發(fā)動機內部的運動可以歸結為曲軸、活塞、連桿及凸輪軸的聯(lián)動，發(fā)動機各個部件的連接尺寸實際上可以確認由上述幾個方面確定。缸體是發(fā)動機各個機構和系統(tǒng)的安裝基體，其內外、前后、左右、上下布滿了空間孔系。由于曲軸、活塞是安裝在發(fā)動機的氣缸體內，缸體的加工質量顯得尤為重要，尤其是其孔系的位置尺寸、形位公差更是保證發(fā)動機裝配與運轉壽命的基礎。
1 缸體空間孔系位置尺寸的測量基準坐標系的建立
缸體空間孔系的位置尺寸及形狀、位置公差可在三坐標測量機上非常方便、快捷地測量。
對于三坐標測量孔系的位置尺寸及形狀、位置公差，關鍵是如何建立測量基準坐標系，測量基準坐標系的建立原則就是必須與加工基準坐標系統(tǒng)一。只有使檢測基準與零件的加工基準坐標系一致，才能保證檢測的符合性，才能有效監(jiān)控零件加工質量。因此，在編輯三坐標測量程序時，應先采測被定位加工基準的測量元素，經(jīng)過構建、計算.建立待測零件的基準坐標系，然后根據(jù)被測零件空間尺寸的檢測要求，對基準坐標系進行基準轉換如平移或旋轉，再采點測量被測元素，計算評價各個被測元素（如孔）在基準坐標系中位置，最后輸出被測元素（如孔）在基準坐標系中的坐標值（X、Y、Z）。如果需要其他的形狀、位置公差，僅評價被測元素與基準元素的各種關系即可，然后輸出測量結果。因此，測量的關鍵是建立測量基準坐標系。
1.1三基面體系的建立和體現(xiàn)
如圖1，孔的理想位置就是采用 A、B、C 3個相互垂直的基準平面定位。這3個相互垂直A、B、C基準平面構成一個三面體系，常稱為三基面體系，它是確定零件上各要素幾何關系的起點。三基面體系里，基準平面按功能要求有順序之分，最主要的為第一基準平面（A），依次為第二（B）和第三（C）基準平面。
三基面體系是理想的空間體系，而零件上的實際基準要素本身存在形位誤差，同時各實際基準要素相互之間又存在有定向和定位誤差.所以當實際零件在三基面體系中按圖樣規(guī)定的先后順序定位時，實際基準要素與理想的基準平面不可能完全接觸。因此，必須規(guī)定建立三基面體系的原則及模擬體現(xiàn)方法。
（1）由實際基準表面建立三基面體系
三基面體系的第一基準是主要基準，第一基準實際表面A與第一基準平面的位置關系應符合“最小條件”；在此基礎上，第二基準的實際表面B相對第二基準平面的關系應滿足最大偏離量為最小這一要求；第三基準只要一點接觸即可。在生產(chǎn)中，可采用下述模擬體現(xiàn)方法，即第一基準的實際表面與第一基準平面應滿足3點接觸；第二基準的實際表面與第二基準平面應滿足2點接觸，即第三基準的實際表面與第三基準平面應滿足1點接觸就可以了。據(jù)此，被測要素在三基面體系中的方位完全被確定下來，這樣在評定”定向和定位誤差時，可以得到唯一確定的結果。但是，同一個零件由于基準順序確定得不同，被測要素的公差帶在三基面體系中的位置也就不同。
（2）由實際基準圓柱表面建立三基面體系
在不同零件的基準體系中，往往既有實際基準表面又有實際基準圓柱表面，此時實際基準圓柱表面與三基面體系的關系是由兩個基準平面的交線形成基準軸線。
當基準軸線為第一基準時，由三基面體系中的第一、第二基準平面構成的交線即為基準軸線，可看作兩個基準。此時，理想最小外接圓柱面包容實際圓柱面A，第二基準實際表面B與第三基準平面1點接觸。
當基準軸線為第二基準時，則第一基準的實際表面與第一基準平面應符合“最小條件”，即應滿足3點接觸；第二基準的實際圓柱面被由第二、第三基準平面構成的交線作為軸線的最小外接圓柱面緊密包容。在第一基準滿足最小條件的情況下，由于實際基準要素存在著誤差，包容第二基準實際圓柱表面的最小外接圓柱面與第二基準實際圓柱面只要2點接觸。
富康轎車發(fā)動機缸體加工工藝采用的是典型的三基面體系構建加工坐標系。
1.2采用典型加工坐標系，
利用三坐標測量程序實現(xiàn)批量產(chǎn)品的檢測，在進入程序前，先要建立零件當前所處位置的控制坐標系，即在建立零件測量基準坐標系之前應先手動建立測量初始坐標系，三坐標就是根據(jù)控制坐標系尋找被測孔或其他要素所在位置來實現(xiàn)零件測量基準坐標系的自動測量，根據(jù)自動測量的元素來建立零件測量基準坐標系，進而實現(xiàn)被測孔或面的自動測量或評價?？刂谱鴺讼档慕⒃瓌t就是讓所檢測的零件與控制坐標系的位置相對不變，或位移很小，因此應找那些加工光潔的面或孔，如果是毛坯，應使用測量支架，將控制坐標系建在測量支架上，作為批量檢測的控制坐標系。下面主要講述零件測量基準坐標系的建立。
（1）OPl0定位基準加工采用的基準坐標系
a.定位與夾緊
缸體定位基準的加工是以缸體毛坯作為定位基準來加工的，由于毛坯定位的特點，為了保證加工精度必須使用專用工裝夾具，將基準坐標系建立在專用工裝夾具上。定位與夾緊如圖2。
由圖2看出，P4、P5及P6面構成了定位孔加工的三基面基準。P4面：第3、第4夾緊點的對稱點；P5面；對稱于兩測頭2且垂直于P4的面；P6面：支撐1的面垂直P4、P5的面。
b.零件測量基準坐標系的建立缸體在三坐標大理石平板上的放置方式為OPl0支架左測量面同X軸平行正放在大理石平板上，缸體自由地放在支架中的①的4個支承點上，靠④、③的各4個支承點夾緊。缸體OPl0定位基準加工采用的基準坐標系建立方法及步驟如下。
·在OPl0支架的左測量面測量一個平面。
·在三坐標大理石平臺上測量一個平面。
·在缸體右側面第三清砂孔兩側各采1點，計算出中點。
以大理石平臺上測量的平面的法線建第1軸即為Z軸，設置Z軸的坐標偏置為Z=301.968，這就是P6面；以OPl0支架的左測量面測量的平面的法線建第2軸即為y軸，設置 y軸的坐標偏置y=-179.797，這就是P4面；三坐標測量機自動生成X軸，將X軸的0點清在第三清砂孔中點上，這就是P5面。
這樣，缸體OPl0定位基準加工測量用基準坐標系就建立好了，完全同加工基準坐標系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（2）OP20\OP40\OP50\OP60\ OP90\OPl20粗加工工序所用坐標系
a.定位與夾緊
缸體粗加工工序所用坐標系采用一面兩銷，即側面一空間理想平面P1+1只圓柱銷52①+1只菱形銷52②。定位夾緊如圖3。
由圖3看出，P1、P2及P3面構成了粗加工三基面基準。P1面：過基準點①、②，離基準點④為22mm，離基準點③為88mm的平面；P2面：過兩定位銷孔（52）且垂直于P1的面；P3面：過兩定位銷孔（52）且垂直于P1、P2的面。
b.零件測量基準坐標系的建立
缸體在三坐標平臺上的放置方式為缸體立放，油底殼面朝X軸正方向，正時面向下與大理石平板平行，飛輪面向上。
缸體粗加工工序所用坐標系建立方法及步驟如下。
·①、②、③、④4個小平面上各采1點。
·測量圓柱銷定位孔一個圓截面，測量菱形銷定位孔一個圓截面。
·將點③的X坐標沿y軸正方向偏置一88，將點④的X坐標沿Y孳由正方向偏置-22。
·用點②及偏置后的點③、點④3點構建一個平面，這個平面即為P1面，以該平面的法線建第1軸即為y軸，并在該平面清Y=O；以兩定位銷孔連線建第2軸即為Z軸，Z軸所在的平面即為P2面，在該線質心點上清 X=O，三坐標測量機自動生成X軸，
這就是P3面，在圓柱銷定位孔中心清Z=O。
這樣，缸體粗加工工序測量所用基準坐標系就建立好了，完全同加工基準坐標系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（3）OP130\0P140\0P150\ OP170\0P190\0P230精加工工序所用坐標系
a.定位與夾緊
缸體精加工工序所用坐標系也是一面兩銷，不過該坐標系的面和銷孔與粗加工坐標系采用一面兩銷完全不同，即底平面P10+1只圓柱銷39①+1只菱形銷39②。定位夾緊如圖4。
由圖4看出，P10、P11及P12面構成了精加工三基面基準。P10面：過底平面200及4個支承點的平面；P11面：過圓柱定位銷孔（39）軸線，離菱形定位銷孔（39）為28 mm且垂直于P10的面；P12面：過圓柱定位銷孔（39）軸線且垂直于 P10、P11的面。
b.零件測量基準坐標系的建立
缸體在三坐標平臺上的放置方式為缸體立放，頂平面朝y軸正方向,正時面向下與大理石平板平行.飛輪面向上。
缸體精加工工序測量所用的基準坐標系建立方法及步驟如下。
·在油底殼面測量一個平面，即為P10面。
·測量圓柱銷定位孔圓柱兩個圓截面，測量菱形銷定位孔圓柱兩個圓截面。
·將在菱形銷定位孔內所測的兩個圓截面的圓心點沿X軸正方向偏置-28。
·用圓柱銷定位孔內所測的兩個圓截面的圓心點和在菱形銷定位孔內所測的兩個圓截面的圓心點偏置后的兩個點，共4個點構建一個平面，該平面即為P11面。
·以油底殼面即P10面的法線建第1軸即為y軸，并在該平面清 Y=O；以P11面的法線建第2軸即為X軸，三坐標測量機自動生成Z軸，過圓柱銷定位孔中心的Z軸的法平面即為P12平面，在圓柱銷定位孔第一圓截面圓心清X=O，Z=O。
這樣，缸體精加工工序測量所用基準坐標系就建立好了，完全同加工基準坐標系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來。
（4）OPl60精銑缸蓋面、正時齒輪面、離合器面、變速器面加工工序所用坐標系
a.定位與夾緊
缸體OPl 60精銑缸蓋面、正時齒輪面、離合器面、變速器面加工所用坐標系采用兩面一銷，即底平面F1、F′1面+P15面+1只圓柱銷39。定位夾緊如圖5。
由圖5看出，底平面F1、F1′面、P15面及一只圓柱銷孔39構成的精銑面加工三基面基準。底平面 F1、F1′面：過底平面200的平面；P15面：過圓柱定位銷孔（39）軸線，并垂直于曲軸孔1、5軸孔軸線。
b.零件測量基準坐標系的建立缸體在三坐標平臺上的放置方式為水平放置，頂平面朝Z軸負方向與大理石平板平行放置，油底殼面朝翳由正方向，飛輪面朝X軸正方向。
缸體OPl60精銑面加工采用的基準坐標系建立方法及步驟如下。
·在油底殼F1、F′1面上采12點測量一個平面。
·測量圓柱銷定位孔一個圓截面。
·測量曲軸孔1一個圓截面、曲軸孔5一個圓截面。
·過曲軸孔1圓截面圓心、曲軸孔5圓截面圓心作一直線。
·以油底殼F1、F′1面的法線建第1軸即為Z軸，在圓柱銷定位孔圓截面圓心上清X=O，Y=O；以過曲軸孔1圓截面圓心、曲軸孔5圓截面圓心的直線建第2軸即為X由；這樣 Z軸所在的平面即為15平面，三坐標測量機自動生成Y由，在曲軸孔1圓截面圓心處清Z=O。
這樣，缸體OPl60精銑面加工測量用基準坐標系就建立好了，完全同加工基準坐標系一致，其他加工的孔、面的位置測量僅通過元素采集、評價就可很精確地測量出來了。
2 缸體空間孔系位置尺寸的三坐標測量中常見問題分析
2.1連續(xù)加工的零件測量結果一致性較差
若加工中心的主軸、刀具、工裝等加工設備無異常，測量基準坐標系正確，且可能的原因為零件定位銷孔已變形、不同的測量點計算出不同的中心坐標，這樣工件坐標系就不能完全確定，其他被測各孔位置就不可能準確，反饋給生產(chǎn)線的測量數(shù)據(jù)重復性差，機床無法調整，造成質量失控。尤其是精加工用的兩個定位銷孔，使用頻次較高，到后面幾個工序定位銷孔很可能被磕碰變形，造成基準坐標系的偏移，進而造成測量誤差。
在日常的緩慢偏差測量過程中多次發(fā)現(xiàn)過上述問題。只要定位銷孔圓度超過0.015 mm，測量的結果就與其他零件測量結果產(chǎn)生0.010 mm以上的一致性差異。
解決的方法就是每次測量零件之前先目視檢查定位銷孔是否有磕碰傷的痕跡，如果有，就需換一個無磕碰傷的零件進行檢測；另外.也可采用修改測量程序中定位銷采點位置，使采點避開變形較大的部位，以減少基準孔中心位置計算的誤差。
2.2測量孔系位置度有系統(tǒng)誤差
如果以一面兩銷為基準建立坐標系，測量其他孔位置度時有系統(tǒng)誤差，原因可能是手動測量建坐標系誤差較大，以兩銷孔的連線為X軸建坐標，數(shù)據(jù)轉換后，兩銷孔的Y坐標不等。
改進的方法是在手動測量建坐標系的基準上再編程生成測量一面兩銷，二次建基準坐標系，將數(shù)據(jù)轉換到二次建基準坐標系中，這樣兩孔的Y標相等，在該坐標中再次測量評價其他元素，重復性好，消除了系統(tǒng)誤差。因此，凡測量評價元素的位置尺寸時，都必須二次建立坐標系，以保證測量的準確性。
2.3對軸線的旋轉要按角度旋轉
在測量斜孔位置及位置度時，利用三坐標的有利條件，可對軸線進行旋轉，是按角度旋轉還是按距離旋轉好呢7還是都一樣呢7從測量的一致性來講，按角度旋轉明顯優(yōu)于按距離旋轉建立的坐標系。原因是距離是不確定的，精度再高的加工中心加工出的零件也是有誤差的，用距離旋轉建坐標系，測量不同的零件測量結果一致性較差，而以角度距離旋轉建坐標系，測量不同的零件測量結果一致性好；這是因為角度是理論值，用它來建坐標系可以清楚地反映加工中存在的問題。
2.4三坐標測量缸體孔系應注意的問題
·對于缸體側壁沉孔或淺孔位置的測量，三坐標測頭采點深度要大于6 mm，采1個截面評價即可；對于深孔或較長的通孔如主軸承蓋和缸蓋螺栓孔，一般在離入口和出口6 mm處各采2個截面來評價。
·對于斜平面上的孔，如機油標尺孔位置的測量，測頭采點按理論角度采點，坐標系的建立是在基準坐標系的基礎上按理論角度旋轉建立新坐標系，在新坐標系下評價斜孔入口處的位置及斜孔軸線的角度。
·對粗加工零件，通過這種平移、旋轉，可獲得被測成組要素相
對于基準位置的最佳位置和方向。這就為進一步加工時更合理地分配加工余量提供實際數(shù)據(jù)，以挽救處于報廢邊緣狀態(tài)下的粗加工零件。這些數(shù)據(jù)，也可供調整加工中心、自動機床等的定位基準時參考。對精加工后的零件，由于獲得了最佳方位數(shù)據(jù)，這樣就可決定零件最終的最佳裝配數(shù)據(jù)位置。在位置度公差按最大實體原則給出時，這種基準的變換將更有利于減少廢品率、提高技術經(jīng)濟效益。
3 缸體缸孔和曲軸孔直徑的正確測量方法
3.1 缸孔直徑測量
缸孔加工的精度極高，它對發(fā)動機整體機械性能至關重要，因此對其直徑的測量要求精度很高，且要取平均直徑來代表缸孔直徑。
·精加工缸孔的直徑、平均直徑測量如圖6（以EWl0缸體缸孔的直徑測量為例）。
·缸孔每截面直徑的測量布置如圖7。
·測量要求。
N1-N2-N3截面ΦA—B—C—D：3個截面、4個方向的直徑平均值，即12個直徑值的平均值為Φ85.0+0.0180 mm。
截面2上的ΦC與ΦD差值≤0.011 mm。
·測量基準坐標系的建立。
首先分別測量曲軸孔1、5，用1、5圓心建一軸線，作為零件坐標系的第1軸并找正，這里假設其為工件坐標系的Y軸；再測量缸孔1圓柱，用缸孔1圓柱的軸線作為零件坐標系的第2軸，這里假設其為工件坐標系的Z軸；求出缸孔1圓柱的軸線與1、5軸線的交點；再把坐標系原點清在缸孔1圓柱的軸線與1、5軸線的交點上。這樣建立的基準坐標系才與缸體的產(chǎn)品設計基準一致，在該基準坐標系下測得的每個缸孔3個截面、4個方向的直徑平均值才與發(fā)動機工作時的活塞運動狀態(tài)相吻合，才能為發(fā)動機的正常運轉、減弱發(fā)動機工作時所產(chǎn)生的噪聲和提高發(fā)動機的使用壽命提供保證。
缸孔直徑的測量一定要用帶加長桿的星型測頭，用2、3、4、5號測針組成星型測頭，在測量基準坐標系下測量A、B、C、D 4個方向3個截面直徑，評價時用2、4、3、5的測量點坐標來評價4個方向的對徑，然后計算平均值及ΦC與ΦD差值。
3.2精加工曲軸孔的直徑的測量及分級方法
缸體曲軸孔平均直徑測量如圖8（以EWl0缸體曲軸孔的直徑測量為例）。
缸體的曲軸孔是發(fā)動機的關鍵部位，其公差要求特別嚴格，由于其孔內要配軸瓦，必須對其直徑進
行分級，而測量稍有誤差就有可能造成分級錯誤，因此必須按工藝要求正確建立基準坐標系進行測量。
（1）曲軸孔直徑測量
曲軸孔直徑測量面測量點分布如圖9。
（2）測量基準坐標系的建立
測量基準坐標系的建立同缸孔直徑的測量基準。用帶加長桿的星
型測頭采點測量，在該基準坐標系下測得的每個曲軸孔兩個截面、2個方向的直徑的平均值才是正確的，按該直徑分級配瓦才與發(fā)動機工作時的部件運動狀態(tài)相吻合，才能為曲軸的正常運轉、減弱曲軸工作時所產(chǎn)生的噪聲和提高曲軸的使用壽命提供保證。
4 結束語
三坐標測量機是測量缸體等箱體類零件空間尺寸及形位公差最理想的設備，對于三維空間坐標的建立、平移、旋轉都是十分方便的，只需在零件加工基準上采集幾個元素，就可以自動建立一個同加工基準坐標系相同的三維空間坐標系，因此應該充分了解所測量的零件在整個生產(chǎn)線上的加工工藝，在測量過程中才能保證測量基準與加工基準的統(tǒng)一，才能正確建立測量基準坐標系，才能確立正確的檢測方案，測量結果才能有效地應用到產(chǎn)品質量監(jiān)控中。以上測量方案不僅可以用于發(fā)動機缸體的測量，還可以用于其他箱體類的零部件緩慢偏差的測量如發(fā)動機缸蓋、變速器箱體及機床主軸箱箱體等。
（轉載）
