基于半徑測量法探討圓柱度誤差

陳建軍+李軍

摘 要：圓柱度是形體形位公差的一項重要指標，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同來確定，因此在進行測量時，經常采用半徑測量法。筆者根據圓柱度誤差測量儀的基本原理，在半徑測量法的基礎上探討圓柱度測量誤差，就是將圓柱度測量儀器的長度方向的傳感器的精密測頭沿非常精密的直線形導軌運動，從而來精確測量被測圓柱類形體的若干個橫截面的半徑差，或者將圓柱度測量儀器的長度方向的傳感器的精密測頭沿被測物體的圓柱面作螺旋運動取樣，從而測得的最大半徑差，最后進一步確定物體的圓柱度誤差。

關鍵詞：形位誤差 圓度 圓柱度

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0018-02

形體的形位誤差能夠直接反映出零件的加工精度等技術指標，它包括零件表面的圓度、圓柱度、同軸度等指標，其中圓柱度是形體形位公差的一項重要綜合指標，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同確定。

物體圓度的誤差是指回轉類形體任選同一正截面，在這個截面上測出的實際輪廓對其理想輪廓圓的變動范圍的量，物體圓柱度誤差是指實際圓柱形體的輪廓表面對其理想圓柱面的變動量，兩者全面地反映了圓柱類零件的綜合誤差狀況，因此，對高精度的軸類或孔類零件測量其圓度和圓柱度誤差具有很重要的意義。

1 圓度誤差檢測方法

測量零件的圓度誤差是指在回轉類零件上，任選同一正截面，并在該同一正截面上測得的實際零件的輪廓相對于理想輪廓在半徑方向上的變動量，主要體現在半徑的差值為圓度誤差。在圓度誤差的檢測方面，到目前為至，采用圓度儀來檢測仍為圓度誤差測量最有效的手段之一。

圓度儀的測量方法是一種采用旋轉回轉軸法來精密測量零件圓度誤差的測量方法。在傳感器回轉式圓度儀上，測量零件的圓度誤差的方法是將傳感器回轉式圓度儀的測頭繞被測零件旋轉一周的測量值即認為是被測工件的圓度誤差。我們從位置傳感器的回轉式圓度儀的結構組成特點來分析，它具有高度類似圓柱度儀的普通功能，在使用位置傳感器的回轉式圓度儀來精密測量圓度時，要將位置傳感器的回轉式圓度儀的位置傳感器的測頭始終與被測的零件的回轉表面相互接觸，通過它的測頭與實際被測圓輪廓接觸時，而得到實際被測圓輪廓的半徑變化量，并通過位置傳感器的回轉式圓度儀測頭傳輸出來，將此變化量直接由傳感器接收后，并轉換成電信號，輸送到電氣系統，經功率放大器、有關濾波電路、邏輯運算器輸送到計算機系統，實現測量數據的自動化處理、打印及顯示有關結果。

2 圓柱度誤差檢測方法

形體的圓柱度公差屬于形狀和位置公差中的形狀公差的重要一種，是指圓柱面整個輪廓（圓柱面要素）的形狀精度，圓柱度誤差指在被測零件上，確定在其垂直于回轉面軸線截面上，通過測量其被測實際圓（柱）面對其理想圓（柱）面在半徑方向上的變動量，即表示被測的零件上圓柱面的外形輪廓上的各個點，對其理想的軸線保持等距的情況。形體的圓柱度誤差指標通常用零件的實際圓柱面要素對其理想圓柱面半徑方向的變動量來表示，也就是指整個圓柱面的任一垂直截面最大尺寸與任一垂直截面最小尺寸之差稱為圓柱度公差。

根據國家規定的圓柱度形狀誤差的評定標準和原則，測量圓柱度誤差過程中，在進行實際圓柱面要素與理想圓柱面相互比較時，應先根據實際圓柱面確定其最小的包容區域，以便形成兩個最小包容區域的兩同心圓（柱）面，圓柱度的公差是兩同軸圓柱面間的區域，通過它們的半徑差來計算圓柱度形狀誤差，該兩同軸圓柱面間的徑向距離即為公差值。圓柱度誤差包含了軸剖面和橫剖面兩個方面的誤差，它涵蓋了圓柱體圓度和素線直線度的綜合因素，是有這兩方面共同來確定。

3 半徑測量法

半徑測量法是最常用的一種測量圓柱度誤差的方法，這種方法便于實現零件自動化的測量，所用設備一般都為圓柱度測量儀，圓柱度測量儀根據測量方式可分為一種為測頭回轉式，即被測工件不動，測頭繞工件轉動；還有一種為工作臺回轉式，即測頭不動，被測工件隨工作臺一起轉動。

在采用圓柱度測量儀進行測量圓柱度誤差時，將圓柱度測量儀的精密測頭會自動地測取被測工件表面各點的坐標值，從而得到所有坐標值的變化量，用專用計算機進行數據處理。

圓柱度儀測量時一般采用半徑測量法，常用的半徑測量法主要有以下幾個方面。

（1）兩截面法或多截面法。測量時，被測工件找正后，只測量上下兩個截面，或將工件的圓柱面沿Z軸分成兩個以上的等距離截面，自下而上的測量，然后將測量所得到的數值送入計算機進行數據處理。

（2）單螺旋線法或雙螺旋線法。測量時工件找正后，測頭沿立柱導軌上下作勻速移動，同時工件回轉，則測頭在工件上劃出的軌跡為一條螺旋線，或先自下而上地測一條螺旋線，然后將測頭轉180°，再重復作一次螺旋線測量，用計算機自動處理數據。

（3）截面與單螺旋線混合法。先在下部測一個截面，再測一條螺旋線，然后在上部再測一個截面。

（4）截面與雙螺旋線混合法。先測下截面，再在180°的方向上各測一條螺旋線，然后測上截面。

半徑測量法是圓柱度儀測量圓柱度誤差重要的方法， 我們在此采用截面法來進一步說明半徑測量法，并利用TALYROND265專用圓柱度測量儀和配備的ULTRA軟件進行說明。

TALYROND265專用圓柱度測量儀具有精密的旋轉軸線和平行于旋轉軸線的精密直線導軌，兩者配合能形成高精度的基準圓柱面，采用圓柱度測量儀在進行測量圓柱形零件的圓柱度誤差時，首先要使圓柱度測量儀恢復原位，然后將零件放在圓柱度測量儀的轉臺上，并對零件進行調心、調平，使被測的零件的加工表面位于圓柱度測量儀測頭的徑向量程內，將被測零件沿垂直軸線分成數個等距截面，自下而上逐個截面測量，圓柱度測量儀轉臺旋轉軸線為基準來測量零件的徑向變化量，對圓柱度測量儀測頭測得零件的變化量進行數據處理。測量圓柱度誤差時，為了提高測量精度，必須消除偏心和傾斜誤差。假設圓柱度測量儀的回轉軸線為Z軸，實際上由于零件安裝的偏心或傾斜，會產生零件的軸線不能與Z軸重合在一起，即使通過精心調整，也一定會殘留偏心和傾斜的誤差。用圓柱度測量儀進行圓柱度誤差測量時，圓柱度測量儀工作臺帶著零件一起回轉，圓柱度測量儀測頭沿立柱導軌上下移動，自下而上逐個截面測量，然后將圓柱度測量儀測得的半徑變化量進行數據處理， 得出圓柱度誤差測量值。

4 結語

圓柱度是圓柱體圓度和素線直線度的綜合，在采用圓柱度誤差測量儀測量時，常采用半徑測量法，由測得的半徑差確定圓柱度誤差。

參考文獻

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