基于半径测量法探讨圆柱度误差

陈建军+李军

摘 要：圆柱度是形体形位公差的一项重要指标，它涵盖了圆柱体圆度和素线直线度的综合因素，是有这两方面共同来确定，因此在进行测量时，经常采用半径测量法。笔者根据圆柱度误差测量仪的基本原理，在半径测量法的基础上探讨圆柱度测量误差，就是将圆柱度测量仪器的长度方向的传感器的精密测头沿非常精密的直线形导轨运动，从而来精确测量被测圆柱类形体的若干个横截面的半径差，或者将圆柱度测量仪器的长度方向的传感器的精密测头沿被测物体的圆柱面作螺旋运动取样，从而测得的最大半径差，最后进一步确定物体的圆柱度误差。

关键词：形位误差 圆度 圆柱度

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0018-02

形体的形位误差能够直接反映出零件的加工精度等技术指标，它包括零件表面的圆度、圆柱度、同轴度等指标，其中圆柱度是形体形位公差的一项重要综合指标，它涵盖了圆柱体圆度和素线直线度的综合因素，是有这两方面共同确定。

物体圆度的误差是指回转类形体任选同一正截面，在这个截面上测出的实际轮廓对其理想轮廓圆的变动范围的量，物体圆柱度误差是指实际圆柱形体的轮廓表面对其理想圆柱面的变动量，两者全面地反映了圆柱类零件的综合误差状况，因此，对高精度的轴类或孔类零件测量其圆度和圆柱度误差具有很重要的意义。

1 圆度误差检测方法

测量零件的圆度误差是指在回转类零件上，任选同一正截面，并在该同一正截面上测得的实际零件的轮廓相对于理想轮廓在半径方向上的变动量，主要体现在半径的差值为圆度误差。在圆度误差的检测方面，到目前为至，采用圆度仪来检测仍为圆度误差测量最有效的手段之一。

圆度仪的测量方法是一种采用旋转回转轴法来精密测量零件圆度误差的测量方法。在传感器回转式圆度仪上，测量零件的圆度误差的方法是将传感器回转式圆度仪的测头绕被测零件旋转一周的测量值即认为是被测工件的圆度误差。我们从位置传感器的回转式圆度仪的结构组成特点来分析，它具有高度类似圆柱度仪的普通功能，在使用位置传感器的回转式圆度仪来精密测量圆度时，要将位置传感器的回转式圆度仪的位置传感器的测头始终与被测的零件的回转表面相互接触，通过它的测头与实际被测圆轮廓接触时，而得到实际被测圆轮廓的半径变化量，并通过位置传感器的回转式圆度仪测头传输出来，将此变化量直接由传感器接收后，并转换成电信号，输送到电气系统，经功率放大器、有关滤波电路、逻辑运算器输送到计算机系统，实现测量数据的自动化处理、打印及显示有关结果。

2 圆柱度误差检测方法

形体的圆柱度公差属于形状和位置公差中的形状公差的重要一种，是指圆柱面整个轮廓（圆柱面要素）的形状精度，圆柱度误差指在被测零件上，确定在其垂直于回转面轴线截面上，通过测量其被测实际圆（柱）面对其理想圆（柱）面在半径方向上的变动量，即表示被测的零件上圆柱面的外形轮廓上的各个点，对其理想的轴线保持等距的情况。形体的圆柱度误差指标通常用零件的实际圆柱面要素对其理想圆柱面半径方向的变动量来表示，也就是指整个圆柱面的任一垂直截面最大尺寸与任一垂直截面最小尺寸之差称为圆柱度公差。

根据国家规定的圆柱度形状误差的评定标准和原则，测量圆柱度误差过程中，在进行实际圆柱面要素与理想圆柱面相互比较时，应先根据实际圆柱面确定其最小的包容区域，以便形成两个最小包容区域的两同心圆（柱）面，圆柱度的公差是两同轴圆柱面间的区域，通过它们的半径差来计算圆柱度形状误差，该两同轴圆柱面间的径向距离即为公差值。圆柱度误差包含了轴剖面和横剖面两个方面的误差，它涵盖了圆柱体圆度和素线直线度的综合因素，是有这两方面共同来确定。

3 半径测量法

半径测量法是最常用的一种测量圆柱度误差的方法，这种方法便于实现零件自动化的测量，所用设备一般都为圆柱度测量仪，圆柱度测量仪根据测量方式可分为一种为测头回转式，即被测工件不动，测头绕工件转动；还有一种为工作台回转式，即测头不动，被测工件随工作台一起转动。

在采用圆柱度测量仪进行测量圆柱度误差时，将圆柱度测量仪的精密测头会自动地测取被测工件表面各点的坐标值，从而得到所有坐标值的变化量，用专用计算机进行数据处理。

圆柱度仪测量时一般采用半径测量法，常用的半径测量法主要有以下几个方面。

（1）两截面法或多截面法。测量时，被测工件找正后，只测量上下两个截面，或将工件的圆柱面沿Z轴分成两个以上的等距离截面，自下而上的测量，然后将测量所得到的数值送入计算机进行数据处理。

（2）单螺旋线法或双螺旋线法。测量时工件找正后，测头沿立柱导轨上下作匀速移动，同时工件回转，则测头在工件上划出的轨迹为一条螺旋线，或先自下而上地测一条螺旋线，然后将测头转180°，再重复作一次螺旋线测量，用计算机自动处理数据。

（3）截面与单螺旋线混合法。先在下部测一个截面，再测一条螺旋线，然后在上部再测一个截面。

（4）截面与双螺旋线混合法。先测下截面，再在180°的方向上各测一条螺旋线，然后测上截面。

半径测量法是圆柱度仪测量圆柱度误差重要的方法， 我们在此采用截面法来进一步说明半径测量法，并利用TALYROND265专用圆柱度测量仪和配备的ULTRA软件进行说明。

TALYROND265专用圆柱度测量仪具有精密的旋转轴线和平行于旋转轴线的精密直线导轨，两者配合能形成高精度的基准圆柱面，采用圆柱度测量仪在进行测量圆柱形零件的圆柱度误差时，首先要使圆柱度测量仪恢复原位，然后将零件放在圆柱度测量仪的转台上，并对零件进行调心、调平，使被测的零件的加工表面位于圆柱度测量仪测头的径向量程内，将被测零件沿垂直轴线分成数个等距截面，自下而上逐个截面测量，圆柱度测量仪转台旋转轴线为基准来测量零件的径向变化量，对圆柱度测量仪测头测得零件的变化量进行数据处理。测量圆柱度误差时，为了提高测量精度，必须消除偏心和倾斜误差。假设圆柱度测量仪的回转轴线为Z轴，实际上由于零件安装的偏心或倾斜，会产生零件的轴线不能与Z轴重合在一起，即使通过精心调整，也一定会残留偏心和倾斜的误差。用圆柱度测量仪进行圆柱度误差测量时，圆柱度測量仪工作台带着零件一起回转，圆柱度测量仪测头沿立柱导轨上下移动，自下而上逐个截面测量，然后将圆柱度测量仪测得的半径变化量进行数据处理， 得出圆柱度误差测量值。

4 结语

圆柱度是圆柱体圆度和素线直线度的综合，在采用圆柱度误差测量仪测量时，常采用半径测量法，由测得的半径差确定圆柱度误差。

参考文献

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