方框式水平儀的結(jié)構(gòu)、精度、刻線原理和使用方法

一、方框式水平儀的結(jié)構(gòu)

常用的方框式水平儀，如圖1所示。主要由框架1和弧形玻璃管主水準器2以及調(diào)整水準3組成。利用水平儀上水準泡的移動來測量被測部位角度的變化。

框架的測量面有平面和V形槽。V形槽便于在圓柱面上測量。弧形玻璃管的表面上有刻線，內(nèi)裝乙醚(或酒精)，并留有一個水準泡。水準泡總是停留在玻璃管內(nèi)的最高處。若水平儀傾斜一個角度，氣泡就向左或向右移動。根據(jù)移動的距離(格數(shù))，直接或通過計算即可知道被測工件的直線度、平面度或垂直度誤差。

二、方框式水平儀的精度與刻線原理

方框式水平儀的精度是以氣泡偏移一格時，被測平面在1m長度內(nèi)的高度差來表示的。如水平儀偏移一格，平面在1m長度內(nèi)的高度差為0.02mm，則水平儀的精度為0.02mm/1000mm。

水平儀的刻線原理，如圖2所示。假設(shè)平板處在水平位置，在平板上放置一根長1m的平尺，平尺上水平儀的讀數(shù)為零。若將平尺一端墊高0.02mm，相當于平尺與平板成的4″夾角。氣泡移動的距離為一格，則水平儀的精度為0.02mm/1000mm。

水平儀玻璃管，曲率半徑R=103132mm。當平面在1000mm，長度中傾斜0.02mm，則傾斜角θ為:

圖2 框式水平儀工作原理

水準泡轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)與平面轉(zhuǎn)過的角度

相等，則水準泡移動的距離(1格) 為:

三、框架水平儀的使用方法

框架水平儀的兩個V形測量面是測量精度的基準，在測量中不能與工作的粗糙面接觸或摩擦。安放時必須小心輕放，避免因測量面劃傷而損壞水平儀和造成不應(yīng)有的測量誤差。

用框架水平儀測量工件的垂直面時，不能握住與水平尺側(cè)面相對的部位用力向工件垂直平面推壓。正確的測量方法是手握水平尺測面內(nèi)側(cè)，使水平儀平穩(wěn)、垂直地(調(diào)整氣泡位于中間位置)貼在工件的垂直平面上，然后從縱向水準讀出氣泡移動的格數(shù)。

使用水平儀時，要保證水平儀工作面和工件表面的清潔。測量水平面時，在同一個測量位置上，應(yīng)將水平儀調(diào)至相反的方向再進行測量。當移動水平儀時，不允許水平儀工作面與工件表面發(fā)生摩擦，應(yīng)該提起來放置，如圖3所示。

圖3 水平儀的使用方法

當測量長度較大的工件時，可將工件平均分若干尺寸段，用分段測量法。然后根據(jù)各段的測量讀數(shù)，繪出誤差坐標圖，以確定其誤差的最大格數(shù)。床身導(dǎo)軌在進行縱向垂直平面內(nèi)直線度的檢驗時，將方框水平儀縱向放置導(dǎo)軌上，從左到右，依次記錄在每一測量長度位置時的水平儀讀數(shù)。將這些讀數(shù)依次排列，用適當?shù)谋壤嫵鰧?dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差曲線。水平儀讀數(shù)為縱坐標，在起始位置時的水平儀讀數(shù)為起點，由坐標原點起作一折線段，其后每次讀數(shù)都以前折線段的終點為起點，畫出應(yīng)折線段，各折線段組成的曲線，即為導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度曲線。曲線相對其兩端連線的最大坐標值，就是導(dǎo)軌全長的直線度誤差。

實例:用水平儀檢查機床導(dǎo)軌的直線度。水平儀是測量工作中使用較為廣泛的一種精密量儀。它使用方便、測量精度高，但它只能測量導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度，而不能測量導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度誤差。

設(shè)導(dǎo)軌長度為1600mm，用精度為0.02mm/1000mm的方框式水平儀(方框尺寸為200mm×200mm)檢查。測量過程如下:調(diào)整導(dǎo)軌水平。將水平儀置于導(dǎo)軌中間和兩端位置上，調(diào)整導(dǎo)軌水平狀態(tài)，使水平儀在任意位置氣泡都在顯示范圍內(nèi)顯示，逐段檢查并讀數(shù)。將導(dǎo)軌分成八段，在每200mm段位置上依次讀出氣泡顯示刻度值，假設(shè)依次為+1，+2，-1，0，+3，+1，-2，-2(單位:格)。直線度誤差值的確定，可通過作圖法或計算法求出直線度誤差值。

作圖方法:在坐標紙上將測得的各段讀數(shù)按累計(代數(shù)和)的坐標值依次標出相應(yīng)導(dǎo)軌段坐標點，連接各坐標點即為導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差曲線。連接首尾兩點的直線即為理想導(dǎo)軌直線，如圖4所示。由圖可知，導(dǎo)軌最大誤差格數(shù)為4.5格(圖中α為安裝水平傾斜角)。

圖4 導(dǎo)軌直線度誤差曲線

將最大誤差格數(shù)轉(zhuǎn)換為直線度誤差值，計算公式如下:

△=nil

式中△—直線度誤差值(mm);

n—誤差曲線中的最大誤差格數(shù);

i—水平儀的精度(0.02mm/1000mm);

l—每測量段長度(mm)。

則:△=nil=4.5×(0.02/1000)×200=0.018mm

計算方法如下。

求讀數(shù)的代數(shù)平均值:

δ平=(+1+2-1+0+3+1-2-2)/8=0.25格

逐項求相對值，即在原每一讀數(shù)上減去代數(shù)平均值，得:+0.75，+1.75，-1.25，-0.25，+2.75，+0.75，-2.25，-2.25。

逐項求累積值。每一測量位置上的累積值，等于該位置的相對值與該位置前所有相對值的代數(shù)和。計算結(jié)果為:+0.75，+2.5，+1.25，+1，+3.75，+4.5，+2.75，0。

找出最大累積值與最小累積值之代數(shù)差，即為該導(dǎo)軌的直線度誤差。則最大讀數(shù)誤差為:

n=+4.5-0=4.5格

換算成直線度誤差值為:

△=nil=4.5×(0.02/1000)×200=0.018mm

測量大型零件的垂直度，如圖5(a)所示。用水平儀粗調(diào)基準表面到水平。分別在基準表面和被測表面上用水平儀分段逐步測量并用圖解法確定基準方位，然后求出被測表面相對于基準的垂直度誤差。測量小型零件，如圖5(b)所示。先將水平儀放在基準表面上，讀氣泡一端的數(shù)值，然后用水平儀的一側(cè)緊貼垂直被測表面，氣泡偏離第一次(基準表面)讀數(shù)值，即為被測表面的垂直度誤差。

水平儀使用完后，應(yīng)涂上防銹油放入盒內(nèi)并妥善保

管好。

(作者單位:洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院)