三坐標測量機在數控機床配件檢測中的應用探索

呂巖，焦丕顯，李林，肖光臨

（1.沈陽機床（集團）有限責任公司；2.沈陽第一機床廠，遼寧 沈陽 110000）

憑借著自身獨特的優勢，三坐標測量機得到了廣泛應用，并取得了極佳的應用效果，被稱為萬能的測量設備。主要工作原理是在測量幾何元素時，重點針對這些幾何元素中某些點的坐標位置予以測量，然后，結合這些點的空間坐標值，將規格、形狀、位置存在的偏差運用數學運算方式算出，換而言之，就是利用PC-DMIS等測量系統補償測頭半徑，擬合出相應幾何元素，如點、線、面等，同時，對其尺寸進行評價。因此，將三坐標測量機在數控機床配件檢測中予以應用，既高效又精準，為數控機床安全、穩定、順利地運轉提供了有力保障。

1 三坐標測量機概述

早在20世紀60年代，就已經出現了三坐標測量機，它是由英國FERRANTI公司研發制作而成。在當時，三坐標測量機是最高效、最先進的一種精密測量儀器，但是，直到1980年，才獲得更好的發展與應用。三坐標測量機的分辨率與顯示數值精確度可高達微米級以及以上，其能夠自動對多個復雜的配件進行高密度測量，其中，該設備所配備的計算機數控系統起到了很大的積極作用。從某種角度來說，三坐標測量機也屬于數控設備的一種，根據結構形式、測量行程、測量精確度予以劃分。一般情況下，三坐標的測量步驟為：制定測量計劃方案、安裝測頭、校核測頭、人工構建大致坐標系、全自動精密建設工作坐標系、自主收集測量元素、建造元素、評估公差、生成報告。三坐標測量機分接觸式和非接觸式，其各有優缺點，一般根據常用檢測零部件選擇適合的軟件系統及探測方式。

現階段，三坐標測量機在我國電子、機械、塑膠以及儀表等領域獲得了廣泛運用，具有極高的社會價值。數控設備推動了現代工業的發展，同時，現代工業向它提出了更高的精度要求。我們一致認為，數控生產和先進技術測量就像車上的兩個輪子，缺一不可。首先，數控設備加工出來的零件如果用普通量具來測量的話，不僅測量不準確，而且還可能帶來更大的誤差，導致整批零件不合格或者重新加工。現在，具有代表性的先進測量技術產物如三坐標，它精確地測量了數控產品的精度和生產要求，使生產效率大大加快。如果用普通量具，很浪費時間而且不準確，所以有先進的測量技術是不可缺的。大量實踐研究數據表明，三坐標測量機能夠通過科學合理的測量方式得知尺寸參數，且結果十分準確，主要是由于其自身所具備的優勢：常規儀器在測量時，流程煩瑣復雜，且周期較長；而三坐標測量機簡化了測量流程，縮短了測量時間，而且還能夠頂替多個表面測量儀器以及價格高昂的組合量規，這些都是三坐標測量機具備的優勢。與常規測量設備對比，三坐標測量機在實際操作環節效率高，數據測量與采集比較全面，這也是在數控機床配件檢測中三坐標測量機獲得有效應用的主要原因之一，即其可以在短時間得到更完整的數據信息。

2 三坐標測量機在數控機床配件檢測中的應用分析

通過對三坐標測量機實踐應用的調查發現，在數控機床配件檢測中運用三坐標測量機時，首先，會對配件的適應性展開詳細檢測；其次，是對配件有無故障損壞予以嚴格檢測。檢測目標不同，流程、方式都有很大差異，因此，對三坐標測量機在數控機床配件檢測中的應用進行深入探究分析，借此推動測量機向著科學化、合理化、規范化的方向發展。

2.1 數控機床配件適應性檢測中對三坐標測量機的應用分析

對數控機床配件適應性進行嚴格檢測，是三坐標測量機的核心要點。數控機床的正常順利運轉離不開配件的幫助，只有選擇最科學合理的配件，數控機床的功能、用途才會得以全面發揮。因為配件的尺寸、形狀、輪廓、安裝位置、承擔責任都有很大差異，所以，采購人員一定要根據實際情況購買合適的配件，并嚴格遵守規范流程對配件進行安裝，為數控機床能夠安全穩定地運行奠定良好的基礎。如果在安裝配件環節，發生了配件適應性較差的問題，那么，會對數控機床運行的順利、有序產生極大不利影響。由此可見，在對配件進行安裝使用之前，對其適應性如何進行檢測十分必要。

三坐標測量機的有效運用，可以合理調節控制配件的每項參數，并將這些參數當作重要參考依據，探析評估配件的三維坐標，以此得到精準的配件數據。然后，將此數據跟數控機床配件的標準范圍進行比較，并找出不同之處或者數值差別較大的數據，然后，對這些數據展開全方位研究分析，從而得知配件適應性上存在的不足與問題。這對配件的調換、維修等后續工作提供了大力幫助，同時，也加強了配件的應用效率和質量。換而言之，通過三坐標測量機對數控機床配件展開三維坐標測量，然后，得到配件各方面的實際情況，并展開深入分析討論，再根據結果確定該配件適應性的強弱。在這個過程中，會將使用三坐標測量機所得出的配件數據跟數控機床配件的標準設計數據進行比較，若是兩者數據之間的區別在允許限值內，那么，說明配件有適應性、合格，可以投入使用；若是兩者數據之間的區別超出了一定范圍，那么，則代表該配件不具備適應性，應當及時更換。

2.2 數控機床配件故障損壞檢測中對三坐標測量機的應用分析

對數控機床配件故障損壞進行詳細檢測是三坐標測量機的重心主旨。配件是數控機床中最關鍵的構成部分，其對數控機床的平穩順利運行起著決定性作用。但是，隨著數控機床夜以繼日的生產加工，其配件也會向老齡化發展，且極有可能出現磨損現象，如果配件的老齡化或者磨損達到較高程度后，就會影響數控機床的正常運轉，從而導致數控機床產生故障，進而直接拉低數控機床的加工效率、加工精確度，嚴重時還會出現安全事故。所以，應用三坐標測量機對數控機床配件是否存在破損、故障等問題進行檢測具有重要意義。

由于數控機床在實際應用過程中，無論是哪種配件，其尺寸大小、外形輪廓、屬性效能都有明確規定，因此，如果數控機床出現了故障問題，相關工作人員只需要將數控機床中所應用到的配件類型、規格大小等數據信息傳輸到三坐標測量機中，然后，三坐標測量機中測量反饋板塊能夠精準找出數控機床在運行中出現故障的配件類別和相關數據信息。由于是跟數控機床配件的標準設計數據進行的比較，因此，出現故障的配件數據差異值會更大，這也從側面提高了故障判斷、剖析的無誤性和精準性。總的來說，在數控機床配件故障損壞檢測環節應用三坐標測量機用具，不但高效率、高準確度，而且還具備極強的實效性。

3 應用三坐標測量機對數控機床長絲杠螺距累積誤差進行測量的實例分析

絲杠是數控機床中最重要的配件之一，為數控機床的傳動、定位起到了很大的積極作用。其中絲杠的螺距累積誤差參數對生產制作絲杠的精確度而言至關重要。比如，某梯形輪廓絲杠的生產技術要求單螺距誤差不得超過9μm，任意50mm螺距累積誤差不得超出13μm等。對短絲杠螺距累積誤差進行測量時，可以應用萬能工具顯微鏡；對長絲杠螺距累積誤差進行測量，再應用顯微鏡是不可行的，就算是對長絲杠進行分距離測量，也不能對300mm以及全長絲杠螺距累積誤差予以測量。并且如果該廠家不生產絲杠配件，基本上都沒有專業測量絲杠螺距累積誤差的儀器，像絲杠導程儀、激光絲杠動態測量儀器等。那么，不生產制作絲杠的廠家就會選擇使用三坐標測量機對絲杠螺距累積誤差進行測量。雖然三坐標測量機生產廠家具備測量絲杠螺距累積誤差的系統軟件，但是，成本較高，而且測量流程、數據處理跟實際需求不符，所以，我們自己編制了一個測量絲杠、處理數據的程序，希望能夠實現精確測量絲杠螺距累積誤差的目標。

3.1 測量及數據處理

應用的測量軟件為AUTOMET3.0版，絲杠測量程序基本流程有：（1）對即將測量的絲杠進行徹底清洗，然后，將其固定在三坐標測量機上，使其跟機器坐標保持平行狀態。如，沿著X方向擱置；（2）選取最合理的測桿長度和測球，對測桿長度予以核算，之后定義測頭，同時，對每個測頭進行嚴格校驗，最后保存；（3）在AUTOMET3.0版軟件上進行編程。將以上測量程序運行完畢后，測量軟件會出示以下數據信息，并生成文本格式，保存在相應文件中。比如，該螺距為12mm，測量長度為1米的絲杠，測量結構如表1所示。

用人工對測量結果數據進行處理十分復雜，卻極易發生偏差，因此，我們通過某個系統編制了一個數據處理軟件，對上述測量數據信息展開了處理，從而得出測量長度上的單螺距誤差、任意50mm長螺距累積誤差的最大值等參數，還將其制作成曲線圖，讓工作人員更加直觀、形象地查看真實測量數據跟標準值的區別。不僅如此，該軟件還具備文本編輯功能，為工作人員的使用提供了極大便利。

表1 三坐標測量機測量結果

3.2 測量環節注意事項

在此程序正式開始運行之前，主要問題是絲杠如何找正、如何正確構建配件坐標系。對此，首先，要做的是，將絲杠的軸線當做配件坐標系的第一軸（X），這是由于絲杠的外圓徑向跳動、圓柱度公差要求比較高，所以，應當通過絲杠的外圓尋找正軸線。其次，在絲杠外圓部位的多個截面上采點，可以多采集幾個截面，可以有效提升軸線的精準性。將所采集的點作為圓柱的軸線，也就是絲杠的軸線，對其進行旋轉，即為配件坐標系的第一軸，之后作過此軸線的一個平面，并對這個平面進行旋轉，使其成為配件坐標系的第二軸，并在三坐標測量機的測頭應當測量的齒面上設置配件坐標系的原點。方可運行以上測量程序，絲杠的螺距、測量長度應當結合被測量絲杠的標準值予以輸入。該行徑能夠為測頭在單個法平面內（包括絲杠軸線），跟軸心距離一致的齒面上予以采點，進而為得到各齒所對應的第一個齒的實測累積螺距提供有力保障。

4 在數控機床配件檢測中應用三坐標測量機的注意事項

通過上方剖析發現，三坐標測量機對數控機床配件檢測而言至關重要，為了確保三坐標測量機的應用成效，應當對以下幾點多加注意。

4.1 探究三坐標測量機的工作原理

三坐標測量機的顯著特點就是綜合性較強，所以充分了解并知曉其測量原理后，再對其展開使用，這樣得到的測量結果與不了解三坐標測量機工作原理就測量所得到的結果相比，前者更加準確、更加可靠。三坐標測量機的基本工作原理為：基于點的坐標、位置進行測量，主要有一維、二維和三維測量。

首先，將被測量配件放進測量空間內，從而可以得出被測配件在X、Y、Z三個坐標位置的參數，然后，將這些參數利用計算機技術予以處理，整合生成測量元素，比如，圓球、圓柱、圓錐、曲面等，之后運營數學計算方式對其形狀、位置公差、其他幾何參數等進行核算。因此，相關工作人員在數控機床配件檢測環節應用三坐標測量機時，一定要提前對該測量器械的工作原理進行全面的了解與認知，然后，建立一套科學合理的應用規范制度，有助于后期測量工作中應用三坐標測量機時操作更加標準，從而顯著提高三坐標測量機的應用效果。

4.2 定期對工作人員進行培訓教育

盡管現在三坐標測量機在檢測數控機床配件過程中已經具備較高智能化和自動化了，然而，去工作流程編制和某些操作要通過工作人員才能完成。如果工作人員對該設備了解程度不足，或者是操作技能不達標，就會直接影響三坐標測量機的應用效果。所以，要想切實提升三坐標測量機的應用成效，一定要不斷提升相關操作人員的專業技能、認識度、操控水準以及職業素養等。比如，可以組織工作人員開展定期培訓活動，主要培訓內容有三坐標測量機的工作原理、操作技能等，為后續測量環節的高效率、高質量奠定堅實基礎。

4.3 三坐標測量機的養護與維修工作

三坐標測量機自身結構、貯存環境等內外因素都會對其測量結果造成一定影響，因此，應當將這些會對三坐標測量機應用成效造成影響的內在或者外在因素進行分析研究，并提出相應的解決策略。我們可以每天用干凈綢布蘸適量的高純度酒精，由內向外擦拭氣浮導軌的工作區域，按下三坐標測量機的應急鍵，拖動各移動軸，檢查運動是否正常。每天要手工排除過濾器及排水口的油、水混合物，并檢查過濾器流量指示器是否工作正常，如果壓降超出規定的要求，則必須更換濾芯。每周用吸塵器清理三坐標測量機表面（防塵罩外表面）及工作環境，檢查壓力表示值是否正常。對三坐標測量機進行定期維修與養護等，借此提高三坐標測量機在數控機床配件檢測的應用效果。

5 結語

總而言之，三坐標測量機通過合理有效的方式能夠檢測數控機床配件的適應性以及故障損壞問題，而且與其他測量方式相比，三坐標測量機操作過程簡便快捷、所需時間短效率高，也極大地避免了由于其他因素影響導致測量結果出現誤差的情況出現，顯著提升了測量結果準確度，這對數控機床安全、穩定、可靠的運行有很大的幫助。