淺談機床在無負荷或精加工條件下的幾何精度檢驗

徐寶良（天津市河東區計量檢定所天津300170）

黃少林（中國電子科技集團公司第十八研究所天津300381）

淺談機床在無負荷或精加工條件下的幾何精度檢驗

徐寶良（天津市河東區計量檢定所天津300170）

黃少林（中國電子科技集團公司第十八研究所天津300381）

機床的幾何精度檢驗主要包括以下幾個方面：直線度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋轉等。圍繞機床在無負荷或精加工條件下的幾何精度檢驗中的幾個方面進行介紹。重點圍繞直線度、平面度、垂直度和旋轉進行分析。

機床無負荷幾何精度

機床在現代工業中的應用已經非常普遍，現代的機械加工業對機床本身的性能也有了新的理解和要求。尤其是在企業選購機床的時候，對機床各個部件的性能都有更詳盡的要求，需要在機床檢驗的過程中能夠滿足這些要求。本文圍繞機床在無負荷或精加工條件下的幾何精度檢驗中的幾個方面進行介紹。

機床的幾何精度檢驗主要包括以下幾個方面：直線度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋轉等。

本文主要圍繞直線度、平面度、垂直度和旋轉進行介紹。

1 直線度

在機床檢驗中直線度檢測的是一條線在一個平面或空間內的直線度。

直線度檢測時所使用的工具主要有：精密水平儀、實體基準（如平尺）、光學儀器（如自準直光管）、鋼絲和顯微鏡等。

1.1 水平儀法

這種方法檢驗過程相對簡單，只要將水平儀沿被檢軸線首尾相接的部分依次讀數，最后采用首尾連線的方法就可以確定其直線度。但其缺點是這種方法只能檢驗出該軸線在鉛垂平面內的直線度，對于水平平面內的平面度是沒有辦法檢測的，所以這種方法在復雜機床的檢驗中很少用到。

1.2 實體基準法

在檢驗過程中將實體基準放置在量塊表面，將顯示器或讀數裝置同時與被檢表面及實體基準相接觸，調整實體基準，使顯示器在實體基準兩側的讀數相同。這時，移動顯示器就可以讀出該被檢軸線的直線度誤差了。這種方法在檢驗軸線長度小于1 600mm的機床中經常用到，大型機床中很少用到這一方法。

1.3 光學儀器法

這里所說的光學儀器主要指自準直儀，將自準直儀的反射鏡放置在被檢軸線的表面或與其相接觸的部件上，通過移動反射鏡，可以直接讀取被檢軸線的直線度誤差。然后將主機旋轉90°。重復上述步驟，即可檢測出與上一個被檢平面相垂直的平面內的直線度誤差，這種方法在檢驗中被經常使用，且精度較高，但在使用時必須注意反射鏡移動過程中的直線性與導軌間接觸的緊密程度，如果忽略這些問題則對檢測數據的可靠性有較大影響。

1.4 鋼絲顯微鏡法

這種方法采用直徑在0.1mm左右的鋼絲和與其配合的顯微鏡組合完成。將鋼絲固定在被檢軸線的兩端，調整鋼絲使其兩端在顯微鏡中的讀數一致，然后沿被檢軸線移動顯微鏡，在顯微鏡中觀察鋼絲位置的變化，將其測量出來，則可直接讀取該被檢軸線的直線度誤差。但需注意的是這種方法只適用于檢測被檢軸線在水平平面內的直線度誤差，鉛垂平面內的直線度誤差由于鋼絲本身受重力影響會產生下垂量，使用這種方法檢測結果將產生較大誤差。

1.5 激光干涉法

這種方法是采用渥拉斯頓棱鏡原理對被檢軸線的直線度進行檢測的一種方法，其具體檢測方法由所使用的激光干涉儀來確定。

2 平面度

平面度的定義為：在規定的測量范圍內，當所有點被包含在與該平面的總方向平行并相距給定值的兩個平面內時，認為該面是平的。

平面度檢測時所使用的工具主要有：自準直儀、精密水平儀、實物標準（如平板、平尺）。

2.1 自準直儀法

在測量過程中將主機放置在被測平面外，將反射鏡與被檢平面緊密貼合，并沿規定方向移動，將所測得的數據進行數據處理，最終得出平面度數值。這種方法檢測過程簡單，但數據的處理量較大，且不直觀。

2.2 精密水平儀法

將水平儀放置在被檢平面上，利用水平儀將被檢平面調整至水平，然后按照規定方向移動，將所測得的數據進行數據處理，最終得出平面度數值。這種方法簡單易行，且數據處理簡單，但對于與水平平面成一定夾角的平面的測量不能實現。

2.3 實物標準法

將實物標準器放置在被檢平面的上方，將顯示器放置在被檢平面與實物標準器之間，并同時與之接觸，將實物標準器調整至適當位置，移動顯示器，讀取顯示器示值，對所測得數據進行數據處理。這種方法的數據處理較簡單，但實際操作過程較復雜，且實物標準器的重量決定這一方法的可操作性。

3 垂直度

垂直度的定義為：當兩平面、兩直線或一直線和一平面相對于標準角尺的平行度偏差不超過規定的數值時，則認為它是垂直的。

垂直度檢測時所使用的工具主要有：標準角尺、激光干涉儀。

3.1 標準角尺法

將標準角尺放置在兩條被檢軸線間，利用顯示器將標準角尺的一個工作棱邊調整至與兩條被檢軸線中的一條線相平行，再利用顯示器測量標準角尺的另外一個工作棱邊與兩條被檢軸線中的另一條軸線的平行度，即可得到兩條被檢軸線間的垂直度。這種方法在機床的垂直度檢驗中被廣泛應用。

3.2 激光干涉儀法

這種檢驗方法適用于較大機床的檢驗，它利用屋脊棱鏡入射光和反射光相互垂直的原理來檢測垂直度，這種檢測方法比較簡便，但由于屋脊棱鏡的放置位置必須在被檢軸線的正下方，所以這種方法只適用于大型機床，對于小型機床來說由于其體積占用了大量空間，所以不適用。具體的檢測方法依據不同的設備其使用方法不同。

4 旋轉

旋轉檢驗主要分為徑向跳動和周期性軸向竄動兩類。

4.1 徑向跳動

圓跳動的定義為：通過軸線上規定點并垂直于軸線的平面內零件的圓的形狀誤差。

徑向跳動檢測時所使用的工具主要有：標準芯軸。

檢測過程中將芯軸夾持在機床被檢主軸上，將顯示器固定在芯軸上方并與其接觸，慢慢旋轉被檢主軸，觀察顯示器變化，并記錄下數據。其結果為徑向跳動結果。

4.2 周期性軸向竄動

周期性軸向竄動的定義為：旋轉件旋轉時，沿規定方向加軸向力，在消除最小軸向游隙影響的情況下，旋轉件沿其軸線所作的往復運動的范圍。

周期性軸向竄動檢測時所使用的工具主要有：標準芯軸。

檢測過程中將芯軸夾持在機床被檢主軸上，將顯示器固定在芯軸軸線延長線上并與其接觸，慢慢旋轉被檢主軸，觀察顯示器變化，并記錄下數據。其結果為周期性軸向竄動結果。

上述問題是檢驗機床在無負荷或精加工條件下的幾何精度檢驗中的幾個方面，其中主要介紹了檢驗的方法和結果的處理。隨著機床的發展，檢驗技術肯定也會隨之改變，相信在不遠的將來還會出現更多更好的檢驗方法。■

2011-03-11