В области машиностроения и контроля качества измерение допусков формы и положения является центральной частью обеспечения взаимозаменяемости деталей и точности сборки. Соосность, прямолинейность, плоскостность и округлость являются четырьмя основными геометрическими допусками, и точность их измерения напрямую влияет на производительность оборудования (например, вибрация вращающихся деталей и стабильность трансмиссии). В этой статье систематически излагаются принципы измерения, общие методы и точки инженерной практики четырех допусков, а также приводится технический справочник по прецизионному производству.


1. Измерение коаксиальности: обеспечение динамического баланса вращающихся частей

1. Определение и важность

Коаксиальность относится к степени совпадения между измеряемой осью и осью отсчета, а полоса допуска — это значение допуска диаметра цилиндрической поверхности с осью отсчета в качестве оси. В таких сценариях, как роторы двигателей, приводные валы и гидравлические цилиндры, отклонения соосности, превышающие 0,01 мм, могут привести к усилению вибрации, выходу из строя уплотнения или преждевременной потере подшипника.

2. Метод измерения

(1) Метод маркировки (тип контакта)

• Принцип: радиальное биение поверхности испытуемого вала относительно оси отсчета измеряется с помощью стрелочного индикатора или циферблатного индикатора.

•Стремянка:

1. Закрепите опорный вал на V-образном блоке или наконечнике.

2. Щуп стрелочного индикатора находится в непосредственном контакте с поверхностью измеряемого вала

3. Поверните измеренную ось вокруг и запишите максимальную и минимальную разницу показаний

4. Ошибка коаксиальности = Δmax/2 (метод двойного зонда может исключить влияние осевого перемещения)

• Корпус: Измерение соосности вала двигателя диаметром 50 мм с помощью рычажного циферблатного индикатора, погрешность значения составляет ≤0,002 мм, а результат измерения 0,008 мм (допустимое требование ≤0,01 мм).

(2) КИМ (КИМ(бесконтактный) метод

• Принцип: Координаты центра окружности нескольких участков измеряемой оси и оси отсчета собираются датчиком для вычисления смещения оси.

•Стремянка:

1. Установите систему координат с осью отсчета в качестве оси Z

2. Щуп собирает 3-5 окружностей поперечного сечения вдоль измеряемой оси

3. Подгонка координат центра каждого сечения и расчет смещения пространства оси

• Преимущества: Осевый наклон может быть оценен одновременно, а погрешность измерения составляет до 0,001 мм.

(3) Метод лазерного центрирования (динамическое измерение)

• Принцип: Используйте лазерный луч в качестве эталона для измерения погрешности юстировки системы вала по мишени отражения.

• Применение: Крупные узлы (такие как паровые турбины, генераторы) центровка системы валов, диапазон измерения до 50 м, точность ± 0,01 мм.

2. Измерение прямолинейности: контроль точности движения направляющей и системы валов

1. Определение и классификация

Под прямолинейностью понимается величина изменения фактической линии до идеальной прямой, которая делится на:

• Прямолинейность в заданной плоскости (например, плоскости рельсов)

• Прямолинейность в заданном направлении (например, осевая ось деталей вала)

• Пространственная прямолинейность (например, стрела робота)

2. Метод измерения

(1) Метод плоской линейки и щупа (низкая точность)

• Принцип: Используйте плоскую линейку в качестве идеальной прямой линии, а щуп измеряет расстояние между измеренной линией и плоской линейкой.

• Ограничения: подходит только для коротких рельсов (<1m），测量不确定度>0,02 мм.

(2) Метод светового зазора (средняя точность)

• Принцип: Используйте стандартный зазор (например, набор измерительных блоков) для сравнения отклонения между измеренной линией и идеальной прямой.

•Стремянка:

1. Поместите тестовый образец на мост

2. С помощью набора дозировочных блоков отрегулируйте световой зазор до стандартного значения (например, 0,02 мм)

3. Визуально определите, не вышел ли из строя фактический световой зазор

• Точность: 0,005-0,01 мм, подходит для проверки направляющих рельсов станка.

(3) Метод лазерного интерферометра (высокая точность)

• Принцип: Измерьте отклонение смещения зеркала при его движении через линейность лазерного луча.

•Стремянка:

1. Лазерная головка фиксируется, и зеркало движется вдоль измеряемой линии

2. Запишите данные о смещении и подогнайте кривую прямолинейности

3. Рассчитайте максимальное значение отклонения

• Корпус: Измерьте прямолинейность по оси X станка с ЧПУ, ход 1 мкм, разрешение измерения 0,1 мкм, результат 0,003 мм (требование допуска≤0,005 мм).

(4) Метод автоколлиматора (преобразование угла)

• Принцип: Преобразуйте ошибку прямолинейности в угловую ошибку, которая вычисляется по углу поворота зеркала.

• Применение: Измерение прямолинейности длинной направляющей (>3 м), точность ± 0,001 мм/м.

3. Измерение плоскостности: убедитесь в уплотнении и прилегании контактной поверхности

1. Определение и влияние

Плоскостность относится к величине изменения между фактической плоскостью и идеальной плоскостью, а зона допуска — это площадь между двумя параллельными плоскостями. В таких сценариях, как торцевые поверхности гидроцилиндров и поверхности фланцевых соединений, превышение плоскостности может привести к утечке или трудностям при сборке.

2. Метод измерения

(1) Метод линейки (грубое измерение)

• Принцип: использованиеЛезвие ножа прямоеИли плоская линейка находится близко к измеряемой поверхности, а о плоскостности судят по способу светопропускания.

• Ограничения: он может обнаруживать только локальные высоты и не может количественно оценить ошибки.

(2) Уровневый метод (pitch method)

• Принцип: Измерьте угол наклона измеряемой поверхности в разных положениях по уровню и рассчитайте относительную разницу высот.

•Стремянка:

1. Разделите измеренную поверхность на сетки (например, 200 мм×200 мм)

2. Уровень измеряется по точкам в направлении X/Y

3. Рассчитайте разницу высот каждой точки относительно точки отсчета

4. Ошибка плоскостности подгонки

•Формула:

где θi — угол наклона узла, а li — шаг.

• Точность: 0,005-0,01 мм, подходит для контроля стола станка.

(3) Метод измерения координат (полное измерение изображения)

• Принцип: Зонд собирает координаты нескольких точек измеряемой поверхности, подгоняет оптимальную плоскость и вычисляет отклонение.

•Стремянка:

1. Равномерный отбор проб (расстояние между точками 5-10 мм)

2. Метод наименьших квадратов подходит к плоскости

3. Рассчитайте расстояние от каждой точки до плоскости подгонки

4. Максимальная разница расстояний равна плоскостности

• Преимущества: Он может выводить 3D-карты облаков ошибок, а погрешность измерения ≤ 0,001 мм.

(4) Оптическая плоская интерферометрия (высокая точность)

• Принцип: Используйте лазерную интерференцию для формирования полос одинаковой толщины и рассчитайте плоскостность по величине деформации полосы.

• Применение: Сверхточная обработка оптических компонентов, разрешение измерения плоскостности до 0,01 мкм.

ЧетыреИзмерение округлости: Контролирует равномерность вращающихся деталей

1. Определение и влияние

Округлость относится к величине изменения между фактической окружностью и идеальной окружностью, а полоса допуска — это площадь между двумя концентрическими окружностями в одном поперечном сечении. В таких сценариях, как дорожки качения подшипников и зубчатые кольца, ошибки округлости могут привести к повышенной вибрации, шуму и износу.

2. Метод измерения

(1) Двухточечный метод (простой)

• Принцип: Используйте микрометр для измерения разницы между максимальным и минимальным диаметром на одном и том же поперечном сечении.

• Ограничения: Он может обнаруживать только овальность и не может отражать нерегулярные деформации.

(2) Метод трех точек (улучшение)

• Принцип: Используйте V-образный блок или специальный измерительный инструмент для измерения радиального биения путем вращения тестируемого устройства.

α — это угол V-образного блока (обычно 90° или 120°).

(3) Метод измерителя округлости (стандартный метод)

• Принцип: высокоточный щуп касается поверхности измеряемого круга вертикально, вращает испытуемый образец и регистрирует радиальное смещение.

•Стремянка:

1. Испытательный образец устанавливается вПоворотный верстак

2. Зонд касается поверхности и вращает ее в течение одной недели для сбора данных

3. Компьютерная настройка наименьшей площади окружности (MZC) или наименьшей квадратуры (LSC)

4. Расчет погрешности округлости (минимальный результат MZC)

• Точность: погрешность измерения ≤ 0,1 мкм, в соответствии со стандартом ISO 1101.

(4) Метод лазерного сканирования (бесконтактный)

• Принцип: Лазерный датчик смещения сканирует поверхность измеряемой окружности и подгоняет округлость с помощью данных облака точек.

• Преимущества: подходит для мягких материалов или высокотемпературных заготовок, скорость измерения > 1000 точек/секунду.

5. Комплексная прикладная и инженерная практика

1. Принцип выбора метода измерения

2. Источник и контроль ошибок

• Факторы окружающей среды: колебания температуры (0,012 мм/м на °C, вызывающие расширение стальных деталей), постоянный контроль температуры (±1°C)

• Измерительное усилие: контактное измерение требует контроля давления щупа (например, стрелочный индикатор измеряет усилие 0,5-1,5 Н)

• Плотность выборки: для измерения округлости требуется 36 точек измерения ≥, а расстояние между точками измерения плоскостности составляет ≤ 5 мм

3. Типичный разбор кейса

Случай 1: Контроль соосности вала высокоскоростного двигателя

• Проблема: вибрация ротора превышает стандартную (амплитуда 0,05 мм)

• Осмотр: КИМ обнаружила погрешность соосности 0,015 мм (допуск 0,01 мм)

• Улучшение: оптимизирован процесс обработки (с использованием шлифовального станка с ЧПУ), повторно протестирована соосность 0,007 мм и снижена вибрация до 0,02 мм

Случай 2: Оптимизация плоскостности торцевой поверхности гидравлического цилиндра

• Проблема: утечка после сборки (плоскостность 0,03 мм)

• Обнаружение: лазерный интерферометр измеряет и показывает выступ 0,025 мм в середине торцевой поверхности

• Улучшено: добавлен процесс шлифования, плоскостность уменьшена до 0,008 мм, устранена утечка.

6. Резюме и перспективы

Измерение соосности, прямолинейности, плоскостности и округлости должно быть тщательно подобрано в соответствии с требованиями к точности, размеру заготовки и производственной партии. Будущие тенденции включают в себя:

1. Интеллектуальный: алгоритмы искусственного интеллекта автоматически определяют шаблоны ошибок (например, ошибки округленности)Трехлепестковая волна）

2. Поточное измерение: система компенсации в режиме реального времени, интегрированная в обрабатывающий центр

3. Многопараметрическое сплавление: одновременная оценка допусков формы и положения для повышения эффективности сборки

Практические рекомендации:

• Установление стандартных операционных процедур (СОП) для методов измерения

• Регулярная калибровка измерительного оборудования (рекомендуемый срок 6 месяцев)

• Статистическое управление технологическим процессом (SPC) для критических размеров

Благодаря научным измерениям и контролю качества можно значительно повысить надежность и долговечность механических изделий, заложив основу для интеллектуального производства.