淺談機(jī)床在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下的幾何精度檢驗(yàn)

徐寶良（天津市河?xùn)|區(qū)計(jì)量檢定所天津300170）

黃少林（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所天津300381）

淺談機(jī)床在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下的幾何精度檢驗(yàn)

徐寶良（天津市河?xùn)|區(qū)計(jì)量檢定所天津300170）

黃少林（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所天津300381）

機(jī)床的幾何精度檢驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面：直線度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋轉(zhuǎn)等。圍繞機(jī)床在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下的幾何精度檢驗(yàn)中的幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。重點(diǎn)圍繞直線度、平面度、垂直度和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分析。

機(jī)床無(wú)負(fù)荷幾何精度

機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，現(xiàn)代的機(jī)械加工業(yè)對(duì)機(jī)床本身的性能也有了新的理解和要求。尤其是在企業(yè)選購(gòu)機(jī)床的時(shí)候，對(duì)機(jī)床各個(gè)部件的性能都有更詳盡的要求，需要在機(jī)床檢驗(yàn)的過(guò)程中能夠滿足這些要求。本文圍繞機(jī)床在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下的幾何精度檢驗(yàn)中的幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

機(jī)床的幾何精度檢驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面：直線度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋轉(zhuǎn)等。

本文主要圍繞直線度、平面度、垂直度和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行介紹。

1 直線度

在機(jī)床檢驗(yàn)中直線度檢測(cè)的是一條線在一個(gè)平面或空間內(nèi)的直線度。

直線度檢測(cè)時(shí)所使用的工具主要有：精密水平儀、實(shí)體基準(zhǔn)（如平尺）、光學(xué)儀器（如自準(zhǔn)直光管）、鋼絲和顯微鏡等。

1.1 水平儀法

這種方法檢驗(yàn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，只要將水平儀沿被檢軸線首尾相接的部分依次讀數(shù)，最后采用首尾連線的方法就可以確定其直線度。但其缺點(diǎn)是這種方法只能檢驗(yàn)出該軸線在鉛垂平面內(nèi)的直線度，對(duì)于水平平面內(nèi)的平面度是沒(méi)有辦法檢測(cè)的，所以這種方法在復(fù)雜機(jī)床的檢驗(yàn)中很少用到。

1.2 實(shí)體基準(zhǔn)法

在檢驗(yàn)過(guò)程中將實(shí)體基準(zhǔn)放置在量塊表面，將顯示器或讀數(shù)裝置同時(shí)與被檢表面及實(shí)體基準(zhǔn)相接觸，調(diào)整實(shí)體基準(zhǔn)，使顯示器在實(shí)體基準(zhǔn)兩側(cè)的讀數(shù)相同。這時(shí)，移動(dòng)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(yàn)軸線長(zhǎng)度小于1 600mm的機(jī)床中經(jīng)常用到，大型機(jī)床中很少用到這一方法。

1.3 光學(xué)儀器法

這里所說(shuō)的光學(xué)儀器主要指自準(zhǔn)直儀，將自準(zhǔn)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(guò)移動(dòng)反射鏡，可以直接讀取被檢軸線的直線度誤差。然后將主機(jī)旋轉(zhuǎn)90°。重復(fù)上述步驟，即可檢測(cè)出與上一個(gè)被檢平面相垂直的平面內(nèi)的直線度誤差，這種方法在檢驗(yàn)中被經(jīng)常使用，且精度較高，但在使用時(shí)必須注意反射鏡移動(dòng)過(guò)程中的直線性與導(dǎo)軌間接觸的緊密程度，如果忽略這些問(wèn)題則對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)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(diào)整鋼絲使其兩端在顯微鏡中的讀數(shù)一致，然后沿被檢軸線移動(dòng)顯微鏡，在顯微鏡中觀察鋼絲位置的變化，將其測(cè)量出來(lái)，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(cè)被檢軸線在水平平面內(nèi)的直線度誤差，鉛垂平面內(nèi)的直線度誤差由于鋼絲本身受重力影響會(huì)產(chǎn)生下垂量，使用這種方法檢測(cè)結(jié)果將產(chǎn)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(duì)被檢軸線的直線度進(jìn)行檢測(cè)的一種方法，其具體檢測(cè)方法由所使用的激光干涉儀來(lái)確定。

2 平面度

平面度的定義為：在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)，當(dāng)所有點(diǎn)被包含在與該平面的總方向平行并相距給定值的兩個(gè)平面內(nèi)時(shí)，認(rèn)為該面是平的。

平面度檢測(cè)時(shí)所使用的工具主要有：自準(zhǔn)直儀、精密水平儀、實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)（如平板、平尺）。

2.1 自準(zhǔn)直儀法

在測(cè)量過(guò)程中將主機(jī)放置在被測(cè)平面外，將反射鏡與被檢平面緊密貼合，并沿規(guī)定方向移動(dòng)，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得出平面度數(shù)值。這種方法檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單，但數(shù)據(jù)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(diào)整至水平，然后按照規(guī)定方向移動(dòng)，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得出平面度數(shù)值。這種方法簡(jiǎn)單易行，且數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，但對(duì)于與水平平面成一定夾角的平面的測(cè)量不能實(shí)現(xiàn)。

2.3 實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)法

將實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器放置在被檢平面的上方，將顯示器放置在被檢平面與實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器之間，并同時(shí)與之接觸，將實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器調(diào)整至適當(dāng)位置，移動(dòng)顯示器，讀取顯示器示值，對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這種方法的數(shù)據(jù)處理較簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作過(guò)程較復(fù)雜，且實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)兩平面、兩直線或一直線和一平面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)角尺的平行度偏差不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，則認(rèn)為它是垂直的。

垂直度檢測(cè)時(shí)所使用的工具主要有：標(biāo)準(zhǔn)角尺、激光干涉儀。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)角尺法

將標(biāo)準(zhǔn)角尺放置在兩條被檢軸線間，利用顯示器將標(biāo)準(zhǔn)角尺的一個(gè)工作棱邊調(diào)整至與兩條被檢軸線中的一條線相平行，再利用顯示器測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)角尺的另外一個(gè)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(jī)床的垂直度檢驗(yàn)中被廣泛應(yīng)用。

3.2 激光干涉儀法

這種檢驗(yàn)方法適用于較大機(jī)床的檢驗(yàn)，它利用屋脊棱鏡入射光和反射光相互垂直的原理來(lái)檢測(cè)垂直度，這種檢測(cè)方法比較簡(jiǎn)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(jī)床，對(duì)于小型機(jī)床來(lái)說(shuō)由于其體積占用了大量空間，所以不適用。具體的檢測(cè)方法依據(jù)不同的設(shè)備其使用方法不同。

4 旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)檢驗(yàn)主要分為徑向跳動(dòng)和周期性軸向竄動(dòng)兩類。

4.1 徑向跳動(dòng)

圓跳動(dòng)的定義為：通過(guò)軸線上規(guī)定點(diǎn)并垂直于軸線的平面內(nèi)零件的圓的形狀誤差。

徑向跳動(dòng)檢測(cè)時(shí)所使用的工具主要有：標(biāo)準(zhǔn)芯軸。

檢測(cè)過(guò)程中將芯軸夾持在機(jī)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(zhuǎn)被檢主軸，觀察顯示器變化，并記錄下數(shù)據(jù)。其結(jié)果為徑向跳動(dòng)結(jié)果。

4.2 周期性軸向竄動(dòng)

周期性軸向竄動(dòng)的定義為：旋轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿規(guī)定方向加軸向力，在消除最小軸向游隙影響的情況下，旋轉(zhuǎn)件沿其軸線所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的范圍。

周期性軸向竄動(dòng)檢測(cè)時(shí)所使用的工具主要有：標(biāo)準(zhǔn)芯軸。

檢測(cè)過(guò)程中將芯軸夾持在機(jī)床被檢主軸上，將顯示器固定在芯軸軸線延長(zhǎng)線上并與其接觸，慢慢旋轉(zhuǎn)被檢主軸，觀察顯示器變化，并記錄下數(shù)據(jù)。其結(jié)果為周期性軸向竄動(dòng)結(jié)果。

上述問(wèn)題是檢驗(yàn)機(jī)床在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下的幾何精度檢驗(yàn)中的幾個(gè)方面，其中主要介紹了檢驗(yàn)的方法和結(jié)果的處理。隨著機(jī)床的發(fā)展，檢驗(yàn)技術(shù)肯定也會(huì)隨之改變，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)還會(huì)出現(xiàn)更多更好的檢驗(yàn)方法。■

2011-03-11