（机械工程专业论文）三座标测量机在泵体测量中的应用.pdf

三坐标测量机在泵体测量中的应用 摘要 ( 喷油泵泵体是啖油泵总成的关键部件，存以往的检验过程中， 由于其位置公差多、控制要求严、榆测手段落后，凶而一商存往测 黾效率低、测量精度差等一系列问题。随着公司新产品开发速度不 断加快、加i ：方法口益多元化，如何改进测量方法和手段，以适j 、亚 新的牛产模式f 对过程控制更为严格的要求是h 前公司在测帚方面 急需解决的 d 题。根据公司改进测量设备，先后采购了三坐标测最 机以及数台测高仪的实际情况， | 前的i + 作最点丰要放红刈先进测 最手段的研究以及如何将其j 实际检测i i 作有效地结合上。本研究 课题止是基于此而展开的。7 。 片先，以点代面，确定研究的方向和甭点放在对新产品p w 泵 泵体关键尺寸的测量f ：，明确了关键尺_ 及其涉及的测量内容。为 了对新的测量方法有一个伞面认识，简要地对被测要素的测量理论 和现有测量方法进行了介纠。，。 其次，作为本课题的研究熏点，j 论文对三坐标测量机的测量原 理、基本测量要素的三牮标测最原理以及本课题所涉及的关键位置 尺i r 在三坐标上如何测量及其简化测量方法进行了论述。钟着重通 过一泵体测量程序的介绍，对测最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机的各种性能参数及其选购注意事 项进行了简要的分析。 考虑到测量与加 ：工艺的密切联系，论刘对泵体的加工主体工 艺进行了介绍。( 为强调测量应与加： 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 ， 明确了钊对不同的加： ：方法所需要控制的重点。由此得出只有有效 地结合加i ：工艺，三学标测量才能真正提高检测效率。 分析和处理在；9 1 4 嚣过程中引起的测量误差是本文研究的另一个 重点了论文埘三坐标在泵体测量过程中存在的问题进彳了介2 f ，并 针时具体问题通过一定的数据分析，研究了其产牛的原由及其解 决方法。( 强调在三坐标测最过程巾，误差产生的原凶是多方面的。 p ；p 依靠测量机的精度，而忽视测量方法的研究，必定会导敛测茕 误差的产生。h 时，对在具体测量过程中需要注意的几个0 日题进行 了介纠。于一。 最后，论文简要地沦述了三坐标测量在泵体检验过程中的具体 心用及其作用。i 针对新型生产方式对生产过程控制的要求，明确三 坐标测量机存具体过程控制中的应用。 7 在文章的最后，结合实际应用需求，时二坐标的未来发展方向 进行了多个方面的腱望。 关键词：喷油橐y 三坐秽测量，误差 c o o r d i n a t em e a s u r em a c h i n e r c m m ) a p p l y i nm e a s u r eo fp u m ps t o c k a b s t r a c t p u m ps t o c ki s t h ep r i n c i p l ep a r to ff u e li n j e c t i o np u m p i nt h ep a s t c h e c kp r o c e s s ，b e c a u s eo fv a r i o u sp o s i t i o n a lt o l e r a n c e 、r i g o r o u sc o n t r o l n e e d s 、b a c k w a r dd e t e c t i n gm e a n s ，l o wm e a s u r ee f f e c t 、p o o rm e a s u r e a c c u r a c y a n do t h e r p r o g r a m sa l w a y s e x i s tw i t ht h ef a s ta n df a s t d e v e l o p m e n t o fn e wp r o d u c t o p e n u p a n dm o r ev a r i o u s p r o c e s s i n g m e t h o d s ，h o wt oi m p r o v em e a s u r em e t h o d st o f i tm o r es t r i c tn e e d st o p r o c e s s c o n t r o li st h eu r g ep r o g r a mt os o l v ei nm e a s u r ef i e l do fo u r c o m p a n y a c c o r d i n gt op r a c t i c a ls i t u a t i o n ( o u rc o m p a n yh a v ep u r c h a s e d ac m ma n dt h r e e h e i g h tg a u g e st oi m p r o v em e a s u r ee q u i p m e n t ) ，a t p r e s e n t ，f o c a lp o i n ti s t h er e s e a r c ha b o u ta d v a n c e dm e a s u r em e t h o da n d h o wt o i n s e p a r a b l y e f f e c t i v e j o i n a d v a n c e dm e a s u r em e t h o dw i t h p r a c t i c a lc h e c k w o r k t o g e t h e r t h i sr e s e a r c ht h e s i si sb a s e do n i t f i r s t ，t h e s i s m a k e sc l e a rt o p u t r e s e a r c hd i r e c ta n d e m p h a s i s o n m e a s u r eo fn e w p r o d u c t 1 i i d i m e n s i o na n dr e l a t i v em e a s u r e r e q u i r e m e n t t o h a v eao v e r a l l u n d e r s t a n d i n g ，t h e s i sa l s om a k e as i m p l yi n t r o d u c t i o no fm e a s u r et h e o r y a b o u tr e l a t i v ee l e m e n tu n d e rt e s ta n do w n e dm e a s u r em e t h o d s e c o n d ，a st h ef o c a lp o i n to fr e s e a r c h ，t h e s i sg i v e se x p o u n dt om e a s u r e p r i n c i p l eo f c m m 、t h r e ec o o r d i n a t em e a s u r e p r i n c i p l eo f b a s i se l e m e n t u n d e rt e s ta n dh o wt om e a s u r ea n ds i m p l i f ym e a s u r eo nm e a s u r eo f r e l a t i v ek e yp o s i t i o nd i m e n s i o ni nc m mt nt h i sc h a p t e r ，t h e s i sa l s o g i v e s ap r i n c i p a la n a l y s i so fd i f f e r e n tp r o f o r m a n c ei n d e xo fc m m a n d i t e mo nh o wt op u r c h a s e t h i r d ，t op o i n to u tt h el i n kb e “v e e nm e a s u r ea n dp r o c e s s i n gm e t h o d ， ，t h e s i sg i v e s i n t r o d u c eo fm a i np r o c e s s i n gm e t h o d ，e m p h a s i st h ej o i n b e t w e e nm e a s u r ea n dp r o c e s s i n g m e a s u r es h o u l ds p r e a do u to nb a s i so f d i f f e r e n t p r o c e s s i n gm e t h o d ，f o ri n s t a n c e ，n u m e r i c a l l y - c o n t r o l l e d m a c h i n i n gc e n t e r 、g e n e r a lm a n u f a c t u r i n g i n s t a l l a t i o n ，d e f i n i t e m a i n c o n t r o lp o i n tt od i f f e r e n tp r o c e s s i n gm e t h o d t h e s i sp o i n t so u tt h a tc m m c a nr e a l l yi m p r o v ec h e c ke f f e c t ，t h i sm u s td e p e n do ne f f e c t i v ej o i nw i t h m a n u f a c t u r e p r o c e s s f o r t h ，h o wt oa n a l y s i sa n dd e a lw i t hm e a s u r ee r r o rc a u s e di nm e a s u r e p r o c e s s i sa n o t h e r i m p o r t a n t r e s e a r c hc o n t e n t ，t h e s i si n t r o d u c e sm a i n p r o b l e m si np u m ps t o c km e a s u r eu s i n gc m m ，a n d t oc o n c r e t ep r o b l e m t h r o u g hr e g u l a r d a t a a n a l y s i s ，t h e s i s s t a t e st h a tw h i c hc a u s et h e s e p r o b l e m s a n dh o wt os o l v e t h e s i sa l s oe m p h a s i st h a t ，i nm e a s u r ep r o c e s s t h e r ea r em a n ye l e m e n tw h i c hc a nc a u s ee r r o r o n l yp u te y eo na c c u r a c y o f m e a s u r i n gm a c h i n e ，b u to m i tr e s e a r c ho fm e a s u r em e t h o d ，t h i sm u s t c a u s ee r r o r t h e r ea r es e v e r a lp r o g r a m st on o t i c ei nm e a s u r ep r o c e s si n t h i sc h a p t e r l a s t ，t h e s i sc o n c i s e l ys h o w sc l e a rc o n c r e t ea p p l ya n df u n c t i o no f c m m i n p u m ps t o c k c h e c k p r o c e s s i t a l s om a k ec l e a rc o n c r e t e u s a g e i n p r o c e s s i n gc o n t r o lo fc m m ，w h i c h i sa i m e da tp r o d u c t i o n p r o c e s sr e q u i r e t on e w p r o d u c t i o ns y s t e m f i n a l ，c o m b i n i n gp r a c t i c a la p p l yn e e d s ，t h e s i sg i v e ss e v e r a la s p e c t so f d e v e l o pd i r e c t i o no f c m m k e yw o r d s ：f u e li n j e c t i o np u m p ，c m m ，m e a s u r e ，e r r o r v j ：海交通大学硕一 j 研究生学位沦文第一章泵体孔系芙键尺寸测量方法的的研究与分析 第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 1 1 改进泵体测量的重要性 1 1 1 改进泵体测量是公司产品发展的需要 尤锡喊集团仃限公司是一家以卜产喷汕采总成、喷油器总成和对偶什为1 1 的 仃限公c q ，喷油泉总成化l 的产t l 【i l 结陶中f - f i 撇为重要的位箴。作为汕泉汕嘴行业c f r 的排、大兵，神i 喷油泵总成f ：业已形成产 】系列疆盖而，一，产品种类齐全，配套厂家遍 及大江南北的良好局面。然而，一个好的食业足要在刁：断迸取中求得生存与发展的， 随替社会环境保护意让 的4 i 断增强，f ( | 家配套法舰的相应h5 台，以及勺入w t o 的 | 期的f 益临近，原f 的产 已f i 能满足j f | ，、越术越严格的性能要求，【l i n j t ( 1 ：0 l 进! j f | 二开发丰1 i 结合的基础i ：，公司义及时丌发ri w 泵、p w 泵等多个基本满足排放要 求的新的产品系列，并在产品开发的同时，积极引进圈内外先进的生产方式j 加t 设 备，投入到新产品的生产过程t h 基本满足产品及+ # 产的需求。，f 【1 是，先进的牛产 1 二艺足需要和先进的测量手段卡u 匹配，否则达不到应有的效果。为此，在改进测量方 j 方法j ：也加夫r 资金弓技术的投入先后购买_ r 意大利c o o r d 3 公剐的a r e s i i 裂二i 坐标测最机和德陶马尔公司的测岛仪f j 于现场检测，从测鼓设备的配置方面基本 满足j ，q i 产现场对检测的需要。如何有效地将先进的测量手段应用到现场质量控制 c h 真j l - t , 提高泵体测量的硷测效率和测量精度成为了急需解决的 d 题。本课题正是 作这种背景下提 的。 1 1 2 改进泵体测量是生产方式转变的需要 作为本课题的研究重点一喷油泵泵体，n 1 于它是为喷油泵其他零部件，如柱簌、 挺f e 体、凸轮轴、齿杆、齿嘲、紧帽等等的安装支撑部件，因而存在测量要素多、形 位公差多、测最精度高等测襞难点，特别足随着产品趋向于多品种、小批量的生产模 ，以及投入生产的数控加工l | j 心的日益增多，产品尺寸控制的日益严格，其质量控 制l e 向计算机化迈进的今天，显然，以往靠光滑塞规、芯棒、对块、百分表、高度尺 及专用检具的检验模式已远远不能适应现场生产质量的控制要求，因而需要新的测量 手段与方法予以取代。就威孚公司而亩，过去在泵体的生产中主要以组合机床为主， 通用立钻、镗床、铣床等为辆的生产格局，目的是满足大批量生产的要求，对工人的 技术要求也比较低，在产品的质量控制方面，主要以事后把关为主，检验人员往往等 到一批零什各道工序加工完成后，根据批量的大小抽样进行检验，这样使得检验工作 大大地滞后于生产，无法及时反映加工过程中存在的问题。尽管检验人员在生产过程 中，也根据要求经常进行巡回检验，但由于加工工序分散、检测效率低，测量周期长， 检验人员往往只检测孔径及螺纹等单一尺寸的变化情况，而无法对诸如位置度、垂直 度等综合形位尺寸进行及时反映与控制。数控加工中心的引入使得加工工序较为集 中、工艺参数较为稳定，加工过程易于控制。此外，数控加工中心的另大特点就是 调整环节增多，从而带来了检测项目的集中，因而要求测量能更准确、全面、迅速地 反映加工实际情况等一系列要求。为此，需要检验人员能够在工件进行生产调试的时 f ：海交通大学硕士研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 假使应通过测量将t f t ：的d i j 工信息予以反映，以便在未满足加工要求的时候能及时进 行调整，从而真正做到预防为 。此可见，这样多方面的要求是以往落后的检测手 段所见法满足的。同时，考虑到在周一道加工工序中，备加工尺寸重要度要求不同， 血l t 稳定陛也彳f 所差异，检测的雄易程度也，f i 同，因而需要对刁i 同的加t 尺、j 根据实 际情况安排合适的硷测方法以满足检测经济性的要求。 通过l 二述分析，f j 确本课题研究的主要任务足： ( j ) 存新的q i 产模式下，确定泵体孔系尺寸及要测鞋的形位公差关键尺寸： ( ! ) 通过对关键尺、j 测鞋理论研究，分析在测薛方法的实现f ：所需要解决的6 d 题： ( 3 ) 分析现行关键尺寸的测量方案和手段，明确其存n ：的4 i 足： ( 4 ) i 坐标测盛机的测量方法的实施承i 应 】研究： ( j j 坐标测箍机测量结果的误差分析： ( 6 ) i 坐标测蕞机在质睫控制中的具体应j j ； ( 7 ) 泵体测景及其三坐标测最机应用的改进建议。 1 2泵体关键尺寸的确定 一方面尽管喷油泵泵傩品种较多，就大的类别而言就有i 号泉、a 犁泵、b 型泵、 p 酗泵、v e 泵等，备种小的类别就更加多了，但由于各种喷油泉的t 作原理大同小 片，l 州i m 备种泵体的关键控制部位基本相同；另一方面喷油泵泵体结构复杂，测最尺 、j 较多，所涉及的尺、j 、形做公差、粗糙度等共计4 0 0 余个。基f f ：述原因，本课题 i ! 要选取f 1 前公r d 新近开发的p w 泉泵体l ：对其他零部什配合、安装彳丁影响的尺、j 进 ，亍测爱研究。 阿先，对喷油泵总成的t 作原理及结构分析，具体示意图可参照图1 1 。 流量控釉 件 图1 1 喷油泵工作原理与结构简图 f i g u r e1 一i s k e t c ho f w o r k p r i n c i p l ea n d s t r u c t u r eo f f u e li n j e c t i o np u m p 上海变通大学硕士研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 可以看出其整个t 作过程大体可以分为两块，一是高压油的形成过程，一是油量 的调符过程。 高压油形成过程的动力源是从凸轮轴的驱动端传入，凸轮轴的各个导头依次带动 相应的挺柱体在泵体的安装孔内进行上卜运动，挺柱体的卜下运动作用于柱塞偶件， 通过柱塞的上f 运动及出油阀偶件开 j j ，使喷射柴油在高压腔内形成一定的j 盘力，通 过高眶油管与喷油器向外喷射供油。 油量的调肖过程主耍是通过与调速器相连的拉杆运动，带动油量调节套筒，从而 带动柱塞套旋转而达到的。这两个工作过程都直接关系着喷油泵总成的供油特性、速 度特性及柴油机的动力特性，胁要达到保证喷油泵总成正常工作的关键，除了各个运 动部件，如凸轮轴、轴承、挺柱体、柱塞、出油阀符合规定的制造要求外，还需要各 个运动部件的安装必须准确，只有这样才能保证各运动部件运动过程的准确，因此， 泵体上相应各关键部件的安装孔，如凸轮轴轴承安装孔、挺柱体安装孔、柱塞安装孔、 出油孔、拉杆安装孔必然是本课题的研究重点，所涉及的尺寸包括各安装孔的坐标尺 寸、 l 径尺寸及位置度、垂直发、平行度等形位公差，泵体的各孔的空间位置关系可 参照图l 一2 。 输油泵孔输油泵孔平面 图i - 2 泵体立体示意图 f i g u r e1 2t h r e e d i m e n s i o n a ls k e t c hm a po f p u m p s t o c k 其次， | 于挺柱体上卜- 运动过程中的转动主要由位于泵体下侧的挺柱体定位销 固定；柱塞弹簧上座的支撑与位置直接受到柱塞弹簧上座定位销的作用，而且这两类 定位销孔均为f6 的细长d q l ，加工难度较大，故相关的挺柱体定位销孔和柱塞弹簧 上座定位销孔也是本课题的研究重点，其坐标尺寸、孔径尺、j _ 及位置度、垂直度也是 奉课题的测量重点，其示意图可参照图1 3 。 只前p w 投入批量生产的种类，六缸肯5 种、叫缸有4 种，其中以六缸b 1 8 l 一0 1 0 l 和四缸b 1 8 5 0 1 0 1 为主，因而本课题着重对上述两种泵体进行了研究。 根据i ：述分析，本课题所涉及的笑键尺寸确定p w 泵的两侧面及顶面、顶面的导程孔、 密封孔、柱塞安装孔、两侧面的轴承孔、拉杆孔、以及正面或背面的定位销孔。具体 上堕塑大学堡堑究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 测量要素及其相关尺寸平面示意图见附录1 。 柱塞定位 艇柱俸定 吲i 一3 定位销孔、f 面示意图 f i g u r e1 - 3p l a ns k e t c hm a p o f p i nh o l e s 1 3 泵体关键尺寸测量的理论分析及现行测量方法研究1 2 3 泵体傲为箱体零件以孔j l 工为扛，涉及的测量要素有孔径，孔问距和位置公差， 也括同轴度、垂直度，、r 行度，位黄度等等。孔j 孔之间的关系以枉1 互、f 行和垂直为 i ：，丑犬都为空间位疑关系。由于是其它零件的安装与支撑部件，在加工过程叶i ，泵 体的位嚣尺寸一直就足加工和测量控制的重点。下面，着重对泵体关键尺寸根据形位 公差理论逐一进行分析， ：对现行的测量手段进行研究。 i 3 1 孔径测量分析 就测量方法而言，孔 查可以采刑两点法、多点法或通止规的方法进行测量。两点 法就是对孔壁 ：同一高度上沿轴心线对称的两点间距进行测量，求得孔径，这种方法 对孔的形状无法进行判断；多点法就是对与孔中心轴线垂直的同一圆截面孔壁的多个 点进行测量，这种测量方法可以大致评定孔加工的圆度误差。考虑到现场检测的易操 作性与检测的实效陛，目前在现场泵体孔径测量中广泛采用的足采用光滑极限量规( 即 通【卜规) 按照最小内切圆对孔径进行判断。 光滑极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，一般成对使用，即一个通规和一 个止规，用来分别控制工件的两个极限尺寸。检验工件时，量规只能判断其合格与否， 而不能测得工件的实际尺寸。由于在加工过程中难以避免产生形状误差，使加工好的 孔、轴不可能是理想的圆柱形状，其各处的实际尺寸互不相等，从而影响工件的配合 性能，因此工件的实际配合性质必然有尺寸误差和形状误差的综合状态形成。为此， 国际标准规定了极限尺寸判断原则，即孔与轴的作用尺寸不允许超过其最大实体极 限、孔与轴在任意部位上的局部实际尺寸不允许超过其最小实体极限，作为判断工件 4 上海交通大学硕士研究生学位论文第覃泵体孔系关键尺i j 测量方法的的研究与分析 合格的依据。极限尺寸判断原则的实质，是赋予极限尺寸具有同时控制尺寸误差和形 状误差的功能，用以确保工件在加工、检验后能达到预定的配合性质。 由于4 2 l ) j h 工表面的形状误筹、量规表面的制造误差、加工毛刺、清洁度等多方面 凶素的影响，在实际测且= 过程中存在光滑极限量规疑大小量小的现象，即采用光滑极 限量规测量的结果比采用其它更为精确方法的测量结果一般偏小。例如，测量直径为 f3 0 的内孔孔径，若不考虑孔的形状误差，则直径为f 3 0 。，的通规应能通过，但在 实际测量时，经常会出现通不过的现象。且这类误差与孔径的大小有关，孔径越大， 误差越大。另外，在测量过程中最规的测茸= 方向不可能与孔的中心轴线保持在同一轴 线上，造成手势的一；同对测量结果也影响较大。因此，采用极限量规只能作为现场控 制的一种快速、粗略的控制手段。当需要对刀具的具体磨损状态进行评估时，就需要 更为精确的测量手段。 当然，就孔径而者，测量方法还有很多，如采用电子塞规hj ，或采用专| 、j 的测 量设备 5 进行1 0 0 测量，这种方法在汽车行业尤为普遍。 1 3 2 孔距测量分析 孔距测量涉及相互平行的孔的中心距、孔到、 ，由的距离、空间相交孔的距离的测 量。目前现场对采用芯棒( 或不用) + 游标卡尺或芯棒( 或不用) + 杠杆阿分表+ 标准 基块( 专用j 奇度对规) + 专用检具方法进行测量。 由于测量的中间环节较多，包括芯棒的制造误差、分级误筹，标准量具的不确定 度，专用检具的制造误差，直接影响最终的测量结果。目前，现场使用的芯棒按0 0 1 m m 进行分级，游标苦尺的不确定度为o0 2 ，杠杆百分表的不确定度为o o l ，不考虑标准 蕈块、检具制造误差和实际操作过程中的环境和人为误差，按照误差合成理论，这类 测量的不确定度至少为o 0 2 0 0 3 。 1 3 3 位置公差的测量分析 位置误差足对关联要素而言的，火联要素相对与基准有方位要求。因此，位置误 差评定时，被测要素的理想要素的方位与基准有关。位置误差可分为定向误差、定位 误差和跳动二种类型。定向误差足被测实际要素对一具有确定方向的理想要素的变动 量，该理想要素的方向由基准确定，它包括甲行度、垂直度和倾斜度三项公差，定向 误差值用定向最小包容区域的宽度或直径表示：定位误差足被测实际要素对一具有确 定位置的理想要素的变动量，该理想要素的位置由基准和理论正确尺、j ( 确定被测要 素的理想形状、方向、位置的尺寸，该尺寸不附带公差，在图样e 用方框表示) 确定， 定位误差用定位最小包容区域的宽度或直径表示，它包括同轴度、对称度和位置度三 项公差。本课题主要涉及平行度、垂直度、同轴度和位置度。在过去的检测方法卜， 通常采用位置量规和芯棒，在配备上用于模拟基准平面的专用检具和用于模拟中心轴 线的专用检具，对j 二述要求进行简单的测量。当然，由于位置量规、芯棒、专用检具 在制造和使用过程中，不可避免的产生制造误差和使用不当而引起的误差，并r 测量 环节较多，凼而在实际测量过程中的测量误筹较大。 j ：海交通大学硕士研究生学位沦文第章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 1 3 3 1 同轴度测量 同轴度是指同一零件一 ：l f ： l 柱面、圆锥面等的被测轴线与基准轴线应重合的精度要 求。同轴度公差是指实际被测轴线对基准轴线的允许变动量。而同轴度误差则是指实 际破测轴线对其理想轴线( 即基准轴线) 的变动量。 按照理论，测量同轴度需要采用测量坐标值原则，并经过比较烦琐的数据处理后 爿能获缁同轴度误差，闻而，在过去现场实际质量控制t 往往用特征参数来反映列轴 度误差。托满足被测零件功能要求的l i i f 提f ，同轴度误差值可以选用不同的评定方澎、 确定。j 一为定位最小包容区域法，根据同轴度公差带的形状，以基准轴线为轴线f f 删拄面包容实际被测轴线时，至少仃一个测点与圆柱面接触，则该圆柱面内的k 域就 是f i l 轴度的定位最小包容区域。_ 二为近似评定法，以回转体一些破测横截_ 睡轮廓的 c 心( 最小包容域圆、最小二乘圆或其它评定基准圆的圆心) 或者被测轴向截面轮 廓的。 - 心线i 二箨点至基准轴线的距离来评定同轴度误差，取其中数值最大者乘以2 作 为轴度误差值，这样评定的误差值有时会比定位最小包容区域法评定的略小。 孔对孔及孔对轴心线的同轴度测量，现场控制方法常按照最小包容区域法采i j 州 轴度塞规进行检测，对于台阶孔的检测则需辅以衬套。同轴度量舰属位置基舰是没 有刎度的专用计最器具，片j 力模拟理想边界，检验陂测要素的实际尺、- r 和形位误差的 综合结果足否超过了理想边界，它不能反映被测要素的实际尺寸和形位误差的数值。 i 于同轴度塞规设计上的原理误差，衄1 i ：检具的制造误差与- l i j u 丁本身的散差， 冈衙测量并不能反映实际的同轴度误差。往往出现同轴度实际已超过公差要求，但周 轴度塞规依然能够塞过的情况。因为通常情况卜，工件被测要素和基准要素的实际尺 、j 。经测量或检验合格后，才能使用位置量规检验，但在实际控制过程中，存在一定的 难度。这样。烬管对零件的安装不会造成很大的影响，但却对运动零件的运动精度及 其密封性形成潜在的隐患。 1 3 3 2 位置度测量 位胃度用于控制破测要素( 点、线、面) 对基准的位置误差，凼i j 位嚣度可分为 点的位胃度、线的位置度、面的位簧度。其多用于控制孔在任意方向的位置误差。【| i 于在泵体测量过程中，以线的位置度最为常见，p ；j 此，这里先简要介绍一下线的缱爿 度，j f 对现行位置度的测量进行分析。 线的位置度包括给定方向、任意方向和给定平面j 种。 ! 给定一个方向时，线的位置度误差值是包容被测实际线，且垂氲于给定方向的 两乎行平面( 或直线) 构成的定位最小区域宽度f ，示意图见图1 4 。定位最小区域 的位置对称于具有理想位置的理想线。实际线至少有一点于定位最小区域的一i p 面接 触。同样，给定相互垂直的两个方向时，则分别有两对平行平面构成一四棱柱定位最 小区域。 任意方向线的位置度误差由包容被测实际线的圆柱面定位最小区域的直径f 表 示。副柱面直径的位置由被测线的理想线的位置所决定，实际线与圆柱面至少由一点 接触，示意图见图1 5 。在泵体各孔系的位最度标注中，这一类位置度误差标注最为 常见，考虑到实际孔系加工过程中，各孔经过多道加工工步后，直线性较好，而如果 按理论对线的位置度进行评定，需要截取多个孔截面，测量效率将会降低，因而在实 际测量过程中可以采用简化的方法进行测量。 给定平面内线的位簧度误差由包容被测实际线的两平行直线的定位最小区域的宽 上海交通大学硕士研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 度f 表示。定位最小区域按被测线的理想线对称配霞，实际线至少有一点与两平行线 之一稍 接触，示意图见图i - 6 。 f 图1 4 给定方向位笱度示意图 f i g u r e l 一4p o s i t r o ns k e t c hm a po f g i v e nd i r e c t i o n 网1 5 任意方向位胃度示西图 f i g u r e1 5p o s i t i o ns k e t c hm a p o f a l ld i r e c t i o n 图1 6 给定乎面位置度示意图 f i g u r e i 6p o s i t i o ns k e t c hm a po f g i v e np l a n 平面 对于位置度的检测，通常采用的检测原则有“测量坐标值原则”和“控制实效边 界原则”。由于测量坐标原则将牵涉到大量的计算工作，在生产现场较难实现，因而， 过去的控制上普遍采用测量孔中心的坐标的方法。具体就是，工艺人员在编排工艺的 时候，往往将位置度公差转化为x 向和y 向的坐标公差。这样，现场的生产工人和 检验人员就可以方便地利用平板、高度对块和杠杆e i 分表等基本计量器具直接进行测 量。具体测量示意图见图1 7 。同样，根据控制实效边界原则而设计地综合量规在现 场加工过程中也较为普遍。但象挺柱体定位销孔和柱塞弹簧上座定位销孔所涉及的位 霞度，其测量基准为轴承孔轴心线和右侧面，均不宜定位，在位置度检具的制造上存 在较大的难度，因而至今仍无合适的专用检具投入使用。 上海交通大学硕士研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 定位销 图i 一7 现场缸胃尺i j 测鞋检j 示意图 f i g u r e1 7s k e t c hm a p o f p o s i t i o nm e a s u r ei m p l e m e n t a tw o r ks i t e 1 3 3 3 垂直度测量 乖直度误差是指被测要素十1 i 对于j 理想要素的变动量，该理想要素与基准j 彳丁乖 肖的关系。在泵体测髓f 】涉及的睡赶度有面对面的垂直度、线对而的唾直度、线对线 的垂直度。 面对而的垂直度误惹值可以f j 两甲行j f ，碰构成的定向最小区域宽度f 来表示，0 i ，两、f 而应与破测平【f f 至少自- t _ 1 接触，示意图见图1 一g 。 线对面的垂直度误差有一个方向、给定相互难直的两个方向和任意方向三种，泵 体测量过程中涉及的是仟意方向。，l 定向区域为一垂直于基准5 f 面的圆柱面，该叫 柱两的直径ff 为任意方向的唾直度误差，圆柱面与被测实际线要求至少有两点接触 f l 】至少有三点接触两种情况。其中两点接触是指实际线为平面线或其在平面e 的投影 无法形成不在同一直线l ：的三点。秆 反，三点接触是指实际线在甲面上的投影可以构 成f i 在同一直线l 的：二点。两点接触，两点问的距离即为垂直度误差；j 点接触 i 点的最大外接圆直径即为垂直度误差，示意图见图l 一9 。 线对线的垂直度误差南两平行平面陶成的定向最小区域宽度f 表示，两平行平面 与基准直线成垂直关系。定向最小区域的两平行平面与被测实际线至少各有一点接 触，示意图见图1 - 1 0 。 图1 8 面对面垂直度示意图 f i g u r e1 - 8p e r p e n d i c u l a r i t ys k e t c hm a po f p l a n t op l a n j ：海交通夫学硕士研究生学位沦文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 【h1 9 线对丽垂直度示意冈 f i g u r e1 9p e r p e n d i c u l a r i t ys k e t c hm a po f h n e t op l a n i 刘1 1 0 线对线睡a 嫂示意图 f i g u r e l 一1 0p e r p e n d i c u l a r i t ys k e t c hm a p o f l i n et op l a t a 对睡卣度测量时所采川的检测原则仃“j 理想要素比较原j j ! | j ”、“测鞋特h i ：参数 原则”、“控制实效边界原则”。 对于线对而得藁直度，现场一般采用“j 理想要素比较原则”，以一基准而为测 鞋螭准，通过：签棒模拟出被测轴线，然后用f 【杆百分表在给定长度内进行拖动，以测 茕 砖韪度误差。 对于线对线的礁直度，口前现场泵体产量采用的垂直度测量方法按照测量特 【i ：参 数原则进行测量。一般采用芯捧来体现基准轴线，通过专用捡具的两个阳顶尖顶在芯 棒两端的定位孔内将工件固定，然后在用芯棒模拟被测轴线，用杠杆百分表在给定的 范嗣内进行测量，得出垂直度误差，具体测量示意图见图1 1 1 。 面对面的垂直度也可以采用综合量规，运用光隙法进行检验，i 酊由十泵体所涉及 的睡良度误差部较小，泵体的”1 两一般部较大因而不宜用此方法进行检验。而对于 斯对面的垂直度误差检验，用综合鞋规检验时，需将量规涉及成检测部分和基准部分 的榴对位置可以凋符的形式，从结构j ：胥较为复杂，因而现场未经用。 图1 1 1现场线对线垂直度检具示意图 f i g u r el 一1 1p e r p e n d i c u l a r i t yi m p l e m e n ts k e t c hm a p o f l i n et ol i n ea tw o r ks i t e 9 卜海交通大学硕士研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺寸测量方法的的研究与分析 1 3 3 4 平行度测量 平行度误差是指被测实际要素相对于其基准要素平行的理想要素的变动量。在泵 体测量过程中平行度误差主要有面对面的平行度、线对线的平行度、线对面的平行度。 面对面的平行度可以用两平行平面构成的定向最小区域宽度f 表示。当其包容被 测实际面时，各平面与实际面至少有一点接触，示意图见图1 1 2 。 线对线的平行度也有一个方向、给定垂直的两个方向以及任意方向三种情况。泵 体测最中蕾要是任意方向的情况。其误筹值未包容被测实际线的圆拄面定向最小区域 的直径ff ，示意图见图1 1 3 。该定向最小区域与被测实际线的接触分两种基本情况， 即至少两点接触和至少三点接触，其描述可参考1 3 3 3 垂直度测量中线对面的垂直 度。 平行度检测原则和测量方法与垂直度测量相同，这里就不介绍，。 在现场泵体测量控制中，平行度检测一般采用与理想要素比较原则和测量特征参 数原则进行测量。以基准平面定位，或用芯棒模拟基准轴线。可以直接采用杠杆百分 表拖动的方式或者用芯棒模拟来对被测轴线进行测量。 由于泵体设汁巾一般未采用最大实体原则，并且平行度最规存结构上也较为复 杂，制造难度较大，所以现场测量未采用综合量规进行检验。 图t 1 2 而对面平行度示意图 f i g u r e i 1 2 p a r a l l e ls k e t c h m a p o f p l a n t o p l a n 1 4 泵体测量的改进方向 、上 笺 - 4 、上7 f f 图1 1 3 线对线平行度示意网 f i g t t r e l - 1 3 p a r a l l e ls k e t c h m a po f l i n e t o l i n e 通过上述对泵体关键测最要素的分析，我们可以看出，采用传统的测量方法进行 泵体测量，存在着测量效率低、测量实现困难、测量工作量大、测量不确定度大、测 量影响环节多等多方面的问题，一些尺寸甚至存在无法测量的问题。这些将直接影响 到泵体测镀的准确性，而且不便于现场质量控制的需求，尤其对于设计和加工要求较 高的尺寸，上述测量方法在一定程度上还有可能造成检验的误判，增加工件加t 过程 中机床调整的时间和频次，甚至产生不必要的损失。这一切都与现行的牛产模式不相 匹配，因而需要采用与之相配套的先进的测量方法和测量手段。 那么，什么设备才是泵体尺寸和位置关系最有效的测量设备昵? 实际i j ，早在六 七十年代，这个问题已经有了答案，只是那时一方面是由于加工技术和成本的限制， 另一方面是由于席用领域和环境的限制，而未广泛地予以应用。可以说，在工件空间 位置关系的测量中，已口益趋向成熟并逐步在生产现场广泛采用的测量设备无疑便是 1 0 上海交通大学硕j 研究生学位论文第一章泵体孔系关键尺、j 测量方法的的研究与分析 j 三坐标测量机了。 随着泵体加工生产方式的变化，对测量方法和设备的改变的需求以显得越来越迫 切，它作为生产过程中不可缺少的一部分，直接影响到生产的方方面面。为此，根据 产品结构调整以及生产方式调整的实际需要，参照国外生产过程控制的实践经验，公 司从今年下半年加大对泵体测量的投入，投资近百万圆购买了意大利c o o r d 3 公司 的a r e s1 1 型三坐标测量机一台和德国马尔公司的测高仪两台用于现场检测，主要用 于配合l w 、p w 等新产品泵体的批量生产，解决新型生产方式卜存在的问题，从测 鼍设备的配黄方面基本满足了牛产现场对检测的需要，从而更加有效的控制生产过 程。 二坐标测量机作为泉体测量的核心设备，直接关系到泵体测量全过程的有效性， 如何合理有效地将应用三坐标测量机应用到泵体的测量过程中去无疑成为了一个迫切 需要研究和解决的问题。为了能对三坐标测量机有一个较为全面的了解，以便为进一 步工作的展开大好基础，在f 面一章巾，将着重对三坐标测量机及其在泵体测量中如 何实现二哥以论述。 上二海交通大学硕士研究牛学位论文第二章泵体关键尺寸在三坐标测量机上的实现 第二章泵体关键尺寸在三坐标测量机上的实现6 儿7 1 8 1 9 1 2 1 三坐标测量机的选型 2 1 1 概述 随着市场竞争的f 1 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 s p c ( 统计过程控制) 控制质量变异、目视控制等加强对现场的髓控力度；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 没各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，从而问接判断刀具磨、破损的状况等；有用于在线检i i i i t 工件尺、j 、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丁 的零件进行有效的测量。现在，为了配合c v i s 、f m s 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