凸輪軸與曲軸測量儀校準方法

楊智勇，保建平，張曉飛

（1.蕪湖市計量測試研究所，安徽 蕪湖 241000；2.安徽省計量科學研究院，安徽 合肥 230051；3.德信無線通訊科技有限公司，北京 100015）

1 概述及工作原理

凸輪軸、曲軸測量儀是測量凸輪軸、曲軸等軸類工件的儀器，可測量工件的升程、導程、轉角等參數。

根據儀器使用方式，主要分為自動式、手動式凸輪軸、曲軸測量儀；自動式以立式為主，手動式以臥式為主。

自動式由徑向測量裝置、軸向測量裝置、分度裝置組成。其分度裝置由氣浮主軸、氣浮頂尖、圓光柵等部件構成，徑向、軸向測量裝置由傳感器、氣浮導軌、光柵尺等部件組成。它通過計算機控制三個子系統，完成參數輸入、測量選擇、數據采集、處理及測量數據管理和測量結果打印輸出等工作。

手動式（含光學式、數顯式）由徑向和軸向測量裝置、分度裝置組成。其分度裝置由主軸、頂尖、尾座、度盤等部件構成，徑向和軸向測量裝置有讀數裝置、玻璃標尺等部件組成，并由人工進行數據采集、處理等工作。

2 校準項目和校準方法

2.1 主軸頂尖全跳動

把測微儀裝夾在儀器主機座上，測頭打在主軸頂尖上，主軸旋轉一周，測微儀示值最大變動量，即是測量值。

2.2 兩頂尖同軸度

把長標準芯軸置于頂尖之間，把測微儀吸附在頂尖上，測微儀測頭打在芯軸上端，控制主軸旋轉一周，測微儀示值最大變動量的1/2 即是測量值。然后把短標準芯軸置于頂尖之間，同上操作，測得另一測量值。取2個測量值中的最大值，即為同軸度測量值。

2.3 軸向測量裝置移動導軌與頂尖軸線平行度

把長標準芯軸置于兩頂尖之間，測微儀架吸附在徑向測量裝置上，測微儀打在標準芯軸的徑向面上，在軸線全程內移動徑向測量裝置，在測微儀讀出芯軸兩端的差值，即是徑向面的測量值。然后測微儀打在標準芯軸的切向面上，同上操作，測得芯軸兩端的差值，即是切向面的測量值。

2.4 徑向測量裝置的測量重復性

將標準凸輪軸裝夾在儀器的兩頂尖之間，通過尋找拐點的方法，用儀器讀出標準凸輪軸升程的Lmax和Lmin，求得△（見圖1）。

圖1 標準凸輪軸校準示意圖

連續測量5次，取其中△max與△min，用極差法計算出該儀器徑向測量裝置的測量重復性標準差。按式(2)計算。

2.5 徑向測量裝置的示值誤差

將專用反射鏡裝夾在儀器的測軸上，調好激光干涉儀并置零。依次在徑向方向均勻的測量10個點，并依次按軸向測量裝置進行讀數。各點上的誤差δi按式（3）計算

式中，

ai，a0分別為各受檢點和起始點上儀器的讀數，mm；

Li為激光干涉儀所用的一段實際尺寸，mm。

2.6 軸向測量裝置的示值誤差

將專用反射鏡裝夾在儀器的測軸上。調好激光干涉儀并置零。依次地在軸向方向均勻地測量10個點，并依次按軸向測量裝置進行讀數。各點上的誤差按式（3）計算。

2.7 分度裝置的示值誤差

（1）自動式凸輪軸、曲軸測量儀用23 面棱體、自準直儀進行校準。示值誤差大于2″的儀器，以23 面棱體直接校準；示值誤差小于2″的儀器，以23 面棱體排列互比法校準。

現以直接校準為例，方法如下：

將棱體裝夾在主軸轉盤上，并用自準直儀照準棱體第1 工作面。同時，自準直儀和被測儀器置零；再轉動儀器分度裝置，使棱體轉到第2 面、第3 面……第23 面，用自準直儀瞄準，在被測儀器上讀數為a2、a3……a23。

這一校準應在正反向各校一次，對棱體偏差修正之后，分別求得每個測回的誤差值，示值誤差以正、反方向上最大值與最小值之差來確定。按式(4)計算。

（1）手動式凸輪軸、曲軸測量儀的分度裝置示值誤差，按JJG57-1999《數顯、光學分度頭》檢定規程進行校準。

2.8 相鄰凸輪相位差的示值誤差

將標準凸輪軸裝夾在兩頂尖間，通過尋找拐點的方法，用徑向測量裝置測量出每一凸輪最大升程點，再在分度裝置讀出其相對應的相位角度值。這兩個角度的差值與標準凸輪軸兩個相鄰凸輪相位夾角標準值之差，即為儀器的相鄰凸輪相位差。

2.9 逐點升程示值誤差

將標準凸輪軸裝夾在儀器兩頂尖間，通過尋找拐點的方法，用儀器讀出標準凸輪軸升程的Lmax（或Lmin），以此點作為升程的起始點；也可以標準凸輪軸定位鍵槽作為升程的起始點，每10°測量出1點的升程值，每點測量2次并取平均值。

共測量出36點的升程值，與標準凸輪軸升程表逐點比較，取最大偏差即是逐點升程示值誤差（見圖2）。

注：在2.8～2.9 中，自動式凸輪軸、曲軸測量儀必須按儀器操作程序自動測量。

圖2 用標準凸輪軸校準逐點升程示值最大允許誤差示意圖

3 結束語

目前凸輪軸、曲軸測量儀標準裝置已建立并校準了相當數量的凸輪軸、曲軸測量儀，在此過程中我們積累了大量的經驗，此后我們將對本省各級計量部門進行量值傳遞，統一監督。這將對我國汽車制造行業質量水平的提高起到促進作用，通過省、國家頒布實施的校準規范，向全省和全國進行推廣。

[1]JJF1001-1998，通用計量術語及定義校準規范[S].

[2]JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[3]JJF1094-2002，測量儀器特性評定[S].

[4]JJG57-1999，光學、數顯分度頭國家檢定規程[S].