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三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨.pdf

三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨

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2013-08-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨pdf》,可适用于工程科技领域

三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨陈淑梅刘鹏张晓宇(中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京)摘要:介绍三坐标测量机的工作原理和孔、轴、同轴度、位置度的测量方法以及误差评价方法。针对复杂形位公差说明三坐标测量机测量方法和注意事项。关键词:三坐标测量机形位公差测量方法误差分析中图分类号:TB文献标识码:B文章编号:()年月(总第期)第卷Vol第期No铁道技术监督RAILWAYQUALITYCONTROL收稿日期:作者简介:陈淑梅高级工程师形位公差是设计思想的一个组成部分是用来控制零件上某些要素的实际形状、实际方向或实际位置变化的技术要求。在国外的先进设计方法中大量灵活运用形位公差标注表达对要素的控制这样的方法较好地表达了产品的装配思想对于控制产品质量起到良好作用避免了标注精度过高造成的加工能力浪费。传统质量控制中大量运用对尺寸公差的测量对形位公差的测量提高了对测量仪器和装备的要求。传统的形位公差一般采用指示表、V形块或专用位置度量具等进行测量这些测量工具用于复杂形位公差的测量时有一定局限性。随着三坐标测量技术的普遍运用三坐标测量机逐步取代了某些测量单一要素的计量仪器尤其是在测量复杂形位公差上具有测量精度高、测量范围广、操作灵活方便、处理数据迅速准确、自动化程度高等特点同时避免了由于测量人员不同导致测量结果存在差异的风险。三坐标测量机的工作原理在几何学原理中所有的几何要素都是由空间的点组成所以对几何要素的测量可以归纳为对空间点的测量因此精确采集空间点坐标是评定任何几何要素的基础。三坐标测量机的基本原理是基于坐标测量的方法将被测零件放入它允许的测量空间中依据零件上的设计基准建立一个空间坐标系精确地测量出组成被测要素空间点的坐标值将这些点的坐标数值经过测量软件处理拟和形成测量元素如直线、平面、圆、球、圆柱、圆锥、曲面等再经过测量软件得出其形状、位置公差及其他几何量的数据。孔、轴直径测量及误差评价方法孔、轴是零件中最常见的结构要素由于使用要求不同对其测量方法和评判方法也不同。利用三坐标测量机进行孔、轴测量时先采集表面各点的X、Y、Z空间坐标然后通过测量软件的计算得到孔、轴的位置坐标和直径。通常采用圆度来描述孔轴的形状误差其评定方法最常见的有最小二乘法、最小区域法、最小外接圆法和最大内接圆法种。其中最小二乘法在三座标测量机中运用最为广泛。但是三坐标测量机得到的最小二乘半径是各个方向上孔或轴的平均半径一方面它能有效减少测量中的较大误差保证测量的准确性另一方面能消除孔或轴中个别高点(或低点)对尺寸的影响。因此在对孔轴形状和尺寸误差进行判定的时候要考虑到孔轴的使用环境尤其是是否存在配合和密封等关键因素。因为可能会出现被测的孔和与之相配的轴的测量尺寸都合格、而其配合却存在问题的现象。图为孔和轴测量误差示意。由于被测元素存在圆度误差使得最小二乘圆直径并非孔或轴的作用尺寸因此该数据不符合光滑工件尺寸验收的基本原则。实际圆最小二乘圆图孔和轴测量误差示意计量工作MEASUREMENTWORK··第卷第期铁道技术监督根据上述分析可知在用三坐标测量机测量孔或轴时其测量结果由于圆度、圆柱度误差的存在最小二乘圆直径并不是它们的最大、最小极限尺寸。数据处理应对孔或轴分别加以分析根据光滑工件尺寸验收基本原则找出测量过程中的最大、最小点孔或轴直径范围应在最小二乘圆直径与其加(或减)最大、最小点之间。其中孔的作用直径为作用内径轴的作用直径为作用外径其计算公式如下:孔的直径=最小二乘直径(最小二乘圆直径-测量最小圆直径)轴的直径=最小二乘直径(测量最大圆直径-最小二乘圆直径)例如用三坐标机测量阀体的个mm孔径采圆柱个截面各个点测得的最小二乘圆柱直径为mm最大点为mm最小点为mm。由于是孔其作用直径应为测量最小圆直径即mm由于mm∨mm根据“泰勒原则”该孔的孔径合格。又如用三坐标测量与之相配的活塞直径mm采圆柱个截面各个点测得的最小二乘圆柱直径为mm最大点为mm最小点为mm。由于是轴其作用直径应为测量最大圆直径为mm由于mm∨mm根据“泰勒原则”该活塞的直径不合格有可能造成活塞装配困难。同轴度测量及误差评价方法同轴度测量误差分析在进行叉形零件测量时经常会碰到要求测量个孔的同轴度问题在正常情况下同轴度比较容易使用三坐标测量机进行测量也比较符合同轴度误差的定义。首先依据图纸标注来建立坐标系。一般基准是个内孔轴线通常是采集个截面圆每个截面圆至少个点计算机自动生成个圆柱轴线然后作为坐标系的第轴建立起来圆点可以设在基准轴线上其次测量被测元素同样的方法采集被测元素的表面一系列的点应注意测量应该尽可能在全长范围内均匀分布最终生成个轴线最后用测量软件进行评价。但当被测元素与基准元素相距很远两者又比较短时测量结果与理想值会有较大偏离重复性也不好此时结果令人怀疑。例如图对制动杠杆同轴度的要求。L为基准L为被测元素个孔的深度H均为mmL为两端面的总长。L=HL远大于H在同样的测量点数下多次测量的结果会相差很大。为此采用台测量机进行对比测量结果都存在同样的现象因此不是机器的问题而是测量方法出现了问题。减小同轴度测量误差的措施()增加截面数同时增加每个截面的点数。根据理论增加截面数和点数将无限逼近被测元素的实际形状测量的误差将会减小但在实际的测量工作中增加如此之多的点无疑会增加测量时间与成本所以该方法不可取而且测量效果也不理想。()建立公共轴线以此作为基准测量两元素对基准的同轴度误差取其中最大值作为最后结果这样误差会减小。因为基准长了而且是两者的结合综合考虑了个轴线的空间位置所以可减小误差值但这种方法要根据装配要求来具体考虑是否可行。()分别在个圆柱上测量多个截面将圆心连成一条直线评价直线度直线度的倍作为同轴度误差。图制动杠杆同轴度要求ALLL±()ΦΦΦΦHHARxyyyyYR(x)··用三座标测量机进行同轴度测量时注意事项()作为基准的元素应当精度要求尽量高长度尽量长特别是表面粗糙度、圆度、柱度要尽量好以增加基准的准确性。()图纸尽量考虑标注对公共轴线的同轴度要求。有配合要求的考虑增加包容要求或最大实体要求以控制实体边界尺寸使尺寸与形位误差相关增加互相补偿的可能达到最大限度使用零件的目的。此时应以功能量规测量为好如果用三坐标测量机测量则要综合考虑尺寸的影响画出二者的补偿关系基准的浮动范围确定同轴度误差。位置度测量及误差评价方法传统测量孔系位置度的方法是使用专用综合量规检验和平台测量法。专用综合量规检验只能定性测量不能判断方向。平台测量法复杂而麻烦且时间长、费用高。这种方法都不适合大批量多品种生产。三坐标测量机检测零件的位置度采用的是坐标测量方法可以编辑测量程序实现零件位置度的自动测量有效减少人为误差。按照零件上的加工基准测量机可自动建立一个三维校正坐标系很方便地测量出零件上各孔(或轴)的位置坐标并计算出位置度。但用三坐标测量零件时如果不注意基准坐标系的建立、平移和旋转直接获得的检测结果有可能偏离“定位最小区域准则”最小条件。因而在实际测量工作中对此类问题的数据处理与评定一定要慎重避免因误判而造成损失特别是测量仅受底平面或中心孔等单一基准约束的平面孔系位置度误差的零件如果按照一次测量就下结论该零件就有可能报废。在许多情况下根据位置度测量原理可以通过对基准坐标系的平移、旋转来优化测量结果使之得出符合图纸和工艺要求的位置度测量结果。使用三坐标测量及测量位置度时注意事项:()被测要素与基准要素存在角度时要注意联合使用坐标系的平移、旋转来减少测量误差。通常是先进行平移再进行坐标系的旋转。()被测要素深度较大时可以增加被测元素之间的距离来减少测量误差也可以采用测量圆柱然后与上、下端面求相交再对交点求位置度的方法上、下端面不一定是零平面它是整个孔的两端面。或者尽量取靠近两端面孔的截面位置如果仅测量个截面求其位置度是不能保证此孔在整个长度范围上所有截面的位置度都合格的。()对于延伸公差带要求的评价时要包含延伸的长度。()对于斜平面上的孔一般不要与实际表面求相交因实际加工时多少都有一些误差。比如厚度厚了或薄了都会直接影响孔位置度误差值。为了避免不必要的麻烦采用编辑构造理论平面方法理论平面法矢可以按理论角度的cosαsinα计算得到方向按平面法矢在坐标系中的方向定。然后测量孔圆柱并与构造的上、下平面相交再对交点求位置度。求位置度时一定要考虑投影平面投影平面为最大法矢分量方向的垂直平面的接近平面。()对于位置度公差中有最大、最小实体要求的必须考虑最大实体、最小补偿。方法是:当孔、轴位置度超差时用输出孔(或轴)的实际直径与最大实体直径进行比较计算出补偿值再用补偿值和超差值进行综合比较判定位置度是否合格。在现代的三坐标测量软件中都有自动计算步长值的功能所以要求操作者在编写测量程序时要注意使用这个功能以减少废品率提高技术经济效益。结语通过以上分析可知在使用三坐标测量机时不能只局限于测量机测量软件的一些现成测量分析功能而应在实际测量时具体问题具体分析尤其对于单一要素的测量应遵守“泰勒原则”灵活处理否则会造成测量数据的片面性和不准确从而无法正确指导生产其次由于三坐标测量机功能强大只要正确控制测量和选择合理测量方法及正确处理测量结果一般能够解决测量中的一切技术难题最后要根据工艺或产品的具体要求对测量结果进行分析必要时使用功能量规或装配方法对测量结果进行验证以给出准确、真实的评价报告,避免发生误判而造成经济损失。参考文献[]张国雄三坐标测量机[M]天津:天津大学出版社,[]蒋寿伟吕林森邢国斌等新编形状和位置公差标注读解[M]北京:中国标准出版社[]青岛前哨朗普测量技术有限公司PCDMISCAD培训与应用手册[Z]三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨计量工作··

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