電子水平儀測量機床導(dǎo)軌直線度的方法

引言
      在生產(chǎn)加工中，機床導(dǎo)軌直線度誤差直接影響到零件的加工質(zhì)量。導(dǎo)軌是機床上確定機床各部件相對位置關(guān)系的基準，同時也是整個機床運動的基準。以車床為例，導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度;在垂直面內(nèi)的直線度;前后導(dǎo)軌的平行度。臥式車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將直接反映在被加工工件表面加工誤差的敏感方向(法線方向)上，對加工精度的影響最大。臥式車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。通過對導(dǎo)軌直線度準確的測量，并進行正確的數(shù)據(jù)處理和精確的導(dǎo)軌修磨，可有效地提高機床的加工精度。
1 直線度的測量原理
      直線度的測量方法有很多，比如直尺法、準直法、重力法和直線法等。但機床導(dǎo)軌一般較長，難以用平尺等作為基準進行檢驗。通常對于大型工件直線度、平面度的檢測經(jīng)常用到方框(氣泡)水平儀和電子式水平儀。氣泡水平儀法操作簡單、使用方便、成本較低。但是，一般氣泡水平儀的分度值為0.02mm/m，測量精度較低，而且容易損壞，測量傾角范圍有限。同時，氣泡水平儀水準泡中氣泡的長度隨溫度變化而變化，冬長夏短，一般冬夏長度相差3—4格。為了克服氣溫在短時間內(nèi)的急劇波動對讀數(shù)的影響，通常可以采取雙向讀數(shù)法，但這對快速讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理造成了障礙。
電子式水平儀是用于高精度測量的測試儀器，如nc車床、銑床、切削加工機床等設(shè)備的床面，其測試精度和靈敏度非常高。電子水平儀的主要原理有電感式和電容式等兩種。電感式電子水平儀的原理是當(dāng)水平儀的基座因待測工件傾斜而傾斜時，其內(nèi)部擺錘因移動所造成感應(yīng)線圈的電壓變化。電容式水平儀的測量原理是采用一個圓形擺錘自由懸掛，擺錘受地心重力的影響并要求懸浮于無摩擦狀態(tài)。在擺錘的兩邊設(shè)有電極，當(dāng)間隙相同的時侯電容量是相等，當(dāng)水平儀受到待測工件的影響造成兩邊間隙不同距離改變即產(chǎn)生電容不同，形成了角度的差異。
2 電子水平儀測量導(dǎo)軌直線度的方法
      為解決傳統(tǒng)方框(氣泡)水平儀在直線度測量上的不足，在實際的生產(chǎn)中采用電子水平儀測量導(dǎo)軌直線度誤差及數(shù)據(jù)處理。本文在進行導(dǎo)軌直線度測量時采用瑞士Wyler公司生產(chǎn)的高精度數(shù)顯電子水平儀，該水平儀體積小巧，操作方便，讀數(shù)簡單快捷，且測量精度較高，分度值可達到0.001mm/m，特別適用于小角度測量、平面度測量、垂直度測量，機床幾何誤差測量等。測量的讀數(shù)可在電子顯示屏上直接讀取，不存在測量讀數(shù)誤差，并且還提供了rs485通信接口，可與計算機直接進行數(shù)據(jù)通信完成對測量數(shù)據(jù)的自動采集和處理。
      利用數(shù)顯式電子水平儀逐檔測量導(dǎo)軌的直線度，步距l(xiāng)有150mm， 180mm，200mm等。第一檔0-l，第二檔l-2l;并逐檔將讀數(shù)記錄下來。但取數(shù)后，進行計算或作坐標(biāo)圖時，各類專業(yè)書上所采用的方法差別較大，常用的為作圖法和計算法。

例：如圖1所示，用分度值0.001mm/m的電子水平儀測量1200毫米長導(dǎo)軌,各點讀數(shù)如表1所示,用圖解法求導(dǎo)軌直線度誤差。

作圖法求直線度誤差：
      因為水平儀的工作原理，每一個讀數(shù)都實際代表了該段步距的斜率。又因為是連續(xù)測量，所以后一段的起點即為前一段的終點，將各測點的讀數(shù)值逐點累積標(biāo)在直角坐標(biāo)系上，連接各坐標(biāo)點成一折線，這實際上就是被測直線的數(shù)學(xué)模型線。得到圖表1中下方的波形圖，按最小條件(縱坐標(biāo)距離最小)作兩條平行線，如圖1中線條1、2，將數(shù)學(xué)模型線完全夾住，此對平行線間的區(qū)域即為最小包容區(qū)域，兩條平行線之間的縱向距離，就是直線度誤差值)。

得直線度誤差值為：

      式中 l---步距;
      i---水平儀分度值;
      h---maximum error。
      如機修現(xiàn)場使用或一般驗收使用，還可用首尾兩點連線法近似地評定直線度誤差。如圖1所示，用一條直線(線條3)將畫出的折線首位兩點連接起來，以此線作為評定基準線，找出兩側(cè)折線到此直線的最大縱向距離，兩者之和可作為被測直線直線的直線度誤差值。這一方法并不符合最小條件，因而評出的誤差值偏大，不能真正反映被測要素的真實情況，但勝在方法簡單，比較直觀，處理較快，而且不會發(fā)生誤收，所以仍為實用的方法。

作圖法的優(yōu)點是圖形直觀，不需要較大的計算量。但作圖必須精確，得到的最小包容區(qū)域通常受作圖誤差影響。而且每檢測一次，就必須重新作圖一次，效率較低。
3 數(shù)顯式電子水平儀讀數(shù)前注意要點
(1)進行零點設(shè)計之前，要等待儀器和環(huán)境溫度、工件的溫度一致。并且儀器開機至少一分鐘以上;
(2)將水平儀放置在水平的平板上(如車間用檢測平板);
(3)在平板上精確標(biāo)記水平儀底座位置;
(4)將儀器的顯示值設(shè)置為零;
(5)儀器在平板上旋轉(zhuǎn)180度，底座位置保持不變，讀取儀器顯示值，記錄并得出其1/2結(jié)果值;
(6)將儀器的顯示值調(diào)整到1/2結(jié)果值;
(7)然后，再次將儀器旋轉(zhuǎn)180度，其顯示數(shù)值應(yīng)該不變而符號相反。如果不是，重復(fù)以上步驟。
4 結(jié)語
      采用電子水平儀測量導(dǎo)軌直線度相比較其它測量方法操作方便，讀數(shù)簡單快捷，且測量精度較高，符合國家檢定規(guī)程要求的誤差范圍，能近一步提高工作質(zhì)量和工作效率。同時，利用電子水平儀可與計算機直接進行數(shù)據(jù)通信從而完成對測量數(shù)據(jù)的自動采集和處理，方便使用計算機利用計算機評定直線度誤差，克服了手工作圖評定直線度誤差的繁瑣、粗糙性以及計算法的不可觀性，從而使得到的直線度誤差結(jié)果更迅速、準確