三坐标测量机基准建立及形位公差的测量

1、三坐标测量机基准建立及形位公差的测量 摘要：三坐标测量机在测量产品时的基准建立，一些行为公差的测量，本文作简单阐述。 利用凸轮轮廓上一些点的升程对转角变化“敏感”，一些点“迟钝”，即升程对转角变化 “敏感”的特性。探讨凸轮测量基准及凸轮测量位置的求解方法和求解程序。 一般认为，凸轮的基准有两个：一个是凸轮的旋转中心和桃尖连线的切平面转角起始 基准；另一个是凸轮实际基圆母线升程起始基准。但确切的说，确定切平面、实际基圆母线 位置的基准才是凸轮的测量基准。那么，确定凸轮测量位置、形状的基准又是什么呢？ 凸轮的测量位置，也就是凸轮实际形状相对于理想形状的位置，应按“最小条件”要求来 确定。 按“最小

2、条件”要求确定凸轮测量位置， 就是使包容实际凸轮的一对理想凸轮间的宽度 （包 容区域）为最小。 凸轮测量位置的正确性，即凸轮转角起始值、升程起始值的正确与否，直接影响着凸轮几 何参数测量的准确性，要准确确定凸轮的测量位置，必须首先解决如下几个问题： （1）正确选择凸轮的测量基准； （2）正确设计凸轮的测量方法； （3）方法应具有可操作性，且简便、快捷； （4）测量数据准确一致，不因人而异； （5）操作方法容易掌握。 1 凸轮测量基准的选择 （1）转角基准的求解 凸轮的位置和形状与升程之间的函数关系为 （2）升程基准的选择 按“最小条件”要求，以凸轮实际基圆的最小二乘圆，作为凸轮的升程基准，是比

3、较可行的 方法。实践证明，与桃尖相对应180°凸轮实际基圆上的“基点”，是非常接近实际基圆最小二 乘圆上的点的。这可以从凸轮的加工过程得到证实（解释） ：凸轮升程段为“上坡”磨削，会形 成磨削量增大而多磨去一层金属； 降程段为“下坡”磨削， 会形成磨削量减小而少磨去一层金属。 由于磨削速度的变化，往往形成基圆偏心，而与桃尖相对应的基圆附近，磨削速度比较平稳，磨 削量均匀，形成光滑的圆柱面。以基点为“基准”确定凸轮升程的起始值，使升程测量数据具有 较好的重复性，所以说“基点”是确定凸轮升程起始值得便、实用的基准。 2 确定凸轮测量位置的方法 确定凸轮测量位置的方法是不是：以凸轮升、降程

4、段的“敏感点”为基准，并通过改变凸 轮的测量位置（微微转动凸轮） ，使它们的升程误差相等。具本方法（推导、求解过程）如下： （1）在阿贝头和分度头组成的光学仪器上测量，三坐标测量机。 （2）在数显式凸轮轴测量仪上测量 笔者运用仪器角值和线值数显屏的“置数”、“清零”、“存储”等功能，将“敏感点” 的转角、升程的“显示值”通过适时而恰当的“置数”、“清零”、“存储”，从而简化了确定 凸轮测量位置的操作过程 （3）在凸轮轴三坐标测量机上测量 凸轮的测量是二维测量系统。目前所有凸轮轴自动测量仪的分度装置都采用圆光栅编码器 测量系统，线值装置采用直线光栅测量系统。 由计算机程序驱动主顶尖直流同步电机旋

5、转，带动被测凸轮轴转动，通过 C 轴圆光栅传感 器，X 轴直线光栅传感器，Y 轴直线光栅传感器分别将凸轮轴的角位移、径向位移、轴向位移转 换成明暗条纹的光强变化信号，经光电转换电路转换成电压信号，再经前置放大和整形滤波，最 后由 A/D 转换成数字信号输入计算机。经计算机处理后，就获得了凸轮在各个转角的径向测量 值（升程）和轴向尺寸。应用计算机控制技术，凸轮轴测量仪的机械运动、测量数据的采集和处 理均可由计算机自动控制完成。 三坐标测量仪可以完成参数输入、数据采集、误差数据处 理、测量结果打印输出。它可以高精度、高效率地完成凸轮的各项测量目的。 3 结束语 （1） 应指出： “敏感点”是升程变

6、化率绝对值的最大点， 是符合基准的必要条件； “敏感点” 是升程误差极限点 （最大点或最小点） ， 是符合基准的充分条件。 上述“敏感点”作为“基准点” 的条件是不充分的。只有凸轮左、右侧的“敏感点”又是误差极限点时，“敏感点”才符合确定 实际凸轮测量位置基准的充分和必要条件。也就是说，只有通过测量才知道，“敏感点”是不是 升程误差极限点（最大点或最小点） ；也可以通过凸轮制造工艺的改进，使“敏感点”成为升程 误差极限点。所以，“敏感点法”符合“最小条件”要求的实用性近似方法，它可以满足一般精 度要求的凸轮测量。对于精度要求较高凸轮还须对升程测量数据进行处理。 （2）传统的凸轮测量和人工数据处

7、理方法，已不能适应高效生产的需要了，在凸轮自动测量 仪上，计算机能快速测量并处理数据及打印输出。我们应跟上高速自动化发展时代的步伐。 在三坐标测量机测量形位公差时，如圆度、平面度、圆柱度、同轴度等，取的点数不同， 得出的结果也不同，如何建立不确定度评定时的数学模型及不确定的来源。 不确定度的来源有很多方面： 1.设备本身的精度：这一方面是不可避免的，任何测量工具都有不确定性，只不过是大小的 区别而已。就三坐标来说，整体结构、驱动部分、传动部分，还有测头部分对一台设备的不确定 都影响都是很大的。举个简单的例子来说，门式结构比起平板移动结构来说精度就要差一些，所 以结果不可能完全相同。 2.被测量

8、产品的表面加工工艺：如果产品的表面粗糙度不好的话，对测量结果的影响也非常 大，当表面粗糙度较大时，应采用较大直径的测针; 3.取点的不同，取的点数不一样，甚至点数一样位置不一样，所计算出来的结果可能也会差 很多。当然，归根结底这还是设备本身和被测产品本身的影响; 4.人的因素，操作员使用的测力不一样，得出的结果不可能相同; 5.在公差计算方面，特别是计算过程中需要用到长度 L 的公差计算，比如垂直度倾斜度等， 计算时取的 L 长度不一样，就会放大或缩小设备本身的不确定性。 知道了这些原因，测量实践中就要注意避免这些因素的影响。 5. 同轴度量棒的测量是按照图纸要求，根据 GB8069-87位置

9、量规里面的规则及公式计 算的来，然后按照孔间实际距离设计出来的量棒。 6. 被测孔都用止通规检验过合格 （止通规设计时就是通端接近孔的最大实体尺寸， 止端接近 最小试题尺寸） 7. 这里就有个问题：量棒的检测是与孔的全面接触，当出现上面所说的积屑瘤的情况时，量 棒是不会与积屑瘤产生的圆环最低点接触，而是最高点，如果孔的检测结果是合格的（止通规检 测通规较紧的通过） ；同轴度量棒检验时会感觉有些紧，但是用些力还是可以在孔中旋转的，这 样我们可以判断它合格；但是在三坐标测量时，截面圆测量到了积屑瘤产生圆环的最低点，那么 测量出的同轴度误差就是不合格的； 8. 按照上面所说， 可以知道同轴度棒是按照

10、孔最大实体尺寸和按零件图面的同轴度要求计算 出量棒的尺寸及公差， 因此在孔的尺寸和量棒都检测合格的情况下， 当同轴度量棒测量时在孔中 比较轻、顺滑的时候，被测孔的同轴度一定在图纸要求之内，而当同轴度棒在孔中较紧时，不能 断定被测孔的同轴度就一定不合格， 因为此时的孔可能处于图面要求的极限位置， 即孔做到了极 限偏差的下差 （望孔径最小处加工的） ， 而棒正好做到的量棒设计的上差 （棒直径望最大处加工） ， 这种情况出现时， 可以选用已经使用过较久的同一种的同轴度量棒 （但在该棒的磨损极限尺寸之 内） ，重新检测一下，如果还较紧，则可判断该孔的同轴度不合格。 9. 还有一种情况就是，由于孔径较小（ 12） 、孔之间距离较远（80） 、而孔之间同轴 度又处于图面要求的极限位置时； 当量棒出现变形的情况下， 测量时如果感觉较紧就可能出现误 判，如果有两个底板孔 A、B 同轴度要求是 0.015（孔检验合格） ，A 的同轴度为 0.013为 合格，但是在棒的检测时感觉会较紧，需要一定的力才能旋转；B 的通度为 0.017，在用同 轴度棒检验时，由于检测时用力较大，造成了棒的弯曲，但是棒同样可以塞入，用一定的力就能 转动量棒；出现 A、B 的两种情况后，采用使用较久的量棒进行测量，由