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CREAFORM 形创科普台 | 如何测量平面度:适合专业人士的简明指南

国际金属加工网 2023年08月09日

01什么是平面度?

平面度是对表面形状的一种度量,用于指示该表面上的所有点是否都在同一个平面上。平面度在几何尺寸和公差(GD&T)中用平行四边形表示,当两个表面必须装配在一起形成紧密密封时,平面度就特别有用。

使用平面度公差是为了确保某个即定表面位于两个假想的、完美的、平行的平面内。换句话说,公差范围位于被测表面上最高和最低可接受点之间。

02如何测量平面度?

测量平面度包括分析一个表面,找出它不完全平坦的程度。为此,首先要在表面上获取一些点,以便找到包括所有这些点的两个平行平面的包络。下一步是找到尽可能小的平面夹层,而不考虑方向(因为这些平面可以在空间自由移动)。最远的两个点之间的距离就是平面度。因此,这两个平面之间的空间越窄,这个平面就越平坦。

03测量平面度有哪些不同的测试方法?

塞尺和高度尺是两种传统的测量工具;它们当然具有成本优势和更高的易用性,但其测量的准确性在很大程度上取决于用户的操作、设置和测量的环境。

测试零部件平面度的第一种方法是将零部件放在一个预设了平面度的三坐标大理石台面上。然后,使用由已知厚度的条形材料制成的塞尺,将不同厚度的条形材料插入零部件下方。由于我们知道,一个表面一旦放置在大理石台面上,就会静置在它的三个最高点上,因此我们就能找出它的平面度。

带有表盘指示器支架的高度尺也采用同样的测量方法。一旦零部件放置在大理石台面上,就可以通过在其表面上移动红宝石测头、确定最大和最小点来确定其平面度。如前所述,这个包络与表面的平面度相对应。

这两种传统工具的优点是,它们的价格通常非常实惠,同时也不需要使用额外的辅助工具。然而,这类方法的缺点是,找到的最大值和最小值取决于用户在表面上移动量具的行为;如果量具没有经过与零部件上实际最高点和最低点相对应的点,那么找到的平面度将是错误的。此外,这两种方法只能测量可接触区域的平面度。例如,在三坐标大理石台面上用塞尺测量一个 4× 8 英尺大的平面,它只能测量平面的外缘,而不能测量其中心,因为没有足够长的塞尺可以到达这么大的表面的中间。

测量平面度的仪器还有传统三坐标、便携式三坐标 以及三维激光扫描仪,但点触式测量工具面临着与传统仪器相同的挑战。事实上,如果错误地确定了最大和最小值,那么分析结果就是不正确的。然而,三维激光扫描仪扫描的是整个表面,获得的点的密度要高得多,因此可以准确地测得最高和最低点。

04为什么平面度如此重要?

当我们有一个标称模型(CAD 模型)和一个通过三维扫描获取的点云数据时,我们可以通过将扫描数据与 CAD 模型配准,将前面两者关联起来。为此,我们可以使用基准,也就是参照实体。在计量学中,平面是一个被广泛用于将测量点与 CAD 配准的实体。事实上,当对一个零部件进行分析以了解它与 CAD 有什么差别时,计量学最常使用的是由三个平面组成的对齐。

因此,一旦获取了平面与平面与平面的对齐,就可以设置色图,以确定实体是否在正确的位置,以及几何形状是否正确。如果不正确,就必须调整加工程序。

然而,如果数据与 CAD 模型的配准是基于本应是但实际却不是平坦的表面,我们最终会得到这样的结果:实体的加工质量是无可厚非的,但参考表面的加工质量就差强人意了。在这种情况下,错误消息将显示零部件的所有方面都是错误的,因为由参考表面引起的错误将传播到整个零部件上。这将导致人们认为零部件的加工质量很差,应被丢弃,殊不知实际上只是基准和对齐实体的加工质量不好。在这种情况下,重新加工一两个表面可能有助于使零部件免于报废,从而节省一大笔资金。

因此,在选择平面作为基准时,最好先检查其平面度,因为这将避免重大损失。这适用于一级、二级和三级基准面,它们都必须具有良好的平面度和垂直度。它还保证了,如果在零部件上发现错误,它们将是加工错误,而不是由对齐实体引起的错误。

简而言之,虽然平面可能是所有计量对齐中最受欢迎的几何实体,但如果它们没有正确加工,平面度差,那么所有其他几何实体都会被错误地定位。

05什么时候应该测量平面度?

平面度测量可以在质量控制过程中进行,以检查相关的几何实体或原型,了解零部件在哪里出了错。然而,在原型设计的最初阶段,有比平面度更重要的问题需要解决。在检查原型时,使用一个用于检查形状的最佳拟合表面和一个用于识别主要问题的色图就足够了。毕竟,在开发中的这个早期阶段,我们一般只看零部件的大致形状,并确保一切大致正确。

只有在这个早期原型设计阶段完成后,我们才能确定哪些轴承表面将成为主要基准面。随后进行对齐并再次使用色图,以检查各表面相对于彼此的位置。在第二次使用色图时收集和分析的数据对于质量控制也很重要,因为它将为工程师提供有关零部件是否与其他零部件正确组装在一起的有用信息。

将两个零部件组装在一起时,选择正确的参考表面是很重要的。一般来说,我们选择与支撑点相接触的表面。在支撑平面的情况下,检查其平面度变得至关重要,因为制造过程的可重复性将取决于这些支撑平面的平面度。这样一来,色图上显示的不规则标记表明真正需要修正的实际问题,而非上述提到的项目流程问题。这时,更换刀具和重新加工将是必要的。

最糟糕的事情是我们更换了刀具,却发现问题是由一个非平面的实体引起的对齐错误;这时,我们很后悔之前没有测量平面度。所以,正确测量平面度是很重要的,因为如果在对齐实体方面做出不慎决定,这可能导致代价高昂的后果。

因此,对于零部件中作为主要结构的支撑表面,测量它们的平面度是非常重要的。然而,如果表面只是为了美观,以后会被一块塑料所掩盖,在这种情况下,平面度的测量就不那么重要了。其重要性取决于应用、每个表面的功能特性以及零部件在最终装配中的作用。

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