使用三坐標(biāo)測(cè)量圓錐上定尺寸圓的斜向圓跳動(dòng)的測(cè)量方法

周炯鋆

摘要： 在使用三坐標(biāo)測(cè)量形位公差時(shí)，斜向圓跳動(dòng)公差的測(cè)量結(jié)果判定受到操作、維修、質(zhì)量、工藝及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等從業(yè)人員的質(zhì)疑。為此，結(jié)合對(duì)形位公差標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用實(shí)踐，本文針對(duì)企業(yè)跳動(dòng)檢具中使用的校準(zhǔn)件上的圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動(dòng)的檢測(cè)設(shè)計(jì)了一種使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的方案。

Abstract： In measuring the shape and position tolerances by the coordinate measuring technology， the measurement results of oblique circular runout tolerances are questioned by employees of operation， maintenance， quality， process and product design. Therefore， combined with the research and application of shape and position tolerance standard， this paper designs a measuring scheme using a coordinate measuring machine， aiming at testing oblique circular runout of a fixed circle on a cone.

關(guān)鍵詞： 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；斜向圓跳動(dòng)；公差標(biāo)準(zhǔn)

Key words： coordinate measuring machine；oblique circular runout；tolerance standard

中圖分類號(hào)：P111.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）10-0144-02

1 概述

在機(jī)械制造過程中，形位公差的測(cè)量主要通過平板、平尺、百分表、圓度儀、刀口尺和自準(zhǔn)直儀等計(jì)量器具及配套設(shè)備進(jìn)行直接或間接測(cè)量。其測(cè)量準(zhǔn)確性除了受到測(cè)量器具測(cè)量不確定度的影響外，在一定程度上還受到測(cè)量方法、測(cè)量人員及測(cè)量環(huán)境等多方面因素的影響，所以在測(cè)量結(jié)果的判定上往往存在爭(zhēng)議。隨著三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，越來越多的制造企業(yè)在形位公差的測(cè)量中選用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)器，從而減小了測(cè)量人員及測(cè)量環(huán)境的影響。

在使用三坐標(biāo)測(cè)量形位公差時(shí)，圓跳動(dòng)公差的測(cè)量結(jié)果判定受到操作、維修、質(zhì)量、工藝及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等從業(yè)人員的質(zhì)疑。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)圓跳動(dòng)是這樣定義的：圓跳動(dòng)公差是被測(cè)要素某一固定參考點(diǎn)圍繞基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)一周時(shí)（零件和測(cè)量?jī)x器間無軸向位移）允許的最大變動(dòng)量t，圓跳動(dòng)公差適用于每一個(gè)不同的測(cè)量位置。同時(shí)注明圓跳動(dòng)可能包括圓度、同軸度、垂直度和平面度等誤差，由此看出圓跳動(dòng)公差作為用于控制一個(gè)或多個(gè)要素對(duì)基準(zhǔn)的綜合性誤差，在實(shí)際測(cè)量中將受到更多因素的影響。所以在實(shí)際測(cè)量時(shí)，檢測(cè)方案的合理與否，直接決定了最終評(píng)價(jià)結(jié)果的正確與否。

為此，結(jié)合對(duì)形位公差標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用實(shí)踐，本文針對(duì)企業(yè)跳動(dòng)檢具中使用的校準(zhǔn)件上的圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動(dòng)的檢測(cè)設(shè)計(jì)了一種使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的方案。

2 檢測(cè)參數(shù)分析

如圖1，被測(cè)參數(shù)為校準(zhǔn)件圓錐面上直徑為？準(zhǔn)D的圓對(duì)基準(zhǔn)軸線的斜向圓跳動(dòng)。在實(shí)際測(cè)量中，為了進(jìn)一步提高測(cè)量檢具的精度，所以對(duì)校準(zhǔn)件在實(shí)際使用時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行技術(shù)分析，最終確定該校準(zhǔn)件的斜向圓跳動(dòng)的校準(zhǔn)結(jié)果是使用以到？準(zhǔn)D圓距離分別為h1和h2的兩個(gè)圓的圓心連線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)軸測(cè)量出的斜向圓跳動(dòng)。

3 測(cè)量難點(diǎn)與解決方案

由于三坐標(biāo)測(cè)量原理的原因，該校準(zhǔn)件的測(cè)量最大的難題就是如何準(zhǔn)確測(cè)量？準(zhǔn)D圓。為了解決該問題，我們先來分析一下？準(zhǔn)D圓測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)對(duì)最后的結(jié)果有哪些影響。

首先，在評(píng)價(jià)圓跳動(dòng)時(shí)，斜向圓跳動(dòng)公差如圖2中（a）所示為平行于素線的一組平行線，實(shí)際評(píng)價(jià)時(shí)圓跳動(dòng)的公差帶如圖2中（b）所示是平行于軸線的一組平行線。兩者之間可以通過公式（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

其次，測(cè)量基準(zhǔn)A的位置時(shí)，？準(zhǔn)D圓的位置偏差會(huì)使得A基準(zhǔn)的測(cè)量位置與實(shí)際使用不符。為了減小誤差可使用掃描測(cè)量逐層逼近直到找到最佳位置，具體算法如下：

在實(shí)際的測(cè)量程序中考慮到測(cè)量直徑D1受到三坐標(biāo)測(cè)量定位精度的影響可能出現(xiàn)迭代多次D1已經(jīng)很接近D值但始終無法與D值相等的情況，這會(huì)極大地降低測(cè)量效率并且可能使測(cè)量程序進(jìn)入死循環(huán)，所以在兼顧測(cè)量準(zhǔn)確性的情況下該程序通過查找相關(guān)資料做出了如下優(yōu)化：在測(cè)量循環(huán)開始之前先設(shè)立循環(huán)次數(shù)n，得到D1后將判斷條件由D1=D更改為D1=D或|D1-D|≤ε，如果循環(huán)n次判斷條件仍不能達(dá)成則終止程序。判斷條件中的ε一般取校準(zhǔn)件尺寸公差的十分之一，同時(shí)可以根據(jù)校準(zhǔn)件的實(shí)際使用情況作出適當(dāng)修正。

4 試驗(yàn)及驗(yàn)證

5 結(jié)論

通過對(duì)測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生原因的分析發(fā)現(xiàn)測(cè)量斜向圓跳動(dòng)的過程中三坐標(biāo)軟件采用的數(shù)據(jù)處理方法會(huì)引入余弦誤差，同時(shí)基準(zhǔn)的測(cè)量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大。本人在此基礎(chǔ)上通過逐層逼近的測(cè)量方法找到最佳位置的被測(cè)要素與基準(zhǔn)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法消除了余弦誤差，并在實(shí)際工作中驗(yàn)證了該測(cè)量方案的可行性，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)量校準(zhǔn)件圓錐面上定直徑圓的斜向圓跳動(dòng)并提供可供參考的測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)值得一提的是我們?cè)诖_定測(cè)量方法時(shí)除了要考慮該方法是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以外還需要考慮零件的使用狀況、工作原理等影響要素。只有兼顧了這兩者才能讓我們得到的測(cè)量結(jié)果既準(zhǔn)確又與實(shí)際使用狀態(tài)相符。

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