鋁合金零件尺寸的在線檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，其包括以下步驟：使用量規(guī)在不同的加工溫度環(huán)境下測量鋁合金零件尺寸；根據(jù)公式△D=△t×（）×D，進(jìn)行鋁合金零件的尺寸的溫度補(bǔ)償計(jì)算，以獲得鋁合金零件的上偏差尺寸變化曲線和下偏差尺寸變化曲線；若測量得到的尺寸-溫度數(shù)據(jù)位于上偏差尺寸變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線之間，則判斷加工后的鋁合金零件的尺寸合格，否則判斷鋁合金零件不合格。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：通過根據(jù)鋁合金零件和量規(guī)尺寸與溫度的變形規(guī)律，制作鋁合金零件的尺寸-溫度變化曲線，大大提高了鋁合金零件在線檢測精度和檢測效率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，尤其涉及一種適于在不同環(huán)境 溫度下使用的鋁合金零件尺寸的在線檢測方法。 f呂合金零件尺寸的在線檢測方法

【背景技術(shù)】
[0002] 由于錯(cuò)合金零件對環(huán)境溫度十分敏感，一般將其放入20°C ±2°C環(huán)境恒溫一定時(shí) 間(通常至少在24小時(shí)以上)后方可進(jìn)行加工精度的精密檢測。然而在加工生產(chǎn)車間里，環(huán) 境溫度波動相對較大，同時(shí)，在加工過程中，切削熱的產(chǎn)生使零件溫度升高，機(jī)床內(nèi)部環(huán)境 溫度與外部環(huán)境溫度也存在溫度差，最終導(dǎo)致尺寸在線檢測結(jié)果誤差非常大，難以精確控 制鋁合金零件的加工精度，大大增加零件因加工尺寸超差而報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 在批量生產(chǎn)過程中，通常根據(jù)現(xiàn)場鋁合金零件抽查的三坐標(biāo)檢測結(jié)果進(jìn)行分析， 并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，制定現(xiàn)場后續(xù)零件的加工尺寸調(diào)整方案，程序復(fù)雜且 時(shí)效性差，尤其是檢測前長時(shí)間的恒溫要求，難以及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場加工零件的測量與控制。鑒 于此，提供一種快捷、準(zhǔn)確的在線檢測方法有非常重要的實(shí)際意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種適于環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)在現(xiàn)場 使用的鋁合金零件尺寸的在線檢測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過提供以下一種鋁合金零件尺寸在線檢測方法實(shí)現(xiàn)，其包括以下 步驟：第一步，獲得鋁合金零件尺寸的名義值D及允許的上偏差尺寸a和下偏差尺寸b ; 第二步，根據(jù)公式AD=AtX (?f -(I)，進(jìn)行鋁合金零件尺寸的溫度補(bǔ) 償計(jì)算，并獲得鋁合金零件尺寸隨溫度變化的上偏差和下偏差變化方程（II和III)及相應(yīng)的 上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線，所述鋁合金零件尺寸隨溫度變 化的上偏差和下偏差變化方程（II和III)分別為 ： Dl= (ffg ) X (D〇+a) X (t-T) + D〇+a (II) D2= ) X (D〇+b) X (t-T) + D〇+b (III) 公式（I )中：Λ D為鋁合金零件測量尺寸變化量，Λ t為溫度變化量，為鋁合金零 件的線性膨脹系數(shù)，為量規(guī)的線性膨脹系數(shù)，％為鋁合金零件尺寸在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的名義 尺寸；方程（II)和(III)中：T為標(biāo)準(zhǔn)溫度，t為測量時(shí)的環(huán)境溫度；D1和D2分別為鋁合金零 件尺寸位于上偏差和下偏差時(shí)在不同環(huán)境溫度下的測量尺寸。
[0006] D1和D2所構(gòu)成的數(shù)值范圍為鋁合金零件尺寸在不同環(huán)境溫度下的公差范圍；所 述上偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金零件尺寸的真實(shí)尺寸為允許的最大理論上偏差尺 寸時(shí)，鋁合金零件尺寸根據(jù)隨溫度變化的曲線，所述下偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金 零件的真實(shí)尺寸為允許的最大理論下偏差尺寸時(shí)，鋁合金零件尺寸根據(jù)溫度變化的曲線。
[0007] 第三步，使用量規(guī)，測量現(xiàn)場加工后的鋁合金零件尺寸D，并記錄測量時(shí)的環(huán)境溫 度；將不同環(huán)境溫度下測量到的鋁合金零件尺寸D與通過方程（II)和(III)計(jì)算得到的公差 范圍或上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線進(jìn)行比對，若測量得到的 尺寸數(shù)據(jù)位于D1和D2之間或位于上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲 線之間，則判斷現(xiàn)場加工后的鋁合金零件的尺寸合格。
[0008] 優(yōu)選的，所述鋁合金零件的材料線性膨脹系數(shù)?f為23X10 4 m/t：，所述量規(guī)為 碳鋼環(huán)規(guī)，選擇量規(guī)的材料線性膨脹系數(shù)為11. 4X 10 4 m/°C。
[0009] 優(yōu)選的，所述測量時(shí)的環(huán)境溫度t為10°C?30°C。
[0010] 優(yōu)選的，所述鋁合金零件為鋁合金齒輪箱箱體。
[0011] 優(yōu)選的，尺寸-溫度變化曲線圖中，具有有效數(shù)據(jù)的溫度范圍為l〇°C到30°C之間。
[0012] 優(yōu)選的，通過調(diào)整單位溫度內(nèi)表格密度，可讀取零件在溫度范圍內(nèi)任意溫度下的 尺寸加工公差。
[0013] 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：通過根據(jù)鋁合金零件和量規(guī)的溫度變形規(guī)律，考 慮量規(guī)的溫度變化量以消除量具的隨溫度變化產(chǎn)生的誤差，制作鋁合金零件的尺寸-溫度 變化曲線，而避免了零件尺寸隨溫度的顯著變化而產(chǎn)生測量誤差，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確 性。該方法已成功應(yīng)用于鋁合金齒輪箱箱體孔徑的現(xiàn)場加工的在線檢測，為在不同環(huán)境溫 度下測量鋁合金零件尺寸提供檢測和判定依據(jù)，大大提高了檢測效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的鋁合金零件的尺寸-溫度變化曲線圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的鋁合金零件的另一尺寸-溫度變化曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明所述的鋁合金零件尺寸測量方法的主要思路為根據(jù)鋁合金零件的溫度變 形規(guī)律，制作鋁合金零件的尺寸-溫度曲線，以滿足在線檢測，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)控零件尺寸精 度。
[0017] 在本實(shí)施例中，提供了待測量的鋁合金零件，鋁合金零件的尺寸具有可允許的上 下偏差；以及測量鋁合金零件的量規(guī)。鋁合金零件及量規(guī)均有自身的材料線性膨脹系數(shù)。
[0018] 鋁合金零件尺寸在線檢測方法所涉及的具體計(jì)算方式如下： 第一步：根據(jù)一般材料在常溫下線性膨脹系數(shù)α基本不變，尺寸變化與溫度變化可 以看作線性變化，根據(jù)熱變形公式可知： Δ L= Δ tX XD ...... (1) Δ 1=Δ tX XD ...... (2) 式中： Δ L--錯(cuò)合金零件實(shí)際尺寸變化量（mm) Δ 1--量規(guī)實(shí)際尺寸變化量（mm) Δ t--溫度變化量（°C ) αι--錯(cuò)合金零件材料線性膨脹系數(shù)（m/°C ) --量規(guī)材料線性膨脹系數(shù)（m/°C ) D--鋁合金零件尺寸名義值（mm) 第二步：將公式（1) (2)相減，鋁合金零件與量規(guī)尺寸隨溫度相對尺寸變化量： AD=AL-A l=AtX -<xm ) XD ...... (3) 式中： Δ D-錯(cuò)合金零件測量尺寸變化量（mm) 通過公式（3)便得到鋁合金零件的尺寸-溫度變化曲線，根據(jù)零件尺寸的上下偏差，可 以得到兩個(gè)極限偏差曲線。
[0019] 具體的，鋁合金零件尺寸隨溫度變化的上偏差和下偏差變化方程(分別為： Dl= C^g ) χ (D0+a) X(t-T)+D〇+a ......(4) D2= C^e -an ) X (D〇+b) X(t-T)+D〇+b ......(5) 式中： T為標(biāo)準(zhǔn)溫度（20°C)，t為測量時(shí)的環(huán)境溫度；D1和D2分別為鋁合金零件尺寸位于上 偏差和下偏差時(shí)在不同環(huán)境溫度下的測量尺寸。
[0020] D1和D2所構(gòu)成的數(shù)值范圍為鋁合金零件尺寸在不同環(huán)境溫度下的公差范圍；所 述上偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金零件尺寸的真實(shí)尺寸為允許的最大理論上偏差尺 寸時(shí)，鋁合金零件尺寸根據(jù)隨溫度變化的曲線，所述下偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金 零件的真實(shí)尺寸為允許的最大理論下偏差尺寸時(shí)，鋁合金零件尺寸根據(jù)溫度變化的曲線。
[0021] 第三步：使用量規(guī)，測量現(xiàn)場加工后的鋁合金零件尺寸D，并記錄測量時(shí)的環(huán)境溫 度，將不同環(huán)境溫度下測量到的鋁合金零件尺寸D與通過方程（4)和（5)計(jì)算得到的公差范 圍或上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線進(jìn)行比對，若測量得到的尺 寸數(shù)據(jù)位于D1和D2之間或位于上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線 之間，則判斷現(xiàn)場加工后的鋁合金零件的尺寸合格。這樣，根據(jù)曲線可以直接查詢鋁合金零 件尺寸在不同溫度下的公差范圍，進(jìn)而判斷零件在不同溫度下加工后的尺寸是否合格，大 大提高了加工現(xiàn)場的檢測效率和精確度。
[0022] 以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(鋁合金齒輪箱）進(jìn)行說明，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施 例僅用于說明和解釋本說明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023] 實(shí)施例一鋁合金齒輪箱箱體孔徑Φ 190的在線檢測（公差0?+0· 046) 第一步：查詢手冊，選擇并確定合適的鋁合金零件材料和量規(guī)材料的線性膨脹系數(shù)，其 中，選擇鋁合金零件材料的線性膨脹系數(shù)-為23X10 4 m/°C，所述量規(guī)為碳鋼環(huán)規(guī)，選擇 量規(guī)材料的線性膨脹系數(shù)為11. 4X 10 4 m/°C。
[0024] 第二步：根據(jù)小孔孔徑Φ 190公差0?+0. 046,將下偏差D2=<i) 190 (環(huán)境溫度t 為20°C)代入公式（3)可得到孔徑下偏差的變形方程： Δ D =0. 0022 X Δ t ......(6) 令Υ= Λ D +190，X = Λ t+20°C ;代入公式（4)得孔徑下偏差方程： Y=0. 0022 Χ+189. 96 ......(7) 式中： Y-不同溫度下箱體孔徑下偏差尺寸測量值（mm) X-箱體孔徑的測量溫度（°C ) 將箱體孔徑上偏差Dl= Φ 190. 046 (環(huán)境溫度t為20°C )代入公式（3)可得到孔徑上偏 差的變形方程，與公式6相同： Δ D =0. 0022 X Δ t ......(8) 令Υ= Λ D +190. 046，X = Λ t +20°C ;代入公式（6)得孔徑上偏差方程： Y=0. 0022 Χ+190 ......(9) 式中： Υ-不同溫度下箱體孔徑上偏差尺寸測量值（mm) X-箱體孔徑的測量溫度（°C ) 此處為了闡述的清楚具體，列出了上下偏差方程的具體推導(dǎo)過程，但該方程也可以通 過前述的公式（4)和公式（5)直接得到。
[0025] 第三步：使用量規(guī)，測量現(xiàn)場加工后的鋁合金零件尺寸D，并記錄測量時(shí)的環(huán)境溫 度，將不同環(huán)境溫度下測量到的鋁合金零件尺寸D與通過方程（4)和（5)計(jì)算得到的公差范 圍或上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線進(jìn)行比對，若測量得到的尺 寸數(shù)據(jù)位于D1和D2之間或位于上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線 之間，則判斷現(xiàn)場加工后的鋁合金零件的尺寸合格。
[0026] 實(shí)施例二鋁合金齒輪箱箱體孔徑Φ 330的在線檢測(公差-0. 21?-0. 16) 對于鋁合金零件尺寸上、下偏差均不為零時(shí)的在線檢測方法，其中的第一步與實(shí)施例 一相同；其第二步的具體檢測方法如下： 根據(jù)箱體大孔孔徑為Φ 330和其公差為-0. 21?-0. 16,將下偏差尺寸D2= Φ 329. 79 (環(huán)境溫度t為20°C)代入公式（3)可得到孔徑下偏差的變形方程： Δ D =0. 0038 X Δ t ......(10) 令Υ= Λ D +329. 79，X = Λ t+20°C ;代入公式（8)得孔徑下偏差方程： Y=0. 0038 Χ+329. 71 ......(11) 式中： Υ-不同溫度下箱體孔徑下偏差尺寸測量值（mm) X-箱體孔徑的測量溫度（°C ) 將箱體孔徑上偏差Dl= Φ 329. 84 (環(huán)境溫度t為20°C )代入公式（3)可得到孔徑上偏 差的變形方程，與公式10相同： Δ D =0. 0038 X Δ t ......(12) 令Υ= Λ D +329. 84，X = Λ t +20°C ;代入公式（10)得孔徑上偏差方程： Y=0. 0038 Χ+329. 76 ...... (13) 式中： Υ-不同溫度下箱體孔徑上偏差尺寸測量值（mm) X-箱體孔徑的測量溫度（°C ) 此處為了闡述的清楚具體，列出了上下偏差方程的具體推導(dǎo)過程，但該方程也可以通 過前述的公式（4)和公式（5)直接得到。
[0027] 根據(jù)兩個(gè)變形方程，就可以得到上偏差尺寸變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲 線。所述上偏差尺寸變化曲線為鋁合金零件的真實(shí)尺寸為上偏差尺寸時(shí)，量規(guī)測得的尺寸 根據(jù)溫度變化的曲線，所述下偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金零件尺寸位于下偏差時(shí)， 量規(guī)測得的尺寸根據(jù)溫度變化的曲線。根據(jù)上偏差尺寸變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化 曲線，繪制得到如圖1和圖2 (下偏差不為0時(shí)）所示的鋁合金零件的尺寸-溫度變化曲線 圖，圖中有效數(shù)據(jù)的溫度范圍為l〇°C到30°C之間。
[0028] 第三步：利用量規(guī)測量箱體孔徑尺寸，根據(jù)鋁合金齒輪箱的孔徑尺寸-溫度變化 曲線，當(dāng)不同溫度下得到的測量數(shù)據(jù)在圖1和圖2所示的兩個(gè)曲線之間時(shí)，可判定加工后的 鋁合金零件合格；如果在圖1和圖2所示的兩個(gè)曲線之外，則判斷加工后的鋁合金零件不合 格。
[0029] 在尺寸-溫度變化曲線圖中，有效數(shù)據(jù)的溫度范圍為10°C到30°C之間，通過調(diào)整 單位溫度內(nèi)表格密度，可讀取鋁合金零件在溫度范圍內(nèi)任意溫度下的尺寸加工公差。
[0030] 本發(fā)明并不限于前述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)精髓的啟示下，還 可能做出其他變更，但只要其實(shí)現(xiàn)的功能與本發(fā)明相同或相似，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，獲得鋁合金零件尺寸的名義值D及允許的上偏差尺寸a和下偏差尺寸b ; 第二步，根據(jù)公式Λ D= Λ tX (I)，進(jìn)行鋁合金零件尺寸的溫度補(bǔ) 償計(jì)算，并獲得鋁合金零件尺寸隨溫度變化的上偏差和下偏差變化方程（II和III)及相應(yīng)的 上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線，所述鋁合金零件尺寸隨溫度變 化的上偏差和下偏差變化方程（II和III)分別為 ： Dl= (?f ) X (D〇+a) X (t-T) + D〇+a (II) D2= _caf" ) X (D〇+b) X (t-T) + D〇+b (III) 公式（I )中：Λ D為鋁合金零件測量尺寸變化量，Λ t為溫度變化量，為鋁合金零 件的線性膨脹系數(shù)，為量規(guī)的線性膨脹系數(shù)，％為鋁合金零件尺寸在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的名義 尺寸；方程（II)和(III)中：T為標(biāo)準(zhǔn)溫度，t為測量時(shí)的環(huán)境溫度；D1和D2分別為鋁合金零 件尺寸位于上偏差和下偏差時(shí)在不同環(huán)境溫度下的測量尺寸； D1和D2所構(gòu)成的數(shù)值范圍為鋁合金零件尺寸在不同環(huán)境溫度下的公差范圍；所述上 偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金零件尺寸的真實(shí)尺寸為允許的最大理論上偏差尺寸時(shí)， 鋁合金零件尺寸根據(jù)隨溫度變化的曲線，所述下偏差尺寸-溫度變化曲線為鋁合金零件的 真實(shí)尺寸為允許的最大理論下偏差尺寸時(shí)，鋁合金零件尺寸根據(jù)溫度變化的曲線； 第三步，使用量規(guī)，測量現(xiàn)場加工后的鋁合金零件尺寸D，并記錄測量時(shí)的環(huán)境溫度； 將不同環(huán)境溫度下測量到的鋁合金零件尺寸D與通過方程（II)和(III)計(jì)算得到的公差范 圍或上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線進(jìn)行比對，若測量得到的尺 寸數(shù)據(jù)位于D1和D2之間或位于上偏差尺寸-溫度變化曲線和下偏差尺寸-溫度變化曲線 之間，則判斷現(xiàn)場加工后的鋁合金零件的尺寸合格。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，其特征在于，所述鋁合金 零件的材料線性膨脹系數(shù)為23X10 4 m/°C，所述量規(guī)為碳鋼環(huán)規(guī)，選擇量規(guī)的材料線 性膨脹系數(shù)％為11.4Xl〇4m/°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，其特征在于，所述測量 時(shí)的環(huán)境溫度t為10°C?30°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鋁合金零件尺寸的在線檢測方法，其特征在于，所述鋁合 金零件為鋁合金齒輪箱箱體。
【文檔編號】G01B5/00GK104101274SQ201310118966
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月7日
【發(fā)明者】劉升, 田雪濤, 倪文峰, 武晶 申請人:南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司