三坐標測量機檢測機械加工零件同軸度誤差分析

徐忠濤

摘 要：三坐標測量機在不規(guī)則的機械加工零件同軸度測量中具有無可比擬的優(yōu)勢，但是在某些情況下也會產(chǎn)生同軸度測量誤差，必須結合實際情況采取相應的控制措施，保證同軸度測量精度。通過對三坐標測量機原理的概述，分析其在機械加工零件同軸度測量中存在的測量誤差，并據(jù)此提出幾點處理措施。

關鍵詞：三坐標測量機 同軸度 誤差 測量

中圖分類號：TH721 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0052-01

在機械加工過程中，同軸度是一項基本的形位公差項目，在不同類型機械零件中，采用不同方法檢測同軸度。如：采用V型支架、鋼球加杠桿百分表等檢測規(guī)則軸類零件的同軸度；采用芯軸加杠桿百分表來檢測箱體孔類零件的同軸度。對于不規(guī)則的軸類零件來說，其同軸度檢測難度較大，此時采用三坐標測量機來檢測能取得較好的檢測效果。與常規(guī)檢測方法相比，三坐標測量機無需轉動工件，利用測頭探針進行工件的取點采樣，實現(xiàn)同軸度的快速檢測。在運用三坐標測量機進行同軸度測量時，基準線理解差異、軸線測量方法不同、軸度評價方法不同、采點誤差等都可能帶來同軸度測量的誤差，因此，必須做好誤差控制工作，保證測量精確度。

1 三坐標測量機概述

同軸度公差帶定義為：被測圓柱的軸線位于以基準圓柱軸線為圓心、以公差值為直徑的圓柱內。被測軸線被圓柱包容，而直徑就是被測軸線的同軸度誤差，如圖1所示，φt就是被測同軸度的公差帶。

若為單側軸線的同軸度測量，見圖2，其中被測外圓柱的軸線對A的同軸度公差為t，此時圓的軸線必須以t為公差值、與基準軸線A同軸的圓柱內。

前面簡單介紹了機械加工零件同軸度測量的相關概念，下面就如何運用三坐標測量機進行同軸度誤差的測量進行簡要分析，其基本步驟為：

第一，建立坐標系。任何機械零件的同軸度測量都必須在一定的坐標系下進行，因此，首先確立零件的基準，位置誤差基準必須符合最小條件。對于同軸度，確立基準軸線后，根據(jù)零件的具體要求建立基準。一般情況下，基準是一個內孔軸線或外圓柱軸線。本文以基準為內孔軸線為例，建立坐標系。首先在兩個截面圓上各截取6個點，用計算機軟件生成一個圓柱軸線，作為坐標系的第一軸建立，將圓點設置在基準軸線上。

第二，測量被測元素。在被測元素的表面采集出一系列的點，這些點要均勻分布在被測元素表面。當采點無法覆蓋到整個元素表面，只能進行局部位置的測量時，應結合實際情況制定針對性測量方案。在測量完畢后，生成一個軸線并進行計算機系統(tǒng)的自動評價。在運用三坐標測量機測量零件同軸度誤差時，有時候會出現(xiàn)被測元素與基準元素相距較遠等現(xiàn)象，造成較大的偏差。從三坐標測量機的原理來說，其通過采集被測零件上的一些特征點坐標位置，通過計算機測量軟件進行數(shù)據(jù)分析處理。因此，出現(xiàn)測量誤差的原因主要是有系統(tǒng)誤差、測頭誤差、工件形狀誤差、計算誤差、環(huán)境誤差、采點誤差、敏感系數(shù)等。在同軸度測量中，采點誤差和敏感系數(shù)對同軸度誤差影響最大。采點誤差主要表現(xiàn)為：被測工件為不規(guī)則的工件，測量點位置以及數(shù)目難以合理確定，很容易出現(xiàn)形狀誤差。除此之外，計算方法的不當也會導致同軸度測量誤差。在采點誤差上，一般情況下需要改變測量點位置，多次反復測量，并綜合分析測量結果，最后得出準確的測量數(shù)據(jù)。在敏感系數(shù)上，其表示測量結果受到初始測量要素影響的程度，而同軸度測量中，測量精度與原始要素關系密切，因此敏感系數(shù)是重要的同軸度測量誤差原因。

2 減少同軸度測量誤差的方法

在運用三坐標測量機進行機械加工零件同軸度測量時，采點因素和敏感系數(shù)是造成同軸度誤差的主要因素，下面就以這兩個因素為主，分析如何采取有效控制措施減少同軸度測量誤差，保證測量精度。

第一，增大基準截面之間的距離，對基準元素進行同軸度測量時，適當增加第一截面與第二截面之間的間距，這樣可以有效減小誤差干擾比例，從而起到減少誤差的目的。當基準夠長，基準截面與被檢測截面相鄰，那么其引起的誤差非常小，基本可忽略不計。

第二，以直線度的測量來分析同軸度。在進行機械加工零件的同軸度測量中，我們可以以直線度來分析同軸度。由于下軸傾斜度對零件的裝配影響較小，所以軸心的適量偏移對零件的裝配影響不大，而直線度的測量其實就是在測量零件的軸心偏移量。具體操作方法為：在2個小圓柱上測量幾個截面圓，然后以這幾個圓的圓心為點建立一條直線，直接建立三坐標測量坐標系，測量出這條直線的直線度，然后將零件的同軸度公差值作為該直線度的公差值，判定該零件是否合格。在運用這種方法進行同軸度測量時，應盡量縮短工作截面，同時制定相應的測量規(guī)則來驗證該方法的合理性、正確性。

第三，運用求距法測量同軸度。根據(jù)零件的功能和裝配需求，分析被測元素與基準元素之間的幾何關系，測量出二者之間的最大距離，然后將其乘以2，所得即為同軸度。在這里，關鍵是如何測量出被測元素與基準元素之間的最大間距，可以將二者投影到一個平面上來計算，保證平面與基準軸的垂直度，將垂直度誤差控制在允許范圍內，從而保證測量精度。例如：在電機機座這種長軸孔短的機械加工零件同軸度測量中，將一端內孔軸線作為基準，求另一端內孔軸線與基準軸線之間的同軸度誤差。運用三坐標測量機進行測量時，為減少測量誤差，我們將孔的端面作為基準，然后將兩端圓柱分成若干個截面圓，將截面圓投影到端面上，這樣就可以在一個平面上獲得所有截面圓的圓心位置，也就可以計算出最大圓心距，然后將其乘以2，即為兩端內孔軸線的同軸度測量結果。

3 結語

綜上所述，機械加工零件同軸度測量可能會因為各種因素出現(xiàn)測量誤差，在同軸度檢測中，必須結合工件的形狀特征等合理選擇測量方法，靈活運用三坐標測量機，確保測量結果的精確度，達到滿意的測量結果。

參考文獻

[1]王文書.三坐標測量機對同軸度誤差測量方法的探索[J].制造技術與機床，2010（11）：94-97.

[2]余厚云，趙轉萍，陸永華，等.基于PSD的長跨度孔系同軸度誤差測量系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013，32（2）：70-73.

[3]王文書.三坐標對同軸度誤差測量方法的實踐[J].上海計量測試，2011，38（1）：41-44.