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粉冶连杆孔位置度超差解析及过程控制
导致孔的位置度变动的原因有很多,典型的人,机,料,法,环和测等几个方面都会导致孔位置度的变动,甚至超差.
导致孔的位置度变动的原因有很多，典型的人、机、料、法、环和测等几个方面都会导致孔位置度的变动，甚至超差。本文以粉冶连杆为例，分析影响其位置度超差常见的失效原因，并从过程控制角度做出了详细的阐述。
随着汽车机加工行业新技术的不断发展和应用，连杆作为发动机的重要零部件，其新材料、新加工技术的应用尤为突出。提高加工节拍、降低成本的要求，使粉冶连杆以其高精度的毛坯尺寸、较轻的重量及较小的毛坯余量等优势独占鳌头，被广泛应用。但较小的加工余量也对连杆孔位置度的保证能力产生一定影响。加工余量越小，对设备、夹具、检测量仪和刀具的精度要求就越高，怎样在多变的加工环境中，准确识别孔位置度的失效原因，并能快速纠正和预防，是汽车机加工行业不断追求的目标。
位置度是限制被测实际要素相对于基准要素的位置在给定的区域内发生变动。位置度有孔的位置度、线的位置度和平面的位置度，而我们经常碰到的就是孔的位置度。导致孔的位置度变动的原因有很多，典型的人、机、料、法、环和测等几个方面都会导致孔位置度的变动，甚至超差。本文以粉冶连杆为例，浅析影响粉冶连杆孔位置度超差的常见的失效原因。
失效原因分析
1.设备原因
设备原因是引起孔位置度超差的重要因素，如机床重复定位精度不够、程序调整误差、机床零点漂移、主轴跳动较大、设备热机时间不够、主轴内冷孔不通以及内冷压力不足等。这里简述机床重复定位精度不够、程序调整误差和机床零点漂移对位置度超差的影响。
（1）机床重复定位精度 重复定位精度是指机床滑板或大托板在一定距离范围内（一般为200～300mm）往复运动（一般为7次）到指定坐标时的绝对差值。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的误差，它影响一批零件加工的一致性，是一个非常重要的精度指标。若机床每次运行到指定坐标时的位置偏差不能控制在合理范围（一般为0.002mm）以内，则这些偏差将直接反应到加工孔的位置上，导致工件孔的位置度超差，且孔的位置呈不定向的超差，无法调整。
（2）程序的调整误差 同一设备加工多个零件或者加工一组孔时，常常采用不同的坐标系，各孔的位置度偏移趋势却各不相同，甚至方向相反。考虑到整组孔系兼顾的原则，这样势必给程序调整带来有限的空间，无法满足理论上的位置度公差，使程序可调整的范围缩小，很容易超差。对于多个夹具共用一个主程序和子程序时，当对单个夹具的超差在程序上进行补偿时，则会导致其他夹具同时超差，并反映为定向定量的超差。
（3）机床零点偏移 一般的数控机床，在机床维修（如检修回零开关或床身）或机床受较大外力（如撞车、强力振动）、伺服故障以及光栅尺脏污时都会导致零点位置的变化，使机床零点发生偏移。零点偏移后，会造成绝对坐标与实际位置之间产生误差，从而使工件的坐标系产生偏置，加工孔的位置也将随之偏置，位置度超差。一般这种原因引起的超差均呈稳定的波动，或出现有变化趋势的超差。
2.刀具原因
刀具对孔的位置度的影响因素主要有：刀具设计不合理、刀具夹铁屑、刀具磨损、切削液位置不合理、刀具内冷孔堵塞、刀刃不对称以及进给速度不合理。下面简述刀具设计不合理的案例。
（1）刀具设计不合理 刀具顶角不合理、刀具横刃过大、刀具内冷孔偏小以及螺旋角选择不合理都会导致加工时刀具受力不均，刀具定心不好，钻孔的位置发生变化，位置度超差。
（2）刀具顶角不合理导致位置度超差 加工连杆螺栓孔的钻头顶角为140°，加工孔的位置度异常波动，无规律可寻。分别选用顶角角度为140°、130°和120°钻头连续加工10件，统计位置度（位置度公差0.15um）的状态如图1所示。经验证，当钻头顶角在130°时，螺栓孔位置度的波动可控制在0.05mm，而钻头顶角在120°、140°时，位置度连续10件的波动达到0.15mm，由此可见，钻头顶角角度不合理直接导致孔的位置度波动异常，一般位置度会呈不定向的超差。
3.夹具原因
夹具是机床上装夹工件的一个装置，其作用是使工件与机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。夹具的定位销松动及磨损、夹具与工件干涉、夹具定位和夹紧点的合理性、夹具的重复定位精度不够、夹具刚性不足、夹具粘铁屑以及夹具夹紧力不足或过大等均可导致孔位置度超差。
（1）夹具的夹紧力 夹紧机构的夹紧力过小会造成加工过程中工件产生松动或者振动，夹紧力过大会使工件产生变形，使孔的位置发生变化，孔的位置度超差。粉冶连杆的夹具夹紧力通常为3～6MPa，一般这种原因引起的超差呈定向的超差。
（2）夹具粘铁屑 工件上下料时，如果夹具未吹干净，夹具定位面上有杂物将被垫在工件的定位面与夹具定位面之间，可直接导致定位距离发生变化，产生粗大误差，导致孔的位置度超差。一般这种超差为不定期的超差，偶发情况较多。
4.毛坯原因
粉冶连杆的加工一般是以毛坯面定位的，所以毛坯面铸造的一致性直接影响孔的位置度。例如：粉冶连杆小头孔精镗的加工余量为单边0.20mm，产品要求的小头孔位置度为0.10mm，其Y基准为连杆小头外圆（毛坯面）两侧切线的交点，而连杆小头外圆的轮廓度却为0.60mm。若不同工件间达到轮廓度的最大变化量，则在Y方向上的最大偏差为0.30mm，这就已经超出了产品小头孔位置度的要求，即使其他变差因素无影响，也无法满足产品要求。所以，毛坯的不一致性是影响粉冶连杆位置度的重要因素。
另外，毛坯预铸孔的缺陷及毛坯材料硬度的不均匀，也会导致加工过程中孔的位置度不好。毛坯预铸孔的位置度偏差过大，刀具加工中碰到缩孔/硬点/砂孔，造成刀具加工中出现方向偏离，从而造成孔的位置度超差。
5.工艺方法
对于加工钻孔来说，工艺方法的选择也是导致孔位置度超差的重要因素。不同的加工内容（钻、扩、铰、镗和攻）的组合及选用、增加引导钻、分段加工以及分段进给等方法的选择均对孔的位置度有一定的影响。
在此以螺栓孔增加引导钻为例。规划时，连杆螺栓孔加工方法铣螺栓座面→钻孔→攻丝，验收时位置度超差，且波动较大，无法调整。后更改工艺方法为：铣螺栓座面→钻引导孔→钻孔→攻丝，验收通过。
实例说明，对于加工长径比较大的孔时，由于钻头排屑不好、切削力大导致钻头定心不好，需要增加引导钻、提高钻头定心能力以及稳定加工孔的位置度。由此可见，加工方法选择不合理也可直接导致孔的位置度超差。图2为不同工艺路线（引导钻）对应的螺栓孔位置度对比图（3#夹具）。
6.测量原因
测量基准与定位基准不统一、测量采点与定位点不重合、测量机自身错误以及工件清洁度不良等均会造成孔位置度的超差。
（1）测量基准与定位基准不统一 粉冶连杆以毛坯面定位时，如果测量基准与定位基准不统一，则使测量的结果与机床的实际结果并不一致，对于位置度的调整存在影响，需要进行二次转换，如果转换错误，势必会造成位置度超差。
（2）测量采点与定位点不重合 当三坐标测量采点与加工定位点不重合的时候，会导致测量建立的基准面与加工定位的基准面不重合，测量时将会把毛坯的轮廓误差带进测量内。报告测量要素的位置也相应的出现偏差，导致位置度超差，一般这种超差属于定值超差。
（3）测量错误 测量时，工件位置不在测量机的行程范围以内，测量采空点，也是常见的测量错误。
（4）工件清洁度不良 在报告孔的位置度时候，也经常会出现因为孔内粘有铁屑，导致测头采点错误，这时测量孔的截面圆度、圆柱度会超差较多，从而影响孔的位置，导致位置度不合格。一般这种超差为不定量超差。
粉冶连杆大小头孔位置度超差表现为位置度波动较大，且没有规律性，单方向调整后，报告反映与预测不一致。三坐标测量方式为：直接采集小头孔外圆面及定位点，构建坐标系，报告孔的位置。加工定位方式（见图3）优化后，制作位置度专用检测工装（见图4），使连杆检测时的定位方式与机床加工的夹具完全一致，三坐标测量时直接采集被测要素即可，不需要采集定位面构建基准，从而消除了毛坯轮廓误差对测量精度的影响。经过验证，位置度稳定在0.1mm以内。因此，测量采点与定位点不重合，会导致孔的位置度超差。
7.环境原因
工件加工、检测的环境作为综合因素，也会造成位置度超差。例如：CNC加工中心受到环境温度的影响，室温异常、机床冷热机差异以及切削液温度上升等，会直接造成设备的导轨、主轴等的伸缩量上升，当超出一定量时，就会出现孔的位置度超差。对于被测加工工件，若未经过恒温间恒温处理，而直接进行检测，会导致测量误差，产生位置度超差的后果。
对于失效的控制可以从预防产生和遏制流出两个方面着手控制，采取“预防为主，遏制为辅”的控制方法，可以最大程度发现和消除失效原因及失效模式。
1.预防产生
位置度失效的产生一般可分为初期失效和过程失效，初期失效是在设备验收、调试阶段产生的，这个阶段需要对机床、夹具、刀具、检测的合理性、正确性及精度进行充分的验证，例如：使用Cmk/Ppk/MSA等相关性能指数对过程能力进行评价。对于刀具、夹具设计不合理、工艺参数不合理、测量以及加工设备精度不够等失效原因，均能在此阶段发现，如能及时进行调整，验证将可以较大程度地减少位置度的失效产生。
过程失效一般是在批量生产之后，由于过程的调整、设备的故障、工艺更改和毛坯变化等加工环境的变化而导致的失效。对于这种失效可以从关注位置度检测数值的趋势和定期维护检查并建立有效的预警机制来预防过程失效的产生。
关注位置度检测数值的趋势，及时发现检测数值的异常波动或超差趋势，才能有效防止超差的产生，起到提前预警和解决的目的；定期维护检查，持续的维护工艺过程，改善过程能力才能有效的落实控制措施，减少失效的发生。定期维护检查可以从以下几个方面进行：
（1）设备、夹具保障 完善维护保养，持续设备TPM工作，减少定位面、定位销以及切屑对加工孔的位置度的影响，设备易损件定期更换。
定期检测机床、夹具精度（1次/季度）。例如：工作台的直线度、工作台与主轴的垂直度、X轴与工作台面的平行度、Z轴与工作台面的垂直度、Y轴与工作台的面平行度以及机床的重复定位精度等。
增加夹具气密检测，通过气流的设置，可以对工件垫铁屑进行监控并报警，避免造成孔的位置度超差。
（2）刀具保障 增加刀具寿命监控功能，当刀具到达设定寿命时，机床自动停止并报警提示换刀，以使刀具及时更换，避免刀具过度磨损导致孔位置度超差。
增加刀具补偿监控功能，当刀具补偿输入错误时，机床自动报警并提示刀补输错，防止刀补输入错误造成孔的位置超差。
增加刀柄换刀吹气/喷水功能，每次换刀时，在刀柄部位进行吹气/喷水，去除刀柄上的铁屑，避免因刀柄夹铁屑造成孔位置度超差。
增加刀具折断检测功能，每次刀具加工完成后，自动运动到机床内的对刀仪处进行对刀检测。如果刀具无法碰到对刀仪，则机床自动报警并提示刀具折断，以此防止刀具折断造成孔的位置度超差。
（3）人员保障 操作者在上下料时，要注意将夹具定位面吹干净后，再装夹工件，避免工件夹铁屑，造成孔的位置度超差。同时发现设备、夹具异常时应及时反馈。
（4）测量的保障 测量设备的精度和环境对位置度的影响十分重要。定期校检测量设备自身的精度并完善计量系统，使测量设备始终受控，可以及时发现测量误差，避免测量误差对孔的位置度造成影响。建立恒温测量间，所有被测工件须经过测量间恒温后再进行测量，减少温差对测量结果的影响，避免造成孔位置度的超差。
（5）物料保障 毛坯的铸造精度，对位置度的影响同样重要。保证对毛坯来料的材料成分、金相组织以及外观尺寸的抽样检测，避免毛坯对加工产生影响，造成孔位置度的超差。
2.遏制流出
影响加工过程的因素很多，导致孔位置度超差的原因也很多。有些超差并不是单一要素直接导致的，而是机床、刀具、毛坯、测量以及环境等综合因素作用的结果。对于这种复杂的情况，往往是很难控制的，因此，遏制流出也是控制失效的一种方法。
遏制流出的较好办法就是制定合理的检测机制和检测频次，以及时发现不合格品并隔离、处置。
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本文对三坐标测量机误差的产生原因进行了研究，将产生原因归纳为测量方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差、测量人员误差、被测工件本身误差五个方面。并指出要减少三坐标测量机测量误差，最大限度地发挥三坐标测量机能力，必须是三坐标测量机制造厂与用户之间密切配合，共同努力才能达到。
三坐标测量机虽然测量精度较普通量具测量准确得多，但必定存在测量误差。因此，为了使三坐标测量机的测量结果最大限度地满足机械设计、制造、检验的需要，必须分析三坐标测量机测量误差产生的原因。本文将三坐标测量机测量误差的原因归纳为测量方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差、测量人员误差和被测工件本身误差五个方面。下面分别进行研究。
测量方法误差及解决措施
三坐标测量机用于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量，特别对于形位误差测量更显示其高准确度、高效率、测量范围大的优点。而形位误差的测量方法种类非常多，GB1958&80《形状和位置公差检测规定》中规定了形位误差有五种检测原则：与理想要素比较原则、测量坐标值原则、测量特征参数原则、测量跳动原则、控制实效原则。并且还列出了100余种测量方法。如果在测量形位误差时采用的检测原则不对，选用的方法不完善、不严密、不确切，便会造成测量方法误差。因此，从事三坐标测量机工作的人，一定要熟悉测量方法，特别是对形位误差的五种检测原则和100余种测量方法要非常熟悉，才能减少测量方法误差。
三坐标测量机设备误差及解决措施
任何一种三坐标测量机均存在误差，根据国标GB/T97（等效国际标准ISO10360&2-----1994）规定，将三坐标测量机的误差归纳为长度测量的示值误差E和探测误差R二类。
其中三坐标测量机长度测量的示值误差E是指用三坐标测量机测量长度实物标准器的两标称平行平面间的法向（与一个面正交）两相对点距离的示值误差，即测得长度与长度实物标准器长度真值之差，以微米计算，并以下列三个表达式的任一式表示：
式中：A------常数项，由三坐标测量机制造厂提供，&m;
L------被测长度，
K------无量纲常数，由三坐标测量机制造厂提供；
B------E的最大值，由三坐标测量机制造厂提供，&m。
而探测误差R是指用三坐标测量机测量标准球半径的变化范围而确定的误差，它是一项正值常量误差，其值也是由三坐标测量机制造厂提供。
以上两项误差是三坐标测量机自身存在的，是自身集光、机、电、计算机和自动控制等五种误差的综合误差。三坐标测量机制造厂出厂前要千方百计将两项误差控制在规定的范围内。要从上述五个方面分别控制，使每个零件和部件符合设计要求，装配后符合最终要求。另外，设备的每个机械零件一定要材质可靠，失效处理合理，内应力完全消除，保证三坐标测量机长期使用不变形。还有一个是三坐标测量机制造厂在用户处的安装调试一定要达到理想状态，达到出厂前的水平。
三坐标测量机设备误差还包括标准器误差，要经常检测标准器量值的本身不确定误差，如果磨损了要及时更换。
测量环境误差及解决措施
测量环境误差是指在测量过程中受到外界温度、湿度、气压、电磁场、震动、光照等的影响而产生的误差。下面分别说明：
上述三坐标测量机设备出厂前的长度测量示值误差E和探测误R是在规定的条件下使用产生的误差，也称为基本误差。其中规定环境条件的首要条件就是环境温度。一般要求环境温度控制在20&C& 2&C范围内。环境温度不仅要求三坐标测量机本身，还要求被测零件测量时也是这种温度。由于金属材料受温度影响会产生热胀冷缩，在不同的温度条件下长度尺寸是不一样的。一台机器（包括三坐标测量机和被检测的机器）所设计的尺寸公差和形位公差均是指相同温度下数值。试想，一台机器一部分零件是在低温下保证在设计公差范围内，另一部分零件是在高温下保证在设计公差范围内，那么在的同一温度总装配时，必然会出现装配的尺寸公差和形位公差超出设计所规定的范围。为解决环境温度控制在规定的范围内，作为使用三坐标测量机的用户要注意的问题有：①给三坐标测量机修建一个局部空调房，安装适当的空调机；②空调房的墙体和顶部要采取保温措施，大、小门也要采取保温措施;尽量不要设置窗户，可设置换气窗口，换气窗口采用双层保温窗扇，开口四周加胶条密封；若采用玻璃窗扇，要配备可拉窗帘（黑色或红色绒布缝制）；门窗的设置不要正对着三坐标测量机。③要修一个过渡间，过渡间用于存放待测工件，使被测工件测量前预先运进空调间的过渡间恒温，并保证门不正对着三坐标测量机，这样更好地保证恒温效果。过渡间面积由用户根据本单位实际情况决定。隔墙可采用保温材料制做，如果空间小，甚至可以做一个绒布布帘也可以。④空调间的空调机下班时不要关闭。关于这一点，有些用户为节约电，下班就关空调，上班才开空调，上班后不能马上工作，要重新平衡温度后再工作，既耽误了工作，又耗了电，这才是最大的浪费。另外空调机下班不关，不反复启动，还可保护三坐标测量机寿命，减少修理费，是最大的节约。
环境湿度一般控制在35～65％，湿度不仅仅影响测量误差，还会严重损坏三坐标测量机电器等零件。在三坐标测量机机房内要安装除湿机，而且除湿机要与环境湿度相匹配，我国北方湿度相对小一些，可匹配功率小一些的，如果湿度太小，小于35％，还要洒水，增大湿度稍大于35％；；南方湿度大，匹配功率大一些，控制在65％以下，35％以上。除湿机和空调机一样，下班时间也要开机，不能上班开机，下班关机。
三坐标测量机使用条件中要求气压必须达到一定值,因三坐标测量机装配的均是气浮轴承，气压低会严重影响测量误差。有些用户对此认识不够，由工厂一个总的空气压缩机站提供气源，这样到三坐标测量机的气源极不稳定，低压的时候特别多，甚至使三坐标测量机不能工作，三坐标测量机对气体流量要求并不大，因此用户只需购买一台价格较低的小型的空气压缩机，单独为三坐标测量机提供气源便能取得理想的效果。
电磁场影响三坐标测量机的电器，由于电磁场变化很大，将使三坐标测量机产生无规律可循的随机误差。因此，三坐标测量机房附近不要有电源断电设备、变压器、电火花加工机床、变频电阻、电弧焊、滚焊机等强电场、强磁场等设备。
环境有震动源，也会使三坐标测量机产生测量误差，并随震动源不同，误差也不同。因此，要求三坐标测量机附近不要有震动机、冲压机等强震源设备。三坐标测量机地基与周边地基一定修造防震沟，防震沟内填充防震材料。使三坐标测量机受环境震动的影响降低到最小程度。
光照也是一个环境温度问题，容易被人忽视，特别是有些用户的三坐标测量机房没有采用保温措施，又设置窗户，机房又建在两相邻外墙的转角处（没有保温措施），在阳光照射下，就会使机房内温度场不等，从而产生测量误差。因此三坐标测量机房建设一定要按前面第一条措施执行。机房内的灯光也不要离三坐标测量机某一部分太近，以免三坐标测量机某局部温度不一样。
测量人员误差及解决措施
测量人员误差是指测量人员操作三坐标测量机不当造成的误差。测量人员误差往往因人而异，与测量人员的文化素质、工作质量密切相关。前面介绍了三坐标测量机是集光、机、电、计算机、自动控制等多种技术于一体的精密、高效的测量设备，要求三坐标测量机测量人员具有较高的文化素质，一般要求机械专业专科以上的文化程度（因三坐标测量机用好了将会给机械制造企业带来巨大的经济效益，企业也应该选用高素质人员把好这个关）。同时，三坐标测量机测量人员要热爱此项工作才行。据对三坐标测量机用户使用情况的抽样调查表明，操作人员文化素质高和敬业精神强的，深入钻研三坐标测量机构造原理、使用方法、维修方法，对三坐标测量机运用自如，各项功能充分开发出来，使三坐标测量机使用效率相当高，为企业获取高经济效益起到了非常重要的作用。而有些企业，将三坐标测量机交给文化素质较低的人操作，除效率低外，连三坐标测量机的很多功能都没有开发出来，就象许多家庭对家用VCD、家用电脑的许多功能没有充分开发一样，经常发生测量误差，即粗大误差特别多，远远没有发挥三坐标测量机的强大功能。
要充分调动三坐标测量机操作人员的工作积极性，很大程度决定于企业领导。首先企业领导要充分认识到三坐标测量机用好用活后会给机械制造企业带来巨大的经济效益。三坐标测量机的运用水平，是衡量一个企业工业技术发展水平高低的重要标志。因此，企业领导首先要选文化素质高的，责任心强的人从事三坐标测量机的操作，另外在政策上采取激励机制，将三坐标测量机操作人员同企业的产品设计人员和工艺设计人员一样对待，甚至还可更高级别地对待，因他们掌握企业固定资产大得多。要使他们检测数据准确，效率高，大大加快企业的产品设计验证和工艺设计验证进度，将三坐标测量机的功能充分开发出来，使三坐标测量机测量误差最小，故障最少，寿命最长。
被测工件本身误差及解决措施
被测工件本身的表面粗糙度和形状精度对测量误差影响也不小，这也往往被人忽略。因三坐标测量机测量工件时均是测量工件上若干点，然后对测量的数据进行分析计算得出测量结果。如果工件表面糙糙度太低，三坐标测量机测头在工件上取点不一样，必然会产生尺寸测量误差。如果工件形状（圆度、圆柱度等）误差大，取工件上不同点，测工件相互位置误差，必然会产生较大的形位误差。因此，对被测工件，特别是对高精度的工件，必须要使工件的表面粗糙度与尺寸精度、形状精度、位置精度相匹配。
工件的安装精度也很重要，对于那些重量大、刚性差的工件，一定要保证安装装夹不变形。
另外，工件在测量前要象第一条环境温度中所讲的一样，要先恒温，与三坐标测量机温度一致，不然测出的数据是变化的。
综上所述，三坐标测量机测量误差产生的原因主要是方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差、测量人员误差和被测工件本身误差五个方面,并对五个方面分别提出了解决措施，从解决措施中可以看出，要减少三坐标测量机测量误差，最大限度地发挥三坐标测量机能力，必须是三坐标测量机制造厂与用户之间密切配合，共同努力才能达到。例如三坐标测量机制造厂要千方百计保证机器本身的精度，使长度测量示值误差E和探测误差R控制在承诺的范围内，并且要长期不变形保持下去；而更多的是用户方面原因，要有一个好的测量环境，要充分调动测量人员的工作积极性，要保证待测工件的必要表面粗糙度，形状精度和安装精度等。
三坐标测量仪如何应用在模具生产中
三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种，目前Metris LK的测量机在两项技术上位居世界前列。 模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差，可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后，很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形，从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此，用测量机测量电极的形状必不可少。 测量机可以应用3D数模的输入，将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较，输出图形化报告，直观清晰的反映模具质量，从而形成完整的模具成品检测报告。 在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正，但又无原始设计数据（即数模）的情况下，可以用截面法采集点云，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，从而达到完好如初的修复效果。当一些曲面轮廓既非圆弧，又非抛物线，而是一些不规则的曲面时，可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚。然后用测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，在造型过程中圆滑曲线，从而设计制造出全新的模具。
正确使用测量机对其使用寿命、精度起到关键作用
应注意以下几点：
&& （1）工件吊装前，要将探针退回坐标原点，为吊装位置预留较大的空间；工件吊装要平稳，不可撞击测量机任何构件。
&& （2）正确安装零件，安装前确保符合零件与测量机的等温要求。
&& （3）建立正确的坐标系，保证所建的坐标系符合图纸的要求，才能确保所测数据准确。
&& （4）当编好程序自动运行时，要防止探针与工件的干涉，故需注意要增加拐点。
&& （5）对于一些大型较重的模具、检具，测量结束后应及时吊下工作台，以避免工作台长时间处于承载状态
三坐标怎样用来进行曲面检测
CMM曲面检测
1传统测量方法 在没有采用CAD数模的情况下用三坐标测量机对曲面件检测，通常是，先在CAD软件里用相关命令在曲面数模上生成截面线和点的坐标，以此作为理论值，控制测量机到对应的位置，进行检测，并比较坐标值的偏离。这种方法需要设计人员额外提供理论数据，同时测头测尖球径的补偿不容易准确实现，对于单点测量来说，由于无法确定矢量方向，测头的补偿根本无法实现。因此，这种办法具有一定的局限性。
&2基于3D数模的测量 利用曲面数模对曲面进行检测是CMM测量技术发展的需要。由于曲面建构技术比较复杂，在CAD应用范畴里也属于高端技术，一般由专业的CAD/CAM系统完成。在测量软件内，则是通过导入设计数模而利用的问题。为了实现这一目的，就必须解决好四个方面的技术问题：数模导入接口、对齐、测尖补偿、理论值捕获。
&一、数模导入接口 利用数模进行检测，首先要做的工作，当然是保证数模正确导入到测量软件。事实上，由于技术、利益等众所周知的原因，全世界各大CAD制造商各自开发着不同的软件和格式，例如国内影响比较大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互读文件。 为了解决这一矛盾，国际上建立了一系列的数据交换标准，如国际标准数据交换STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)，美国的初始图形交换标准IGES (Initial Graphics Exchange Specification)等。尽管IGES标准存在数据文件大、转换时间长、信息不够全等缺点，但不可否认，它是目前应用最广泛的接口标准，绝大部分CAD软件均支持该标准，我国也将IGES作为推荐标准。 目前具备数模检测功能的测量机软件，均支持IGES格式。差异基本上主要体现在复杂数模输入后个别曲面的丢失、破损，还有就是导入速度的快慢。对于一个10M的数模，有的可能用几十秒钟，有的可能要几分钟。目前市面上比较有名的CMM测量软件，均基本较好的解决了这一问题。图1为中测量仪自主研发的ZCRMDT测量软件，导入数模到检测软件的情况，数模大小46M多。 针对目前主流CAD软件，一些测量机软件商也开发了各种直读接口，如UG文件直读、PROE文件直读等，不需中间文件格式转换，避免了转换带来的影响。不过，这种接口一般都需要另外购买。
&二、对齐 对齐（Align）是三坐标测量机软件的一项重要内容，无论有无数模，都必须通过对齐，将机器坐标系与工件坐标系保持一致，测量值才具有可比性。 对于箱体类零件，基本都采用3-2-1方式建坐标，利用面、线、点特征来确定坐标轴和原点，通过建立工件坐标系来将工件找正，这也是最基本、最准确的对齐方法。应尽量选用加工好、范围大的特征来作为建坐标基准，以减小对齐产生的误差。通常，对于建立的坐标系，还需要可以进行平移、旋转等操作，以产生新的对齐。 对于不规则形体，计算就要复杂得多。如果工件上有明确的特征点，如3个孔心，则通常测量出实际值，与理论值对应，进行3点找正。 我们经常会遇到工件上没有明确特征的情况，即我们无法准确的将测量值和理论值直接对应。对于该情况，测量软件常用的是迭代找正的方法。对于单点触发采数的测量机，通常是软件在数模曲面上选取多点作为目标点，所选取的点应能在全部6个自由度上固定零件，以防零件出现旋转和移动，然后将测量机移动到工件上尽量对应的位置采集实测点，软件将测量点在数模上目标点的附近区域进行迭代找正，直到找正误差在指定的精度内。有的测量软件在迭代超差时，将指导你重新测量到更接近的点进行更准确的计算。 还有种情况是直接测量多个点，软件将该点群与理论数模进行最佳匹配计算，将点群与数模一步步对齐，直到点群与数模的偏差均方根最小。该方法点数越多越准，但同时计算越复杂，对计算机要求较高，通常在扫描点云的对齐中，用得比较多。 尽管每种软件关于对齐都有不同的分类和特点，但基本主要采用以上方法。
&三、测尖补偿 目前，三坐标测量机用得最多的是机械触发式测头，配以红宝石测针，必然会带来测尖补偿的问题。 对于平面、圆等标准特征，可以通过整体偏置的方式自动补偿测头，对于连续扫描的曲线，也可以用同样的方式自动处理。但对于曲面测量时经常遇到的单点测量，如何解决测尖补偿问题呢？ 要单独对一点进行补偿，则必须知道补偿的方向矢量，也即是接触点处的法向矢量方向。为了找到该法线方向，比较准确的做法是，在测点的周边测量个微平面，以该微平面的法向视为测点处曲面的法向，从而完成测尖补偿。 对于工件测点附本身曲率变化不大的地方，或者工件与数模本身偏差较小的情况下，如果要求不高，为了减少采点数，也可以不测量微平面，软件直接以测点刺穿数模的方向矢量进行测尖补偿，即以数模上该处的法向矢量代替工件上实测处的法向矢量做为测尖补偿的方向。但是如果工件与数模本身该处曲率偏差大，则测尖补偿将不准，导致测量数据不可靠。 对于非接触式测头，不存在测尖补偿问题。
&四、理论值捕获 在解决了数模的导入和对齐后，理论值的捕获就比较简单。对于圆等标准特征，软件只需要能从CAD数模上选取识别该特征，即可直接从其特性中提取理论值。对于自动测量来说，就可以直接根据数模特征进行编程，指导机器运行到特征的理论值位置附近进行测量。 对于曲面工件上的点，通常分为曲面点和边缘点，有的软件分得更细。对于曲面上的点，通过直接测量，测量点沿数模曲面法向投影到曲面上，即可获得理论点。但边缘点就不同了，边缘是CAD曲面的边界所在，例如，钣金件的边，最简单的如方体的棱边等。如果要检测边缘上的点，由于测针无法直接准确测量到，并且测头的补偿方向无法确定，因此，无法直接测量，只能采用间接测量的方式。通常，其处理原理如图3所示，为了测量边缘上P点，可以在其两边测点。此例采用前3点用于确定上面，第4,5点确定边界方向，而最后一点6确定目标点的位置，其投射到前面确定的边所产生的点，视为边缘测量点，其理论值为数模中曲面边缘距其最近点。 通过以上方式，即可实现边缘点的检测。具体到不同软件，可能有不同的处理方法。
& 4．曲面测量软件现状 基于3D数模对曲面工件进行检测，在机测量里属于高级应用范畴，一般在高端测量软件才包含该功能。目前国内市场上比较常见的如PC-DMIS的 CAD& 版，VIRTUL DMIS等，它们是由WILCOX、ENTELEGENCE等专业测量机软件公司开发而成。POWER INSPECT软件由于其在数模处理上的功能较强，也被引用到坐标机上，它是由英国的CAD/CAM软件商DELCAM提供，这也体现了测量机软件与CAD软件结合越来越紧密的趋势。 事实上，对于曲面质量评价，作为曲面建构、编辑、分析的一部分，CAD软件制造商较早就有比较好的解决办法，尤其是在逆向工程处理软件，在将采集的点云处理成曲面后，往往需要比较点云和设计曲线、曲面的偏离，以便在保证精度的同时提高表面质量。图4为imageware中对点云与曲面的比较分析，并以不同颜色梯度表示结果。
如何设置三坐标测量仪的气源
&& 为保证压缩空气的质量，空气中含有的水分、油分和粉尘等杂志滤除；建议用户应在靠近空压机出口处配置压缩空气干燥机。
&&& 对于空气湿度较大的区域以及本身空压设备陈旧，压缩空气中含杂质较大，思瑞建议要求增加冷冻干燥机等后处理设备。
&&& 首先前置过滤，安装在三坐标测量机后方墙体之上便于观察的位置，放水口处放置盛水容器。
&&& 把供气部件安装在机房外面，建议空压机到三坐标测量机的距离不小于50-100m，主要是防止空压机运行时带来振动源。
&&& 如果压缩空气在进入三坐标测量机之前质量不好，思瑞建议您再增加前置过滤器；采用多重过滤的办法来保证气源的质量。
&&& 保证三坐标测量仪使用正常已经提高它的使用寿命，包括测量精度等；气源的质量是前提，不要因小失大；且气源设备成本不高，很给您再使用三坐标测量仪过程中减少维护成本以及提高三坐标测量仪的使用寿命
三坐标测量机维护使用经验谈
一、要使三坐标测量机正确使用，开机之前的准备工作至关重要。
&&& 1、满足温度、湿度所需环境条件，电源气源要求。
&&& 温度： 工作型测量机为 20&1℃/8h、计量型测量机为 20&0.5℃/8h、&精密型测量机为 20&0.2℃/8h
&&& 湿度： 一般三坐标测量机的环境湿度应保持在 40--60%之间。
&&& 电源： 三坐标测量机所需电源应配备不间断电源，在条件允许情况下，最好设置专用线路。
&&& 气源： 三坐标测量机所需气源应配备精密过滤器，压力一般为 0.49--0.58Mpa
&& 2、零件需恒温的，要按规定时间提前放入测量机房。
&& 3、熟悉零件图纸，制定检测计划。
&& 4、清理测量导轨及工作台面，开机运行一段时间并检查各键功能是否正常。
二、要想正确使用好三坐标测量机，人员因素也至关重要。
&&& 三坐标测量机操作人员应具有计算机的基本知识，并对光学、机械、电子知识有一定了解和熟悉。其次操作人员要有敬业精神，勤勤恳恳、刻苦专研不能只局限于简单的操作，还应有所创新，善于总结，具有求实精神。
三、三坐标测量机的维护和保养也是及其重要的，一定要养成每天一小扫每周一大扫的清理习惯。
&&& 三坐标测量机不是简单的测量仪器，而是特殊的新型设备。在管理上应做到不仅仅重视机器本身的使用维修等，还应引起领导的足够重视，逐步改善三坐标测量机的工作环境，确保三坐标测量机的测量精度。
三坐标测量机的使用环境说明
由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备，其机房环境条件的好坏，对于测量机的影响至关重要。这其中包括检测工件状态及环境、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。
检测工件的状态及环境:
&&& 检测工件的物理形态对测量结果有一定的影响。最普遍的是工件表面粗糙度和加工留下的切屑。冷却液和机油对测量误差也有影响。通常，灰尘和脏东西可集中在测球上影响测量机的性能和精度。类似的影响测量精度的情况还很多，大多数可以避免，建议在测量机开始工作之前和完成工作之后进行必要的清洁工作。
温度条件：
&&& 影响测量的主要环境因素是温度。由于所有的几何量和误差的环境温度定义是20?C，在进行测量机操作时也必须按照这个温度，但实际状况并不是如此。测量机环境温度的变化主要包括：环境温度的变化、短时间温度变化、长时间温度的变化、温度梯度的变化。为保证测量精度，各测量机制造厂商对此都有严格的限定。
&&& 现代化大生产，测量机有许多直接在生产车间现场使用，鉴于生产现场的条件往往不能满足对温度的要求，大多数测量机制造商开发了温度自动修正系统。
温度自动修正补偿系统是通过对测量机光栅和检测工件零件温度的监控，根据不同金属的温度膨胀系数，对测量结果基于标准温度20?C进行修正。对于快速温度或温度梯度的变化，无法进行补偿修正。
&&& 由于较多的测量机转而应用在生产现场，振动成为一个经常性的问题。比如冲压机、空压机、或其他重型设备在测量机的周围将会对测量机产生严重影响。较难察觉的是小幅振动，如果同测量机自身的振动频率相混淆，对于测量精度也会产生较大影响。因此，测量机的制造商对于测量环境的振动频率与振幅均有一定的要求。
&&& 相对其他环境因素，湿度并不是个大问题。为防止块规或其他计量设备的氧化和生锈，要求保持环境湿度在40%以下。
供电电源：
&&& 为保证控制系统和计算机系统以及同外部联网的良好运作，对于供电电源有一定的要求，这包括：电源电压变化、频率要求以及接地装置、屏蔽装置的要求等
压缩空气：
&&& 许多坐标测量机由于使用了精密的空气轴承而需要压缩空气。对于坐标测量机的采购者，应当满足测量机对压缩空气的要求，防止由于水和油侵入压缩空气对测量机产生影响，同时应防止突然的断气，以免对测量机空气轴承和导轨产生损害。
位置公差介绍
位置公差是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量
定向公差:是指关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量.
这类公差包括平行度、垂直度、倾斜度3项.
定位公差:是关联实际要素对基准在位置上允许的变动全量.
这类公差包括同轴度、对称度、位置度3项.
跳动公差:是以特定的检测方式为依据而给定的公差项目.
跳动公差可分为圆跳动与全跳动.
作者： & 来源：七海光电 & 日期：日&
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