三坐标检测在提高叶轮加工质量上的探讨

高 舢

（广州市机电高级技工学校，广东 广州 510435）

三坐标检测在提高叶轮加工质量上的探讨

高 舢

（广州市机电高级技工学校，广东 广州 510435）

介绍三坐标检测技术在叶轮等多轴加工产品检测中的应用，探讨的三坐标检测技术能够满足叶轮等多轴加工产品检测的需求和保障加工产品的质量，并且能够促进加工精度的提高。

三坐标检测；叶轮；多轴加工；提高质量

随着科技的发展，市场对产品加工质量与精度的要求越来越高，要求产品形状更加复杂化与多样化，对产品的加工和质量检测设备的功能及技术要求不断增强，促使多轴加工机床和三坐标测量机的应用越来越广泛和普及。

检测是保证叶轮制造质量的重要手段，但是叶轮检测存在着一系列的难题，具体表现为：

（1）测量精度要求高。叶轮型面测量精度直接影响其制造精度，通常要求测量精度达到0.01mm，甚至0.005mm；

（2）测量效率要求高。叶轮是批量生产零件，数量成千上万，应尽可能提高测量速度和效率；

（3）测量可靠性要求高。叶轮测量和数据处理结果应反映叶轮的实际状态，这样才能保证叶轮的制造质量；

（4）叶轮测量定位和建立测量坐标系复杂。叶轮安装楔型面比较小，以此装夹和建立坐标系误差大；

（5）叶轮测量数据处理复杂，不但有叶型、弦长、前缘后缘半径等形状误差要求，还有叶片弯曲、扭转等位置误差要求。因此，叶轮检测一直是制造企业中生产和检测部门所面临的难题之一[1]。

三坐标检测（Coordinate Measuring Machining，CMM）是以精密机械为基础，综合应用光学、电子技术、传感技术、计算机技术等多项先进技术组成的坐标测量仪器。通过坐标测量仪器，可获得被测物体上各测量点的坐标值，经过数学运算，以求出被测物体的精确的几何尺寸、形状和位置公差，可基本实现对生产中的所有三维复杂零件进行高精度测量，服务于企业的生产与新产品的研发。

以下笔者试运用三坐标精密检测叶轮等多轴数控加工零件的方法，对如何开展三坐标精密检测提高零件加工质量的具体实施过程进行一些探讨。

1 具体实施过程

1.1 检测目的

三坐标精密检测的目的是：在产品的检测中掌握高精密检测的基本知识、三坐标精密检测的流程与技巧，拟出检测报告，为生产企业提高产品加工质量和精度，从而有效地促进加工生产率。

1.2 检测实施过程

三坐标精密检测过程，首先对检测产品进行测量分析，通过产品特征设定测量方案，然后利用三坐标测量机完成对产品进行建立坐标系、几何元素采集等；接着利用软件对产品数据进行分析、处理，得出公差评估结果；最后输出表格式报告、Excel报告或者图文报告。

（1）运用讨论及汇报方式对测量基本流程及测量分析提供高效的测量方案

1）三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，获得被测物体上各测量点的坐标值，根据这些点的空间坐标值经过数学运算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置公差[3]。

2）产品三坐标精密测量的基本流程：直角坐标系→测座和触发测头→测头校正→工件找正→建立坐标系→元素构造→元素的尺寸与公差。

3）组织小组讨论，以汇报的形式对产品进行测量分析，选择适当的三坐标精密检测方案，如图1所示。

图1 三坐标精密检测方案

（2）产品三坐标精密检测的要求与步骤：

1）三坐标测量机的基本操作：检查空压机的过滤器，油路状况，打开空压机；检查输气管，打开三坐标测量机上的压缩空气开关；打开三坐标测量机的控制柜电源；打开连接三坐标测量机的专用电脑；打开UCC服务器和RationalDIMS软件；打开测头控制急停开关；机器回零。

2）产品的装夹。根据产品的特点合理摆放基准平面（XY平面）或轴类工件用V型块装夹好，以便构建工件测量坐标系；测量基准平面及基本元素较多的一面朝上，尽量设置被测工件与侧头摆角为垂直或者水平状态，以方便测量元素；如有特别需求的情况应运用万能夹具将被测产品合理地夹紧。

3）运用三坐标测量软件对产品进行检测，如图2所示。其检测过程如下：

三坐标测头系统的建立，选择与实际匹配的三坐标测头、测针，创建测量所需用的角度，并添加三坐标测头至软件中；对添加成功后的三坐标测头测针系统进行标定；分析产品检测的目的，如叶轮检测的目的就是通过评定被测叶轮的叶型轮廓度误差、扭转误差、控制叶轮弯曲的位置度误差，来判断叶轮是否符合图纸要求[1]；根据产品的特点构建坐标系，如叶轮型面产品，需先采集其基准平面及原点数据，然后根据其中某一叶轮曲面与圆柱面构建出交线，最后得出叶轮型面产品的X或Y轴方向，最终决定其坐标系；测量基本元素根据产品图纸尺寸及公差要求或根据产品数字化模型对产品基本元素进行检测。如叶轮型面产品叶轮两端Y轴方向的尺寸，则需要先测量出叶轮圆柱及叶轮曲面得出的交线才能准确评估，得出结果。如图3所示。

图2 产品三坐标检测

图3 叶轮产品三坐标检测过程

4）拟出检测报告。在完成对产品进行建立坐标系、几何元素采集后，利用RationalDIMS软件对产品数据进行分析、处理，得出公差评估结果；最后输出表格式报告、Excel报告或者图文报告。

首先，将测量元素拖放至RationalDIMS软件公差界面对所需测量尺寸及公差进行评估；然后将评估数据拖放至公差数据输出界面，按被测产品图纸的尺寸、公差要求排版，并拟出表格输出报告，如图4所示。最后将被测产品数字模型导入RationalDIMS软件，并在公差界面对所需测量尺寸及公差进行评估，最后按被测产品要求的尺寸、公差要求排版，并拟出图文输出报告，如图5所示。

图4 表格式报告图

图5 图文输出报告

2 总结与思考

三坐标检测技术在叶轮等多轴加工产品检测中的应用中能够满足叶轮等多轴加工产品检测的需求和保障加工产品的质量，并且能够促进加工精度的提高。在实践中，笔者有如下体会：

（1）目前多轴加工设备的功能越来越强，加工的工件形状复杂，加工精度越来越高；在传统的测量实验中，我们使用的是最基本的一些量具、测量仪，比方说游标卡尺、内径指示表、平板、光学分度头，等等。这些工具的使用需要一定的经验，学生初用时，测出来的数据一般误差比较大，而且讲解使用方法需要大量的时间[3]。然而，三坐标测量机具备高精度、自动化、全功能化等特点，可以很好应用于多轴加工产品的检测。因此，多轴加工机床和三坐标测量机的应用会越来越广泛化和普及化。

（2）在三坐标检测过程中，应明确产品检测的目的和组织小组进行讨论，然后以汇报的形式对产品进行测量分析，选择适当的三坐标精密检测方案，这些是有效提高产品检测的重要步骤和手段。没有好的产品检测就没有好的加工成品质量反馈，因此，笔者认为，联合设计师、加工技师和测量人员一起对加工产品进行测量方案选定和检测分析，能有效地提高检测效率，并能为提高加工精度提供有效地依据。

（3）三坐标精密检测技术，是一门综合性、实践性、创新性都很强的技术，企业如何能广泛地应用此技术来提高产品加工生产率是一个新的课题。如企业专门开设三坐标精密检测部门，需要提供充足的资源保证，包括检测队伍、设备材料、设备场地及配套等，一次性投入比较大，对于不少企业可能会遇到经营成本上升或场地等条件不允许的情况，比较难实现。目前，我国已有不少技师学院已添置三坐标精密检测仪器，并且在师资力量、检测学员的培养方面已相对成熟地发展了起来，企业可通过与技师学院进行校企合作的方式，将加工产品精密检测任务带到技师学院的精密检测实验室，与有资历的教师（检测人员）一起对产品进行高精密检测，并拟出有效的检测报告以反馈加工质量。过去几年，广东省的不少技师学院已开展此校企合作的工作，并取得一定的成绩。因此，以校企合作的方式提高检测精度和效率在实践证明是有效的。

3 结束语

综上所述，三坐标测量设备不仅可以满足多轴加工产品检测的需求和保障加工产品的质量，并且能够促进加工精度的提高，为企业提高生产效率起到一定的作用。

[1]蔺小军，单晨伟，王增强，等.航空发动机叶片型面三坐标测量机测量技术[J].计算机集成制造系统，2012（1）：125-131.

[2]刘忠伟主.先进制造技术[M].第2版.北京：国防工业出版社，2006.

[3]张 海，付 伟.三坐标测量机在实验教学中的应用[J].华东大学学报，2005（12）：231-233,251.

Coordinate Detection Exp lore on Im proving the Quality of the Im pellerMachining

GAOShan
（Guangzhou City ElectricalSenior Technical School，Guangzhou 510435，China）

Introduction coordinate detection technology in the impeller axismachining product testing,and to explore coordinate detection technology tomeet the needs of the impeller,such asmulti-axismachining and product testing to ensure quality ofprocessed products,and can contribute to improve themachining accuracy.

coordinate detection；impeller；multi-axismachining；improve the quality

TH721

B

1672-545X（2014）04-0082-03

2014-01-05

高 舢（1982—），男，广东广州人，助理讲师，大学本科，主要研究方向：数控一体化、工业设计、三坐标检测。