短圓弧大直徑零件型面的精確測量

李長映（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

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短圓弧大直徑零件型面的精確測量

李長映
（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：筆者結合自己多年航空發動機工裝制造工藝和測量方面的經驗，結合具體問題的詳細分析，對短圓弧大直徑零件型面的精確測量方法進行總結，希望能夠為相關單位的人員以幫助和啟示。

關鍵詞：短圓弧；直徑；精確測量

1　概述

航空發動機零部件的加工，為了保證其質量和生產效率，普遍采用工裝加工和測量。由于航空發動機零部件回轉體較多，很多工裝（測具和夾具）設計都會采用圓弧面（很少有整圓）作為定位基準。加工的工藝上，基本采用車、磨回轉加工方法，或者采用數控銑、數控光學曲線磨床加工。前者可以通過整體加工（或者增加通過回轉中心的對塊），測量整個圓的直徑，合格后再進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行精確測量。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”），圓弧型面直徑的準確測量將非常困難。

2“短弧大R”直徑的準確測量困難的原因分析

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

3　精確測量方法介紹

因為任何一種測量設備和手段，測量誤差都存在。目前國際上最精確的三坐標測量機的示值誤差E值≤（0.4+L/1000）μm，普通2級精度的平板、方箱、正弦規、量塊測量誤差5μm左右。對于“短弧大R”型面，絕對精確的測量幾乎是無法實現的，所謂精確測量，是指重復測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

工件實際弦高與計算之差，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，這種方法測量的重復性滿足公司企業標準測量系統誤差小于零件公差1/3的規定。

圖1　

3.2利用三坐標測量機測量

3.2.1圓柱型面測量。找正A-A剖面左側基面，并作為Y軸原點。在被檢測型面上（B基準R389.55±0.01）利用曲面點功能，通過調整找出，X軸距離為被檢測圓弧型面弦長一半，Z軸等高的兩個特殊點A、B。根據A、B兩點X軸實際距離確定R中心線（根據圓上任意弦的垂直平分線通過圓心的數學定理），利用勾股定理，計算出弦高，確定R中心位置，將坐標Z原點移動至R中心。反測R389.55是否符合公差要求。

圖2　

3.2.2圓錐型面測量直徑測量。盡管三坐標測量軟件提供了測量圓錐、圓柱、圓的通用測量程序模塊，但對于小于1/2圓的情況，無法得到最后的準確測量結果，計算機對于采樣點的坐標進行數學計算過程發生錯誤，導致測出結果偏差極大。這就限制了此工件不可用測圓錐模塊對短錐面測量。在反復實踐對各種檢測方法的比較后，我得出了兩種可行方案，方案一：通過自動特征曲面點功能先計算出錐面上各交點的理論矢量（I、J、K）方向，再通過測量目標位置臨近三點來確定該點的實際矢量方向，該方法是一種逐步逼近的方法，需更改目標矢量方向，反復測量多次，直至達到理想狀態。方案二：先在UG軟件中畫出短錐面模型，后將其導入到PC-DMIS中，通過工件坐標系的建立，將CAD模型與工件聯系起來，從數模上采點獲取目標點的理論值，通過自動特征矢量點驅動測量實測點，而后將理論值與實測值進行比較，得到所需坐標方向的偏差。

以上兩種方法均需在建立正確、合適的坐標系前提下實現，角度測量也相同。下面以方案二為例作以簡要說明。首先，新建測量程序，因在測量圓柱過程中需多次旋轉測頭，要注意測頭角度的選取。將CAD模型以IGS格式導入，找平底面為基準平面，測量串距基準面，再測兩圓柱，旋轉側基面為X軸，基準圓柱Φ81.988 為Y、Z軸原點，串距基面為X軸原點，CAD=PART，建立工件坐標系。然后，評價Φ93圓柱的位置度即為兩圓柱的同心度。打開自動特征矢量點，從數模上選點A、B、C、D為目標點，獲取標稱值后，自動測量上述點，評價各點Z方向偏差，再從數模每段錐中心剖面線上選取兩點，如上自動測量后，將其連線評價角度。

參考文獻

[1]《機械設計手冊》聯合編寫組.機械設計手冊[M].北京：化學出版社，1979. [2]《UG NX 7.5完全自學手冊》博創設計坊組.北京：機械工業出版社，2010.

[3]《幾何量計量》聯合編寫組.北京：原子能出版社，2002.

中圖分類號：TB921

文獻標識碼：A