缸體主軸承蓋唇齒輪廓度誤差檢測(cè)

葉宗茂

神龍汽車有限公司 湖北襄陽(yáng) 441004

1 序言

2 輪廓度公差概念及輪廓度誤差評(píng)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(duì)理論線輪廓的誤差；面輪廓度公差是控制面元素相對(duì)理論面輪廓的誤差，應(yīng)用于形體表面的長(zhǎng)、寬、高。面輪廓度公差是14個(gè)幾何公差中最全面的控制方式，用來(lái)獨(dú)立或復(fù)合控制零件形體如多邊形、圓柱、旋轉(zhuǎn)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(biāo)注必須用到理論輪廓，即由理論正確尺寸標(biāo)注的零件形體輪廓。理論輪廓可在二維圖樣上用適當(dāng)?shù)姆?hào)標(biāo)注或在CAD模型上定義，包括明確的、缺省的理論正確尺寸，數(shù)值與插補(bǔ)算法的表格，以及樣條曲線與其他數(shù)學(xué)函數(shù)公式（可參照CAD模型查詢）。

輪廓度公差標(biāo)注的優(yōu)點(diǎn)是提供了公差帶的清楚定義，與基準(zhǔn)、基準(zhǔn)順序和理論正確尺寸有關(guān)，消除了誤差積累。

2.2 輪廓度誤差的評(píng)價(jià)方法

用實(shí)際輪廓相對(duì)理論輪廓的偏差來(lái)計(jì)算輪廓度誤差，是數(shù)字式測(cè)量設(shè)備廣泛使用的輪廓度誤差評(píng)價(jià)方法。目前，數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備都裝有ISO和ASME兩大標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋的輪廓度誤差評(píng)價(jià)方法，ISO為產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范和驗(yàn)證（GPS&V），ASME為幾何尺寸和公差標(biāo)注（GD&T），兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)輪廓度誤差評(píng)價(jià)方法的差異源于ISO標(biāo)準(zhǔn)是基于設(shè)計(jì)和檢測(cè)驗(yàn)證一體化考慮，ASME標(biāo)準(zhǔn)則是基于實(shí)物裝配的可通過性。

執(zhí)行ISO標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算評(píng)價(jià)出的輪廓度誤差為最大實(shí)際偏差的2倍，計(jì)算如下：

另外，ISO標(biāo)準(zhǔn)中也給出了輪廓度誤差的近似評(píng)價(jià)方法，如用兩端點(diǎn)連線法評(píng)價(jià)線輪廓度誤差、三遠(yuǎn)點(diǎn)法評(píng)價(jià)面輪廓度誤差，其近似評(píng)價(jià)方法得出的輪廓度誤差為最大偏差與最小偏差的差值，計(jì)算如下：

執(zhí)行ASME標(biāo)準(zhǔn)，分兩種情況，當(dāng)偏差出現(xiàn)在理論輪廓的兩側(cè)時(shí)，計(jì)算評(píng)價(jià)的輪廓度誤差為最大實(shí)際偏差與最小實(shí)際偏差的差值，計(jì)算如下：

3）地面以及地基的壓實(shí)工作。在進(jìn)行土方工程施工時(shí)，為了保障施工質(zhì)量，需要對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行整理，包括清除雜土以及對(duì)地面的壓實(shí)平整工作。這些工作完成后，需要有專門的工作人員對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保工作質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

如果最大偏差、最小偏差出現(xiàn)在理論輪廓的同一側(cè)，就直接取最大實(shí)際偏差為輪廓度誤差，計(jì)算如下：

3 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度檢測(cè)

3.1 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度產(chǎn)品要求

某缸體主軸承蓋產(chǎn)品如圖1所示，主軸承蓋兩邊各有一個(gè)定位唇齒，定位唇齒壓裝成形在粉末冶金實(shí)體上，其功能是保證主軸承蓋與缸體軸承座的緊密結(jié)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(qū)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(shè)置為D-D.DXF；定位齒中間部分是一段整體曲線，稱為Z部區(qū)域，如圖2b所示，輪廓度要求0.2m m，其理論輪廓曲線方程設(shè)置為Z-Z.DXF。

圖1 某缸體主軸承蓋產(chǎn)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(cè)量方法

針對(duì)該產(chǎn)品定位唇齒形狀的微小特征，采用直線式輪廓儀測(cè)量比較合適。缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測(cè)量方法如圖3所示，測(cè)量步驟及評(píng)價(jià)方法如下。

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

2）確定測(cè)量位置：如圖3b所示，每個(gè)零件有左右定位齒，每個(gè)定位齒測(cè)量3個(gè)截面，測(cè)量位置大致在中間。

圖3 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測(cè)量方法

3）測(cè)量：爬輪廓，得到實(shí)際輪廓并選取。

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

5）匹配：選理論輪廓、實(shí)際輪廓，確認(rèn)匹配，顯示理論輪廓與實(shí)際輪廓匹配后的視圖。

6）選取評(píng)定區(qū)域：調(diào)整起點(diǎn)和終點(diǎn)，確認(rèn)評(píng)價(jià)區(qū)域。

7）輪廓度的評(píng)價(jià)：點(diǎn)擊輪廓度評(píng)價(jià)、理論輪廓、實(shí)際輪廓線，選擇評(píng)價(jià)參數(shù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。

8）輸出評(píng)價(jià)結(jié)果：缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測(cè)量報(bào)告如圖4所示。重復(fù)以上操作，將其余截面的輪廓度評(píng)價(jià)結(jié)果輸出。

圖4 缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測(cè)量報(bào)告

3.3 缸體主軸承蓋定位唇齒輪廓度質(zhì)量改進(jìn)

（1）Z部區(qū)域線輪廓度誤差的改進(jìn) 缸體主軸承蓋量產(chǎn)前，主機(jī)廠（DPCA）與供應(yīng)商（MIBA）雙方進(jìn)行了多次定位唇齒輪廓度測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，結(jié)果見表1。從表1的數(shù)據(jù)可以看出：Z部區(qū)域輪廓度雙方的測(cè)量結(jié)果都偏大，測(cè)量結(jié)果在監(jiān)控區(qū)，需要改進(jìn)。

表1 缸體主軸承唇齒輪廓度主機(jī)廠與供應(yīng)商測(cè)量結(jié)果對(duì)比 （單位：mm）

觀察實(shí)測(cè)輪廓線圖形（見圖4b）及檢測(cè)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：①螺栓孔的存在導(dǎo)致唇齒Z部輪廓度評(píng)價(jià)區(qū)域兩邊不對(duì)稱，造成較大的擬合誤差。②螺栓孔邊緣不規(guī)則導(dǎo)致采樣誤差大。這兩個(gè)因素是導(dǎo)致測(cè)量評(píng)價(jià)出的定位唇齒中間Z部區(qū)域線輪廓度誤差偏大的主要原因。

改進(jìn)措施：為了排除擬合評(píng)價(jià)誤差和邊緣毛刺導(dǎo)致的采樣誤差，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)入手，將Z部評(píng)價(jià)區(qū)域修改為對(duì)稱區(qū)域，最高點(diǎn)左右各取0.9mm，整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域修改為1.8mm。優(yōu)化后的Z部區(qū)域輪廓度測(cè)量結(jié)果對(duì)比見表2，定位唇齒Z部區(qū)域線輪廓度誤差處于公差中值附近的信任區(qū)，預(yù)防了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

表2 缸體主軸承唇齒Z部輪廓度評(píng)價(jià)區(qū)域優(yōu)化后測(cè)量結(jié)果對(duì)比 （單位：mm）

（2）D部區(qū)域輪廓度超差的整改 該主軸承蓋最初送樣件檢測(cè)時(shí)，D部區(qū)域輪廓度測(cè)量結(jié)果超差。經(jīng)過與供應(yīng)商交流，發(fā)現(xiàn)其輪廓度誤差評(píng)價(jià)方法采用的是包容區(qū)域法（ASME標(biāo)準(zhǔn)），即最大偏差與最小偏差的差值，而主機(jī)廠驗(yàn)收采用的是ISO標(biāo)準(zhǔn)，以最大偏差的2倍評(píng)價(jià)輪廓度誤差。對(duì)超差零件，主機(jī)廠進(jìn)行了兩種評(píng)定方法的檢測(cè)驗(yàn)證，不同的輪廓度評(píng)價(jià)方法下D部區(qū)域輪廓度誤差如圖5所示。采用包容區(qū)域法計(jì)算評(píng)價(jià)出的D部區(qū)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(jì)算評(píng)價(jià)出的D部區(qū)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(píng)價(jià)方法下D部區(qū)域輪廓度誤差

雙方通過多次技術(shù)交流達(dá)成如下共識(shí)。

1）只要產(chǎn)品圖樣技術(shù)要求明確了所使用的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論使用哪種測(cè)量設(shè)備或評(píng)價(jià)軟件，對(duì)產(chǎn)品符合性評(píng)價(jià)都應(yīng)以產(chǎn)品圖的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。

2）最小包絡(luò)區(qū)域應(yīng)該以理論曲線為參照進(jìn)行包容，因此最小包絡(luò)區(qū)域應(yīng)該等于最大偏差的2倍。如果評(píng)價(jià)結(jié)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(dòng)范圍”，不能用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否合格。

3）該產(chǎn)品技術(shù)要求明確指出幾何公差執(zhí)行ISO標(biāo)準(zhǔn)，因此唇齒輪廓度評(píng)定方法統(tǒng)一為最大偏差的2倍，測(cè)量結(jié)果超差就要整改。

供應(yīng)商依據(jù)測(cè)量結(jié)果修正了模具，改進(jìn)后的主軸承唇齒輪廓度測(cè)量結(jié)果見表3，隨機(jī)抽檢改進(jìn)批零件，檢測(cè)唇齒D部區(qū)域輪廓度全部合格。測(cè)量設(shè)備為HOMMEL T8000。

表3 改進(jìn)后主軸承唇齒輪廓度抽檢結(jié)果 （單位：mm）

通過供需雙方的多次交流、整改，優(yōu)化制造模具，固化工藝參數(shù)，統(tǒng)一缸體主軸承蓋唇齒輪廓度測(cè)量評(píng)價(jià)方法等措施，優(yōu)化了監(jiān)控計(jì)劃，確保了該產(chǎn)品量產(chǎn)前的符合性，起到了質(zhì)量預(yù)防作用。該產(chǎn)品批量供貨5年來(lái)，未發(fā)生一起質(zhì)量事故，提高了整車產(chǎn)品的美譽(yù)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)汽車制造工業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的樣板法、投影法和仿形法等輪廓度測(cè)量方法均因測(cè)量精度和測(cè)量效率較低而不能滿足現(xiàn)代汽車零部件生產(chǎn)的需要。兩坐標(biāo)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和直線式輪廓儀等數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，為汽車零部件輪廓度的測(cè)量和評(píng)定打開了思路，已成為汽車零部件產(chǎn)品幾何公差控制的主要手段。