不规则球面的CMM测量方法

    在生产过程中，我们经常会遇到球径的检测，根据不同的形状和公差可以选择多种检测工具，例如，外径千分尺，游标卡尺，三坐标等等。而对于不规则球面，如何准确有效的检测零件球径大小和球心位置是在测量工作中经常遇到的问题，用三坐标进行不规则球面的检测不仅直观且又方便，其测量结果精度高，并且重复性好。目前生产的零件有很多需要进行严格的球径和球心位置的检查。因此能否准确有效的测量出此类零件的球面对以后的装配有着一定的影响。

1、 零件球面要求

   由图1可知，零件的该处结构由两段球面构成，球面的形状和公差是需要满足面轮廓度0.3，同时，还要满足球的圆度Φ0.2和球上一条指定的圆与端面的距离10.4±0.5，我厂有进口的轮廓仪，我们认为这个尺寸使用轮廓仪检测是可以保证测量精度的。但是，经过检测发现，使用轮廓仪检测的零件，车加工尺寸调整后同样不能满足图纸规范SR66.5与SR68，并且重复性很差。所以，10.4±0.5的有效性就更是问题了。

2、 CMM的错误测量

    使用CMM测量，一般会像测量半球一样，使用测量特征“球”，在这个球的不同截面上测量几十个点，如图2，可以测量3层截面，每层15点，参数选择完成后机器进行自动测量，我们可以发现测量结果与图纸规范尺寸还是有偏差的，按照偏差值进行车加工尺寸调整，调整后的零件CMM检测仍然是不符合图纸规范，与轮廓仪存在相同的问题，但是CMM的测量结果会比轮廓仪的测量结果更接近于真实值。 我们可以分析一下这个零件，球面的弧长才只有球的1/10，使用轮廓仪检测尽量能够检测到整个球面弧长的1/3（阴影部分圆弧），其检测结果是最有效的。同样，CMM检测也存在类似的问题。

3、 CMM的正确测量

   CMM如何准确有效的测量球径和位置是零件得以生产的重要前提，项目小组人员提供了2种测量方案进行对比分析，主要是从球的轴线方向上考虑的。两种方案均使用CMM扫描检测。 3.1 方案1 从图纸上分析，SR66.5与SR68是同心球，球心与端面的距离是19.5。下面以SR66.5球面的检测为例，检测时，探测端面和球的任意一条圆1，将球心定位在理论的位置，即端面偏下19.5mm作为Z轴的零点，圆1作为X、Y轴零点。这样，球面上的任意一点到坐标原点的极坐标距离都应是66.5mm，当然，从机加工考虑，如果圆弧的起点和终点符合图纸规范，那么圆弧的中间部分点便会符合图纸，所以，检测时只需要探测圆弧的起点和终点，计算与坐标原点的极坐标距离作为球径。考虑球的圆度问题，分别从0°、90°、180°和360°圆弧点探测，反映整个球面的情况。但是，这种方法有个弊端，它对探测点的矢量是否正确要求很高，另外只能检测球径，不能检测端面相交圆尺寸127.2和10.4±0.5

   对于不规则球面的测量，可以有多种方法，而正确、有效的测量，提供测量结果是生产的重要前提。对于被测元素弧面短，精度高的零件可以使用CMM扫描拟合的方法，目前很多公司生产的很多零件有类似球面的要求，甚至某些零件球面是测量其它尺寸的基准元素，测量的有效性就更加严格了。以上方法仅供大家参考。