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CMM测量同轴度的误差原因分析

 

对于一些大型零部件(如机床主轴等)或不规则轴类零件以及箱体零件的不规则内孔,采用常规方法测量同轴度则很难实现或非常麻烦。此时,用三坐标测量机CMM)来测量同轴度是一种不错的选择。

(1)同轴度公差带的定义

在国家标准中,同轴度公差带的定义是指直径 为公差值t,且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域 ,它有三种控制要素:轴线对轴线,轴线对公共轴线, 圆心对圆心。

(2)三坐标测量机测量同轴度误差放大的原因分析

根据同轴度的定义,用三坐标测量同轴度时,可 从三个方面考察其测量误差:①基准轴线的采集与 建立;②被测元素轴线的采集与建立;③基准轴线与 被测元素轴线之间位置关系的评价。

从测量原理上说,三坐标直接测得的是被测工件 上一些特征点的坐标位置,为了获得被测参数值,需 要通过测量软件的数据处理和运算 。因此,被测参数的测量精度主要与 三坐标的系统误差、测头系统误 差、工件形状误差、算法误差、环境误差、采样策略和 敏感系数等因素有关。而对于同轴度的测量,采样 策略和敏感系数对精度的影响更大 。采样策略是指如何在被测物体表面合理安排采 样点。所谓“合理”,是指在相同环境下,用同一台 三坐标测量同一零件时,怎样安排采样点数和采样位 置可以获得较高的测量精度(测量误差小)。采样数量和采样位置会影响测量结果的原因在于:①被测元素并非理想元素,存在形状误差;②三坐标采点 及计算方法有局限性,存在测量误差。由于采样策 略对测量结果影响较大,因此如对测量结果有异议,可考虑改变采样策略多测几次,然后分析测量结果,给出正确的测量数据。

敏感系数表示测量结果受初始测量要素影响的 大小。对于同轴度测量,被测要素的测量误差受基 准误差的影响很大。

根据以上分析,采样策略和敏感系数是影响同 轴度测量精度的主要原因。因此,在同轴度检测中 采用科学的采样策略和尽量减小敏感系数 ,有助于 提高测量结果的精度水平。例如:有两个短圆柱,求 其中一个圆柱相对于另一圆柱的同轴度 。如图所示,在基准圆柱上测量两个截面圆,将其连线作为基 准轴;在被测圆柱上也测量两个截面圆 ,构造一条直 线,然后计算其同轴度。假设基准圆柱上两测量截 面间的距离较小(10mmD,而基准第 一截面与被测第 一截面间的距离较大 100mm),即该检测方案的同轴度对采点的敏感系数很大,如果基准圆柱第 二截 面圆的圆心位置有 5pm的测量误差,则测量轴线到 达被检截面时已偏离了 5 X100/10 = 5(Vm,此时即使被检轴线与基准轴线完全同轴 ,同轴度误差(等于误差圆柱的直径)的测量结果也会有 2 X50 = 100im 的误差。

 

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