三坐標檢測在提高葉輪加工質量上的探討

高 舢

（廣州市機電高級技工學校，廣東 廣州 510435）

三坐標檢測在提高葉輪加工質量上的探討

高 舢

（廣州市機電高級技工學校，廣東 廣州 510435）

介紹三坐標檢測技術在葉輪等多軸加工產品檢測中的應用，探討的三坐標檢測技術能夠滿足葉輪等多軸加工產品檢測的需求和保障加工產品的質量，并且能夠促進加工精度的提高。

三坐標檢測；葉輪；多軸加工；提高質量

隨著科技的發展，市場對產品加工質量與精度的要求越來越高，要求產品形狀更加復雜化與多樣化，對產品的加工和質量檢測設備的功能及技術要求不斷增強，促使多軸加工機床和三坐標測量機的應用越來越廣泛和普及。

檢測是保證葉輪制造質量的重要手段，但是葉輪檢測存在著一系列的難題，具體表現為：

（1）測量精度要求高。葉輪型面測量精度直接影響其制造精度，通常要求測量精度達到0.01mm，甚至0.005mm；

（2）測量效率要求高。葉輪是批量生產零件，數量成千上萬，應盡可能提高測量速度和效率；

（3）測量可靠性要求高。葉輪測量和數據處理結果應反映葉輪的實際狀態，這樣才能保證葉輪的制造質量；

（4）葉輪測量定位和建立測量坐標系復雜。葉輪安裝楔型面比較小，以此裝夾和建立坐標系誤差大；

（5）葉輪測量數據處理復雜，不但有葉型、弦長、前緣后緣半徑等形狀誤差要求，還有葉片彎曲、扭轉等位置誤差要求。因此，葉輪檢測一直是制造企業中生產和檢測部門所面臨的難題之一[1]。

三坐標檢測（Coordinate Measuring Machining，CMM）是以精密機械為基礎，綜合應用光學、電子技術、傳感技術、計算機技術等多項先進技術組成的坐標測量儀器。通過坐標測量儀器，可獲得被測物體上各測量點的坐標值，經過數學運算，以求出被測物體的精確的幾何尺寸、形狀和位置公差，可基本實現對生產中的所有三維復雜零件進行高精度測量，服務于企業的生產與新產品的研發。

以下筆者試運用三坐標精密檢測葉輪等多軸數控加工零件的方法，對如何開展三坐標精密檢測提高零件加工質量的具體實施過程進行一些探討。

1 具體實施過程

1.1 檢測目的

三坐標精密檢測的目的是：在產品的檢測中掌握高精密檢測的基本知識、三坐標精密檢測的流程與技巧，擬出檢測報告，為生產企業提高產品加工質量和精度，從而有效地促進加工生產率。

1.2 檢測實施過程

三坐標精密檢測過程，首先對檢測產品進行測量分析，通過產品特征設定測量方案，然后利用三坐標測量機完成對產品進行建立坐標系、幾何元素采集等；接著利用軟件對產品數據進行分析、處理，得出公差評估結果；最后輸出表格式報告、Excel報告或者圖文報告。

（1）運用討論及匯報方式對測量基本流程及測量分析提供高效的測量方案

1）三坐標測量機(Coordinate Measuring Machine，CMM)將被測物體置于三坐標測量機的測量空間，獲得被測物體上各測量點的坐標值，根據這些點的空間坐標值經過數學運算求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置公差[3]。

2）產品三坐標精密測量的基本流程：直角坐標系→測座和觸發測頭→測頭校正→工件找正→建立坐標系→元素構造→元素的尺寸與公差。

3）組織小組討論，以匯報的形式對產品進行測量分析，選擇適當的三坐標精密檢測方案，如圖1所示。

圖1 三坐標精密檢測方案

（2）產品三坐標精密檢測的要求與步驟：

1）三坐標測量機的基本操作：檢查空壓機的過濾器，油路狀況，打開空壓機；檢查輸氣管，打開三坐標測量機上的壓縮空氣開關；打開三坐標測量機的控制柜電源；打開連接三坐標測量機的專用電腦；打開UCC服務器和RationalDIMS軟件；打開測頭控制急停開關；機器回零。

2）產品的裝夾。根據產品的特點合理擺放基準平面（XY平面）或軸類工件用V型塊裝夾好，以便構建工件測量坐標系；測量基準平面及基本元素較多的一面朝上，盡量設置被測工件與側頭擺角為垂直或者水平狀態，以方便測量元素；如有特別需求的情況應運用萬能夾具將被測產品合理地夾緊。

3）運用三坐標測量軟件對產品進行檢測，如圖2所示。其檢測過程如下：

三坐標測頭系統的建立，選擇與實際匹配的三坐標測頭、測針，創建測量所需用的角度，并添加三坐標測頭至軟件中；對添加成功后的三坐標測頭測針系統進行標定；分析產品檢測的目的，如葉輪檢測的目的就是通過評定被測葉輪的葉型輪廓度誤差、扭轉誤差、控制葉輪彎曲的位置度誤差，來判斷葉輪是否符合圖紙要求[1]；根據產品的特點構建坐標系，如葉輪型面產品，需先采集其基準平面及原點數據，然后根據其中某一葉輪曲面與圓柱面構建出交線，最后得出葉輪型面產品的X或Y軸方向，最終決定其坐標系；測量基本元素根據產品圖紙尺寸及公差要求或根據產品數字化模型對產品基本元素進行檢測。如葉輪型面產品葉輪兩端Y軸方向的尺寸，則需要先測量出葉輪圓柱及葉輪曲面得出的交線才能準確評估，得出結果。如圖3所示。

圖2 產品三坐標檢測

圖3 葉輪產品三坐標檢測過程

4）擬出檢測報告。在完成對產品進行建立坐標系、幾何元素采集后，利用RationalDIMS軟件對產品數據進行分析、處理，得出公差評估結果；最后輸出表格式報告、Excel報告或者圖文報告。

首先，將測量元素拖放至RationalDIMS軟件公差界面對所需測量尺寸及公差進行評估；然后將評估數據拖放至公差數據輸出界面，按被測產品圖紙的尺寸、公差要求排版，并擬出表格輸出報告，如圖4所示。最后將被測產品數字模型導入RationalDIMS軟件，并在公差界面對所需測量尺寸及公差進行評估，最后按被測產品要求的尺寸、公差要求排版，并擬出圖文輸出報告，如圖5所示。

圖4 表格式報告圖

圖5 圖文輸出報告

2 總結與思考

三坐標檢測技術在葉輪等多軸加工產品檢測中的應用中能夠滿足葉輪等多軸加工產品檢測的需求和保障加工產品的質量，并且能夠促進加工精度的提高。在實踐中，筆者有如下體會：

（1）目前多軸加工設備的功能越來越強，加工的工件形狀復雜，加工精度越來越高；在傳統的測量實驗中，我們使用的是最基本的一些量具、測量儀，比方說游標卡尺、內徑指示表、平板、光學分度頭，等等。這些工具的使用需要一定的經驗，學生初用時，測出來的數據一般誤差比較大，而且講解使用方法需要大量的時間[3]。然而，三坐標測量機具備高精度、自動化、全功能化等特點，可以很好應用于多軸加工產品的檢測。因此，多軸加工機床和三坐標測量機的應用會越來越廣泛化和普及化。

（2）在三坐標檢測過程中，應明確產品檢測的目的和組織小組進行討論，然后以匯報的形式對產品進行測量分析，選擇適當的三坐標精密檢測方案，這些是有效提高產品檢測的重要步驟和手段。沒有好的產品檢測就沒有好的加工成品質量反饋，因此，筆者認為，聯合設計師、加工技師和測量人員一起對加工產品進行測量方案選定和檢測分析，能有效地提高檢測效率，并能為提高加工精度提供有效地依據。

（3）三坐標精密檢測技術，是一門綜合性、實踐性、創新性都很強的技術，企業如何能廣泛地應用此技術來提高產品加工生產率是一個新的課題。如企業專門開設三坐標精密檢測部門，需要提供充足的資源保證，包括檢測隊伍、設備材料、設備場地及配套等，一次性投入比較大，對于不少企業可能會遇到經營成本上升或場地等條件不允許的情況，比較難實現。目前，我國已有不少技師學院已添置三坐標精密檢測儀器，并且在師資力量、檢測學員的培養方面已相對成熟地發展了起來，企業可通過與技師學院進行校企合作的方式，將加工產品精密檢測任務帶到技師學院的精密檢測實驗室，與有資歷的教師（檢測人員）一起對產品進行高精密檢測，并擬出有效的檢測報告以反饋加工質量。過去幾年，廣東省的不少技師學院已開展此校企合作的工作，并取得一定的成績。因此，以校企合作的方式提高檢測精度和效率在實踐證明是有效的。

3 結束語

綜上所述，三坐標測量設備不僅可以滿足多軸加工產品檢測的需求和保障加工產品的質量，并且能夠促進加工精度的提高，為企業提高生產效率起到一定的作用。

[1]藺小軍，單晨偉，王增強，等.航空發動機葉片型面三坐標測量機測量技術[J].計算機集成制造系統，2012（1）：125-131.

[2]劉忠偉主.先進制造技術[M].第2版.北京：國防工業出版社，2006.

[3]張 海，付 偉.三坐標測量機在實驗教學中的應用[J].華東大學學報，2005（12）：231-233,251.

Coordinate Detection Exp lore on Im proving the Quality of the Im pellerMachining

GAOShan
（Guangzhou City ElectricalSenior Technical School，Guangzhou 510435，China）

Introduction coordinate detection technology in the impeller axismachining product testing,and to explore coordinate detection technology tomeet the needs of the impeller,such asmulti-axismachining and product testing to ensure quality ofprocessed products,and can contribute to improve themachining accuracy.

coordinate detection；impeller；multi-axismachining；improve the quality

TH721

B

1672-545X（2014）04-0082-03

2014-01-05

高 舢（1982—），男，廣東廣州人，助理講師，大學本科，主要研究方向：數控一體化、工業設計、三坐標檢測。