基于产品初始设计意图的高级测绘方法研究

刘裕，张旭，范凯歌

（上海工程技术大学机械工程学院，上海 201620）

0 引言

当前在汽车、航空等机械领域中，通常都需要机械零部件测绘，以进行产品设计、技术改进和累计技术资料等。李茗、王旭东、高红、陈桂芳等［2－4，6］从常用量具的使用方法、机械零部件测绘的基本知识，以及典型零件的测绘等方面详细地讲解了测绘的基础知识和基本技巧。赵忠玉［5］以常用的轴套类零件、齿轮类零件、箱体类零件、轮盘类零件和叉架类零件等的测绘全面地讲解了测量的技术基础。甘永立［1］也以典型零件的测绘以及生产检验的工作过程讲解了测绘过程中几何量的公差和检测。

目前，研究测绘的学者甚多，而研究高级测绘的学者很少。国际市场竞争愈演愈烈，公司产品的质量、尺寸精度等都备受考验，亟待提高，传统的测绘方法虽然实用，却有一定的局限。基于上述研究状况和当前研究趋势，结合当前国际市场产品的特点，从高级测绘的方法及其技术关键方面展开研究，以探讨更适应当前产品的高级测绘方法。

1 高级测绘的实现过程

图1 前左立柱

图2 测量基准

1）了解分析零件。为了把零件准确完整地测绘出来，首先要对零件进行结构分析和工艺分析,了解零件的类型及其在装配中的作用，所使用的材料及大致的加工方法。如图1，与汽车前面的轴装配在一起，起支撑和定位的作用。

2）选择合理的测量基准。每个零件在加工过程中都存在一定的误差，这是无法避免的，应正确、合理地选择测量基准，以避免误差的累计。如图2，此模型在水平方向可以面1 和面2为测量基准，竖直方向可以面3为测量基准，便于测量与建模。

3）按产品初始设计意图选择合理的测绘方法。零件的重要尺寸通常都会影响其规格、性能、工作精度、互换性、配合要求以及零件在装配中的准确位置，要认真揣摩设计者的初始意图并确定其重要尺寸，而且重要尺寸的精度必须予以保证，这就可使用三坐标测量机进行测量。如图3 中1、2、3 三个孔中两两之间的距离精度要求很高，用一般测量工具不方便测量而且难以满足其精度，故应用三坐标测量机测量。而对于一些精度要求不高的尺寸，可以用直尺、游标卡尺、卡钳等测量。如图4 中加强筋，可以用游标卡尺、卡钳等测量。

图3 重要尺寸

图4 加强筋

图5 坐标系

4）合理选择坐标系，确定建模方案。在精确的测量中，合理地选择坐标系与选择精度高的测量工具同样重要，合理地选择坐标系能使建模过程更简便、直观，大大缩短建模时间，快捷有效。如图5，以中间圆孔中心在最底面的投影为坐标原点，以通过圆心且垂直于左端面在最底面投影的直线为X 轴，以通过圆心且平行于左端面在最底面投影的直线为Y 轴，建立如图所示的坐标系，以方便建模以及测量尺寸。

5）建立三维模型并输出图纸。用SolidWorks 软件逐步建立实体模型，边测量边建模，建立出三维模型后，可以很方便地转换出二维图纸。

2 高级测绘的测量方法

测绘零件时，必须根据实物仔细揣摩并结合有关资料分析，确定零件的有关技术要求，如尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等，应根据尺寸的精确程度选用相应的量具和测量方法。

1）选择常用量具测量。选择常用量具测量适用于精度要求不高的尺寸测量，对于常用工具的测量方法，高红［4］、赵忠玉［5］等已经讲解得很详细、全面。本文着重探讨三坐标测量机的测量。

2）选用三坐标测量机测量。选用三坐标测量机测量属于高级测绘，此种测量主要用于精度要求高的尺寸测量。三坐标测量机的测量归结如下：首先将零件置于三坐标测量机中定位，然后测量以获得测量数据。一般情况下还需要建立至少一个坐标系，因为三坐标测量机是在测头获取数据后通过计算机还原出几何模型的，所以在建立好一个坐标系以后，不能随便移动零件，直到获取了零件的离散数据并将数据输送到计算机系统为止，这样可得到一个与实体零件极其相似的模型，设计者便可在此基础之上进行高效仿制、改进等。

3 高级测绘的关键技术

高级测绘的测量过程中测量数据的不同方法将直接影响模型的精度。因此，选择正确测量方法和掌握关键技术尤其重要。

1）探针采点技巧。在使用三坐标测量机测量的过程中，为了将零件的离散数据较好地输送到计算机系统，通常采用接触测量法测量，即测头与零件表面接触的方法。采用此种方法需要考虑测头数据获取的位置、测量点的数量和密度。大多数情况下都是根据零件表面形状的曲率大小判定：曲率较大，则测量点较多；反之较少。如图6所示。

图6 测点分布

图7 边界直线

2）边界直线测量技巧。在对边界线进行测量时，很难保证将探针针尖对准边界线，因此常常造成较大的测量误差，效率也较低。为此，可以用如下方法改进：首先测量边界线的一侧面（面2）的完整离散数据，然后在边界线另一侧面（面1）上采点，采点位置离边界线越近越好（一般在1 mm 以内），然后将测量点向面2 上投影便可得到边界线的测量数据。如图7，此方法不仅巧妙地避免了探针对准边界线去获取数据，而且保证了数据获取精度。

3）重要尺寸精度的保证。零件的重要尺寸通常对零件的性能、装配等有很大的影响，所以必须予以保证。如图8 中的定位孔，在装配中要求必须与轴紧密结合，精度要求很高。在使用三坐标测量机测量的过程中，零件的安装基准应尽量方便坐标系的建立，由于三坐标测量机的测量原理是将探针获得的采点数据输入计算机系统，然后通过系统计算、造型得到零件的大致几何模型，所以在测量之前应对零件进行分析，如何使装夹次数最少，从而使由于装夹造成的测量换算误差最小，以确保工件的测量精度。

图8 定位孔

4 结语

随着世界科技水平的飞跃发展，国际市场竞争愈演愈烈，在科技水平上实现新的突破是企业竞争的有效手段，尤其是制造出高质量、高精度的产品更是无数大型企业的追求。目前，我国大部分企业都还处在模仿和复制阶段，因此，提高产品质量与精度、提高生产率、降低成本才是现阶段的努力方向，这对测绘技术的要求很高，所以，在了解产品初始设计意图的基础上对产品进行创新设计，提高质量，缩短生产周期，从根本上增强企业的竞争力，使企业在激烈竞争之中独占鳌头，才能体现高级测绘的真正价值和意义。

［1］甘永立.几何量公差与检测［M］.上海：科学技术出版社，2008.

［2］李茗.机械零部件测绘［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［3］王旭东，周岭.机械制图与零部件测绘［M］.广州：暨南大学出版社，2010.

［4］高红.机械零部件测绘［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［5］赵忠玉.测量与机械零件测绘［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［6］陈桂芳.机械零部件测绘［M］.北京：机械工业出版社，2010.