軸孔類(lèi)零件同軸度的檢測(cè)與誤差分析

摘 要：同軸度的檢測(cè)直接影響著相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和互換性。針對(duì)軸孔類(lèi)零件，主要探討了其同軸度誤差的檢測(cè)方法，給出了檢測(cè)的改進(jìn)方法，并分析了引起測(cè)量誤差的主要原因，為檢測(cè)人員的檢測(cè)操作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：軸孔類(lèi)零件；同軸度；檢測(cè)；誤差分析

引言

現(xiàn)代工業(yè)大批量和高效率的生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及互換性要求越來(lái)越高。軸孔類(lèi)零件作為工業(yè)產(chǎn)品中最為常見(jiàn)的一類(lèi)，其形位公差檢測(cè)的主要內(nèi)容就是同軸度的檢測(cè)，在已有檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，保證測(cè)量結(jié)果的真實(shí)和準(zhǔn)確性，才能反應(yīng)產(chǎn)品的真實(shí)狀態(tài)從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 同軸度誤差的檢測(cè)

軸孔類(lèi)零件在實(shí)際生產(chǎn)中具有不同的結(jié)構(gòu)形式，同軸度的要求在不同的使用場(chǎng)合也各有不同，所以相應(yīng)的同軸度誤差的檢測(cè)方法也就不同。

1.1 軸類(lèi)零件的同軸度誤差檢測(cè)

對(duì)于軸類(lèi)零件，測(cè)量時(shí)調(diào)整基準(zhǔn)軸線和儀器的旋轉(zhuǎn)軸線同軸，使儀器的旋轉(zhuǎn)軸成為參考基準(zhǔn)，這時(shí)測(cè)量所得被測(cè)軸線相對(duì)于參考基準(zhǔn)的誤差值就是該軸類(lèi)零件的同軸度。軸類(lèi)零件同軸度的檢測(cè)方法通常有：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量法、圓度儀測(cè)量法、打表法（對(duì)徑差法）測(cè)量。下面主要介紹對(duì)徑差法測(cè)量。

如圖1所示裝置，在測(cè)量以公共軸線為基準(zhǔn)的同軸度誤差時(shí)，平板面作為測(cè)量基準(zhǔn)，由V形塊模擬體現(xiàn)公共基準(zhǔn)軸線。首先放置被測(cè)零件要素的中截面在兩個(gè)同等高度的V形塊上，安裝指示表，保證兩個(gè)指示表和被測(cè)輪廓要素軸線鉛垂面內(nèi)的上下母線分別接觸，一端調(diào)零后平行于基準(zhǔn)線在平板上拉動(dòng)測(cè)量架，使測(cè)量架從被測(cè)元素輪廓一端測(cè)到另一端，同時(shí)記錄記錄表讀數(shù)Ma和Mb，那么這兩個(gè)截面上的同軸度誤差就是兩記錄表數(shù)值差值的絕對(duì)值f=|Ma-Mb|，再轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)零件，按上述方法測(cè)量若干對(duì)截面上的同軸度誤差值，選取其中最大的值作為最終該被測(cè)零件的同軸度誤差。

1.2 孔類(lèi)零件同軸度誤差的檢測(cè)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在幾何量檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)十分普及，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度的最大優(yōu)點(diǎn)是利用建立工件坐標(biāo)系，可以做到無(wú)須轉(zhuǎn)動(dòng)工件，無(wú)須專(zhuān)用芯軸或?qū)Ｓ玫闹Ъ埽瑹o(wú)須機(jī)械找準(zhǔn)，只需用測(cè)頭系統(tǒng)的探針對(duì)工件取點(diǎn)采樣，利用測(cè)量軟件快速輸出測(cè)量結(jié)果。

如圖2所示，以某孔類(lèi)零件為例，運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)測(cè)量D2相對(duì)于D1的同軸度誤差。在圖中，Y是理論坐標(biāo)軸；Y1是以D1為基準(zhǔn)建立的隨H而延伸的坐標(biāo)軸；Y2是由相關(guān)元素（D1，D2）建立的坐標(biāo)軸。

以三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量法，一般方法是根據(jù)給定的基準(zhǔn)要求測(cè)量相關(guān)元素，首先建立工件坐標(biāo)系，然后分別測(cè)量被測(cè)元素，得到每個(gè)元素在工件坐標(biāo)系下的實(shí)際位置，最后測(cè)量機(jī)依據(jù)各元素實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)計(jì)算得出被測(cè)元素的同軸度誤差。

在實(shí)際測(cè)量中，按照上述方法得到的計(jì)算結(jié)果會(huì)有很大的誤差存在，為了減小誤差，可以采用下面的改進(jìn)測(cè)量方法。

首先通過(guò)測(cè)量相關(guān)元素（D1，D2） 圓孔來(lái)確定圓心點(diǎn)的位置 ，連接所得兩個(gè)圓心點(diǎn)得到一條基準(zhǔn)軸線。進(jìn)而以基準(zhǔn)軸線為基礎(chǔ)確立計(jì)算同軸度的坐標(biāo)系，也就是圖中的Y2。在Y2坐標(biāo)系上測(cè)量D1和D2，在不同的孔分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上截面，最后測(cè)量機(jī)通過(guò)計(jì)算得到D2相對(duì)于D1的同軸度誤差。用該種方法得到的同軸度誤差結(jié)果比較準(zhǔn)確，能更好的反應(yīng)零件的真實(shí)狀態(tài)，從而保證質(zhì)量。

孔類(lèi)零件同軸度誤差的檢測(cè)方法還有對(duì)徑法、壁厚測(cè)量法以及綜合量規(guī)法等，但是以上這些方法都只適用于被測(cè)孔基準(zhǔn)孔徑較小，距離較近的孔類(lèi)零件。對(duì)于被測(cè)孔基準(zhǔn)孔徑較大的孔類(lèi)零件，在同軸度誤差檢測(cè)時(shí)一般采用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和自準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量原理是以測(cè)量?jī)x器的光軸作為測(cè)量基準(zhǔn)，再經(jīng)過(guò)直接或者間接的方法得到被測(cè)要素的坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算求得同軸度誤差。

2 提高測(cè)量準(zhǔn)確度的改進(jìn)方法

使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度時(shí)，由于對(duì)基準(zhǔn)軸線理解的差異，或?qū)Ρ粶y(cè)軸線測(cè)量方法不同，以及采點(diǎn)數(shù)量、位置等誤差影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)測(cè)量重復(fù)性差，測(cè)量結(jié)果不能真實(shí)反映零件同軸度誤差。如何獲得正確的測(cè)量結(jié)果值得我們探討。

2.1 創(chuàng)建公共軸線法

針對(duì)被測(cè)基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱都比較短小且相聚較遠(yuǎn)的情況可以用創(chuàng)建公共軸線的方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。公共軸線的確定是通過(guò)在基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱上測(cè)中截面，將測(cè)得的中截面連線作為公共軸線， 被測(cè)零件的同軸度則是計(jì)算出的基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱分別對(duì)公共軸線的同軸度中的最大值。當(dāng)然還可以在公共軸線建立后用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量該軸線與另一基準(zhǔn)面，即圓柱端面的垂直度，從而間接的判斷公共軸線是否符合要求，如果該垂直度不在要求的公差范圍，表明孔或軸與端面不是垂直的，不管同軸度的檢測(cè)結(jié)果如何，該零件都是不合格的產(chǎn)品。

2.2 通過(guò)測(cè)直線度來(lái)間接體現(xiàn)同軸度

當(dāng)被測(cè)零件尺寸較為短小時(shí)軸的傾斜對(duì)裝配質(zhì)量的影響不是很大，但是軸心偏移則對(duì)裝配質(zhì)量影響較大，針對(duì)這種情況可以用測(cè)直線度來(lái)反應(yīng)同軸度的方法，因?yàn)檩S心偏移的測(cè)量事實(shí)上就是軸心連線的直線度的測(cè)量。以給出的同軸度的公差值代替直線度公差值來(lái)判斷被測(cè)零件是否合格，該檢測(cè)方法在工件工作截面越短的情況下效果越好。

2.3 在允許范圍內(nèi)盡可能增加基準(zhǔn)截面間的距離

和上面第二種情況相反，在被檢測(cè)工件的基準(zhǔn)軸或者基準(zhǔn)孔較長(zhǎng)的情況下，如果要檢測(cè)基準(zhǔn)元素則應(yīng)該盡量增大第一截面和第二截面之間的距離，縮小因基準(zhǔn)軸線偏離引起的測(cè)量誤差，使相應(yīng)的誤差干擾比例成正比的縮減。在基準(zhǔn)足夠長(zhǎng)且基準(zhǔn)和被測(cè)截面相對(duì)較近時(shí)，人為誤差就會(huì)大大減小甚至消失。

3 引起測(cè)量誤差的主要原因

在同軸度誤差的檢測(cè)過(guò)程中有很多因素會(huì)引起檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，主要原因可以概括為以下幾方面。

3.1 檢測(cè)方法的影響

每種檢測(cè)方法都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，也有其檢測(cè)的局限性，所以在檢測(cè)一個(gè)零件前針對(duì)具體的零件形式、結(jié)構(gòu)、規(guī)格等選取合適的檢測(cè)方法是關(guān)鍵。不當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法會(huì)導(dǎo)致得到不準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而不能正確的體現(xiàn)基準(zhǔn)和被測(cè)要素，更不能反映零件的真實(shí)狀態(tài)。要選取能夠正確測(cè)量基準(zhǔn)的檢測(cè)方法，應(yīng)盡量符合基準(zhǔn)重合的原則。

3.2 測(cè)量器具的影響

在正確選擇了測(cè)量方法之后，不同的測(cè)量裝置也會(huì)導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果，在實(shí)際的產(chǎn)品加工中，要根據(jù)被測(cè)零件的結(jié)構(gòu)形式和精度要求選擇合適的測(cè)量裝置來(lái)檢測(cè)同軸度的誤差。由于測(cè)量裝置本身設(shè)計(jì)制造上的原因，會(huì)形成儀器誤差和基準(zhǔn)件誤差，不可能達(dá)到絕對(duì)的準(zhǔn)確，但是選擇最適合的測(cè)量?jī)x器可以將誤差降到最低，保證測(cè)量結(jié)果的有效性。

3.3 檢測(cè)人員的操作影響

同樣的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，不同的檢測(cè)操作人員可能會(huì)得出不同的檢測(cè)結(jié)果，這和檢測(cè)人員自身的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)有關(guān)，包括視覺(jué)分辨力、技術(shù)熟練度以及平時(shí)操作時(shí)個(gè)人的一些固有習(xí)慣等。

除了以上幾種會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響的主要因素外，還有一些因素也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，包括對(duì)檢測(cè)所得數(shù)據(jù)的后續(xù)處理以及環(huán)境的影響等，所以較準(zhǔn)確的測(cè)量還應(yīng)該在恒溫環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)正確的處理。

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