三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在軸承外圈定位孔位置度測(cè)量中的應(yīng)用

金文勝，胥 利

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司軸承實(shí)驗(yàn)中心，黑龍江哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司質(zhì)量管理部，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

隨著科技不斷的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和性能的要求越來(lái)越高，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)作為在工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的質(zhì)量控制和計(jì)量檢測(cè)手段得到了極大地普及和應(yīng)用，在當(dāng)今工業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮著其他測(cè)量設(shè)備所無(wú)法替代的作用，利用其豐富的測(cè)量和計(jì)算功能，解決了許多常規(guī)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的測(cè)量。我公司在研制某型號(hào)軸承的過(guò)程中，遇到了軸承外圈端面成組定位孔的位置度在加工過(guò)程中的檢測(cè)問(wèn)題。此前我公司測(cè)量位置度的方法是用萬(wàn)能工具顯微鏡通過(guò)手動(dòng)調(diào)整工件的中心，然后再分別通過(guò)影像原理觀測(cè)被測(cè)元素的影像來(lái)確定其角度，測(cè)量效率極低，測(cè)量一個(gè)工件往往需要一個(gè)星期，無(wú)法滿足生產(chǎn)的需求，現(xiàn)在利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量位置度只需半天即可完成，效率明顯提高，且準(zhǔn)確度更高。

2 測(cè)量原理

位置度是零件上被測(cè)的點(diǎn)、線、面的實(shí)際位置偏離理想位置的程度。在實(shí)際測(cè)量中,位置度誤差的測(cè)量是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，它不能通過(guò)直接測(cè)量得到,而是首先要選擇組成要素的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，然后選擇組成要素中的一個(gè)孔作為輔助基準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)量各孔實(shí)際位置，計(jì)算出組成要素的位置度，來(lái)判斷是否滿足零件位置度公差要求。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Quindos軟件進(jìn)行編程，按照零件的加工基準(zhǔn)建立工件坐標(biāo)系，然后對(duì)被測(cè)工件上的孔系進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，即對(duì)一組互相之間有依賴關(guān)系的被測(cè)量進(jìn)行一系列的直接測(cè)量后，得到零件上各孔的位置坐標(biāo)，利用Quindos軟件對(duì)各被測(cè)量的位置坐標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出各孔相對(duì)加工基準(zhǔn)的偏離程度，即位置度。

3 測(cè)量方法

首先把被測(cè)工件處理一下，放在平臺(tái)上進(jìn)行合溫，以便測(cè)量。然后根據(jù)被測(cè)工件的加工基準(zhǔn)，確定工件的裝夾方式，進(jìn)入Quindos軟件，校驗(yàn)?zāi)闼x擇的參考探針和非參考探針。再根據(jù)圖紙上標(biāo)明的工件加工基準(zhǔn)，來(lái)建立工件的零件坐標(biāo)系，對(duì)所要求的特征量進(jìn)行測(cè)量，最后對(duì)所求的特征量進(jìn)行評(píng)價(jià)，輸出報(bào)告。

4 測(cè)量實(shí)例分析

某軸承外圈要求計(jì)量項(xiàng)目如圖1所示。

4.1 計(jì)量項(xiàng)目

(1)ANGLE(1)=9°，

表示1#孔與螺紋孔的夾角。

(2)ANGLE(2)=129°30′，

表示1#孔與2#孔的夾角。

(3)ANGLE(3)=110°30′，

表示2#孔與3#孔的夾角。

(4)分別測(cè)量編號(hào)為1#、2#、3#的三個(gè)公稱直徑為φ7.3mm的定位孔及其位置度是否滿足圖紙要求。

4.2 測(cè)量過(guò)程

首先把被測(cè)工件端面基準(zhǔn)放到平臺(tái)上進(jìn)行研磨，去掉基準(zhǔn)端面的毛刺，然后再用綢布把被測(cè)工件放在平臺(tái)上進(jìn)行合溫，以便測(cè)量。其次，根據(jù)被測(cè)定位孔的直徑選擇并校驗(yàn)φ3mm的探針，確定工件的加工方式，一次裝夾工件。最后，根據(jù)圖紙上標(biāo)明的工件加工基準(zhǔn)，建立工件坐標(biāo)系。

(1)在軸承外套的基面A上采一個(gè)面（4個(gè)點(diǎn)），以該面法線建立Z軸；

(2)以外徑基準(zhǔn)C的中心與1#孔的連線建立X軸；Y軸自動(dòng)生成；

(3)以外徑基準(zhǔn)C的中心與基面A焦點(diǎn)做為坐標(biāo)系的圓心。

CMM在已建立好的工件坐標(biāo)系下自動(dòng)測(cè)量三個(gè)定位孔，自動(dòng)分析三個(gè)定位孔的公稱尺相鄰定位孔之間的角度偏差及位置度值，打印輸出測(cè)量報(bào)告。

4.3 測(cè)量結(jié)果分析

某軸承外圈三件產(chǎn)品測(cè)量結(jié)果如表1，從表1可以得出第一件產(chǎn)品的三個(gè)定位孔的位置度雖然是合格的，但由于位置度的另一種表達(dá)方式是用孔的中心徑和孔與孔的夾角兩項(xiàng)來(lái)共同表示，那么位置度合格，角度和中心徑尺寸就肯定合格，但是三個(gè)孔的直徑尺寸加工大了，均大于公稱尺寸φ7.3mm，即第一件產(chǎn)品不合格，需重新調(diào)整孔的大小。

通過(guò)第一件產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果，對(duì)工裝或機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，送來(lái)第二件產(chǎn)品，第二件產(chǎn)品把三個(gè)孔的直徑尺寸雖然調(diào)整合格了，但三個(gè)定位孔的位置度是不合格的，從測(cè)量1#、2#、3#孔之間的夾角結(jié)果來(lái)分析，可能是由于角度或中心徑加工的大小引起的。根據(jù)第二件產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果，對(duì)工裝或機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，送來(lái)第三件產(chǎn)品，第三件產(chǎn)品把三個(gè)孔的直徑尺寸、位置度、角度均調(diào)整合格，經(jīng)過(guò)三次測(cè)量，把工件加工調(diào)整到位，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

5 測(cè)量誤差分析

由LEITZ公司推出的高性能Rference 10.7.6三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)把高精度、高效率有機(jī)地結(jié)合在一起，其精度指標(biāo)如表2。

表2 精度指標(biāo)

被測(cè)工件的位置度要求0.1mm，而Rference 10.7.6三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)長(zhǎng)度測(cè)量的示值誤差為：E= 1.0+L/350[μm]。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量軸承外圈端面小孔位置度的測(cè)量精度，完全能夠滿足加工要求。

表1 某軸承外圈定位孔位置度三次測(cè)量結(jié)果比較

測(cè)量誤差的主要來(lái)源有以下四點(diǎn)：

(1)溫度是影響測(cè)量機(jī)精度的最大因素。測(cè)量機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間使用后，尤其是在環(huán)境比較差、溫度波動(dòng)情況比較大的情況下，機(jī)械部分會(huì)有所變化，如：垂直度變差，此時(shí)就要進(jìn)行測(cè)量機(jī)大修和精度校驗(yàn)。

(2)零件與測(cè)量機(jī)是否等溫測(cè)量。

(3)測(cè)量機(jī)本身的不確定度。

(4)被測(cè)零件的形狀誤差及基準(zhǔn)的正確選擇。因?yàn)闇y(cè)量機(jī)測(cè)量的原理是先采點(diǎn)，然后軟件對(duì)所采點(diǎn)進(jìn)行擬和計(jì)算誤差。所以測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)對(duì)零件的形狀誤差有一定的要求，當(dāng)被測(cè)零件有明顯的毛刺或沙眼時(shí)，測(cè)量的重復(fù)性明顯變差，以至于操作員給不出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。在這種情況下一方面要求對(duì)被測(cè)零件形狀誤差進(jìn)行控制，另外也可以適當(dāng)增大測(cè)桿寶石球的直徑，但測(cè)量誤差顯然要大一些。

6 結(jié)束語(yǔ)

軸承端面小孔位置度的準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)軸承的安裝定位起著重要作用，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的保證，從而提高了軸承的使用壽命，加快了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度，進(jìn)而保證了市場(chǎng)占有率。目前此種測(cè)量方法與國(guó)內(nèi)同行業(yè)比較處于先進(jìn)水平。

由于生產(chǎn)部門無(wú)法對(duì)偏差的方位進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，這就給生產(chǎn)帶來(lái)了諸多的不便。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的強(qiáng)大分析計(jì)算功能，采取對(duì)空間坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算，綜合分析后，準(zhǔn)確判斷其偏差的方位。這樣生產(chǎn)部門就能根據(jù)測(cè)試報(bào)告和在工件上標(biāo)明的偏差方位對(duì)工藝流程、工裝或機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。一般根據(jù)提供的偏差方位調(diào)整，一兩次就能將產(chǎn)品調(diào)到符合設(shè)計(jì)要求,節(jié)約了人力、物力、財(cái)力，增加了經(jīng)濟(jì)效益。