機床主軸箱孔系位置公差的標注與位置誤差的檢評*

(沈陽機床(集團)有限責任公司設計研究院，遼寧 沈陽 110142)

機床主軸箱是機床主軸組件及主傳動系統的支撐框架，其上孔系支撐著主軸及齒輪軸傳遞運動與力，所以孔系的位置精度直接關系到主軸系統的精度、轉速、噪聲及無故障運行時間。如圖1所示為一大型臥式加工中心的主軸箱，主軸電動機的動力經若干級齒輪變速傳遞到主軸。主軸箱上孔系的位置精度主要包括主軸軸線對導軌面的垂直度、各軸支撐孔之間的平行度和各軸前后支撐孔的同軸度。類似件的孔系位置公差很多人的標注方法如圖2所示。而實際上，這種標注方法不僅不符合孔系功用要求，而且會對誤差檢測和評定方法產生誤導，是不合理的。下面就從孔系功能和精度檢評方法兩方面，說明之所以不合理的原因，然后給出合理的標注方法，以使功能要求、設計標注和檢評方法相統一。

1 不合理的設計標注及檢評方法

根據GB/T1958-2004與JB/T7557-94知適于此類零件孔系位置精度的的檢驗方法主要有準直法、檢具法和坐標法[1-2]。準直法也叫瞄靶法，所用儀器為準直儀，主要用于同軸度檢測。檢具法也叫模擬法，就是用具有足夠形狀精度的檢棒(心軸)與基準孔和(或)被檢孔無間隙配合用以模擬孔的軸線，用百分表進行位置精度的檢測。檢具法可以用于同軸度、平行度和垂直度的檢測，但是如果箱體件較大且不同直徑的孔較多時，由于需要不同規格的檢棒、大的檢驗平臺等檢具，使得該法不太適用。鑒于此，目前多用三坐標測量儀對主軸箱孔系的位置誤差進行綜合測量，也即上述的坐標法。三坐標測量法通用性強，只要三坐標測量機各軸行程滿足測量要求，利用不同的探針幾乎可以對一般零件的所有尺寸、形狀及位置精度進行綜合測量。由于三坐標可以自動測量且對檢測人員的操作經驗和水平依賴程度低，所以測量效率和精度都較高。當然，最關鍵的是三坐標檢測法可以根據設計圖紙及檢測項目要求，有針對性地設計一整套高效合理的測量和精度評定方案。如果主軸箱孔系位置公差標注方法如圖2所示，檢評方法為：首先在導軌面A上采集若干點擬合出基準平面，然后在每個孔的兩個(或以上)截面圓上采集若干點，擬合出理想截面圓，找出圓心并構造出孔的軸線，這樣就得到了同一坐標系下平面及軸線間的空間相對位置，測量軟件就可以按照國標規定的方法自動計算出圖中有位置精度要求的各特征的實際位置誤差值。

從輸出的測量報告會發現采用這種測評方法得到的同軸度誤差均會遠遠大于設計圖紙要求。如果據此便作出相對孔間同軸度嚴重超差的結論，就會將工件誤廢。實際上，由于孔并非理想的圓柱面，采點的兩個截面圓的形狀誤差、采點和擬合的局限性都會導致最終構造的基準軸線的微小偏差t0，在用被測孔軸線與其進行同軸度計算時就會造成很大失真t1[3-4]，如圖3所示。圖中，

可見l1越小、l3越大，同軸度評定失真越大。

與同軸度測量結果相反的是測得的垂直度和平行度誤差卻可能非常理想。如果據此便作出垂直度與平行度非常好，就可能誤收廢件。實際上這是因為圖中所示的被測要素太短所致。所以對于遠距離淺孔的位置精度，這種檢測評定方法是不可行的。

檢評方案源于設計圖紙，從孔系功能分析可知，圖2中標注的位置公差均不盡合理。

2 合理的設計標注及檢評方法

從孔系功能上分析，是要求主軸軸線對導軌面A垂直，各齒輪傳動軸軸線與主軸軸線平行。主軸軸線和各齒輪軸均是由前后兩個孔支撐的，所以也即要求主軸前后支撐孔的公共軸線與導軌面A垂直，各齒輪傳動軸前后支撐孔的公共軸線與主軸軸線平行。所以合理的標注方法應如圖4或圖5所示。

據圖4和圖5制定的檢評方法為：首先在導軌面A上采集若干點擬合出基準平面，然后在每個孔的兩個(或以上)截面圓上采集若干點，擬合出理想截面圓，找出圓心并構造出孔的軸線，同時利用相對兩孔四個截面圓的圓心擬合公共軸線。最后按照圖4和圖5要求，計算主軸(公共)軸線對導軌面的垂直度，各傳動軸(公共)軸線對主軸軸線的平行度，以及各孔軸線對其公共軸線的同軸度。

3 結語

(1)從機床主軸箱孔系功能分析，筆者認為應采用如圖4或圖5所示的位置公差標注方法，但在 GB/T1958-2004中沒有類似將公共軸線作為基準或公共軸線對基準有位置度公差要求的標注示例，這可能是導致很多人采用圖2所示標注方法的原因，但若采用圖2所示的標注方法，就會導致上述標注不僅與功能要求不相適應，而且會誤導測評方法的問題。

(2)用三坐標對一個較復雜或公差項目較多的零部件進行尺寸和形位誤差綜合檢驗時，檢測人員需要制定一整套高效合理的測量和精度評定方案，它的主要依據就是設計圖紙。所以設計人員應根據零部件及其上幾何要素的功用合理選擇基準要素及被測要素，合理標注尺寸及形位公差項目及其公差值。依據功能要求、加工及裝配工藝進行設計標注，依據設計標注制定檢評方案，使功能要求、設計標注和檢評方案相統一。

[1]機械工業部機械標準化研究所.JB/T 7557-1994 同軸度誤差檢測[S].北京：機械科學研究院，1995.

[2]全國產品尺寸和幾何技術規范標準化技術委員會.GB/T 1958-2004 產品幾何量技術規范(GPS)形狀和位置公差檢測規定[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3]霍占英. 框架類遠距離淺孔同軸度誤差測量方法的探討[J]. 航空精密制造技術,2010,46(3):57-59.

[4]王文書. 三坐標對同軸度誤差測量方法的實踐[J]. 上海計量測試,2011(1):41-44.