現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量保證

以測(cè)量機(jī)為主體的測(cè)量技術(shù)一直在向高速化方向發(fā)展，并在逆向工程中扮演重要角色。三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)是在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中使用較多的一種測(cè)量技術(shù)，本文重點(diǎn)介紹了其在測(cè)量和評(píng)定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量中的一些實(shí)際應(yīng)用。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)并發(fā)展起來的一種集高精度、高效率和萬能性為一體的測(cè)量設(shè)備，它適應(yīng)了現(xiàn)代制造技術(shù)關(guān)于柔性測(cè)量的需要，因此廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、模具、國(guó)防軍工、電子電氣等很多重要行業(yè)，尤其是近年來，隨著汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在主機(jī)廠、零部件制造企業(yè)中對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)行生產(chǎn)過程控制發(fā)揮著重要作用。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件，其質(zhì)量的好壞直接影響著汽車的使用性能。一般來講，發(fā)動(dòng)機(jī)都是批量生產(chǎn)，而且效率高、節(jié)拍快，零件質(zhì)量要求高且可互換。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件對(duì)檢測(cè)設(shè)備就會(huì)有很高的要求，尤其是對(duì)柔性的要求，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格和品種的變化，并對(duì)主要零件的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以充分地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)的這些要求，并可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和過程控制。

各種各樣的測(cè)量機(jī)

鑒于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的體積、尺寸和其組成零件的精度要求，發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)過程中使用較多的是活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)。

Brown & Sharpe公司推出的GLOBAL活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)在制造工藝中有如下顯著優(yōu)勢(shì)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元分析和模塊化分析等，從理論上保證了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性；外罩和框架采用輕質(zhì)量的材料；TRICISIONTM式橫梁設(shè)計(jì)以及獲得專利的一體化燕尾導(dǎo)軌和氣動(dòng)平衡設(shè)計(jì)提高了其整體剛性和動(dòng)態(tài)性能；非接觸式光柵尺熱膨脹系數(shù)獲得PTB認(rèn)證；精密加工的鋼絲增強(qiáng)同步帶減少了高速掃描情況下的振動(dòng)；空氣軸承閉環(huán)分布，提供了良好的重復(fù)性并保證了穩(wěn)定性；功能強(qiáng)大的控制系統(tǒng)提供了在線診斷，簡(jiǎn)化了機(jī)器的維護(hù)。

該類測(cè)量機(jī)所配置的測(cè)量軟件（如PC-DMIS）使該測(cè)量機(jī)具有強(qiáng)大的測(cè)量功能：從簡(jiǎn)單的箱體類工件測(cè)量一直到復(fù)雜的輪廓、曲面的評(píng)定和掃描，尤其是其本身所具備的強(qiáng)大的CAD功能以及針對(duì)板金件的工業(yè)級(jí)解決方案，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度尺寸檢測(cè)和形位公差評(píng)定提供了先進(jìn)的手段；QUINDOS軟件選項(xiàng)包除具有基本檢測(cè)功能外，還包括對(duì)齒輪（標(biāo)準(zhǔn)和未知齒輪等）、齒輪刀具（如滾刀、拉刀、剃齒刀等）、蝸輪蝸桿、凸輪和軸、螺紋、活塞等常見特殊零件的檢測(cè)和評(píng)定功能，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)上的特殊零部件檢測(cè)具有很強(qiáng)的針對(duì)性。

該類活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)所使用的光柵分辨率可達(dá)0.039μm，用于距離和直徑等計(jì)量時(shí)，其空間精度最高可達(dá)1.0+L/350μm，而在用于形位公差方面的評(píng)定時(shí)，其探測(cè)誤差可達(dá)1.0μm，用于掃描時(shí)，掃描探測(cè)誤差可達(dá)2.3μm（掃描時(shí)間為120s），這樣的精度完全能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)量和評(píng)定需要，因此，GLOBAL測(cè)量機(jī)可以應(yīng)用于缸體、缸蓋、火花塞、凸輪軸、曲軸等發(fā)動(dòng)機(jī)零件的測(cè)量和評(píng)價(jià)以及特殊形狀零件的掃描和逆向處理等。

還有一種精度更高的固定橋式測(cè)量機(jī)——PMM-C測(cè)量機(jī)，該產(chǎn)品有如下優(yōu)勢(shì)：各軸的運(yùn)動(dòng)組件采用預(yù)載荷的空氣軸承，承載的空氣軸承配有測(cè)量氣壓傳感器監(jiān)控氣壓大小；高分辨力鋼光柵尺配有增量式光電轉(zhuǎn)換器；采用循環(huán)式精密滾珠絲杠傳動(dòng)；光柵尺和工件上配有自動(dòng)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)；三維矢量測(cè)頭使三軸可同時(shí)掃描測(cè)量；配備QUINDOS軟件可以完成很多特殊零件的檢測(cè)；最大允許長(zhǎng)度測(cè)量示值誤差最高可達(dá)0.6+L/600μm，而最大允許探測(cè)誤差可達(dá)0.6μm；用于掃描時(shí)最大允許掃描探測(cè)誤差可達(dá)1.5μm（掃描時(shí)間為72s）。

這類測(cè)量機(jī)除用于基本測(cè)量外，還可用于比較特殊的形狀測(cè)量和評(píng)定，如凸輪曲線的掃描、活塞的橢圓度、齒輪及齒輪刀具、曲軸等的曲線測(cè)量。

活動(dòng)橋式和固定橋式測(cè)量機(jī)都可以使用防塵罩或一些蓋罩來保護(hù)關(guān)鍵零部件，或者使用溫度補(bǔ)償系統(tǒng)來削弱溫度變化對(duì)測(cè)量機(jī)性能的影響，從而可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)車間進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和檢驗(yàn)。

還有一種水平臂測(cè)量機(jī)在汽車工業(yè)中應(yīng)用也十分廣泛，如Vento雙水平臂測(cè)量機(jī)，其X向?qū)к壊捎猛庹趾惋L(fēng)琴罩保護(hù)，可以直接在生產(chǎn)車間使用。由于其精度比上面兩種坐標(biāo)測(cè)量機(jī)低，所以被更多地應(yīng)用在焊接件和車身等板金件的測(cè)量中。

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為現(xiàn)代化的測(cè)量設(shè)備，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用，下面是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用實(shí)踐。

1、常規(guī)測(cè)量——對(duì)缸體與缸蓋結(jié)合面平面度的評(píng)定

眾所周知，對(duì)于缸體與缸蓋結(jié)合面小的平面度可以很好地保證裝配好的發(fā)動(dòng)機(jī)在缸體頂平面處不發(fā)生漏水和漏油現(xiàn)象，如果該平面度的要求不超過30μm（按通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，僅作參考），那么便可使用GLOBAL測(cè)量機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)——根據(jù)實(shí)際情況在結(jié)合面上采集足夠的點(diǎn)（視具體情況，一般可考慮采8個(gè)點(diǎn)左右），并盡可能使點(diǎn)均勻分布，通過測(cè)量結(jié)果來評(píng)價(jià)結(jié)合面，如果測(cè)量值小于技術(shù)要求值，則認(rèn)為合格。對(duì)于排氣管與缸蓋的結(jié)合面也可采用同樣的方法，并且測(cè)量機(jī)還可以用在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線檢測(cè)。

2、提高效率——缸蓋火花塞螺紋孔位置尺寸的檢測(cè)

火花塞螺紋孔的位置尺寸檢測(cè)方法比較特殊，其一是由于螺紋孔軸線與加工基準(zhǔn)（即坐標(biāo)系）成一定角度，其二是三坐標(biāo)機(jī)不能從其攻螺紋的方向檢測(cè)，只能從背后方向探測(cè)采點(diǎn)，因此，檢測(cè)時(shí)采用的做法是在采完第1個(gè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)頭前進(jìn)P/N長(zhǎng)度采第2個(gè)點(diǎn)（N為每周采點(diǎn)數(shù)，P為螺紋孔螺距），依此類推，直到該截面點(diǎn)采完為止。螺紋孔軸線建立之后，還應(yīng)求出該軸線與缸體結(jié)合面交點(diǎn)的坐標(biāo)，這樣求得的基準(zhǔn)位置尺寸誤差最小，重復(fù)性最好。使用測(cè)量機(jī)可以方便地完成傳統(tǒng)測(cè)量方式很難完成或檢測(cè)費(fèi)工費(fèi)時(shí)的零部件。

3、多種測(cè)量手段——變速箱差速器殼體同軸度、對(duì)稱度的檢測(cè)

測(cè)量機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)件檢測(cè)提供了廣闊的空間和檢測(cè)方法。在測(cè)量小頭端圓柱軸線對(duì)基準(zhǔn)軸線的同軸度時(shí)，如果以大頭端軸承圓柱母線為基準(zhǔn)軸來測(cè)量，則誤差很大，這時(shí)可改用以兩個(gè)軸承孔的公共軸線為基準(zhǔn)軸來測(cè)量，此時(shí)重復(fù)性非常好，其原因是短基準(zhǔn)、長(zhǎng)距離的同軸度計(jì)算容易放大測(cè)量誤差。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)還可測(cè)量多種形位公差，如差速器殼的行星軸孔軸線對(duì)半軸軸線的對(duì)稱度的測(cè)量等。

4、車橋后臂的幾個(gè)關(guān)鍵夾角的檢測(cè)

該測(cè)量應(yīng)盡可能采用與加工定位方式一致的三坐標(biāo)支架，并將基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化到支架上，以減少法向誤差。

5、保證產(chǎn)品質(zhì)量

國(guó)內(nèi)某著名轎車集團(tuán)在生產(chǎn)缸體主軸承蓋時(shí)，其螺栓孔的位置度經(jīng)常超差，后來通過用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來測(cè)量螺紋孔，并采用統(tǒng)計(jì)分析方法通過分析測(cè)量結(jié)果并結(jié)合對(duì)螺紋孔加工工藝得出的分析：在加工工藝流程鉆孔-鉸孔-攻螺紋中，保證鉸孔的位置度對(duì)整個(gè)工藝加工結(jié)果起著關(guān)鍵的作用，造成偏差的原因就是鉸孔和攻螺紋兩道工序的設(shè)備加工能力值不足造成的，改進(jìn)的途徑是將鉸孔的位置度公差從0.2mm提高到0.1mm，這樣，超差的原因僅與加工過程有關(guān)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

6、對(duì)復(fù)雜工件檢測(cè)——發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪進(jìn)排氣輪升程的測(cè)量

傳統(tǒng)的凸輪曲面進(jìn)排氣輪升程的計(jì)量常采用手動(dòng)測(cè)量，其所測(cè)數(shù)據(jù)密度大，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)在一般采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，并通過編程來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。測(cè)量凸輪升程的原理：首先編輯凸輪輪廓名義值，建立工件坐標(biāo)系，在曲面上選取一個(gè)截面進(jìn)行掃描，形成實(shí)測(cè)輪廓，掃描過程中測(cè)頭的受力方向始終是法向；然后，將實(shí)測(cè)值與理論值轉(zhuǎn)化成法向；最后逐點(diǎn)比較實(shí)測(cè)值和理論值并計(jì)算出各點(diǎn)的升程偏差，其中最大正偏差和最小負(fù)偏差的差值就是輪廓度。若所測(cè)的是曲面輪廓度，或與基準(zhǔn)無關(guān)，在處理時(shí)可采用最小二乘法等。

7、測(cè)量軟件中的CAD模型

PC-DMIS軟件可與多種CAD系統(tǒng)直接接口。在正向測(cè)量時(shí)，CAD模型主要用于將測(cè)量和評(píng)定的理論數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)量軟件中，供設(shè)計(jì)和檢測(cè)參考使用。在逆向工程方面可以通過測(cè)量機(jī)的測(cè)量或掃描生成足夠的點(diǎn)或點(diǎn)云，然后利用CAD系統(tǒng)的功能生成CAD模型；此外還可生成數(shù)控機(jī)床可識(shí)別的程序供加工使用。

8、測(cè)量機(jī)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

對(duì)于缸體和缸蓋的檢測(cè)，置于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量機(jī)設(shè)備可放置在缸體加工自動(dòng)線之后，成品缸體通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶或滾道傳送到測(cè)量機(jī)附近，然后由機(jī)械手從傳送帶上取下放在傳送滑道上。一般來說，缸體在測(cè)量機(jī)滑臺(tái)上的定位采取一面兩孔的定位方式，測(cè)量完畢后，再由同步的機(jī)械手將零件從滑臺(tái)上取下，進(jìn)入下一道工序。

測(cè)量機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向

以上簡(jiǎn)單地描述了測(cè)量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)和質(zhì)量保證中的典型應(yīng)用，事實(shí)上，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的控制所起的作用會(huì)越來越突出。