圓柱度的測(cè)量方法及其應(yīng)用

楊建霞

摘 要：探討了對(duì)軸、孔的圓柱度的測(cè)量方法，并對(duì)圓柱度測(cè)量的2種方法（截圓法和螺旋法）進(jìn)行了分析，有助于在實(shí)際工作中找到正確的測(cè)量方法，得到可靠的結(jié)果。另外，還對(duì)螺紋孔位置尺寸的測(cè)量方法進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：圓柱面；圓柱度；三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；螺紋孔

中圖分類號(hào)：TG839 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.125

在機(jī)械制造行業(yè)中，有許多軸、孔類零件對(duì)橫、軸剖面形狀精度要求比較高，比如液壓柱、汽缸里的閥桿及各種驅(qū)動(dòng)主軸軸頸等，都是以圓柱度誤差來(lái)控制的。圓柱度是一項(xiàng)控制圓柱面精度的綜合指標(biāo)，它的定義考慮了某些高精度產(chǎn)品的使用要求，因而用它來(lái)控制圓柱面精度是比較理想的。另外，有些零件，比如大齒輪、缸體、缸蓋、變速箱殼體等，其表面布滿空間孔系，各孔的位置尺寸、形狀公差和位置公差必須得到保證，才能滿足裝配的互換性。

1 “圓柱度”概念的理解

1.1 圓柱度公差帶

圓柱度公差帶是半徑差為公差值t的兩同軸圓柱面之間的區(qū)域，如圖1所示。

圓柱度是形狀公差的一個(gè)項(xiàng)目。所謂“形狀公差”，是指被測(cè)要素對(duì)理想要素的變動(dòng)量。理想要素要符合最小條件，即被測(cè)要素對(duì)理想要素的最大變動(dòng)量為最小。圓柱度誤差是控制圓柱的縱、橫剖面及軸心線的圓度、直線度和平行度的綜合指標(biāo)。圓柱度公差是指包容實(shí)際表面，而且半徑為最小的兩同軸圓柱面的半徑差。

1.2 “軸”“孔形狀公差”等概念的區(qū)別

圓度是指圓柱橫剖面的單項(xiàng)指標(biāo)，圓柱母線平行度是圓柱軸剖面的單項(xiàng)指標(biāo)，圓柱軸心線直線度是指圓柱軸心線在任意方向（空間360°范圍內(nèi)）都要控制軸心線的直線度。在實(shí)際中還會(huì)遇到“錐形度”這一概念，它是指圓柱在某一個(gè)軸向的直徑變化。根據(jù)定義，它們都有嚴(yán)格的區(qū)別，量值上也沒(méi)有換算關(guān)系。圓柱的圓度、母線平行度合格，圓柱度不一定合格。因?yàn)樗鼈兌疾荒芸刂戚S心線的直線度。因此，要控制圓柱面的高精度，必須采用圓柱度公差。

2 評(píng)定圓柱圓柱度公差的幾種方法

2.1 最小區(qū)域法

最小區(qū)域法評(píng)定圓柱度誤差，是由半徑差最小的兩個(gè)同軸圓柱面包容被測(cè)表面，其半徑差即為圓柱度誤差。包容時(shí)，使內(nèi)圓柱面和外圓柱面分別與圓柱面有3點(diǎn)接觸，以構(gòu)成最小區(qū)域。此方法評(píng)定圓柱度誤差是符合公差體系標(biāo)準(zhǔn)要求的。這種方法是否準(zhǔn)確、可靠，關(guān)鍵在于測(cè)量手段是否符合或接近最小條件。

2.2 最小外接圓中心法

最小外接圓中心法是用最小外圓柱面包容被測(cè)表面，與被測(cè)表面最凸出的地方至少有2點(diǎn)接觸。由實(shí)際被測(cè)表面至最小外接圓柱面的最大距離作為圓柱度誤差值。此方法可以用來(lái)評(píng)定軸類外表面的圓柱度。它相當(dāng)于一只精度很高的環(huán)規(guī)與軸密配，經(jīng)多次測(cè)量間隙的最大值為其圓柱度公差。

2.3 最大內(nèi)接圓中心法

最大內(nèi)接圓中心法是用實(shí)際被測(cè)表面至最大內(nèi)接圓圓柱面的最大距離作為圓柱度誤差值。此方法可以用來(lái)評(píng)定孔類外表面的圓柱度。它相當(dāng)于一只精度很高的塞規(guī)與孔密配，經(jīng)多次測(cè)量間隙的最大值為其圓柱度公差。

上述3種方法在評(píng)定圓柱度公差時(shí)比較復(fù)雜，在實(shí)際工作中，采用近似的方法來(lái)確定理想要素的位置，比如用數(shù)學(xué)中的最小二乘法來(lái)擬合實(shí)現(xiàn)理想要素。在圓柱度測(cè)量技術(shù)中，理想要素就是圓柱面的軸心線。這也是我們測(cè)量圓柱度公差的關(guān)鍵。

3 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量圓柱度公差的方法

3.1 垂直軸線的截面圓法

這種方法反映了各截面圓圓心的彌散和半徑波動(dòng)情況，它往往不能反映整個(gè)圓柱表面的誤差。因此，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)多取幾個(gè)截面圓（至少3個(gè)），覆蓋整個(gè)圓柱長(zhǎng)度，確保測(cè)量精度。對(duì)于比較長(zhǎng)的圓柱測(cè)量精度高，該方法是比較好的測(cè)量方法。

3.2 螺旋形采點(diǎn)法

在靠近圓柱一端的地方，且在同一截面上至少采3點(diǎn)，其他各點(diǎn)在圓柱表面按螺旋順序采集，至少應(yīng)在3點(diǎn)以上，而且要覆蓋整個(gè)圓柱長(zhǎng)度。對(duì)于比較短的圓柱測(cè)量精度高，體現(xiàn)了圓柱精度較高的回轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)。

4 圓柱度的測(cè)量方法應(yīng)用

圓柱度的測(cè)量方法應(yīng)用，即螺紋孔位置尺寸的測(cè)量。在生產(chǎn)實(shí)踐中，測(cè)量光孔的位置很穩(wěn)定，而測(cè)量螺紋孔的位置卻很不穩(wěn)定。測(cè)量連續(xù)加工的3個(gè)零件同一位置尺寸，相差很大，經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)合格，而另一個(gè)不合格的情況，給生產(chǎn)部門(mén)、維修部門(mén)造成很大的困難。目前，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量螺紋孔有以下3種方法：①在螺紋孔中加裝螺紋芯軸，在芯軸上采點(diǎn)測(cè)量。這種測(cè)量方法誤差的主要原因是螺紋芯軸將螺紋孔的軸心線延長(zhǎng)，以及螺紋配合誤差的存在。這就會(huì)造成多次測(cè)量結(jié)果的散差很大。②在螺紋孔同一截面上采點(diǎn)。這種測(cè)量方法誤差的主要原因是同一截面上采點(diǎn)構(gòu)成的圓不在螺紋孔的軸心線上，而且在不同的地方測(cè)圓，其圓心偏離軸心線的距離有很大的區(qū)別。③沿螺紋孔中螺紋的旋轉(zhuǎn)方向步進(jìn)采點(diǎn)。這種測(cè)量方法保證了所采點(diǎn)構(gòu)成的圓的圓心在螺紋孔的軸心線上，在評(píng)價(jià)其位置尺寸時(shí)誤差最小。

5 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)踐中，應(yīng)充分理解和掌握形狀和位置公差的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)不斷探索形狀和位置公差的測(cè)量技術(shù)，提高測(cè)量精度，才能為生產(chǎn)、工藝改進(jìn)提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]張國(guó)雄.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999.

〔編輯：劉曉芳〕