1概述

在现代机械行业中,使用三坐标测量机对产品的质量进行控制已成为关键性手段。三坐标测量机以其自身的高精度、公差评价快捷直观以及适合于复杂多样的测量种类要求而被广泛采用。在日常的工作中经常会遇到 ,也是长期困扰三坐标测量的一个难题 ,就是以短圆柱为基准的形位误差的测量问题 。

2 小基准形位误差测量问题

    短圆柱基准是指被测要素与基准要素线性长度之比在5:1以上的基准。例如以短圆柱为基准的同轴或跳 动误差的测量 。如果完全按照图样要求测量理论上是可以的,但实际操作中我们会发现测量出的结果相差甚远,实测结果会超差几倍甚至几十倍,不能客观反映零件实际情况,零件本身实际不会有如此大的偏差的,那么,我 们用什麽方法可以测量出这个真实值呢?误差的来源有哪些呢?

       出现以上现象可能的原因 :(1)测量机精度低 ;(2) 软件计算错误 ;(3)测量方法的问题 ;(4)设计要求不合理。而我们 只要按照被测产品的公差范围,按照 1/3— 1/10的测量原则来选择合适精度的测量机就可以消除测量机精度低的问题;而图纸定型后图样要求无法改变,所以只能从软件的算法误差及测量方法误差方面着手解决 。3 消除小基准形位误差误差 的方法同轴度误差测量时,如果测量方法不当 ,有时会出现测量结果误差偏大的现象。其原因在于测量基准的建 立 ,如果基准圆柱,很短,而基准与被测间距离很大 , 其同轴度误差 t=a*L/I,那么,距离越远,其误差t越大 ,导致同轴度误差也越大。  

假设基准上两个截面的距离I为10mm,基准第一截 面与被测圆柱的第一截面的距离 L为100mm,如果基准 的第二截面圆的圆心位置与第一截面 圆圆心a有 5 μm 的测量误差 ,那么基准轴线延伸到被测 圆柱第一截面时 已偏离 50 μm ,因此 即使被测 圆柱与基准完全 同轴 ,同轴 度误差 t也会有 2×50=100 μm 的误差 ,测量原理 图如图1所示

对于同轴度误差 的测量 ,被测要素的测量误差受基准误差的影响较大。直接评价的结果之所以误差较 大, 是 因为两个 圆柱相距较远 ,引入了延长误差 。因此,对于基准圆柱为短圆柱且与被测圆柱距离较远时不能直接求得 ,测量时应使用增加辅助基准或采用公共轴线来 进行 测量和评价。

 3.1.1 建立公共轴线法

在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆,再将这些圆的圆心构造一条3D直线,作为公共轴线,每个圆的直径可以不一致,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。这条公共轴线近似于一个模拟心轴,因此这种方法接近零件的实际装配过程。

3.1.2测量实例

 

如图2所示,基准B对基准A的同轴

,由于A基准很短,属于小基准,如果直接用A基准建立轴线来测量B对A的同轴,则实测结果会超差十几倍,不能客观反映零件实际情况,零件本身实际不会有如此大的偏差。因此我们应采用公共轴线来建立零件坐标系来消除测量误差。具体方法如下:

 在A基准和B基准上测量横截面圆,每个圆的直径可以不一致,再将这些圆的圆心构造一条3D直线,作为公共轴线来建立Z轴,然后在评价基准B对基准A的同轴即可。坐标系建立的步骤:

(1)见图2,首先测量圆柱A和圆柱B,然后用圆柱A和圆柱B的质心点构造公共轴线,建立Z轴正方向,粗建建立坐标系,

(2)在坐标系1下分别测量圆A和圆B,将圆A和圆B的圆心连线构造公共轴线,精建坐标系2;

(3)在坐标系2下,分别测量圆A和圆B,然后评价B对A的同轴即可。

 这条公共轴线近似于一个模拟心轴,因此这种方法接近零件的实际装配过程,测量方法更加准确可靠。

3.2增加辅助基准法

3.2.1增加辅助基准的条件(1)在检测零件时,允许选择一个与设计基准一次加工形成的要素作为辅助基准;(2)对于被选做辅助基准的要素,设计基准与选定基准之间的位置公差必须严格控制,位置公差不大于0. 002mm

 

(1)见图3,用E面,建立Z轴正方向,建立坐标系1;

(2)测量圆B,将圆B的圆心建立X轴及Y轴的坐标原点,建立坐标系2

(3)在坐标系2下,测量圆A,然后分别评价A基准对B基准的跳动即可。

第2项D基准对B基准外圆柱跳动

的测量和第1项测量方法一样,在在坐标系2下,测量圆D,然后分别评价D基准对B基准的跳动即可。在检测零件时,首先允许选择一个与设计基准一次加工形成的要素E面作为辅助基准建立Z轴,以B基准定圆心建立坐标系来测量就可以有效地避免延长误差。