差速器殼的三坐標測量建標的正確方法

葉永強，蔡雪峰，劉公民

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

汽車差速器殼是后橋總成的關鍵組成部分，它最基本的作用就是汽車轉彎時滿足兩側車輪轉速不同的要求。差速器殼的精度好壞直接影響到后橋總成使用壽命，是減速器產生異響的主要因素。現在差速器殼的尺寸檢測方法有很多種，其中利用橋式三坐標測量是目前精度最高、測量項目最全面、檢測結果最可靠的辦法[1]，隨著生產制造工藝要求和效率的不斷增高，對于制造精度的需求也隨之增高，各企業利用橋式三坐標檢測差速器殼的尺寸要求將是大勢所趨。

橋式三坐標測量差速器殼時，由于不正確的建標方法，可能會出現測量結果不準確，以致誤導機床加工坐標的調整，生產出批量不合格零件。我公司是國內著名汽車零部件生產制造商，其中差速器殼是我司眾多產品中較重要的產品，公司對該產品的質量要求相當嚴格[2]。本文重點介紹了一種差速器的三坐標檢測建標方法，分析并采取最優方案。實踐證明所采取的措施有效地保證了產品質量，滿足了客戶要求。

1 零件初始坐標系的建立方法

三坐標測量批量零件時首先要建立初始的測量坐標系，這是三坐標測量機識別自身位置與零件的相對大概位置的基礎[3]，初始坐標系的建立方法有很多種，這里只介紹一種工裝定位法，如圖1，以工裝的平面指定+XY平面，工裝的側面指定+X軸，三個面的交點為原點建立坐標系即可。初始坐標系的精度要求不需要非常高，只要保證測針測量零件時沒有干涉現象就可以了，但建立好坐標系以后工裝不能有移位現象，否則測量零件會產生測針與零件干涉現象，如有工裝移位則需要重新建立初始坐標系。初始坐標系的建立是以后批量測量零件時，提高測量效率的基礎。

圖1 工裝零件圖

2 零件精確坐標系的建立方法

根據零件空間的六個自由度定位原理，只要控制了六個方向的自由度就可以確定零件的坐標位置，根據3-2-1定位原理，3點確定一個平面，2點確定一條直線，1點作為坐標原點，這是三坐標建立坐標系最基本的方法，其他的建標方法，如迭代法、最佳擬合法等都是從這個原理推導延伸出來的。

2.1 不正確的建標方法

圖1中的零件是我司生產的某新型差速器殼產品，圖2是主視圖，最開始測量員采用的零件精確坐標系建立方法是“3-2-1”法，以測量H基準平面為+YZ平面，分別測量E基準上的2個截圓和F基準上的2個截圓，用4個截圓的圓心構成F-G基準直線作為+Y軸，測量Sφ84.8球面作為原點，完成零件精確坐標系的建立。通過測量軟件編好測量程序后按圖紙要求對差速器殼的各個元素進行自動測量，并輸出測量報告。但在做差速器殼反復定位的測量系統分析（MSA）時，發現尺寸32±0.1的Cmk（穩定性）值為1.19不合格（Cmk≥1.67合格），用其他的尺寸做MSA時，Cmk也不穩定。分析后發現建標方式和測量方法這兩點是造成測量誤差的主要原因。

圖2 主視圖

2.2 正確的建標方式和測量方法

由圖2可知，A基準和B基準是整個圖紙最重要的基準，其他元素的形位公差都是由這兩個基準引出，因此A基準和B基準的連線A-B基準必須作為控制零件精確坐標系自由度的最關鍵因素。C基準和D基準與A基準和B基準都在同一條軸線上，不能作為坐標系自由度的一個主要因素。

左視圖（圖3）指出了E基準和F基準是該視圖的基準線，因此E基準和F基準的連線E-F基準可以作為坐標系自由度的另一個因素，坐標原點不能用Sφ84.8的球面作為原點，因為被測的球面面積只有圓球面的1/15，這樣因為橋式三坐標測量機的精度問題，測量誤差較大，且實際加工時，每件的球面位置都不一致，測量批量差速器殼時，由于參考點位置不一致，會造成測量結果繁雜混亂，不好分析測量報告，根據測量報告調整機床時需要調整的相關尺寸太多，但用E-F基準投影在A-B基準的投影點作為原點，即可解決這個問題，使測量報告簡單清晰化。

圖3 左視圖

3 實際應用

建立好零件的精確坐標系后，根據圖紙和測量計劃要求編寫測量程序。測量元素A-B基準時，不能用測量4個（或多個）空間圓然后連成一條線的方法，而是用測量圓柱命令的方法直接測量A-B基準，因為在三坐標軟件的算法中，空間圓是按照測點先投影在一個默認平面上，然后在按最小二乘法構造的圓，如圖4所示，這樣的圓構成的直線會產生一個方向誤差，如果3個空間點構成一個圓，則這個圓的圓心也會因為測量時產生的余弦誤差與A-B基準圓柱不在同一條線上。因此在圓的元素測量時，盡量不要采用空間圓的方法測量，這是造成測量誤差偏大的根本原因，同理測量E-F基準也用相同的方法測量。這樣重新編寫完成測量程序后的差速器殼MSA各項指標均合格，其中Cmk（穩定性）值為3.77合格。后續我司的其他型號橋式三坐標分別對該型差速器殼用上述的兩種方法做比對驗證，測量結果基本一致。

圖4 空間圓的測量圖

4 結論

三坐標測量零件時，一定要先理解透零件的具體特性，根據圖紙的要求，靈活運用三坐標建標方法，建立正確的零件精確測量坐標系，才能保證測量的準確性和可靠性，這也是三坐標測量區別于傳統測量的主要特點之一。有了零件精確坐標系，就可以根據檢測項目需要，進行測量程序的編寫，測量由軟件進行坐標轉換，實現自動測量，后續的批量零件就可以重復運行，反復測量，保證測量結果的準確性和可靠性，提高生產效率。