三坐標測量機在機械傳動零（líng）部件矩形花鍵（jiàn）軸（zhóu） 質量檢測中的應用及研究
2020-12-28 來源：常州機電職業技術學院 作者：張德（dé）意；潘高進；王霆
摘 要： 文章結合機械傳動零部件花鍵軸實例，介紹了機械傳動零部件花（huā）鍵軸在各行各業中（zhōng）的應用以及在（zài）機械傳動應用中的特點，分（fèn）析機械傳動零部件花鍵（jiàn）軸在（zài）機械加工中的質量要求（qiú），研究機械傳（chuán）動零部件花鍵軸三（sān）坐標測量測量方案。
關鍵詞：機械傳動零部件花鍵軸 三坐標測量機 質量要求 測量方法 評價（jià）方法
1、引言
軸類零件是機械工業中極為常見（jiàn）的零件，也是（shì）非常重要的零件，花鍵軸是軸類零件中極為常（cháng）見的一種，如圖1所示。花鍵軸是運動中的（de）扭矩傳遞零（líng）件，分矩形花鍵軸和漸開線花鍵軸兩（liǎng）大種類,花鍵軸中的矩形（xíng）花鍵軸應（yīng）用（yòng）廣泛,矩形花鍵軸通（tōng）常應用於飛（fēi）機、汽車、拖拉機、機床（chuáng）製造業、農（nóng）業機械及一般機械傳動等裝（zhuāng）置。其製造（zào）工藝水平和產品質量直接影響總成質量，其（qí）形狀誤差精度直接影響機械的（de）運動性能以及使用（yòng）壽命，目前傳統的（de）花鍵軸花鍵跳（tiào）動檢測方法仍然采用徑跳儀百分表（biǎo）檢測，這種傳統的檢測方式不僅效率低下，而且檢測精（jīng）度低，誤差大；隨著花（huā）鍵軸在各領域中（zhōng）使用的（de）增多，人們對安全性能的認識大大提高，所以對帶花鍵軸的花鍵尺寸要求也隨之提高，在（zài）采用（yòng）傳統（tǒng）的檢測方法就很難滿足企（qǐ）業與消費者的需求（qiú）。
高效率、高精度、高可靠性數字化自動測量設備儀器三坐（zuò）標測量（liàng）機可以在產品零件生產過程中可靠的測量（liàng）數據，不斷的完善零件（jiàn）加工質量異常，提高零件（jiàn）的加工質量與品質。本文依（yī）據幾（jǐ）何公差原則、測量原則以及三坐標測量機的工作原理製定出矩形花鍵軸的三坐標測量方案，提高矩形花鍵軸的三坐（zuò）標測量工作效率。
圖1：花鍵軸
2、機械傳動零部件花鍵軸的三坐標（biāo）測量方案
2.1、測針型號的選擇與角度校準
根據（jù）零件圖紙圖2中的2號直徑φ60、5號槽寬2.2、6號φ57三（sān）個尺寸計算得出最小槽深（60-57）/2=1.5、槽寬2.2、最大直徑φ74、8個均勻矩形鍵等分角度45°，由此測針型號選取（qǔ）TIP1BY27,球直徑1毫米測針長度27毫米；完成每個花鍵的幾何尺寸測量所用測頭角度有：A0B0、A90B0、A90B45、A90B90、A90B135、A90B180、A90B-45、A90B-90、A90B-135共計9個。
圖2：花（huā）鍵軸
2.2、零件在測量（liàng）過程中（zhōng）的（de）裝夾與（yǔ）固定
零件測量裝夾（jiá）固定原則就是能最大（dà）限度的能通過一次對零件固定（dìng）裝夾完成所有零件幾何尺（chǐ）寸的檢測，那麽依據零件測量裝夾固定原則要（yào）求，在根據機械（xiè）傳動零部件花鍵軸（zhóu）的被測的幾何尺寸、零件形狀，則采用以下固（gù）定方式如圖3所示，零件豎方與測量機Z軸方向（xiàng）平行X/Y軸垂直，零件φ60外（wài）圓端麵與圓形磁座麵通過磁（cí）吸力進行（háng）固定，通過（guò）磁座旋轉盤角度旋轉來完成零件第二（èr）軸（zhóu）向的找正。
圖3：花鍵軸零件測量（liàng）裝（zhuāng）夾固定方式
2.3、零件基準坐標係的建（jiàn）立
基準是機械製造中應用十分廣泛的一個概念，機械產品從設計時（shí）零件尺寸（cùn）的標（biāo）注，製造時工件（jiàn）的定位，質（zhì）量檢驗時（shí）幾何尺寸的測量（liàng），一直到裝配時零部件的的裝配位置確定（裝配基（jī）準）等，都（dōu）要用到基準的概念。基準就是用來確定生產對象上幾何關係所依據的（de）點，線或麵。基準分為：（1）設計基準；（2）工藝基準。工藝基準又分為：（1）工序基準；（2）定位基準；（3）測量基準；（4）裝配基準。
零件（jiàn）基（jī）準坐標係的建立需要通過零件幾何特（tè）征的矢量方向與位置來定義的（de），零件坐標係的建立是否合理正確是直接影響最終測量數據準確性（xìng）的關鍵，那麽合理建立零（líng）件基準坐標係（xì）的前提，就要采用零件的設（shè）計、工藝基準（麵、線、點、圓）等幾何特征的矢量方向與位置（zhì）來定（dìng）義零件基（jī）準坐標係。
三坐標測量機測量程序零件坐標係的建立過程：第一（yī）步如圖4所示，以幾何特征元素圓1與圓2的（de）圓心構造出幾何特征元素直線1，對幾何特（tè）征元素直線1的矢量（liàng）向（xiàng）進行Z軸找正，再（zài）以定義直線1的坐標位置為X軸與Y軸的坐（zuò）標原點；第二步（bù）如圖5所示，以某個花鍵（jiàn）側麵的幾（jǐ）何特征元素平（píng）麵1與平麵2先構造幾何特征元素中心點1，再以（yǐ）構造（zào）幾何特征元素直線（xiàn）1的質心與中心點1構造出幾何特征元素直線2，最後（hòu）以直線2圍繞（rào）直線1矢量方向（Z軸）旋轉定義（yì）Y軸向。
圖4：零件坐標係（xì）找正與原（yuán）點設定
圖5：零件坐標係旋轉設定第二軸向
2.4、零件測量程序策略
由於每個花鍵與其他幾何特征表麵都需要采集測（cè）量點，而8個花鍵表麵幾何特征元（yuán）素的測量，需要8個測頭角度才能完成實現一次零件固（gù）定裝夾完成所有零件幾何特征元素尺（chǐ）寸的測量，為常規編程方式提高了難度。如何實現高效快（kuài）速（sù）簡潔完成零件的測量，前提要對被測零件（jiàn）花鍵軸的圖紙尺寸要求以及零件形狀特性，要（yào）有足夠的理（lǐ）解與認知，這樣才能找出零件形狀之（zhī）間（jiān）的共性，然後通過測量軟件中的輔助功能（陣列功能），才能合理的規劃測量程序路徑，提高被測量零件的檢驗檢測效率。如圖6所示，前提是在建立坐標係之後，以A90/B180測頭為基礎程序參考，在每（měi）個（gè）被測量麵上進行測量（liàng）點程序的創建，然後把A90/B180測（cè）頭方向（xiàng）所創建（jiàn）的測量點程序進行（háng）複製，設（shè）置陣列角度45°陣列次數7次進行（háng）程序陣列（liè）。
圖6：程序測（cè）量點（diǎn）
2.5、幾何特征元素構造
零件幾何尺寸的評價數據分析則是評（píng）價分析（xī）幾何特征元素如平（píng）麵、直線、點、圓、圓柱、圓錐、球（qiú）等，而幾（jǐ）何特征元素則是通過（guò）N個測量點坐標計算擬合形成的，由（yóu）於花鍵軸零件的測量根（gēn）據零件測量策（cè）略對零（líng）件表麵，分不同測頭角度在每個被測量麵上進行點測量，無（wú）法直接根據測量點擬合幾何特征元素，那麽我們需要使用（yòng）測量軟件中的構造幾何特征功能分別把每個被測量（liàng）麵的測量點構造出幾何特征元素，如圖7所示構造圓柱、平麵等幾何特征元素。
圖7：構造幾何特征（zhēng）元素
2.6、幾何（hé）尺寸（cùn）公（gōng）差的評價
機（jī）械傳動零部（bù）件花鍵軸相關的幾（jǐ）何尺寸的評價分析重點是評價分析花鍵的大小、位置、對稱度以及裝配軸的外徑大小與同心同軸度（dù）。如果（guǒ）按照在（zài）編寫測量程序時以某一個花鍵的中心與零（líng）件軸線質心連線設定（dìng）的零件坐標（biāo）係第二軸向，來評價分析花鍵的位（wèi）置（zhì），那麽評（píng）價分析出的位置誤差，除了設定零件坐標第二軸向的花（huā）鍵位置度符（fú）合圖紙設計要求外，另外其餘7個（gè）花鍵的位置度由於（yú）花鍵的加工過程中，很難（nán）保證花鍵之間的角度完全等分，存在一定的加工誤差，導致評價分析出（chū）的位（wèi）置度誤（wù）差可能不符合圖紙（zhǐ）位置度幾何公差要求，而現實零件裝配過程中又沒有問題，因此根據當前零件基準與零件（jiàn）坐標係評價分析出的位置（zhì）度誤差（chà）數據將不符合零件（jiàn）的實際情況。要想真實評價分析出花鍵位置又貼合裝配實（shí）際情況就必須以8個花（huā）鍵的中心點模擬花鍵的實（shí）際裝配過程重新擬合坐標後進行評價分析花鍵的位置度與對稱度，如圖8所示。
圖8：擬合坐標係
3、結語
本文以（yǐ）機械（xiè）傳動（dòng）零部件花鍵軸為例，闡（chǎn）述了該零件的幾何尺寸檢驗檢測三（sān）坐標測量方案，通（tōng）過測針（zhēn）型（xíng）號的（de）選擇與角度校準、零件在測量過程中的裝夾與（yǔ）固定、零件基（jī）準坐標係的建立、零件測量程序策略、幾（jǐ）何特征元素構造、幾何（hé）尺寸公差的評（píng）價了解三坐標測量機對產品零件的測量過程，同時闡述了（le）測量程序的（de）編程技巧（qiǎo）、幾何公差尺寸評價（jià）中的難度與處理方法。同類零件的三坐（zuò）標測量方案及測量程（chéng）序的編程均可（kě）參（cān）照以上內容。
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