坐標測量機同軸度測量問題分析前言坐標測量機是采用坐標測量原理測量同軸度的,這樣的方法能夠嚴格按照定義計算評定同軸度的具體結果.然而在機械加工過程中往往采用打表的辦法測量同軸度,由于實際所選用基準的差異,就會造成兩種方法所得結果的差異,尤其當基準要素的長度相對被測要素離開基準要素的軸向距離較短時兩種結果可能大相徑庭.許多坐標測量機操作人員經常為此所困擾,本文從實用的角度出發,對坐標測量機測量同軸度的方法進行分析探討.一、同軸度的公差帶與誤差值的計算1.定義:同軸度公差帶是直徑為公差值且與基準軸線同軸的圓柱面內的區域.2.誤差值的計算根據同軸度及其公差帶的定義,同軸度誤差的計算是非常簡單的,即被測軸線到基準軸線(包含其延長線)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算都非常簡單,所以坐標測量軟件均不會出現計算評定方法上的錯誤,之所以在許多實際情況下會與打表測量的結果或人們的直覺出入很大,絕大多數都是由于基準的選擇不同造成的.坐標測量軟件會嚴格的依據操作者所選定的基準進行評定,只要基準不出問題,結果也不會出現問題;而打表時實際起基準作用的究竟是那個要素,對許多操作者來說往往是沒有清晰概念的.例如在圖一中,要求的基準應該是左側直徑為30mm,長度為40mm的一段圓柱軸線即A,打表時應根據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的辦法找正),但實際情況是許多操作者會選擇在整個工件上左端A和右端B打表的辦法進行找正,從而使得實際的基準變成了A-B.圖二顯示被測軸線的偏離量一定時,選用兩種不同基準計算結果的差異.當基準選為A即直徑為30mm,長度為40mm的一段圓柱軸線時,右端直徑為36m,長度為40mm的一段圓柱軸線的最大偏離量若為5,同軸度為10;當基準選為A-B即左右兩端軸的共同軸線時,右端直徑為36m,長度為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,基準選用的差異造成的同軸度評定結果差異更大:左右兩端圓柱的軸線不但有偏離,而且不平行.當基準選為A即直徑為30mm,長度為40mm的一段圓柱軸線時,右端一段圓柱軸線的最大偏離量若為7,同軸度為14;當基準選為A-B即左右兩端軸的共同軸線時,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選擇對同軸度計算的影響之大.三、問題的解決既然問題主要是由于基準地選擇導致的,那么問題的解決也應由合理選擇基準要素著手.機械零件在其形成的過程中一般會有四種性質不同的基準:設計基準、使用基準、加工基準、測量基準.測量師一般會選用設計基準作為測量基準,但是在某些特殊情況下可能需要選用其他的基準,例如設計基準僅存在于設計圖紙上,零件上無法找到,或者設計基準要求不合理.就需要選用使用基準或加工基準作為測量基準.為保證零件功能地實現,一般應優先選用使用基準.如圖四，當Ф16的軸孔為有一定配合長度的過盈配合而且軸肩處沒有約束時,軸或孔能起到定向及定位作用,充當了實際基準;而當軸孔配合長度短或配合性質為間隙配合時,軸或孔起不到定向作用,也不能充當實際基準.在此情況下,如果軸肩處有約束(即有配合要求)則軸肩實際起到定向作用;如果軸肩處沒有約束,則可能是實際配合的兩處軸孔(Ф16和Ф12)共同起到定向及定位作用,成為實際上的基準.(如圖五)綜上所述,使用基準需要根據零部件的結構特點及相互之間的配合關系綜合分析確定,在有些情況下設計圖紙上相互關聯的尺寸配合及位置公差要求可能會自相矛盾,這時需要與相關人員進行溝通解決.圖六是一個實際圖紙上出現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,無論是加工還是測量都不會存在什么難度,但分析的結果卻與直覺全然不同.左端作為基準的圓柱長度只有3mm,用坐標測量機測量時若測針球徑為1.5mm,球頂到工件側面留0.1mm的間隙,左端面留0.15mm的縮進量,則有效的可測量長度也只能到2mm.此圓柱測量時若第二截面中心相對于第一截面中心的位置測量誤差為1μm,則由這兩個測得的截面中心計算出的圓柱軸線延伸到零件最右端時距真實的圓柱軸線就有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.對大多數坐標測量機而言1μm的位置測量誤差并不為過,然而由此造成同軸度測量評定的誤差卻是不可接受的.即使時當今世界最高精度的坐標測量機其標稱的精度也不過是0.5μm,我們假定其測量這樣兩個圓截面時相對的位置誤差為0.3μm,那么仍將造成0.1749mm的誤差.顯然,不是坐標測量機都出了問題,而只能是設計要求本身出了問題.測量機都出了問題,而只能是設計要求本身出了問題事實上,無論該零件在裝配時怎樣與其他零件連接,左端3mm長的外圓柱都不可能起到為整個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“φ”.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。同軸度誤差：被測軸線相對基準軸線位置的變化量.簡單理解就是：零件上要求在同一直線上的兩根軸線，它們之間發生了多大程度的偏離，兩軸的偏離通常是三種情況(基準軸線為理想的直線)的綜合——被測軸線彎曲、被測軸線傾斜和被測軸線偏移。同軸度誤差是反映在橫截面上的圓心的不同心。如何檢驗同軸度？同軸度比較難測，我們用同軸度校準儀來測量。[編輯本段]三坐標測量同軸度方法同軸度檢測是我們在測量工作中經常遇到的問題，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。遼寧某汽車集團零部件公司主要生產汽車零部件，有很多產品需要進行嚴格的同軸度檢查，特別是出口產品的檢查更加嚴密，如EATON差速器殼、AAM撥叉、主減速器殼等。因此能否準確地測量出此類零件的同軸度對以后的裝配有著一定的影響。1、影響同軸度的因素在國標中同軸度公差帶的定義是指直徑公差為值t，且與基準軸線同軸的圓柱面內的區域。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元素與基準元素的圓心位置和軸線方向，特別是軸線方向。如在基準圓柱上測量兩個截面圓，用其連線作基準軸。在被測圓柱上也測量兩個截面圓，構造一條直線，然后計算同軸度。假設基準上兩個截面的距離為10mm，基準第一截面與被測圓柱的第一截面的距離為100mm，如果基準的第二截面圓的圓心位置與第一截面圓圓心有5μm的測量誤差，那么基準軸線延伸到被測圓柱第一截面時已偏離50μm（5μmx100÷10），此時，即使被測圓柱與基準完全同軸，其結果也會有100μm的誤差（同軸度公差值為直徑，50μm是半徑），測量原理圖如圖1所示。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、實際應用現以EATON差速器殼為例：據圖紙要求差速器殼兩端軸承內孔同軸度為φ0.05mm，如果兩端孔的同軸度不好，則會影響半軸和齒輪的裝配，導致齒輪轉動不暢，因此需要準確的測量出差速器殼的同軸度。差速器殼簡圖如2所示。表1例舉了同軸度的測量數據。其中求距法不適用該工件，因此這