的位置關(guān)系應(yīng)符合“較小條件”；在此基礎(chǔ)上，*二基準(zhǔn)的實(shí)際表面B相對*二基準(zhǔn)平面的關(guān)系應(yīng)滿足較大偏離量為較小這一要求；*三基準(zhǔn)只要一點(diǎn)接觸即可。在生產(chǎn)中，可采用下述模擬體現(xiàn)方法，即**基準(zhǔn)的實(shí)際表面與**基準(zhǔn)平面應(yīng)滿足3點(diǎn)接觸；*二基準(zhǔn)的實(shí)際表面與*二基準(zhǔn)平面應(yīng)滿足2點(diǎn)接觸，即*三基準(zhǔn)的實(shí)際表面與*三基準(zhǔn)平面應(yīng)滿足1點(diǎn)接觸就可以了。據(jù)此，被測要素在三基面體系中的方位完全被確定下來，這樣在評定”定向和定位誤差時，可以得到一確定的結(jié)果。但是，同一個零件由于基準(zhǔn)順序確定得不同，被測要素的公差帶在三基面體系中的位置也就不同。
（2）由實(shí)際基準(zhǔn)圓柱表面建立三基面體系
在不同零件的基準(zhǔn)體系中，往往既有實(shí)際基準(zhǔn)表面又有實(shí)際基準(zhǔn)圓柱表面，此時實(shí)際基準(zhǔn)圓柱表面與三基面體系的關(guān)系是由兩個基準(zhǔn)平面的交線形成基準(zhǔn)軸線。
當(dāng)基準(zhǔn)軸線為**基準(zhǔn)時，由三基面體系中的**、*二基準(zhǔn)平面構(gòu)成的交線即為基準(zhǔn)軸線，可看作兩個基準(zhǔn)。此時，理想較小外接圓柱面包容實(shí)際圓柱面A，*二基準(zhǔn)實(shí)際表面B與*三基準(zhǔn)平面1點(diǎn)接觸。
當(dāng)基準(zhǔn)軸線為*二基準(zhǔn)時，則**基準(zhǔn)的實(shí)際表面與**基準(zhǔn)平面應(yīng)符合“較小條件”，即應(yīng)滿足3點(diǎn)接觸；*二基準(zhǔn)的實(shí)際圓柱面被由第二、*三基準(zhǔn)平面構(gòu)成的交線作為軸線的較小外接圓柱面緊密包容。在**基準(zhǔn)滿足較小條件的情況下，由于實(shí)際基準(zhǔn)要素存在著誤差，包容*二基準(zhǔn)實(shí)際圓柱表面的較小外接圓柱面與*二基準(zhǔn)實(shí)際圓柱面只要2點(diǎn)接觸。
富康轎車發(fā)動機(jī)缸體加工工藝采用的是典型的三基面體系構(gòu)建加工坐標(biāo)系。
1.2采用典型加工坐標(biāo)系，
利用三坐標(biāo)測量程序?qū)崿F(xiàn)批量產(chǎn)品的檢測，在進(jìn)入程序前，先要建立零件當(dāng)前所處位置的控制坐標(biāo)系，即在建立零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系之前應(yīng)先手動建立測量初始坐標(biāo)系，三坐標(biāo)就是根據(jù)控制坐標(biāo)系尋找被測孔或其他要素所在位置來實(shí)現(xiàn)零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的自動測量，根據(jù)自動測量的元素來建立零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被測孔或面的自動測量或評價?？刂谱鴺?biāo)系的建立原則就是讓所檢測的零件與控制坐標(biāo)系的位置相對不變，或位移很小，因此應(yīng)找那些加工光潔的面或孔，如果是毛坯，應(yīng)使用測量支架，將控制坐標(biāo)系建在測量支架上，作為批量檢測的控制坐標(biāo)系。下面主要講述零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立。
（1）OPl0定位基準(zhǔn)加工采用的基準(zhǔn)坐標(biāo)系
a.定位與夾緊
缸體定位基準(zhǔn)的加工是以缸體毛坯作為定位基準(zhǔn)來加工的，由于毛坯定位的特點(diǎn)，為了保證加工精度必須使用專用工裝夾具，將基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立在專用工裝夾具上。定位與夾緊如圖2。
由圖2看出，P4、P5及P6面構(gòu)成了定位孔加工的三基面基準(zhǔn)。P4面：第3、*4夾緊點(diǎn)的對稱點(diǎn)；P5面；對稱于兩測頭2且垂直于P4的面；P6面：支撐1的面垂直P4、P5的面。
b.零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立缸體在三坐標(biāo)大理石平板上的放置方式為OPl0支架左測量面同X軸平行正放在大理石平板上，缸體自由地放在支架中的①的4個支承點(diǎn)上，靠④、③的各4個支承點(diǎn)夾緊。缸體OPl0定位基準(zhǔn)加工采用的基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立方法及步驟如下。
·在OPl0支架的左測量面測量一個平面。
·在三坐標(biāo)大理石平臺上測量一個平面。
·在缸體右側(cè)面*三清砂孔兩側(cè)各采1點(diǎn)，計算出中點(diǎn)。
以大理石平臺上測量的平面的法線建*1軸即為Z軸，設(shè)置Z軸的坐標(biāo)偏置為Z=301.968，這就是P6面；以O(shè)Pl0支架的左測量面測量的平面的法線建*2軸即為y軸，設(shè)置 y軸的坐標(biāo)偏置y=-179.797，這就是P4面；三坐標(biāo)測量機(jī)自動生成X軸，將X軸的0點(diǎn)清在*三清砂孔中點(diǎn)上，這就是P5面。
這樣，缸體OPl0定位基準(zhǔn)加工測量用基準(zhǔn)坐標(biāo)系就建立好了，完全同加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（2）OP20\OP40\OP50\OP60\ OP90\OPl20粗加工工序所用坐標(biāo)系
a.定位與夾緊
缸體粗加工工序所用坐標(biāo)系采用一面兩銷，即側(cè)面一空間理想平面P1+1只圓柱銷52①+1只菱形銷52②。定位夾緊如圖3。
由圖3看出，P1、P2及P3面構(gòu)成了粗加工三基面基準(zhǔn)。P1面：過基準(zhǔn)點(diǎn)①、②，離基準(zhǔn)點(diǎn)④為22mm，離基準(zhǔn)點(diǎn)③為88mm的平面；P2面：過兩定位銷孔（52）且垂直于P1的面；P3面：過兩定位銷孔（52）且垂直于P1、P2的面。
b.零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立
缸體在三坐標(biāo)平臺上的放置方式為缸體立放，油底殼面朝X軸正方向，正時面向下與大理石平板平行，飛輪面向上。
缸體粗加工工序所用坐標(biāo)系建立方法及步驟如下。
·①、②、③、④4個小平面上各采1點(diǎn)。
·測量圓柱銷定位孔一個圓截面，測量菱形銷定位孔一個圓截面。
·將點(diǎn)③的X坐標(biāo)沿y軸正方向偏置一88，將點(diǎn)④的X坐標(biāo)沿Y孳由正方向偏置-22。
·用點(diǎn)②及偏置后的點(diǎn)③、點(diǎn)④3點(diǎn)構(gòu)建一個平面，這個平面即為P1面，以該平面的法線建*1軸即為y軸，并在該平面清Y=O；以兩定位銷孔連線建*2軸即為Z軸，Z軸所在的平面即為P2面，在該線質(zhì)心點(diǎn)上清 X=O，三坐標(biāo)測量機(jī)自動生成X軸，
這就是P3面，在圓柱銷定位孔中心清Z=O。
這樣，缸體粗加工工序測量所用基準(zhǔn)坐標(biāo)系就建立好了，完全同加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（3）OP130\0P140\0P150\ OP170\0P190\0P230精加工工序所用坐標(biāo)系
a.定位與夾緊
缸體精加工工序所用坐標(biāo)系也是一面兩銷，不過該坐標(biāo)系的面和銷孔與粗加工坐標(biāo)系采用一面兩銷完全不同，即底平面P10+1只圓柱銷39①+1只菱形銷39②。定位夾緊如圖4。
由圖4看出，P10、P11及P12面構(gòu)成了精加工三基面基準(zhǔn)。P10面：過底平面200及4個支承點(diǎn)的平面；P11面：過圓柱定位銷孔（39）軸線，離菱形定位銷孔（39）為28 mm且垂直于P10的面；P12面：過圓柱定位銷孔（39）軸線且垂直于 P10、P11的面。
b.零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立
缸體在三坐標(biāo)平臺上的放置方式為缸體立放，**平面朝y軸正方向,正時面向下與大理石平板平行.飛輪面向上。
缸體精加工工序測量所用的基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立方法及步驟如下。
·在油底殼面測量一個平面，即為P10面。
·測量圓柱銷定位孔圓柱兩個圓截面，測量菱形銷定位孔圓柱兩個圓截面。
·將在菱形銷定位孔內(nèi)所測的兩個圓截面的圓心點(diǎn)沿X軸正方向偏置-28。
·用圓柱銷定位孔內(nèi)所測的兩個圓截面的圓心點(diǎn)和在菱形銷定位孔內(nèi)所測的兩個圓截面的圓心點(diǎn)偏置后的兩個點(diǎn)，共4個點(diǎn)構(gòu)建一個平面，該平面即為P11面。
·以油底殼面即P10面的法線建*1軸即為y軸，并在該平面清 Y=O；以P11面的法線建*2軸即為X軸，三坐標(biāo)測量機(jī)自動生成Z軸，過圓柱銷定位孔中心的Z軸的法平面即為P12平面，在圓柱銷定位孔**圓截面圓心清X=O，Z=O。
這樣，缸體精加工工序測量所用基準(zhǔn)坐標(biāo)系就建立好了，完全同加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（4）OPl60精銑缸蓋面、正時齒輪面、離合器面、變速器面加工工序所用坐標(biāo)系
a.定位與夾緊
缸體OPl 60精銑缸蓋面、正時齒輪面、離合器面、變速器面加工所用坐標(biāo)系采用兩面一銷，即底平面F1、F′1面+P15面+1只圓柱銷39。定位夾緊如圖5。
由圖5看出，底平面F1、F1′面、P15面及一只圓柱銷孔39構(gòu)成的精銑面加工三基面基準(zhǔn)。底平面 F1、F1′面：過底平面200的平面；P15面：過圓柱定位銷孔（39）軸線，并垂直于曲軸孔1、5軸孔軸線。
b.零件測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立缸體在三坐標(biāo)平臺上的放置方式為水平放置，**平面朝Z軸負(fù)方向與大理石平板平行放置，油底殼面朝翳由正方向，飛輪面朝X軸正方向。
缸體OPl60精銑面加工采用的基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立方法及步驟如下。
·在油底殼F1、F′1面上采12點(diǎn)測量一個平面。
·測量圓柱銷定位孔一個圓截面。
·測量曲軸孔1一個圓截面、曲軸孔5一個圓截面。
·過曲軸孔1圓截面圓心、曲軸孔5圓截面圓心作一直線。
·以油底殼F1、F′1面的法線建*1軸即為Z軸，在圓柱銷定位孔圓截面圓心上清X=O，Y=O；以過曲軸孔1圓截面圓心、曲軸孔5圓截面圓心的直線建*2軸即為X由；這樣 Z軸所在的平面即為15平面，三坐標(biāo)測量機(jī)自動生成Y由，在曲軸孔1圓截面圓心處清Z=O。
這樣，缸體OPl60精銑面加工測量用基準(zhǔn)坐標(biāo)系就建立好了，完全同加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來了。
2 缸體空間孔系位置尺寸的三坐標(biāo)測量中常見問題分析
2.1連續(xù)加工的零件測量結(jié)果一致性較差
若加工中心的主軸、刀具、工裝等加工設(shè)備無異常，測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系正確，且可能的原因?yàn)榱慵ㄎ讳N孔已變形、不同的測量點(diǎn)計算出不同的中心坐標(biāo)，這樣工件坐標(biāo)系就不能完全確定，其他被測各孔位置就不可能準(zhǔn)確，反饋給生產(chǎn)線的測量數(shù)據(jù)重復(fù)性差，機(jī)床無法調(diào)整，造成質(zhì)量失控。尤其是精加工用的兩個定位銷孔，使用頻次較高，到后面幾個工序定位銷孔很可能被磕碰變形，造成基準(zhǔn)坐標(biāo)系的偏移，進(jìn)而造成測量誤差。
在日常的緩慢偏差測量過程中多次發(fā)現(xiàn)過上述問題。只要定位銷孔圓度**過0.015 mm，測量的結(jié)果就與其他零件測量結(jié)果產(chǎn)生0.010 mm以上的一致性差異。
解決的方法就是每次測量零件之前先目視檢查定位銷孔是否有磕碰傷的痕跡，如果有，就需換一個無磕碰傷的零件進(jìn)行檢測；另外.也可采用修改測量程序中定位銷采點(diǎn)位置，使采點(diǎn)避開變形較大的部位，以減少基準(zhǔn)孔中心位置計算的誤差。
2.2測量孔系位置度有系統(tǒng)誤差
如果以一面兩銷為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，測量其他孔位置度時有系統(tǒng)誤差，原因可能是手動測量建坐標(biāo)系誤差較大，以兩銷孔的連線為X軸建坐標(biāo)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，兩銷孔的Y坐標(biāo)不等。
改進(jìn)的方法是在手動測量建坐標(biāo)系的基準(zhǔn)上再編程生成測量一面兩銷，二次建基準(zhǔn)坐標(biāo)系，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到二次建基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，這樣兩孔的Y標(biāo)相等，在該坐標(biāo)中再次測量評價其他元素，重復(fù)性好，消除了系統(tǒng)誤差。因此，凡測量評價元素的位置尺寸時，都必須二次建立坐標(biāo)系，以保證測量的準(zhǔn)確性。
2.3對軸線的旋轉(zhuǎn)要按角度旋轉(zhuǎn)
在測量斜孔位置及位置度時，利用三坐標(biāo)的有利條件，可對軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，是按角度旋轉(zhuǎn)還是按距離旋轉(zhuǎn)好呢7還是都一樣呢7從測量的一致性來講，按角度旋轉(zhuǎn)明顯優(yōu)于按距離旋轉(zhuǎn)建立的坐標(biāo)系。原因是距離是不確定的，精度再高的加工中心加工出的零件也是有誤差的，用距離旋轉(zhuǎn)建坐標(biāo)系，測量不同的零件測量結(jié)果一致性較差，而以角度距離旋轉(zhuǎn)建坐標(biāo)系，測量不同的零件測量結(jié)果一致性好；這是因?yàn)榻嵌仁抢碚撝担盟鼇斫ㄗ鴺?biāo)系可以清楚地反映加工中存在的問題。
2.4三坐標(biāo)測量缸體孔系應(yīng)注意的問題
·對于缸體側(cè)壁沉孔或淺孔位置的測量，三坐標(biāo)測頭采點(diǎn)深度要大于6 mm，采1個截面評價即可；對于深孔或較長的通孔如主軸承蓋和缸蓋螺栓孔，一般在離入口和出口6 mm處各采2個截面來評價。
·對于斜平面上的孔，如機(jī)油標(biāo)尺孔位置的測量，測頭采點(diǎn)按理論角度采點(diǎn)，坐標(biāo)系的建立是在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上按理論角度旋轉(zhuǎn)建立新坐標(biāo)系，在新坐標(biāo)系下評價斜孔入口處的位置及斜孔軸線的角度。
·對粗加工零件，通過這種平移、旋轉(zhuǎn)，可獲得被測成組要素相
對于基準(zhǔn)位置的較佳位置和方向。這就為進(jìn)一步加工時更合理地分配加工余量提供實(shí)際數(shù)據(jù)，以挽救處于報廢邊緣狀態(tài)下的粗加工零件。這些數(shù)據(jù)，也可供調(diào)整加工中心、自動機(jī)床等的定位基準(zhǔn)時參考。對精加工后的零件，由于獲得了較佳方位數(shù)據(jù)，這樣就可決定零件較終的較佳裝配數(shù)據(jù)位置。在位置度公差按較大實(shí)體原則給出時，這種基準(zhǔn)的變換將更有利于減少廢品率、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
3 缸體缸孔和曲軸孔直徑的正確測量方法
3.1 缸孔直徑測量
缸孔加工的精度較高，它對發(fā)動機(jī)整體機(jī)械性能至關(guān)重要，因此對其直徑的測量要求精度很高，且要取平均直徑來代表缸孔直徑。
·精加工缸孔的直徑、平均直徑測量如圖6（以EWl0缸體缸孔的直徑測量為例）。
·缸孔每截面直徑的測量布置如圖7。
·測量要求。
N1-N2-N3截面ΦA(chǔ)—B—C—D：3個截面、4個方向的直徑平均值，即12個直徑值的平均值為Φ85.0+0.0180 mm。
截面2上的ΦC與ΦD差值≤0.011 mm。
·測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立。
首先分別測量曲軸孔1、5，用1、5圓心建一軸線，作為零件坐標(biāo)系的*1軸并找正，這里假設(shè)其為工件坐標(biāo)系的Y軸；再測量缸孔1圓柱，用缸孔1圓柱的軸線作為零件坐標(biāo)系的*2軸，這里假設(shè)其為工件坐標(biāo)系的Z軸；求出缸孔1圓柱的軸線與1、5軸線的交點(diǎn)；再把坐標(biāo)系原點(diǎn)清在缸孔1圓柱的軸線與1、5軸線的交點(diǎn)上。這樣建立的基準(zhǔn)坐標(biāo)系才與缸體的產(chǎn)品設(shè)計基準(zhǔn)一致，在該基準(zhǔn)坐標(biāo)系下測得的每個缸孔3個截面、4個方向的直徑平均值才與發(fā)動機(jī)工作時的活塞運(yùn)動狀態(tài)相吻合，才能為發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、減弱發(fā)動機(jī)工作時所產(chǎn)生的噪聲和提高發(fā)動機(jī)的使用壽命提供保證。
缸孔直徑的測量一定要用帶加長桿的星型測頭，用2、3、4、5號測針組成星型測頭，在測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系下測量A、B、C、D 4個方向3個截面直徑，評價時用2、4、3、5的測量點(diǎn)坐標(biāo)來評價4個方向的對徑，然后計算平均值及ΦC與ΦD差值。
3.2精加工曲軸孔的直徑的測量及分級方法
缸體曲軸孔平均直徑測量如圖8（以EWl0缸體曲軸孔的直徑測量為例）。
缸體的曲軸孔是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部位，其公差要求特別嚴(yán)格，由于其孔內(nèi)要配軸瓦，必須對其直徑進(jìn)
行分級，而測量稍有誤差就有可能造成分級錯誤，因此必須按工藝要求正確建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行測量。
（1）曲軸孔直徑測量
曲軸孔直徑測量面測量點(diǎn)分布如圖9。
（2）測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立
測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立同缸孔直徑的測量基準(zhǔn)。用帶加長桿的星
型測頭采點(diǎn)測量，在該基準(zhǔn)坐標(biāo)系下測得的每個曲軸孔兩個截面、2個方向的直徑的平均值才是正確的，按該直徑分級配瓦才與發(fā)動機(jī)工作時的部件運(yùn)動狀態(tài)相吻合，才能為曲軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、減弱曲軸工作時所產(chǎn)生的噪聲和提高曲軸的使用壽命提供保證。
4 結(jié)束語
三坐標(biāo)測量機(jī)是測量缸體等箱體類零件空間尺寸及形位公差較理想的設(shè)備，對于三維空間坐標(biāo)的建立、平移、旋轉(zhuǎn)都是十分方便的，只需在零件加工基準(zhǔn)上采集幾個元素，就可以自動建立一個同加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系相同的三維空間坐標(biāo)系，因此應(yīng)該充分了解所測量的零件在整個生產(chǎn)線上的加工工藝，在測量過程中才能保證測量基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)的統(tǒng)一，才能正確建立測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系，才能確立正確的檢測方案，測量結(jié)果才能有效地應(yīng)用到產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控中。以上測量方案不僅可以用于發(fā)動機(jī)缸體的測量，還可以用于其他箱體類的零部件緩慢偏差的測量如發(fā)動機(jī)缸蓋、變速器箱體及機(jī)床主軸箱箱體等。 |
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