同軸度與同心度的測(cè)量方法

■陜西柴油機(jī)重工有限公司 （興平 713105） 李 蕾

同軸度與同心度的測(cè)量方法

■陜西柴油機(jī)重工有限公司 （興平 713105） 李 蕾

摘要：同軸度和同心度都屬于形位公差里的一種，通過(guò)對(duì)同軸度與同心度測(cè)量原理的分析研究，明確不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，使用者可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際零件的測(cè)量部位和測(cè)量要求，選用合適的測(cè)量方法對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量。

在機(jī)械加工中，軸、孔是加工零件的加工要素，這種情況十分普遍。同軸度與同心度的計(jì)量是此類加工要素恒久不變的計(jì)量對(duì)象。但由于兩者間不論從名稱上，還是從測(cè)量方法上都存在很大的相似之處，所以在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)被搞混。而對(duì)于結(jié)構(gòu)差異比較大的零件，在弄清測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，選用合適的測(cè)量方法，是本文討論的目的。

1. 同軸度與同心度的定義

同軸度是被測(cè)圓柱（孔）的軸線對(duì)基準(zhǔn)圓柱（孔）的軸線的偏差?；鶞?zhǔn)軸線可沿其軸線方向無(wú)限延長(zhǎng)。由于被測(cè)軸線對(duì)基準(zhǔn)軸線的不同點(diǎn)可能出現(xiàn)在空間的各個(gè)方向上，故其公差帶為以基準(zhǔn)軸線為軸線的圓柱體（見(jiàn)圖1）。

同心度是同軸度的特殊形式。當(dāng)被測(cè)要素為圓心（點(diǎn)）、薄型工件上的孔或軸的軸線時(shí)，可視被測(cè)軸線為被測(cè)點(diǎn)，它們對(duì)基準(zhǔn)軸線的同軸度即為同心度。故對(duì)同心度的測(cè)量可以進(jìn)行投影測(cè)量（見(jiàn)圖2）。

如圖3所示零件，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被測(cè)部位的可測(cè)量部位較小，而基準(zhǔn)的測(cè)量部位較大，這類零件就可以將同軸度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為同心度的測(cè)量。

圖1

圖2

圖3

2. 同軸度的測(cè)量原理

在基準(zhǔn)圓柱上測(cè)量?jī)蓚€(gè)截面圓，用其連線作為基準(zhǔn)軸。在被測(cè)圓柱上也測(cè)量?jī)蓚€(gè)截面圓，構(gòu)造一條直線，然后計(jì)算同軸度。假設(shè)基準(zhǔn)上兩個(gè)截面的距離是10mm，基準(zhǔn)第一截面與被測(cè)圓柱的第一截面的距離是100mm，如果基準(zhǔn)的第二截面圓的圓心位置與第一截面圓的圓心位置有5μm的測(cè)量誤差，那么基準(zhǔn)軸線延伸至被測(cè)圓柱的第一基準(zhǔn)面時(shí)已偏離50μm=5μm×100/10，此時(shí)即使被測(cè)軸線與基準(zhǔn)軸線完全同軸，其測(cè)量結(jié)果也會(huì)有100μm的誤差（同軸度公差值為直徑，50μm為測(cè)量半徑），如圖4所示。

圖4

3. 同軸度的普通測(cè)量方法

（1）壁厚測(cè)量法：對(duì)于小型套筒類零件（無(wú)圓柱度要求），可以將內(nèi)外圓的同軸度測(cè)量轉(zhuǎn)化為壁厚測(cè)量（見(jiàn)圖5）。當(dāng)2（ab）≤t時(shí)，被檢要素符合要求。

圖5

例如圖6所示的墊片類零件，此類零件在裝配中一般起到密封的作用，在壓緊力的作用下，內(nèi)外圓一起向內(nèi)或外變形，變形量的多少直接影響密封的效果，所以可以將它檢測(cè)內(nèi)外圓同軸度的要求用壁厚測(cè)量法來(lái)解決。

圖6

（2）同軸度量規(guī)：當(dāng)最大實(shí)體原則應(yīng)用于被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素時(shí)，先檢驗(yàn)零件上各部位尺寸的合格性，再使位置度量規(guī)進(jìn)入被測(cè)和基準(zhǔn)部位，能同時(shí)進(jìn)入者為同軸度合格件（見(jiàn)圖7）。

圖7

例如圖8所示的零件，該檢測(cè)要素為間斷孔，從其結(jié)構(gòu)上分析，此類要素一般有定位、導(dǎo)向的作用，但零件孔徑較小，用測(cè)表檢測(cè)受到測(cè)針的限制，所以這種情況下一般采用同軸度量規(guī)來(lái)測(cè)量（見(jiàn)圖9）。

圖8

圖9

4. 同軸度的三坐標(biāo)測(cè)量法

當(dāng)被檢件形狀復(fù)雜或被測(cè)要素為孔對(duì)孔、軸對(duì)軸時(shí)，如圖10所示零件，壁厚測(cè)量法將顯得無(wú)能為力，而同軸度塞規(guī)制作起來(lái)會(huì)很笨重，不適宜人工操作，這時(shí)就需要用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x（見(jiàn)圖11）來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

圖10

圖11

（1）公共軸線法（見(jiàn)圖12）：在被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素上測(cè)得多個(gè)橫截面的圓的中心收集起來(lái)，將這些圓心（每個(gè)圓的直徑可以不一致）構(gòu)造成3D直線，作為公共軸線，作為其同軸度評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)，然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱對(duì)公共軸線的同軸度，取其最大值為該零件的同軸度誤差值。這條公共軸線近似于一個(gè)模擬心軸，因此這種方法接近零件的實(shí)際裝配過(guò)程。

圖12

（2）直線度法（見(jiàn)圖13）：在被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素的截面上測(cè)量幾個(gè)圓，然后將這幾個(gè)圓的圓心（a1，a2，…，an；b1，b2，…，bn）連接起來(lái)，構(gòu)成“連接軸線”，計(jì)算其直線度，應(yīng)用最大實(shí)體邊界來(lái)限定被測(cè)要素的實(shí)體。隨著孔或軸的實(shí)際尺寸偏離其最大實(shí)體尺寸的程度不同會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的同軸度誤差。

（3）求距法（見(jiàn)圖14）：改測(cè)同軸度為測(cè)量同心度，通過(guò)測(cè)量被測(cè)要素與基準(zhǔn)要素距離來(lái)計(jì)算同心度誤差。將被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素投影到基準(zhǔn)平面上（間距為a），然后進(jìn)行計(jì)算，同軸度為aL2/L1。這種方法要求零件的關(guān)聯(lián)要素基準(zhǔn)要好。

圖10所示零件可以用三坐標(biāo)測(cè)量法中的任意一種進(jìn)行測(cè)量，具體選用何種可以根據(jù)操作人員的習(xí)慣來(lái)選擇。但當(dāng)零件只有同軸度要求，而缺少被測(cè)軸線和基準(zhǔn)軸線對(duì)同一平面“V”的垂直度V 要求時(shí)，三坐標(biāo)測(cè)量法中的求距法將不能使用。

在實(shí)際操作中，我們要先根據(jù)具體情況判斷出被測(cè)要素的測(cè)量種類，然后根據(jù)要求選用合適的計(jì)量手段進(jìn)行測(cè)量。

圖13

圖14

參考文獻(xiàn)：

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專家點(diǎn)評(píng)

該文對(duì)同軸度與同心度的關(guān)系分析透徹，并有實(shí)際的應(yīng)用舉例，讓讀者一目了然。對(duì)不同類型同軸度的測(cè)量采用不同的方法，講述清晰明了，具有比較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性。

收稿日期：（20150408）