三坐標測量怎么測同軸度？

同軸度是機械產品檢測中常見的一種形位公差項目。

同軸度是定位公差的一種,理論正確位置即為基準軸線。由于被測軸線對基準軸線的不同點可能在空間各個方向上出現,故其公差帶為一以基準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“”。同軸度公差是用來控制理論上應同軸的被測軸線與基準軸線的不同軸程度。

對于規則軸類零件,一般可采用V型支架、鋼球加杠桿百分表或偏擺儀等專用檢具及組合輔具來檢測同軸度;對于箱體孔類零件,一般可采用芯軸加杠桿百分表或利用圓度儀來檢測同軸度。但對于一些大型零部件(如機床主軸等)或不規則軸類零件以及箱體零件的不規則內孔,采用常規方法測量同軸度則很難實現或非常麻煩。

同軸度用常規工具比較難測,在日常工作中常用測量跳動的方法代替。測量跳動的方法一般是用偏擺儀頂住兩個中心孔或者用車床夾持,這樣旋轉零件,看百分表(或千分表)的數值。如圖1所示,d168.4g6為基準A,要求測量d155n6對基準A的同軸度d0.05。將最左端夾在車床卡盤上,在頂尖部用百分表先打基準找正,再將表移至d155n6端,觀察此時表的讀數差值,即為同軸度值。

同軸度檢測是我們在測量工作中經常遇到的問題,此時,用三坐標測量機(CMM)來測量同軸度是一種不錯的選擇。CMM測量同軸度的最大特點是無須轉動工件,無須專用芯軸或專用支架,無須機械找正,只需用測頭探針對工件取點采樣,即可快速輸出測量結果。用三坐標進行同軸度的檢測不僅直觀且又方便,其測量結果精度高,并且重復性好。經過思考總結了一些關于同軸度測量的內容。

1、關于基準

通常,基準是一個具有確定方向的直線,但基準是由實際要素來確定的,是一個理想要素。三坐標計算法為最小二乘法,這是因為計算機可以自動根據公式進行計算,比較方便,但不符合國標的規定,即不符合最小條件的評定原則。三坐標建立基準軸線,是通過采集一定數量的點,然后按照一定的計算公式和評價方法,對采集的點進行處理,最終生成一個基準元素。

a)如果采集的點數太少,將不能很全面地反映被測圓柱的實際特征,即直徑、方向矢量、圓柱度誤差等,從而,以此建立的基準將與實際要素的理想軸線有偏離,從而導致被測元素的同軸度誤差增大,這個是通過圖形文本反應出來的。

b)另外一個方面,當基準元素的形狀誤差,即柱度誤差較大時,將產生很大的影響。一方面由于采集的點數有限,如果圓柱度誤差大,則意味著每增加一個點,計算機計算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產生大的偏離,由此,再來測量被測元素的同軸度,也將產生很大的偏差。如圖2,為一個截面的采點情況,假設原來均勻采四個點,沿坐標方向,形成如圖2所示的圓心O,當增加左下方45°方向的兩個點時,圓點將可能向左下方移動到O′,從而軸線產生偏離。

c)再者,截面數太少也會影響方向矢量。一個圓柱如果只采集兩端的兩個截面,則不能反映中間截面的情況,從而使得軸線產生較大的偏離。事實上,如果截面越多,將越逼近理想位置。當然,在實際測量中,不可能測量很多截面,而且中間位置很難測到。

2、用三坐標測量同軸度的方法

對于基準圓柱與被測圓柱(較短)距離較遠時不能用測量軟件直接求得,通常用公共軸線法、直線度法、求距法求得。

2.1 公共軸線法

在被測元素和基準元素上測量多個橫截面的圓,再將這些圓的圓心構造一條3D直線,作為公共軸線,每個圓的直徑可以不一致,然后分別計算基準圓柱和被測圓柱對公共軸線的同軸度,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模擬心軸,因此這種方法接近零件的實際裝配過程。

2.2 直線度法

在被測元素和基準元素上測量多個橫截面的圓,然后選擇這幾個圓構造一條3D直線,同軸度近似為直線度的兩倍。被收集的圓在測量時最好測量其整圓,如果是在一個扇形上測量,則測量軟件計算出來的偏差可能很大。

2.3 求距法

同軸度為被測元素和基準元素軸線間最大距離的兩倍。即用關系計算出被測元素和基準元素的最大距離后,將其乘以2即可。求距法在計算最大距離時要將其投影到一個平面上來計算,因此這個平面與用作基準的軸的垂直度要好。這種情況比較適合測量同心度。

3、實際應用

如圖3,在被測工作截面較短的情況下,可用改測直線度以替代同軸度的變通方法。因為這種情況下軸的傾斜對工件裝配影響較小,而軸心偏移對工件裝配影響較大,測量軸心偏移實際上就是 測量軸心連線的直線度。具體實現方法為:分別在兩個小圓柱上測量n個截面圓,然后選取這n個圓的圓心擬合一條三維直線,該直線的直線度可近似替代同軸度(同軸度=2×直線度)。工作截面越短,該方法效果越好,并且可很方便地制作一個綜合量規來驗證該方法的準確性。如圖4所示,要求兩端部相對軸線的同軸度為d0.03,直接手動測量兩側圓柱或者通過構造兩圓柱,構建軸線,算出與軸線的距離,乘以2就是同軸度值。

如圖5所示,兩D80的孔左側為基準A,要求右側孔相對基準同軸度D0102,此時只能分別測頭A90B9,A90B180兩方向測量,建立公共軸線,求右側孔對基準的同軸度,直接評價即得結果。

利用三坐標測量機測量工件同軸度是一項實踐性很強、講究科學性、注重技巧性的工作,只有不斷實踐,接觸各種類型的工件,才能發現問題并解決問題,總結出指導性很好的測量技巧。

（來源：測量俱樂部）