三坐標測量機在軸承外圈定位孔位置度測量中的應用

金文勝，胥 利

（1.哈爾濱軸承集團公司軸承實驗中心，黑龍江哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團公司質量管理部，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

隨著科技不斷的發(fā)展，人們對產品質量和性能的要求越來越高，三坐標測量機(CMM)作為在工業(yè)生產中一種重要的質量控制和計量檢測手段得到了極大地普及和應用，在當今工業(yè)的生產中發(fā)揮著其他測量設備所無法替代的作用，利用其豐富的測量和計算功能，解決了許多常規(guī)手段無法實現(xiàn)的測量。我公司在研制某型號軸承的過程中，遇到了軸承外圈端面成組定位孔的位置度在加工過程中的檢測問題。此前我公司測量位置度的方法是用萬能工具顯微鏡通過手動調整工件的中心，然后再分別通過影像原理觀測被測元素的影像來確定其角度，測量效率極低，測量一個工件往往需要一個星期，無法滿足生產的需求，現(xiàn)在利用三坐標測量機測量位置度只需半天即可完成，效率明顯提高，且準確度更高。

2 測量原理

位置度是零件上被測的點、線、面的實際位置偏離理想位置的程度。在實際測量中,位置度誤差的測量是一項較為復雜的工作，它不能通過直接測量得到,而是首先要選擇組成要素的測量基準點，然后選擇組成要素中的一個孔作為輔助基準，通過測量各孔實際位置，計算出組成要素的位置度，來判斷是否滿足零件位置度公差要求。利用三坐標測量機Quindos軟件進行編程，按照零件的加工基準建立工件坐標系，然后對被測工件上的孔系進行自動測量，即對一組互相之間有依賴關系的被測量進行一系列的直接測量后，得到零件上各孔的位置坐標，利用Quindos軟件對各被測量的位置坐標進行評價，計算出各孔相對加工基準的偏離程度，即位置度。

3 測量方法

首先把被測工件處理一下，放在平臺上進行合溫，以便測量。然后根據(jù)被測工件的加工基準，確定工件的裝夾方式，進入Quindos軟件，校驗你所選擇的參考探針和非參考探針。再根據(jù)圖紙上標明的工件加工基準，來建立工件的零件坐標系，對所要求的特征量進行測量，最后對所求的特征量進行評價，輸出報告。

4 測量實例分析

某軸承外圈要求計量項目如圖1所示。

4.1 計量項目

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

4.2 測量過程

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

(1)在軸承外套的基面A上采一個面（4個點），以該面法線建立Z軸；

(2)以外徑基準C的中心與1#孔的連線建立X軸；Y軸自動生成；

(3)以外徑基準C的中心與基面A焦點做為坐標系的圓心。

CMM在已建立好的工件坐標系下自動測量三個定位孔，自動分析三個定位孔的公稱尺相鄰定位孔之間的角度偏差及位置度值，打印輸出測量報告。

4.3 測量結果分析

某軸承外圈三件產品測量結果如表1，從表1可以得出第一件產品的三個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方式是用孔的中心徑和孔與孔的夾角兩項來共同表示，那么位置度合格，角度和中心徑尺寸就肯定合格，但是三個孔的直徑尺寸加工大了，均大于公稱尺寸φ7.3mm，即第一件產品不合格，需重新調整孔的大小。

通過第一件產品的測量結果，對工裝或機床進行相應的調整，送來第二件產品，第二件產品把三個孔的直徑尺寸雖然調整合格了，但三個定位孔的位置度是不合格的，從測量1#、2#、3#孔之間的夾角結果來分析，可能是由于角度或中心徑加工的大小引起的。根據(jù)第二件產品的測量結果，對工裝或機床進行相應地調整，送來第三件產品，第三件產品把三個孔的直徑尺寸、位置度、角度均調整合格，經(jīng)過三次測量，把工件加工調整到位，節(jié)省了人力、物力、財力，增加了經(jīng)濟效益。

5 測量誤差分析

由LEITZ公司推出的高性能Rference 10.7.6三坐標測量機把高精度、高效率有機地結合在一起，其精度指標如表2。

表2 精度指標

被測工件的位置度要求0.1mm，而Rference 10.7.6三坐標測量機長度測量的示值誤差為：E= 1.0+L/350[μm]。用三坐標測量機測量軸承外圈端面小孔位置度的測量精度，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量結果比較

測量誤差的主要來源有以下四點：

(1)溫度是影響測量機精度的最大因素。測量機在長時間使用后，尤其是在環(huán)境比較差、溫度波動情況比較大的情況下，機械部分會有所變化，如：垂直度變差，此時就要進行測量機大修和精度校驗。

(2)零件與測量機是否等溫測量。

(3)測量機本身的不確定度。

(4)被測零件的形狀誤差及基準的正確選擇。因為測量機測量的原理是先采點，然后軟件對所采點進行擬和計算誤差。所以測量機測量時對零件的形狀誤差有一定的要求，當被測零件有明顯的毛刺或沙眼時，測量的重復性明顯變差，以至于操作員給不出準確的測量結果。在這種情況下一方面要求對被測零件形狀誤差進行控制，另外也可以適當增大測桿寶石球的直徑，但測量誤差顯然要大一些。

6 結束語

軸承端面小孔位置度的準確檢測對軸承的安裝定位起著重要作用，為產品質量提供了有力的保證，從而提高了軸承的使用壽命，加快了新產品開發(fā)的速度，進而保證了市場占有率。目前此種測量方法與國內同行業(yè)比較處于先進水平。

由于生產部門無法對偏差的方位進行準確的判斷，這就給生產帶來了諸多的不便。利用三坐標測量機的強大分析計算功能，采取對空間坐標進行轉換，利用數(shù)學方法計算，綜合分析后，準確判斷其偏差的方位。這樣生產部門就能根據(jù)測試報告和在工件上標明的偏差方位對工藝流程、工裝或機床進行相應的調整。一般根據(jù)提供的偏差方位調整，一兩次就能將產品調到符合設計要求,節(jié)約了人力、物力、財力，增加了經(jīng)濟效益。