远距离孔同轴度测量误差探讨

　　1　前言

　　同轴度的检测是机械零件位置公差中较常见的,而远距离孔的同轴度测量一直是测量工艺上的难点。常规测量方法是用同轴度测量芯棒穿入孔内进行检测,这比较符合工件将来的使用(配合)情形,但该测量工艺只能做出定性判断。在实际应用中,一方面现场生产需要的是定量数据,以便修正机床参数或加工程序;另一方面并不是所有的同轴度都能用芯棒测量的。目前,比较通用的是用三坐标测量机测量同轴度。三坐标测量机是一种新型的三维测量仪器,它集光、机、电、计算机于一体,广泛应用于机械加工的精密测量。实践证明,它可以完成许多用常规手段难以准确测量的零件尺寸及形位公差,当然这是建立在正确的测量方法基础之上的。这里通过对机车柴油机气缸盖(以下简称气缸盖)上远距离孔在三坐标测量机上同轴度的测量误差分析,对远距离孔的同轴度测量方法及同轴度标注进行探讨。

　　2　同轴度测量误差的分析

　　气缸盖是柴油机的关键零部件,其结构复杂,精度要求高,其上的远距离孔(如图1所示)的同轴度是衡量其加工精度的关键指标。该同轴度在三坐标测量机上测量时,测量人员一般按图纸上的技术要求,以基准孔作为测量基准来测量另一被测孔的同轴度,这应该说是符合设计要求的,但常因测量方法不妥造成较大误差,如测出图1(a)中,Φ26mm孔与Φ100mm孔的同轴度为0.15～0.30mm,图1(b)中,Φ370mm孔与Φ70mm孔的同轴度为0.30～0.60mm,显然测量值存在较大误差,而且测量数据的重复性(对同一组孔进行多次测量,其测量数据的偏差程度)差。

　　2.1　传统测量方法

　　为确认误差的来源,做到对加工质量心中有数,决定首先采用传统测量方法对三坐标测量机的测量结果进行验证。对于图1(a)所示的气缸盖阀座孔与导管孔同轴度的测量,设计了专用同轴度测量芯棒,其测量结果表明,同轴度基本达到技术要求。对于图1(b)所示的气缸盖Φ370mm座孔与Φ70mm喷油器孔同轴度的测量,因无法制作相应的测量芯棒,设计制作了简易测量装置,并利用三坐标划线平台,对其进行检测(见图2)。首先以测量装置的Φ370mm定位盘作为定位基准,并保证工件Φ370mm孔与定位盘的间隙在0.01～0.02mm,从而设定定位盘的中心即为工件Φ370mm座孔的中心。由于Φ370mm定位盘在划线平台上难以测量,因此以与其同心的Φ450mm的外圆为测量基准。首先测量Φ450mm外圆X方向上的最高点A,然后将量表调整到0位,移动测量杆,再测量工件Φ70mm孔在X方向上的最低点A′,记录坐标值;同理,测量Φ450mm外圆在Y方向上的最高点B和Φ70mm孔在Y方向的最低点B′,记录坐标值。由图2可见,从A到A′、B到B′,如果有偏差,则其同轴度D的计算公式为: