三坐標測量機測量同軸度誤差分析

黨威武

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 機械工程學院，陜西 西安 710300)

三坐標測量機測量同軸度誤差分析

黨威武

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 機械工程學院，陜西 西安 710300)

摘要：三坐標測量機是一種近些年發(fā)展起來的精密測量儀器，廣泛應用于機械、電子和國防等各個領域，是現(xiàn)代機械產(chǎn)品質(zhì)量控制與檢測的重要測量設備。三坐標測量機檢測同軸度具有高效率和高精度的特點，然而，在實際測量中，測量方法是影響測量結(jié)果的重要因素之一。結(jié)合實際情況分析比較了3種測量方法，分別為建立公共軸線法、改測直線度法及增大截面間距離法，指出了每種方法的測量特點及適合的測量環(huán)境，并通過實例簡單分析了如何選取合適的測量方法，進而說明合理、有針對性的測量方法對獲得準確、可靠的測量結(jié)果至關重要。

關鍵詞：三坐標測量機；同軸度；測量

隨著測量精度要求的不斷提升，三坐標測量機因其高精度和高效率而被廣泛應用，它是集光、機、電、算為一體的精密光學測量設備，主要應用于機械制造、汽車、模具、教育、電子、航空和國防工業(yè)等領域，是現(xiàn)代工業(yè)質(zhì)量控制與檢測的主要手段和設備[1-2]。測量對象包括各種尺寸公差和幾何公差，在計算機的控制下，能完成各種復雜的測量[3]。

在對機械零件檢測的幾何公差項目中，同軸度是一種常見的定位公差。依據(jù)相關國家標準規(guī)定，同軸度是指被測零件軸線對基準軸線(理論正確位置)的不同軸程度，其公差帶為以理論正確位置為軸線的圓柱體，本質(zhì)是利用最小包容區(qū)域法，以基準軸線為軸線的圓柱區(qū)域來控制實際軸線；因此，圓柱體的直徑就是同軸度的公差值，同軸公差值是對被測軸線的位置控制和約束。

應用三坐標測量機測量同軸度誤差，避免了常規(guī)檢測方法的繁統(tǒng)之處(如檢具的設計、制造帶來的時間和經(jīng)濟上的成本)，測量過程簡單、方便，測量效率高，測量結(jié)果精度高。然而，就實際測量情況來說，有時得到的測量結(jié)果并不能真實反映零件的同軸度誤差，其原因歸結(jié)為不合理的測量方法[4]，因此，利用三坐標測量機檢測同軸度誤差時，選擇合理、有針對性的檢測方法至關重要。

1三坐標測量機檢測同軸度方法比較

1.1建立公共軸線法

當被測元素和基準元素本身較短，但兩者距離較大時，常采用建立公共軸線法測量同軸度誤差。簡單的說就是分別在被測元素和基準元素上測量幾個橫截面，然后將這些截面的中心擬合成一條直線，這條直線就是公共軸線；然后，分別計算出被測元素和基準元素對公共軸線的同軸度，最大值即為該零件的同軸度誤差。

1.2改測直線度法

對于工作截面較短的工件，可以通過測量直線度來評價同軸度誤差，具體來說就是分別在被測元素和基準元素處測量幾個截面圓，然后將其圓心擬合成一條直線，利用該直線的直線度誤差值的2倍作為工件同軸度誤差。這是因為較短工件的軸心偏移量對其裝配性能影響較大，而軸心偏移量是通過軸心連線的直線度來控制的，因此，在此種情況下，改測軸心連線的直線度能較準確地反映工件的同軸度誤差。

1.3增大截面間距離法

對于較長的基準元素，在建立基準軸線時，應盡量增加截面間的距離。這是因為在基準處2個截面的距離越大，其與被測截面距離就越小，基準軸線偏離程度就越低，進而降低誤差干擾，提高同軸度檢測準確性。

2應用舉例

圖1所示為常見階梯軸，同軸度公差值為φ0.05 mm。在基準圓柱分別測量第一和第二截面圓，相距26 mm，連接圓心建立基準軸，可以看出，如果基準軸在基準圓柱第二截面圓處偏離理想軸0.02 mm，則當其延伸至被測圓柱第一截面圓(距離基準圓柱第一截面圓104 mm)時，將偏離0.08 mm，也就是說，在該階梯軸同軸度誤差的測量結(jié)果中會引入由于基準軸線偏移帶來的測量誤差，導致出現(xiàn)超差的表面現(xiàn)象。因此，對于與圖1類似的較長基準圓柱，在建立基準軸線時，應盡量增大2個截面間的距離，以降低由于基準軸線偏移帶來的測量誤差，得到合理、準確的測量結(jié)果。

圖1　階梯軸同軸度誤差處理示意圖

3結(jié)語

本文就常見公差項目同軸度在利用三坐標測量機檢測時，針對工件的具體情況，分析比較了3種檢測方法，為進一步得到可靠的測量結(jié)果提供了行之有效的途徑，并通過實例分析說明了合理、有效的檢測方法的選擇，對測量結(jié)果至關重要。然而，在實際的測量環(huán)節(jié)中，除測量方法之外，測量人員、測量環(huán)境和工件情況等都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響；因此，利用三坐標測量機檢測公差項目對實踐操作能力要求很高，只有通過大量實踐，積累檢測經(jīng)驗和技巧，運用合理的檢測方法，才能得到準確性高、可靠性強的測量結(jié)果。

參考文獻

[1] 張國雄. 三坐標測量機[M]. 天津: 天津大學出版社,1999.

[2] 王宏濤,周耀新. 發(fā)揮三坐標測量機功能 開出高質(zhì)量的實驗[J]. 實驗室研究與探索, 2000(6):27-28.

[3] 張作鵬, 陳學奎. 淺談三坐標測量機及其應用[J]. 廣西輕工業(yè), 2009(7):53-56.

[4] 楊衛(wèi)東. 三坐標測量機檢測機械加工零件同軸度誤差分析[J]. 科技信息, 2012(15):135-141.

責任編輯鄭練

Analysis of Measuring Coaxial Error by Coordinate Measuring Machine

DANG Weiwu

(College of Mechanics, Shaanxi Institute of Technology, Xi′an 710300, China)

Abstract:The coordinate measuring machine is a precision measurement instrument which has been developed in recent years, and widely used in various mechanical, electronic, national defense and other fields. It is an important measuring equipment for quality control and inspection of modern mechanical product. The coaxiality can be measured by using the coordinate measuring machine with high efficiency, high precision, however, in actual measurement, measurement method is one of the important factors for affecting the measurement results. In the paper, three measurement method was analyzed and compared with actual situation with consisting of establishing public line method, measuring straightness method and increasing the distance between the measuring sections method respectively. The characteristics and suitable measurement environment were also pointed out for each method. And it was analyzed and explored simply to how to select the suitable measuring method through the example. It was also proved that the reasonable and targeted measurement method is crucial to obtain accurate and reliable measuring results.

Key words:coordinate measuring machine, coaxiality, measure

收稿日期：2014-05-27

作者簡介：黨威武(1985-)，男，助教，碩士，主要從事精密機械技術等方面的研究。

中圖分類號：TH 69

文獻標志碼：A