※部分常用形位公差实际应用初探

部分常用形位公差实际应用初探部分常用形位公差实际应用初探 周小飞 无锡宏大纺织机械专件有限公司 江苏无锡 机械工程师 2008 年第 12 期 P154 156 摘要 结合图例详细论述了部分常用形位公差在设计和生产实践中的应用 测量以及 误区等 在活学活用形位公差和深刻理解形位公差方面作了一些有益的探讨 关键词 形位公差 实际应用 关系 测量 中图分类号 TH126 文献标识码 A 文章编号 1002 2333 2008 12 0154 03 l 形状公差形状公差 在实际运用中 一般没有特殊要求时 标注了圆柱度就没有必要再标注圆度或直线度 了 如果一定要单独标注圆度 直线度 则其公差值必须小于圆柱度公差值 见图 1 以 表示在设计上对径向或轴向形状公差提出进一步的要求 如若单独标注的圆度或直线度公 差值 t1大于圆柱度公差值 t2 而圆柱度公差本身要求其所包容的圆度 直线度公差值均需 t1 这样就与 t2 t1产生矛盾 不可能同时满足二者 致使单独标注的圆度或直线度公差 失去了意义 属于无效的不合理标注 见图 2 圆柱度的检验要求较高 通常用圆度仪 或其它类似仪器 或配备计算机的三坐标测量 装置检测 如果缺少这些装置 则最好不要在图样中采 用圆柱度 此时可分别用圆度和圆柱面素线的平行度组 合来代替圆柱度使用 见图 3 我公司专业生产高速回 转类纺织机械专件产品 如各种轴承 其核心零件如芯 轴 轴壳 滚柱 外圈等对外圆的形状要求很高 精度 都精确到 0 001mm 考虑我公司的生产和检测现状 在图样设计中普遍采用了圆度加圆柱面素线平行度的组 合手段来有效地控制该类零件的形状公差 取得了良好 的成效 需要注意的是 当用圆度和平行度组合来代替圆柱度时 应根据圆柱体的长径比确定 图度公差值与平行度公差值 若 设圆柱体长度为 L 直径为 D 则 1 当圆柱体长度大于其直径 时 L D 素线平行度公差值必须 大于其圆度公差值 见图 4 a 2 当圆柱体长度等于其直径 时 L D 素线平行度公差值必须等于其圆度公差值 见图 4 b 3 当圆柱体长度小于其直径时 L D 素线平行度公差值必须小于其圆度公差值 见 图 4 c 圆度的检测相对圆柱度来讲 对测量设备的要求较宽 1 对于图 4 a 所示情况 以长轴类零件为例 圆度通常用轴承检查仪或类似仪器配用 扭簧比较仪进行测量 关键只要保证要测量的外圆的轴线同量仪的回转轴线一致 同时固 定轴向位置即可 而素线平行度一般用杠杆千分尺测量其头 尾两个位置 X Y 方向的直 径差 取其最大值即可 此法一般要按轴的名义尺寸做一根标准芯棒 以作调校杠杆千分 尺之用 2 对于图 4 b c 所示情况 以圈 套类零件为例 圆度通常用自制的外圆量仪配用 扭簧比较仪进行测量 同样只要保证要测量的外圆的轴线同量仪的回转轴线一致 同时固 定轴向位置即可 素线平行度的测量基本同上 当然也可用千分表配置自制测量座等方法 进行测量 以上圆度测量方法需要运用测量特征参数原则来测量圆度误差 典型的即我们在生产 中广泛应用的 两点三点法 该法的优点是设备简单 测量方便 运用两点 三点法测 量圆度误差从理论上讲 先要假定被测对象具有正弦波动的特性 即零件表面呈 弧边形 生产上常称其为棱圆 弧边数称之为棱数 包括二棱的椭圆 实际上被测对象的外表面 往往是很复杂的 会出现二棱 三棱 五棱或不规则的情况 因此 两点和三点测量法所 反映的圆度误差是一种近似值 两点测量法也称直径法 是在测量平面内按多个方向测量直径的变化情况 找到最大 差值 但两点法只能反映偶数棱的圆度误差 根据被测对象为正弦波动的假设 对于正奇 数棱的状态就不能反映出来 因此若单独运用两点法测量 在测量前必须已知被测表面为 偶数棱 否则测量结果将不可靠 当已知被测对象为偶数棱 设两点法测得的直径最大差 值为 Fmax 则圆度误差 f 为 f Fmax 2 实际测量可用接触式测量 百分表 内径表 内 径尺 外径千分尺 也可用非接触式的如气动量仪等 两支承之一可采用可调式支承 这 样可实现快速对准 见示意图 5 三点测量法一般可分为顶点式测量法和鞍式测量法两类 其中顶点式测量法应用较多 而鞍式测最法常用于测量大直径零件 两种方法下被测件回转一周中仪器所示读数的最大 差值 都不是被测对象的圆度误差 圆度误差 f 实际为 f F K K 为校正系数 以顶点式为例 其实际测量可用接触式或非接触式 见图 6 7 接着 我们再以顶点式为例具体的探讨一下如何实施 两点三点 测量法 1 上面公式中提到的系数 K 与被测对象的棱数 n 与测量装置的两固定支承间的夹角 以及测量方向的倾斜角度 有关 根据选择 及 的基本原则 一般推荐使用 为 60 72 90 108 120 为 120 60 60 30 2 两点和三点联合测量法是指对同一被测对象用一个二点测量装置和两个具有不同 角度的三点测量装置一起进行测量 或用一个二点测量装置和一个三点测量装置进行测量 运用两点和三点联合测量法 不仅可以获得足够大的校正系数 K 而且对于不同棱数 n 绝 大部分具有相同的校正系数 K 3 对于顶点式对称装置 可以采用下列符号表示各种测量装置 3S60 3S72 3S90 3S108 3S120 对于顶点式非对称装置 可用 3S120 60 3S60 30 其中 的 3 表示三点测量法 S 是 Summit 顶点式 的缩写 4 联合测量法 常用的组合有 2 3S90 3S120 2 3S72 3S108 2 3S 120 60 2 3S60 30 2 3S60 等 5 以无心磨削的轴类零件圆度检测为例 选取 2 3S72 3S108 方案 若测量结果为 二点测量F1 1 m 3S72 测量F2 8 m 3S108 测量F3 3 m 则圆度误差 f Fmax 2 8 2 4 m 我们来看一下该法的测量误差 通常无心磨床加工的零件以三棱圆形情况为多 故 n 3时 K值可查得为 二点测量K 0 三点测量 3S72 K 2 62 置点测量 3S108 K 1 38 因此理论上 f F K 8 2 62 3 m 所以测量误差 f 4 3 1 m 2 位置公差 针对同一要素给出的形状公差值通常应小于位置公差值才合理 否则所标注的位置公 差在测量时极易造成误判 见图8 2 1 定向公差 关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量 2 1 1 平行度 平行度是指零件上的被测要素 面或直线 相对于基准要素 面或直线 平行的程度 平行 度公差一般有四种情况 即线对线 线对面 面对线 面对面 其中的线对线具有很强的 方向性 又分在一个方向 相互垂直的两个方向和任意方向三种 因此在实际设计标注中 稍不留心就会使标注的平行度公差要求与自己的本意失之毫厘 谬以千里 以线对线为例 见图 9 其中 a b 表示一个方向的两种情况 c 表示互相垂直的两个方向 d 表示任 意方向的情况 2 1 2 垂直度 图 10 a b 表示允许的公差带在指定方向上的两平行平面之间 而图 10 c 表乐允许 的公差带在一个直径为 0 1 的垂直于基准平面的圆柱面内 因此其测量的方法与要求也是 有区别的 需要注意的是 对于面对面 面对线两种情况 要测出理想状态下被测面内各点的数 值是不现实和不实际的 我们需要根锯零件表面的尺寸和精度等情况来定应该测量多少个 点 一般来讲需在被测表面内按 X Y 两个方向来选点测量 如用带指示器的测量架分 别沿 X Y 两个方向移动指示器 并记取最大与最小读数之差即为垂直度误差 对于线对 线 线对面方法类同平行度 只是所选基准不同而已 另对于上图 10 c 所示任意方向的情 况 在生产现场为了简化测量 可仅在相互垂直的两个方向 X Y 上测量 即我们常说的 测量特征参数原则 见图 11 1 测量殳备 方箱 平板 高度游标卡尺 杠杆百分表 2 测量方向 X Y 两个方向 3 测量方法 在 Y 向测量距离为 L2的两个位置上测得数值分别为 M1 M2 则 Y 向 垂直度误差为 fy M1 M2 4 综合 X Y 两方向误差 取其较大值作为该零件的垂直度误差 2 2 定位公差 关联实际要素对基准在位置上允许的变动全量 这里笔者选取比较典型的同轴度来谈一谈 同轴度公差带有两种情况 其一为点的同 心度公差 其公差带为一与基准圆心同轴的圆区域 在一般机械制造企业中不常用到 其 二为轴线的同轴度公差 其公差带为一与基准轴线同轴的圆柱面区域 在设计要求中很常 见 对于轴线同轴度公差要求 在标注中若不加注意也会出现一些小错误 见图 12 图 12 b c d 三种情况足由于对同轴度公差理解不深而引起的 值得注意 同轴度的榆验也较为灵活 简单 可以根据零件的结构情况使用各种专业检测设备如 圆度仪 三座标测量装备等 也可以自行设计适用生产 检验现场使用的自制量具 比较 常见的有 测以外圆为基准的轴类零件时采用平板 V 型块 带指示器的测量架组合 测 以内孔为基准的零件时采用综合量规或自制测量座 带指示器的测量架组合等 要求不高 时甚至可用游标卡尺检验壁厚差的方法来间接检验同轴度 2 3 跳动公差 关联实际要素绕基准轴线回转一周或连续回转时所允许的最大跳动量 跳动公差按其特点一般分为圆跳动和全跳动两种 这里我们主要分析一下比较常用的 径向圆跳动公差 径向圆跳动公差是一项综合性公差 它一般可以控制同轴度误差 同时 也包含了圆度误差 你会发现在部分情况下其测量方法与同轴度的测量方法相似或一样 我们可以假设 当被测圆柱面的轴线与基准轴线同轴时 由于被测要素存在圆度误差 当被测圆柱面的轴线与基准轴线同轴时 由于被测要素存在圆度误差 因此必然会出现径向圆跳动误差 当被测要素为理想圆 但存在同轴度误差时 也会出现因此必然会出现径向圆跳动误差 当被测要素为理想圆 但存在同轴度误差时 也会出现 径向圆跳动误差 由此可见 只要存在同轴度或圆度误差 就必然存在径向圆跳动误差 径向圆跳动误差 由此可见 只要存在同轴度或圆度误差 就必然存在径向圆跳动误差 径向圆跳动公差既可应用于外圆控制 也可应用于内孔控制 因其具有综合性 故对 同一被测表面 若采用了径向圆跳动公差 如无更进一步的要求 一般无需再标注同轴度 或圆度 其同轴度或圆度误差必然满足径向圆跳动公差的要求 见图 13 另外 径向圆跳动公差是用于