使用三坐標測量圓錐上定尺寸圓的斜向圓跳動的測量方法

周炯鋆

摘要： 在使用三坐標測量形位公差時，斜向圓跳動公差的測量結果判定受到操作、維修、質量、工藝及產品設計等從業人員的質疑。為此，結合對形位公差標準的研究和應用實踐，本文針對企業跳動檢具中使用的校準件上的圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動的檢測設計了一種使用三坐標測量機測量的方案。

Abstract： In measuring the shape and position tolerances by the coordinate measuring technology， the measurement results of oblique circular runout tolerances are questioned by employees of operation， maintenance， quality， process and product design. Therefore， combined with the research and application of shape and position tolerance standard， this paper designs a measuring scheme using a coordinate measuring machine， aiming at testing oblique circular runout of a fixed circle on a cone.

關鍵詞： 三坐標測量機；斜向圓跳動；公差標準

Key words： coordinate measuring machine；oblique circular runout；tolerance standard

中圖分類號：P111.31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0144-02

1 概述

在機械制造過程中，形位公差的測量主要通過平板、平尺、百分表、圓度儀、刀口尺和自準直儀等計量器具及配套設備進行直接或間接測量。其測量準確性除了受到測量器具測量不確定度的影響外，在一定程度上還受到測量方法、測量人員及測量環境等多方面因素的影響，所以在測量結果的判定上往往存在爭議。隨著三坐標測量機測量技術的發展，越來越多的制造企業在形位公差的測量中選用三坐標測量機作為標準器，從而減小了測量人員及測量環境的影響。

在使用三坐標測量形位公差時，圓跳動公差的測量結果判定受到操作、維修、質量、工藝及產品設計等從業人員的質疑。我國的國家標準中對圓跳動是這樣定義的：圓跳動公差是被測要素某一固定參考點圍繞基準軸線旋轉一周時（零件和測量儀器間無軸向位移）允許的最大變動量t，圓跳動公差適用于每一個不同的測量位置。同時注明圓跳動可能包括圓度、同軸度、垂直度和平面度等誤差，由此看出圓跳動公差作為用于控制一個或多個要素對基準的綜合性誤差，在實際測量中將受到更多因素的影響。所以在實際測量時，檢測方案的合理與否，直接決定了最終評價結果的正確與否。

為此，結合對形位公差標準的研究和應用實踐，本文針對企業跳動檢具中使用的校準件上的圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動的檢測設計了一種使用三坐標測量機測量的方案。

2 檢測參數分析

如圖1，被測參數為校準件圓錐面上直徑為？準D的圓對基準軸線的斜向圓跳動。在實際測量中，為了進一步提高測量檢具的精度，所以對校準件在實際使用時的狀態進行技術分析，最終確定該校準件的斜向圓跳動的校準結果是使用以到？準D圓距離分別為h1和h2的兩個圓的圓心連線方向為基準軸測量出的斜向圓跳動。

3 測量難點與解決方案

由于三坐標測量原理的原因，該校準件的測量最大的難題就是如何準確測量？準D圓。為了解決該問題，我們先來分析一下？準D圓測量不準確會對最后的結果有哪些影響。

首先，在評價圓跳動時，斜向圓跳動公差如圖2中（a）所示為平行于素線的一組平行線，實際評價時圓跳動的公差帶如圖2中（b）所示是平行于軸線的一組平行線。兩者之間可以通過公式（1）進行轉化。

其次，測量基準A的位置時，？準D圓的位置偏差會使得A基準的測量位置與實際使用不符。為了減小誤差可使用掃描測量逐層逼近直到找到最佳位置，具體算法如下：

在實際的測量程序中考慮到測量直徑D1受到三坐標測量定位精度的影響可能出現迭代多次D1已經很接近D值但始終無法與D值相等的情況，這會極大地降低測量效率并且可能使測量程序進入死循環，所以在兼顧測量準確性的情況下該程序通過查找相關資料做出了如下優化：在測量循環開始之前先設立循環次數n，得到D1后將判斷條件由D1=D更改為D1=D或|D1-D|≤ε，如果循環n次判斷條件仍不能達成則終止程序。判斷條件中的ε一般取校準件尺寸公差的十分之一，同時可以根據校準件的實際使用情況作出適當修正。

4 試驗及驗證

5 結論

通過對測量過程中誤差產生原因的分析發現測量斜向圓跳動的過程中三坐標軟件采用的數據處理方法會引入余弦誤差，同時基準的測量對測量結果的影響較大。本人在此基礎上通過逐層逼近的測量方法找到最佳位置的被測要素與基準，通過數學計算的方法消除了余弦誤差，并在實際工作中驗證了該測量方案的可行性，從而能夠準確測量校準件圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動并提供可供參考的測量數據。同時值得一提的是我們在確定測量方法時除了要考慮該方法是否符合國家標準以外還需要考慮零件的使用狀況、工作原理等影響要素。只有兼顧了這兩者才能讓我們得到的測量結果既準確又與實際使用狀態相符。

參考文獻：

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