面輪廓度逆向尺寸控制及測量

吳涯，譚寧偉，王浩，董吉

成都凱天電子股份有限公司 四川成都 610091

1 序言

公司承接的轉(zhuǎn)包項(xiàng)目是為某公司加工發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品中的雙角度復(fù)雜薄壁機(jī)加零件（見圖1），精度要求高，產(chǎn)品要求基準(zhǔn)面D相對于基準(zhǔn)面A、B、C的面輪廓度控制在0.25mm；平面E的面輪廓度相對于基準(zhǔn)D、A、F控制在0.25mm。前期開發(fā)投入20件零件，在數(shù)控加工完成后，測量面輪廓度，結(jié)果僅2件合格，合格率僅為10%。經(jīng)過返修后，共有4件合格，合格率僅為20%。收集面輪廓度測量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)呈離散性，尺寸變化無規(guī)律。由于未找到影響面輪廓度超差的原因，故不能滿足客戶質(zhì)量要求，未能達(dá)到50件/月的產(chǎn)出需求，造成客戶抱怨及投訴。

圖1 零件

2 產(chǎn)品介紹

零件用76.2mm厚的6061-T651鋁合金板料制成，材料標(biāo)準(zhǔn)為AMS-QQ-A-250/11，加工完成后壁厚僅為2.5mm，零件65%尺寸由空間尺寸組成，基準(zhǔn)面A為帶4孔的側(cè)平面；基準(zhǔn)面B為零件背面，與基準(zhǔn)面A垂直；基準(zhǔn)面C為上棱邊，與基準(zhǔn)面A垂直；基準(zhǔn)面D為4個(gè)臺階面組成的平面；基準(zhǔn)F為右上處臺階中心孔；基準(zhǔn)面E為右上角傾斜臺階側(cè)面?；鶞?zhǔn)面B與基準(zhǔn)面D空間角度為30°，基準(zhǔn)面D與基準(zhǔn)面E空間角度為125°。零件壁薄易變形，各面加工測量基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)換，數(shù)控加工困難。

圖樣所有尺寸要求在表面處理之后保證，零件表面需要做兩種表面處理，基準(zhǔn)面A、D、E上浸涂鋁合金化學(xué)氧化劑（阿洛丁600），其余零件表面浸涂鉻酸陽極氧化。表面處理完成后，必須保證基準(zhǔn)面D、基準(zhǔn)面E面輪廓度0.25mm的要求。平面D到第一基準(zhǔn)面A、第二基準(zhǔn)面B、第三基準(zhǔn)面C的面輪廓度公差0.25mm；平面E到第一基準(zhǔn)面D、第二基準(zhǔn)面A、第三基準(zhǔn)F的面輪廓度公差0.25mm。

3 面輪廓度逆向尺寸分析

（1）前期面輪廓度結(jié)果分析 零件設(shè)計(jì)無加工裝夾基準(zhǔn)（見圖1），需要建立工藝基準(zhǔn)，保證產(chǎn)品加工中多次定位裝夾基準(zhǔn)統(tǒng)一，結(jié)合現(xiàn)有加工設(shè)備，前期加工工藝路線如下：備原材料毛坯→銑六方外形→銑工藝臺階與定位孔（工藝臺階與定位孔見圖2）→數(shù)控粗加工內(nèi)腔、外形→數(shù)控五軸精加工內(nèi)腔、外形（留二次加工基準(zhǔn)面A、D、E加工余量）→線切割去掉工藝臺階→去除毛刺→數(shù)控銑基準(zhǔn)面A、孔、長度→去除毛刺→檢驗(yàn)→拋光→全部表面浸涂鉻酸陽極氧化→數(shù)控精加工（基準(zhǔn)面A、D、E）→去除毛刺→基準(zhǔn)面A、D、E浸涂阿洛丁600→印字→終檢→蓋章→包裝→入庫。

圖2 工藝臺階及定位孔

基準(zhǔn)面A為平面D的第一基準(zhǔn)，基準(zhǔn)面D又是平面E的第一基準(zhǔn)，平面E的面輪廓度包含了平面D的面輪廓度位置，必須提高平面D的面輪廓度，才能保證平面E的面輪廓度。平面D的面輪廓度由平面D位置、角度30°及4個(gè)平面D的平面度組成，平面E的面輪廓度由4處平面D和雙角度30°、125°及基準(zhǔn)孔F的位置組成。

收集面輪廓度測量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)平面D的面輪廓度為0.16～0.28mm，平面E的面輪廓度為0.23～0.42mm，面輪廓度超過0.25mm，加工后面輪廓度分解后的空間角度30°、125°的檢測數(shù)據(jù)為29°49′32″～29°58′06″、124°42′12″～125°16′34″，基準(zhǔn)面D平面度為0.02～0.08mm。基準(zhǔn)面A、D、E表面處理后進(jìn)行了二次補(bǔ)充加工，因原工藝基準(zhǔn)在陽極氧化前已去除，受薄壁機(jī)加零件變形的影響，最終加工后的基準(zhǔn)面A、D、E的位置度發(fā)生變化，造成收集面輪廓度測量的數(shù)據(jù)無規(guī)律，呈離散性。

（2）面輪廓度逆向尺寸分析 基準(zhǔn)面D對基準(zhǔn)面A、B、C的面輪廓度為0.25mm，基準(zhǔn)面E對基準(zhǔn)D、A、F面輪廓度為0.25mm（見圖3）。通過前期面輪廓度尺寸分析，為了保證平面E的面輪廓度0.25mm的要求，基準(zhǔn)面A到基準(zhǔn)孔F位置影響最大，必須計(jì)算出基準(zhǔn)孔F位置到基準(zhǔn)面A、B的變化。基準(zhǔn)孔F理論位置度按式Z＝2×[（X-X1）2＋（Y-Y1）2]0.5計(jì)算，其中，Z為實(shí)際位置度，X、Y為實(shí)際坐標(biāo)尺寸，X1、Y1為理論坐標(biāo)尺寸。

圖3 逆向尺寸分析

面輪廓度公差帶為0.25mm，假設(shè)去除角度與平面度影響，分解位置度公差帶為±0.087mm；假設(shè)角度公差帶控制為±5″，去除平面度的影響，尺寸控制公差帶為±0.07mm；假設(shè)角度公差帶控制為±5″，平面度的公差帶控制為±0.02mm，尺寸控制公差帶為±0.05mm。

理論進(jìn)行逆向尺寸推算，按圖樣設(shè)定Z值為0.2 5 m m時(shí)，所需要的尺寸公差帶α為±0.087m m，逆向分析出理論上到基準(zhǔn)面A尺寸（108.84±0.087）mm、（45.72±0.087）mm，基準(zhǔn)面D到平面E的尺寸公差為（4.62±0.087）m m（在不考慮角度的情況下）；若角度控制在30°±5″，尺寸控制在（108.84±0.06）mm、（45.72±0.06）mm、（4.62±0.06）mm才能保證平面E的面輪廓度合格。

由于平面E的面輪廓度受平面D輪廓度影響，故平面D的平面度必須控制在0.04mm以內(nèi)。

平面E空間角度受平面E與基準(zhǔn)面D、基準(zhǔn)面A與基準(zhǔn)面D的雙空間角度影響，且平面E離基準(zhǔn)面A的距離為160mm。零件壁薄影響較大，需要控制基準(zhǔn)面A與基準(zhǔn)面D空間角度30°±2″，平面E與基準(zhǔn)面D空間角度變化量大，需要控制為125°±8″。

從面輪廓度尺寸逆向控制分析可以看出，影響面輪廓度的最主要尺寸為第一基準(zhǔn)的尺寸，基準(zhǔn)面A到基準(zhǔn)孔F的距離尺寸（108.84±0.087）mm，基準(zhǔn)面D的面輪廓度才能保證；由于基準(zhǔn)面E的面輪廓度又受基準(zhǔn)面D的影響，必須提108.84mm與45.72mm的公差，考慮角度及平面D的影響，控制（108.84±0.03）mm、（45.72±0.03）mm，平面D的平面度必須控制在0.03mm以內(nèi)，才能保證面輪廓度合格。不能保證設(shè)置的尺寸公差帶，則無法保證平面E、D的面輪廓度0.25mm要求。

（3）更改后工藝路線 通過前期面輪廓度檢測結(jié)果與逆向尺寸控制分析，基準(zhǔn)面A、D、E進(jìn)行表面處理后二次補(bǔ)充加工，不能保證基準(zhǔn)面A、D、E的相關(guān)尺寸、平面度和角度，造成面輪廓度超差，必須更改工藝流程。表面處理完成后，不允許補(bǔ)充數(shù)控加工基準(zhǔn)面A、D、E，采用表面處理涂膠保護(hù)相關(guān)基準(zhǔn)面，完成后采用拋光處理。更改后的加工工藝路線為：備原材料毛坯→銑六方外形→銑工藝臺階與定位孔→數(shù)控粗加工內(nèi)腔、外形→數(shù)控五軸精加工內(nèi)腔、外形→線切割去掉工藝臺階→去除毛刺→數(shù)控銑基準(zhǔn)面A、孔、長度→去除毛刺→檢驗(yàn)→拋光→鉻酸陽極氧化（保護(hù)基準(zhǔn)面A、D、E）→拋光基準(zhǔn)面A、D、E→基準(zhǔn)面A、D、E浸涂阿洛丁600→印字→終檢→蓋章→包裝→入庫。

4 工裝夾具設(shè)計(jì)

根據(jù)建立的工藝臺階及6處φ6mm定位孔，設(shè)計(jì)銑床夾具，以6處定位基準(zhǔn)孔進(jìn)行定位，翻轉(zhuǎn)3面進(jìn)行斜面與臺階等加工，銑床夾具保證工藝性尺寸穩(wěn)定性。圖4為設(shè)計(jì)的加工銑床夾具，半精加工時(shí)，以6處定位基準(zhǔn)孔φ6+0.02+0mm在銑床夾具上定位，進(jìn)行正面加工，單邊余量0.5mm，零件加工完成后，翻轉(zhuǎn)其余2面進(jìn)行斜面與臺階等加工，要求加工的定位基準(zhǔn)與半精加工尺寸控制在0.3mm的范圍內(nèi)，才能保證對精加工面輪廓度尺寸的控制。

圖4 銑床夾具

面輪度的基準(zhǔn)面A為第一基準(zhǔn)，按工藝流程加工為最后工序，必須控制基準(zhǔn)面D到基準(zhǔn)面A的尺寸。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面A銑床夾具（見圖5），要求用定位基準(zhǔn)孔進(jìn)行定位。銑零件基準(zhǔn)面A，以基準(zhǔn)面D上的3處孔定位（見圖5基準(zhǔn)面引線所引的3處孔），定位銷不允許劃、壓傷零件內(nèi)孔、表面，以3處基準(zhǔn)螺紋孔J為壓板定位孔，加塑料薄板后壓零件，基準(zhǔn)孔J到基準(zhǔn)面A的108.84m m尺寸公差控制在±0.03mm。通過逆向尺寸的分析，必須保證第一基準(zhǔn)面108.84mm尺寸的公差，達(dá)到面輪廓度0.25mm要求，由于面輪廓度是綜合性公差，主要由位置度、角度和平面度組成，所以還要考慮基準(zhǔn)面A的垂直度，不能＞0.03mm，操作人員必須找正零件平面B的垂直度。

圖5 基準(zhǔn)面A銑床夾具

5 面輪廓度測量

加工完成后，在三坐標(biāo)測量機(jī)上測量零件面輪廓度在0.25mm之內(nèi)，建立三坐標(biāo)所需的零件測量坐標(biāo)與三維模型坐標(biāo)一致；建立測量用定位基準(zhǔn)面及基準(zhǔn)點(diǎn)，由于零件為雙角度復(fù)雜薄壁機(jī)加工零件，測量用定位面及點(diǎn)會(huì)影響測量的精度，按圖樣尺寸要求，建造三維模型，完成后必須對三維模型進(jìn)行校核，保證所有尺寸達(dá)到圖樣要求。

建立基準(zhǔn)面D的面輪廓度的基準(zhǔn)A、B、C相對應(yīng)的三維模型相對基準(zhǔn)ZC、YC、XC；保證零件坐標(biāo)系與三維模型的坐標(biāo)系一致。建立測量模型后，利用三坐標(biāo)測量機(jī)，采用PC-DMIS CAD進(jìn)行測量，由于基準(zhǔn)面D為4個(gè)平面組合成的基準(zhǔn)面，與測量技術(shù)人員協(xié)調(diào)后，每個(gè)面選取4個(gè)點(diǎn)（見圖6、圖7）。

圖6 三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)

圖7 三坐標(biāo)測量現(xiàn)場

選取的點(diǎn)與模型上的點(diǎn)、測量尺寸的相對坐標(biāo)進(jìn)行比較，可以測量出面輪廓度的尺寸。測量時(shí)，在基準(zhǔn)面ZC上取至少3個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)面A的基準(zhǔn)平面，作為第一基準(zhǔn)；第二基準(zhǔn)面YC取2個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)面B，第三基準(zhǔn)面XC取1個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)面C，使創(chuàng)建的零件坐標(biāo)系與三維模型坐標(biāo)系重合。完成后在基準(zhǔn)面D上取點(diǎn)（建議每個(gè)柱上取4～6個(gè)點(diǎn)），用三坐標(biāo)進(jìn)行采集，采集后的數(shù)據(jù)與三維模型坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比對，比對差異就是基準(zhǔn)面D對3個(gè)基準(zhǔn)面A、B、C面輪廓度的公差，采集后的數(shù)據(jù)與三維模型坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比對，面輪廓度分解后的加工后空間角度30°、125°的檢測數(shù)據(jù)為29°59′44″～30°1′29″、124°52′55″～124°58′12″，基準(zhǔn)D平面度為0.01～0.03m m，平面D的面輪廓度為0.04～0.21m m，平面E的面輪廓度為0.14～0.23mm。經(jīng)過采取以上措施，測量結(jié)果完全達(dá)到圖樣要求，零件面輪廓度通過加工控制在0.25mm范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語

通過設(shè)定工藝臺階及定位孔，并逆向分析面輪廓度對位置、面及角度等的影響，理論上進(jìn)行控制相關(guān)位置及尺寸，滿足面輪廓度綜合公差0.25mm的要求，提升了公司分析、測量面輪廓度的能力，做到在加工前對產(chǎn)品進(jìn)行控制。加工完成后通過三坐標(biāo)測量機(jī)驗(yàn)證前期分析的數(shù)據(jù)，最終完全符合，解決了客戶面臨的困難，得到客戶的高度評價(jià)。