量尺寸，減少對高端測量設備的依賴。套管外圓上的空間尺寸φ72.3mm、φ72.4mm可以通過尺寸間接測量法，用外徑千分尺測量套管凹槽圓角R0.2mm與其斜面相交的外圓兩側距離；套管凹槽空間尺寸φ67.1mm可以通過理論尺寸轉換，將該尺寸間接轉化到凹槽圓角R1.2mm與其斜面相交的最小外徑尺寸，通過改制的外徑葉片千分尺可以精確地測量該尺寸。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

結束語本文綜述了實際生產中，零件尺寸測量的常用方法及優(yōu)缺點，為技術人員選擇合適的測量方法提供參考。目前對于角度、圓弧和空間尺寸的測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行比較測量，此類方法適用于零件尺寸精度要求較低的情況。2）使用維護成本較高的三坐標測量機或者輪廓儀進行測量，此類方法適用于零件尺寸精度要求較高的情況。在實際生產中，大多數(shù)零件的尺寸精度要求一般，檢測方法在滿足測量精度的前提下，還需要考慮實際生產效率和測量成本，實踐證明，本文中基于傳統(tǒng)量具和改制量具的新型測量方法，可滿足特定的套管零件角度、空間尺寸及一般性圓弧測量的需要，具有很好的實用性和經(jīng)濟性。專家點