浅谈如何利用坐标测量机进行同轴度的准确测量

2023-02-19王江山赵峥刘焱段艳君

中国军转民 2023年1期

■王江山赵峥刘焱段艳君

引言

同轴度的检测是我们在几何量测量工作中经常遇到的问题。对于同轴度测量有多种方式方法，通常可用旋转打表法测量或插入心轴方法测量。利用三坐标测量机进行该测量又是形位公差检测的一项重要内容。然而，坐标测量机检测同轴度是一个比较典型的困扰测量机用户的问题。尤其是两个相邻较远的圆柱的同轴度，在现实中又确实经常遇到这种情况。由于测量方法不同，检测人员对工艺的理解不同，有时会出现测量结果误差很大，造成对工件的误判断的现象。

通过理论分析和实践证明，其测量结果的好坏，不仅取决于机器的精度，而且与图纸标注和测量方法都有着直接的关系。所以，弄清图样标注含义和选定正确的检测方法是十分重要的。

1 同轴度的定义

在国标中，同轴度的公差带乃是直径为公差值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它的偏差类型大致分为三种情况：

1）对于基准轴线的同轴度：见图1

图1 对于基准轴线的同轴度

2）对于公共轴心线的同轴度：见图2

图2 对于公共轴心线的同轴度

3）对于基准圆心的同心度：见图3

图3 对于基准圆心的同心度

2 两个相邻较远的圆柱同轴度的标注方法及含义

在实际工作过程中，经常遇到两个相邻较远的圆柱同轴度的测量。如果两个圆柱相距较远，那么它们的同轴度也会因工艺的不同，有不同的标注含义。大致分三种情况：

2.1 A、B 两孔（A左孔，B右孔）,其中A孔为基准轴线,B孔为被测轴线,C 为被测表面长度,则B 对A 的同轴度。如图4所示：

图4 B 对A 的同轴度

2.2 A、B 两孔（A 左孔，B 右孔）,其中B 孔为基准轴线,A孔为被测轴线,C 为被测表面长度,则A 对B 的同轴度。如图5所示：

图5 A 对B 的同轴度

2.3 A、B 两孔（A 左孔，B 右孔）,且A、B 两孔的公共轴心线为基准轴线，a 为A 孔被测表面长度,b 为B 孔被测表面长度,则A 对(A-B)与B 对(A-B)的同轴度。如图6所示：

图6 A 对(A-B)与B 对(A-B)的同轴度

3 测量机检测同轴度产生测量误差的原因分析

在实际检测过程中，如果要求被测量的两个圆柱足够近，那么它们的同轴度可根据图纸标注的确切含义直接进行测量和评价，测量误差小，结果准确可靠。但有些工艺图纸的同轴度检测（如图4、图5、图6）时，就不能直接根据图纸标注的确切含义测量和评价，否则会产生很大测量误差。原因分析：假如有两个短圆柱，其中一个作基准圆柱，另一个作被测圆柱，在基准圆柱上测量两个截面圆，其连线作基准轴线。被测圆柱上也测量两个截面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。假设基准上两个测量截面的距离为很小，基准第一截面与被检第一截面之间的距离很大，即此种检测方案同轴度对采点的敏感系数就很大，若按图样标注情况直接对该工件进行同轴度测量和评价，测量结果通常超差很大，造成误判断。如图7所示，距离为10mm时，偏差为5μm；距离为100mm时，偏差则是50μm。这个结果表明，两个圆柱间距离越远，测量结果的偏差越大。

图7 同轴度的误差分析

4 两个相邻较远的圆柱同轴度的测量和评价方法

针对相邻较远的圆柱同轴度容易产生测量误差的情况，应该如何利用测量机准确测量和评价同轴度，下面提出三种方法，供检测人员在实际检测过程中参考。

4.1 增加基准截面间的距离

在测量基准元素时，若第一截面与第二截面的距离加大，误差将成正比减小。因此，测量时要有意识地拉开基准截面间的距离。若基准截面间的距离够远，同时基准与被检截面相邻，这个问题自然就解决了。

4.2 用公共轴线作为基准轴线

当基准圆柱与被测圆柱较短且距离较远时，我们可以采取用公共轴线作为基准轴线的方法，在基准圆柱和被测圆柱上测中间截面，其中截面连线作为基准轴线，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对基准轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度误差。如图6中，A 对(A-B)与B 对(A-B)的同轴度，可以建立A-B公共轴线，然后评价A对A-B公共轴线的同轴度和B对A-B公共轴线的同轴度，取两个同轴度中的最大值作为该零件的同轴度误差。

4.3 考虑实际工作或装配要求作变通处理——改测同轴度为测直线度

对于上面图4和图5情况，就是一个典型的圆柱对圆柱的同轴度测量。若用传统的检验心棒去检测，其合格品在装配时的确很少出现问题，因为这种检测方法体现的就是实际装配过程，由此证明其检测方法是可行的。然而，从图样标注的确切含义来讲，用上述方法进行的同轴度检测并不符合定义。因为当使用心棒进行圆柱对圆柱的同轴度测量，实际上体现的是两圆柱对心棒轴心线的同轴度，而心棒轴心线模拟的正是一个公共基准轴线。与此同时，若选用三坐标测量机按图样标注对该工件进行同轴度测量（在此假定两圆柱相邻较远），可能就会有相当一部分工件视为“超差品”。显然，两者的检测结果就出现了明显差异。而那些“超差品”经装配实验后证明大多数没有问题，这就不得不引起测量机操作员的注意。分析其原因，既不是机器精度太低，也不是系统软件计算错误，主要还是图样标注不妥。对此，可以采用变通的方法，改测同轴度为测量直线度。因为这种情况下轴的倾斜对装配影响较小，而轴心偏移对装配影响较大，轴心偏移的测量，实际上就是测量轴心连线的直线度。具体实际方法是：分别在两个小圆柱上测n个截面圆，然后选择这几个圆，建立一条直线，这条直线的直线度就可显示出来。用直线度代替同轴度（直线度×2）。