基于三坐标测量仪的油泵体零件检测方案制订与实施

摘 要 油泵体是不断把发动机油低壳里的机油送出去以达到润滑发动机各个需要润滑的零部件的目的 ,它依靠一对齿轮的高速旋转运动输送油。转运动输送油。当一对齿轮在泵体内作高速啮合传动时，啮合区内右边空间的压力降低而产生局部真空，油池内的油在大气压的作用下进入油泵低压区内的吸油口，随着齿轮的转动，齿槽中的油不断地沿着路径方向被带到左边的压油口将油压出，并输送到机器中需要润滑的地方。油泵体在整个机油泵中起着很重要的作用。泵体的尺寸精度、表面粗糙度直接影响机油泵的工作稳定性和泵的寿命。 在以往测量油泵体的过 程中，由于油泵体的位置公差多、控制要求严，检测手段落后，因而一直存在测量效率低，测量精度差等一系列的问题，随着科技的发展，生产效率的问题，三坐标测量仪以其精确的测量数据被广泛的应用于生产中。因此三坐标测量油泵体方案的制定与实施的研究课题由此展开。 首先，以点代面，确定研究的方向和重点放在对泵体的关键尺寸的测量上，明确了关键尺寸及其涉及的测量内容。为了对新的测量方法有一个全面认识，简要地对被测要素的测量理论和现有的测量方法进行介绍。 其次，作为本课题的研究重点，论文对三坐标测量仪的测量原理 、基本测量要素的三坐标测量原理以及本课题所涉及的关键位置尺寸在三坐标上如何测量及其简化测量方法进行了论述。主要通过油泵体测量的程序的介绍，对测量程序的构成和控制重点进行了论述。同时，论文还对三坐标测量仪的各种性能参数及其选购注意事项进行了简要的分析。 考虑到测量和加工工艺的密切联系，论文对泵体的加工主体工艺进行了介绍。为强调测量应与加工相结合，重点按不同的加工方式，如数控加工中心、通用加工设备而展开测量方法的研究，从而明确了针对不同的加工方法所需要控制的重点。由此得出只有有效的结合加工工艺，三坐标 测量才能真正的提高检测效率。 分析和处理在测量过程中引起的测量误差是本文研究的另一个重点。论文对三坐标在泵体测量过程中存在的问题进行了介绍，并针对具体问题，通过一定的数据分析，研究了其产生的原由及其解决方法。强调在三坐标测量过程中，误差产生的原因是多方面的。单单依靠测量仪的精度，而忽视测量方法的研究，必定会导致测量误差的产生。同时，对在具体测量过程中需要注意的几个问题进行了介绍。 最后，论文简要地论述了三坐标测量在泵体检验过程中的具体应用及其作用。针对新型生产方式对生产过程控制的要求，明 确三坐标测量仪在具体过程控制中的应用。 关键词 ：油泵体，三坐标，测量，误差 Abstract Pump stock is the principle part of fuel injection pump. In the past check process, because of various positional tolerance、 rigorous control needs 、 backward detecting means, low measure effect、 poor measure ,accuracy and other programs always exist. With the fast and fast development of new product open-up and more various processing methods, how to improve measure methods to fit more strict needs to process control is the urge program to solve in measure field of our company. According to practical situation “(our company have purchased a CMM and three height gauges to improve measure equipment), at present, focal point is the research about advanced measure method and how to inseparably effective jion advanced measure method with practical check work together. This research thesis is based on it. First, thesis makes clear to put research direct and emphasis on measure of new product dimension and relative measure requirement. To have a overall understanding, thesis also make a simply introduction of measure theory about relative element under test and owned measure method. Second, as the focal point of research, thesis gives expound to measure principle of CMM、three co-ordinate measure principle of basis element under test and how to measure and simplify measure on measure of relative key position dimension in CMM. In this chapter, thesis also gives a principal analysis of different proformance index of CMM and item on how to purchase. Third, to point out the link between measure and processing method, thesis gives introduce of main processing method, emphasis the join between measure and processing. Measure should spread out on basis of different processing method, for instance, numerically-controlled machining center、 general manufacturing installation, definite main control point to different processing method. Thesis points out that CMM can really improve check effect, this must depend on effective join with manufacture process. Forth, how to analysis and deal with measure error caused in measure process is another important research content, thesis introduces main problems in pump stock measure using CMM, and to concrete problem, through regular data analysis, thesis states that which cause these problems and how to solve. Thesis also emphasis that, in measure process, there are many element which can cause error. Only put eye on accuracy of measuring machine, but omit research of measure method, this must cause error. There are several programs to notice in measure process in this chapter. Last, thesis concisely shows clear concrete apply and function of CMM in pump stock check process. It also make clear concrete usage in processing control of CMM, which is aimed at production process require to new production system. Final, combining practical apply needs, thesis gives several aspects of develop direction of CMM. Key words: fuel injection punp, CMM, measure, error 目 录 摘 要 . I 目 录 . III 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题达到的要求 . 2 2 三坐标测量仪介绍 . 3 2.1 三坐标测量仪简介 . 3 2.2 三坐标测量仪的工作原理及其组成 . 3 2.3 三坐标测量仪的主要特征 . 4 2.4 三坐标测量仪应用领域 . 5 2.4.1 三坐标测量 仪 在模具行业中的应用 . 6 2.4.2 三坐标测量 仪 在汽车行业的应用 . 6 2.4.3 三坐标测量 仪 在发动机制造中的应用 . 7 3 改进油泵体测量，用三坐标测量仪测量油泵体 . 8 3.1 改进油泵体测量的重要性 . 8 3.1.1 改进泵体是许多公司产品发展的需要 . 8 3.1.2 改进油泵体测量是生产方式转变的需要 . 8 3.2 油泵体关键尺寸的确定 . 9 3.3 三坐标测量仪在油泵体生产过程控制中的应用 . 11 3.3.1 生产过程控制的必要 . 11 3.3.2 生产过程控制的具体实 施 . 12 3.3.3 油 泵体过程控制的实 施重点 . 13 3.4 三坐标测量仪在油泵体测量中所起的作用 . 13 3.4.1 提高检测效率 . 13 3.4.2 加强设备管理 . 14 3.4.3 降低检测装置的投入 . 14 3.4.4 降低检测工作强度 . 14 4 制定油泵体检测方案 . 15 4.1 泵体关键尺寸测量的实现方法 . 15 4.2 了解油泵体的测量要素 . 15 4.3 泵体基本测量要素的测量 . 15 4.4 泵体位置尺寸的测量 . 16 4.4.1 位置度的三坐标测量 . 17 4.4.2 同轴度的三坐标测量 . 18 4.5 检测方案编制 . 20 5 实施检测方案 . 21 5.1 三坐标测量的测量准备 . 21 5.1.1 测量准备 . 21 5.1.2 数据采集 . 23 5.1.3 数据处理 . 24 5.2 进行测量并对油泵体关键尺寸测量的理论分析及现行测量方法研究 . 24 5.2.1 油泵体平面测量与分析 . 24 5.2.2 孔径测量与分析 . 25 5.2.3 孔距测量与分析 . 27 5.2.4 位置公差的测量分析 . 28 5.2.5 垂直度测量与分析 . 29 5.2.6 平行度测量与分析 . 32 5.2.7 位置度测量 . 35 5.2.8 同轴度的测量 . 37 6 油泵体测量中存在的问题及改进方法 . 39 6.1 三坐标测量过程中存在的问题 . 39 6.1.1 概述 . 39 6.1.2 测量数据 . 39 6.2 测量分析及其解决方案 . 40 6.2.1 测量误差概述 . 40 6.3 三坐标综合精度的简单评估 . 43 6.4 垂直度测量误差 . 44 6.5 测量注意问题 . 46 6.5.1 清洗问题 . 46 6.5.2 采集点数量问题 . 46 7 结论与展望 . 48 7.1 结论 . 48 7.2 展望 . 48 致谢 . 49 参考文献 . 50 1 绪论 随着市场竞争的日益激烈，各企业都在想方设法减少制造成本，提高生产效率，在引进先进数控机床、提高生产加工水平的同时，越来越多的人已将目光转向如何提高现场的生产管理水平与过程质量控制方衙上来。过程质量控制的一项重要工作就是过程检验，其目的就在于防止或大大降低产品最终检验所带来的交货期风险与让步风险，同时，可以避免不必要的加工工时损失与废品损失。为了达到过程检验能及时、准确、有效，就必须把质 量管理技术和测量技术有机地结合起来加以实施，具体地说就是从挎制方法与控制手段两方面一起考虑。控制方法可以通过编制质量计划、采用 SPC(统计过程控制 )控制质量变异、目视控制等加强对现场的监控力度；控制手段就是要改善现场的测试方法与设施，提高检测系统对异常信息的识别与反馈的速度与准确性。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，各种数显、数摔、微电脑化的测量设备以越来越多的应用于现场的检测过程中，控制的方法和种类也各种各样。有用于设备监控的切削状态监测技术，针对加工过程中的各种参数，如切削力、功率、温度、振动、噪声等 实施监控，从而间接判断刀具磨、破损的状况等；有用于在线检测加工 工件尺寸、形状公差的气动、电动、电涡流测量方法。当然，在目前生产过程中，应用技术较为成熟且应用领域较为广泛的仍是线外测量，采用合适的测量设备针对加工的零件进行有效的测量。现在，为了配合 CIMS、 FMS 对生产监测的要求的最有效的方法就是采用柔性化的测试设备 ,无疑 ,三坐标测量机是其中最具代表的。由于技术水平的提高以及加工环境的改善 ,生产型的三坐标测量机以其高准确性、高效测量范围广等优点 ,越来越广泛地应用与机械、电子、汽车、飞机等工业部门 ,用于零件尺 寸及相互位置的检测 ,操作也更加简便，完全可以满足各种检测要求，因而在生产过程控制中发挥更加重要的作用。基于这个原因，本章重点剖析现有生产用三坐标测量机的功能、性能及其经济性，从中提出满足本课题需要的最佳选型。 1.1 本课题的研究内容和意义 油泵体是不断把发动机油低壳里的机油送出去以达到润滑发动机各个需要润滑的零部件的目的 ,它依靠一对齿轮的高速旋转运动输送油。油泵体具有结构简单、运行可靠、操作和维护方便及用途广泛等特点适用于抽送不含固体颗粒，不容于水，温度在 -10 60范围内的气体，是造纸、烟草、食品、纺 织、冶金、煤炭及化工等行业用作真空脱水，真空干燥，真空过滤和压送气体的理想产品。 在以往的检测过程中，由于油泵体位置公差多、控制要求严、检测手段落后，因而存在测量效率低、测量精度差等一系列问题。随着一些公司新产品开发速度不断加快、加工方法日益多元化，如何改进测量方法和手段，以适应新的生产模式下对过程控制更为严格的要求是目前大多数公司在测量方面急需解决的问题。 而三坐标测量仪是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及其昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐 标测量仪的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。 1.2 国内外的发展概况 在科学技术大力发展的今天，产品的自动化生产以成为主流，更多的企业追求的是高 生产效率，过去的测绘技术大多是靠人为完成的，随着技术的提高，对技术要求越来越精密。油泵体的尺寸，形位的测量以往都是靠人工手动测绘，测出的结果很不精确，而且还会常常出错，达不到零件的生产要求，随着技术的不断改进，越来越多的紧密仪器出现，解决了测绘难的问题。而三坐标测量仪是目前测量油泵体尺寸、形位 等最准确的，也是最适用的精密仪器。 精密测量仪器从二次元影像测量仪出现的那一刻，就真正的的进入到了高精度测量仪的发展时代，也正是从那个时代开始，高精度测量仪从手动影像测量仪、 CNC二次元到手动三坐标测量仪，再到 CNC三次元，一步一步的发展到情况允许下的最高端仪器。 我们知道，精密测量仪器在没有进入高精密测量仪之前，我们所使用的检测仪器只是原始的投影机而已，这种机器无论是测量功能，还是测量精度都有着很大缺憾。于是，为了适应市场的发展需求，二次元影像仪出现在市场与客户的视野中，精密测量仪也迎来了高精度测量仪高速 发展时代。 在高精密测量仪中，二次元影像测量仪和三坐标测量仪是两个主要的检测仪器，其中，二次元在高精度测量仪的发展中，奠定了发展的坚实基础，同时促进了高精密测量仪的发展，而三坐标测量仪在其中扮演着不可或缺的角色。 在三次元测量仪出现之前，相信很多人都不会相信会有这种机器的出现，可是事实证明三坐标测量仪的出现完全是社会与市场发展的必然产物。当然，在高精度测量仪以后的发展历程中，为了更好的实现检测的目标，可能会出现更高端的检测仪器。但是在它出现之前，三坐标测量仪将会仍然是高精密测量仪器中最为先进的检测仪器。 于 是我们得出这样的结论，三坐标测量仪在高精密测量仪的发展历程中，也许只是行业发展的一个过渡性产物，可是在高精度测量仪的过渡过程中，三次元测量仪将继续以高尖端检测仪器的成分，在精密测量仪器行业中享受最高级的待遇。 1.3 本课题达到的要求 熟悉油泵体，了解油泵体的尺寸、形位公差以及表面粗糙度，确定泵体的关键尺寸，改进泵体的测量方法，分析泵体的尺寸、形位公差。 熟悉 三坐标测量仪 的 工作原理与结构。了解三坐标测量仪，并能够熟悉的操作三坐标测量仪，了解三坐标测量仪的方法的实施和应用研究 。制定出三坐标测量仪对油泵体的检 测方案，并且能够分析测量误差。 最后对油泵体的测量和三坐标测量仪的应用提出改进意见。 2 三坐标测量仪介绍 2.1 三坐标测量仪简介 三坐标即三坐标测量机，英文 Coordinate Measuring Machining，缩写 CMM， 三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为 三坐标测量机 或三坐标量床。三坐标测量仪又可定义 “一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三 个轴的位移测量系统（如 光栅尺 ）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点（ x，y， z）及各项功能测量的仪器 ”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及 轮廓 精度等。 三坐标测量仪三轴均有气源制动开关及微动装置，可实现单轴的精密传动，数据采集系统采用高性能手动三坐标专用系统，可靠性好。应用于产品设计。模具装备。齿轮测量。叶片测量机械制造。工装夹具。汽摩配件。电子电器 而本课题测量油泵体所使用的是悬臂式三坐标测量仪（如图所示） 图 2.1 悬臂式三 坐标测量仪 2.2 三坐标测量仪的工作原理及其组成 任何形状都是由三维空间点组成的，所有的几何量测量都可以归结为三维空间点的测 量，因此精确地进行空间点 坐标 的采集，是评定任何几何形状的基础。 坐标测量机 的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间范围内，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。 在测量领域中， 光栅尺 及以后的容栅、磁栅、激光干涉仪的出现，革命性地把尺 寸信息数字化，不但可以进行数字显示，而且为几何量测量的计算机处理和控制打下基础。 三坐标测量仪 可定义为 “一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 ( 如光学尺 ) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标 (X、 Y、 Z)及各项功能测量的仪器 ”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度测量、定位精度测量、几何精度测量及轮廓精度测量等。 测量时还允许建立临时的测量参照坐标系，即可以，临时把工件某点作为坐标原点，以便测量相对尺寸。此外，还 提供直角坐标系与极坐标系之间的相互转换功能，以及公制与英制的相互转换功能等三坐标测量机的基本功能是以三维坐标值的表式输出。此时，测头的位置对应于工件表面上点的位置。 应当指出的是三坐标测量都是针对某一特征要素进行的，如点、线、面、圆、圆柱等，当不清楚工件表面形状时，球和工件表面的接触位置是不可能从几何学上解出。 整个三坐标测量系统可以分为非控制系统和控制系统两部分。非控制系统包括测量头、测长系统、导轨、工作台、 XYZ 三轴驱动系统、测量臂、安全防护装置，如果导轨为气浮导轨，还应有空气轴承、气动平衡装置、空气过 滤及压力调前装置，控制系统包括计算机系统、测头控制器、测量机控制器、各种安全开关和警示装置、便携式操纵控制盒等等， .其中计算机系统还包含了硬件和软件两部分。硬件部分与一般的计算机配置基本相同，而评定测量机好坏的关键指标之一就是其软件编制，因为其直接牵涉到测量数据的处理是否有效，还有其适用性是否能满足实际测量的要求。由于三坐标生产厂商的测量软件，无论是自主开发还是通过第三方开发，其算法都必须符合 ISO 1101 和 ANSI Y14.5 关于形位公差的制订标准，且软件由专门的认证机构如德国的 PTB 予以确认，因而其 有效性可以得到保证。 2.3 三坐标测量仪的主要特征 单边活动桥式结构，显著提高运动性能，确保测量精度及稳定性 三轴导轨均采用高精密天然花岗岩，具有相同的温度特性及刚性配上高精度自洁式预应力气浮轴承，是确保机器精度长期稳定的基础，同时轴承受力沿轴向方向，受力稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。 三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳，导轨永不受磨损 。 采用 小 孔出气专利技术，耗气量为 30L/Min，在轴承间隙形成冷凝区域，抵消轴承运动摩擦带来的热量，增加设备整体热稳定性。仔细研究各厂家的技 术指标，会发现： 欧潼精密的耗气量为 30L/Min，而其他的厂家在 50-150L/MIN 之间 . 按照物理学理论，当气体以一定的压力通过圆孔的时候，会因为气体摩擦产生热量，在高精密测量中，微小的热量也会影响精度的稳定性，而当出气孔的孔径小于一定的直径的时候，却会相反的会在出气孔的周围形成冷凝效应 ! 正是利用这一物理学原理，采用欧潼小孔出气的技术，使得冷凝效 应恰恰抵消测量中因为空气摩擦产生的微弱热量，使得设备保持长时间的温度稳定性，从而保证精度稳定性！ RENISHAW 自粘开放式金属光栅尺，更接近花岗岩 基体的热膨胀系数，提高了设备的稳定性 RENISHAW UCC 高速高精度自动控制系统，内嵌 32位微处理器，真正实现实时控制；上下位采用光纤通讯，增强了电气抗干扰能力 软件特点 软件运行在 WINDOWS 2000/XP 环境下，全中文界面；面向对象的编程方式，支持图形镜像功能。 三维 CAD 数模导入、再现实体或线架模型、 DMIS、 STEP 文件导入导出、测量结果的 IGES 文件输出，支持逆向工程。 动态 CMM 模型，支持测量机和测头的模拟和 RENISHAW 测头图形库。 测头管理功能，可动态选择多种测针。 几何元 素的测量，包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等； 曲线、曲面扫描，支持点位扫描功能， IGES 文件的数据输出， CAD 名义数据定义、ASCII 文本数据输入、名义曲线扫描、符合公差定义的轮廓分析。 形位公差的计算，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同心度等等； 支持传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等多种输出方式； 工件坐标系管理，指定基准面（轴）即可生成工件坐标系，并可实现坐标系平移、旋转及迪卡尔坐标和极坐标的相互转换，支持 3-2-1找正。 误差补偿功能，进一步提高机器测量精度。 2.4 三坐标测量仪应用领域 测量高精度的几何零件和曲面； 测量复杂形状的机械零部件； 检测自由曲面； 可选用接触式或非接触式测头进行连续扫描。 主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量，还可用于电子、五金、塑胶等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。 制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要求 保持一致。但是，保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量工件尺寸，获得尺寸信息后，分析和反馈数据到生产过程中，使之成为持续提高产品质量的有效工具。 三坐标测量 仪 是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。 2.4.1 三坐标测量仪在模具行业中的应用 三坐标测量 仪 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 仪 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，用三坐标 测量 仪 测量电极的形状必不可少。 三坐标测量机可以应用 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。然后用三坐标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。 三坐标测量 仪 以其高精度高柔性以及优异的数字化能力，成为现代制造业尤其是模具工业设计、开发、加工制造和质量保证的重要手段。我侧重谈一下测量机对于模具工业的两个重要作用。 第一、测量 仪 能够为模具工业提供质量保证，是模具制造企业测量和检测的最好选择。测量机在处理不同工作方面的灵活性以及自身的高精度，使其成为一个仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规 检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。高度柔性的三坐标测量机可以配置在车间环境，并直接参与到模具加工、装配、试模、修模的各个阶段，提供必要的检测反馈，减少返工的次数并缩短模具开发周期，从而最终降低模具的制造成本并将生产纳入控制。 第二、测量 仪 具备强大的逆向工程能力，是一个理想的数字化工具。通过不同类型测头和不同结构形式测量机的组合，能够快速、精确的获取工件表面的三维数据和几何特征，这对于模具的设计、样品的复制、损坏模具的修复特别有用。此外，测量机还可以配备接触式和非接触式扫描测头，并利用 PC-DMIS 测 量软件提供的强大的扫描功能，完成具备自由曲面形状特征的复杂工件 CAD 模型的复制。无需经过任何转换，可以被各种 CAD 软件直接识别和编程，从而大大提高了模具设计的效率。 具体来说，在模具制造企业中应用测量机完成设计和检测任务时，要密切关注测量基准的选择、测头的标定和选择、测点数及测量位置的规划、坐标系的建立、环境的影响、局部几何特征的影响、 CNC 控制参数等多方面的因素。这当中的每一个因素，都足以影响测量结果的精确和效率。 2.4.2 三坐标测量仪在汽车行业的应用 坐标测量 仪 是通过测头系统与工件的相对移动，探 测工件表面点三维坐标的测量系统。通过将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，利用接触或非接触探测系统获得被测物体 上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，由软件进行数学运算，求出待测的几何尺寸和形状、位置。因此，坐标测量机具备高精度、高效率和万能性的特点，是完成各种汽车零部件几何量测量与品质控制的理想解决方案。 汽车零部件具有品质要求高、批量大、形状各异的特点。根据不同的零部件测量类型，主要分为箱体、复杂形状和曲线曲面三类，每一类相对测量系统的配置是不尽相同的，需要从测量系统的主机、探测系统和软件方面进行相 互的配套与选择。 2.4.3 三坐标测量仪在发动机制造中的应用 在现代制造业中，高精度的综合测量机越来越多的应用于生产过程中，使产品质量的目标和关键渐渐由最终检验转化为对制造流程进行控制，通过信息反馈对加工设备的参数进行及时的调整，从而保证产品质量和稳定生产过程，提高生产效率。 发动机是由许多各种形状的零部件组成，这些零部件的制造质量直接关系到发动机的性能和寿命。因此，需要在这些零部件生产中进行非常精密的检测，以保证产品的精度及公差配合。在现代制造业中，高精度的综合测量机越来越多的应用于生产过程中，使 产品质量的目标和关键渐渐由最终检验转化为对制造流程进行控制，通过信息反馈对加工设备的参数进行及时的调整，从而保证产品质量和稳定生产过程，提高生产效率。 在传统测量方法选择上，人们主要依靠两种测量手段完成对箱体类工件和复杂几何形状工件的测量，即：通过三坐标测量机执行箱体类工件的检测；通过专用测量设备，例如专用齿轮检测仪、专用凸轮检测设备等完具有复杂几何形状工件的测量。因此对于从事生产复杂几何形状工件的企业来说，完成上述产品的质量控制企业不仅需要配置通用测量设备，例如三坐标测量机，通用标准量具、量仪，同时还需要 配置专用检测设备，例如各种尺寸类型的齿轮专用检测仪器，凸轮检测仪器等。这样往往导致企业的计量部门需要配置多类型的计量设备和从事计量操作的专业检测人员，计量设备使用率较低，同时企业负担较高的计量人员的培训费用和计量设备使用和维护费用；企业无法实现柔性、通用计量检测。因此，降低企业的测量成本，计量人员的培训费用，测量设备的使用和维修费用，达到提高测量检测效率的目的，使企业具备生产过程的实时质量控制能力，这将关系到企业在市场活动中的应变能力，对帮助企业建立并维护良好的市场信誉，具有重要的决定作用。 3 改进油泵体测量，用三坐标测量仪测量油泵体 3.1 改进油泵体测量的重要性 3.1.1 改进泵体是许多公司产品发展的需要 一个好的企业是要在不断进取中求得生存与发展的，随替社会环境保护意识的 .不断增强，国家配套法规的相应出台，以及加入 WTO。原有的产品已不能满足用户越术越严格的性能要求，因而在引进与自主开发想结合的基础上，很多公司开发了不同规格的油泵体。并在产品开发的同时，积极引进国内外先进的生产方式与加工设备，投入到新产品的生产过程中，基本满足产品及生产的需求，但是，先进的生产工艺 是需要和先进的测量手段相匹配，否则达不到应有的效果。为此，许多公司在改进测量方式方法上也加大了资金与技术的投入，许多公司购买了三坐标测量仪用于现场检测，从测量设备的测试方面基本满足了生产现场对检测的需求。如何有效地将先进的测量手段应用到现场质量控制中，真正地提高油泵体的测量的检测效率和测量精度成为了急需解决的问题。本课题正是在这样的背景下提出的，而本课题测量所用到的油泵体如图所示： 图 3.1 油泵体实体图 3.1.2 改进油泵体测量是生产方式转变的需要 作为本课题的研究重点 油泵体，由于它是为喷油泵其他零部件，如柱塞、挺柱体、凸轮轴、齿杆、齿圈、紧帽等等的安装支撑部件，因而存在测量要素多、形位公差多、测 最精度高等测量难点，特别是随着产品趋向于多品种、小批量的生产模式，以及投入生产的数控加工中心的日益增多，产品尺寸控制的日益严格，其质量控制正向计算机化迈进的今天，显然，以往靠光滑塞规、芯棒、对块、百分表、高度尺及专用检具的检验模式已远远不能适应现场生产质量的控制要求，因而需要新的测量手段与方法予以取代。就大多数生产油泵体的公司而言，过去在泵体的生产中 主要以组合机床为主，通用立钻、镗床、铣 床等为辅的生产格局，目的是满足大批量生产的要求，对工人的技术要求也比较低，在产品的质量控制方面，主要以事后把关为主，检验人员往往等到一批零什各道工序加工完成后，根据批量的大小抽样进行检验，这样使得检验工作大大地滞后于生产，无法及时反映加工过程中存在的问题。尽管检验人员在生产过程中，也根据要求经常进行巡回检验，但由于加工工序分散、检测效率低，测量周期长，检验人员往往只检测孔径及螺纹等单一尺寸的变化情况，而无法对诸如位置度、垂直度等综合形位尺寸进行及时反映与控制。数控加工中 心的引入使得加工工序较为集中、工艺参数较为稳定，加工过程易于控制。此外，数控加工中心的另一大特点就是调整环节增多，从而带来了检测项目的集， .因而要求测量能更准确、全面、迅速地反映加工实际情况等一系列要求。为此，需要检验人员能够在工件进行生产调试的时侯使应通过测量将工件的加工信息予以反映，以便在未满足加工要求的时候能及时进行调整，从而真正做到预防为主。由此可见，这样多方面的要求是以往落后的检测手段所无法满足的。同时，考虑到在同一道加工工序中，各加工尺寸重要度要求不同，加工稳定性也有所差异，检测的难易程度也不同 ，因而需要对不同的加工尺寸根据实际情况安排合适的检测方法以满足检测经济性的要求。 通过上述分析，确本课题研究的主要任务是： （ 1）在新的生产模式下，确定泵体孔系尺寸及其要测量的形位公差关键尺寸； （ 2）通过对关键尺寸测量理论研究，分析在测量方法的实现上所需要解决的问题 .； （ 3）分析现行关键尺寸的测量方案和手段，明确其存在的不足； （ 4）三坐标测量仪的测量方法的实施和应用研究； （ 5）三坐标测量仪测量结果的误差分析； （ 6）三坐标测量仪在质量控制中的具体应； （ 7）泵体测量及其三坐标测量仪应用的改进建议。 3.2 油泵体关键尺寸的确定 一方面尽管喷油泵泵体品种较多，就大的类别而言就有 I 号泉、 A 犁泵、 B 型泵、 P 型泵、 VE 泵等 ,各种小的类别就更加多了，但由于各种喷油泵的工作原理大同小异，因而各种泵体的关键控制部位基本相同；另一方面喷油泵泵体结构复杂，测量尺寸较多，所涉及的尺寸、形位公差、粗糙度等共计 400 余个。基于上述原因，本课题主要选取目前常用的油泵体对其他零部什配合、安装有影响的尺寸进行测量研究。 首先，对油泵体总成的工作原理及结构分析，具体示意图如下图所示： 图 3.2 油泵体工作原理与结构简图 可以看出其整个工作过程大体可以分为两块，一是高压油的形成过程，一是油量的调节过程。 高压油形成过程的动力源是从凸轮轴的驱动端传入，凸轮轴的各个导头依次带动相应的挺柱体在泵体的安装孔内进行上下运动，挺柱体的上下运动作用于柱塞偶件，通过柱塞的上下运动及出油阀偶件开闭，使喷射柴油在高压腔内形成一定的压力，通过高压油管与喷油器向外喷射供油。 油量的调节过程主耍是通过与调速器相连的拉杆运动 ,带动油量调节套筒 ,从而带动柱塞套旋转而达到的。这两个工作过 程都直接关系着喷油泵总成的供油特性、速度特性及柴油机的动力特性 .胁要达到保证喷油泵总成正常工作的关键 ,除了各个运动部件 ,如凸轮轴、轴承、挺柱体、柱塞、出油阀符合规定的制造要求外 ,还需要各个运动部件的安装必须准确 ,只有这样才能保证各运动部件运动过程的准确 ,因此