Question

用三次元（三坐标、三坐标测量机）如何测量工件的同轴度，有什么样的方法？

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Answer 1

同轴度检测是我们在测量工作中经常遇到的问题，用三坐标进行同轴度的检测不仅直观且又方便，其测量结果精度高，并且重复性好。汽车零部件生产企业，有很多产品需要进行严格的同轴度检查，特别是出口产品的检查更加严密，如EATON差速器壳、AAM拨叉、主减速器壳等。因此能否准确地测量出此类零件的同轴度对以后的装配有着一定的影响。

1、影响同轴度的因素

在国标中同轴度公差带的定义是指直径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下三种控制要素：①轴线与轴线；②轴线与公共轴线；③圆心与圆心。

因此影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴线方向。如在基准圆柱上测量两个截面圆，用其连线作基准轴。在被测圆柱上也测量两个截面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。假设基准上两个截面的距离为10 mm，基准第一截面与被测圆柱的第一截面的距离为100 mm,如果基准的第二截面圆的圆心位置与第一截面圆圆心有5μm的测量误差，那么基准轴线延伸到被测圆柱第一截面时已偏离50μm（5μmx100÷10），此时，即使被测圆柱与基准完全同轴，其结果也会有100μm的误差（同轴度公差值为直径，50μm是半径），测量原理图如图1所示。

2、用三坐标测量同轴度的方法

对于基准圆柱与被测圆柱（较短）距离较远时不能用测量软件直接求得，通常用公共轴线法、直线度法、求距法求得。

2.1 公共轴线法

在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线，作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度。这条公共轴线近似于一个模拟心轴，因此这种方法接近零件的实际装配过程。

2.2 直线度法

在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个圆构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍。被收集的圆在测量时最好测量其整圆，如果是在一个扇形上测量，则测量软件计算出来的偏差可能很大。

2.3 求距法

同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的两倍。即用关系计算出被测元素和基准元素的最大距离后，将其乘以2即可。求距法在计算最大距离时要将其投影到一个平面上来计算，因此这个平面与用作基准的轴的垂直度要好。这种情况比较适合测量同心度。

3、实际应用

现以EATON差速器壳为例：据图纸要求差速器壳两端轴承内孔同轴度为φ0.05 mm，如果两端孔的同轴度不好，则会影响半轴和齿轮的装配，导致齿轮转动不畅，因此需要准确的测量出差速器壳的同轴度。差速器壳简图如2所示。表1例举了同轴度的测量数据。其中求距法不适用该工件，因此这里不举例。

由表1可以看出，如果直接用单个孔做基准轴，评价的结果大大超出图纸要求，用公共轴线法和直线度方法评价出来的结果比较全面的反映出所测范围内的情况。

4、结论

在实际测量中，同轴度的测量受到多方面的影响。操作者的自身素质和对图纸工艺要求的理解不同；测量机的探测误差，探头本身的误差；工件的加工状态，表面粗糙度；检测方法的选择，工件的安放、探针的组合；外部环境等，例如检测间的温度、湿度等都会给测量带来一定的误差。所以在实际应用中应多从以上几个因素考虑。

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