横轴支架同轴度误差测量与分析

　　1 引言

　　某产品横轴支架为三个铸造铝合金零件装配后再经过精加工而得到的精密复杂结构件,如图1所示,其整体刚性非常差,但其加工精度对产品的最终性能影响非常大。经分析各个尺寸公差和形位公差以及加工完成后的检验情况,发现尺寸公差一般来说跟刀具尤其是镗刀的调整和测量有关,相对容易满足要求。而形位公差尤其是同轴度和垂直度的影响因素就要多,成为影响零件最终能否顺利交验的最大难题。

　　2 同轴度测量误差分析

　　横轴支架的测量是在海克斯康公司(青岛)的Global9208三坐标测量机上完成的。该测量机的行程为X900mm×Y2000mm×Z800mm,测量精度为0.0018mm,控制系统为PC-DMIS。

　　一般来说在三坐标测量机上测量某些轴系的同轴度公差时存在误判,即如果采用相对轴线进行评价,同轴度实测值则非常大,远大于公差要求,而采用公共轴线进行评价时,同轴度实测值则非常小,远小于公差要求,而这两种结果都与实际情况有较大差距。

　　比较典型的例子就是某箱体零件,该零件的其中一组2-∮122^+0.03的孔,孔长度为15mm,孔间距为480mm,同轴度公差为,采用公共轴线评价。在三坐标测量机上测量,测针的球头直径为∮4mm,所以孔的实际测量距离仅为10mm,如图2所示为实际测量状态。

　　假设这组孔的加工达到了理想状态,即实际同轴度误差为0,而三坐标测量机的测量精度为0.0018mm,那么完全可能得到如表1所示的测量结果。

　　因为同轴度误差就是被测点偏离基准轴线的最大距离的两倍,所以通过简单的数学计算可以得出以下结论:使用公共轴线进行评价,同轴度误差为∮0.0036mm,结论是指标合格;而使用相对轴线进行评价,同轴度误差为∮0.36mm(0.0036×505×2/10),已经严重超差。

　　现在故意将其中一个孔径向偏离0.05mm,即点3和点4向下移动,那么完全可以得到如表2所示的测量结果。

　　经过计算,使用公共轴线进行评价,同轴度误差为∮0.0038,结论仍为合格;而使用相对轴线进行评价,同轴度误差为(0.0036×505×2/10 =)∮0.46mm,也是严重超差。

　　通过上面的分析可以看出,同轴度误判产生的原因是被测短圆柱(孔或外圆)的测量长度太小,在三坐标测量时被认定的轴线与实际轴线存在夹角,夹角越大,产生误判的可能性越大,并且与其互为基准的圆柱间的距离越大,误判程度越大。同样的情况下使用短轴线进行评价的垂直度、径向跳动和轴向跳动都会出现类似的误判现象。

　　同样对于横轴支架的测量也存在这样的问题。单个孔作为圆柱测量,其轴线也在10mm~40mm左右,非常短,但是由于在同一个轴线上有6个直径不尽相同的孔,而且各孔的质心(即三坐标测量机评价认定的孔测量几何中心)相距很大,事实采用两个装轴承的2-∮160H7孔(编号为2和6)作为公共轴线进行评价各孔的轴线与理论轴线的夹角非常小,所以不存在明显误判的问题,而且更接近设计要求的实际使用状态。