机加工形位公差知识

1、直线度

直线度属于形状公差中的一种。直线度公差指单一实际直线允许的变动全量。用于控制平面或空间直线的形状误差，其公差带根据不同的情况有几种不同的形式。

基本检测方法：

1．光隙法

利用光隙法测量直线度误差时，是用样板直尺(刀口尺)等来体现“理想直线”与被测实际直线相接触，以它们之间透光缝隙的大小来判断直线度误差。刀口尺与被测实际直线接触后并调至相对位置符合最小条件，再与标准光隙的大小对比来判断直线误差。

标准光隙的大小借助于光线通过狭缝时，呈现不同颜色的光素来鉴别。一般来说，当间隙>2．5μm时，呈白色；间隙为1．25～1．75μm时，呈红色；间隙约为0．8 μm时，呈蓝色；间隙<0．5μm时，则不透光。当间隙大于30μm时，可用塞尺来测量。

2．打表法

采用这种方法测量时，常以精密平板来体现理想直线，在精密平板上连续地或定距间断地移动指示表表座，由指示表读出被测件相对平板的直线度误差。所用平板的平面度误差和指示表的示值误差之和不大于被测件直线度公差要求的1/3~1/5。

3．节距法

节距法又称跨距法，是用桥板将被测面进行分段测量的一种方法，主要用来测量精度要求较高而待测直线尺寸又较长的研磨或刮研表面。如各种长窄轨面。

水平仪法

用水平仪测量是以自然水平面作为测量基准，根据液体中气泡总是向高处移动的原理，由水平仪中气泡移动的格数来反映被测直线斜率的变化．如图4所示。测量时应先将被测零件的位置调至大致水平，以便水平仪在被测实际线的两端上都能得到读数。然后把水平仪1安放在跨距适当的桥板2上，再把桥板置于被测要素3的一端。按桥板的跨距依次逐段移动桥板至另一端为止，同时纪录各测点的读数。水平仪，匕各段位置的读数，都是以该段前点的水平仪位置为参数基准，将各测点的读数(格值)经数据处理即可获得以“格”为单位的误差值。图4若测量时使用的是分度值为0．02/1000的水平仪，实测时桥板节距长为L，水平仪读数为a格，则以格为单位的直线的直线度误差值换算为线值表示的直线度误差f，按比例折算为：f=L/1000 X 0．02×a(mm)式中：L——测量节距，单位为mm。a——以“格”为单位的测量结果。

2、平面度

指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。平面度是限制实际平面对其理想平面变动量的一项指标，用来控制被测实际平面的形状误差。

平面度误差测量的常用方法有以下几种：

①平晶干涉法。用光学平晶的工作面体现理想平面，直接以干涉条纹的弯曲程度确定被测表面的平面度误差值。这种方法主要用于测量小平面，如量规的工作面和千分尺测头测量面的平面度误差。

②打表测量法。打表测量法是将被测零件和测微计放在标准平板上，以标准平板作为测量基准面，用测微计沿实际表面逐点或沿几条直线方向进行测量。

③液平面法。液平面法是用液平面作为测量基准面，液平面由“连通罐”内的液面构成，然后用传感器进行测量。此法主要用于测量大平面的平面度误差。

④光束平面法。光束平面法是采用准值望远镜和瞄准靶镜进行测量，选择实际表面上相距最远的三个点形成的光束平面作为平面度误差的测量基准面。

⑤激光平面度测量仪。激光平面度测量仪用于测量大型平面的平面度误差。

3、圆度

指工件的横截面接近理论圆的程度，*大半径与最小半径之差为0时，圆度为0，测量工具为圆度仪，用途是测环形工件的圆度。

圆度测量方法主要有回转轴法、三点法、两点法、投影法和坐标法、直接利用数据采集仪连接百分表法。

1、回转轴法

利用精密轴系中的轴回转一周所形成的圆轨迹（理想圆）与被测圆比较，两圆半径上的差值由电学式长度传感器转换为电信号，经电路处理和电子计算机计算后由显示仪表指示出圆度误差，或由记录器记录出被测圆轮廓图形。回转轴法有传感器回转和工作台回转两种形式。前者适用于高精度圆度测量，后者常用于测量小型工件。按回转轴法设计的圆度测量工具称为圆度仪。

2、三点法

常将被测工件置于V形块中进行测量。测量时,使被测工件在V形块中回转一周，从测微仪（见比较仪）读出*大示值和最小示值，两示值差之半即为被测工件外圆的圆度误差。此法适用于测量具有奇数棱边形状误差的外圆或内圆，常用2α 角为90°、120°或72°、108°的两块V形块分别测量。

3、两点法

常用千分尺、比较仪等测量，以被测圆某一截面上各直径间*大差值之半作为此截面的圆度误差。此法适于测量具有偶数棱边形状误差的外圆或内圆。

4、投影法

常在投影仪上测量，将被测圆的轮廓影像与绘制在投影屏上的两极限同心圆比较,从而得到被测件的圆度误差。此法适用于测量具有刃口形边缘的小型工件。

5、坐标法

一般在带有电子计算机的三坐标测量机上测量。按预先选择的直角坐标系统测量出被测圆上若干点的坐标值x、y，通过电子计算机按所选择的圆度误差评定方法计算出被测圆的圆度误差。

6、利用数据采集仪连接百分表法

测量仪器：偏摆仪、数据采集仪。

测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的*大值跟最小值，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的圆度误差。

4、圆柱度

指任一垂直截面*大尺寸与最小尺寸差。圆柱度误差包含了轴剖面和横剖面两个方面的误差。圆柱度的公差带是两同轴圆柱面间的区域，该两同轴圆柱面间的径向距离即为公差值 。测量方法有两点法、三点法、三坐标测量法、数据采集仪连接百分表测量方法。

测量方法

1、两点法

测出各给定横截面内零件回转一周过程指示表的*大示值与最小示值， 并以所有各被测截面示值中的*大值与最小值的一半作为圆柱度误差值。

2、三点法

按图1所示方法测出各给定横截面内零件回转一周过程指示表的*大示值与最小示值的一半作为圆柱度误差值。

图1三点法测量圆柱度

3、三坐标测量法

通常是在三坐标测量机上按要求测量被测零件各横截面轮廓各测点的坐标值， 再利用相应的计算机软件计算圆柱度误差值。利用圆度仪测量圆柱度时， 将被测圆柱体工件沿垂直轴线分成数个等距截面放在回转台上， 回转台带动工件一起转动; 3个传感器安装在导轨支架上， 并可沿导轨做上下的间歇移动， 逐个测量等距截面， 获取含有混合误差的原始信号(测量原理图如图2所示)。测量传感器拾取的原始信号中不仅包含有被测工件的各个截面的圆度误差母线的直线度误差， 而且还含混入了导轨的直行运动误差及回转台的回转运动误差。将上述误差相分离， 并依据最小二乘圆心进行重构出实际圆柱面轮廓， 然后采用国标规定的误差评定方法得到被测圆柱面的圆柱度误差。

图2三坐标测量圆柱度法

三坐标测量机是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪三次元。

三坐标测量机能够在用测头所确定的三维空间（xyz空间）坐标系内， 由光学刻尺或激光干涉仪进行测量。通过测头和测量对象的接触， 由测头的坐标来获取对象的形状信息。

4、数据采集仪连接百分表测量方法

测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪。

图3数据采集仪连接百分表测量圆柱度的方法

测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的*大值跟最小值，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的圆柱度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的圆柱度误差是否在圆柱度范围内，如果所测圆柱度误差大于圆柱度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。

5、线轮廓度

线轮廓度是对曲线形状的要求，是限制实际曲线对理想曲线变动量的一项指标。

线轮廓度的公差带是包络一系列直径为公差值t的圆的两包络线之间的区域。诸圆的圆心位于具有理论正确几何形状的线上。

测量原理

轮廓样板来模拟理想轮廓曲线，与实际轮廓进行比较的测量。

测量特点

测量条件要求不高，容易实现，适用面广，可测量一般的中、低精度的零件。

测量步骤

1)选择样板

2)无基准的线轮廓误差检测-透光法注意：尽量采用自然光或光线柔和的日光灯光源以保证光隙的清晰度。测量的准确度与接触面的粗糙度密切相关，应尽量选择表面粗糙度较小的表面进行测量。由于是凭视觉观察，在经验不足的情况下，可通过与标准光隙比较估读误差值的大小。将轮廓样板按规定的方向放置在被测零件上，根据透过光线的强弱判断间隙大小，取*大间隙作为该零件的线轮廓度误差。 ^[1]

3)有基准的线轮廓检测-仿形法固定被测零件和轮廓样板，必须保证基准定位可靠。安装仿形测量系统，选择百分表测头应与仿形测头一致。百分表调零。仿形测头在轮廓样板上横向移动，仿形测量装置带动百分表测头在被测零件轮廓上移。读取轮廓表面各测量点的百分表示数，取其中*大示数的两倍作为该零件的线轮廓度误差。 ^[1]

2、利用数据采集仪连接百分表测量线轮廓度误差的方法测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪。测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的线轮廓度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的线轮廓度误差是否在线轮廓度公差范围内，如果所测线轮廓度误差大于线轮廓度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。

6、面轮廓度

描述曲面尺寸准确度的主要指标为轮廓度误差，它是指被测实际轮廓相对于理想轮廓的变动情况。

检测方法

传统误差检测方法

传统的面轮廓度测量误差的测量方法包括仿形装置测量、截面轮廓样板测量、光学跟踪轮廓测量仪测量以及三坐标测量装置测量等。前3种测量方法要求做出理论轮廓样板后才能测量。由于理论轮廓样板制作非常困难，因此该测量方法适合于一种零件大批量生产过程中的检验。而采用三坐标测量装置进行测量时无需轮廓样板，只需要零件的CAD数学模型（零件的三维设计图形），因此该测量方法可应用于任何场合且测量数据可靠。

目前，用来采集物体表面三维坐标的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。根据测量探头是否和零件表面接触可分为接触式与非接触式两类。

接触测量法以三坐标测量为典型代表。三坐标测量机的测量精度高，对环境（如：温度、湿度、防振等）要求也高。由于测量时测头在工件上要逐点测量，所以测量速度较慢。另外还要求被测零件的材质不能太软、尺寸不宜过大且不易变形。

非接触测量法以结构光法为典型代表。该测量方法一次获取物体表面的数据（点坐标）多，测量范围大，对被测量物体的材质没有要求，特别适合于面积大且易变形的覆盖件类零件的测量。

利用数据采集仪连接百分表法

测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪。测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的面轮廓度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的面轮廓度误差是否在面轮廓度公差范围内，如果所测面轮廓度误差大于面轮廓度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。

7、平行度

指两平面或者两直线平行的程度，指一平面（边）相对于另一平面（边）平行的误差*大允许值。

平行度评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的平行状态。其中一个直线或平面是评价基准，而直线可以是被测样品的直线部分或直线运动轨迹，平面可以是被测样品的平面部分或运动轨迹形成的平面。

检测方法

传统方法

1、测量面对面平行度误差

公差要求是测量面相对于基准平面的平行度误差。基准平面用平板体现，如图3所示。测量时，双手推拉表架在平板上缓慢地作前后滑动，用百分表或千分表在被测平面内滑过，找到指示表读数的*大值和最小值。 ^[1]

图3 平行度

被测平面对基准平面的平行度误差可按公式计算为：

公差要求是测量孔的轴线相对于基准平面的平行度误差。需要用心轴模拟被测要素，将心轴装于孔内，形成稳定接触，基准平面用精密平板体现，如图4所示，测量时，双手推拉表架在平板上缓慢地作前后滑动，当百分表或千分表从心轴上素线滑过，找到指示表指针转动的往复点(极限点)后，停止滑动，进行读数。

图4 平行度

在被测心轴上确定两个测点a、b，设二测点距离为12，指示表在二测点的读数分别为Ma、Mb，若被测要素长度为l1，那么，被测孔对基准平面的平行度误差可按比例折算得到。计算公式为：

图5 平行度

公差要求是测量孔的轴线相对于基准孔的轴线的平行度误差。需要用心轴模拟被测要素和基准要素，将两根心轴装于基准孔和被测孔内，形成稳定接触，如图5所示：测量前，要先找正基准要素，找正基准心轴上素线与平板工作面平行。实验时用一对等高支承基准心轴，就认为找正好了。也可以用一个固定支承和一个可调支承基准心轴，双手推拉表架在平板上缓慢地作前后滑动，调整可调支承，当指示表在基准心轴上素线左右两端的读数相同时，就认为找正好了。

^新型方法

测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪、影像测量仪、三坐标测量机

测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的*大值跟最小值，然后由数据采集仪软件自动计算出平行度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的平行度误差是否在平行度公差范围内，如果所测平行度误差大于平行度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。测量效果示意图：
（如图6）

图6 数据采集仪连接百分表测量平行度误差示意图

优势：

1）无需人工用肉眼去读数，可以减少由于人工读数产生的误差；2）无需人工去处理数据，数据采集仪会自动计算出平行度误差值。3）测量结果报警，一旦测量结果不在平行度公差带时，数据采集仪就会自动报警。

8、垂直度

是方向公差中控制被测要素与基准要素夹角为90°的公差要求，分为给定平面、给定方向、任意方向的垂直度要求，用符号⊥表示。按照被测要素与基准要素的特征来分，垂直度评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的垂直状态^{。其中一个直线或平面是评价基准，而直线可以是被测样品的直线部分或}直线运动轨迹，平面可以是被测样品的平面部分或运动轨迹形成的平面。

9、倾斜度

是指物体或斜面倾斜、歪斜的程度，与地面的夹角。

10、位置度

是一个形体的轴线或中心平面允许自身位置变动的范围﹐即一个形体的轴线或中心平面的实际位置允许变动范围，是限制被测要素的实际位置对理想位置变动量的指标。位置度公差在评定实际要素位置的正确度，是依据图样上给定的理想位置。位置度包括点的位置度、线的位置度和面的位置度。

11、同轴(同心)度

同心度，圆心的偏移程度，是同轴度的特殊形式。当被测要素为圆心（点）、薄型工件上的孔或轴的轴线时，可视被测轴线为被测点，它们对基准轴线的同轴度即为同心度。故对同心度的测量可以进行投影测量。

同轴度是评价圆柱形工件的一项重要技术指标，同轴度误差直接影响着工件的装配和使用。但当工件的被测元素轴线特别短时，要评价其同轴度非常困难，通常会用同心度来评价。

同轴度误差直接影响着工件的配合精度和使用情况。而同轴度误差反应在截面上的圆心的不同心即为同心度，同心度误差即为圆心的偏移程度。

测量同心度主要有以下5种方法：

游标卡尺

针对较简易产品且加工精度要求不高的产品主要采用手动测量（游标卡尺）进行管控。

缺点：测量精度不高，相比较其他测量方法效率低。

手动影像测量仪

针对加工精度要求比较高且小部分管控的产品主要使用手动影像测量仪。

缺点：手动影像测量仪虽然测量功能强大但它也不能完成自动批量测量。

圆度测量仪

针对加工精度要求比较高且小部分管控的产品也有采用圆度测量仪去测量。

缺点：圆度测量仪相比较手动影像测量仪功能单一，不能满足全尺寸测量；圆度测量仪检测速度也不如手动影像测量仪。

^{三坐标测量机}

当被检件形状复杂或被测要素为孔对孔、轴对轴时，这时就需要用三坐标测量机来进行测量。

缺点：三坐标测量机虽然精度很高，但它采用接触式测量，在测量速度上远远不如影像测量仪，三坐标测量机更适合测量三维立体的测量元素。

全自动影像测量仪

针对加工精度要求高且大批量测量全自动影像测量仪。

12、对称度

是限制被测线、面偏离基准直线、平面的一项指标。其公差带是距离为公差值t，且相对基准中心平面 (或中心线、轴线) 对称配置的两平行平面(或直线)之间的区域，若给定互相垂直的两个方向，则是正截面为公差值t1×t2的四棱柱内的区域。 对称度系要求被测要素与基准要素共面。

测量方法：

必须保证基准特征面B的平行度满足要求，才能保证后续测量的精确性。首先要将零件的特征面A靠紧角板，满足主定位设置要求，然后将零件的一个与基准面B平行的面与测量台面接触，使用高度千分尺记录下足够多的点。再将零件翻转180度，保持A面靠紧角板，与基准面B平行的另一个面接触测量台面，同样使用高度千分尺记录下上次测量的所有点的相对点的高度值。比较两组读数，然后可以分析是否满足规定的对称度要求。另一种比较好的设置方式是将与基准面日平行的两个面放在两个平行板之间，两个平行板与该两个面的高点接触，即平行板之间的间距最小，然后求得基准特征的基准中心面。

13、圆跳动

是指被测要素绕基准轴线回转一周时，由位置固定的指示器在给定方向上测得的*大与最小读数之差。圆跳动公差是被测要素在某一固定参考点绕基准轴线旋转一周（零件和测量仪器件无轴向位移）时，指示器值所允许的*大变动量。圆跳动公差适用于被测要素任一不同的测量位置。符号用“↗”表示。

14、 全跳动

是关联实际被测要素对理想回转面的允许变动量。全跳动公差分为径向全跳动、轴向（端面）全跳动和斜向全跳动。

径向全跳动误差的测定

图2

测径向全跳动误差，首先应该确定理想素线的方向。实际生产中通常采用平板或量仪表面作为模拟素线。

如图2（a）所示，图中给出中间圆柱表面对两端圆柱面的公共基准轴线“A-B”的径向全跳动公差要求。该零件的全跳动误差检测方法见图2（b）：将被测零件2的两端圆柱面放到两等高的V形块3上，并沿轴向定位。调整两基准圆柱面等高，使公共基准轴线与平板4的工作面平行。然后将指示器与被测圆柱面上端素线接触，使被测零件作连续运转。在指示器沿基准轴线方向作直线移动过程中，指示器上测得*大与最小读数之差值，作为该零件的径向全跳动误差。

也可以在指示器测量基准不变的情况下，测量若干个横截面上*大与最小读数，取整个被测表面中*大与最小读数之差值，作为该零件的径向全跳动误差。

端面全跳动误差的测定

检测端面全跳动误差也必须先确定理想素线方向，生产中通常也是采用平板或量仪表面作为模拟素线进行测量。

如图3（a）所示，图中给出零件的上：表面对基准轴线A的端面全跳动公差要求。该零件全跳动误差检测方法见图3（b）；将零件1的基准圆柱面插入导向套筒5内，两者呈紧密配合，并使基准轴线与平板平面垂直。在被测零件轴向用支承4作轴向定位，由平板平面模拟被测理想素线。

图3

测量时，使被测零件连续回转，将指示器与被测表面接触，沿其径向作直线移动。在整个被测表面上，指示器测得的*大与最小读数之差，作为该零件的端面全跳动误差。