三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)機(jī)械加工零件同軸度誤差分析

徐忠濤

摘 要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在不規(guī)則的機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是在某些情況下也會(huì)產(chǎn)生同軸度測(cè)量誤差，必須結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)的控制措施，保證同軸度測(cè)量精度。通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理的概述，分析其在機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量中存在的測(cè)量誤差，并據(jù)此提出幾點(diǎn)處理措施。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 同軸度 誤差 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TH721 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（b）-0052-01

在機(jī)械加工過(guò)程中，同軸度是一項(xiàng)基本的形位公差項(xiàng)目，在不同類型機(jī)械零件中，采用不同方法檢測(cè)同軸度。如：采用V型支架、鋼球加杠桿百分表等檢測(cè)規(guī)則軸類零件的同軸度；采用芯軸加杠桿百分表來(lái)檢測(cè)箱體孔類零件的同軸度。對(duì)于不規(guī)則的軸類零件來(lái)說(shuō)，其同軸度檢測(cè)難度較大，此時(shí)采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)檢測(cè)能取得較好的檢測(cè)效果。與常規(guī)檢測(cè)方法相比，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)工件，利用測(cè)頭探針進(jìn)行工件的取點(diǎn)采樣，實(shí)現(xiàn)同軸度的快速檢測(cè)。在運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行同軸度測(cè)量時(shí)，基準(zhǔn)線理解差異、軸線測(cè)量方法不同、軸度評(píng)價(jià)方法不同、采點(diǎn)誤差等都可能帶來(lái)同軸度測(cè)量的誤差，因此，必須做好誤差控制工作，保證測(cè)量精確度。

1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)概述

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

若為單側(cè)軸線的同軸度測(cè)量，見(jiàn)圖2，其中被測(cè)外圓柱的軸線對(duì)A的同軸度公差為t，此時(shí)圓的軸線必須以t為公差值、與基準(zhǔn)軸線A同軸的圓柱內(nèi)。

前面簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量的相關(guān)概念，下面就如何運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行同軸度誤差的測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，其基本步驟為：

第一，建立坐標(biāo)系。任何機(jī)械零件的同軸度測(cè)量都必須在一定的坐標(biāo)系下進(jìn)行，因此，首先確立零件的基準(zhǔn)，位置誤差基準(zhǔn)必須符合最小條件。對(duì)于同軸度，確立基準(zhǔn)軸線后，根據(jù)零件的具體要求建立基準(zhǔn)。一般情況下，基準(zhǔn)是一個(gè)內(nèi)孔軸線或外圓柱軸線。本文以基準(zhǔn)為內(nèi)孔軸線為例，建立坐標(biāo)系。首先在兩個(gè)截面圓上各截取6個(gè)點(diǎn)，用計(jì)算機(jī)軟件生成一個(gè)圓柱軸線，作為坐標(biāo)系的第一軸建立，將圓點(diǎn)設(shè)置在基準(zhǔn)軸線上。

第二，測(cè)量被測(cè)元素。在被測(cè)元素的表面采集出一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)要均勻分布在被測(cè)元素表面。當(dāng)采點(diǎn)無(wú)法覆蓋到整個(gè)元素表面，只能進(jìn)行局部位置的測(cè)量時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定針對(duì)性測(cè)量方案。在測(cè)量完畢后，生成一個(gè)軸線并進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)評(píng)價(jià)。在運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量零件同軸度誤差時(shí)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素相距較遠(yuǎn)等現(xiàn)象，造成較大的偏差。從三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理來(lái)說(shuō)，其通過(guò)采集被測(cè)零件上的一些特征點(diǎn)坐標(biāo)位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。因此，出現(xiàn)測(cè)量誤差的原因主要是有系統(tǒng)誤差、測(cè)頭誤差、工件形狀誤差、計(jì)算誤差、環(huán)境誤差、采點(diǎn)誤差、敏感系數(shù)等。在同軸度測(cè)量中，采點(diǎn)誤差和敏感系數(shù)對(duì)同軸度誤差影響最大。采點(diǎn)誤差主要表現(xiàn)為：被測(cè)工件為不規(guī)則的工件，測(cè)量點(diǎn)位置以及數(shù)目難以合理確定，很容易出現(xiàn)形狀誤差。除此之外，計(jì)算方法的不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致同軸度測(cè)量誤差。在采點(diǎn)誤差上，一般情況下需要改變測(cè)量點(diǎn)位置，多次反復(fù)測(cè)量，并綜合分析測(cè)量結(jié)果，最后得出準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。在敏感系數(shù)上，其表示測(cè)量結(jié)果受到初始測(cè)量要素影響的程度，而同軸度測(cè)量中，測(cè)量精度與原始要素關(guān)系密切，因此敏感系數(shù)是重要的同軸度測(cè)量誤差原因。

2 減少同軸度測(cè)量誤差的方法

在運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量時(shí)，采點(diǎn)因素和敏感系數(shù)是造成同軸度誤差的主要因素，下面就以這兩個(gè)因素為主，分析如何采取有效控制措施減少同軸度測(cè)量誤差，保證測(cè)量精度。

第一，增大基準(zhǔn)截面之間的距離，對(duì)基準(zhǔn)元素進(jìn)行同軸度測(cè)量時(shí)，適當(dāng)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(dāng)基準(zhǔn)夠長(zhǎng)，基準(zhǔn)截面與被檢測(cè)截面相鄰，那么其引起的誤差非常小，基本可忽略不計(jì)。

第二，以直線度的測(cè)量來(lái)分析同軸度。在進(jìn)行機(jī)械加工零件的同軸度測(cè)量中，我們可以以直線度來(lái)分析同軸度。由于下軸傾斜度對(duì)零件的裝配影響較小，所以軸心的適量偏移對(duì)零件的裝配影響不大，而直線度的測(cè)量其實(shí)就是在測(cè)量零件的軸心偏移量。具體操作方法為：在2個(gè)小圓柱上測(cè)量幾個(gè)截面圓，然后以這幾個(gè)圓的圓心為點(diǎn)建立一條直線，直接建立三坐標(biāo)測(cè)量坐標(biāo)系，測(cè)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(yùn)用這種方法進(jìn)行同軸度測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量縮短工作截面，同時(shí)制定相應(yīng)的測(cè)量規(guī)則來(lái)驗(yàn)證該方法的合理性、正確性。

第三，運(yùn)用求距法測(cè)量同軸度。根據(jù)零件的功能和裝配需求，分析被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素之間的幾何關(guān)系，測(cè)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(guān)鍵是如何測(cè)量出被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素之間的最大間距，可以將二者投影到一個(gè)平面上來(lái)計(jì)算，保證平面與基準(zhǔn)軸的垂直度，將垂直度誤差控制在允許范圍內(nèi)，從而保證測(cè)量精度。例如：在電機(jī)機(jī)座這種長(zhǎng)軸孔短的機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量中，將一端內(nèi)孔軸線作為基準(zhǔn)，求另一端內(nèi)孔軸線與基準(zhǔn)軸線之間的同軸度誤差。運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為減少測(cè)量誤差，我們將孔的端面作為基準(zhǔn)，然后將兩端圓柱分成若干個(gè)截面圓，將截面圓投影到端面上，這樣就可以在一個(gè)平面上獲得所有截面圓的圓心位置，也就可以計(jì)算出最大圓心距，然后將其乘以2，即為兩端內(nèi)孔軸線的同軸度測(cè)量結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械加工零件同軸度測(cè)量可能會(huì)因?yàn)楦鞣N因素出現(xiàn)測(cè)量誤差，在同軸度檢測(cè)中，必須結(jié)合工件的形狀特征等合理選擇測(cè)量方法，靈活運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，確保測(cè)量結(jié)果的精確度，達(dá)到滿意的測(cè)量結(jié)果。

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