机械制造专业形位公差综合测量实验设备的研制

　　0 引言

　　形状和位置误差是评定零件制造质量的一项重要技术指标。零件的形状和位置误差对机器、仪器的工作精度、寿命等性能都有直接的影响。作为机械专业实验教学中的一个重要组成部分，形位公差的测量实验对于学生学习和掌握形位公差测量的原理和技术有着相当大的帮助与促进作用，也可以为他们将来的科研和工作打下坚实的基础[1]。

　　目前，市场上出现的测量仪器大多为比较高端、精密的实验设备，功能上以满足实际生产应用和研究型实验的需求为主，一般价格昂贵，测量成本高，操作环境条件要求严格，用于频繁地测量一般精度的零件并不经济。因此，有单位从降低成本和方便操作的角度出发，针对特定的几项形位误差研制了一些经济型的专用形位误差测量仪器，但是这类设备仍然具有测量功能单一的缺点，在以往本专业的教学实践活动中已经被证实有很大的局限性[2-4]。

　　本研究在传统形位公差测量设备的基础上，研制一套机械制造专业形位公差综合测量教学实验设备。该设备具有结构简单、集成度高的特点，性价比高，可以有效地满足机械制造专业形位公差测量实验教学的需求。

　　1 采样方法与数学模型

　　形位公差可以分为形状公差和位置公差，每一种公差形式均有其对应的成熟的采样方法和数学模型，在此列举几个典型的形位公差测量实验的方案[5-7]。

　　1.1 直线度测量实验

　　沿直线方向上n个相等跨距取得n+1个采样点，得到它们相对于测量基准的变动值为(xi，yi)，i=0，1，2，. . . ，n。则最小二乘直线为:

　　式中:^a 和^b —确定最小二乘直线的系数。

　　求出误差曲线各点对^y的变动Δi，找出最小二乘直线两侧绝对值最大的两点，它们的绝对值之和即是直线度误差。

　　1.2 圆度测量实验

　　以采样时工件的回转中心为坐标原点，在实际轮廓上取几个等角度间隔的采样点:

　　则按最小二乘圆法评定的圆度误差为:

　　式中: u1和u2—实际界面的最小二乘圆形坐标。

　　2 形位公差综合测量教学实验设备的研制

　　该实验设备主要由一台设计制造精密、结构简单耐用的形位公差测量试验台和安装有配套的数据采集与误差分析处理软件的PC机组成，测量系统原理如图1所示。实验时，首先由键盘输入采样点数、采样间距等测量参数，然后人工操作机械部分进行对实验零件形位误差的数据采集，最后 PC 设备实现自动化的数据处理和误差评定，并可利用可视化软件界面显示数据以及打印实验结果[8]。