浅谈机床在无负荷或精加工条件下的几何精度检验

徐宝良（天津市河东区计量检定所天津300170）

黄少林（中国电子科技集团公司第十八研究所天津300381）

浅谈机床在无负荷或精加工条件下的几何精度检验

徐宝良（天津市河东区计量检定所天津300170）

黄少林（中国电子科技集团公司第十八研究所天津300381）

机床的几何精度检验主要包括以下几个方面：直线度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋转等。围绕机床在无负荷或精加工条件下的几何精度检验中的几个方面进行介绍。重点围绕直线度、平面度、垂直度和旋转进行分析。

机床无负荷几何精度

机床在现代工业中的应用已经非常普遍，现代的机械加工业对机床本身的性能也有了新的理解和要求。尤其是在企业选购机床的时候，对机床各个部件的性能都有更详尽的要求，需要在机床检验的过程中能够满足这些要求。本文围绕机床在无负荷或精加工条件下的几何精度检验中的几个方面进行介绍。

机床的几何精度检验主要包括以下几个方面：直线度、平面度、平行度、等距度、重合度、垂直度、旋转等。

本文主要围绕直线度、平面度、垂直度和旋转进行介绍。

1 直线度

在机床检验中直线度检测的是一条线在一个平面或空间内的直线度。

直线度检测时所使用的工具主要有：精密水平仪、实体基准（如平尺）、光学仪器（如自准直光管）、钢丝和显微镜等。

1.1 水平仪法

这种方法检验过程相对简单，只要将水平仪沿被检轴线首尾相接的部分依次读数，最后采用首尾连线的方法就可以确定其直线度。但其缺点是这种方法只能检验出该轴线在铅垂平面内的直线度，对于水平平面内的平面度是没有办法检测的，所以这种方法在复杂机床的检验中很少用到。

1.2 实体基准法

在检验过程中将实体基准放置在量块表面，将显示器或读数装置同时与被检表面及实体基准相接触，调整实体基准，使显示器在实体基准两侧的读数相同。这时，移动显示器就可以读出该被检轴线的直线度误差了。这种方法在检验轴线长度小于1 600mm的机床中经常用到，大型机床中很少用到这一方法。

1.3 光学仪器法

这里所说的光学仪器主要指自准直仪，将自准直仪的反射镜放置在被检轴线的表面或与其相接触的部件上，通过移动反射镜，可以直接读取被检轴线的直线度误差。然后将主机旋转90°。重复上述步骤，即可检测出与上一个被检平面相垂直的平面内的直线度误差，这种方法在检验中被经常使用，且精度较高，但在使用时必须注意反射镜移动过程中的直线性与导轨间接触的紧密程度，如果忽略这些问题则对检测数据的可靠性有较大影响。

1.4 钢丝显微镜法

这种方法采用直径在0.1mm左右的钢丝和与其配合的显微镜组合完成。将钢丝固定在被检轴线的两端，调整钢丝使其两端在显微镜中的读数一致，然后沿被检轴线移动显微镜，在显微镜中观察钢丝位置的变化，将其测量出来，则可直接读取该被检轴线的直线度误差。但需注意的是这种方法只适用于检测被检轴线在水平平面内的直线度误差，铅垂平面内的直线度误差由于钢丝本身受重力影响会产生下垂量，使用这种方法检测结果将产生较大误差。

1.5 激光干涉法

这种方法是采用渥拉斯顿棱镜原理对被检轴线的直线度进行检测的一种方法，其具体检测方法由所使用的激光干涉仪来确定。

2 平面度

平面度的定义为：在规定的测量范围内，当所有点被包含在与该平面的总方向平行并相距给定值的两个平面内时，认为该面是平的。

平面度检测时所使用的工具主要有：自准直仪、精密水平仪、实物标准（如平板、平尺）。

2.1 自准直仪法

在测量过程中将主机放置在被测平面外，将反射镜与被检平面紧密贴合，并沿规定方向移动，将所测得的数据进行数据处理，最终得出平面度数值。这种方法检测过程简单，但数据的处理量较大，且不直观。

2.2 精密水平仪法

将水平仪放置在被检平面上，利用水平仪将被检平面调整至水平，然后按照规定方向移动，将所测得的数据进行数据处理，最终得出平面度数值。这种方法简单易行，且数据处理简单，但对于与水平平面成一定夹角的平面的测量不能实现。

2.3 实物标准法

将实物标准器放置在被检平面的上方，将显示器放置在被检平面与实物标准器之间，并同时与之接触，将实物标准器调整至适当位置，移动显示器，读取显示器示值，对所测得数据进行数据处理。这种方法的数据处理较简单，但实际操作过程较复杂，且实物标准器的重量决定这一方法的可操作性。

3 垂直度

垂直度的定义为：当两平面、两直线或一直线和一平面相对于标准角尺的平行度偏差不超过规定的数值时，则认为它是垂直的。

垂直度检测时所使用的工具主要有：标准角尺、激光干涉仪。

3.1 标准角尺法

将标准角尺放置在两条被检轴线间，利用显示器将标准角尺的一个工作棱边调整至与两条被检轴线中的一条线相平行，再利用显示器测量标准角尺的另外一个工作棱边与两条被检轴线中的另一条轴线的平行度，即可得到两条被检轴线间的垂直度。这种方法在机床的垂直度检验中被广泛应用。

3.2 激光干涉仪法

这种检验方法适用于较大机床的检验，它利用屋脊棱镜入射光和反射光相互垂直的原理来检测垂直度，这种检测方法比较简便，但由于屋脊棱镜的放置位置必须在被检轴线的正下方，所以这种方法只适用于大型机床，对于小型机床来说由于其体积占用了大量空间，所以不适用。具体的检测方法依据不同的设备其使用方法不同。

4 旋转

旋转检验主要分为径向跳动和周期性轴向窜动两类。

4.1 径向跳动

圆跳动的定义为：通过轴线上规定点并垂直于轴线的平面内零件的圆的形状误差。

径向跳动检测时所使用的工具主要有：标准芯轴。

检测过程中将芯轴夹持在机床被检主轴上，将显示器固定在芯轴上方并与其接触，慢慢旋转被检主轴，观察显示器变化，并记录下数据。其结果为径向跳动结果。

4.2 周期性轴向窜动

周期性轴向窜动的定义为：旋转件旋转时，沿规定方向加轴向力，在消除最小轴向游隙影响的情况下，旋转件沿其轴线所作的往复运动的范围。

周期性轴向窜动检测时所使用的工具主要有：标准芯轴。

检测过程中将芯轴夹持在机床被检主轴上，将显示器固定在芯轴轴线延长线上并与其接触，慢慢旋转被检主轴，观察显示器变化，并记录下数据。其结果为周期性轴向窜动结果。

上述问题是检验机床在无负荷或精加工条件下的几何精度检验中的几个方面，其中主要介绍了检验的方法和结果的处理。随着机床的发展，检验技术肯定也会随之改变，相信在不远的将来还会出现更多更好的检验方法。■

2011-03-11