三坐标中同轴度检测方法的应用
刘兆平 花严红
九江职业技术学院（332007）
摘 要 阐明了测量过程中对工件的同轴度检测的重要性。介绍了影响同轴度的因素和使用三坐标测量机测量工件的同轴度的方法。经过实例应用，准确地测量出差速器的同轴度。结果表明，在PC-DMIS环境下，不同的同轴度检测方法是可行的，使用公共轴线法和直线度方法评价出来的结果比较全面的反映出所测范围内的情况，提高了装配质量和效率。
关键词 PC-DMIS 同轴度 检测
测量过程中对于工件的同轴度检测是经常要解决的问题，用GLOBAL活动桥式系列三坐标测量机进行同轴度的检测直观方便、测量结果精度高，并且重复性好。
很多汽车零部件产品需要进行严格的同轴度检查，特别是出口产品的检查更加严密，如EATON差速器壳、AAM拨叉、主减速器壳等。因此能否准确地测量出此类工件的同轴度对以后的装配有着很重要的影响。
1 影响同轴度的因素
在国家标准中同轴度公差带的定义是指直径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下3种控制要素：
（1）轴线与轴线；
（2）轴线与公共轴线； （3）圆心与圆心。
因此影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴线方向。如在PC-DMIS中，基准圆柱上测量两个截面圆，用其连线作基准轴。在被测圆柱上也测量两个截面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。
假设基准上两个截面的距离为10 mm，基准第一截面与被测圆柱的第一截面的距离为100 mm,如果基准的第二截面圆的圆心位置与第一截面圆圆心有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，此时，即使被测圆柱与基准完全同轴，其结果也会有100 μm的误差，测量原理图如图1所示。
基准圆柱
被测圆柱
图1 同轴度测量原理
2 用GLOBAL活动桥式三坐标进行同轴度检测的方
法
对于基准圆柱与被测圆柱（较短）距离较远时不能用PC-DMIS直接求得，经过分析可考虑在PC-DMIS中使用公共轴线法、直线度法、求距法等三种方法解决。 2.1 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。
2.2 直线度法
在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个圆构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍。被收集的圆在测量时最好测量其整圆，如果是在一个扇形上测量，则PC-DMIS计算出来的偏差可能很大。 2.3 求距法
同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的2倍。即用关系计算出被测元素和基准元素的最
大距离后，将其乘以2即可。求距法在计算最大距离时要将其投影到一个平面上来计算，因此这个平面与用作基准的轴的垂直度要好。这种情况比较适合测量同心度。
3 实际应用
现以EATON差速器壳为例：据图纸要求差速
表1 不同方法的测量数据 mm
被测 元素
利用测量软件的 常规方法
公共轴线法
直线度法
以B孔为基准评价
φ AA孔的同轴度为
器壳两端轴承内孔同轴度公差为φ0.05 mm，如果两端孔的同轴度不好，则会影响半轴和齿轮的装配，导致齿轮转动不畅，因此需要准确地测量出差速器壳的同轴度。差速器壳简图如2所示。
A孔
B孔
图2 差速器壳简图
表1例举了同轴度的测量数据。其中求距法不适用该工件，因此这里不举例。由表1可以看出，如果直接用单个孔做基准轴，评价的结果大大超出图纸要求，用公共轴线法和直线度方法评价出来的结果比较全面的反映出所测范围内的情况。
孔
φ0.103 4/φφφ以A孔为基准评价
φB
B孔的同轴度为
φ0.020
孔
φ0.081 4/φφ0.029 1
0.039 8
4 结语
在实际测量中，同轴度的测量受到多方面的影响。操作者的自身素质和对图纸工艺要求的理解不同；测量机的探测误差，探头本身的误差；工件的加工状态，表面粗糙度；检测方法的选择，工件的安放、探针的组合；外部环境等，例如检测时的室温、湿度等都会给测量带来一定的误差。所以在实际应用中应多从以上几个因素考虑。
作者工作单位：九江职业技术学院
邮寄地址：九江职业技术学院院长办公室 邮编：332007
姓名：刘兆平 花严红
海克斯康论坛用户名：slzp123 联系电话：[1**********]
三坐标中同轴度检测方法的应用
刘兆平 花严红
九江职业技术学院（332007）
摘 要 阐明了测量过程中对工件的同轴度检测的重要性。介绍了影响同轴度的因素和使用三坐标测量机测量工件的同轴度的方法。经过实例应用，准确地测量出差速器的同轴度。结果表明，在PC-DMIS环境下，不同的同轴度检测方法是可行的，使用公共轴线法和直线度方法评价出来的结果比较全面的反映出所测范围内的情况，提高了装配质量和效率。
关键词 PC-DMIS 同轴度 检测
测量过程中对于工件的同轴度检测是经常要解决的问题，用GLOBAL活动桥式系列三坐标测量机进行同轴度的检测直观方便、测量结果精度高，并且重复性好。
很多汽车零部件产品需要进行严格的同轴度检查，特别是出口产品的检查更加严密，如EATON差速器壳、AAM拨叉、主减速器壳等。因此能否准确地测量出此类工件的同轴度对以后的装配有着很重要的影响。
1 影响同轴度的因素
在国家标准中同轴度公差带的定义是指直径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下3种控制要素：
（1）轴线与轴线；
（2）轴线与公共轴线； （3）圆心与圆心。
因此影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴线方向。如在PC-DMIS中，基准圆柱上测量两个截面圆，用其连线作基准轴。在被测圆柱上也测量两个截面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。
假设基准上两个截面的距离为10 mm，基准第一截面与被测圆柱的第一截面的距离为100 mm,如果基准的第二截面圆的圆心位置与第一截面圆圆心有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，此时，即使被测圆柱与基准完全同轴，其结果也会有100 μm的误差，测量原理图如图1所示。
基准圆柱
被测圆柱
图1 同轴度测量原理
2 用GLOBAL活动桥式三坐标进行同轴度检测的方
法
对于基准圆柱与被测圆柱（较短）距离较远时不能用PC-DMIS直接求得，经过分析可考虑在PC-DMIS中使用公共轴线法、直线度法、求距法等三种方法解决。 2.1 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。
2.2 直线度法
在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个圆构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍。被收集的圆在测量时最好测量其整圆，如果是在一个扇形上测量，则PC-DMIS计算出来的偏差可能很大。 2.3 求距法
同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的2倍。即用关系计算出被测元素和基准元素的最
大距离后，将其乘以2即可。求距法在计算最大距离时要将其投影到一个平面上来计算，因此这个平面与用作基准的轴的垂直度要好。这种情况比较适合测量同心度。
3 实际应用
现以EATON差速器壳为例：据图纸要求差速
表1 不同方法的测量数据 mm
被测 元素
利用测量软件的 常规方法
公共轴线法
直线度法
以B孔为基准评价
φ AA孔的同轴度为
器壳两端轴承内孔同轴度公差为φ0.05 mm，如果两端孔的同轴度不好，则会影响半轴和齿轮的装配，导致齿轮转动不畅，因此需要准确地测量出差速器壳的同轴度。差速器壳简图如2所示。
A孔
B孔
图2 差速器壳简图
表1例举了同轴度的测量数据。其中求距法不适用该工件，因此这里不举例。由表1可以看出，如果直接用单个孔做基准轴，评价的结果大大超出图纸要求，用公共轴线法和直线度方法评价出来的结果比较全面的反映出所测范围内的情况。
孔
φ0.103 4/φφφ以A孔为基准评价
φB
B孔的同轴度为
φ0.020
孔
φ0.081 4/φφ0.029 1
0.039 8
4 结语
在实际测量中，同轴度的测量受到多方面的影响。操作者的自身素质和对图纸工艺要求的理解不同；测量机的探测误差，探头本身的误差；工件的加工状态，表面粗糙度；检测方法的选择，工件的安放、探针的组合；外部环境等，例如检测时的室温、湿度等都会给测量带来一定的误差。所以在实际应用中应多从以上几个因素考虑。
作者工作单位：九江职业技术学院
邮寄地址：九江职业技术学院院长办公室 邮编：332007
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