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Quindos 形位公差测量技巧


1、

形位公差的测量技巧

零件形位公差有专门的指令计算,用户只需填写相应的参数即可计算出结果, 所以关键在于如何准确地测量出各个元素。这在于平时经验的积累。一些基础知识 很重要,如对称平面的矢量计算,ELE 掩码含义,APT、NPT、ACT、EVA、NOM 之间的关系,元素的构造、变换以及坐标系的建立方法等。 l 元素的构造


元素的构造在实际编程中用得很多。ELE 子类型 ACT(实际值)记录了元素的 所有信息,如中心坐标,方向等。要构造元素,必须先初始化一个元素,再赋值这 个元素实际值的掩码区域。 元素的构造方法主要有两种: (1)、直接编辑,指令 EDTACT 可以编辑元素的实际值,但是这种方法违背程 序编写“自动”原则。 (2)、PUTVALS、PUTVAL 可以在程序中自动加入元素的实际信息,这种方法 用得较多。 也可以利用已有的点、线、面构造如 CPL****,CAX****等。 l 元素的变换

变换种类分为两种:坐标系和元素的变换。 变换方法分为两种:平移和旋转 在方法上,坐标系和元素的变换没有区别,都是将元素或坐标系平移或旋转某 一数值,平移和旋转可以单独使用,也可以同时使用。只有一种情况不同,就是元 素在坐标系之间的转换。 指令 TRAOBJ,TRAELE,TRACSY 直接将元素变换,也可以先建立变换 (BLDTRA,FINDTRA,INVTRA ),再执行转换(EXETRA,TRAELE)。 l 坐标系的建立

一般来说,零件的检测步骤分为: 坐标系的建立; 根据零件的特点确定元素的测量步骤,并生成元素测量点;

按照先后顺序测量各元素,并取适当的 CLP 点; 数据的计算,并打印输出; 保存程序。 在三维测量中,坐标系的地位相当重要,不同的建立方法往往结果差别很大。 建立坐标系时必须根据图纸、 工艺文件和装配关系等确定第一、 第二基准。 BLDCSY 中“空间定向元素”即是第一基准,“平面定向元素”即第二基准,如下面的零件

图 1、位置度的测量 该零件建立坐标系时基准 A 作为第一基准,基准 B 作为第二基准,所以在 BLDCSY 中这样填写: BLDCSY(NAM=CSY,SPA=PLA$A,PLA=LIN$BC ,XZ0=CIR$B , YZ0=CIR$B ,ZZ0=PLA$A) PLA$A 为 A 平面,CIR$B 为孔 B,LIN$BC 为基准 B 和任一孔的连线。 l 位置度的计算

位置度的测量在坐标测量中是个难点。 指令 POSITN 是计算位置度的通用指令, 如果是按图纸中位置度标注的基准建立的坐标系,就用 POSITNXY 计算,多数情 况下采用指令 POSITNXY,一些特殊情况如斜面的位置度、最大实体条件下和特殊 坐标系时用 POSITN。 在测量位置度之前,必须先了解各种情况下的位置度的含义,大家可以参考国 标(GBT)。

对于圆周孔的位置度测量,必须建立极坐标系,对于矩形阵列孔组的位置度的 测量,必须建立直角坐标系。 如图 1,要求四个圆周孔组的位置度,程序列表: BLDCSY(……) GENCIR(NAM=CIR(1),ZC0=-4 ,DIA=20,ZVL=10) CVSTRTXT (NAM=LDBPRC:PRC1,LIN=1,STR=‘TRAOBJ CIR(I+1), CIR(I),,,,90,Z’) CVSTRTXT ( NAM=LDBPRC:PRC1, LIN=2, STR=‘MECIRXY CIR( I ), , , , NOE’) REPEAT(NAM=I,BGN=1,END=4,DLT=1,PRC=PRC1 ) DIPNTPNT (NAM=LIN$X,EL1=CSY.$ZP ,EL2=CIR(1).$PT) BLDCSY (NAM=CSY$POS, SPA=CSY.ZDI, SDR=Z, PLA=LIN$X, PDR=X, XZE=CSY.$ZP ,YZE= CSY.$ZP,ZZE= CSY.$ZP,TYP=CYL ) N$HOLE=4 ANG=360/N$HOLE DFNQUE (NAM=$POSI ,DEL=Y) DO(NAM=I,BGN=1,END=4,DLT=1) ANG1=ANG*(I-1) POSITNXY(NAM=POSI(1),OBJ=CIR(1),CTP=POL ,DIX=100, DTY=ANG1,MOD=NOE) MDFYQUE(QUE=$POSI,OBJ=POSI (I),MOD=INS) UNWIND(VAL=I,LAB=100) ENDDO FCNVAL VAR=$POSI.ACT.ABS.PT.Z , POS=MAX$POS) (NAM=MAX$POS ,

LISEVA

$POSI(-MAX$POS)

100:STOP UNWIND 语句防止变量 I 的输入小于零。 上面的 POSITNXY 语句也可以用下面的语句代替 POSITN(NAM=POSI1,OBJ=CIR (1),TYP=CYL ,DT1=CSY.XYP , DT2=CSY.YZP , DT3=CSY.ZXP, CTP=POL , DTX=100, DTY=ANG1, MOD=NOE ) 以上程序计算出结果后,找出最大的位置度值并输出这个评价。

有些图纸位置度的要求在“Maximum material condition ”(最大实体条件)下评 价, POSITN 中有相应的参数 MMC 和 LGN,LGN 意为“Functional length”(功能 性长度)即评价长度,在 “Projected tolerance areas”中用得很多。 除了 POSITN 外,二维规整指令 GAUG2D 也可以求位置度,特别是带 MMC 值的位置度中。当然必须有 GAUG2D 软件包,关于它的用法大家可以参考相关说 明书。

l

距离的计算

指令 DIPNTAXI ,DIPNTPNT,DIPNTSRF 等可以实现距离的计算,在 QUINDOS V3.3 以前,关于距离、对称的计算需要多条指令(先测量再计算),自 QUINDOS V3.3 以后的版本,只需一条指令就可以实现(MCD**),不过测量过程 完全一样,只是程序变得相对简单。 大多数情况下距离必须在测量范围内评价,例如要求两条直线的距离,必须求 一条直线的中心到另一条直线的垂直距离。

图 2、距离的计算 如图为 DIPNTPNT 、 DIPNTAXI 、 DIPNTSRF 、 DIAXIAXI 之间的关系, DIPNTPNT 为通用指令,可以求任何元素之间的距离,因为无论什么元素,都有中心和方向。 但是并不一定是元素之间的最短垂直距离,大家在计算时必须注意。 也可以在填写参数时加上元素的扩展名 .$PT 以确定是元素的重心, 这时即使用 指令 DIAXIAXI ,也是求重心之间的关系。 其他如圆、球、圆柱等一般是求其重心之间的距离,指令 DIPNT**可以实现。 2、 曲线曲面的扫描测量技巧 连续扫描是测量机的一种重要功能。一些复杂形面,如叶片,步进齿轮,蜗杆, 蜗轮等,必须利用连续扫描,才可以解决这些难以解决的问题。连续扫描速度快, 效率高,应用广泛,下面介绍一些常用技巧。 在曲线测量前必须了解一些基本概念,如二、三维曲线、封闭曲线和开放式曲 线、测量值和接触点、名义值、实际值、偏差、偏差的正负以及方向余旋等。 下面介绍一些重要的技巧。 l 名义点—实际点比较

比较时必须注意以下三点: 名义点和实际点必须在同一个坐标系中; 名义点和实际点必须同为顺时针或逆时针;

名义点和实际点在比较方向必须有交点。 在曲线的比较中, “方向”的概念很重要,ACNO2D 指令可以在名义或实际点法 线方向上的比较,在参考点方向上比较或在用户定义的方向上比较。多数情况是在 名义点的法线上比较。

图 3、自由矢量的曲线比较 如图为自定义方向上的曲线比较,比较前必须先定义一矢量。设一方向矢量 P 为(xcos(a),ysin(a)),O、O1、O2、O3、O4 为名义点,根据偏差的计算 方法可得,OP,O1P1,O2P2,O3P3,O4P4 为名义方向上的偏差,并记录在结 果的 A 区域。 l 名义点—实际点最佳配合

图 4、名义和实际点 二维曲线的最佳配合(BFIT2D)是按照最小二乘法进行的。由于零件在定位时 产生定位误差,名义点和实际点并不重合,如图。采用最佳配合后,可以消除定位 误差,将位置误差从形状误差中分离出来,即将被测曲线平移、旋转一个数值。最 佳配合时的参考点可以是曲线的重心、坐标系原点或任意坐标点。 l 曲线的方向余旋计算

方向余旋的计算方法如下: ? RCOR2D——曲线的半径修正,修正时先将点移动一数值(探针半径), 再计算方向余旋; CURV2D—— 对于 GENPTS、CRSUBTYP 等生成的点必须用指令 CURV2D 计算方向余旋; EXCHNG——指令 EXCHNG 可以将名义、实际点的方向相互拷贝; GENPTS——指令 GENPTS 是计算点各区域之间关系的很重要的指令; FINDDI——微平面法,常用在未知曲线曲面测量中,如图

?

? ? ?

图 5、微平面法 微面法就是在测量点 p 附近测量若干点,如已经测得其中三个点的坐标为 p1 (x1,y1,z1),p2(x2,y2,z2),p1(x2,y2,z2),通过这三个点作一个 微平面,由于 p1,p2,p3 距离被测点很近,这个法平面的法向矢量可以近似认做 是点 p 的法向矢量; ? 公式法:

设空间曲线 L 的参数方程为

则法线的方向余旋为

分别为过曲线任意一点的偏导数。计算出方向余旋后,再用指令 PUTVALS 等将矢量值拷贝到 U,V,W 区域。

l

曲线的测量 曲线的测量分为二维和三维曲线的测量。

二维曲线的测量相对简单,建立好坐标系后只需 ME2DE→RCOR2D→ BFIT2D(可选)→ACNO2D 就可以了。 下面重点讲解三维曲线的测量技巧。 在 LEITZ 柱形扫描中,由于存在扫描误差,扫描出的 R 不可能是整数。所以, 为了使曲线连续( R 为整数),必须进行空间曲线的半径修正。 空间曲线的半径修正需要两条曲线,我们把一条曲线称为基准曲线,另一条称 为辅助曲线。确定基准曲线和辅助曲线应注意以下几点: (1)、通常基准曲线和辅助曲线的距离为探针直径的一半,如果曲线的曲率变 化大,则通常基准曲线和辅助曲线的距离应尽可能小; (2)、通常基准曲线和辅助曲线的点数不必相同,点数越多,精度越高; (3)、通常基准曲线和辅助曲线之间的横截面曲率变化越大,则探针半径应尽 可能小; (4)、通常基准曲线和辅助曲线到实际修正值(高度)的距离相等; 空间修正指令 RCORPLA(曲面的半径修正), RCORSRF(蜗轮叶片的半径 修正),RCOR3D(3D 曲线的半径修正)。 空间曲线的测量步骤:

ME2DE→RCORPLA (RCORSRF,RCOR3D)→数据处理 空间曲线的测量常见下面两种情况: 不带螺旋线;带螺旋线 对于不带螺旋线的曲线测量,一般扫描方式为 “PLA”型; 对于带螺旋线的曲线测量,一般扫描方式为 “CYL”型; 对于带螺旋线的曲线测量,通常先将螺旋线展开,再进行其他数据处理。所以, 在 RCORPLA 半径修正完后,必须进行螺旋线的展开计算。 大多数情况下带螺旋线的零件必须进行曲面的扫描测量(有些采用自定义中 心),如铣刀。 l 常见的数据处理 数据处理是曲线曲面测量最重要的过程,下面介绍常见处理方法: (1)、排序 名义点的排序:SORTSTY 实际点的排序:SRTAPT、SORTSTY (2)、求极值 求极值分为两种情况:区域求极值和求极值点,如图: 求极值 区域求极值 求极值点 FXTREM 某个元素区域求极值 FINDVAL 元素队列区域求极值 FCNVAL 求整体极值点 FGEX2D 求局部极值点 FLEX2D

图 6、求极值指令 (3)、倒序 QUINDOS 中没有倒序的指令,下面编写一个 PRC,供读者参考: DELELE (NAM=CIR (2),DEL=N) CRSUBTYP(OBJ=CIR(1),LIN=0,TYP=ELE,STY=APT,REA=NUM) DO(NAM=I,BGN=NUM ,END=1,DLT=-1) COLNPT(NAM=CIR (2),PTS=CIR(1),FTS=I,LST=I,DEL=N) ENDDO (3)、螺旋线的展开计算 上面已经介绍过螺旋线的展开计算很重要,下面介绍展开计算过程:

图 7、螺旋线的展开计算 如图为螺旋线的展开图,假设曲线上任意点的坐标( R,Ф,Z),则展开的计 算如下:

螺旋升角 利用上面的公式可以计算曲线的螺旋升角,再结合其他数据处理,可以分析螺 旋线的速度,方向变化规律。 例:测量下图步进齿轮的螺旋线变化规律

图 8、步进齿轮的检测

测量前校准 4 根星型探针,探针库为 150,探针直径为 5。 主要的测量过程:建立坐标系后,先扫描上表面两条曲线,再扫描下表面两条 曲线,然后进行数据处理。

核心代码如下: ! Coordinate system USECSY (NAM=MA_CSY) MEPLA (NAM=REF_Z ,MOD=NOE ) ! Measure Reference A by selfcentering MEPNTSPA(NAM=PNT(1),CSY=MA_CSY,MOD=(NOC,NOE) DIPNTPNT NOE PNTX,,,,MA_CSY.$ZP ,,PNT(1),,,,,,,,

BLDCSY (NAM=CSY,SPA=REF_Z,SDR=Z,PLA=PNTX,PDR=X, XZE=MA_CSY.$ZP ,YZE= MA_CSY.$ZP,ZZE= MA_CSY.$ZP,TYP=CYL ) ! Enter nominal data DFNELE(NAM=NOM ,TYP=2DE ) GENPTS (NAM=NOM, BGN=0, END=360, DLT1, VNA=I, FUN=I, DSC=Y, TYP=NPT ) EXCHNG NOM

! Measure the upper curve on 2 radius by scanning ME2DE (NAM=U_CRV (1),CSY=CSY ,MOD=NOE) ME2DE (NAM=U_CRV (2),CSY=CSY ,MOD=NOE) ! Measure the lower curve on 2 radius by scanning

ME2DE (NAM=L_CRV (1),CSY=CSY,MOD=NOE) ME2DE (NAM=L_CRV (2),CSY=CSY,MOD=NOE) ! Radius correction On R=20

RCORPLA (NAM=U$CRV ,EL1= U_CRV(1) ,EL2= U_CRV(2) ,DIA=5, WIN=3,MOD=PZ,OPN=N,VAL=20*2)

RCORPLA (NAM=L$CRV ,EL1= L_CRV(1) ,EL2= L_CRV(2) ,DIA=5, WIN=3,MOD=PZ,OPN=N,VAL=20*2) ! ! -----Special procedure to calculate cylindrical helix---Sort according to angle

SRTAPT(NAM=U$CRV,ORI=U$CRV,CRI=Y,FWD=Y) SRTAPT(NAM=L$CRV,ORI=L$CRV,CRI=Y,FWD=Y) ! Radius of the line

GETVAL(NAM=R$VAL,OBJ=U$CRV.ACT.PTS (1),DSC=X) ! Number of points

CRSUBTYP(NAM=U$CRV,LIN=0,TYP=ELE,STY=APT,REA=NA$U1) CRSUBTYP(NAM=L$CRV ,LIN=0,TYP=ELE,STY=APT,REA=NA$L1) ! Calculate in arcus

FACT=F_PI(1)/180 GENPTS (NAM=U$CRV,BGN=1,END=NA$U1,DLT=1,VNA=I, FUN=R$VAL*Y$VAL*FACT , DSC=X,TYP=APT,MOD=ALT) GENPTS (NAM=L$CRV,BGN=1,END=NA$L1 ,DLT=1,VNA=I, FUN=R$VAL*Y$VAL*FACT , DSC=X,TYP=APT,MOD=ALT) ! Calculate lead

CURV2D (SRC=U$CRV ,DST=U$CRV,OPN=N,A_O=ZX,TYC=APP) CURV2D (SRC=L$CRV ,DST=L$CRV ,OPN=N,A_O=ZX,TYC=APP) ! Result element

GENPTS (NAM=U$CRV,BGN=1,END=NA$U1,DLT=1,VNA=I, FUN=FATN (Z$VAL/X$VAL),DSC=A,TYP=APT,MOD=ALT)

GENPTS (NAM=L$CRV,BGN=1,END=NA$L1 ,DLT=1,VNA=I, FUN=FATN (Z$VAL/X$VAL),DSC=A,TYP=APT,MOD=ALT) ! Numerical differentiation of the two curves

DIFF2D(SRC=U$CRV ,DST=U$DIF ,OPN=N,A_O=YZ,CRV=2D) DIFF2D(SRC=L$CRV ,DST=L$DIF,OPN=N,A_O=YZ,CRV=2D ! FINDVAL (NAM=MAX$A, OBJ=U$CRV , TYP=ELE , STY=APT, MOD=MAX , DSC=A,POS=MAX$POS ) COLAPT(NAM=MAX$PNT ,PTS= U$CRV,FRS= MAX$POS,LST= MAX$POS ) FINDVAL OBJ=U$CRV , TYP=ELE, STY=APT, MOD=AVG, (NAM=AVG$A, DSC=A) LISAPT MAX$PNT LISEXP AVG$A 程序将螺旋升角值放在结果元素 U$CRV、L$CRV 的 A 区域。 还可以进一步数据处理,如计算 SLOT 宽,计算给定点的偏差等。 ! Calculate slot width BFIT2D(ACT=L$CRV ,NOM=U$CRV,RES=BFT$RES ,FIX=(Y,N,Y, Y),OPN =N,OPN =N,A_O=YZ) ACNO2D(ACT=BFT$RES,NOM=L$CRV ,RES=SLOT$RES ,OPN =N, OPN =N,A_O=YZ) ! Plot results USEPFR INDPRC DRWPLY HP_A4Q ,,,,,,,, 0 FMTA4Q_Q NOM,,,,,,2,,YZ

DRWPLY

U$CRV,,,,,,3,,YZ

LISAPT (NAM=SLOT$RES ,DEV=LP) 以上程序计算出螺旋线螺旋升角、速度变化、两螺旋线之间的空间距离(曲线 比较)、最佳配合、并求出极值点、绘图等,是一个曲线、曲面测量中非常典型的 例子。由于篇幅关系,不可能给出完整程序。读者可以在此基础上,根据 Stepgear 的检测要求,编写出更加完整的程序。

总之,形位的公差的检测在于求点、线、面等之间的相互关系,建立坐标系时 要注意基准之间的关系。 曲线曲面的扫描测量比较困难,大家学习时多从基础入手,先了解如何测量再 深入到数据处理。 经验在于平时的积累,一些重要的 PMM 基本指令,如排序、求极点、反向, 旋转等用得很多,事实上 QUINDOS 的所有软件包都是由这些基本指令编写,大家 可以适当编写一些大型程序,以熟悉这些指令。


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