凸轮轴与曲轴测量仪校准方法

杨智勇，保建平，张晓飞

（1.芜湖市计量测试研究所，安徽 芜湖 241000；2.安徽省计量科学研究院，安徽 合肥 230051；3.德信无线通讯科技有限公司，北京 100015）

1 概述及工作原理

凸轮轴、曲轴测量仪是测量凸轮轴、曲轴等轴类工件的仪器，可测量工件的升程、导程、转角等参数。

根据仪器使用方式，主要分为自动式、手动式凸轮轴、曲轴测量仪；自动式以立式为主，手动式以卧式为主。

自动式由径向测量装置、轴向测量装置、分度装置组成。其分度装置由气浮主轴、气浮顶尖、圆光栅等部件构成，径向、轴向测量装置由传感器、气浮导轨、光栅尺等部件组成。它通过计算机控制三个子系统，完成参数输入、测量选择、数据采集、处理及测量数据管理和测量结果打印输出等工作。

手动式（含光学式、数显式）由径向和轴向测量装置、分度装置组成。其分度装置由主轴、顶尖、尾座、度盘等部件构成，径向和轴向测量装置有读数装置、玻璃标尺等部件组成，并由人工进行数据采集、处理等工作。

2 校准项目和校准方法

2.1 主轴顶尖全跳动

把测微仪装夹在仪器主机座上，测头打在主轴顶尖上，主轴旋转一周，测微仪示值最大变动量，即是测量值。

2.2 两顶尖同轴度

把长标准芯轴置于顶尖之间，把测微仪吸附在顶尖上，测微仪测头打在芯轴上端，控制主轴旋转一周，测微仪示值最大变动量的1/2 即是测量值。然后把短标准芯轴置于顶尖之间，同上操作，测得另一测量值。取2个测量值中的最大值，即为同轴度测量值。

2.3 轴向测量装置移动导轨与顶尖轴线平行度

把长标准芯轴置于两顶尖之间，测微仪架吸附在径向测量装置上，测微仪打在标准芯轴的径向面上，在轴线全程内移动径向测量装置，在测微仪读出芯轴两端的差值，即是径向面的测量值。然后测微仪打在标准芯轴的切向面上，同上操作，测得芯轴两端的差值，即是切向面的测量值。

2.4 径向测量装置的测量重复性

将标准凸轮轴装夹在仪器的两顶尖之间，通过寻找拐点的方法，用仪器读出标准凸轮轴升程的Lmax和Lmin，求得△（见图1）。

图1 标准凸轮轴校准示意图

连续测量5次，取其中△max与△min，用极差法计算出该仪器径向测量装置的测量重复性标准差。按式(2)计算。

2.5 径向测量装置的示值误差

将专用反射镜装夹在仪器的测轴上，调好激光干涉仪并置零。依次在径向方向均匀的测量10个点，并依次按轴向测量装置进行读数。各点上的误差δi按式（3）计算

式中，

ai，a0分别为各受检点和起始点上仪器的读数，mm；

Li为激光干涉仪所用的一段实际尺寸，mm。

2.6 轴向测量装置的示值误差

将专用反射镜装夹在仪器的测轴上。调好激光干涉仪并置零。依次地在轴向方向均匀地测量10个点，并依次按轴向测量装置进行读数。各点上的误差按式（3）计算。

2.7 分度装置的示值误差

（1）自动式凸轮轴、曲轴测量仪用23 面棱体、自准直仪进行校准。示值误差大于2″的仪器，以23 面棱体直接校准；示值误差小于2″的仪器，以23 面棱体排列互比法校准。

现以直接校准为例，方法如下：

将棱体装夹在主轴转盘上，并用自准直仪照准棱体第1 工作面。同时，自准直仪和被测仪器置零；再转动仪器分度装置，使棱体转到第2 面、第3 面……第23 面，用自准直仪瞄准，在被测仪器上读数为a2、a3……a23。

这一校准应在正反向各校一次，对棱体偏差修正之后，分别求得每个测回的误差值，示值误差以正、反方向上最大值与最小值之差来确定。按式(4)计算。

（1）手动式凸轮轴、曲轴测量仪的分度装置示值误差，按JJG57-1999《数显、光学分度头》检定规程进行校准。

2.8 相邻凸轮相位差的示值误差

将标准凸轮轴装夹在两顶尖间，通过寻找拐点的方法，用径向测量装置测量出每一凸轮最大升程点，再在分度装置读出其相对应的相位角度值。这两个角度的差值与标准凸轮轴两个相邻凸轮相位夹角标准值之差，即为仪器的相邻凸轮相位差。

2.9 逐点升程示值误差

将标准凸轮轴装夹在仪器两顶尖间，通过寻找拐点的方法，用仪器读出标准凸轮轴升程的Lmax（或Lmin），以此点作为升程的起始点；也可以标准凸轮轴定位键槽作为升程的起始点，每10°测量出1点的升程值，每点测量2次并取平均值。

共测量出36点的升程值，与标准凸轮轴升程表逐点比较，取最大偏差即是逐点升程示值误差（见图2）。

注：在2.8～2.9 中，自动式凸轮轴、曲轴测量仪必须按仪器操作程序自动测量。

图2 用标准凸轮轴校准逐点升程示值最大允许误差示意图

3 结束语

目前凸轮轴、曲轴测量仪标准装置已建立并校准了相当数量的凸轮轴、曲轴测量仪，在此过程中我们积累了大量的经验，此后我们将对本省各级计量部门进行量值传递，统一监督。这将对我国汽车制造行业质量水平的提高起到促进作用，通过省、国家颁布实施的校准规范，向全省和全国进行推广。

[1]JJF1001-1998，通用计量术语及定义校准规范[S].

[2]JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].

[3]JJF1094-2002，测量仪器特性评定[S].

[4]JJG57-1999，光学、数显分度头国家检定规程[S].