缸体主轴承盖唇齿轮廓度误差检测

叶宗茂

神龙汽车有限公司 湖北襄阳 441004

1 序言

2 轮廓度公差概念及轮廓度误差评定方法

2.1 轮廓度公差概念

轮廓度公差包含线轮廓度公差和面轮廓度公差。线轮廓度公差是控制表面线元素相对理论线轮廓的误差；面轮廓度公差是控制面元素相对理论面轮廓的误差，应用于形体表面的长、宽、高。面轮廓度公差是14个几何公差中最全面的控制方式，用来独立或复合控制零件形体如多边形、圆柱、旋转表面、锥面，以及共同表面的尺寸、形状、方向和位置。

轮廓度公差标注必须用到理论轮廓，即由理论正确尺寸标注的零件形体轮廓。理论轮廓可在二维图样上用适当的符号标注或在CAD模型上定义，包括明确的、缺省的理论正确尺寸，数值与插补算法的表格，以及样条曲线与其他数学函数公式（可参照CAD模型查询）。

轮廓度公差标注的优点是提供了公差带的清楚定义，与基准、基准顺序和理论正确尺寸有关，消除了误差积累。

2.2 轮廓度误差的评价方法

用实际轮廓相对理论轮廓的偏差来计算轮廓度误差，是数字式测量设备广泛使用的轮廓度误差评价方法。目前，数字化检测设备都装有ISO和ASME两大标准体系涵盖的轮廓度误差评价方法，ISO为产品几何技术规范和验证（GPS&V），ASME为几何尺寸和公差标注（GD&T），两个标准体系对轮廓度误差评价方法的差异源于ISO标准是基于设计和检测验证一体化考虑，ASME标准则是基于实物装配的可通过性。

执行ISO标准，计算评价出的轮廓度误差为最大实际偏差的2倍，计算如下：

另外，ISO标准中也给出了轮廓度误差的近似评价方法，如用两端点连线法评价线轮廓度误差、三远点法评价面轮廓度误差，其近似评价方法得出的轮廓度误差为最大偏差与最小偏差的差值，计算如下：

执行ASME标准，分两种情况，当偏差出现在理论轮廓的两侧时，计算评价的轮廓度误差为最大实际偏差与最小实际偏差的差值，计算如下：

3）地面以及地基的压实工作。在进行土方工程施工时，为了保障施工质量，需要对施工地点进行整理，包括清除杂土以及对地面的压实平整工作。这些工作完成后，需要有专门的工作人员对其进行质量检测，确保工作质量达标。

如果最大偏差、最小偏差出现在理论轮廓的同一侧，就直接取最大实际偏差为轮廓度误差，计算如下：

3 缸体主轴承盖唇齿轮廓度检测

3.1 缸体主轴承盖唇齿轮廓度产品要求

某缸体主轴承盖产品如图1所示，主轴承盖两边各有一个定位唇齿，定位唇齿压装成形在粉末冶金实体上，其功能是保证主轴承盖与缸体轴承座的紧密结合。定位唇齿轮廓度要求如图2所示，每边唇齿纵向由前、中、后三段组成。前后两端横截面形状相同，称为D部区域，由3段线轮廓组成，如图2a所示，两边轮廓度要求0.2mm，中间要求0.1mm，其理论轮廓曲线方程设置为D-D.DXF；定位齿中间部分是一段整体曲线，称为Z部区域，如图2b所示，轮廓度要求0.2m m，其理论轮廓曲线方程设置为Z-Z.DXF。

图1 某缸体主轴承盖产品

图2 定位唇齿轮廓度要求

3.2 缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量方法

针对该产品定位唇齿形状的微小特征，采用直线式轮廓仪测量比较合适。缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量方法如图3所示，测量步骤及评价方法如下。

1）零件定位及测针选择：如图3a所示，将零件在轮廓仪测量工作台上放正，保证测针垂直于定位齿；选择圆弧半径为0.02mm的楔形测针测量。

2）确定测量位置：如图3b所示，每个零件有左右定位齿，每个定位齿测量3个截面，测量位置大致在中间。

图3 缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量方法

3）测量：爬轮廓，得到实际轮廓并选取。

4）导入理论轮廓线：打开、读取、选择并导入理论轮廓文件D-D.DXF、Z-Z.DXF。

5）匹配：选理论轮廓、实际轮廓，确认匹配，显示理论轮廓与实际轮廓匹配后的视图。

6）选取评定区域：调整起点和终点，确认评价区域。

7）轮廓度的评价：点击轮廓度评价、理论轮廓、实际轮廓线，选择评价参数、评价标准等。

8）输出评价结果：缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量报告如图4所示。重复以上操作，将其余截面的轮廓度评价结果输出。

图4 缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量报告

3.3 缸体主轴承盖定位唇齿轮廓度质量改进

（1）Z部区域线轮廓度误差的改进 缸体主轴承盖量产前，主机厂（DPCA）与供应商（MIBA）双方进行了多次定位唇齿轮廓度测量结果的对比，结果见表1。从表1的数据可以看出：Z部区域轮廓度双方的测量结果都偏大，测量结果在监控区，需要改进。

表1 缸体主轴承唇齿轮廓度主机厂与供应商测量结果对比 （单位：mm）

观察实测轮廓线图形（见图4b）及检测验证发现：①螺栓孔的存在导致唇齿Z部轮廓度评价区域两边不对称，造成较大的拟合误差。②螺栓孔边缘不规则导致采样误差大。这两个因素是导致测量评价出的定位唇齿中间Z部区域线轮廓度误差偏大的主要原因。

改进措施：为了排除拟合评价误差和边缘毛刺导致的采样误差，从产品设计入手，将Z部评价区域修改为对称区域，最高点左右各取0.9mm，整个评价区域修改为1.8mm。优化后的Z部区域轮廓度测量结果对比见表2，定位唇齿Z部区域线轮廓度误差处于公差中值附近的信任区，预防了质量风险。

表2 缸体主轴承唇齿Z部轮廓度评价区域优化后测量结果对比 （单位：mm）

（2）D部区域轮廓度超差的整改 该主轴承盖最初送样件检测时，D部区域轮廓度测量结果超差。经过与供应商交流，发现其轮廓度误差评价方法采用的是包容区域法（ASME标准），即最大偏差与最小偏差的差值，而主机厂验收采用的是ISO标准，以最大偏差的2倍评价轮廓度误差。对超差零件，主机厂进行了两种评定方法的检测验证，不同的轮廓度评价方法下D部区域轮廓度误差如图5所示。采用包容区域法计算评价出的D部区域轮廓度误差如图5a所示，线轮廓度误差为0.0956mm，小于公差0.1mm，合格；采用最大偏差的2倍计算评价出的D部区域轮廓度误差如图5b所示，线轮廓度误差为0.1348mm，大于公差0.1mm，不合格。

图5 不同的轮廓度评价方法下D部区域轮廓度误差

双方通过多次技术交流达成如下共识。

1）只要产品图样技术要求明确了所使用的标准，无论使用哪种测量设备或评价软件，对产品符合性评价都应以产品图的技术标准为依据。

2）最小包络区域应该以理论曲线为参照进行包容，因此最小包络区域应该等于最大偏差的2倍。如果评价结果为“最大偏差减最小偏差或最大偏离值与最小偏离值之和”，那是“偏差波动范围”，不能用于评价产品是否合格。

3）该产品技术要求明确指出几何公差执行ISO标准，因此唇齿轮廓度评定方法统一为最大偏差的2倍，测量结果超差就要整改。

供应商依据测量结果修正了模具，改进后的主轴承唇齿轮廓度测量结果见表3，随机抽检改进批零件，检测唇齿D部区域轮廓度全部合格。测量设备为HOMMEL T8000。

表3 改进后主轴承唇齿轮廓度抽检结果 （单位：mm）

通过供需双方的多次交流、整改，优化制造模具，固化工艺参数，统一缸体主轴承盖唇齿轮廓度测量评价方法等措施，优化了监控计划，确保了该产品量产前的符合性，起到了质量预防作用。该产品批量供货5年来，未发生一起质量事故，提高了整车产品的美誉度。

4 结束语

随着我国汽车制造工业的高速发展，传统的样板法、投影法和仿形法等轮廓度测量方法均因测量精度和测量效率较低而不能满足现代汽车零部件生产的需要。两坐标、三坐标测量机和直线式轮廓仪等数字化检测设备的广泛应用，为汽车零部件轮廓度的测量和评定打开了思路，已成为汽车零部件产品几何公差控制的主要手段。