0 引言

在机车车体组焊工艺中，牵引座的定位尺寸被定义为B类尺寸，其组焊精度是影响总成装配阶段法兰组件和牵引杆安装、整车称重调簧甚至行车安全的重要环节。但受检测硬件和技术的限制，外加产品空间结构复杂，该部件定位尺寸一直难以得到直接准确的测量。随着机车生产企业对质量追溯更加严格的追求，引入有效检测技术和手段的重要性已日益凸显。

1 拉杆座组焊工艺及检测难题

以HXD1D拉杆座组焊工艺为例，拉杆座组焊要求如图1所示，拉杆座中心到其定位基准即枕梁销轴中心的间距为4 111±2 mm，成对的两个拉杆座螺纹孔间距为440±0.5 mm。尺寸精度完全由组焊过程保证，不存在整体精加工的工序环节，且拉杆座组焊的定位基准位于枕梁内部，结构复杂。

  

图1 拉杆座组焊要求

为提高装配精度，目前工艺上已设计制作专用的拉杆座组焊工装，其中HXD1D的拉杆座组焊工装结构如图2所示，尺寸3 257±0.3 mm为拉杆座安装中心到枕梁内基板定位圆心的间距。使用时先将拉杆座用定位螺钉固定到工装安装面，后整体吊入底架，工装圆盘穿入枕梁内部销轴，落位并微调后完成整体定位，最后组焊。但拉杆座组焊工装(无论新旧)在正式投入使用前的关键环节需进行尺寸检测。另外，在保证工装精度可靠且工装辅助装配完成后，为排除后工序焊接收缩和烤火调节的影响，底架和整车组焊完成后仍有必要对目标尺寸进一步进行直接检测。然而，无论是工装的检测还是对产品的直接检测均存在检测对象空间结构复杂和难以找到相应的直接检测基准等问题。

按照检索的时间范围及内容范围，该文共获取42篇相关论文。按文章发表的时间，研究方法以及研究对象进行分类统计后，得出以下结论：

2 拉杆座组焊相关三维检测技术

由上述分析可知，要完整跟踪拉杆座组焊关键尺寸精度，便捷、可靠和高精度的三维检测技术必须引入，且检测范围需覆盖拉杆座组焊前(即检测拉杆座组焊工装)、底架组焊后和整车组焊后三个环节。通过调研目前市面上运用成熟的全站仪、激光跟踪仪和Metronor As光笔测量仪等三维检测设备及技术，并充分比对其在拉杆座三个检测环节的综合表现，最终Metronor As光笔测量仪以其范围广、精度高、便携性强的特点脱颖而出，其检测范围30m，空间精度达50um，隐藏点探测深度达1m，更加符合机车车体现场检测条件。依托光笔测量仪出色的性能，可对影响拉杆座定位精度的三个环节进行全方位检测，具体如下。

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图2 拉杆座组焊工装

2.1 组焊工装的三维检测

工装精度合格是保证拉杆座定位尺寸准确的基础，但受焊缝收缩和局部热输入的影响，其实际尺寸在底架组焊完成后需继续检测。此时底架底面朝上，选择枕梁上盖板为检测基准，选取枕梁中间销轴和拉杆座后止口为取点对象，用光笔探头在底架对应位置取点，其中测量过程及结果分别如图5和6所示。

取点完成后在检测软件界面拟合各测量要素，以选定的拉杆座机加面为基准，并导入拉杆座组焊工装UG三维模型，通过数模匹配，得到的检测界面如图4所示。由图可知检测点与三维模型匹配良好，具体分析如下：

  

图3 拉杆座工装三维检测过程

本研究采用问卷调查法，采取随机抽样方式，向福建师范大学福清分校260名在校本科生发放问卷，经过筛除后得到有效问卷为227份，有效回收率为87.31%。被试年龄在18-24岁之间，平均年龄为20.34岁。其中男生76人，女生 151人；城市59人，农村168人；文科113人，理科114人；独生子女70人，非独生子女157人。

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拉杆座安装面的定位中心到4个定位圆盘中心的垂直检测结果为3 256.35 mm，3 256.56 mm，3 256.78 mm和3 256.46 mm，与工装图纸标注的3 257±0.3 mm的要求相比，整体存在-0.35 mm～-0.14 mm的偏差。考虑到产品本身存在的公差为±2 mm，该尺寸误差超差可忽略不计。

  

图4 拉杆座工装三维检测数模匹配结果

2.2 底架焊后的目标尺寸检测

将工装置于基础稳定的检测环境中，依次用光笔探头在工装上取如下关键测量点：拉杆座安装面及其定位圆孔，定位圆盘端面及其圆孔，定位销尖点等。为保证三维检测的准确度，需选取拉杆座组焊工装的机加基准作为测量的基准面。测量过程如图3所示。

  

图5 底架焊后拉杆座相关尺寸三维检测过程

  

图6 底架焊后拉杆座相关尺寸检测结果

由上述检测结果可知，底架组焊完后的拉杆座后止口面与6个枕梁销轴中心距为3 027.872 mm，3 026.937 mm，3 027.252 mm，3 027.064 mm，3 026.837 mm和3 027.126 mm，在产品图纸要求的3 028±2 mm公差范围内，初步验证了采用工装组焊保证拉杆座定位精度的准确性。

2.3 车体焊后的目标尺寸检测

底架组焊完成后将继续完成二次调修和后续的整车组焊，有进一步影响拉杆座定位尺寸的可能，为获得最终有效的检测结果，在车体总组焊完成后，有必要再对该处尺寸进一步进行检测。此时底架面朝下，但仍可将枕梁上盖板作为检测基准，其他检测要素同上一节内容，追踪同一个车号，检测过程及结果分别如图7和图8所示。

  

图7 整车焊后拉杆座相关尺寸检测过程

  

图8 整车焊后拉杆座相关尺寸检测结果

由上述检测结果可知，拉杆座中心到枕梁销轴中心间距已变化为3 026.324 mm，3 025.907 mm，3 026.456 mm，3 025.926 mm，3 025.907 mm和3 026.007 mm，局部有超差但不足0.1 mm，整体平均值仍处在可接受的范围内。同时，由数据可知，受后工序焊缝收缩和其他烤火调节等热输入的影响，整车组焊完成后拉杆座中心到枕梁销轴中心距较底架组焊后平均收缩了约1.1 mm。该变化规律也符合批量生产阶段整体的变化趋势。

3 结语

通过准确的工艺过程分析和检测过程重难点分析，依托光笔测量仪能为拉杆座组焊工序的关键尺寸测量提供行之有效的三维检测方案，也能为产品质量追溯提供直接的数据支撑，并为车体组焊全过程中拉杆座组焊关键尺寸精度的变化规律提供直观的验证。证明了该技术在机车产品复杂空间结构三维检测方面的便捷性，有效性和先进性，也为同类问题的解决提供了好的案例。