三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在軸類零件檢測(cè)中的應(yīng)用

摘" 要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中常用的高精度測(cè)量設(shè)備之一，具有很高的測(cè)量精度以及較快的測(cè)量速度，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)全過(guò)程。該研究旨在探討三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在傳動(dòng)軸零件檢測(cè)中的應(yīng)用，通過(guò)分析傳動(dòng)軸零件的圖紙要求，詳細(xì)描述坐標(biāo)系的建立、安全平面的設(shè)置、測(cè)量元素的編輯等內(nèi)容，進(jìn)行直徑、圓柱度、對(duì)稱度等項(xiàng)目的檢測(cè)。通過(guò)合理設(shè)置測(cè)量策略，不僅提高測(cè)量效率，還確保測(cè)量結(jié)果的可靠性，為軸類零件的高精度檢測(cè)提供一種有效的方法。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；軸類零件；零件檢測(cè)；測(cè)量策略；測(cè)量效率

中圖分類號(hào)：TG806" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）09-0184-04

Abstract： The coordinate measuring machine（CMM） is one of the high-precision measurement devices commonly used in quality measurement of products. It has high measuring accuracy and fast measuring speed， and is widely used in the whole process of product design， manufacturing and testing in aerospace， automobile manufacturing and other fields. This study aims to explore the application of CMM in the measurement of driveshaft part. By analyzing the drawing requirements of the drive shaft parts， the establishment of the coordinate system， the setting of the safety plane and the editing of the measurement elements are described in detail， and the items such as diameter， cylindricity and symmetry are measured. By reasonably setting the measurement strategy， the measurement efficiency is improved and the reliability of the measurement results is ensured， thereby providing a viable approach for high-precision measurement of shaft parts.

Keywords： coordinate measuring machine（CMM）; shaft part; part testing; measurement strategy; measurement efficiency

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高精度的測(cè)量設(shè)備，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域[1]。其工作原理是將測(cè)量對(duì)象放置在工作平臺(tái)上裝夾固定后，使用探頭對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行接觸式或非接觸式測(cè)量，來(lái)獲得產(chǎn)品的坐標(biāo)參數(shù)。借助計(jì)算機(jī)測(cè)量軟件，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，精確地?cái)M合出測(cè)量元素，進(jìn)而得到產(chǎn)品的尺寸和幾何公差等數(shù)據(jù)[1-2]。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)，使得設(shè)備在軟件編程完成的情況下能夠自動(dòng)完成復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)，具有高效性和智能性。

本文的目的是利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)完成典型軸類零件的檢測(cè)，并得到零件的測(cè)量報(bào)告。采用合理且高效的測(cè)量策略，有效提高檢測(cè)效率和結(jié)果的可靠性。其中坐標(biāo)系的建立與元素測(cè)量策略的設(shè)置方法也適用于其他軸類零件的測(cè)量[3]，可供相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行參考學(xué)習(xí)。

1" 硬件配置

選用型號(hào)為SPECTRUM 556的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，如圖1所示。X軸行程為500 mm，Y軸行程為500 mm，Z軸行程為600 mm，配套旋轉(zhuǎn)式探測(cè)系統(tǒng)RDS VAST XXT，選用型號(hào)為直徑1.5 mm、長(zhǎng)度40 mm的探針。

RDS旋轉(zhuǎn)測(cè)座具有2個(gè)方向上的回轉(zhuǎn)自由度，其中A角指測(cè)頭繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)，角度范圍為（-180°，+180°）；B角指測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)角度，順時(shí)針為負(fù)，逆時(shí)針為正，機(jī)器默認(rèn)角度將B角限制在（-155°，+155°）。配置RDS旋轉(zhuǎn)測(cè)頭，可以滿足多方位的測(cè)量需求，適合測(cè)量復(fù)雜零件。

測(cè)量傳動(dòng)軸零件需要用到3種不同的測(cè)針，其中1號(hào)測(cè)針A0B0，即A角為0°、B角為0°；3號(hào)測(cè)針A0B90，即A角為0°、B角為90°；5號(hào)測(cè)針A0B-90，即A角為0°、B角為-90°。

2" 測(cè)量方案規(guī)劃

綜上所述，為了建立基礎(chǔ)坐標(biāo)系，需要抽取圓柱1、平面1和對(duì)稱點(diǎn)1。為了完成傳動(dòng)軸零件的9個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目，還需要提取圓柱2、圓柱3、平面2、平面3、平面4和平面5，測(cè)量元素編號(hào)如圖3所示。

通過(guò)圓柱2和圓柱3構(gòu)造階梯圓柱，通過(guò)平面2和平面3構(gòu)造鍵槽的對(duì)稱平面1，通過(guò)平面4和平面5構(gòu)造鍵槽的對(duì)稱平面2。

3" 工件裝夾與坐標(biāo)系建立

3.1" 零件的裝夾

采用熱熔膠固定的方式，將傳動(dòng)軸零件固定在V型塊上，再用平口鉗裝夾V型塊，零件裝夾時(shí)的朝向需與軟件中零件坐標(biāo)系的朝向一致[4-5]。如圖4所示。

3.2" 坐標(biāo)系的建立

測(cè)量傳動(dòng)軸零件前，需要先建立坐標(biāo)系。如圖5所示，空間旋轉(zhuǎn)選擇階梯圓柱1，階梯圓柱的軸線方向?yàn)?Z軸；平面旋轉(zhuǎn)選擇對(duì)稱點(diǎn)1，方向?yàn)?X軸；X-原點(diǎn)選擇圓柱1，Y-原點(diǎn)選擇圓柱1，Z-原點(diǎn)選擇平面1，單擊確定建立坐標(biāo)系。

3.3" 安全平面的建立

安全平面是一個(gè)將工件測(cè)量范圍完全包裹的六面體空間，機(jī)器在元素和元素之間運(yùn)行時(shí)，不允許探針的任何部分進(jìn)入安全平面。如此一來(lái)，安全平面就起到了規(guī)劃探針路徑的功能。安全平面有CP+Z、CP-Z、CP+Y、CP-Y、CP+X、CP-X這6個(gè)方向的平面可以選擇。通過(guò)從CAD模型提取安全平面的方式為傳動(dòng)軸零件建立安全平面，其中邊界距離設(shè)置為20 mm。

4" 元素測(cè)量策略

平面1的測(cè)量策略為平面上的環(huán)形路徑，如圖6（a）所示，測(cè)針為1號(hào)測(cè)針（A0B0），安全平面為CP+Z。平面2的測(cè)量策略為多義線掃描方式，如圖6（b）所示，測(cè)針為5號(hào)測(cè)針（A0B-90），安全平面為CP+X。用同樣的方式為平面3、平面4、平面5設(shè)置測(cè)量策略。

圓柱1的測(cè)量策略為3條圓路徑并且要注意避開鍵槽，如圖7（a）所示。測(cè)針為1號(hào)測(cè)針（A0B0）。起始高度為5 mm，目標(biāo)高度為25 mm，截面數(shù)為3 mm，安全平面為CP+Z。

圓柱3無(wú)法僅使用一根測(cè)針進(jìn)行測(cè)量，否則會(huì)造成碰撞和干涉[3]。因此圓柱3的測(cè)量策略為使用5號(hào)測(cè)針（A0B-90）測(cè)量+X一側(cè)的3個(gè)半圓路徑，使用3號(hào)測(cè)針（A0B90）測(cè)量-X一側(cè)的3個(gè)半圓路徑，如圖 7（b）所示。并且為每一個(gè)圓路徑設(shè)置一個(gè)安全平面，具體設(shè)置見(jiàn)表1。以相同的方式為圓柱2設(shè)置測(cè)量策略，由于圓柱2軸長(zhǎng)較小，只需2層圓路徑，如圖7（c）所示。

上述元素的評(píng)定方法都選擇默認(rèn)的最小二乘法，并勾選濾波和粗差清除；測(cè)量速度設(shè)為10 mm/s，步進(jìn)寬度設(shè)為0.1 mm。

5" 定義輸出特性

根據(jù)對(duì)傳動(dòng)軸零件圖紙和測(cè)量項(xiàng)目的分析，根據(jù)表2所示的尺寸檢測(cè)表進(jìn)行輸出特性設(shè)置。

6" 生成測(cè)量結(jié)果

在編輯完元素和特性之后、測(cè)量程序運(yùn)行之前，確保安全平面、安全距離、回退距離、探針系統(tǒng)、測(cè)針無(wú)誤，才能運(yùn)行測(cè)量程序[6]。在本項(xiàng)目中，安全距離都設(shè)為0，由于圓柱1上的鍵槽寬度為6 mm，測(cè)針紅寶石球徑為1.5 mm，所以將回退距離設(shè)置為3 mm。

單擊運(yùn)行按鈕，進(jìn)入到程序運(yùn)行窗口，勾選清除已存在的結(jié)果，選擇手動(dòng)坐標(biāo)系找正并勾選全部特性，運(yùn)行順序?yàn)榘丛亓斜恚俣仍O(shè)為80 mm/s，單擊開始。按照軟件提示的順序，操作手柄進(jìn)行坐標(biāo)系的找正。完成后，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)開始自動(dòng)運(yùn)行程序，測(cè)量程序運(yùn)行結(jié)束后，自動(dòng)彈出如圖8所示的測(cè)量報(bào)告。

7" 結(jié)束語(yǔ)

軸類零件是制造業(yè)中十分常見(jiàn)的零件之一，具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，常常用于傳遞扭矩等，對(duì)同軸度、圓柱度等幾何公差要求較高。本項(xiàng)目介紹了典型傳動(dòng)軸零件的坐標(biāo)系建立和測(cè)量策略設(shè)置方法，主要特點(diǎn)為：①坐標(biāo)系建立合理，空間旋轉(zhuǎn)階梯圓柱軸線作為+Z方向，平面旋轉(zhuǎn)采用對(duì)稱點(diǎn)作為+X軸的方向，將坐標(biāo)原點(diǎn)建立在了圓柱的上平面處?；A(chǔ)坐標(biāo)系方向與機(jī)器坐標(biāo)系方向一致，確保了測(cè)量的方便性，降低了撞針危險(xiǎn)。②在圓柱策略的編程中采用了多層圓路徑，同時(shí)在測(cè)量時(shí)避開了鍵槽，避免了探針與工件的干涉，精確地評(píng)估圓柱的尺寸和形狀。③元素策略的設(shè)置與測(cè)量順序安排合理，可以大幅減少探針在非測(cè)量時(shí)的移動(dòng)距離，避免了探針來(lái)回旋轉(zhuǎn)所浪費(fèi)的時(shí)間，提高了檢測(cè)效率[7]。

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