同軸度是機(jī)械產(chǎn)品檢測(cè)中常見的一種形位公差項(xiàng)目。

同軸度是定位公差的一種,理論正確位置即為基準(zhǔn)軸線。由于被測(cè)軸線對(duì)基準(zhǔn)軸線的不同點(diǎn)可能在空間各個(gè)方向上出現(xiàn),故其公差帶為一以基準(zhǔn)軸線為軸線的圓柱體,公差值為該圓柱體的直徑,在公差值前總加注符號(hào)“”。同軸度公差是用來控制理論上應(yīng)同軸的被測(cè)軸線與基準(zhǔn)軸線的不同軸程度。

對(duì)于規(guī)則軸類零件,一般可采用V型支架、鋼球加杠桿百分表或偏擺儀等專用檢具及組合輔具來檢測(cè)同軸度;對(duì)于箱體孔類零件,一般可采用芯軸加杠桿百分表或利用圓度儀來檢測(cè)同軸度。但對(duì)于一些大型零部件(如機(jī)床主軸等)或不規(guī)則軸類零件以及箱體零件的不規(guī)則內(nèi)孔,采用常規(guī)方法測(cè)量同軸度則很難實(shí)現(xiàn)或非常麻煩。

同軸度用常規(guī)工具比較難測(cè),在日常工作中常用測(cè)量跳動(dòng)的方法代替。測(cè)量跳動(dòng)的方法一般是用偏擺儀頂住兩個(gè)中心孔或者用車床夾持,這樣旋轉(zhuǎn)零件,看百分表(或千分表)的數(shù)值。如圖1所示,d168.4g6為基準(zhǔn)A,要求測(cè)量d155n6對(duì)基準(zhǔn)A的同軸度d0.05。將最左端夾在車床卡盤上,在頂尖部用百分表先打基準(zhǔn)找正,再將表移至d155n6端,觀察此時(shí)表的讀數(shù)差值,即為同軸度值。

同軸度檢測(cè)是我們?cè)跍y(cè)量工作中經(jīng)常遇到的問題,此時(shí),用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)來測(cè)量同軸度是一種不錯(cuò)的選擇。CMM測(cè)量同軸度的最大特點(diǎn)是無(wú)須轉(zhuǎn)動(dòng)工件,無(wú)須專用芯軸或?qū)Ｓ弥Ъ?無(wú)須機(jī)械找正,只需用測(cè)頭探針對(duì)工件取點(diǎn)采樣,即可快速輸出測(cè)量結(jié)果。用三坐標(biāo)進(jìn)行同軸度的檢測(cè)不僅直觀且又方便,其測(cè)量結(jié)果精度高,并且重復(fù)性好。經(jīng)過思考總結(jié)了一些關(guān)于同軸度測(cè)量的內(nèi)容。

1、關(guān)于基準(zhǔn)

通常,基準(zhǔn)是一個(gè)具有確定方向的直線,但基準(zhǔn)是由實(shí)際要素來確定的,是一個(gè)理想要素。三坐標(biāo)計(jì)算法為最小二乘法,這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)可以自動(dòng)根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算,比較方便,但不符合國(guó)標(biāo)的規(guī)定,即不符合最小條件的評(píng)定原則。三坐標(biāo)建立基準(zhǔn)軸線,是通過采集一定數(shù)量的點(diǎn),然后按照一定的計(jì)算公式和評(píng)價(jià)方法,對(duì)采集的點(diǎn)進(jìn)行處理,最終生成一個(gè)基準(zhǔn)元素。

a)如果采集的點(diǎn)數(shù)太少,將不能很全面地反映被測(cè)圓柱的實(shí)際特征,即直徑、方向矢量、圓柱度誤差等,從而,以此建立的基準(zhǔn)將與實(shí)際要素的理想軸線有偏離,從而導(dǎo)致被測(cè)元素的同軸度誤差增大,這個(gè)是通過圖形文本反應(yīng)出來的。

b)另外一個(gè)方面,當(dāng)基準(zhǔn)元素的形狀誤差,即柱度誤差較大時(shí),將產(chǎn)生很大的影響。一方面由于采集的點(diǎn)數(shù)有限,如果圓柱度誤差大,則意味著每增加一個(gè)點(diǎn),計(jì)算機(jī)計(jì)算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產(chǎn)生大的偏離,由此,再來測(cè)量被測(cè)元素的同軸度,也將產(chǎn)生很大的偏差。如圖2,為一個(gè)截面的采點(diǎn)情況,假設(shè)原來均勻采四個(gè)點(diǎn),沿坐標(biāo)方向,形成如圖2所示的圓心O,當(dāng)增加左下方45°方向的兩個(gè)點(diǎn)時(shí),圓點(diǎn)將可能向左下方移動(dòng)到O′,從而軸線產(chǎn)生偏離。

c)再者,截面數(shù)太少也會(huì)影響方向矢量。一個(gè)圓柱如果只采集兩端的兩個(gè)截面,則不能反映中間截面的情況,從而使得軸線產(chǎn)生較大的偏離。事實(shí)上,如果截面越多,將越逼近理想位置。當(dāng)然,在實(shí)際測(cè)量中,不可能測(cè)量很多截面,而且中間位置很難測(cè)到。

2、用三坐標(biāo)測(cè)量同軸度的方法

對(duì)于基準(zhǔn)圓柱與被測(cè)圓柱(較短)距離較遠(yuǎn)時(shí)不能用測(cè)量軟件直接求得,通常用公共軸線法、直線度法、求距法求得。

2.1 公共軸線法

在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上測(cè)量多個(gè)橫截面的圓,再將這些圓的圓心構(gòu)造一條3D直線,作為公共軸線,每個(gè)圓的直徑可以不一致,然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱對(duì)公共軸線的同軸度,取其最大值作為該零件的同軸度。這條公共軸線近似于一個(gè)模擬心軸,因此這種方法接近零件的實(shí)際裝配過程。

2.2 直線度法

在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上測(cè)量多個(gè)橫截面的圓,然后選擇這幾個(gè)圓構(gòu)造一條3D直線,同軸度近似為直線度的兩倍。被收集的圓在測(cè)量時(shí)最好測(cè)量其整圓,如果是在一個(gè)扇形上測(cè)量,則測(cè)量軟件計(jì)算出來的偏差可能很大。

2.3 求距法

同軸度為被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素軸線間最大距離的兩倍。即用關(guān)系計(jì)算出被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素的最大距離后,將其乘以2即可。求距法在計(jì)算最大距離時(shí)要將其投影到一個(gè)平面上來計(jì)算,因此這個(gè)平面與用作基準(zhǔn)的軸的垂直度要好。這種情況比較適合測(cè)量同心度。

3、實(shí)際應(yīng)用

如圖3,在被測(cè)工作截面較短的情況下,可用改測(cè)直線度以替代同軸度的變通方法。因?yàn)檫@種情況下軸的傾斜對(duì)工件裝配影響較小,而軸心偏移對(duì)工件裝配影響較大,測(cè)量軸心偏移實(shí)際上就是 測(cè)量軸心連線的直線度。具體實(shí)現(xiàn)方法為:分別在兩個(gè)小圓柱上測(cè)量n個(gè)截面圓,然后選取這n個(gè)圓的圓心擬合一條三維直線,該直線的直線度可近似替代同軸度(同軸度=2×直線度)。工作截面越短,該方法效果越好,并且可很方便地制作一個(gè)綜合量規(guī)來驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性。如圖4所示,要求兩端部相對(duì)軸線的同軸度為d0.03,直接手動(dòng)測(cè)量?jī)蓚?cè)圓柱或者通過構(gòu)造兩圓柱,構(gòu)建軸線,算出與軸線的距離,乘以2就是同軸度值。

如圖5所示,兩D80的孔左側(cè)為基準(zhǔn)A,要求右側(cè)孔相對(duì)基準(zhǔn)同軸度D0102,此時(shí)只能分別測(cè)頭A90B9,A90B180兩方向測(cè)量,建立公共軸線,求右側(cè)孔對(duì)基準(zhǔn)的同軸度,直接評(píng)價(jià)即得結(jié)果。

利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量工件同軸度是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)、講究科學(xué)性、注重技巧性的工作,只有不斷實(shí)踐,接觸各種類型的工件,才能發(fā)現(xiàn)問題并解決問題,總結(jié)出指導(dǎo)性很好的測(cè)量技巧。

（來源：測(cè)量俱樂部）