十字軸垂直度和位置度誤差測量技術的研究

摘要：本文先介紹垂直度與位置度的定義與測量原理，結合工作過程中的測量項目。結合十字軸零件，詳細介紹了垂直度與位置度的測量方法。

關鍵詞：十字軸；垂直度；位置度；測量

中圖分類號：TG81 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0273-02

在實際生產中，對于位置要求高的工件需要進行垂直度和位置度誤差的測量，本文針對十字軸的垂直度與位置度測量方法做了一些介紹，以供大家參考。

一、垂直度及公差帶的定義

垂直度公差是用于限制被測要素對基準要素相垂直的誤差。垂直度公差有面對面、面對線、線對面、線對線等幾種情況。其中，面對面垂直度公差帶是距離為公差值t，且垂直于基準平面的兩平行平面之間的區域（如圖1左圖所示）。以圖1右圖為例，被測面必須位于距離為公差值0.05mm，且垂直于基準面c的兩平行平面之間[1]。

圖1 面對面垂直度

面對線垂直度公差帶是距離為公差值t，且垂直于基準線的兩平行平面之間的區域（如圖2右圖所示）。以圖2左圖為例，被測面必須位于距離為公差值0.08mm，且垂直于基準線A的兩平行平面之間。

圖2？搖 面對線垂直度

線對面垂直度公差帶是距離為公差值t，且垂直于基準平面的兩平行平面之間的區域（如圖3右圖所示）。以圖3左圖為例，被測面必須位于距離為公差值0.2mm，且垂直于基準面A的兩平行平面之間。

圖3 線對面垂直度

二、位置度及公差帶的定義

位置度公差帶是用以限制被測點、線（直線）、面（平面）的實際位置對其理想位置的變動。垂直度公差有點、線、面等幾種情況。其中，點的位置度如圖4左圖所示，公差值前加注SΦ，則表示公差帶是直徑為公差值t的球內區域，球公差帶的中心點的位置由相對于基準A和B的理想正確尺寸確定。以圖4右圖為例，被測球的球心必須位于直徑為公差值Φ0.08mm的球內，該球的球心位于相對基準A和B所確定的理想位置上[2]。

圖4 點的位置度

線的位置度如圖5左圖所示，公差值前加注Φ，公差帶是直徑為公差值t的圓柱面內的區域，公差帶的軸線位置由相對于三基面體系的理想正確尺寸確定。以圖5右圖為例，每個被測軸線必須位于直徑為公差值Φ0.1mm，且以相對于A、B、C基準表面所確定理想位置為軸線的圓柱面內。

圖5 線的位置度

三、測量方法與分析

以圖6所示十字軸工件為例，需要測量扁勢側面對基準E垂直度誤差、Φ25H7軸線對基準B、C、D位置度誤差。

圖6 十字軸零件圖

1.扁勢側面對基準E垂直度的測量。扁勢側面對基準E垂直度屬于面對線垂直度誤差，常見的測量方法一（如圖7所示），其測量步驟如下。

①將被測零件的基準軸線由標準芯軸模擬。

②調整可調支承，使芯軸在保持水平。

③將百分表測頭與扁勢側面接觸并保持垂直，將指針調零，并有一定的壓縮量。

④測量整個表面，并記錄讀數（最大值與最小值）。

⑤垂直度誤差即為記錄的最大值與最小值數值之差。

1、平臺 2、表架 3、芯軸 4、工件 5、可調支承

圖7 垂直度誤差測量方法一

分析：該測量完全依據實際要求來進行測量。但是該方法的測量精度受標準芯軸的精度影響較大。測量方法二（如圖8所示），其測量步驟如下。

①測量孔的前、后孔徑，并記錄X與Y兩個方向的數值，被測軸線由被測母線的上下平均值模擬。

②將基準A外圓裝夾于v形鐵中，校平E面后翻轉90度。

③測量孔的最低點，前后兩點。

④前后兩點的差值，即為垂直度誤差的大小（去除孔本身的孔徑誤差）。

1、平臺 2、表架 3、工件 4、C形夾頭 5、V形塊

圖8 垂直度誤差測量方法二

分析：該測量方法使用孔的上下母線來擬合基準軸線，減少了芯軸的影響?？紤]到孔自身誤差對測量精度的影響，需要多次測量內孔尺寸。

2.Φ25H7軸線對基準B、C、D位置度的測量。Φ25H7軸線對基準B、C、D位置度誤差屬于線的位置度誤差。對于線位置度的測量方法有坐標測量法和綜合量塊檢驗法。坐標測量法需要使用三座標測量儀，使用成本較高。本文使用綜合量塊檢驗法來完成位置度的測量，其測量步驟如下。

①測量Φ25孔與Φ25外圓的尺寸。

②將基準B外圓裝夾于v形鐵中，找正，測量Φ25外圓最高點與Φ25內孔最低點的距離Y1（如圖9所示）。

③將等高塊放在D面，測量C、D兩面間尺寸，測量Φ25內孔最低點到D面的距離X1（如圖10所示）。

④將測量值與理論值比較，得出X與Y。

⑤位置度誤差f=2■。

1、平臺 2、表架 3、V形塊 4、C形夾頭 5、工件

圖9 位置度誤差Y方向測量

1、平臺 2、表架 3、工件 4、C形夾頭 5、V形塊

圖10 位置度誤差X方向測量

分析：使用綜合量塊檢驗法來完成位置度的測量成本較低，測量簡單高效。

四、結束語

在實際的檢驗與測量工作中，有許多更好的方法，測量技術人員應多分析、多交流，多總結，以便得出簡單高效的測量方法。

參考文獻：

[1]上官同英.互換性與測量技術[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]李軍.互換性與測量技術基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2007.

第一作者簡介：曹永潔（1982-），男，講師，漢族，浙江臺州人，機械工程專業碩士研究生，主要研究方向：夾具設計，測量技術，發表相關論文10余篇。