短基准同轴度的测量分析.doc

1.同轴度的定义
在国标中，轴线的同轴度公差的定义为“公差带是直径为Φt的圆柱面内的区域,该圆柱面的轴线与基准轴同轴”。根据定位最小包容区的概念，用与基准轴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就是被测圆柱面轴线对基准轴线的同轴度。轴线是中心要素，一般没有实体，不能直接体现和测量，只能以表面要素间接体现和测量，对实际轴线理论上应是连续的横截面表面要素的最小条件中心的连线，是一条空间曲线;对基准轴线，还应在实际轴线的基础上取其最小条件轴心线。在误差允许的情况下，上述轴线都允许近似代替。
2.CMM测量同轴度误差放大的原因分析 根据同轴度的定义，用CMM测量同轴度时，可以从三个方面考察其测量误差：①基准轴线的采集与建立；②被测元素轴线的采集与建立；③基准轴线与被测元素轴 线之间的位置关系的评价。 从测量原理上讲，CMM直接测得的是被测工件上一些特征点的坐标位置，为了获得被测参数值，需要通过测量软件的数据处理和运算。因此,被测参数的测量精度主 要与CMM的系统误差、测头系统误差、工件形状误差、算法误差、环境误差、采样策略和敏感系数等因素有关。而对于同轴度的测量,采样策略和敏感系数对精度的 影响更大。 采样策略是指如何在被测物体表面合理安排采样点,采集多少点最为合理,且使检测误差达到最小。所谓合理是指在同一台测量机上,在相同的环境下,测量同一个零件, 怎样安排测量点的位置和测量点数,可以获得较高的测量精度,且耗费的时间比较经济。 采样数量和采样位置会影响测量结果的原因在于:①被测元素并非理想元素,存在形状误差。②CMM采点及计算方法有局限性，存在测量误差.由于采样策略对测量结 果影响较大，因此如对测量结果有异议，可考虑改变采样策略多测几次，然后分析结果,给出正确的测量数据。 敏感系数表示测量结果受初始测量要素影响的大小。对于同轴度测量，被测要素的测量结果受基准误差的影响较大。
3.测量方法
3.1 直接评价 如果选择其中的一个圆柱做基准,由于误差放大的原因，测量结果会产生很大的误差，可能将合格的零件误判为不合格 直接评价的结果之所以较大，是因为2个柱体相距较远,引入了延长误差。对于同轴度测量，被测要素的测量误差受基准误差的影响较大。 主要原因: 设计者对基准选择不当, 经常将基准要素由联合基准标注为单一基准,由于两个短圆柱相距较远, 无形中引入了延长误差. 造成测量中的困惑. 这是一个比较典型困扰测量机用户的问题，事实上已经证明由此单丛测量数据上来看将有相当一部分工件被视为“超差品”，而那些“超差品”经装配实验后证明 大多数没有问题。这就不得不需要引起测量机操作员的注意。分析原因，既不是机器精度太低，也不是系统软件计算错误，主要是图样标注不妥。
 3.2 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间的距离加大,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. 3.3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,取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.当然,这样误差会减少,毕竟基准长了,而且是两者的结合,综合考虑了两个轴线的空间位置,减少了误差值.其实,这种也是不恰当的,其风险在于,缩小了实际可能比较大的误差,将不合格的零件误判为合格.
3.3考虑实际工作或装配要求作变通处理
3.3.1求距法 同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的两倍。即计算出被测元素和基准元素的最大距离ds后，乘以2即可。考虑工件的实际功能或装配要求，可直接根据集合关系计算出被测要素与基准要素的最大距离，乘以2即为同轴度。计算最大距离时，应投影到一个平面上来计算，因此该平面与基准轴的垂直度应较好。
3.3.2变通处理-改测同轴度为测量直线度法 在被测元素和基准元素上多采截面，然后用圆心构造出一条3d直线，近似用直线度代替同轴度。(同轴度误差=直线度的2倍) 资料证明,当一个截面的点数超过80个以上时，点数的影响才可以忽略，当然在实际的测量工作中不可能去采如此之多的点(虽然能够做到)，但增加截面数和点数,将无疑逼近被测元素的实际形状,无疑减少了测量的误差。 通过与传统的“芯轴测量”的结果相比较，“直线法”测量同轴度误差得到的结果比较符合实际情况，是一种比较准确可靠的测量同轴度误差的方法。
3.3.3变通处理-改测同轴度为位置度 考虑加工工艺,可将测得的基准要素圆心置于原点，再测量被测要素，通过其圆心的坐标偏差来判断其同轴度.
4.注意点: 4.1同轴度应严格明确基准要素和被测要素。只有在两个要素结构相同且对称的情况下，才可以采用互为基准,这种情况不多见，除此以外，一般A对B的同轴度和B对A的同轴度是不等效的。对于同轴度公差,图样上应分别标明被测要素与基准要素。如果在检测时被测要素与基准相互转换，则对于某些工件可能得到完全不同的几何误差值. 4.2根据加工方法选择同轴度测量方法 ①被测孔（轴）和基准孔（轴）为“1刀加工”时，可以建立公共轴线（那么建立公共轴线的2个圆就要尽量靠近两端，这样拟合的轴线就会最大包容这个柱体）;然后被评价的圆柱与拟合的公共轴线进行评价。 ②如果不是1刀加工的,您需要将坐标系建在基准圆投影在端面上的位置，然后测量被评价柱体的多个截面。求这些截面在该工作平面内的最大偏差，然后将此数值*2即为最终的同轴度偏差. ③在检测同轴度时,有时测量超差的原因并非检测方法不对，而是由其它原因如碰杆、表面缺陷、表面粗糙度、圆度、油污、夹具变形、摆放不正等原因引起，应作具体分析及相应处理.