基于產(chǎn)品初始設計意圖的高級測繪方法研究

劉裕，張旭，范凱歌

（上海工程技術(shù)大學機械工程學院，上海 201620）

0 引言

當前在汽車、航空等機械領域中，通常都需要機械零部件測繪，以進行產(chǎn)品設計、技術(shù)改進和累計技術(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、機械零部件測繪的基本知識，以及典型零件的測繪等方面詳細地講解了測繪的基礎知識和基本技巧。趙忠玉［5］以常用的軸套類零件、齒輪類零件、箱體類零件、輪盤類零件和叉架類零件等的測繪全面地講解了測量的技術(shù)基礎。甘永立［1］也以典型零件的測繪以及生產(chǎn)檢驗的工作過程講解了測繪過程中幾何量的公差和檢測。

目前，研究測繪的學者甚多，而研究高級測繪的學者很少。國際市場競爭愈演愈烈，公司產(chǎn)品的質(zhì)量、尺寸精度等都備受考驗，亟待提高，傳統(tǒng)的測繪方法雖然實用，卻有一定的局限?；谏鲜鲅芯繝顩r和當前研究趨勢，結(jié)合當前國際市場產(chǎn)品的特點，從高級測繪的方法及其技術(shù)關(guān)鍵方面展開研究，以探討更適應當前產(chǎn)品的高級測繪方法。

1 高級測繪的實現(xiàn)過程

圖1 前左立柱

圖2 測量基準

1）了解分析零件。為了把零件準確完整地測繪出來，首先要對零件進行結(jié)構(gòu)分析和工藝分析,了解零件的類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）選擇合理的測量基準。每個零件在加工過程中都存在一定的誤差，這是無法避免的，應正確、合理地選擇測量基準，以避免誤差的累計。如圖2，此模型在水平方向可以面1 和面2為測量基準，豎直方向可以面3為測量基準，便于測量與建模。

3）按產(chǎn)品初始設計意圖選擇合理的測繪方法。零件的重要尺寸通常都會影響其規(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確位置，要認真揣摩設計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，這就可使用三坐標測量機進行測量。如圖3 中1、2、3 三個孔中兩兩之間的距離精度要求很高，用一般測量工具不方便測量而且難以滿足其精度，故應用三坐標測量機測量。而對于一些精度要求不高的尺寸，可以用直尺、游標卡尺、卡鉗等測量。如圖4 中加強筋，可以用游標卡尺、卡鉗等測量。

圖3 重要尺寸

圖4 加強筋

圖5 坐標系

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

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

2 高級測繪的測量方法

測繪零件時，必須根據(jù)實物仔細揣摩并結(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，應根據(jù)尺寸的精確程度選用相應的量具和測量方法。

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

2）選用三坐標測量機測量。選用三坐標測量機測量屬于高級測繪，此種測量主要用于精度要求高的尺寸測量。三坐標測量機的測量歸結(jié)如下：首先將零件置于三坐標測量機中定位，然后測量以獲得測量數(shù)據(jù)。一般情況下還需要建立至少一個坐標系，因為三坐標測量機是在測頭獲取數(shù)據(jù)后通過計算機還原出幾何模型的，所以在建立好一個坐標系以后，不能隨便移動零件，直到獲取了零件的離散數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送到計算機系統(tǒng)為止，這樣可得到一個與實體零件極其相似的模型，設計者便可在此基礎之上進行高效仿制、改進等。

3 高級測繪的關(guān)鍵技術(shù)

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

1）探針采點技巧。在使用三坐標測量機測量的過程中，為了將零件的離散數(shù)據(jù)較好地輸送到計算機系統(tǒng)，通常采用接觸測量法測量，即測頭與零件表面接觸的方法。采用此種方法需要考慮測頭數(shù)據(jù)獲取的位置、測量點的數(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，則測量點較多；反之較少。如圖6所示。

圖6 測點分布

圖7 邊界直線

2）邊界直線測量技巧。在對邊界線進行測量時，很難保證將探針針尖對準邊界線，因此常常造成較大的測量誤差，效率也較低。為此，可以用如下方法改進：首先測量邊界線的一側(cè)面（面2）的完整離散數(shù)據(jù)，然后在邊界線另一側(cè)面（面1）上采點，采點位置離邊界線越近越好（一般在1 mm 以內(nèi)），然后將測量點向面2 上投影便可得到邊界線的測量數(shù)據(jù)。如圖7，此方法不僅巧妙地避免了探針對準邊界線去獲取數(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。在使用三坐標測量機測量的過程中，零件的安裝基準應盡量方便坐標系的建立，由于三坐標測量機的測量原理是將探針獲得的采點數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)，然后通過系統(tǒng)計算、造型得到零件的大致幾何模型，所以在測量之前應對零件進行分析，如何使裝夾次數(shù)最少，從而使由于裝夾造成的測量換算誤差最小，以確保工件的測量精度。

圖8 定位孔

4 結(jié)語

隨著世界科技水平的飛躍發(fā)展，國際市場競爭愈演愈烈，在科技水平上實現(xiàn)新的突破是企業(yè)競爭的有效手段，尤其是制造出高質(zhì)量、高精度的產(chǎn)品更是無數(shù)大型企業(yè)的追求。目前，我國大部分企業(yè)都還處在模仿和復制階段，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，這對測繪技術(shù)的要求很高，所以，在了解產(chǎn)品初始設計意圖的基礎上對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設計，提高質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，從根本上增強企業(yè)的競爭力，使企業(yè)在激烈競爭之中獨占鰲頭，才能體現(xiàn)高級測繪的真正價值和意義。

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

［2］李茗.機械零部件測繪［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］王旭東，周嶺.機械制圖與零部件測繪［M］.廣州：暨南大學出版社，2010.

［4］高紅.機械零部件測繪［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［5］趙忠玉.測量與機械零件測繪［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［6］陳桂芳.機械零部件測繪［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.