缸體主軸承蓋唇齒輪廓度誤差檢測

葉宗茂

神龍汽車有限公司 湖北襄陽 441004

1 序言

2 輪廓度公差概念及輪廓度誤差評定方法

2.1 輪廓度公差概念

輪廓度公差包含線輪廓度公差和面輪廓度公差。線輪廓度公差是控制表面線元素相對理論線輪廓的誤差；面輪廓度公差是控制面元素相對理論面輪廓的誤差，應用于形體表面的長、寬、高。面輪廓度公差是14個幾何公差中最全面的控制方式，用來獨立或復合控制零件形體如多邊形、圓柱、旋轉表面、錐面，以及共同表面的尺寸、形狀、方向和位置。

輪廓度公差標注必須用到理論輪廓，即由理論正確尺寸標注的零件形體輪廓。理論輪廓可在二維圖樣上用適當的符號標注或在CAD模型上定義，包括明確的、缺省的理論正確尺寸，數值與插補算法的表格，以及樣條曲線與其他數學函數公式（可參照CAD模型查詢）。

輪廓度公差標注的優點是提供了公差帶的清楚定義，與基準、基準順序和理論正確尺寸有關，消除了誤差積累。

2.2 輪廓度誤差的評價方法

用實際輪廓相對理論輪廓的偏差來計算輪廓度誤差，是數字式測量設備廣泛使用的輪廓度誤差評價方法。目前，數字化檢測設備都裝有ISO和ASME兩大標準體系涵蓋的輪廓度誤差評價方法，ISO為產品幾何技術規范和驗證（GPS&V），ASME為幾何尺寸和公差標注（GD&T），兩個標準體系對輪廓度誤差評價方法的差異源于ISO標準是基于設計和檢測驗證一體化考慮，ASME標準則是基于實物裝配的可通過性。

執行ISO標準，計算評價出的輪廓度誤差為最大實際偏差的2倍，計算如下：

另外，ISO標準中也給出了輪廓度誤差的近似評價方法，如用兩端點連線法評價線輪廓度誤差、三遠點法評價面輪廓度誤差，其近似評價方法得出的輪廓度誤差為最大偏差與最小偏差的差值，計算如下：

執行ASME標準，分兩種情況，當偏差出現在理論輪廓的兩側時，計算評價的輪廓度誤差為最大實際偏差與最小實際偏差的差值，計算如下：

3）地面以及地基的壓實工作。在進行土方工程施工時，為了保障施工質量，需要對施工地點進行整理，包括清除雜土以及對地面的壓實平整工作。這些工作完成后，需要有專門的工作人員對其進行質量檢測，確保工作質量達標。

如果最大偏差、最小偏差出現在理論輪廓的同一側，就直接取最大實際偏差為輪廓度誤差，計算如下：

3 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度檢測

3.1 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度產品要求

某缸體主軸承蓋產品如圖1所示，主軸承蓋兩邊各有一個定位唇齒，定位唇齒壓裝成形在粉末冶金實體上，其功能是保證主軸承蓋與缸體軸承座的緊密結合。定位唇齒輪廓度要求如圖2所示，每邊唇齒縱向由前、中、后三段組成。前后兩端橫截面形狀相同，稱為D部區域，由3段線輪廓組成，如圖2a所示，兩邊輪廓度要求0.2mm，中間要求0.1mm，其理論輪廓曲線方程設置為D-D.DXF；定位齒中間部分是一段整體曲線，稱為Z部區域，如圖2b所示，輪廓度要求0.2m m，其理論輪廓曲線方程設置為Z-Z.DXF。

圖1 某缸體主軸承蓋產品

圖2 定位唇齒輪廓度要求

3.2 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量方法

針對該產品定位唇齒形狀的微小特征，采用直線式輪廓儀測量比較合適。缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量方法如圖3所示，測量步驟及評價方法如下。

1）零件定位及測針選擇：如圖3a所示，將零件在輪廓儀測量工作臺上放正，保證測針垂直于定位齒；選擇圓弧半徑為0.02mm的楔形測針測量。

2）確定測量位置：如圖3b所示，每個零件有左右定位齒，每個定位齒測量3個截面，測量位置大致在中間。

圖3 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量方法

3）測量：爬輪廓，得到實際輪廓并選取。

4）導入理論輪廓線：打開、讀取、選擇并導入理論輪廓文件D-D.DXF、Z-Z.DXF。

5）匹配：選理論輪廓、實際輪廓，確認匹配，顯示理論輪廓與實際輪廓匹配后的視圖。

6）選取評定區域：調整起點和終點，確認評價區域。

7）輪廓度的評價：點擊輪廓度評價、理論輪廓、實際輪廓線，選擇評價參數、評價標準等。

8）輸出評價結果：缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量報告如圖4所示。重復以上操作，將其余截面的輪廓度評價結果輸出。

圖4 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量報告

3.3 缸體主軸承蓋定位唇齒輪廓度質量改進

（1）Z部區域線輪廓度誤差的改進 缸體主軸承蓋量產前，主機廠（DPCA）與供應商（MIBA）雙方進行了多次定位唇齒輪廓度測量結果的對比，結果見表1。從表1的數據可以看出：Z部區域輪廓度雙方的測量結果都偏大，測量結果在監控區，需要改進。

表1 缸體主軸承唇齒輪廓度主機廠與供應商測量結果對比 （單位：mm）

觀察實測輪廓線圖形（見圖4b）及檢測驗證發現：①螺栓孔的存在導致唇齒Z部輪廓度評價區域兩邊不對稱，造成較大的擬合誤差。②螺栓孔邊緣不規則導致采樣誤差大。這兩個因素是導致測量評價出的定位唇齒中間Z部區域線輪廓度誤差偏大的主要原因。

改進措施：為了排除擬合評價誤差和邊緣毛刺導致的采樣誤差，從產品設計入手，將Z部評價區域修改為對稱區域，最高點左右各取0.9mm，整個評價區域修改為1.8mm。優化后的Z部區域輪廓度測量結果對比見表2，定位唇齒Z部區域線輪廓度誤差處于公差中值附近的信任區，預防了質量風險。

表2 缸體主軸承唇齒Z部輪廓度評價區域優化后測量結果對比 （單位：mm）

（2）D部區域輪廓度超差的整改 該主軸承蓋最初送樣件檢測時，D部區域輪廓度測量結果超差。經過與供應商交流，發現其輪廓度誤差評價方法采用的是包容區域法（ASME標準），即最大偏差與最小偏差的差值，而主機廠驗收采用的是ISO標準，以最大偏差的2倍評價輪廓度誤差。對超差零件，主機廠進行了兩種評定方法的檢測驗證，不同的輪廓度評價方法下D部區域輪廓度誤差如圖5所示。采用包容區域法計算評價出的D部區域輪廓度誤差如圖5a所示，線輪廓度誤差為0.0956mm，小于公差0.1mm，合格；采用最大偏差的2倍計算評價出的D部區域輪廓度誤差如圖5b所示，線輪廓度誤差為0.1348mm，大于公差0.1mm，不合格。

圖5 不同的輪廓度評價方法下D部區域輪廓度誤差

雙方通過多次技術交流達成如下共識。

1）只要產品圖樣技術要求明確了所使用的標準，無論使用哪種測量設備或評價軟件，對產品符合性評價都應以產品圖的技術標準為依據。

2）最小包絡區域應該以理論曲線為參照進行包容，因此最小包絡區域應該等于最大偏差的2倍。如果評價結果為“最大偏差減最小偏差或最大偏離值與最小偏離值之和”，那是“偏差波動范圍”，不能用于評價產品是否合格。

3）該產品技術要求明確指出幾何公差執行ISO標準，因此唇齒輪廓度評定方法統一為最大偏差的2倍，測量結果超差就要整改。

供應商依據測量結果修正了模具，改進后的主軸承唇齒輪廓度測量結果見表3，隨機抽檢改進批零件，檢測唇齒D部區域輪廓度全部合格。測量設備為HOMMEL T8000。

表3 改進后主軸承唇齒輪廓度抽檢結果 （單位：mm）

通過供需雙方的多次交流、整改，優化制造模具，固化工藝參數，統一缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測量評價方法等措施，優化了監控計劃，確保了該產品量產前的符合性，起到了質量預防作用。該產品批量供貨5年來，未發生一起質量事故，提高了整車產品的美譽度。

4 結束語

隨著我國汽車制造工業的高速發展，傳統的樣板法、投影法和仿形法等輪廓度測量方法均因測量精度和測量效率較低而不能滿足現代汽車零部件生產的需要。兩坐標、三坐標測量機和直線式輪廓儀等數字化檢測設備的廣泛應用，為汽車零部件輪廓度的測量和評定打開了思路，已成為汽車零部件產品幾何公差控制的主要手段。