金屬機械零件安裝的幾何誤差測試系統

何 波

（蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070）

金屬機械零件安裝是我國大部分企業進行加工生產的重要基礎同時也是重要環節，在各企業的機械設備正式使用前，第一步是要確保金屬機械零部件安裝的安全性與安裝質量，使其在生產過程中將良好的性能發揮出來，并延長設備的使用壽命，但需要注意的是，企業常用機械設備在使用過程中常常要面臨惡劣的工作與運行環境，經常會受到各類問題的威脅，若金屬零部件安裝過程中出現誤差造成生產事故將會給企業帶來巨大經濟損失并造成嚴重的社會影響，因此提出金屬機械零件的幾何誤差測試系統設計。幾何誤差測試的主要內容包括：待安裝零件的尺寸、形狀和表面相互位置精度以及表面質量、物理力學性能等等[1]。通過幾何誤差測試，從技術條件和經濟效果綜合考慮，盡可能消除或減少誤差。

1 幾何誤差測試系統硬件設計

金屬機械零件的幾何誤差測試系統硬件設計將“感、傳、知”于一體，有效的對交通軌道進行幾何誤差測試。

幾何誤差測試系統測量框架采用由Struts和Hibernate整合而成的J2EE框架，J2EE框架是一種輕量級的系統硬件運行存儲框架，能夠有效的改善系統硬件的工作環境[2]。應用Tomcat輕量級服務器，Tomcat能夠支持JSP和Servlet的web，具有免費、開放源碼等特點。系統硬件為齒輪齒條傳動副，應用其帶動測量架運動，運動導向機構采用主副測試臺結合導向輪形式，主副測試臺各有一個導向面。測量架上的電機使得齒輪齒條傳動副運動，帶動測量架實現勻速直線運動[3]。依托測量架運動，攜帶的光電編碼器就可自動讀取待測金屬零件的幾何參數。

由于主副測試臺各有一個導向面，用來分別測試金屬機械加工機床中，金屬機械零件的水平方向和垂直方向的幾何誤差，檢測過程示意圖如圖1所示。

圖1 金屬機械零件的幾何誤差測試示意圖

金屬機械零件安裝過程中，機械設備有關部件及夾具、工件、刀具，在力的作用下都會發生不同程度的形變，這就導致金屬零件表面在作用力方向上發生變化，產生安裝誤差。機械設備的設計參數對各零件安裝有一定影響，機械設備主軸部件技術性能和金屬機械零件的堅硬度對安全誤差的分量也同樣具有一定的影響。通過形幾何誤差提取組成要素，對提取要素的中心線、中心面進行擬合。根據擬合要素建立金屬零件安裝過程中水平方向和垂直方向的基準，根據基準點、基準線完成誤差測試。最后比較被測金屬零件的正向和反向兩次測量值，完成幾何誤差標定檢驗[4]，從而完成幾何誤差測試系統的硬件設計。

2 幾何誤差測試系統軟件設計

幾何誤差測試系統軟件由數據采集軟件、數據分析軟件以及數據庫軟件構成，通過數據來形象的展示金屬機械零件安裝過程的幾何誤差。

由于金屬機械零件安裝的幾何誤差，常常是因為金屬機械加工機床加工不當造成的，在零件材質穩定情況下，利用統計模型分析、相關性分析方法，對金屬機械加工機床加工工序進行分析[5]。在幾何誤差測試系統軟件設計中，金屬機械加工機床加工工序圖系統和信息管理系統，負責獲取零件加工尺寸等動態信息以及機械加工設計標位等相關信息。依托數據采集軟件、數據分析軟件，對金屬機械加工機床加工信息進行整合，數據采集軟件、數據分析軟件采用C/S工作模式，具有單曲線及多曲線繪制功能[6]。可將數據采集軟件中的數據進行曲線繪制，便于數據分析軟件分析，同時根據測量時間、光電編碼器編碼進行信息儲存，從而完成幾何誤差測試系統的軟件設計。

通過設計金屬機械零件安裝的幾何誤差測試系統的組成各個硬件元件、軟件，完成了幾何誤差測試系統的整體設計，為了確保設計的幾何誤差測試系統測試結果的有效性，對零件安裝的幾何誤差標定進行檢驗。

基于對金屬機械零件的幾何誤差測試系統進行硬件、設計，結合幾何誤差標定檢驗，實現幾何誤差測試系統設計。

3 試驗分析

為了驗證本文提出的金屬機械零件安裝幾何誤差測試系統的有效性，進行試驗分析。隨機抽取某企業進行安裝完成后的10個金屬機械零件。其中5個使用人工來檢測幾何誤差，5個使用本文的幾何誤差測試系統來進行幾何誤差檢測，分別比較兩種檢測方式下，10個金屬機械零件安裝的幾何誤差檢測結果。

對隨機抽取10個金屬零件在機械設備安裝工序結束后，進行幾何誤差檢測，設置檢測工序以及安裝后零件尺寸偏差如表1所示。

表1 試驗參數

試驗后，兩種檢測方式幾何誤差結果檢測結果如表2所示。

表2 試驗結果

由表2可知，本文提出的幾何誤差測試系統較傳統人工幾何誤差檢測精度更高，同時還能緩解檢測人員工作壓力，具有切實的可行性。

4 總結

本文提出了金屬機械零件的幾何誤差測試系統，通過對零件的幾何誤差測試系統進行硬件、設計，結合幾何誤差標定檢驗，實現幾何誤差測試系統設計。實例分析證明，本文提出的幾何誤差測試系統具有較高的應用價值，希望本文能為企業機械設備安裝過程中出現幾何誤差檢測提供參考價值。