淺談如何利用坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行同軸度的準(zhǔn)確測量

■王江山 趙崢 劉焱 段艷君

引言

同軸度的檢測是我們?cè)趲缀瘟繙y量工作中經(jīng)常遇到的問題。對(duì)于同軸度測量有多種方式方法，通常可用旋轉(zhuǎn)打表法測量或插入心軸方法測量。利用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行該測量又是形位公差檢測的一項(xiàng)重要內(nèi)容。然而，坐標(biāo)測量機(jī)檢測同軸度是一個(gè)比較典型的困擾測量機(jī)用戶的問題。尤其是兩個(gè)相鄰較遠(yuǎn)的圓柱的同軸度，在現(xiàn)實(shí)中又確實(shí)經(jīng)常遇到這種情況。由于測量方法不同，檢測人員對(duì)工藝的理解不同，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)測量結(jié)果誤差很大，造成對(duì)工件的誤判斷的現(xiàn)象。

通過理論分析和實(shí)踐證明，其測量結(jié)果的好壞，不僅取決于機(jī)器的精度，而且與圖紙標(biāo)注和測量方法都有著直接的關(guān)系。所以，弄清圖樣標(biāo)注含義和選定正確的檢測方法是十分重要的。

1 同軸度的定義

在國標(biāo)中，同軸度的公差帶乃是直徑為公差值t，且與基準(zhǔn)軸線同軸的圓柱面內(nèi)的區(qū)域。它的偏差類型大致分為三種情況：

1）對(duì)于基準(zhǔn)軸線的同軸度：見圖1

圖1 對(duì)于基準(zhǔn)軸線的同軸度

2）對(duì)于公共軸心線的同軸度：見圖2

圖2 對(duì)于公共軸心線的同軸度

3）對(duì)于基準(zhǔn)圓心的同心度：見圖3

圖3 對(duì)于基準(zhǔn)圓心的同心度

2 兩個(gè)相鄰較遠(yuǎn)的圓柱同軸度的標(biāo)注方法及含義

在實(shí)際工作過程中，經(jīng)常遇到兩個(gè)相鄰較遠(yuǎn)的圓柱同軸度的測量。如果兩個(gè)圓柱相距較遠(yuǎn)，那么它們的同軸度也會(huì)因工藝的不同，有不同的標(biāo)注含義。大致分三種情況：

2.1 A、B 兩孔（A左孔，B右孔）,其中A孔為基準(zhǔn)軸線,B孔為被測軸線,C 為被測表面長度,則B 對(duì)A 的同軸度。如圖4所示：

圖4 B 對(duì)A 的同軸度

2.2 A、B 兩孔（A 左孔，B 右孔）,其中B 孔為基準(zhǔn)軸線,A孔為被測軸線,C 為被測表面長度,則A 對(duì)B 的同軸度。如圖5所示：

圖5 A 對(duì)B 的同軸度

2.3 A、B 兩孔（A 左孔，B 右孔）,且A、B 兩孔的公共軸心線為基準(zhǔn)軸線，a 為A 孔被測表面長度,b 為B 孔被測表面長度,則A 對(duì)(A-B)與B 對(duì)(A-B)的同軸度。如圖6所示：

圖6 A 對(duì)(A-B)與B 對(duì)(A-B)的同軸度

3 測量機(jī)檢測同軸度產(chǎn)生測量誤差的原因分析

在實(shí)際檢測過程中，如果要求被測量的兩個(gè)圓柱足夠近，那么它們的同軸度可根據(jù)圖紙標(biāo)注的確切含義直接進(jìn)行測量和評(píng)價(jià)，測量誤差小，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。但有些工藝圖紙的同軸度檢測（如圖4、圖5、圖6）時(shí)，就不能直接根據(jù)圖紙標(biāo)注的確切含義測量和評(píng)價(jià)，否則會(huì)產(chǎn)生很大測量誤差。原因分析：假如有兩個(gè)短圓柱，其中一個(gè)作基準(zhǔn)圓柱，另一個(gè)作被測圓柱，在基準(zhǔn)圓柱上測量兩個(gè)截面圓，其連線作基準(zhǔn)軸線。被測圓柱上也測量兩個(gè)截面圓，構(gòu)造一條直線，然后計(jì)算同軸度。假設(shè)基準(zhǔn)上兩個(gè)測量截面的距離為很小，基準(zhǔn)第一截面與被檢第一截面之間的距離很大，即此種檢測方案同軸度對(duì)采點(diǎn)的敏感系數(shù)就很大，若按圖樣標(biāo)注情況直接對(duì)該工件進(jìn)行同軸度測量和評(píng)價(jià)，測量結(jié)果通常超差很大，造成誤判斷。如圖7所示，距離為10mm時(shí)，偏差為5μm；距離為100mm時(shí)，偏差則是50μm。這個(gè)結(jié)果表明，兩個(gè)圓柱間距離越遠(yuǎn)，測量結(jié)果的偏差越大。

圖7 同軸度的誤差分析

4 兩個(gè)相鄰較遠(yuǎn)的圓柱同軸度的測量和評(píng)價(jià)方法

針對(duì)相鄰較遠(yuǎn)的圓柱同軸度容易產(chǎn)生測量誤差的情況，應(yīng)該如何利用測量機(jī)準(zhǔn)確測量和評(píng)價(jià)同軸度，下面提出三種方法，供檢測人員在實(shí)際檢測過程中參考。

4.1 增加基準(zhǔn)截面間的距離

在測量基準(zhǔn)元素時(shí)，若第一截面與第二截面的距離加大，誤差將成正比減小。因此，測量時(shí)要有意識(shí)地拉開基準(zhǔn)截面間的距離。若基準(zhǔn)截面間的距離夠遠(yuǎn)，同時(shí)基準(zhǔn)與被檢截面相鄰，這個(gè)問題自然就解決了。

4.2 用公共軸線作為基準(zhǔn)軸線

當(dāng)基準(zhǔn)圓柱與被測圓柱較短且距離較遠(yuǎn)時(shí)，我們可以采取用公共軸線作為基準(zhǔn)軸線的方法，在基準(zhǔn)圓柱和被測圓柱上測中間截面，其中截面連線作為基準(zhǔn)軸線，然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測圓柱對(duì)基準(zhǔn)軸線的同軸度，取其最大值作為該零件的同軸度誤差。如圖6中，A 對(duì)(A-B)與B 對(duì)(A-B)的同軸度，可以建立A-B公共軸線，然后評(píng)價(jià)A對(duì)A-B公共軸線的同軸度和B對(duì)A-B公共軸線的同軸度，取兩個(gè)同軸度中的最大值作為該零件的同軸度誤差。

4.3 考慮實(shí)際工作或裝配要求作變通處理——改測同軸度為測直線度

對(duì)于上面圖4和圖5情況，就是一個(gè)典型的圓柱對(duì)圓柱的同軸度測量。若用傳統(tǒng)的檢驗(yàn)心棒去檢測，其合格品在裝配時(shí)的確很少出現(xiàn)問題，因?yàn)檫@種檢測方法體現(xiàn)的就是實(shí)際裝配過程，由此證明其檢測方法是可行的。然而，從圖樣標(biāo)注的確切含義來講，用上述方法進(jìn)行的同軸度檢測并不符合定義。因?yàn)楫?dāng)使用心棒進(jìn)行圓柱對(duì)圓柱的同軸度測量，實(shí)際上體現(xiàn)的是兩圓柱對(duì)心棒軸心線的同軸度，而心棒軸心線模擬的正是一個(gè)公共基準(zhǔn)軸線。與此同時(shí)，若選用三坐標(biāo)測量機(jī)按圖樣標(biāo)注對(duì)該工件進(jìn)行同軸度測量（在此假定兩圓柱相鄰較遠(yuǎn)），可能就會(huì)有相當(dāng)一部分工件視為“超差品”。顯然，兩者的檢測結(jié)果就出現(xiàn)了明顯差異。而那些“超差品”經(jīng)裝配實(shí)驗(yàn)后證明大多數(shù)沒有問題，這就不得不引起測量機(jī)操作員的注意。分析其原因，既不是機(jī)器精度太低，也不是系統(tǒng)軟件計(jì)算錯(cuò)誤，主要還是圖樣標(biāo)注不妥。對(duì)此，可以采用變通的方法，改測同軸度為測量直線度。因?yàn)檫@種情況下軸的傾斜對(duì)裝配影響較小，而軸心偏移對(duì)裝配影響較大，軸心偏移的測量，實(shí)際上就是測量軸心連線的直線度。具體實(shí)際方法是：分別在兩個(gè)小圓柱上測n個(gè)截面圓，然后選擇這幾個(gè)圓，建立一條直線，這條直線的直線度就可顯示出來。用直線度代替同軸度（直線度×2）。

5 補(bǔ)充說明

為了減小或避免測量誤差，三坐標(biāo)操作人員測量同軸度時(shí)，如果測量結(jié)果超差很大可采用以下方法驗(yàn)證，避免出現(xiàn)誤判斷現(xiàn)象。

1）當(dāng)基準(zhǔn)元素為孔時(shí)，可插入配合間隙較為合適的心棒，以延長基準(zhǔn)軸線的實(shí)測長度；

2）可用一只綜合量規(guī)來驗(yàn)證這種方法的準(zhǔn)確性。

3）實(shí)際檢測中，為避免出現(xiàn)測量誤差，造成誤判斷，要求操作人員要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，做到具體情況具體分析。