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技術(shù)前沿>三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在機(jī)械傳動(dòng)零部件矩形花鍵軸 質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用及研究
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在機(jī)械傳動(dòng)零部件矩形花鍵軸 質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用及研究
2020-12-28 來源：常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：張德意；潘高進(jìn)；王霆
摘 要： 文章結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸實(shí)例，介紹了機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸在各行各業(yè)中的應(yīng)用以及在機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)用中的特點(diǎn)，分析機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸在機(jī)械加工中的質(zhì)量要求，研究機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸三坐標(biāo)測(cè)量測(cè)量方案。
關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 質(zhì)量要求 測(cè)量方法 評(píng)價(jià)方法
1、引言
軸類零件是機(jī)械工業(yè)中極為常見的零件，也是非常重要的零件，花鍵軸是軸類零件中極為常見的一種，如圖1所示。花鍵軸是運(yùn)動(dòng)中的扭矩傳遞零件，分矩形花鍵軸和漸開線花鍵軸兩大種類,花鍵軸中的矩形花鍵軸應(yīng)用廣泛,矩形花鍵軸通常應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械及一般機(jī)械傳動(dòng)等裝置。其制造工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響總成質(zhì)量，其形狀誤差精度直接影響機(jī)械的運(yùn)動(dòng)性能以及使用壽命，目前傳統(tǒng)的花鍵軸花鍵跳動(dòng)檢測(cè)方法仍然采用徑跳儀百分表檢測(cè)，這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方式不僅效率低下，而且檢測(cè)精度低，誤差大；隨著花鍵軸在各領(lǐng)域中使用的增多，人們對(duì)安全性能的認(rèn)識(shí)大大提高，所以對(duì)帶花鍵軸的花鍵尺寸要求也隨之提高，在采用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法就很難滿足企業(yè)與消費(fèi)者的需求。
高效率、高精度、高可靠性數(shù)字化自動(dòng)測(cè)量設(shè)備儀器三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以在產(chǎn)品零件生產(chǎn)過程中可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，不斷的完善零件加工質(zhì)量異常，提高零件的加工質(zhì)量與品質(zhì)。本文依據(jù)幾何公差原則、測(cè)量原則以及三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理制定出矩形花鍵軸的三坐標(biāo)測(cè)量方案，提高矩形花鍵軸的三坐標(biāo)測(cè)量工作效率。
圖1：花鍵軸
2、機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸的三坐標(biāo)測(cè)量方案
2.1、測(cè)針型號(hào)的選擇與角度校準(zhǔn)
根據(jù)零件圖紙圖2中的2號(hào)直徑φ60、5號(hào)槽寬2.2、6號(hào)φ57三個(gè)尺寸計(jì)算得出最小槽深（60-57）/2=1.5、槽寬2.2、最大直徑φ74、8個(gè)均勻矩形鍵等分角度45°，由此測(cè)針型號(hào)選取TIP1BY27,球直徑1毫米測(cè)針長(zhǎng)度27毫米；完成每個(gè)花鍵的幾何尺寸測(cè)量所用測(cè)頭角度有：A0B0、A90B0、A90B45、A90B90、A90B135、A90B180、A90B-45、A90B-90、A90B-135共計(jì)9個(gè)。
圖2：花鍵軸
2.2、零件在測(cè)量過程中的裝夾與固定
零件測(cè)量裝夾固定原則就是能最大限度的能通過一次對(duì)零件固定裝夾完成所有零件幾何尺寸的檢測(cè)，那么依據(jù)零件測(cè)量裝夾固定原則要求，在根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸的被測(cè)的幾何尺寸、零件形狀，則采用以下固定方式如圖3所示，零件豎方與測(cè)量機(jī)Z軸方向平行X/Y軸垂直，零件φ60外圓端面與圓形磁座面通過磁吸力進(jìn)行固定，通過磁座旋轉(zhuǎn)盤角度旋轉(zhuǎn)來完成零件第二軸向的找正。
圖3：花鍵軸零件測(cè)量裝夾固定方式
2.3、零件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立
基準(zhǔn)是機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)概念，機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)時(shí)零件尺寸的標(biāo)注，制造時(shí)工件的定位，質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)幾何尺寸的測(cè)量，一直到裝配時(shí)零部件的的裝配位置確定（裝配基準(zhǔn)）等，都要用到基準(zhǔn)的概念。基準(zhǔn)就是用來確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)，線或面。基準(zhǔn)分為：（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；（2）工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)又分為：（1）工序基準(zhǔn)；（2）定位基準(zhǔn)；（3）測(cè)量基準(zhǔn)；（4）裝配基準(zhǔn)。
零件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立需要通過零件幾何特征的矢量方向與位置來定義的，零件坐標(biāo)系的建立是否合理正確是直接影響最終測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，那么合理建立零件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的前提，就要采用零件的設(shè)計(jì)、工藝基準(zhǔn)（面、線、點(diǎn)、圓）等幾何特征的矢量方向與位置來定義零件基準(zhǔn)坐標(biāo)系。
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量程序零件坐標(biāo)系的建立過程：第一步如圖4所示，以幾何特征元素圓1與圓2的圓心構(gòu)造出幾何特征元素直線1，對(duì)幾何特征元素直線1的矢量向進(jìn)行Z軸找正，再以定義直線1的坐標(biāo)位置為X軸與Y軸的坐標(biāo)原點(diǎn)；第二步如圖5所示，以某個(gè)花鍵側(cè)面的幾何特征元素平面1與平面2先構(gòu)造幾何特征元素中心點(diǎn)1，再以構(gòu)造幾何特征元素直線1的質(zhì)心與中心點(diǎn)1構(gòu)造出幾何特征元素直線2，最后以直線2圍繞直線1矢量方向（Z軸）旋轉(zhuǎn)定義Y軸向。
圖4：零件坐標(biāo)系找正與原點(diǎn)設(shè)定
圖5：零件坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)設(shè)定第二軸向
2.4、零件測(cè)量程序策略
由于每個(gè)花鍵與其他幾何特征表面都需要采集測(cè)量點(diǎn)，而8個(gè)花鍵表面幾何特征元素的測(cè)量，需要8個(gè)測(cè)頭角度才能完成實(shí)現(xiàn)一次零件固定裝夾完成所有零件幾何特征元素尺寸的測(cè)量，為常規(guī)編程方式提高了難度。如何實(shí)現(xiàn)高效快速簡(jiǎn)潔完成零件的測(cè)量，前提要對(duì)被測(cè)零件花鍵軸的圖紙尺寸要求以及零件形狀特性，要有足夠的理解與認(rèn)知，這樣才能找出零件形狀之間的共性，然后通過測(cè)量軟件中的輔助功能（陣列功能），才能合理的規(guī)劃測(cè)量程序路徑，提高被測(cè)量零件的檢驗(yàn)檢測(cè)效率。如圖6所示，前提是在建立坐標(biāo)系之后，以A90/B180測(cè)頭為基礎(chǔ)程序參考，在每個(gè)被測(cè)量面上進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)程序的創(chuàng)建，然后把A90/B180測(cè)頭方向所創(chuàng)建的測(cè)量點(diǎn)程序進(jìn)行復(fù)制，設(shè)置陣列角度45°陣列次數(shù)7次進(jìn)行程序陣列。
圖6：程序測(cè)量點(diǎn)
2.5、幾何特征元素構(gòu)造
零件幾何尺寸的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析則是評(píng)價(jià)分析幾何特征元素如平面、直線、點(diǎn)、圓、圓柱、圓錐、球等，而幾何特征元素則是通過N個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算擬合形成的，由于花鍵軸零件的測(cè)量根據(jù)零件測(cè)量策略對(duì)零件表面，分不同測(cè)頭角度在每個(gè)被測(cè)量面上進(jìn)行點(diǎn)測(cè)量，無法直接根據(jù)測(cè)量點(diǎn)擬合幾何特征元素，那么我們需要使用測(cè)量軟件中的構(gòu)造幾何特征功能分別把每個(gè)被測(cè)量面的測(cè)量點(diǎn)構(gòu)造出幾何特征元素，如圖7所示構(gòu)造圓柱、平面等幾何特征元素。
圖7：構(gòu)造幾何特征元素
2.6、幾何尺寸公差的評(píng)價(jià)
機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸相關(guān)的幾何尺寸的評(píng)價(jià)分析重點(diǎn)是評(píng)價(jià)分析花鍵的大小、位置、對(duì)稱度以及裝配軸的外徑大小與同心同軸度。如果按照在編寫測(cè)量程序時(shí)以某一個(gè)花鍵的中心與零件軸線質(zhì)心連線設(shè)定的零件坐標(biāo)系第二軸向，來評(píng)價(jià)分析花鍵的位置，那么評(píng)價(jià)分析出的位置誤差，除了設(shè)定零件坐標(biāo)第二軸向的花鍵位置度符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求外，另外其余7個(gè)花鍵的位置度由于花鍵的加工過程中，很難保證花鍵之間的角度完全等分，存在一定的加工誤差，導(dǎo)致評(píng)價(jià)分析出的位置度誤差可能不符合圖紙位置度幾何公差要求，而現(xiàn)實(shí)零件裝配過程中又沒有問題，因此根據(jù)當(dāng)前零件基準(zhǔn)與零件坐標(biāo)系評(píng)價(jià)分析出的位置度誤差數(shù)據(jù)將不符合零件的實(shí)際情況。要想真實(shí)評(píng)價(jià)分析出花鍵位置又貼合裝配實(shí)際情況就必須以8個(gè)花鍵的中心點(diǎn)模擬花鍵的實(shí)際裝配過程重新擬合坐標(biāo)后進(jìn)行評(píng)價(jià)分析花鍵的位置度與對(duì)稱度，如圖8所示。
圖8：擬合坐標(biāo)系
3、結(jié)語
本文以機(jī)械傳動(dòng)零部件花鍵軸為例，闡述了該零件的幾何尺寸檢驗(yàn)檢測(cè)三坐標(biāo)測(cè)量方案，通過測(cè)針型號(hào)的選擇與角度校準(zhǔn)、零件在測(cè)量過程中的裝夾與固定、零件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立、零件測(cè)量程序策略、幾何特征元素構(gòu)造、幾何尺寸公差的評(píng)價(jià)了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)產(chǎn)品零件的測(cè)量過程，同時(shí)闡述了測(cè)量程序的編程技巧、幾何公差尺寸評(píng)價(jià)中的難度與處理方法。同類零件的三坐標(biāo)測(cè)量方案及測(cè)量程序的編程均可參照以上內(nèi)容。
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