三坐標測量機檢測機械加工零件同軸度誤差分析

徐忠濤

摘 要：三坐標測量機在不規則的機械加工零件同軸度測量中具有無可比擬的優勢，但是在某些情況下也會產生同軸度測量誤差，必須結合實際情況采取相應的控制措施，保證同軸度測量精度。通過對三坐標測量機原理的概述，分析其在機械加工零件同軸度測量中存在的測量誤差，并據此提出幾點處理措施。

關鍵詞：三坐標測量機 同軸度 誤差 測量

中圖分類號：TH721 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0052-01

在機械加工過程中，同軸度是一項基本的形位公差項目，在不同類型機械零件中，采用不同方法檢測同軸度。如：采用V型支架、鋼球加杠桿百分表等檢測規則軸類零件的同軸度；采用芯軸加杠桿百分表來檢測箱體孔類零件的同軸度。對于不規則的軸類零件來說，其同軸度檢測難度較大，此時采用三坐標測量機來檢測能取得較好的檢測效果。與常規檢測方法相比，三坐標測量機無需轉動工件，利用測頭探針進行工件的取點采樣，實現同軸度的快速檢測。在運用三坐標測量機進行同軸度測量時，基準線理解差異、軸線測量方法不同、軸度評價方法不同、采點誤差等都可能帶來同軸度測量的誤差，因此，必須做好誤差控制工作，保證測量精確度。

1 三坐標測量機概述

同軸度公差帶定義為：被測圓柱的軸線位于以基準圓柱軸線為圓心、以公差值為直徑的圓柱內。被測軸線被圓柱包容，而直徑就是被測軸線的同軸度誤差，如圖1所示，φt就是被測同軸度的公差帶。

若為單側軸線的同軸度測量，見圖2，其中被測外圓柱的軸線對A的同軸度公差為t，此時圓的軸線必須以t為公差值、與基準軸線A同軸的圓柱內。

前面簡單介紹了機械加工零件同軸度測量的相關概念，下面就如何運用三坐標測量機進行同軸度誤差的測量進行簡要分析，其基本步驟為：

第一，建立坐標系。任何機械零件的同軸度測量都必須在一定的坐標系下進行，因此，首先確立零件的基準，位置誤差基準必須符合最小條件。對于同軸度，確立基準軸線后，根據零件的具體要求建立基準。一般情況下，基準是一個內孔軸線或外圓柱軸線。本文以基準為內孔軸線為例，建立坐標系。首先在兩個截面圓上各截取6個點，用計算機軟件生成一個圓柱軸線，作為坐標系的第一軸建立，將圓點設置在基準軸線上。

第二，測量被測元素。在被測元素的表面采集出一系列的點，這些點要均勻分布在被測元素表面。當采點無法覆蓋到整個元素表面，只能進行局部位置的測量時，應結合實際情況制定針對性測量方案。在測量完畢后，生成一個軸線并進行計算機系統的自動評價。在運用三坐標測量機測量零件同軸度誤差時，有時候會出現被測元素與基準元素相距較遠等現象，造成較大的偏差。從三坐標測量機的原理來說，其通過采集被測零件上的一些特征點坐標位置，通過計算機測量軟件進行數據分析處理。因此，出現測量誤差的原因主要是有系統誤差、測頭誤差、工件形狀誤差、計算誤差、環境誤差、采點誤差、敏感系數等。在同軸度測量中，采點誤差和敏感系數對同軸度誤差影響最大。采點誤差主要表現為：被測工件為不規則的工件，測量點位置以及數目難以合理確定，很容易出現形狀誤差。除此之外，計算方法的不當也會導致同軸度測量誤差。在采點誤差上，一般情況下需要改變測量點位置，多次反復測量，并綜合分析測量結果，最后得出準確的測量數據。在敏感系數上，其表示測量結果受到初始測量要素影響的程度，而同軸度測量中，測量精度與原始要素關系密切，因此敏感系數是重要的同軸度測量誤差原因。

2 減少同軸度測量誤差的方法

在運用三坐標測量機進行機械加工零件同軸度測量時，采點因素和敏感系數是造成同軸度誤差的主要因素，下面就以這兩個因素為主，分析如何采取有效控制措施減少同軸度測量誤差，保證測量精度。

第一，增大基準截面之間的距離，對基準元素進行同軸度測量時，適當增加第一截面與第二截面之間的間距，這樣可以有效減小誤差干擾比例，從而起到減少誤差的目的。當基準夠長，基準截面與被檢測截面相鄰，那么其引起的誤差非常小，基本可忽略不計。

第二，以直線度的測量來分析同軸度。在進行機械加工零件的同軸度測量中，我們可以以直線度來分析同軸度。由于下軸傾斜度對零件的裝配影響較小，所以軸心的適量偏移對零件的裝配影響不大，而直線度的測量其實就是在測量零件的軸心偏移量。具體操作方法為：在2個小圓柱上測量幾個截面圓，然后以這幾個圓的圓心為點建立一條直線，直接建立三坐標測量坐標系，測量出這條直線的直線度，然后將零件的同軸度公差值作為該直線度的公差值，判定該零件是否合格。在運用這種方法進行同軸度測量時，應盡量縮短工作截面，同時制定相應的測量規則來驗證該方法的合理性、正確性。

第三，運用求距法測量同軸度。根據零件的功能和裝配需求，分析被測元素與基準元素之間的幾何關系，測量出二者之間的最大距離，然后將其乘以2，所得即為同軸度。在這里，關鍵是如何測量出被測元素與基準元素之間的最大間距，可以將二者投影到一個平面上來計算，保證平面與基準軸的垂直度，將垂直度誤差控制在允許范圍內，從而保證測量精度。例如：在電機機座這種長軸孔短的機械加工零件同軸度測量中，將一端內孔軸線作為基準，求另一端內孔軸線與基準軸線之間的同軸度誤差。運用三坐標測量機進行測量時，為減少測量誤差，我們將孔的端面作為基準，然后將兩端圓柱分成若干個截面圓，將截面圓投影到端面上，這樣就可以在一個平面上獲得所有截面圓的圓心位置，也就可以計算出最大圓心距，然后將其乘以2，即為兩端內孔軸線的同軸度測量結果。

3 結語

綜上所述，機械加工零件同軸度測量可能會因為各種因素出現測量誤差，在同軸度檢測中，必須結合工件的形狀特征等合理選擇測量方法，靈活運用三坐標測量機，確保測量結果的精確度，達到滿意的測量結果。

參考文獻

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