基于半徑測量法探討圓柱度誤差

陳建軍+李軍

摘 要：圓柱度是形體形位公差的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同來確定，因此在進(jìn)行測量時(shí)，經(jīng)常采用半徑測量法。筆者根據(jù)圓柱度誤差測量儀的基本原理，在半徑測量法的基礎(chǔ)上探討圓柱度測量誤差，就是將圓柱度測量儀器的長度方向的傳感器的精密測頭沿非常精密的直線形導(dǎo)軌運(yùn)動，從而來精確測量被測圓柱類形體的若干個(gè)橫截面的半徑差，或者將圓柱度測量儀器的長度方向的傳感器的精密測頭沿被測物體的圓柱面作螺旋運(yùn)動取樣，從而測得的最大半徑差，最后進(jìn)一步確定物體的圓柱度誤差。

關(guān)鍵詞：形位誤差 圓度 圓柱度

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0018-02

形體的形位誤差能夠直接反映出零件的加工精度等技術(shù)指標(biāo)，它包括零件表面的圓度、圓柱度、同軸度等指標(biāo)，其中圓柱度是形體形位公差的一項(xiàng)重要綜合指標(biāo)，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同確定。

物體圓度的誤差是指回轉(zhuǎn)類形體任選同一正截面，在這個(gè)截面上測出的實(shí)際輪廓對其理想輪廓圓的變動范圍的量，物體圓柱度誤差是指實(shí)際圓柱形體的輪廓表面對其理想圓柱面的變動量，兩者全面地反映了圓柱類零件的綜合誤差狀況，因此，對高精度的軸類或孔類零件測量其圓度和圓柱度誤差具有很重要的意義。

1 圓度誤差檢測方法

測量零件的圓度誤差是指在回轉(zhuǎn)類零件上，任選同一正截面，并在該同一正截面上測得的實(shí)際零件的輪廓相對于理想輪廓在半徑方向上的變動量，主要體現(xiàn)在半徑的差值為圓度誤差。在圓度誤差的檢測方面，到目前為至，采用圓度儀來檢測仍為圓度誤差測量最有效的手段之一。

圓度儀的測量方法是一種采用旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)軸法來精密測量零件圓度誤差的測量方法。在傳感器回轉(zhuǎn)式圓度儀上，測量零件的圓度誤差的方法是將傳感器回轉(zhuǎn)式圓度儀的測頭繞被測零件旋轉(zhuǎn)一周的測量值即認(rèn)為是被測工件的圓度誤差。我們從位置傳感器的回轉(zhuǎn)式圓度儀的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)來分析，它具有高度類似圓柱度儀的普通功能，在使用位置傳感器的回轉(zhuǎn)式圓度儀來精密測量圓度時(shí)，要將位置傳感器的回轉(zhuǎn)式圓度儀的位置傳感器的測頭始終與被測的零件的回轉(zhuǎn)表面相互接觸，通過它的測頭與實(shí)際被測圓輪廓接觸時(shí)，而得到實(shí)際被測圓輪廓的半徑變化量，并通過位置傳感器的回轉(zhuǎn)式圓度儀測頭傳輸出來，將此變化量直接由傳感器接收后，并轉(zhuǎn)換成電信號，輸送到電氣系統(tǒng)，經(jīng)功率放大器、有關(guān)濾波電路、邏輯運(yùn)算器輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的自動化處理、打印及顯示有關(guān)結(jié)果。

2 圓柱度誤差檢測方法

形體的圓柱度公差屬于形狀和位置公差中的形狀公差的重要一種，是指圓柱面整個(gè)輪廓（圓柱面要素）的形狀精度，圓柱度誤差指在被測零件上，確定在其垂直于回轉(zhuǎn)面軸線截面上，通過測量其被測實(shí)際圓（柱）面對其理想圓（柱）面在半徑方向上的變動量，即表示被測的零件上圓柱面的外形輪廓上的各個(gè)點(diǎn)，對其理想的軸線保持等距的情況。形體的圓柱度誤差指標(biāo)通常用零件的實(shí)際圓柱面要素對其理想圓柱面半徑方向的變動量來表示，也就是指整個(gè)圓柱面的任一垂直截面最大尺寸與任一垂直截面最小尺寸之差稱為圓柱度公差。

根據(jù)國家規(guī)定的圓柱度形狀誤差的評定標(biāo)準(zhǔn)和原則，測量圓柱度誤差過程中，在進(jìn)行實(shí)際圓柱面要素與理想圓柱面相互比較時(shí)，應(yīng)先根據(jù)實(shí)際圓柱面確定其最小的包容區(qū)域，以便形成兩個(gè)最小包容區(qū)域的兩同心圓（柱）面，圓柱度的公差是兩同軸圓柱面間的區(qū)域，通過它們的半徑差來計(jì)算圓柱度形狀誤差，該兩同軸圓柱面間的徑向距離即為公差值。圓柱度誤差包含了軸剖面和橫剖面兩個(gè)方面的誤差，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同來確定。

3 半徑測量法

半徑測量法是最常用的一種測量圓柱度誤差的方法，這種方法便于實(shí)現(xiàn)零件自動化的測量，所用設(shè)備一般都為圓柱度測量儀，圓柱度測量儀根據(jù)測量方式可分為一種為測頭回轉(zhuǎn)式，即被測工件不動，測頭繞工件轉(zhuǎn)動；還有一種為工作臺回轉(zhuǎn)式，即測頭不動，被測工件隨工作臺一起轉(zhuǎn)動。

在采用圓柱度測量儀進(jìn)行測量圓柱度誤差時(shí)，將圓柱度測量儀的精密測頭會自動地測取被測工件表面各點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而得到所有坐標(biāo)值的變化量，用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圓柱度儀測量時(shí)一般采用半徑測量法，常用的半徑測量法主要有以下幾個(gè)方面。

（1）兩截面法或多截面法。測量時(shí)，被測工件找正后，只測量上下兩個(gè)截面，或?qū)⒐ぜ膱A柱面沿Z軸分成兩個(gè)以上的等距離截面，自下而上的測量，然后將測量所得到的數(shù)值送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（2）單螺旋線法或雙螺旋線法。測量時(shí)工件找正后，測頭沿立柱導(dǎo)軌上下作勻速移動，同時(shí)工件回轉(zhuǎn)，則測頭在工件上劃出的軌跡為一條螺旋線，或先自下而上地測一條螺旋線，然后將測頭轉(zhuǎn)180°，再重復(fù)作一次螺旋線測量，用計(jì)算機(jī)自動處理數(shù)據(jù)。

（3）截面與單螺旋線混合法。先在下部測一個(gè)截面，再測一條螺旋線，然后在上部再測一個(gè)截面。

（4）截面與雙螺旋線混合法。先測下截面，再在180°的方向上各測一條螺旋線，然后測上截面。

半徑測量法是圓柱度儀測量圓柱度誤差重要的方法， 我們在此采用截面法來進(jìn)一步說明半徑測量法，并利用TALYROND265專用圓柱度測量儀和配備的ULTRA軟件進(jìn)行說明。

TALYROND265專用圓柱度測量儀具有精密的旋轉(zhuǎn)軸線和平行于旋轉(zhuǎn)軸線的精密直線導(dǎo)軌，兩者配合能形成高精度的基準(zhǔn)圓柱面，采用圓柱度測量儀在進(jìn)行測量圓柱形零件的圓柱度誤差時(shí)，首先要使圓柱度測量儀恢復(fù)原位，然后將零件放在圓柱度測量儀的轉(zhuǎn)臺上，并對零件進(jìn)行調(diào)心、調(diào)平，使被測的零件的加工表面位于圓柱度測量儀測頭的徑向量程內(nèi)，將被測零件沿垂直軸線分成數(shù)個(gè)等距截面，自下而上逐個(gè)截面測量，圓柱度測量儀轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)來測量零件的徑向變化量，對圓柱度測量儀測頭測得零件的變化量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測量圓柱度誤差時(shí)，為了提高測量精度，必須消除偏心和傾斜誤差。假設(shè)圓柱度測量儀的回轉(zhuǎn)軸線為Z軸，實(shí)際上由于零件安裝的偏心或傾斜，會產(chǎn)生零件的軸線不能與Z軸重合在一起，即使通過精心調(diào)整，也一定會殘留偏心和傾斜的誤差。用圓柱度測量儀進(jìn)行圓柱度誤差測量時(shí)，圓柱度測量儀工作臺帶著零件一起回轉(zhuǎn)，圓柱度測量儀測頭沿立柱導(dǎo)軌上下移動，自下而上逐個(gè)截面測量，然后將圓柱度測量儀測得的半徑變化量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 得出圓柱度誤差測量值。

4 結(jié)語

圓柱度是圓柱體圓度和素線直線度的綜合，在采用圓柱度誤差測量儀測量時(shí)，常采用半徑測量法，由測得的半徑差確定圓柱度誤差。

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