張向東+馬侖+齊瑞梓

摘 要：文章介紹了在使用三坐標測量機檢測零件垂直度時，經(jīng)常出現(xiàn)同一零件的面對孔與孔對面垂直度測量誤差值相差巨大這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。針對這一現(xiàn)象經(jīng)過理論分析與實驗檢測，找出其原因，并提出使用三坐標測量機進行孔面間垂直度評價時的幾項建議。

關鍵詞：三坐標測量機；零件垂直度；測量

中圖分類號：TH721 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0193-02

1 孔與面間垂直度的測量原理

根據(jù)GB/T1958-2004《產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范（GPS）形狀和位置公差檢測規(guī)定》用三坐標測量機測量形位誤差符合5種檢測原則之一的“測量坐標原則”，即測量被測提取要素的坐標值，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得形狀誤差。

垂直度誤差為相對位置誤差，被測要素的實際方向，對于基準相垂直的理想方向之間，所允許的最大變動量。也就是圖樣上給出的，用以限制被測實際要素偏離垂直方向，所允許的最大變動范圍。其中面對孔軸線的垂直度公差帶為公差值為t，且垂直于孔軸線的兩平面所限定的區(qū)域（如圖1）?？纵S線對基準面的垂直度公差帶為直徑等于公差值t，軸線垂直于基準平面的圓柱面所限定的區(qū)域（如圖2）。

2 檢測被測零件過程

三坐標測量機是一種具有三個方向移動的探測器，可在三個相互垂直的導軌上移動，此探測器通過接觸或非接觸的方式傳送訊號（X，Y，Z），經(jīng)數(shù)據(jù)處理器計算出各點坐標并通過軟件評價功能以實現(xiàn)各項功能的精密測量儀器。

在進行垂直度測量時使用測頭對被測零件的平面與孔進行探測，并將所測得的坐標值傳送到計算機，通過計算機內(nèi)軟件的數(shù)據(jù)處理，評價出被測零件面對孔以及孔對面的垂直度誤差實際值。

車間生產(chǎn)中平面多取4個點，孔取6個點（兩層，每層三個點），在測量平面時（圖3），若所采集的各點分布在整個平面時，其中個別點存在著測量誤差對整個平面的方向矢量的影響不大；若采集的點較集中，僅是整個平面的局部的話，就會使整個平面的方向矢量產(chǎn)生很大的變化，孔的由于測量機在測量每一個點時，都存在著精確度的問題，術語稱為“重復性”，在三坐標測量機精度指標的P值（即探測誤差）中反映了這一點。機器的P值所涉及的因素很多，反映了三坐標測量機的整體品質(zhì)。除機器的品質(zhì)外，零件表面的形狀誤差也會影響測量點的重復性。因此這個誤差是始終存在的。

為客觀反映孔面間垂直度的關系，選取典型襯套類零件作為被測零件。該零件內(nèi)孔與端面最終尺寸為兩道工序加工完成，其中內(nèi)孔存在鍍層，表面處理后經(jīng)珩磨加工完成；端面為車削加工表面（圖3）。

零件實驗檢測過程為：在三坐標測量機上測量平面A若干次，測點數(shù)量逐次增加，每次測量均在計算機中構造一個平面。內(nèi)孔B的測量也同理，內(nèi)孔B測量孔頂與孔底兩圓，以此構造出圓柱B。使用采集后的數(shù)據(jù)分別評價面對孔的垂直度（表1）與孔對面的垂直度。

其中孔取點數(shù)為單層取點數(shù)，共取兩層，兩層間距離40mm，完成測量后精確測量得出該件的A面平面度0.003mm，B孔的圓柱度為0.008mm。

3 影響垂直度測量的因素

經(jīng)過對表1與表2測得數(shù)據(jù)不難得出以下結論：

（1）該件面對孔的垂直度0.019～0.021mm，孔對面的垂直度為0.009～0.011mm。

（2）孔取點數(shù)與面取點數(shù)越多越能反映零件的真實情況，其中面取點數(shù)對測量結果影響最大。

（3）當面取點數(shù)在十個點以上，孔每層取點五個點以上時基本可以評價出零件的真實垂直度。

（4）三坐標測量機本身的精度誤差與零件自身的平面度、圓柱度誤差，表面粗糙度等因素均會對孔面間垂直度造成一定的影響。

由以上理論論證及對數(shù)據(jù)的分析可知，由于面對孔垂直度的公差帶形式與孔對面垂直度不同，導致在零件測量中出現(xiàn)巨大的垂直度數(shù)值偏差。面對孔的垂直度公差帶為兩個平行平面間的距離，計算機會根據(jù)所采平面點數(shù)擬合出被測平面進而評價出垂直度，故采點的數(shù)量、位置直接影響了平面的矢量方向。而對于孔對面的垂直度，其公差帶形式為圓柱帶內(nèi)的區(qū)域，影響垂直度的主要因素的被測圓柱的長度。同時被測零件的平面度、圓柱度誤差，表面粗糙度等因素致使了零件垂直度測量數(shù)據(jù)重復性差。

4 孔與面間垂直度的檢測方法

使用三坐標測量機進行垂直度測量是一種既高效又準確評價垂直度手段。在實際操作中，根據(jù)零件外形結構的不同、精度等級的差別等因素均會影響采點與評價過程。本文通過以上時試驗檢測與理論分析，給出使用三坐標評價孔面間垂直度的幾個建議。

（1）由于孔對面垂直度與面對孔垂直度公差帶形式的不同，同一零件二者的垂直度數(shù)值會有一定差距，測量時一定確定被測要素與基準，不得顛倒基準進行檢測。

（2）平面的采點數(shù)不得低于10個點，且各點應均勻分布在被測平面上；孔每層采點數(shù)不得低于5點，層數(shù)不得低于2層。

（3）對于公差要求極嚴格的垂直度，應保證被測要素與基準擁有很好的形狀與較低的表面粗糙度。

參考文獻：

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