短圓弧大直徑零件型面的精確測(cè)量

李長(zhǎng)映（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

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短圓弧大直徑零件型面的精確測(cè)量

李長(zhǎng)映
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：筆者結(jié)合自己多年航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝制造工藝和測(cè)量方面的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體問題的詳細(xì)分析，對(duì)短圓弧大直徑零件型面的精確測(cè)量方法進(jìn)行總結(jié)，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)單位的人員以幫助和啟示。

關(guān)鍵詞：短圓弧；直徑；精確測(cè)量

1　概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工，為了保證其質(zhì)量和生產(chǎn)效率，普遍采用工裝加工和測(cè)量。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件回轉(zhuǎn)體較多，很多工裝（測(cè)具和夾具）設(shè)計(jì)都會(huì)采用圓弧面（很少有整圓）作為定位基準(zhǔn)。加工的工藝上，基本采用車、磨回轉(zhuǎn)加工方法，或者采用數(shù)控銑、數(shù)控光學(xué)曲線磨床加工。前者可以通過整體加工（或者增加通過回轉(zhuǎn)中心的對(duì)塊），測(cè)量整個(gè)圓的直徑，合格后再進(jìn)行切開獲得需要的圓弧型面。這種加工方法，可以在加工工序中進(jìn)行精確測(cè)量。后一種加工方法，以及將加工合格的零件圓弧型面組裝后，如果圓弧型面的圓心角小于15度（俗稱“短弧大R”），圓弧型面直徑的準(zhǔn)確測(cè)量將非常困難。

2“短弧大R”直徑的準(zhǔn)確測(cè)量困難的原因分析

測(cè)量圓弧直徑尺寸的方法一般可以采用“弓高弦長(zhǎng)法”。通常可以使用兩圓器在平板上測(cè)量，或者選用“萬能工具顯微鏡”測(cè)量，圓弧的某一部分弦長(zhǎng)以及對(duì)應(yīng)的弓高，利用“勾股定理”計(jì)算直徑尺寸。但是，由于測(cè)量誤差的存在，通過測(cè)量值計(jì)算出來的圓弧直徑誤差會(huì)非常大。例：R300零件，按理論計(jì)算弦長(zhǎng)20計(jì)算，弦高0.66741。如果實(shí)際檢測(cè)弦高誤差0.001mm，返算R299.55174；弦高誤差0.002mm，返算R299.10426。可見，這種方法測(cè)量出來的直徑誤差非常大。

3　精確測(cè)量方法介紹

因?yàn)槿魏我环N測(cè)量設(shè)備和手段，測(cè)量誤差都存在。目前國際上最精確的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的示值誤差E值≤（0.4+L/1000）μm，普通2級(jí)精度的平板、方箱、正弦規(guī)、量塊測(cè)量誤差5μm左右。對(duì)于“短弧大R”型面，絕對(duì)精確的測(cè)量幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的，所謂精確測(cè)量，是指重復(fù)測(cè)量誤差小于零件直徑公差1/3。

3.1利用“萬能工具顯微鏡”判定直徑是否符合

工件實(shí)際弦高與計(jì)算之差，小于圖紙給定公差的一半判定R尺寸為合格。由于“萬能工具顯微鏡”的示值誤差E值≤（1+L/100）μm，人為視覺測(cè)量誤差小于1μm。一般“短弧大R”型面的直徑公差大于等于5μm，這種方法測(cè)量的重復(fù)性滿足公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)誤差小于零件公差1/3的規(guī)定。

圖1　

3.2利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量

3.2.1圓柱型面測(cè)量。找正A-A剖面左側(cè)基面，并作為Y軸原點(diǎn)。在被檢測(cè)型面上（B基準(zhǔn)R389.55±0.01）利用曲面點(diǎn)功能，通過調(diào)整找出，X軸距離為被檢測(cè)圓弧型面弦長(zhǎng)一半，Z軸等高的兩個(gè)特殊點(diǎn)A、B。根據(jù)A、B兩點(diǎn)X軸實(shí)際距離確定R中心線（根據(jù)圓上任意弦的垂直平分線通過圓心的數(shù)學(xué)定理），利用勾股定理，計(jì)算出弦高，確定R中心位置，將坐標(biāo)Z原點(diǎn)移動(dòng)至R中心。反測(cè)R389.55是否符合公差要求。

圖2　

3.2.2圓錐型面測(cè)量直徑測(cè)量。盡管三坐標(biāo)測(cè)量軟件提供了測(cè)量圓錐、圓柱、圓的通用測(cè)量程序模塊，但對(duì)于小于1/2圓的情況，無法得到最后的準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果，計(jì)算機(jī)對(duì)于采樣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算過程發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致測(cè)出結(jié)果偏差極大。這就限制了此工件不可用測(cè)圓錐模塊對(duì)短錐面測(cè)量。在反復(fù)實(shí)踐對(duì)各種檢測(cè)方法的比較后，我得出了兩種可行方案，方案一：通過自動(dòng)特征曲面點(diǎn)功能先計(jì)算出錐面上各交點(diǎn)的理論矢量（I、J、K）方向，再通過測(cè)量目標(biāo)位置臨近三點(diǎn)來確定該點(diǎn)的實(shí)際矢量方向，該方法是一種逐步逼近的方法，需更改目標(biāo)矢量方向，反復(fù)測(cè)量多次，直至達(dá)到理想狀態(tài)。方案二：先在UG軟件中畫出短錐面模型，后將其導(dǎo)入到PC-DMIS中，通過工件坐標(biāo)系的建立，將CAD模型與工件聯(lián)系起來，從數(shù)模上采點(diǎn)獲取目標(biāo)點(diǎn)的理論值，通過自動(dòng)特征矢量點(diǎn)驅(qū)動(dòng)測(cè)量實(shí)測(cè)點(diǎn)，而后將理論值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，得到所需坐標(biāo)方向的偏差。

以上兩種方法均需在建立正確、合適的坐標(biāo)系前提下實(shí)現(xiàn)，角度測(cè)量也相同。下面以方案二為例作以簡(jiǎn)要說明。首先，新建測(cè)量程序，因在測(cè)量圓柱過程中需多次旋轉(zhuǎn)測(cè)頭，要注意測(cè)頭角度的選取。將CAD模型以IGS格式導(dǎo)入，找平底面為基準(zhǔn)平面，測(cè)量串距基準(zhǔn)面，再測(cè)兩圓柱，旋轉(zhuǎn)側(cè)基面為X軸，基準(zhǔn)圓柱Φ81.988 為Y、Z軸原點(diǎn)，串距基面為X軸原點(diǎn)，CAD=PART，建立工件坐標(biāo)系。然后，評(píng)價(jià)Φ93圓柱的位置度即為兩圓柱的同心度。打開自動(dòng)特征矢量點(diǎn)，從數(shù)模上選點(diǎn)A、B、C、D為目標(biāo)點(diǎn)，獲取標(biāo)稱值后，自動(dòng)測(cè)量上述點(diǎn)，評(píng)價(jià)各點(diǎn)Z方向偏差，再從數(shù)模每段錐中心剖面線上選取兩點(diǎn)，如上自動(dòng)測(cè)量后，將其連線評(píng)價(jià)角度。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TB921

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