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基于三坐标测量仪的油泵体零件检测方案制订与实施

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基于三坐标测量仪的油泵体零件检测方案制订与实施

摘要油泵体是不断把发动机油低壳里的机油送出去以达到润滑发动机各个需要润滑的零部件的目的,它依靠一对齿轮的高速旋转运动输送油。转运动输送油。当一对齿轮在泵体内作高速啮合传动时,啮合区内右边空间的压力降低而产生局部真空,油池内的油在大气压的作用下进入油泵低压区内的吸油口,随着齿轮的转动,齿槽中的油不断地沿着路径方向被带到左边的压油口将油压出,并输送到机器中需要润滑的地方。油泵体在整个机油泵中起着很重要的作用。泵体的尺寸精度、表面粗糙度直接影响机油泵的工作稳定性和泵的寿命。在以往测量油泵体的过程中,由于油泵体的位置公差多、控制要求严,检测手段落后,因而一直存在测量效率低,测量精度差等一系列的问题,随着科技的发展,生产效率的问题,三坐标测量仪以其精确的测量数据被广泛的应用于生产中。因此三坐标测量油泵体方案的制定与实施的研究课题由此展开。首先,以点代面,确定研究的方向和重点放在对泵体的关键尺寸的测量上,明确了关键尺寸及其涉及的测量内容。为了对新的测量方法有一个全面认识,简要地对被测要素的测量理论和现有的测量方法进行介绍。其次,作为本课题的研究重点,论文对三坐标测量仪的测量原理、基本测量要素的三坐标测量原理以及本课题所涉及的关键位置尺寸在三坐标上如何测量及其简化测量方法进行了论述。主要通过油泵体测量的程序的介绍,对测量程序的构成和控制重点进行了论述。同时,论文还对三坐标测量仪的各种性能参数及其选购注意事项进行了简要的分析。考虑到测量和加工工艺的密切联系,论文对泵体的加工主体工艺进行了介绍。为强调测量应与加工相结合,重点按不同的加工方式,如数控加工中心、通用加工设备而展开测量方法的研究,从而明确了针对不同的加工方法所需要控制的重点。由此得出只有有效的结合加工工艺,三坐标测量才能真正的提高检测效率。分析和处理在测量过程中引起的测量误差是本文研究的另一个重点。论文对三坐标在泵体测量过程中存在的问题进行了介绍,并针对具体问题,通过一定的数据分析,研究了其产生的原由及其解决方法。强调在三坐标测量过程中,误差产生的原因是多方面的。单单依靠测量仪的精度,而忽视测量方法的研究,必定会导致测量误差的产生。同时,对在具体测量过程中需要注意的几个问题进行了介绍。最后,论文简要地论述了三坐标测量在泵体检验过程中的具体应用及其作用。针对新型生产方式对生产过程控制的要求,明确三坐标测量仪在具体过程控制中的应用。关键词油泵体,三坐标,测量,误差ABSTRACTPUMPSTOCKISTHEPRINCIPLEPARTOFFUELINJECTIONPUMPINTHEPASTCHECKPROCESS,BECAUSEOFVARIOUSPOSITIONALTOLERANCE、RIGOROUSCONTROLNEEDS、BACKWARDDETECTINGMEANS,LOWMEASUREEFFECT、POORMEASURE,ACCURACYANDOTHERPROGRAMSALWAYSEXISTWITHTHEFASTANDFASTDEVELOPMENTOFNEWPRODUCTOPENUPANDMOREVARIOUSPROCESSINGMETHODS,HOWTOIMPROVEMEASUREMETHODSTOFITMORESTRICTNEEDSTOPROCESSCONTROLISTHEURGEPROGRAMTOSOLVEINMEASUREFIELDOFOURCOMPANYACCORDINGTOPRACTICALSITUATION“OURCOMPANYHAVEPURCHASEDACMMANDTHREEHEIGHTGAUGESTOIMPROVEMEASUREEQUIPMENT,ATPRESENT,FOCALPOINTISTHERESEARCHABOUTADVANCEDMEASUREMETHODANDHOWTOINSEPARABLYEFFECTIVEJIONADVANCEDMEASUREMETHODWITHPRACTICALCHECKWORKTOGETHERTHISRESEARCHTHESISISBASEDONITFIRST,THESISMAKESCLEARTOPUTRESEARCHDIRECTANDEMPHASISONMEASUREOFNEWPRODUCT’DIMENSIONANDRELATIVEMEASUREREQUIREMENTTOHAVEAOVERALLUNDERSTANDING,THESISALSOMAKEASIMPLYINTRODUCTIONOFMEASURETHEORYABOUTRELATIVEELEMENTUNDERTESTANDOWNEDMEASUREMETHODSECOND,ASTHEFOCALPOINTOFRESEARCH,THESISGIVESEXPOUNDTOMEASUREPRINCIPLEOFCMM、THREECOORDINATEMEASUREPRINCIPLEOFBASISELEMENTUNDERTESTANDHOWTOMEASUREANDSIMPLIFYMEASUREONMEASUREOFRELATIVEKEYPOSITIONDIMENSIONINCMMINTHISCHAPTER,THESISALSOGIVESAPRINCIPALANALYSISOFDIFFERENTPROFORMANCEINDEXOFCMMANDITEMONHOWTOPURCHASETHIRD,TOPOINTOUTTHELINKBETWEENMEASUREANDPROCESSINGMETHOD,THESISGIVESINTRODUCEOFMAINPROCESSINGMETHOD,EMPHASISTHEJOINBETWEENMEASUREANDPROCESSINGMEASURESHOULDSPREADOUTONBASISOFDIFFERENTPROCESSINGMETHOD,FORINSTANCE,NUMERICALLYCONTROLLEDMACHININGCENTER、GENERALMANUFACTURINGINSTALLATION,DEFINITEMAINCONTROLPOINTTODIFFERENTPROCESSINGMETHODTHESISPOINTSOUTTHATCMMCANREALLYIMPROVECHECKEFFECT,THISMUSTDEPENDONEFFECTIVEJOINWITHMANUFACTUREPROCESSFORTH,HOWTOANALYSISANDDEALWITHMEASUREERRORCAUSEDINMEASUREPROCESSISANOTHERIMPORTANTRESEARCHCONTENT,THESISINTRODUCESMAINPROBLEMSINPUMPSTOCKMEASUREUSINGCMM,ANDTOCONCRETEPROBLEM,THROUGHREGULARDATAANALYSIS,THESISSTATESTHATWHICHCAUSETHESEPROBLEMSANDHOWTOSOLVETHESISALSOEMPHASISTHAT,INMEASUREPROCESS,THEREAREMANYELEMENTWHICHCANCAUSEERRORONLYPUTEYEONACCURACYOFMEASURINGMACHINE,BUTOMITRESEARCHOFMEASUREMETHOD,THISMUSTCAUSEERRORTHEREARESEVERALPROGRAMSTONOTICEINMEASUREPROCESSINTHISCHAPTERLAST,THESISCONCISELYSHOWSCLEARCONCRETEAPPLYANDFUNCTIONOFCMMINPUMPSTOCKCHECKPROCESSITALSOMAKECLEARCONCRETEUSAGEINPROCESSINGCONTROLOFCMM,WHICHISAIMEDATPRODUCTIONPROCESSREQUIRETONEWPRODUCTIONSYSTEMFINAL,COMBININGPRACTICALAPPLYNEEDS,THESISGIVESSEVERALASPECTSOFDEVELOPDIRECTIONOFCMMKEYWORDSFUELINJECTIONPUNP,CMM,MEASURE,ERROR目录摘要I目录III1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题达到的要求22三坐标测量仪介绍321三坐标测量仪简介322三坐标测量仪的工作原理及其组成323三坐标测量仪的主要特征424三坐标测量仪应用领域5241三坐标测量仪在模具行业中的应用6242三坐标测量仪在汽车行业的应用6243三坐标测量仪在发动机制造中的应用73改进油泵体测量,用三坐标测量仪测量油泵体831改进油泵体测量的重要性8311改进泵体是许多公司产品发展的需要8312改进油泵体测量是生产方式转变的需要832油泵体关键尺寸的确定933三坐标测量仪在油泵体生产过程控制中的应用11331生产过程控制的必要11332生产过程控制的具体实施12333油泵体过程控制的实施重点1334三坐标测量仪在油泵体测量中所起的作用13341提高检测效率13342加强设备管理14343降低检测装置的投入14344降低检测工作强度144制定油泵体检测方案1541泵体关键尺寸测量的实现方法1542了解油泵体的测量要素1543泵体基本测量要素的测量1544泵体位置尺寸的测量16441位置度的三坐标测量17442同轴度的三坐标测量1845检测方案编制205实施检测方案2151三坐标测量的测量准备21511测量准备21512数据采集23513数据处理2452进行测量并对油泵体关键尺寸测量的理论分析及现行测量方法研究24521油泵体平面测量与分析24522孔径测量与分析25523孔距测量与分析27524位置公差的测量分析28525垂直度测量与分析29526平行度测量与分析32527位置度测量35528同轴度的测量376油泵体测量中存在的问题及改进方法3961三坐标测量过程中存在的问题39611概述39612测量数据3962测量分析及其解决方案40621测量误差概述4063三坐标综合精度的简单评估4364垂直度测量误差4465测量注意问题46651清洗问题46652采集点数量问题467结论与展望4871结论4872展望48致谢49参考文献501绪论随着市场竞争的日益激烈,各企业都在想方设法减少制造成本,提高生产效率,在引进先进数控机床、提高生产加工水平的同时,越来越多的人已将目光转向如何提高现场的生产管理水平与过程质量控制方衙上来。过程质量控制的一项重要工作就是过程检验,其目的就在于防止或大大降低产品最终检验所带来的交货期风险与让步风险,同时,可以避免不必要的加工工时损失与废品损失。为了达到过程检验能及时、准确、有效,就必须把质量管理技术和测量技术有机地结合起来加以实施,具体地说就是从挎制方法与控制手段两方面一起考虑。控制方法可以通过编制质量计划、采用SPC统计过程控制控制质量变异、目视控制等加强对现场的监控力度;控制手段就是要改善现场的测试方法与设施,提高检测系统对异常信息的识别与反馈的速度与准确性。随着电子技术和计算机技术的飞速发展,各种数显、数摔、微电脑化的测量设备以越来越多的应用于现场的检测过程中,控制的方法和种类也各种各样。有用于设备监控的切削状态监测技术,针对加工过程中的各种参数,如切削力、功率、温度、振动、噪声等实施监控,从而间接判断刀具磨、破损的状况等;有用于在线检测加工工件尺寸、形状公差的气动、电动、电涡流测量方法。当然,在目前生产过程中,应用技术较为成熟且应用领域较为广泛的仍是线外测量,采用合适的测量设备针对加工的零件进行有效的测量。现在,为了配合CIMS、FMS对生产监测的要求的最有效的方法就是采用柔性化的测试设备,无疑,三坐标测量机是其中最具代表的。由于技术水平的提高以及加工环境的改善,生产型的三坐标测量机以其高准确性、高效测量范围广等优点,越来越广泛地应用与机械、电子、汽车、飞机等工业部门,用于零件尺寸及相互位置的检测,操作也更加简便,完全可以满足各种检测要求,因而在生产过程控制中发挥更加重要的作用。基于这个原因,本章重点剖析现有生产用三坐标测量机的功能、性能及其经济性,从中提出满足本课题需要的最佳选型。11本课题的研究内容和意义油泵体是不断把发动机油低壳里的机油送出去以达到润滑发动机各个需要润滑的零部件的目的,它依靠一对齿轮的高速旋转运动输送油。油泵体具有结构简单、运行可靠、操作和维护方便及用途广泛等特点适用于抽送不含固体颗粒,不容于水,温度在10~60℃范围内的气体,是造纸、烟草、食品、纺织、冶金、煤炭及化工等行业用作真空脱水,真空干燥,真空过滤和压送气体的理想产品。在以往的检测过程中,由于油泵体位置公差多、控制要求严、检测手段落后,因而存在测量效率低、测量精度差等一系列问题。随着一些公司新产品开发速度不断加快、加工方法日益多元化,如何改进测量方法和手段,以适应新的生产模式下对过程控制更为严格的要求是目前大多数公司在测量方面急需解决的问题。而三坐标测量仪是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一,因为它可以代替多种表面测量工具及其昂贵的组合量规,并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐标测量仪的功能是快速准确地评价尺寸数据,为操作者提供关于生产过程状况的有用信息,这与所有的手动测量设备有很大的区别。12国内外的发展概况在科学技术大力发展的今天,产品的自动化生产以成为主流,更多的企业追求的是高生产效率,过去的测绘技术大多是靠人为完成的,随着技术的提高,对技术要求越来越精密。油泵体的尺寸,形位的测量以往都是靠人工手动测绘,测出的结果很不精确,而且还会常常出错,达不到零件的生产要求,随着技术的不断改进,越来越多的紧密仪器出现,解决了测绘难的问题。而三坐标测量仪是目前测量油泵体尺寸、形位等最准确的,也是最适用的精密仪器。精密测量仪器从二次元影像测量仪出现的那一刻,就真正的的进入到了高精度测量仪的发展时代,也正是从那个时代开始,高精度测量仪从手动影像测量仪、CNC二次元到手动三坐标测量仪,再到CNC三次元,一步一步的发展到情况允许下的最高端仪器。我们知道,精密测量仪器在没有进入高精密测量仪之前,我们所使用的检测仪器只是原始的投影机而已,这种机器无论是测量功能,还是测量精度都有着很大缺憾。于是,为了适应市场的发展需求,二次元影像仪出现在市场与客户的视野中,精密测量仪也迎来了高精度测量仪高速发展时代。在高精密测量仪中,二次元影像测量仪和三坐标测量仪是两个主要的检测仪器,其中,二次元在高精度测量仪的发展中,奠定了发展的坚实基础,同时促进了高精密测量仪的发展,而三坐标测量仪在其中扮演着不可或缺的角色。在三次元测量仪出现之前,相信很多人都不会相信会有这种机器的出现,可是事实证明三坐标测量仪的出现完全是社会与市场发展的必然产物。当然,在高精度测量仪以后的发展历程中,为了更好的实现检测的目标,可能会出现更高端的检测仪器。但是在它出现之前,三坐标测量仪将会仍然是高精密测量仪器中最为先进的检测仪器。于是我们得出这样的结论,三坐标测量仪在高精密测量仪的发展历程中,也许只是行业发展的一个过渡性产物,可是在高精度测量仪的过渡过程中,三次元测量仪将继续以高尖端检测仪器的成分,在精密测量仪器行业中享受最高级的待遇。13本课题达到的要求熟悉油泵体,了解油泵体的尺寸、形位公差以及表面粗糙度,确定泵体的关键尺寸,改进泵体的测量方法,分析泵体的尺寸、形位公差。熟悉三坐标测量仪的工作原理与结构。了解三坐标测量仪,并能够熟悉的操作三坐标测量仪,了解三坐标测量仪的方法的实施和应用研究。制定出三坐标测量仪对油泵体的检测方案,并且能够分析测量误差。最后对油泵体的测量和三坐标测量仪的应用提出改进意见。2三坐标测量仪介绍21三坐标测量仪简介三坐标即三坐标测量机,英文COORDINATEMEASURINGMACHINING,缩写CMM,三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内,能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器,又称为三坐标测量机或三坐标量床。三坐标测量仪又可定义“一种具有可作三个方向移动的探测器,可在三个相互垂直的导轨上移动,此探测器以接触或非接触等方式传递讯号,三个轴的位移测量系统(如光栅尺)经数据处理器或计算机等计算出工件的各点(X,Y,Z)及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。三坐标测量仪三轴均有气源制动开关及微动装置,可实现单轴的精密传动,数据采集系统采用高性能手动三坐标专用系统,可靠性好。应用于产品设计。模具装备。齿轮测量。叶片测量机械制造。工装夹具。汽摩配件。电子电器而本课题测量油泵体所使用的是悬臂式三坐标测量仪(如图所示)图21悬臂式三坐标测量仪22三坐标测量仪的工作原理及其组成任何形状都是由三维空间点组成的,所有的几何量测量都可以归结为三维空间点的测量,因此精确地进行空间点坐标的采集,是评定任何几何形状的基础。坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间范围内,精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值,将这些点的坐标数值经过计算机处理,拟合形成测量元素,如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等,经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。在测量领域中,光栅尺及以后的容栅、磁栅、激光干涉仪的出现,革命性地把尺寸信息数字化,不但可以进行数字显示,而且为几何量测量的计算机处理和控制打下基础。三坐标测量仪可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器,可在三个相互垂直的导轨上移动,此探测器以接触或非接触等方式传送讯号,三个轴的位移测量系统如光学尺经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标X、Y、Z及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度测量、定位精度测量、几何精度测量及轮廓精度测量等。测量时还允许建立临时的测量参照坐标系,即可以,临时把工件某点作为坐标原点,以便测量相对尺寸。此外,还提供直角坐标系与极坐标系之间的相互转换功能,以及公制与英制的相互转换功能等三坐标测量机的基本功能是以三维坐标值的表式输出。此时,测头的位置对应于工件表面上点的位置。应当指出的是三坐标测量都是针对某一特征要素进行的,如点、线、面、圆、圆柱等,当不清楚工件表面形状时,球和工件表面的接触位置是不可能从几何学上解出。整个三坐标测量系统可以分为非控制系统和控制系统两部分。非控制系统包括测量头、测长系统、导轨、工作台、XYZ三轴驱动系统、测量臂、安全防护装置,如果导轨为气浮导轨,还应有空气轴承、气动平衡装置、空气过滤及压力调前装置,控制系统包括计算机系统、测头控制器、测量机控制器、各种安全开关和警示装置、便携式操纵控制盒等等,其中计算机系统还包含了硬件和软件两部分。硬件部分与一般的计算机配置基本相同,而评定测量机好坏的关键指标之一就是其软件编制,因为其直接牵涉到测量数据的处理是否有效,还有其适用性是否能满足实际测量的要求。由于三坐标生产厂商的测量软件,无论是自主开发还是通过第三方开发,其算法都必须符合ISO1101和ANSIY145关于形位公差的制订标准,且软件由专门的认证机构如德国的PTB予以确认,因而其有效性可以得到保证。23三坐标测量仪的主要特征单边活动桥式结构,显著提高运动性能,确保测量精度及稳定性三轴导轨均采用高精密天然花岗岩,具有相同的温度特性及刚性配上高精度自洁式预应力气浮轴承,是确保机器精度长期稳定的基础,同时轴承受力沿轴向方向,受力稳定均衡,有利于保证机器硬件寿命。三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承,运动更平稳,导轨永不受磨损。采用小孔出气专利技术,耗气量为30L/MIN,在轴承间隙形成冷凝区域,抵消轴承运动摩擦带来的热量,增加设备整体热稳定性。仔细研究各厂家的技术指标,会发现欧潼精密的耗气量为30L/MIN,而其他的厂家在50150L/MIN之间按照物理学理论,当气体以一定的压力通过圆孔的时候,会因为气体摩擦产生热量,在高精密测量中,微小的热量也会影响精度的稳定性,而当出气孔的孔径小于一定的直径的时候,却会相反的会在出气孔的周围形成冷凝效应正是利用这一物理学原理,采用欧潼小孔出气的技术,使得冷凝效应恰恰抵消测量中因为空气摩擦产生的微弱热量,使得设备保持长时间的温度稳定性,从而保证精度稳定性RENISHAW自粘开放式金属光栅尺,更接近花岗岩基体的热膨胀系数,提高了设备的稳定性RENISHAWUCC高速高精度自动控制系统,内嵌32位微处理器,真正实现实时控制;上下位采用光纤通讯,增强了电气抗干扰能力软件特点软件运行在WINDOWS2000/XP环境下,全中文界面;面向对象的编程方式,支持图形镜像功能。三维CAD数模导入、再现实体或线架模型、DMIS、STEP文件导入导出、测量结果的IGES文件输出,支持逆向工程。动态CMM模型,支持测量机和测头的模拟和RENISHAW测头图形库。测头管理功能,可动态选择多种测针。几何元素的测量,包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等;曲线、曲面扫描,支持点位扫描功能,IGES文件的数据输出,CAD名义数据定义、ASCII文本数据输入、名义曲线扫描、符合公差定义的轮廓分析。形位公差的计算,包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同心度等等;支持传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等多种输出方式;工件坐标系管理,指定基准面(轴)即可生成工件坐标系,并可实现坐标系平移、旋转及迪卡尔坐标和极坐标的相互转换,支持321找正。误差补偿功能,进一步提高机器测量精度。24三坐标测量仪应用领域测量高精度的几何零件和曲面;测量复杂形状的机械零部件;检测自由曲面;可选用接触式或非接触式测头进行连续扫描。主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量,还可用于电子、五金、塑胶等行业中,可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测,从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致。但是,保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量工件尺寸,获得尺寸信息后,分析和反馈数据到生产过程中,使之成为持续提高产品质量的有效工具。三坐标测量仪是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一,因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规,并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟,并快速准确地评价尺寸数据,为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。241三坐标测量仪在模具行业中的应用三坐标测量仪在模具行业中的应用相当广泛,它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具,更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量仪有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种,目前METRISLK的测量机在两项技术上位居世界前列。模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差,可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后,很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形,从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此,用三坐标测量仪测量电极的形状必不可少。三坐标测量机可以应用3D数模的输入,将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较,输出图形化报告,直观清晰的反映模具质量,从而形成完整的模具成品检测报告。在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正,但又无原始设计数据即数模的情况下,可以用截面法采集点云,用规定格式输出,探针半径补偿后造型,从而达到完好如初的修复效果。当一些曲面轮廓既非圆弧,又非抛物线,而是一些不规则的曲面时,可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚。然后用三坐标测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线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