基于產(chǎn)品初始設(shè)計(jì)意圖的高級(jí)測(cè)繪方法研究

劉裕，張旭，范凱歌

（上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 201620）

0 引言

當(dāng)前在汽車(chē)、航空等機(jī)械領(lǐng)域中，通常都需要機(jī)械零部件測(cè)繪，以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)改進(jìn)和累計(jì)技術(shù)資料等。李茗、王旭東、高紅、陳桂芳等［2－4，6］從常用量具的使用方法、機(jī)械零部件測(cè)繪的基本知識(shí)，以及典型零件的測(cè)繪等方面詳細(xì)地講解了測(cè)繪的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技巧。趙忠玉［5］以常用的軸套類(lèi)零件、齒輪類(lèi)零件、箱體類(lèi)零件、輪盤(pán)類(lèi)零件和叉架類(lèi)零件等的測(cè)繪全面地講解了測(cè)量的技術(shù)基礎(chǔ)。甘永立［1］也以典型零件的測(cè)繪以及生產(chǎn)檢驗(yàn)的工作過(guò)程講解了測(cè)繪過(guò)程中幾何量的公差和檢測(cè)。

目前，研究測(cè)繪的學(xué)者甚多，而研究高級(jí)測(cè)繪的學(xué)者很少。國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，公司產(chǎn)品的質(zhì)量、尺寸精度等都備受考驗(yàn)，亟待提高，傳統(tǒng)的測(cè)繪方法雖然實(shí)用，卻有一定的局限?；谏鲜鲅芯繝顩r和當(dāng)前研究趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)產(chǎn)品的特點(diǎn)，從高級(jí)測(cè)繪的方法及其技術(shù)關(guān)鍵方面展開(kāi)研究，以探討更適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)品的高級(jí)測(cè)繪方法。

1 高級(jí)測(cè)繪的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

圖1 前左立柱

圖2 測(cè)量基準(zhǔn)

1）了解分析零件。為了把零件準(zhǔn)確完整地測(cè)繪出來(lái)，首先要對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和工藝分析,了解零件的類(lèi)型及其在裝配中的作用，所使用的材料及大致的加工方法。如圖1，與汽車(chē)前面的軸裝配在一起，起支撐和定位的作用。

2）選擇合理的測(cè)量基準(zhǔn)。每個(gè)零件在加工過(guò)程中都存在一定的誤差，這是無(wú)法避免的，應(yīng)正確、合理地選擇測(cè)量基準(zhǔn)，以避免誤差的累計(jì)。如圖2，此模型在水平方向可以面1 和面2為測(cè)量基準(zhǔn)，豎直方向可以面3為測(cè)量基準(zhǔn)，便于測(cè)量與建模。

3）按產(chǎn)品初始設(shè)計(jì)意圖選擇合理的測(cè)繪方法。零件的重要尺寸通常都會(huì)影響其規(guī)格、性能、工作精度、互換性、配合要求以及零件在裝配中的準(zhǔn)確位置，要認(rèn)真揣摩設(shè)計(jì)者的初始意圖并確定其重要尺寸，而且重要尺寸的精度必須予以保證，這就可使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。如圖3 中1、2、3 三個(gè)孔中兩兩之間的距離精度要求很高，用一般測(cè)量工具不方便測(cè)量而且難以滿(mǎn)足其精度，故應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量。而對(duì)于一些精度要求不高的尺寸，可以用直尺、游標(biāo)卡尺、卡鉗等測(cè)量。如圖4 中加強(qiáng)筋，可以用游標(biāo)卡尺、卡鉗等測(cè)量。

圖3 重要尺寸

圖4 加強(qiáng)筋

圖5 坐標(biāo)系

4）合理選擇坐標(biāo)系，確定建模方案。在精確的測(cè)量中，合理地選擇坐標(biāo)系與選擇精度高的測(cè)量工具同樣重要，合理地選擇坐標(biāo)系能使建模過(guò)程更簡(jiǎn)便、直觀，大大縮短建模時(shí)間，快捷有效。如圖5，以中間圓孔中心在最底面的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，以通過(guò)圓心且垂直于左端面在最底面投影的直線(xiàn)為X 軸，以通過(guò)圓心且平行于左端面在最底面投影的直線(xiàn)為Y 軸，建立如圖所示的坐標(biāo)系，以方便建模以及測(cè)量尺寸。

5）建立三維模型并輸出圖紙。用SolidWorks 軟件逐步建立實(shí)體模型，邊測(cè)量邊建模，建立出三維模型后，可以很方便地轉(zhuǎn)換出二維圖紙。

2 高級(jí)測(cè)繪的測(cè)量方法

測(cè)繪零件時(shí)，必須根據(jù)實(shí)物仔細(xì)揣摩并結(jié)合有關(guān)資料分析，確定零件的有關(guān)技術(shù)要求，如尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等，應(yīng)根據(jù)尺寸的精確程度選用相應(yīng)的量具和測(cè)量方法。

1）選擇常用量具測(cè)量。選擇常用量具測(cè)量適用于精度要求不高的尺寸測(cè)量，對(duì)于常用工具的測(cè)量方法，高紅［4］、趙忠玉［5］等已經(jīng)講解得很詳細(xì)、全面。本文著重探討三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量。

2）選用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量。選用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量屬于高級(jí)測(cè)繪，此種測(cè)量主要用于精度要求高的尺寸測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量歸結(jié)如下：首先將零件置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中定位，然后測(cè)量以獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。一般情況下還需要建立至少一個(gè)坐標(biāo)系，因?yàn)槿鴺?biāo)測(cè)量機(jī)是在測(cè)頭獲取數(shù)據(jù)后通過(guò)計(jì)算機(jī)還原出幾何模型的，所以在建立好一個(gè)坐標(biāo)系以后，不能隨便移動(dòng)零件，直到獲取了零件的離散數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為止，這樣可得到一個(gè)與實(shí)體零件極其相似的模型，設(shè)計(jì)者便可在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行高效仿制、改進(jìn)等。

3 高級(jí)測(cè)繪的關(guān)鍵技術(shù)

高級(jí)測(cè)繪的測(cè)量過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的不同方法將直接影響模型的精度。因此，選擇正確測(cè)量方法和掌握關(guān)鍵技術(shù)尤其重要。

1）探針采點(diǎn)技巧。在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的過(guò)程中，為了將零件的離散數(shù)據(jù)較好地輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常采用接觸測(cè)量法測(cè)量，即測(cè)頭與零件表面接觸的方法。采用此種方法需要考慮測(cè)頭數(shù)據(jù)獲取的位置、測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和密度。大多數(shù)情況下都是根據(jù)零件表面形狀的曲率大小判定：曲率較大，則測(cè)量點(diǎn)較多；反之較少。如圖6所示。

圖6 測(cè)點(diǎn)分布

圖7 邊界直線(xiàn)

2）邊界直線(xiàn)測(cè)量技巧。在對(duì)邊界線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，很難保證將探針針尖對(duì)準(zhǔn)邊界線(xiàn)，因此常常造成較大的測(cè)量誤差，效率也較低。為此，可以用如下方法改進(jìn)：首先測(cè)量邊界線(xiàn)的一側(cè)面（面2）的完整離散數(shù)據(jù)，然后在邊界線(xiàn)另一側(cè)面（面1）上采點(diǎn)，采點(diǎn)位置離邊界線(xiàn)越近越好（一般在1 mm 以?xún)?nèi)），然后將測(cè)量點(diǎn)向面2 上投影便可得到邊界線(xiàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。如圖7，此方法不僅巧妙地避免了探針對(duì)準(zhǔn)邊界線(xiàn)去獲取數(shù)據(jù)，而且保證了數(shù)據(jù)獲取精度。

3）重要尺寸精度的保證。零件的重要尺寸通常對(duì)零件的性能、裝配等有很大的影響，所以必須予以保證。如圖8 中的定位孔，在裝配中要求必須與軸緊密結(jié)合，精度要求很高。在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的過(guò)程中，零件的安裝基準(zhǔn)應(yīng)盡量方便坐標(biāo)系的建立，由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理是將探針獲得的采點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算、造型得到零件的大致幾何模型，所以在測(cè)量之前應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行分析，如何使裝夾次數(shù)最少，從而使由于裝夾造成的測(cè)量換算誤差最小，以確保工件的測(cè)量精度。

圖8 定位孔

4 結(jié)語(yǔ)

隨著世界科技水平的飛躍發(fā)展，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，在科技水平上實(shí)現(xiàn)新的突破是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的有效手段，尤其是制造出高質(zhì)量、高精度的產(chǎn)品更是無(wú)數(shù)大型企業(yè)的追求。目前，我國(guó)大部分企業(yè)都還處在模仿和復(fù)制階段，因此，提高產(chǎn)品質(zhì)量與精度、提高生產(chǎn)率、降低成本才是現(xiàn)階段的努力方向，這對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求很高，所以，在了解產(chǎn)品初始設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，從根本上增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)在激烈競(jìng)爭(zhēng)之中獨(dú)占鰲頭，才能體現(xiàn)高級(jí)測(cè)繪的真正價(jià)值和意義。

［1］甘永立.幾何量公差與檢測(cè)［M］.上海：科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［2］李茗.機(jī)械零部件測(cè)繪［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［3］王旭東，周嶺.機(jī)械制圖與零部件測(cè)繪［M］.廣州：暨南大學(xué)出版社，2010.

［4］高紅.機(jī)械零部件測(cè)繪［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［5］趙忠玉.測(cè)量與機(jī)械零件測(cè)繪［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［6］陳桂芳.機(jī)械零部件測(cè)繪［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.