铝合金零件尺寸的在线检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种铝合金零件尺寸的在线检测方法，其包括以下步骤：使用量规在不同的加工温度环境下测量铝合金零件尺寸；根据公式△D=△t×（）×D，进行铝合金零件的尺寸的温度补偿计算，以获得铝合金零件的上偏差尺寸变化曲线和下偏差尺寸变化曲线；若测量得到的尺寸-温度数据位于上偏差尺寸变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线之间，则判断加工后的铝合金零件的尺寸合格，否则判断铝合金零件不合格。本发明的有益效果主要体现在：通过根据铝合金零件和量规尺寸与温度的变形规律，制作铝合金零件的尺寸-温度变化曲线，大大提高了铝合金零件在线检测精度和检测效率。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金零件尺寸的在线检测方法，尤其涉及一种适于在不同环境 温度下使用的铝合金零件尺寸的在线检测方法。 f吕合金零件尺寸的在线检测方法
【背景技术】
[0002] 由于错合金零件对环境温度十分敏感，一般将其放入20°C ±2°C环境恒温一定时 间(通常至少在24小时以上)后方可进行加工精度的精密检测。然而在加工生产车间里，环 境温度波动相对较大，同时，在加工过程中，切削热的产生使零件温度升高，机床内部环境 温度与外部环境温度也存在温度差，最终导致尺寸在线检测结果误差非常大，难以精确控 制铝合金零件的加工精度，大大增加零件因加工尺寸超差而报废的风险。
[0003] 在批量生产过程中，通常根据现场铝合金零件抽查的三坐标检测结果进行分析， 并根据现场实际测量数据进行对比，制定现场后续零件的加工尺寸调整方案，程序复杂且 时效性差，尤其是检测前长时间的恒温要求，难以及时指导现场加工零件的测量与控制。鉴 于此，提供一种快捷、准确的在线检测方法有非常重要的实际意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种适于环境温度发生变化时在现场 使用的铝合金零件尺寸的在线检测方法。
[0005] 本发明的目的通过提供以下一种铝合金零件尺寸在线检测方法实现，其包括以下 步骤：第一步，获得铝合金零件尺寸的名义值D及允许的上偏差尺寸a和下偏差尺寸b ; 第二步，根据公式AD=AtX (?f -(I)，进行铝合金零件尺寸的温度补 偿计算，并获得铝合金零件尺寸随温度变化的上偏差和下偏差变化方程（II和III)及相应的 上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线，所述铝合金零件尺寸随温度变 化的上偏差和下偏差变化方程（II和III)分别为 ： 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为铝合金零件测量尺寸变化量，Λ t为温度变化量，为铝合金零 件的线性膨胀系数，为量规的线性膨胀系数，％为铝合金零件尺寸在标准温度下的名义 尺寸；方程（II)和(III)中：T为标准温度，t为测量时的环境温度；D1和D2分别为铝合金零 件尺寸位于上偏差和下偏差时在不同环境温度下的测量尺寸。
[0006] D1和D2所构成的数值范围为铝合金零件尺寸在不同环境温度下的公差范围；所 述上偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金零件尺寸的真实尺寸为允许的最大理论上偏差尺 寸时，铝合金零件尺寸根据随温度变化的曲线，所述下偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金 零件的真实尺寸为允许的最大理论下偏差尺寸时，铝合金零件尺寸根据温度变化的曲线。
[0007] 第三步，使用量规，测量现场加工后的铝合金零件尺寸D，并记录测量时的环境温 度；将不同环境温度下测量到的铝合金零件尺寸D与通过方程（II)和(III)计算得到的公差 范围或上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线进行比对，若测量得到的 尺寸数据位于D1和D2之间或位于上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲 线之间，则判断现场加工后的铝合金零件的尺寸合格。
[0008] 优选的，所述铝合金零件的材料线性膨胀系数?f为23X10 4 m/t：，所述量规为 碳钢环规，选择量规的材料线性膨胀系数为11. 4X 10 4 m/°C。
[0009] 优选的，所述测量时的环境温度t为10°C?30°C。
[0010] 优选的，所述铝合金零件为铝合金齿轮箱箱体。
[0011] 优选的，尺寸-温度变化曲线图中，具有有效数据的温度范围为l〇°C到30°C之间。
[0012] 优选的，通过调整单位温度内表格密度，可读取零件在温度范围内任意温度下的 尺寸加工公差。
[0013] 本发明的有益效果主要体现在：通过根据铝合金零件和量规的温度变形规律，考 虑量规的温度变化量以消除量具的随温度变化产生的误差，制作铝合金零件的尺寸-温度 变化曲线，而避免了零件尺寸随温度的显著变化而产生测量误差，提高了测量结果的准确 性。该方法已成功应用于铝合金齿轮箱箱体孔径的现场加工的在线检测，为在不同环境温 度下测量铝合金零件尺寸提供检测和判定依据，大大提高了检测效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的【具体实施方式】的铝合金零件的尺寸-温度变化曲线图。
[0015] 图2为本发明的【具体实施方式】的铝合金零件的另一尺寸-温度变化曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明所述的铝合金零件尺寸测量方法的主要思路为根据铝合金零件的温度变 形规律，制作铝合金零件的尺寸-温度曲线，以满足在线检测，实时准确监控零件尺寸精 度。
[0017] 在本实施例中，提供了待测量的铝合金零件，铝合金零件的尺寸具有可允许的上 下偏差；以及测量铝合金零件的量规。铝合金零件及量规均有自身的材料线性膨胀系数。
[0018] 铝合金零件尺寸在线检测方法所涉及的具体计算方式如下： 第一步：根据一般材料在常温下线性膨胀系数α基本不变，尺寸变化与温度变化可 以看作线性变化，根据热变形公式可知： Δ L= Δ tX XD ...... (1) Δ 1=Δ tX XD ...... (2) 式中： Δ L--错合金零件实际尺寸变化量（mm) Δ 1--量规实际尺寸变化量（mm) Δ t--温度变化量（°C ) αι--错合金零件材料线性膨胀系数（m/°C ) --量规材料线性膨胀系数（m/°C ) D--铝合金零件尺寸名义值（mm) 第二步：将公式（1) (2)相减，铝合金零件与量规尺寸随温度相对尺寸变化量： AD=AL-A l=AtX -<xm ) XD ...... (3) 式中： Δ D-错合金零件测量尺寸变化量（mm) 通过公式（3)便得到铝合金零件的尺寸-温度变化曲线，根据零件尺寸的上下偏差，可 以得到两个极限偏差曲线。
[0019] 具体的，铝合金零件尺寸随温度变化的上偏差和下偏差变化方程(分别为： 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为标准温度（20°C)，t为测量时的环境温度；D1和D2分别为铝合金零件尺寸位于上 偏差和下偏差时在不同环境温度下的测量尺寸。
[0020] D1和D2所构成的数值范围为铝合金零件尺寸在不同环境温度下的公差范围；所 述上偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金零件尺寸的真实尺寸为允许的最大理论上偏差尺 寸时，铝合金零件尺寸根据随温度变化的曲线，所述下偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金 零件的真实尺寸为允许的最大理论下偏差尺寸时，铝合金零件尺寸根据温度变化的曲线。
[0021] 第三步：使用量规，测量现场加工后的铝合金零件尺寸D，并记录测量时的环境温 度，将不同环境温度下测量到的铝合金零件尺寸D与通过方程（4)和（5)计算得到的公差范 围或上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线进行比对，若测量得到的尺 寸数据位于D1和D2之间或位于上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线 之间，则判断现场加工后的铝合金零件的尺寸合格。这样，根据曲线可以直接查询铝合金零 件尺寸在不同温度下的公差范围，进而判断零件在不同温度下加工后的尺寸是否合格，大 大提高了加工现场的检测效率和精确度。
[0022] 以下结合本发明的优选实施例(铝合金齿轮箱）进行说明，此处所描述的优选实施 例仅用于说明和解释本说明，并不用于限定本发明。
[0023] 实施例一铝合金齿轮箱箱体孔径Φ 190的在线检测（公差0?+0· 046) 第一步：查询手册，选择并确定合适的铝合金零件材料和量规材料的线性膨胀系数，其 中，选择铝合金零件材料的线性膨胀系数-为23X10 4 m/°C，所述量规为碳钢环规，选择 量规材料的线性膨胀系数为11. 4X 10 4 m/°C。
[0024] 第二步：根据小孔孔径Φ 190公差0?+0. 046,将下偏差D2=<i) 190 (环境温度t 为20°C)代入公式（3)可得到孔径下偏差的变形方程： Δ D =0. 0022 X Δ t ......(6) 令Υ= Λ D +190，X = Λ t+20°C ;代入公式（4)得孔径下偏差方程： Y=0. 0022 Χ+189. 96 ......(7) 式中： Y-不同温度下箱体孔径下偏差尺寸测量值（mm) X-箱体孔径的测量温度（°C ) 将箱体孔径上偏差Dl= Φ 190. 046 (环境温度t为20°C )代入公式（3)可得到孔径上偏 差的变形方程，与公式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)得孔径上偏差方程： Y=0. 0022 Χ+190 ......(9) 式中： Υ-不同温度下箱体孔径上偏差尺寸测量值（mm) X-箱体孔径的测量温度（°C ) 此处为了阐述的清楚具体，列出了上下偏差方程的具体推导过程，但该方程也可以通 过前述的公式（4)和公式（5)直接得到。
[0025] 第三步：使用量规，测量现场加工后的铝合金零件尺寸D，并记录测量时的环境温 度，将不同环境温度下测量到的铝合金零件尺寸D与通过方程（4)和（5)计算得到的公差范 围或上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线进行比对，若测量得到的尺 寸数据位于D1和D2之间或位于上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线 之间，则判断现场加工后的铝合金零件的尺寸合格。
[0026] 实施例二铝合金齿轮箱箱体孔径Φ 330的在线检测(公差-0. 21?-0. 16) 对于铝合金零件尺寸上、下偏差均不为零时的在线检测方法，其中的第一步与实施例 一相同；其第二步的具体检测方法如下： 根据箱体大孔孔径为Φ 330和其公差为-0. 21?-0. 16,将下偏差尺寸D2= Φ 329. 79 (环境温度t为20°C)代入公式（3)可得到孔径下偏差的变形方程： Δ D =0. 0038 X Δ t ......(10) 令Υ= Λ D +329. 79，X = Λ t+20°C ;代入公式（8)得孔径下偏差方程： Y=0. 0038 Χ+329. 71 ......(11) 式中： Υ-不同温度下箱体孔径下偏差尺寸测量值（mm) X-箱体孔径的测量温度（°C ) 将箱体孔径上偏差Dl= Φ 329. 84 (环境温度t为20°C )代入公式（3)可得到孔径上偏 差的变形方程，与公式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)得孔径上偏差方程： Y=0. 0038 Χ+329. 76 ...... (13) 式中： Υ-不同温度下箱体孔径上偏差尺寸测量值（mm) X-箱体孔径的测量温度（°C ) 此处为了阐述的清楚具体，列出了上下偏差方程的具体推导过程，但该方程也可以通 过前述的公式（4)和公式（5)直接得到。
[0027] 根据两个变形方程，就可以得到上偏差尺寸变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲 线。所述上偏差尺寸变化曲线为铝合金零件的真实尺寸为上偏差尺寸时，量规测得的尺寸 根据温度变化的曲线，所述下偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金零件尺寸位于下偏差时， 量规测得的尺寸根据温度变化的曲线。根据上偏差尺寸变化曲线和下偏差尺寸-温度变化 曲线，绘制得到如图1和图2 (下偏差不为0时）所示的铝合金零件的尺寸-温度变化曲线 图，图中有效数据的温度范围为l〇°C到30°C之间。
[0028] 第三步：利用量规测量箱体孔径尺寸，根据铝合金齿轮箱的孔径尺寸-温度变化 曲线，当不同温度下得到的测量数据在图1和图2所示的两个曲线之间时，可判定加工后的 铝合金零件合格；如果在图1和图2所示的两个曲线之外，则判断加工后的铝合金零件不合 格。
[0029] 在尺寸-温度变化曲线图中，有效数据的温度范围为10°C到30°C之间，通过调整 单位温度内表格密度，可读取铝合金零件在温度范围内任意温度下的尺寸加工公差。
[0030] 本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还 可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范 围。
【权利要求】
1. 一种铝合金零件尺寸的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，获得铝合金零件尺寸的名义值D及允许的上偏差尺寸a和下偏差尺寸b ; 第二步，根据公式Λ D= Λ tX (I)，进行铝合金零件尺寸的温度补 偿计算，并获得铝合金零件尺寸随温度变化的上偏差和下偏差变化方程（II和III)及相应的 上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线，所述铝合金零件尺寸随温度变 化的上偏差和下偏差变化方程（II和III)分别为 ： 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为铝合金零件测量尺寸变化量，Λ t为温度变化量，为铝合金零 件的线性膨胀系数，为量规的线性膨胀系数，％为铝合金零件尺寸在标准温度下的名义 尺寸；方程（II)和(III)中：T为标准温度，t为测量时的环境温度；D1和D2分别为铝合金零 件尺寸位于上偏差和下偏差时在不同环境温度下的测量尺寸； D1和D2所构成的数值范围为铝合金零件尺寸在不同环境温度下的公差范围；所述上 偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金零件尺寸的真实尺寸为允许的最大理论上偏差尺寸时， 铝合金零件尺寸根据随温度变化的曲线，所述下偏差尺寸-温度变化曲线为铝合金零件的 真实尺寸为允许的最大理论下偏差尺寸时，铝合金零件尺寸根据温度变化的曲线； 第三步，使用量规，测量现场加工后的铝合金零件尺寸D，并记录测量时的环境温度； 将不同环境温度下测量到的铝合金零件尺寸D与通过方程（II)和(III)计算得到的公差范 围或上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线进行比对，若测量得到的尺 寸数据位于D1和D2之间或位于上偏差尺寸-温度变化曲线和下偏差尺寸-温度变化曲线 之间，则判断现场加工后的铝合金零件的尺寸合格。
2. 根据权利要求1所述的铝合金零件尺寸的在线检测方法，其特征在于，所述铝合金 零件的材料线性膨胀系数为23X10 4 m/°C，所述量规为碳钢环规，选择量规的材料线 性膨胀系数％为11.4Xl〇4m/°C。
3. 根据权利要求1或2所述的铝合金零件尺寸的在线检测方法，其特征在于，所述测量 时的环境温度t为10°C?30°C。
4. 根据权利要求1或3所述的铝合金零件尺寸的在线检测方法，其特征在于，所述铝合 金零件为铝合金齿轮箱箱体。
【文档编号】G01B5/00GK104101274SQ201310118966
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月7日 优先权日:2013年4月7日
【发明者】刘升, 田雪涛, 倪文峰, 武晶 申请人:南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司