定位控制———同心/同轴度

 

同心度的定义：同心度是对旋转体的直径方向上的点要素相对基准中心要素的一种位置约束。首先需要明确同心度是一种定位公差，而非定向公差，具体来说，是一个回转体的轴线或者圆心相对于基准中心要素的位置关系，其公差带是以基准中心轴线为公差带中心，以公差值为直径做圆/圆柱，被测要素的圆心/轴线在圆/圆柱面内，则被测要素的同心/同轴度合格。

图中表示Φ20的圆柱相对于Φ30圆柱的同轴度公差为Φ0.5，公差带如下图：

以Φ30圆柱的轴线模拟到一条理论轴线，即基准轴的轴线直线度为零，再以该理论轴线为轴心线，在Φ20圆柱长度内做一圆柱面，圆柱面直径为Φ0.5，只要被测Φ20圆柱的轴线上所有点都落在Φ0.5圆柱面内，则被测圆柱的同轴度合格。

同心度则只要考虑圆心和基准的位置关系，相当于圆柱某个截面上的圆心要落在以基准圆心为圆心，同心度公差值为直径的圆形之内，则同心度合格。

同心/同轴度约束的是轴线或者圆心的位置相对于基准轴线（轴心）的位置关系，而一个圆（圆柱）的圆心（轴线）和直径没有相关性，无论直径变大或是变小，圆心（轴线）位置并不会有对应的变化，所以同心/同轴度公差都不能使用实体条件修正，无论被测要素还是基准都不适用。

在零件的实际使用中，这种台阶轴（孔）的装配关系又跟直径有关，如果需要将圆柱直径和两个圆柱的位置关系联系起来，就不能使用同轴度，需要使用位置度，位置度是可以使用实体条件的，基准和被测要素都适用。一般情况下，所有同轴度都可以由位置度来等效代替，因为此时的同轴度公差带和位置度的公差带完全相同。不过对于两个同轴的位置关系评价，同轴度评价方式更直观，位置度就是位置关系，毕竟所有的要素都可以有位置约束。在两个同轴要素评价相对位置关系时，建议使用同轴度公差。

那么是不是同轴度就没用了？答案是否定的。回转体一般都会考虑转动的平衡，从而保证在转动过程中，回转体自身的转动幅度很小，传递的能量损失降低，同时还可以减少转动过程中产生的噪音，也能保证回转体的使用寿命等。同轴度是一个重要是控制公差，他保证了回转体的质量分布的均匀性。说到回转体，使用的比较多的是跳动，不过跳动控制的是表面要素相对于中心轴线要素的位置关系，并不能像同轴度那样直观反映回转体质量的分布情况，这就是同轴度相对跳动的优势地方。

同轴度控制的是轴心的位置关系，而轴心不能直接通过测量得到，需要根据圆的表面点来得到圆心位置，使用常规的检测仪器很难得到，通常是使用计算机辅助计算得到，如三坐标测量机，就很容易得到同轴度测量值。

同轴度也有使用的局限性。当约束的要素是轴线相对于基准轴线的位置关系，且需要使用实体条件修正时，推荐使用位置度公差；当约束的是表面要素相对基准轴线的位置关系，推荐使用跳动公差；当约束的是表面的大小、形状、方向、位置相对于基准要素的位置关系时，推荐使用轮廓度公差。

图示为一铰链结构，两孔有相对位置要求，使用了同轴度公差来约束相对位置，能否正确表达两孔的位置关系，我们来看下这个同心度的公差带:

可以发现，当基准孔的位置不在理论正确位置时，被测孔的同心度值Φd，远远超过其同心度公差值Φ0.4。造成这样的结果是由于被测孔距离基准孔太远，同心度需要将基准孔的轴线延伸到被测孔的位置，再评价被测孔的同心度。这个时候同心度来评价两孔的位置就不再适用了，需要使用位置度来评价：

图示表示两小孔的相对位置度为Φ0.4。需要解释一下这里为什么使用相对位置度而不使用带基准的位置度，是由于两个孔在使用的时候，并不存在先后顺序关系，即先装配左边的孔还是先装配右边的孔，都是可以的，并不需要去规定，实际使用中也不会在意先使用哪个孔的问题。使用了带基准的位置度后，就需要一单个孔做了基准了，评价另外一个孔的位置，这样一来，如果基准孔很差，就会造成位置度不合格，但实际上两孔的相对位置度是合格的，因为相对位置度在评价的时候是互为基准评价的。

图示公差带为两小孔使用相对位置度的公差带，实际上，相当于两个小孔的轴线位于一个Φ0.4的圆柱面，则两小孔的相对位置合格，在使用的时候，这个铰链就可以被使用。

通过上面的例子，我们会发现，当距离很远的两个同心要素需要评价相对位置时，同心度不适用，使用相对位置度可以很好的反映两要素的相对位置关系，不会造成误判。