论箱体类零件的同轴度检测

论箱体类零件的同轴度检测
在本文中，首先介绍了箱体类零件同轴度的在线检测方法，有拉母线、盘表两种方法。

随后介绍了箱体类零件同轴度的三坐标检测方法，分析了测量误差的来源，介绍了单侧评价法、双侧评价法和公共轴线法。

标签：箱体类零件；拉母线；盘表；三坐标检测
（一）箱体类零件
箱体类零件在机器中用于承载轴承和齿轮件，其孔系的同轴度至关重要，一旦超差，将使轴和轴承装配后产生歪斜，加剧轴承磨损，降低轴承的使用寿命。

因此，箱体类零件加工完毕后，必须及时检测其孔系的同轴度。

在生产实践中，同轴度检测主要分为在线检测和三坐标检测。

（二）同轴度的在线检测
箱体类零件在镗床上进行精镗加工。

所谓在线检测，是指箱体精镗结束后，不拆压板，直接在镗床主轴上安装百分表，利用百分表检测孔系的同轴度。

在线检测简单易行，精度较高，可以不占用三坐标检测仪的时间，普通产品的箱体零件优先选择在线检测。

在线检测本质上，是以箱体的基准平面作为基准，用百分表测量每个轴承孔的圆跳动，以此来评价同轴度。

在线检测时，需注意以下几个要点：
必须在拆除压板前进行。

一旦拆除压板，则箱体的基准平面将发生位移，同轴度检测将失去基准。

必须使用工作台进给。

镗床的主轴和滑枕在伸缩时，会产生垂头，严重影响同轴度的检测精度。

所以检测时镗床的主轴和滑枕禁止伸缩，只能采用工作台的V轴进给，利用V轴导轨良好的直线度来保证检测精度。

测量结束后，工作台V轴应返回初始位置，百分表示数应可以回零，以防测量过程中百分表发生位移。

检测结果必须记录在专用的检查表中，并由操作工和检查员签字确认。

（三）在线检测之拉母线法
所谓母线，指一个孔的圆柱面内，与轴线平行的任意一根直线。

在线检测牵涉到的有上母线、下母线、左母线、右母线。

左母线、右母线又合称侧母线。

由于百分表跟随主轴旋转时会产生一定误差，所以箱体同轴度的在线检测优先选用拉母线法，而不是盘表法。

拉母线法的基本程序为：
用内径千分尺测量各孔的直径
根据实测直径计算出各孔母线的落差，落差=（D1-D2）/2
用百分表找到轴承孔的下母线，左右移动镗床的X轴，百分表接触的最低点即为下母线
工作台进给，检查各孔的下母线跳动，若孔径不同则根据落差值改变主轴的Y坐标
用百分表找到轴承孔的侧母线，上下移动镗床的Y轴，百分表接触的最远点即为侧母线
工作台进给，检查各孔的侧母线跳动，若孔径不同则根据落差值改变主轴的X坐标
拉母线法的检测精度高，测量时间短，在线检测时应优先选用。

但当镗床的定位精度较差，无法按落差值准确移动时，应使用盘表法。

（四）在线检测之盘表法
盘表法的基本程序为：
找正第一个孔的孔心，百分表跳动≤0.01 mm
工作台进给至第二个孔位置
用百分表检测第二个孔的四点跳动
以此类推，用百分表检测其余孔的四点跳动
盘表法的精度略逊于拉母线法，测量时间较长，在镗床的定位精度较差时选用。

（五）用三坐标检测同轴度的争议
重要产品的箱体，以及不方便进行在线检测的箱体（如外协厂家精镗的箱体），可选用三坐标计量仪进行同轴度的检测。

当箱体体积很大，超出三坐标计量仪的行程，可使用激光跟踪仪进行检测，但测量原理与三坐标计量仪一致。

三坐标计量仪的精度很高，可以方便地检测箱体的各形位公差，如圆柱度、平行度、垂直度等，在生产实践中并无争议。

主要争议出现在同轴度的评价方式上。

比如检测B孔轴线相对于A孔轴线的同轴度。

由于A孔的轴线较长，所以可以比较精确地测出该同轴度。

但如果A、B两孔的轴线皆短，且相距较远，而要测B孔相对于A孔的同轴度，则误差极大，在实践中无法做到。

其原因可用下图进行解释：
如上图所示，每个孔用三坐标测量2个截面，则A、B两孔可测出4个截面的孔心坐标，分别记为a、b、c、d。

设ab距离为L1，bc距离为L2，cd距离为L3。

假设a、b、c、d四点完全共线，即同轴度为零。

由于三坐标测量仪存在少量误差，假设b点的测量误差为Δx，则以ab轴线为基准时，测得的d点出现偏移。

设d点偏移量为x，则根据相似三角形可算出：
本来a、b、c、d四点是共线的，测出的d点却出现了不小的偏移，且与L2、L3、Δx成正比，与L1成反比。

当L1很短，且L2很长时，三坐标计量仪测出的同轴度为虚假数据，在生产中无实际意义。

L1越短，L2越长，则误差被放大得越厉害。

因此，三坐标检测箱体类零件的同轴度，必须根据实际情况，分别采用单侧评价法、双侧评价法、公共轴线法。

其中双侧评价法的测量精度最高，应优先使用。

（六）三坐标检测的单侧评价法
当A轴线较长时，应以A轴线作为基准，去评价B轴线相对于A轴线的同轴度，如此则测量结果较为准确。

注意：单侧评价法仅用于A孔轴线较长，且两孔距离不远的情况，否则测量误差将被成倍放大。

（七）三坐标检测的双侧评价法
当两孔距离较远时，应采用双侧评价法。

以最远的两个点a、d为基准，去测量b、c两点是否偏离该基准。

用此方法评价四点是否共线，测量效果非常好，三坐标计量仪误差的影响微乎其微，所得的结果为真实数据。

假如测得的b、c两点偏移极小，则A孔和B 孔的平行度极好，且同心程度也极好。

将轴承放入A、B两孔，让刚性的轴在轴承内转动，则轴承的工作条件极好。

由于轴承内部也存在少量间隙，所以b、c 两点的微小偏移是完全允许的。

因此，当两孔距离较远时，应优先采用双侧评价法，可以获得非常准确的同轴度数据。

（八）三坐标检测的公共轴线法
所谓公共轴线法，即以a、b、c、d四个截面的中心按照最小二乘法拟合为一条公共轴线，去单独评价a、b、c、d每个截面中心的同轴度，取其中的最大值作为公共轴线法的同轴度。

公共轴线法本质上缩小了同轴度的数值，所以用公共轴线法测量的同轴度，其数值往往非常小。

但公共轴线法有其物理意义，相当于用一根心轴直接去检测两孔的同轴度，所以即使公共轴线法缩小了同轴度的实际数值，在齿轮箱的使用方面也有其积极意义。

只要公共轴线法评价合格，轴承的运转即无问题。

很多加工圖纸按照公共轴线法标注同轴度，在这种情况下，可以在三坐标检测时选用公共轴线法评价同轴度。

（九）结论
在箱体类零件的生产实践中，应优先选用在线检测。

在线检测应优先选择拉母线法，因为测量精度高，检测时间短，但镗床的定位精度应满足检测要求。

若镗床精度无法满足检测要求，则选用盘表法。

对于重要产品的箱体，或在线检测不便的箱体（如外协加工），可选用三坐标检测。

当基准孔系足够长时，可使用单侧评价法。

当两孔间距较大时，应使用双侧评价法。

当图纸要求公共轴线法时，可使用公共轴线法。

参考文献：
[1] 刘裕先.调头镗孔理论及应用.北京.机械工业出版社，1999
[2] 吴国梁.镗工实用技术手册.南京.江苏科学技术出版社，2007。