凹基準(zhǔn)面平行度檢測(cè)方法分析與改進(jìn)

中國(guó)工程物理研究院7所 （四川綿陽 621900） 陳冰峰

中國(guó)工程物理研究院6所 （四川綿陽 621900） 楊金波

如圖1所示是典型的凹基面零件。該零件平行度要求高，基準(zhǔn)面內(nèi)凹，檢測(cè)困難。而且零件數(shù)量多，要全檢，所以在保證檢測(cè)準(zhǔn)確性的同時(shí)必須兼顧檢測(cè)效率。根據(jù)現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器設(shè)備和加工工藝，選取經(jīng)濟(jì)、

便捷、穩(wěn)定的檢測(cè)方法成為該零件順利驗(yàn)收的關(guān)鍵。

1. 零件綜合分析

（1）A 基準(zhǔn)面內(nèi)凹，測(cè)量基準(zhǔn)建立困難。

（2）被測(cè)兩環(huán)形面對(duì)A基準(zhǔn)平行度誤差分別為0.02mm和0.03mm，形位精度要求高。

（3）基準(zhǔn)實(shí)際要素表面φ400mm，其平面度未注公差值B級(jí)為0.15mm。因此檢測(cè)時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)評(píng)定很重要。

（4）基準(zhǔn)面為裝配后功能使用面。

2. 最初檢測(cè)方法

（1）移動(dòng)臂坐標(biāo)檢測(cè) 方法簡(jiǎn)述：利用便攜式移動(dòng)臂坐標(biāo)檢測(cè)儀對(duì)基準(zhǔn)面進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，按照最小二乘法原理建立、計(jì)算評(píng)定基準(zhǔn)面，然后在被測(cè)面同樣進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)并建立評(píng)定平面，最后計(jì)算兩面的平行度誤差值。

方法分析：該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量靈活、靈敏度高，適合現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是靈敏度抗干擾能力弱，檢測(cè)數(shù)據(jù)受人為操作影響大。在對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因其測(cè)量基準(zhǔn)面依據(jù)該平面上個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行建立，所采集點(diǎn)是隨機(jī)選擇的個(gè)別點(diǎn)，形狀誤差帶入位置誤差，難以準(zhǔn)確評(píng)定實(shí)際基準(zhǔn)平面，因此檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性不夠。

（2）固定式坐標(biāo)檢測(cè) 方法簡(jiǎn)述：采用固定式坐標(biāo)檢測(cè)設(shè)備，將工件直接置于坐標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。如圖2所示。

方法分析：該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，其缺點(diǎn)是檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高。運(yùn)用該方法測(cè)量時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)換工藝基準(zhǔn)，作為測(cè)量基準(zhǔn)，增加了中間環(huán)節(jié)誤差，測(cè)量數(shù)據(jù)不能正確反映零件的實(shí)際情況。

圖2 固定式坐標(biāo)檢測(cè)方案

3. 改進(jìn)方案

（1）方法概述 選取測(cè)量方法應(yīng)根據(jù)測(cè)量目的、生產(chǎn)批量、被測(cè)件結(jié)構(gòu)、精度要求以及充分利用現(xiàn)有計(jì)量?jī)x器等條件選擇，在保證結(jié)果準(zhǔn)確性、精度滿足要求的前提下，選擇盡可能低成本的測(cè)量方法。實(shí)際測(cè)量中采用“模擬法”，在加工中心上現(xiàn)場(chǎng)加工模擬基準(zhǔn)圓臺(tái)，保證上表面平面度小于0.003mm，將零件放在圓臺(tái)上，使內(nèi)凹基準(zhǔn)面與圓臺(tái)上表面貼合。選取被測(cè)平面上6～8個(gè)點(diǎn)作為被測(cè)點(diǎn)，用千分表進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)量。如圖3所示。

圖3 改進(jìn)檢測(cè)方案示意圖

（2）方案原理分析 ①加工中心重復(fù)定位精度為0.003mm，千分表分辨率為0.001mm。被測(cè)要素平行度公差為0.02mm，符合1/4測(cè)量精度原則，滿足檢測(cè)精度要求好經(jīng)濟(jì)要求。②根據(jù)GB/T 1184－1996規(guī)定，由實(shí)際表面建立基準(zhǔn)平面時(shí)，基準(zhǔn)平面為該實(shí)際表面的理想平面，理想要素的位置應(yīng)符合最小條件，如圖4所示。因零件加工后凹心0.05mm，即基準(zhǔn)為實(shí)際加工面，本身存在形狀誤差，故體現(xiàn)基準(zhǔn)時(shí)，受其基準(zhǔn)面型狀誤差影響，分析基準(zhǔn)面建立和正確體現(xiàn)尤為重要。由基準(zhǔn)實(shí)際要素建立基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)以該基準(zhǔn)實(shí)際要素的理想要素為基準(zhǔn)，而理想要素位置應(yīng)符合最小條件。而當(dāng)采用不同的評(píng)定方法所獲得的測(cè)量結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)，應(yīng)以最小區(qū)域法作為基準(zhǔn)評(píng)定法的仲裁依據(jù)?；鶞?zhǔn)實(shí)際平面建立時(shí)，基準(zhǔn)平面符合上述分析，與處于實(shí)體之外與基準(zhǔn)實(shí)際平面相接觸，因此采用“模擬法”。③現(xiàn)場(chǎng)加工后圓臺(tái)上表面平面度小于0.003mm，采用“模擬法”用形狀精度足夠高的精密表面來體現(xiàn)基準(zhǔn)，使被測(cè)基準(zhǔn)面與圓臺(tái)模擬基準(zhǔn)平面為面接觸，即基準(zhǔn)實(shí)際要素與模擬基準(zhǔn)形成穩(wěn)定接觸，二者自然形成符合最小條件的相對(duì)位置關(guān)系，如圖5所示。而且零件使用時(shí)是以該基準(zhǔn)面作為裝配基準(zhǔn)，平行度要求與實(shí)際使用情況吻合。

圖4 基準(zhǔn)面建立

圖5 模擬法

4. 實(shí)施效果

通過對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，取得了以下效果：①測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。②平均單人單件次測(cè)量時(shí)間約2min，大大縮短檢測(cè)時(shí)間。③檢測(cè)自動(dòng)化，便捷，勞動(dòng)強(qiáng)度低。④檢測(cè)成本降低。