金屬機(jī)械零件安裝的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)

何 波

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

金屬機(jī)械零件安裝是我國(guó)大部分企業(yè)進(jìn)行加工生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)同時(shí)也是重要環(huán)節(jié)，在各企業(yè)的機(jī)械設(shè)備正式使用前，第一步是要確保金屬機(jī)械零部件安裝的安全性與安裝質(zhì)量，使其在生產(chǎn)過(guò)程中將良好的性能發(fā)揮出來(lái)，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，但需要注意的是，企業(yè)常用機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中常常要面臨惡劣的工作與運(yùn)行環(huán)境，經(jīng)常會(huì)受到各類問(wèn)題的威脅，若金屬零部件安裝過(guò)程中出現(xiàn)誤差造成生產(chǎn)事故將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失并造成嚴(yán)重的社會(huì)影響，因此提出金屬機(jī)械零件的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。幾何誤差測(cè)試的主要內(nèi)容包括：待安裝零件的尺寸、形狀和表面相互位置精度以及表面質(zhì)量、物理力學(xué)性能等等[1]。通過(guò)幾何誤差測(cè)試，從技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)效果綜合考慮，盡可能消除或減少誤差。

1 幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

金屬機(jī)械零件的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)將“感、傳、知”于一體，有效的對(duì)交通軌道進(jìn)行幾何誤差測(cè)試。

幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量框架采用由Struts和Hibernate整合而成的J2EE框架，J2EE框架是一種輕量級(jí)的系統(tǒng)硬件運(yùn)行存儲(chǔ)框架，能夠有效的改善系統(tǒng)硬件的工作環(huán)境[2]。應(yīng)用Tomcat輕量級(jí)服務(wù)器，Tomcat能夠支持JSP和Servlet的web，具有免費(fèi)、開(kāi)放源碼等特點(diǎn)。系統(tǒng)硬件為齒輪齒條傳動(dòng)副，應(yīng)用其帶動(dòng)測(cè)量架運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用主副測(cè)試臺(tái)結(jié)合導(dǎo)向輪形式，主副測(cè)試臺(tái)各有一個(gè)導(dǎo)向面。測(cè)量架上的電機(jī)使得齒輪齒條傳動(dòng)副運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)測(cè)量架實(shí)現(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)[3]。依托測(cè)量架運(yùn)動(dòng)，攜帶的光電編碼器就可自動(dòng)讀取待測(cè)金屬零件的幾何參數(shù)。

由于主副測(cè)試臺(tái)各有一個(gè)導(dǎo)向面，用來(lái)分別測(cè)試金屬機(jī)械加工機(jī)床中，金屬機(jī)械零件的水平方向和垂直方向的幾何誤差，檢測(cè)過(guò)程示意圖如圖1所示。

圖1 金屬機(jī)械零件的幾何誤差測(cè)試示意圖

金屬機(jī)械零件安裝過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備有關(guān)部件及夾具、工件、刀具，在力的作用下都會(huì)發(fā)生不同程度的形變，這就導(dǎo)致金屬零件表面在作用力方向上發(fā)生變化，產(chǎn)生安裝誤差。機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)各零件安裝有一定影響，機(jī)械設(shè)備主軸部件技術(shù)性能和金屬機(jī)械零件的堅(jiān)硬度對(duì)安全誤差的分量也同樣具有一定的影響。通過(guò)形幾何誤差提取組成要素，對(duì)提取要素的中心線、中心面進(jìn)行擬合。根據(jù)擬合要素建立金屬零件安裝過(guò)程中水平方向和垂直方向的基準(zhǔn)，根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線完成誤差測(cè)試。最后比較被測(cè)金屬零件的正向和反向兩次測(cè)量值，完成幾何誤差標(biāo)定檢驗(yàn)[4]，從而完成幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

2 幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)分析軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件構(gòu)成，通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)形象的展示金屬機(jī)械零件安裝過(guò)程的幾何誤差。

由于金屬機(jī)械零件安裝的幾何誤差，常常是因?yàn)榻饘贆C(jī)械加工機(jī)床加工不當(dāng)造成的，在零件材質(zhì)穩(wěn)定情況下，利用統(tǒng)計(jì)模型分析、相關(guān)性分析方法，對(duì)金屬機(jī)械加工機(jī)床加工工序進(jìn)行分析[5]。在幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，金屬機(jī)械加工機(jī)床加工工序圖系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)獲取零件加工尺寸等動(dòng)態(tài)信息以及機(jī)械加工設(shè)計(jì)標(biāo)位等相關(guān)信息。依托數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)金屬機(jī)械加工機(jī)床加工信息進(jìn)行整合，數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)分析軟件采用C/S工作模式，具有單曲線及多曲線繪制功能[6]。可將數(shù)據(jù)采集軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線繪制，便于數(shù)據(jù)分析軟件分析，同時(shí)根據(jù)測(cè)量時(shí)間、光電編碼器編碼進(jìn)行信息儲(chǔ)存，從而完成幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

通過(guò)設(shè)計(jì)金屬機(jī)械零件安裝的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)的組成各個(gè)硬件元件、軟件，完成了幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，為了確保設(shè)計(jì)的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的有效性，對(duì)零件安裝的幾何誤差標(biāo)定進(jìn)行檢驗(yàn)。

基于對(duì)金屬機(jī)械零件的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行硬件、設(shè)計(jì)，結(jié)合幾何誤差標(biāo)定檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文提出的金屬機(jī)械零件安裝幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行試驗(yàn)分析。隨機(jī)抽取某企業(yè)進(jìn)行安裝完成后的10個(gè)金屬機(jī)械零件。其中5個(gè)使用人工來(lái)檢測(cè)幾何誤差，5個(gè)使用本文的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行幾何誤差檢測(cè)，分別比較兩種檢測(cè)方式下，10個(gè)金屬機(jī)械零件安裝的幾何誤差檢測(cè)結(jié)果。

對(duì)隨機(jī)抽取10個(gè)金屬零件在機(jī)械設(shè)備安裝工序結(jié)束后，進(jìn)行幾何誤差檢測(cè)，設(shè)置檢測(cè)工序以及安裝后零件尺寸偏差如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)后，兩種檢測(cè)方式幾何誤差結(jié)果檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，本文提出的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)較傳統(tǒng)人工幾何誤差檢測(cè)精度更高，同時(shí)還能緩解檢測(cè)人員工作壓力，具有切實(shí)的可行性。

4 總結(jié)

本文提出了金屬機(jī)械零件的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)零件的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行硬件、設(shè)計(jì)，結(jié)合幾何誤差標(biāo)定檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)例分析證明，本文提出的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，希望本文能為企業(yè)機(jī)械設(shè)備安裝過(guò)程中出現(xiàn)幾何誤差檢測(cè)提供參考價(jià)值。