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圓度的概念以及圓度測(cè)量方法

概要

圓度的測(cè)量對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很重要的。它的測(cè)量有幾種不同的方法，包括簡(jiǎn)單的卡尺測(cè)量和高精度的專用圓度測(cè)量系統(tǒng)等。

該篇文章主要對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行解惑。

一. 怎樣來(lái)定義圓度呢？
二. 為什么要測(cè)量圓度？
三. 如何測(cè)量圓度？

一. 怎樣來(lái)定義圓度呢？
◆ 圓定義為距離一點(diǎn)（圓心）半徑恒定的封閉曲線；
◆ 圓度是指工件的橫截面接近理論圓的程度；
◆ 圓度是一個(gè)用來(lái)量化圓誤差的值，即偏離圓心的距離；
◆ 更準(zhǔn)確地說(shuō)，圓度可以被認(rèn)為是“不圓度”。

圓度的標(biāo)準(zhǔn)
許多不同的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)的圓度標(biāo)準(zhǔn)，例如下面兩個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn)：
● ISO 1101 : 2017
   將圓度定義為恰好包含圓度特征的兩個(gè)同心圓的徑向間隔
   制圖標(biāo)準(zhǔn)：介紹了圓度以及圓度測(cè)量和分析的相關(guān)標(biāo)識(shí)
● ISO 12181 : 2011 (兩部分）
   提供了圓度參數(shù)的定義
   介紹不同的參考圓

二. 為什么要測(cè)量圓度？
圓截面是工業(yè)零部件主要的基本形式之一。圓截面在許多應(yīng)用中都會(huì)出現(xiàn)，特別是在旋轉(zhuǎn)軸和滾珠軸承等軸承表面。測(cè)量不圓度（通常簡(jiǎn)稱為“圓度”）是一個(gè)很重要的評(píng)估方法。如果一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸承部件的圓度不佳，往往會(huì)產(chǎn)生噪音，并很可能導(dǎo)致過(guò)早出現(xiàn)故障。因此，正確的圓度測(cè)量對(duì)確保此類零件的功能至關(guān)重要。

三. 如何測(cè)量圓度？
以下是幾種常見(jiàn)的圓度測(cè)量技術(shù)和方法。

直徑測(cè)量法（兩點(diǎn)法）
也許判定一個(gè)零件圓度的一個(gè)也是相對(duì)簡(jiǎn)單的方法就是在幾個(gè)不同的方向上測(cè)量其直徑是否相等。如果圓度是外觀上的要求，而不是功能上的要求，那么測(cè)量直徑就已經(jīng)足夠了。	當(dāng)然，圓度也可能與功能相關(guān)，英鎊的 20 便士硬幣就是一個(gè)很好的例子。對(duì)硬幣的要求之一是它可以放進(jìn)投幣式老虎機(jī)中。如下圖所示，硬幣的直徑是相等的，可以把它放入投幣口。但是很明顯，這枚硬幣并不是圓形的。

V型塊測(cè)量法（三點(diǎn)法）	坐標(biāo)測(cè)量機(jī)法（CMM）
另一種經(jīng)常使用的判定圓度的方法是將被測(cè)工件放在一個(gè) V 型塊中，并在與千分表或類似的指示器相接觸的情況下旋轉(zhuǎn)它。這實(shí)質(zhì)上是一種三點(diǎn)法，而不是上面所說(shuō)的兩點(diǎn)法。如果零件確實(shí)是圓的，不規(guī)則度可以忽略不計(jì)，指示器的指針就不會(huì)移動(dòng)。形狀上的誤差會(huì)使千分表顯示讀數(shù)，然而當(dāng)不規(guī)則的地方接觸到 V 型塊時(shí)，零件也會(huì)上下移動(dòng)。此外，在測(cè)量軸類工件時(shí)，與 V 型塊相接觸的不只限于被測(cè)平面。這就意味著，零件沿其半徑方向的不規(guī)則特征將影響千分表的讀數(shù)。三點(diǎn)法的局限性在于結(jié)果可能會(huì)因 V 形角和不規(guī)則特征的間距而變化。	另一種測(cè)量圓度的方法是使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）。標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有三個(gè)正確的正交軸，并配有一個(gè)觸控式傳感器。傳感器與被測(cè)工件接觸并記錄其位置。這種方法會(huì)先在工件周圍采集幾個(gè)點(diǎn)，然后在計(jì)算機(jī)中組合這些點(diǎn)，算出工件的圓度。通常情況下，由于采集數(shù)據(jù)點(diǎn)花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，所以采樣點(diǎn)的數(shù)量非常少。因此，這種測(cè)量方法往往不夠準(zhǔn)確。

旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)法

確定工件圓度的準(zhǔn)確的方法是使用探針掃描的方式來(lái)測(cè)量相對(duì)于準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的半徑變化，探針與工件表面保持接觸，并采集高密度的數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)擬合出一個(gè)圓，并計(jì)算出其圓度。
有許多專門用于測(cè)量圓度的儀器。常見(jiàn)的配置是包含一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的系統(tǒng)，工件安裝在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。傳感器安裝在一個(gè)徑向測(cè)量臂上，可以對(duì)該徑向臂進(jìn)行調(diào)整以使傳感器與工件接觸。徑向臂本身安裝在一個(gè)可以調(diào)整測(cè)量平面高度的立柱上。
這類儀器的直線軸具有很高的形狀精度，使儀器還能夠用于測(cè)量平面度、直線度和圓柱度等其它參數(shù)。這類儀器的優(yōu)點(diǎn)是可以在很短的測(cè)量時(shí)間內(nèi)非常準(zhǔn)確地測(cè)量圓度。

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