同軸度計(jì)算及測(cè)量

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)同軸度測(cè)量問題分析前言坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是采用坐標(biāo)測(cè)量原理測(cè)量同軸度的,這樣的方法能夠嚴(yán)格按照定義計(jì)算評(píng)定同軸度的具體結(jié)果.然而在機(jī)械加工過程中往往采用打表的辦法測(cè)量同軸度,由于實(shí)際所選用基準(zhǔn)的差異,就會(huì)造成兩種方法所得結(jié)果的差異,尤其當(dāng)基準(zhǔn)要素的長(zhǎng)度相對(duì)被測(cè)要素離開基準(zhǔn)要素的軸向距離較短時(shí)兩種結(jié)果可能大相徑庭.許多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)操作人員經(jīng)常為此所困擾,本文從實(shí)用的角度出發(fā),對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度的方法進(jìn)行分析探討.一、同軸度的公差帶與誤差值的計(jì)算1.定義:同軸度公差帶是直徑為公差值且與基準(zhǔn)軸線同軸的圓柱面內(nèi)的區(qū)域.2.誤差值的計(jì)算根據(jù)同軸度及其公差帶的定義,同軸度誤差的計(jì)算是非常簡(jiǎn)單的,即被測(cè)軸線到基準(zhǔn)軸線(包含其延長(zhǎng)線)的最大距離(空間距離)值的兩倍.二、造成問題的原因由于同軸度的定義和計(jì)算都非常簡(jiǎn)單,所以坐標(biāo)測(cè)量軟件均不會(huì)出現(xiàn)計(jì)算評(píng)定方法上的錯(cuò)誤,之所以在許多實(shí)際情況下會(huì)與打表測(cè)量的結(jié)果或人們的直覺出入很大,絕大多數(shù)都是由于基準(zhǔn)的選擇不同造成的.坐標(biāo)測(cè)量軟件會(huì)嚴(yán)格的依據(jù)操作者所選定的基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定,只要基準(zhǔn)不出問題,結(jié)果也不會(huì)出現(xiàn)問題;而打表時(shí)實(shí)際起基準(zhǔn)作用的究竟是那個(gè)要素,對(duì)許多操作者來說往往是沒有清晰概念的.例如在圖一中,要求的基準(zhǔn)應(yīng)該是左側(cè)直徑為30mm,長(zhǎng)度為40mm的一段圓柱軸線即A,打表時(shí)應(yīng)根據(jù)這一段圓柱將工件找正(為避免母線直線度誤差的影響,最好用在兩端打跳動(dòng)的辦法找正),但實(shí)際情況是許多操作者會(huì)選擇在整個(gè)工件上左端A和右端B打表的辦法進(jìn)行找正,從而使得實(shí)際的基準(zhǔn)變成了A-B.圖二顯示被測(cè)軸線的偏離量一定時(shí),選用兩種不同基準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果的差異.當(dāng)基準(zhǔn)選為A即直徑為30mm,長(zhǎng)度為40mm的一段圓柱軸線時(shí),右端直徑為36m,長(zhǎng)度為40mm的一段圓柱軸線的最大偏離量若為5,同軸度為10;當(dāng)基準(zhǔn)選為A-B即左右兩端軸的共同軸線時(shí),右端直徑為36m,長(zhǎng)度為40mm的一段圓柱軸線的最大偏離量為1.67,同軸度為3.34.在圖三所示的情形中,基準(zhǔn)選用的差異造成的同軸度評(píng)定結(jié)果差異更大:左右兩端圓柱的軸線不但有偏離,而且不平行.當(dāng)基準(zhǔn)選為A即直徑為30mm,長(zhǎng)度為40mm的一段圓柱軸線時(shí),右端一段圓柱軸線的最大偏離量若為7,同軸度為14;當(dāng)基準(zhǔn)選為A-B即左右兩端軸的共同軸線時(shí),右端圓柱軸線的最大偏離量為0.33,同軸度為0.66.由以上二例可見基準(zhǔn)選擇對(duì)同軸度計(jì)算的影響之大.三、問題的解決既然問題主要是由于基準(zhǔn)地選擇導(dǎo)致的,那么問題的解決也應(yīng)由合理選擇基準(zhǔn)要素著手.機(jī)械零件在其形成的過程中一般會(huì)有四種性質(zhì)不同的基準(zhǔn):設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、使用基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn).測(cè)量師一般會(huì)選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為測(cè)量基準(zhǔn),但是在某些特殊情況下可能需要選用其他的基準(zhǔn),例如設(shè)計(jì)基準(zhǔn)僅存在于設(shè)計(jì)圖紙上,零件上無法找到,或者設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要求不合理.就需要選用使用基準(zhǔn)或加工基準(zhǔn)作為測(cè)量基準(zhǔn).為保證零件功能地實(shí)現(xiàn),一般應(yīng)優(yōu)先選用使用基準(zhǔn).如圖四，當(dāng)Ф16的軸孔為有一定配合長(zhǎng)度的過盈配合而且軸肩處沒有約束時(shí),軸或孔能起到定向及定位作用,充當(dāng)了實(shí)際基準(zhǔn);而當(dāng)軸孔配合長(zhǎng)度短或配合性質(zhì)為間隙配合時(shí),軸或孔起不到定向作用,也不能充當(dāng)實(shí)際基準(zhǔn).在此情況下,如果軸肩處有約束(即有配合要求)則軸肩實(shí)際起到定向作用;如果軸肩處沒有約束,則可能是實(shí)際配合的兩處軸孔(Ф16和Ф12)共同起到定向及定位作用,成為實(shí)際上的基準(zhǔn).(如圖五)綜上所述,使用基準(zhǔn)需要根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及相互之間的配合關(guān)系綜合分析確定,在有些情況下設(shè)計(jì)圖紙上相互關(guān)聯(lián)的尺寸配合及位置公差要求可能會(huì)自相矛盾,這時(shí)需要與相關(guān)人員進(jìn)行溝通解決.圖六是一個(gè)實(shí)際圖紙上出現(xiàn)的不合理的同軸度要求的例子：憑直覺看,右端圓孔的同軸度公差為0.1mm,無論是加工還是測(cè)量都不會(huì)存在什么難度,但分析的結(jié)果卻與直覺全然不同.左端作為基準(zhǔn)的圓柱長(zhǎng)度只有3mm,用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)若測(cè)針球徑為1.5mm,球頂?shù)焦ぜ?cè)面留0.1mm的間隙,左端面留0.15mm的縮進(jìn)量,則有效的可測(cè)量長(zhǎng)度也只能到2mm.此圓柱測(cè)量時(shí)若第二截面中心相對(duì)于第一截面中心的位置測(cè)量誤差為1μm,則由這兩個(gè)測(cè)得的截面中心計(jì)算出的圓柱軸線延伸到零件最右端時(shí)距真實(shí)的圓柱軸線就有583/2=291.5μm的偏離(如圖七所示),這意味著右端圓柱軸線的同軸度誤差為583μm即0.583mm.對(duì)大多數(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)而言1μm的位置測(cè)量誤差并不為過,然而由此造成同軸度測(cè)量評(píng)定的誤差卻是不可接受的.即使時(shí)當(dāng)今世界最高精度的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)其標(biāo)稱的精度也不過是0.5μm,我們假定其測(cè)量這樣兩個(gè)圓截面時(shí)相對(duì)的位置誤差為0.3μm,那么仍將造成0.1749mm的誤差.顯然,不是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都出了問題,而只能是設(shè)計(jì)要求本身出了問題.測(cè)量機(jī)都出了問題,而只能是設(shè)計(jì)要求本身出了問題事實(shí)上,無論該零件在裝配時(shí)怎樣與其他零件連接,左端3mm長(zhǎng)的外圓柱都不可能起到為整個(gè)零件定向同軸度同軸度：[tóngzhóudù]properalignment同軸度：是定位公差，理論正確位置即為基準(zhǔn)軸線.由于被測(cè)軸線對(duì)基準(zhǔn)軸線的不同點(diǎn)可能在空間各個(gè)方向上出現(xiàn)，故其公差帶為一以基準(zhǔn)軸線為軸線的圓柱體，公差值為該圓柱體的直徑，在公差值前總加注符號(hào)“φ”.同軸度公差：是用來控制理論上應(yīng)同軸的被測(cè)軸線與基準(zhǔn)軸線的不同軸程度。同軸度誤差：被測(cè)軸線相對(duì)基準(zhǔn)軸線位置的變化量.簡(jiǎn)單理解就是：零件上要求在同一直線上的兩根軸線，它們之間發(fā)生了多大程度的偏離，兩軸的偏離通常是三種情況(基準(zhǔn)軸線為理想的直線)的綜合——被測(cè)軸線彎曲、被測(cè)軸線傾斜和被測(cè)軸線偏移。同軸度誤差是反映在橫截面上的圓心的不同心。如何檢驗(yàn)同軸度？同軸度比較難測(cè)，我們用同軸度校準(zhǔn)儀來測(cè)量。[編輯本段]三坐標(biāo)測(cè)量同軸度方法同軸度檢測(cè)是我們?cè)跍y(cè)量工作中經(jīng)常遇到的問題，用三坐標(biāo)進(jìn)行同軸度的檢測(cè)不僅直觀且又方便，其測(cè)量結(jié)果精度高，并且重復(fù)性好。遼寧某汽車集團(tuán)零部件公司主要生產(chǎn)汽車零部件，有很多產(chǎn)品需要進(jìn)行嚴(yán)格的同軸度檢查，特別是出口產(chǎn)品的檢查更加嚴(yán)密，如EATON差速器殼、AAM撥叉、主減速器殼等。因此能否準(zhǔn)確地測(cè)量出此類零件的同軸度對(duì)以后的裝配有著一定的影響。1、影響同軸度的因素在國(guó)標(biāo)中同軸度公差帶的定義是指直徑公差為值t，且與基準(zhǔn)軸線同軸的圓柱面內(nèi)的區(qū)域。它有以下三種控制要素：①軸線與軸線；②軸線與公共軸線；③圓心與圓心。因此影響同軸度的主要因素有被測(cè)元素與基準(zhǔn)元素的圓心位置和軸線方向，特別是軸線方向。如在基準(zhǔn)圓柱上測(cè)量?jī)蓚€(gè)截面圓，用其連線作基準(zhǔn)軸。在被測(cè)圓柱上也測(cè)量?jī)蓚€(gè)截面圓，構(gòu)造一條直線，然后計(jì)算同軸度。假設(shè)基準(zhǔn)上兩個(gè)截面的距離為10mm，基準(zhǔn)第一截面與被測(cè)圓柱的第一截面的距離為100mm，如果基準(zhǔn)的第二截面圓的圓心位置與第一截面圓圓心有5μm的測(cè)量誤差，那么基準(zhǔn)軸線延伸到被測(cè)圓柱第一截面時(shí)已偏離50μm（5μmx100÷10），此時(shí)，即使被測(cè)圓柱與基準(zhǔn)完全同軸，其結(jié)果也會(huì)有100μm的誤差（同軸度公差值為直徑，50μm是半徑），測(cè)量原理圖如圖1所示。2、用三坐標(biāo)測(cè)量同軸度的方法對(duì)于基準(zhǔn)圓柱與被測(cè)圓柱（較短）距離較遠(yuǎn)時(shí)不能用測(cè)量軟件直接求得，通常用公共軸線法、直線度法、求距法求得。2.1公共軸線法在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上測(cè)量多個(gè)橫截面的圓，再將這些圓的圓心構(gòu)造一條3D直線，作為公共軸線，每個(gè)圓的直徑可以不一致，然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱對(duì)公共軸線的同軸度，取其最大值作為該零件的同軸度。這條公共軸線近似于一個(gè)模擬心軸，因此這種方法接近零件的實(shí)際裝配過程。2.2直線度法在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上測(cè)量多個(gè)橫截面的圓，然后選擇這幾個(gè)圓構(gòu)造一條3D直線，同軸度近似為直線度的兩倍。被收集的圓在測(cè)量時(shí)最好測(cè)量其整圓，如果是在一個(gè)扇形上測(cè)量，則測(cè)量軟件計(jì)算出來的偏差可能很大。2.3求距法同軸度為被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素軸線間最大距離的兩倍。即用關(guān)系計(jì)算出被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素的最大距離后，將其乘以2即可。求距法在計(jì)算最大距離時(shí)要將其投影到一個(gè)平面上來計(jì)算，因此這個(gè)平面與用作基準(zhǔn)的軸的垂直度要好。這種情況比較適合測(cè)量同心度。3、實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)以EATON差速器殼為例：據(jù)圖紙要求差速器殼兩端軸承內(nèi)孔同軸度為φ0.05mm，如果兩端孔的同軸度不好，則會(huì)影響半軸和齒輪的裝配，導(dǎo)致齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)不暢，因此需要準(zhǔn)確的測(cè)量出差速器殼的同軸度。差速器殼簡(jiǎn)圖如2所示。表1例舉了同軸度的測(cè)量數(shù)據(jù)。其中求距法不適用該工件，因此這