轴孔类零件同轴度的检测与误差分析

轴孔类零件同轴度的检测与误差分析
摘要：同轴度的检测直接影响着相关工业产品的质量和互换性。

本文针对轴孔类零件，主要探讨了其同轴度误差的检测方法，给出了检测的改进方法，并分析了引起测量误差的主要原因，为检测人员的检测操作提供指导。

关键词：轴孔类零件；同轴度；检测；误差分析
引言
现代工业大批量和高效率的生产对产品质量以及互换性要求越来越高。

轴孔类零件作为工业产品中最为常见的一类，其形位公差检测的主要内容就是同轴度的检测，在已有检测方法的基础上加以改进，保证测量结果的真实和准确性，才能反应产品的真实状态从而保证产品的质量。

1.相关概念
（1）同轴度：控制轴孔类零件的被测轴线相对于基准轴线的同轴度误差大小。

（2）同轴度误差：被测轴线位置相对于基准轴线位置的变化量。

如图1.1所示，φd就是同轴度误差。

图1.1 同轴度误差
（3）同轴度公差：控制理论上本应该同轴的被测轴线与基准轴线的不同轴程度。

如图1.2所示，φf就是同轴度公差。

图1.2 同轴度公差
2.同轴度误差的检测
依照形位误差的界定，运用一定精度的测量仪和合适的测试方法来测量零件实际要素，从而获取数据的过程就是同轴度的检测。

轴孔类零件在实际生产中具有不同的结构形式，同轴度的要求在不同的使用场合也各有不同，所以相应的同轴度误差的检测方法也就不同。

2.1 轴类零件的同轴度误差检测
对于轴类零件，测量时调整基准轴线和仪器的旋转轴线同轴，使仪器的旋转轴成为参考基准，这时测量所得被测轴线相对于参考基准的误差值就是该轴类零件的同轴度。

轴类零件同轴度的检测方法通常有：三坐标测量机测量法、圆度仪测量法、打表法（对径差法）测量。

下面主要介绍对径差法测量。

如图2.1所示装置，在测量以公共轴线为基准的同轴度误差时，平板面作为测量基准，由V形块模拟体现公共基准轴线。

首先放置被测零件要素的中截面在两个同等高度的V形块上，安装指示表，保证两个指示表和被测轮廓要素轴线铅垂界面内的上下母线分别接触，一
端调零后平行于基准线在平板上拉动测量架，使测量架从被测元素轮廓一端测到另一端，同时记录记录表读数M a和M b，那么这两个截面上的同轴度误差就是两记录表数值差值的绝对值f=|M a-M b|，即，再转动被测零件，按上述方法测量若干对截面上的同轴度误差值，选取其中最大的值作为最终该被测零件的同轴度误差。

图2.1 打表法
2.2 孔类零件同轴度误差的检测
对于孔类零件，同轴度误差的检测时将基准轴线调节到和平板的工作面平齐的位置，以心轴的母线来模拟体现基准轴线和被测轴线，以平板工作面做测量基准。

如图2.2所示，以该孔类零件为例运用三坐标测量机来测量D2相对于D1的同轴度误差。

在图中，Y是理论坐标轴；Y1是以D1为基准建立的随H而延伸的坐标轴；Y2是由相关元素（D1，D2）建立的坐标轴。

以三坐标机测量法，一般方法是根据给定的基准要求测量相关元素，首先建立工件坐标系，然后分测量被测元素，得到每个元素在工件坐标系下的实际位置，最后测量机依据各元素实际测量得到的数据计算得出被测元素的同轴度误差。

在实际测量中，按照上述方法得到的计算结果会有很大的误差存在，为了减小误差，可以采用下面的改进测量方法。

图2.2 三坐标机测量法
首先通过测量相关元素（D1，D2）圆孔来确定圆心点的位置，连接所得两个圆心点得到一条基准轴线。

进而以基准轴线为基础确立计算同轴度的坐标系，也就是图中的Y2。

在Y2坐标系上测量D1和D2，在不同的孔分别测量两个或两个以上截面，最后测量机通过计算得到D2相对于D1的同轴度误差。

用该种方法得到的同轴度误差结果比较准确，能更好的反应零件的真实状态，从而保证质量。

孔类零件同轴度误差的检测方法还有对径法、壁厚测量法以及综合量规法等，但是以上这些方法都只适用于被测孔基准孔径较小，距离较近的孔类零件。

对于被测孔基准孔径较大的孔类零件，在同轴度误差检测时一般采用准直望远镜和自准仪进行测量。

测量原理是以测量仪器的光轴作为测量基准，再经过直接或者间接的方法得到被测要素的坐标值，进而计算求得同轴度误差。

3．提高测量准确度的改进方法
（1）创建公共轴线法
针对被测基准圆柱和被测圆柱都比较短小且相聚较远的情况可以用创建公共轴线的方法来进行检测。

公共轴线的确定是通过在基准圆柱和被测圆柱上测中截面，将测得的中截面连线作为公共轴线，被测零件的同轴度则是计算出的基准圆柱和被测圆柱分别对公共轴线的同轴度中的最大值。

当然还可以在公共轴线建立后用三坐标测量机测量该轴线与另一基准面，即圆柱端面的垂直度，从而间接的判断公共轴线是否符合要求，如果该垂直度不在要求的公差范围，表明孔或轴与端面不是垂直的，不管同轴度的检测结果如何，该零件都是不合适的产品。

（2）通过测直线度来间接体现同轴度
当被测零件尺寸较为短小时轴的倾斜对装配质量的影响不是很大，但是轴心偏移则对装配质量影响较大，针对这种情况可以用测直线度来反应同轴度的方法，因为轴心偏移的测量事实上就是轴心连线的直线度的测量。

以给出的同轴度的公差值代替直线度公差值来判断被测零件是否合格，该检测方法在工件工作截面越短的情况下效果越好。

（3）在允许范围内尽可能增加基准截面间的距离
和上面第二种情况相反，在被检测工件的基准轴或者基准孔较长的情况下，如果要检测基准元素则应该尽量增大第一截面和第二截面之间的距离，缩小因基准轴线偏离引起的测量误差，使相应的误差干扰比例成正比的缩减。

在基准足够长且基准和被测截面相对较近时，人为误差就会大大减小甚至消失。

4.引起测量误差的主要原因
在同轴度误差的检测过程中有很多因素会引起检测结果的准确性，主要原因可以概括为一下几方面。

（1）检测方法的影响:
每种检测方法都有各自的特点和优势，也有其检测的局限性，所以在检测一个零件前针对具体的零件形式个规格选取合适的检测方法是关键。

不当的检测方法会导致得到不准确的检测数据，从而不能正确的体现基准和被测要素，更不能反映零件的真实状态。

要选取能够正确测量基准的检测方法，尽量符合基准重合的原则。

（2）测量器具的影响
在正确选择了测量方法之后，不同的测量装置也会导致不同的测量结果，在实际的产品加工中，要根据被测零件的结构形式和精度要求选择合适的测量装置来检测同轴度的误差。

由于测量装置本身设计制造上的原因，会形成仪器误差和基准件误差，不可能达到绝对的准确，但是选择最适合的测量仪器可以将误差降到最低，保证测量结果的有效性。

（3）检测人员的操作影响:
同样的检测方法和检测装置，不同的检测操作人员可能会得出不同的检测结果，这和检测人员自身的专业素养有关，包括视觉分辨力、技术熟练度以及平时操作时个人的一些固有习惯等。

除了以上几种会对检测结果产生影响的主要因素外，还有一些因素也会对测量结果有影响，包括对检测所得数据的后续处理以及环境的影响等，所以较准确的测量还应该在恒温环境下进行同时对采测数据要经过正确的处理。

5.结语
同轴度检测是轴孔类零件形位公差检测的主要内容，为了保证产品的质量，针对轴孔类零件具体的形态和大小采用最合适的检测方法，尽可能避免所有能够引起测量误差的外部因素，才能得到准确的检测结果，反应被测件的真实状态。

参考文献
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