同軸度與同心度的測量方法

■陜西柴油機(jī)重工有限公司 （興平 713105） 李 蕾

同軸度與同心度的測量方法

■陜西柴油機(jī)重工有限公司 （興平 713105） 李 蕾

摘要：同軸度和同心度都屬于形位公差里的一種，通過對同軸度與同心度測量原理的分析研究，明確不同測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，使用者可以結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際零件的測量部位和測量要求，選用合適的測量方法對零件進(jìn)行測量。

在機(jī)械加工中，軸、孔是加工零件的加工要素，這種情況十分普遍。同軸度與同心度的計量是此類加工要素恒久不變的計量對象。但由于兩者間不論從名稱上，還是從測量方法上都存在很大的相似之處，所以在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會被搞混。而對于結(jié)構(gòu)差異比較大的零件，在弄清測量原理的基礎(chǔ)上，選用合適的測量方法，是本文討論的目的。

1. 同軸度與同心度的定義

同軸度是被測圓柱（孔）的軸線對基準(zhǔn)圓柱（孔）的軸線的偏差。基準(zhǔn)軸線可沿其軸線方向無限延長。由于被測軸線對基準(zhǔn)軸線的不同點(diǎn)可能出現(xiàn)在空間的各個方向上，故其公差帶為以基準(zhǔn)軸線為軸線的圓柱體（見圖1）。

同心度是同軸度的特殊形式。當(dāng)被測要素為圓心（點(diǎn)）、薄型工件上的孔或軸的軸線時，可視被測軸線為被測點(diǎn)，它們對基準(zhǔn)軸線的同軸度即為同心度。故對同心度的測量可以進(jìn)行投影測量（見圖2）。

如圖3所示零件，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被測部位的可測量部位較小，而基準(zhǔn)的測量部位較大，這類零件就可以將同軸度的測量轉(zhuǎn)化為同心度的測量。

圖1

圖2

圖3

2. 同軸度的測量原理

在基準(zhǔn)圓柱上測量兩個截面圓，用其連線作為基準(zhǔn)軸。在被測圓柱上也測量兩個截面圓，構(gòu)造一條直線，然后計算同軸度。假設(shè)基準(zhǔn)上兩個截面的距離是10mm，基準(zhǔn)第一截面與被測圓柱的第一截面的距離是100mm，如果基準(zhǔn)的第二截面圓的圓心位置與第一截面圓的圓心位置有5μm的測量誤差，那么基準(zhǔn)軸線延伸至被測圓柱的第一基準(zhǔn)面時已偏離50μm=5μm×100/10，此時即使被測軸線與基準(zhǔn)軸線完全同軸，其測量結(jié)果也會有100μm的誤差（同軸度公差值為直徑，50μm為測量半徑），如圖4所示。

圖4

3. 同軸度的普通測量方法

（1）壁厚測量法：對于小型套筒類零件（無圓柱度要求），可以將內(nèi)外圓的同軸度測量轉(zhuǎn)化為壁厚測量（見圖5）。當(dāng)2（ab）≤t時，被檢要素符合要求。

圖5

例如圖6所示的墊片類零件，此類零件在裝配中一般起到密封的作用，在壓緊力的作用下，內(nèi)外圓一起向內(nèi)或外變形，變形量的多少直接影響密封的效果，所以可以將它檢測內(nèi)外圓同軸度的要求用壁厚測量法來解決。

圖6

（2）同軸度量規(guī)：當(dāng)最大實(shí)體原則應(yīng)用于被測要素和基準(zhǔn)要素時，先檢驗零件上各部位尺寸的合格性，再使位置度量規(guī)進(jìn)入被測和基準(zhǔn)部位，能同時進(jìn)入者為同軸度合格件（見圖7）。

圖7

例如圖8所示的零件，該檢測要素為間斷孔，從其結(jié)構(gòu)上分析，此類要素一般有定位、導(dǎo)向的作用，但零件孔徑較小，用測表檢測受到測針的限制，所以這種情況下一般采用同軸度量規(guī)來測量（見圖9）。

圖8

圖9

4. 同軸度的三坐標(biāo)測量法

當(dāng)被檢件形狀復(fù)雜或被測要素為孔對孔、軸對軸時，如圖10所示零件，壁厚測量法將顯得無能為力，而同軸度塞規(guī)制作起來會很笨重，不適宜人工操作，這時就需要用三坐標(biāo)測量儀（見圖11）來進(jìn)行測量。

圖10

圖11

（1）公共軸線法（見圖12）：在被測要素和基準(zhǔn)要素上測得多個橫截面的圓的中心收集起來，將這些圓心（每個圓的直徑可以不一致）構(gòu)造成3D直線，作為公共軸線，作為其同軸度評價的基準(zhǔn)，然后分別計算基準(zhǔn)圓柱和被測圓柱對公共軸線的同軸度，取其最大值為該零件的同軸度誤差值。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(shí)際裝配過程。

圖12

（2）直線度法（見圖13）：在被測要素和基準(zhǔn)要素的截面上測量幾個圓，然后將這幾個圓的圓心（a1，a2，…，an；b1，b2，…，bn）連接起來，構(gòu)成“連接軸線”，計算其直線度，應(yīng)用最大實(shí)體邊界來限定被測要素的實(shí)體。隨著孔或軸的實(shí)際尺寸偏離其最大實(shí)體尺寸的程度不同會產(chǎn)生相應(yīng)的同軸度誤差。

（3）求距法（見圖14）：改測同軸度為測量同心度，通過測量被測要素與基準(zhǔn)要素距離來計算同心度誤差。將被測要素和基準(zhǔn)要素投影到基準(zhǔn)平面上（間距為a），然后進(jìn)行計算，同軸度為aL2/L1。這種方法要求零件的關(guān)聯(lián)要素基準(zhǔn)要好。

圖10所示零件可以用三坐標(biāo)測量法中的任意一種進(jìn)行測量，具體選用何種可以根據(jù)操作人員的習(xí)慣來選擇。但當(dāng)零件只有同軸度要求，而缺少被測軸線和基準(zhǔn)軸線對同一平面“V”的垂直度V 要求時，三坐標(biāo)測量法中的求距法將不能使用。

在實(shí)際操作中，我們要先根據(jù)具體情況判斷出被測要素的測量種類，然后根據(jù)要求選用合適的計量手段進(jìn)行測量。

圖13

圖14

參考文獻(xiàn)：

[1] 全國產(chǎn)品尺寸和幾何技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 1182―2008產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）幾何公差形狀、方向、位置和跳動公差標(biāo)注 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 海克斯康測量技術(shù)（青島）有限公司. 海克斯康3DFI操作手冊[Z].青島：海克斯康測量技術(shù)（青島）有限公司，2013.

專家點(diǎn)評

該文對同軸度與同心度的關(guān)系分析透徹，并有實(shí)際的應(yīng)用舉例，讓讀者一目了然。對不同類型同軸度的測量采用不同的方法，講述清晰明了，具有比較強(qiáng)的現(xiàn)場實(shí)用性。

收稿日期：（20150408）