同轴度检测是机械加工测量中经常遇到的问题。通常, 检测零件的同轴度是很困难的, 零件的精度只有靠设备和加工者的经验保障。利用PowerINSPECT进行同轴度检测, 既直观又方便, 测量结果精度高, 免去了常规方法检测用的检具的设计与制造所需的时间和费用, 大幅度的降低了生产成本,缩短了生产周期。但是在实际测量工作中, 由于测量方法不当, 可能会出现测量结果误差大等问题。对此, 我们进行了分析研究, 并提出了相应的检测方法。
一.同轴度误差的基本含义
根据GB/ T1182 - 1996 中同轴度误差的定义,同轴度是指被测圆柱面轴线对基准轴线不共轴程度。如图1 所示。根据定位最小包容区的概念用与基准轴线同轴的圆柱面来包容被测圆柱面(孔)的实际轴线, 在被测长度内, 最小包容圆柱面的直径 二.同轴度测量误差分析与处理方法
A. 同轴度测量误差分析
从同轴度的定义分析不难看出, 影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向, 特别是轴线方向。例如我们在基准圆柱上测量两个截面圆, 其连线作基准轴。如图2 所示。在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。假设基准上两个截面圆的距离为10mm , 基准第一截面圆与被测圆柱上第一个截面圆之间的距离为100mm , 如果基准圆柱第二截面圆的圆心位置有5μm 的测量误差, 这样, 测量轴线到达被测圆柱第一个截面圆时已偏离50μm , 此时, 即使被测轴线与基准完全同轴, 其计算结果也会有100μm 的误差。很显然, 这种测量误差是人为的, 造成误差的原因是基准轴本身出现的偏离。
B. 处理方法
这种测量误差是人为的, 造成误差的原因是基准轴本身出现了偏离。为此, 我们采用以下方法来减小或避免测量误差, 实践证明这些方法是行之有效的。
1. 改测同轴度为测直线度
当被检工件较短时, 可以改测同轴度为测直线度。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小, 轴心偏移的测量实际就是测量轴心连线的直线度。具体方法是: 分别在两个小圆柱上测几个截面圆, 然后选择这几个圆, 利用这几个圆圆心建立一条直线, 在PowerINSPECT中计算这条直线的直线度。可用该零件直线度公差值当作同轴度的公差值, 来判断零件是否合格。这种方法工作截面越短, 效果越好。
2. 尽量增加基准截面间的距离
当被检工件基准轴(孔) 相对较长时, 在测量基准元素时, 尽量加大第一截面和第二截面的距离,误差干扰比例将成正比减小。因此, 测量时要有意识地拉开截面间的距离, 由此减小由于基准轴线偏离引起的测量误差, 若基准足够长, 同时基准与被检截面较近, 人为误差就自然消失了。
3. 建立公共轴线
当基准圆柱与被测圆柱较短且距离较远时, 我们可以采取建立公共轴线的方法。在基准圆柱和被测圆柱上测中截面, 其中截面连线作为公共轴线,然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度, 取其最大值作为该零件的同轴度误差。公共轴线建立后, 可以继续测量该轴线与基准圆柱端面(端面为另一基准面) 的垂直度, 间接地判断公共轴线是否正确, 如果超出公差范围, 说明孔或轴与端面不垂直, 即使同轴度测量合格, 也属于不合格零件, 可能由于机床的精度达不到要求或零件装夹不正以及加工时切削参数不合理造成。
测量实例
如图3 所示, 为被检测零件简图, 根据零件的特征分析, 被测的两孔深只有20mm , 并且相距较远200mm。采用传统的测量方法, 即在B 端建立基准轴,然后在PowerINSPECT中求出C 端圆柱对基准轴线的同轴度为0.118mm , 属于超差零件。采取建立公共轴线的方法。在基准圆柱B 和被测圆柱C 分别测中截面圆, 将两截面圆圆心连线作为公共轴线, 然后计算该零件的同轴度误差为0.045mm。属于合格零件。
前者测量误差较大的原因是: B 端基准孔深只有20mm , 在建立基准轴线时, 由于切削加工后的孔的内表面会留下沟槽, 以及孔本身存在着圆度误差, 这样, 三坐标测量机的测头在其表面打点测截面圆时, 就会产生一定的误差, 用测量的截面圆建立的基准轴线也同样产生一定的误差,由于B、C 两端相距较远, 基准轴线延长180mm 后就会产生较大的误差。因此, 其测量结果也是不正确的。应该采用建立公共轴线的测量方法。测量结论是: 加工误差在公差之内, 属于合格零件。
结论
可见在同轴度测量时, 要根据零件的具体特征, 选择不同的测量方法, 这三种方法在实际工作中灵活应用, 将会提高测量结果的准确性和可靠性。利用以上测量方法, 我们已检测了冲头、箱体、冲盘等零件, 均能达到满意的测量效果, 解决了生产实际问题, 得到了用户的认可。(end)
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