數(shù)控車床水平調(diào)整和直線度誤差測量的探究*

◆張娜 李玉蘭 劉文平 張麗

1 引言

數(shù)控機(jī)床的水平超出規(guī)定精度標(biāo)準(zhǔn)，會對其幾何精度和位置精度產(chǎn)生很大的不良影響，不僅影響工件的加工精度，而且長此使用水平超標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，對其組成的機(jī)械結(jié)構(gòu)精度也會造成不良影響。所以應(yīng)正確使用調(diào)平工量具，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)完成數(shù)控車床調(diào)平，有效保證其正常使用。

2 數(shù)控車床水平調(diào)整

精密水平儀 水平儀是一種測量小角度的精密量具。在機(jī)械行業(yè)和儀表制造中，可以測量相對于水平位置的傾斜角、機(jī)床類設(shè)備導(dǎo)軌的平面度及直線度和機(jī)械設(shè)備安裝水平位置及垂直位置等。

常用水平儀按其外形不同可分為框式水平儀和尺式水平儀兩種，調(diào)平數(shù)控機(jī)床使用的水平儀靈敏度是0.02 mm/m，屬于精密水平儀。框式水平儀一般是由水平儀主體、橫向水準(zhǔn)器、絕熱手把、主水準(zhǔn)器、蓋板和零位調(diào)整裝置等零部件組成的，其中沒有液體的部分通常稱為水準(zhǔn)氣泡；尺式水平儀是由水平儀主體、蓋板、主水準(zhǔn)器和零位調(diào)整裝置等零部件構(gòu)成的。按水準(zhǔn)器的固定形式，可以分為可調(diào)式水平儀和不可調(diào)式水平儀，其中不可調(diào)式水平儀克服了可調(diào)式水平儀每次使用前必須調(diào)節(jié)零位的缺點(diǎn)，能提高零位的穩(wěn)定性，方便做到隨時(shí)使用，而且性能可靠，作為外出作業(yè)的首選。

借助精密水平儀氣泡檢驗(yàn)數(shù)控機(jī)床安裝平面是否水平，還可以測量安裝平面傾斜方向與角度大小。精密水平儀外形是用高級鋼料制造架座，經(jīng)精密加工后，其框架底座必須平整，座面中央裝有主水準(zhǔn)器，是縱長圓曲形狀的玻璃管，玻璃管內(nèi)充滿粘性系數(shù)較小的液體，如酒精、乙醚及其混合液等，并留有一個(gè)較小的氣泡。如圖1所示，主水準(zhǔn)器上的兩端均劃有刻度線，其工作原理是利用氣泡在玻璃管中永遠(yuǎn)處于最高點(diǎn)。圖中氣泡出現(xiàn)在左端位置，表明檢測的平面是左端高于右端。

圖1 精密水平儀氣泡

1）水平儀靈敏度。常用水平儀的靈敏度有0.01 mm/m、0.02 mm/m、0.04 mm/m、0.05 mm/m等規(guī)格。如圖2所示，以靈敏度為0.02 mm/m為例，其含義是將水平儀置于1000 mm（即1 m）長的平面或者平板上，反映平面或平板兩端存在0.02 mm的高度差，在主水準(zhǔn)器上就有氣泡移動1個(gè)刻度線。

圖2 水平儀靈敏度

2）安裝平面傾斜值計(jì)算。測量機(jī)床安裝平面傾斜方向時(shí)，要清潔接觸表面，使精密水平儀工作面緊貼在被測表面，待氣泡完全靜止、不漂移后，才能準(zhǔn)確讀出數(shù)值。如需測量長度為L的實(shí)際傾斜值，則可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

實(shí)際傾斜值=靈敏度值×L×偏差格數(shù)

例如：靈敏度值為0.02 mm/m，L=200 mm，氣泡偏移格數(shù)為2格

則：實(shí)際傾斜值=0.02/1000×200×2=0.008 mm

3）注意事項(xiàng)。精密水平儀是測量偏離基準(zhǔn)水平面傾斜角度的測量儀。為了檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需要注意下列事項(xiàng)：

①為避免精密水平儀零位不準(zhǔn)而引起不應(yīng)該的測量誤差，必須要校驗(yàn)精密水平儀的零位；

②測量前，必須將被測量平面和精密水平儀的工作面擦試干凈；

③測量時(shí)必須等待氣泡完全靜止后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)避免產(chǎn)生視覺誤差，眼睛應(yīng)該垂直觀察；

④精密水平儀使用完畢，要擦拭干凈，進(jìn)行防銹處理，存放時(shí)必須防震和防潮。

調(diào)整數(shù)控車床水平 數(shù)控車床水平調(diào)整需要準(zhǔn)備如下工量具：精密水平儀2個(gè)、扳手規(guī)格2種（擰螺母和螺栓各1種，使用呆扳手較好）、加長桿1個(gè)、棉布若干。

新機(jī)床要先卸除搬運(yùn)使用的支撐，清潔機(jī)床防銹油。把數(shù)控車床6個(gè)地角螺栓的螺母旋下，把6個(gè)地角螺栓全部松放到低點(diǎn)，保證螺栓與墊鐵要吃實(shí)，使數(shù)控車床水平處于最低位置。用棉布認(rèn)真擦拭精密水平儀底面和放置在機(jī)床平面的接觸面，保證干凈無雜質(zhì)。

1）粗調(diào)。

①將精密水平儀分別橫向、縱向放置，與X軸、Z軸平行，見圖3。

②先觀察精密水平儀的氣泡，氣泡在哪邊，判斷數(shù)控車床床身哪邊就高。例如：氣泡在左邊，就用呆扳手順時(shí)針調(diào)整右邊的地角螺栓帶動數(shù)控車床床身上升。依次類推，循環(huán)這種方法，使氣泡處于精密水平儀居中位置，這樣粗調(diào)就完成了。

2）精調(diào)。數(shù)控車床通電，用手動慢速或手輪慢速移動溜板，見圖4。

①用手輪慢速移動溜板到主軸箱端，待溜板停止、氣泡穩(wěn)定后，觀察精密水平儀中的氣泡位置，確定外圍1～4地角螺栓的高低，調(diào)平數(shù)控車床床身。

②用手輪慢速移動溜板到尾座端，根據(jù)精密水平儀氣泡位置，調(diào)節(jié)有效地角螺栓，使氣泡盡量居中。此時(shí)需要注意，經(jīng)過粗調(diào)后，氣泡接近中心，所以要輕要慢調(diào)節(jié)地角螺栓。

圖3 水平儀放置位置

圖4 用手輪移動溜板精調(diào)水平

③按圖4方法進(jìn)行反復(fù)操作。

④移動數(shù)控車床溜板從主軸箱端到尾座端，不斷觀察氣泡位置，移動時(shí)氣泡允許晃動，溜板移動停止、氣泡穩(wěn)定后，允許氣泡變化在2格以內(nèi)，偏差值可在0.04 mm內(nèi)。最后將1～4號螺母旋緊，再將中間5、6號地角螺栓、螺母旋緊，使氣泡盡量居中。

⑤最后復(fù)檢，達(dá)到水平精度要求即調(diào)平工作完成。

3 檢測數(shù)控車床G1項(xiàng)精度——縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度

檢測數(shù)控車床G1項(xiàng)精度——縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度，檢測工具是精密水平儀。

圖解法 先將被測數(shù)控車床導(dǎo)軌長度1000 mm等分為四段，把精密水平儀固定在靠近前導(dǎo)軌處的溜板上，沿縱向?qū)к壷鸲我苿恿锇宸謩e進(jìn)行測量，將精密水平儀的讀數(shù)依次記錄。在坐標(biāo)紙上畫圖，以橫坐標(biāo)表示被測數(shù)控車床導(dǎo)軌的長度，以縱坐標(biāo)表示精密水平儀的讀數(shù)，其單位為“格”，表示角度偏差。

數(shù)據(jù)處理用圖解法，直觀性好。如檢測一臺數(shù)控車床縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度，精密水平儀靈敏度值為0.02/1000。以溜板每移動250 mm測量一次，把測得的精密水平儀讀數(shù)值記錄在坐標(biāo)紙上，水平儀讀數(shù)依次為+1、+2、-1、-1.5格。按累計(jì)法進(jìn)行畫圖，見圖5，得到縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度曲線。

直線度誤差計(jì)算 如圖5所示，計(jì)算導(dǎo)軌在全長的直線度誤差：

圖5 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度曲線

如圖5所示，計(jì)算導(dǎo)軌在任意250測量長度上的局部誤差：

根據(jù)GB/T 25659.1-2010《簡式數(shù)控臥式車床 第1部分：精度檢驗(yàn)》，縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度公差為0.020 mm（凸），在任意250測量長度上的局部公差為0.0075 mm。

結(jié)論 G1項(xiàng)精度合格。

4 結(jié)論

幾何精度是綜合反映數(shù)控車床的各功能部件及其組裝后的幾何形狀誤差。幾何精度檢測是在數(shù)控車床水平調(diào)整以后才進(jìn)行。只有在數(shù)控機(jī)床調(diào)平精度合格后，再進(jìn)行幾何精度測量，才能正確反映數(shù)控機(jī)床的靜態(tài)性能。由此可知，數(shù)控機(jī)床調(diào)平和幾何精度檢測有著密不可分的相輔相成的關(guān)系。

[1]李玉蘭.數(shù)控機(jī)床安裝與驗(yàn)收[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]劉戰(zhàn)術(shù),竇凱.數(shù)控機(jī)床及其維護(hù)[M].北京:人民郵電出版社,2010.