三坐标测量机基准建立及形位公差的测量

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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“最小条件”要求确

2、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，是比较可行的方法。实践证明

3、，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、降程段的“敏感点”为基准，并通过改变凸轮的测量位置（微微转

4、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

5、，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

6、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

7、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

8、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。三坐标测量斜孔的位置度: 位置度的评价是很简单的，斜孔上方不能打样例点的话，位置度一般不会求高度方向的值，所以只要能知道除高度坐标之外其他两个轴的坐标理论值就可以，即只要知道斜孔的中心点坐标即可。 可以请数模造

9、型人员利用造型软件帮助你查到该斜孔的理论中心坐标（如：Pro/E、 UG等）,查到数据后，把测完的斜孔理论值在编辑窗口里进行更改，然后用位置度对话框进行评价就可以了。 也可以自己通过在软件中构造特征查数。前提是要有数模。方法是：建坐标，把任何一根基准轴旋转至于斜孔轴心平行（只要知道CAD数模基准与斜孔轴心的夹角就可以了）。然后打开矢量点自动对话框，“测量”栏不打钩，用鼠标在斜孔内壁分别测三个点（均分，因为要用这三个点构造一个圆），记住每个点的高度坐标都要一致，然后再构造一个圆即可，这个圆的坐标就是理论坐标。 零件坐标经过平移或旋转直到和图纸要求相符为止（通过右手定则），然后选择工作平面进行检测

10、，评价位置度。 更多关于三坐标测量机资料请关注 http:/ 三坐标和量棒检验同轴度： 1. 三坐标检验是多孔检验时，经常是按图面要求基准，选择4-5个基准孔的截面，用探头打圆，并用打出的圆构成圆柱，以该圆柱的最佳中心线作为测量基准线，然后按照上面同样的方法得到其他被测孔的中心线，然后判断被测孔中心线与基准孔中心线的偏差，判断出的偏差值就作为被测孔现对基准孔的同轴度误差；如果是多基准孔同轴度测量，则同样用上面的方法，找到两个（或更多的）圆柱，然后利用电脑程序找到它们间的最佳拟合中心线，作为基准线测量其他孔中心线相对该基准线的偏差。 2. 往往加工时，刀具合格，在没有加入冷却液的时候，由于高温的

11、在刀具上形成的积屑瘤，造成被加工孔内壁的均匀的圆环（就会使加工出来孔产生有最高和最低两点，这两点是高于和低于孔要求尺寸的），此时与孔接触的不是刀具，是积屑瘤，而积屑瘤强度不稳定，那么加工出来的孔的内壁凸凹的圆环的直径就很难有保证。 3. 那么在测量中，孔的粗糙度对截面圆的构成上会产生影响，（Ra3.2，Ra1.6，Ra0.8会对测量有什么样的影响？我公司采用的Ra），一般三坐标测头最小的是1，如果粗糙度较差（如Ra3.2），那么测量时测头打到表面轮廓的最低点如上面4.所说，如是这样得到的界面圆，以至后面的中心线能不能作为这个孔的实际中心线来测量。 4. 在以上截面圆和圆柱的建立过程中，可以认为

12、所寻找的截面圆越多，构成的测量圆柱就越接近于被测量孔的真实情况；但是实际的及加工过程中是不可能有打那么多截面圆的时间，影响工作效率。 5. 同轴度量棒的测量是按照图纸要求，根据GB8069-87位置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

13、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

14、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，由于使用较久的量棒其各检测部分都会有一定层度的磨损，因此棒检测部分的直径是变小的，这种棒在检测A、B两种孔的时候，都会塞进并旋转比较顺滑；因此，如果出现上述情况需要检测同轴度，建议不采用同轴度量棒；但是由于孔中的粗糙度较低，同轴度的检测在三坐标测量机上检测也是不准的，所有就不知道该用上面办法检测了，也许同轴度仪可以解决这个问题。