高精度支架零件尺寸測(cè)量方法

□ 鄧集松

中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南洛陽(yáng) 471009

1 零件尺寸

高精度支架零件材料為15-5PH不銹鋼,主要尺寸如圖1所示,尺寸精度要求高。

▲圖1 高精度支架零件尺寸

高精度支架零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,尺寸精度要求高,在測(cè)量35±0.012 mm和5±0.012 mm尺寸時(shí),測(cè)量基準(zhǔn)是φ48 mm圓柱上的兩處φ9 mm孔,轉(zhuǎn)換測(cè)量基準(zhǔn)容易造成測(cè)量誤差。

2 測(cè)高儀測(cè)量

選用Micro-hite 600型測(cè)高儀測(cè)量,選擇合適的測(cè)頭,并進(jìn)行測(cè)頭校準(zhǔn)。

(1) 35±0.012 mm尺寸的測(cè)量。將零件裝夾在精密平口鉗上,用測(cè)高儀找正零件上C、D兩處φ9 mm孔中心軸線與測(cè)量平臺(tái)平行,然后將零件夾緊。測(cè)高儀選擇測(cè)量程序F3,即測(cè)量孔之間的距離,使測(cè)頭在C孔上下接觸一下,此時(shí)測(cè)高儀顯示0.000。將測(cè)頭分別移至A、B兩處φ9 mm孔內(nèi),分別測(cè)量,記錄測(cè)量結(jié)果。

(2) 5±0.012 mm尺寸的測(cè)量。將精密平口鉗翻轉(zhuǎn)90°,測(cè)高儀選擇測(cè)量程序F3,使測(cè)頭在C孔上下接觸一下,此時(shí)測(cè)高儀顯示0.000。將把測(cè)頭分別移至A、B兩處φ9 mm孔內(nèi),分別測(cè)量,記錄測(cè)量結(jié)果。

采用測(cè)高儀常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)量,需要將零件裝夾在精密平口鉗上,找正C、D兩處φ9 mm孔的中心軸線與工作臺(tái)面平行,找正過程煩瑣。另外,在裝夾零件時(shí),也受到零件兩端面平行誤差的影響,造成端面與A、B兩處φ9 mm孔的中心軸線不平行,測(cè)量結(jié)果的可信度較差。

3 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高效率的新型精密測(cè)量?jī)x器,具有測(cè)量精確可靠、通用性強(qiáng)等特點(diǎn),可以進(jìn)行零件和部件的尺寸、形狀,以及相互位置的測(cè)量,能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)及自動(dòng)化測(cè)量。筆者選用PMMC-700 型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

(1) 裝夾方法。測(cè)量工裝如圖2所示。以一面兩銷定位,并以零件端面、φ40 mm孔、φ3.5 mm孔定位。為了防止零件過定位,棱形銷與φ3.5 mm孔配合。為了方便測(cè)量與裝夾,基于環(huán)形壓緊結(jié)構(gòu)采用螺釘壓緊,具體方法為:用壓板將工裝固定在工作臺(tái)上,壓板位置避開零件上φ9 mm孔;將零件安裝在工裝上面,零件底面和工裝表面嚴(yán)密貼合;輕輕擰緊螺釘,確保探針的測(cè)量桿不會(huì)碰到零件。

▲圖2 測(cè)量工裝

(2) 測(cè)量過程。考慮到高精度支架零件精度要求較高,環(huán)境溫度會(huì)對(duì)零件的測(cè)量結(jié)果造成一定影響,因此通過軟件對(duì)零件和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三個(gè)軸進(jìn)行溫度補(bǔ)償。打開三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),進(jìn)入測(cè)量軟件界面,將測(cè)量頭移動(dòng)至機(jī)器零點(diǎn),進(jìn)入測(cè)頭校準(zhǔn)程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行校準(zhǔn)。

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu),測(cè)量時(shí)要考慮零件變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,所以零件粗建坐標(biāo)系后,采用再一次精建坐標(biāo)系的方法來完成零件測(cè)量。

選擇測(cè)量頭,手動(dòng)測(cè)量出A、B、C三處φ9 mm孔,再選擇測(cè)量頭測(cè)量D處φ9 mm孔。連接A、B孔的中心連線,并連接C、D孔的中心連線,以C、D孔的中心連線為Y軸,以A、B孔的中心連線為X軸,建立CSY1坐標(biāo)系。通過CSY1坐標(biāo)系,編制測(cè)量程序,使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)再一次自動(dòng)測(cè)量A、B、C、D四處φ9 mm孔。然后分別連接A、B孔和C、D孔的中心連線,建立CSY2坐標(biāo)系。

用測(cè)量軟件將CSY1坐標(biāo)系內(nèi)A、B兩孔坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換至CSY2坐標(biāo)系,得A、B兩孔相對(duì)于C、D兩孔中心連線的位置35±0.012 mm、5±0.012 mm尺寸。

4 測(cè)量誤差分析

用測(cè)高儀和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分別對(duì)10件高精度支架零件進(jìn)行測(cè)量,對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

測(cè)高儀測(cè)量的不確定度誤差δ1為:

δ1=(1.5+6L/1 000)=1.71 μm

式中:L為孔距。

環(huán)境誤差主要為溫度引起的誤差。人員操作誤差包括找正零件基準(zhǔn)時(shí)所產(chǎn)生的誤差、測(cè)頭與被測(cè)件接觸不當(dāng)?shù)热藶椴僮魉a(chǎn)生的誤差等。測(cè)高儀的綜合測(cè)量誤差為測(cè)高儀不確定度誤差、環(huán)境誤差、人員操作誤差之和。

用測(cè)高儀分別對(duì)10件高精度支架零件進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 測(cè)高儀測(cè)量結(jié)果

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量不確定度誤差δ2為:

δ2=[0.6+(L/600)]=0.65 μm

環(huán)境誤差可以忽略,主要原因是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)環(huán)境溫度和零件溫度進(jìn)行了補(bǔ)償,避免了誤差的產(chǎn)生。同時(shí),三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)編制了零件檢測(cè)程序,測(cè)量時(shí),只需要將零件安裝在工裝上,即可執(zhí)行檢測(cè)程序,剔除人為操作引起的誤差。因此,三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合測(cè)量誤差即為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量不確定度誤差。

用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分別對(duì)10件高精度支架零件進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

高精度支架零件采用測(cè)高儀測(cè)量時(shí),測(cè)量誤差較大,零件的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)可信度差,而且找正零件較煩瑣,測(cè)量一件高精度支架零件需耗時(shí)30 min,測(cè)量效率低。采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí),利用編程自動(dòng)測(cè)量,測(cè)量一件高精度支架零件平均只需要2 min,大大縮短了測(cè)量時(shí)間,降低了對(duì)檢驗(yàn)人員的技能要求。

實(shí)踐證明,選用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量高精度支架零件尺寸,可以達(dá)到準(zhǔn)確、快速、高效的目的。測(cè)量方法簡(jiǎn)便易行,測(cè)量精度和效率高,可以為相似高精度零件的測(cè)量提供參考。