床身导轨在垂直平面内直线度的测量

床身导轨在垂直平面内直线度的测量

广州市珠江机器有限公司（511450）管景环

在国家卧式车床精度检验标准GB/T4020中，对机床导轨在垂直平面内直线度误差的检测，推荐采用精密水平仪的比较测量法。它的实际意义就是在垂直平面内将导轨的实际形状用最接近的折线代替，并将这些直线分段与理想导轨进行比较，从而确定导轨折线形状与理想导轨形状的偏差。为了能在生产现场快速、简单到判断零件合格与否，在符合标准规定的前提下，对检验方法我们作了一些简单的调整，以适应生产的需要。

1、测量方法

将车床床身放在检验平台的调整垫铁上，床身导轨上放置桥板（桥板长220mm）。将水平仪（分度值0.02/1000）横向放置在桥板上，检测比较床身导轨两端A、F两点横向水平仪的读数，调整垫铁高度，使两水平仪的读数相等，即使床身导轨两端横向处于平行状态。然后将水平仪纵向顺着导轨方向放置在桥板上，如图1所示：

图一

（1）水平仪零线的确定

水平仪玻璃管上的刻线及管内气泡如图2所示。

图二

在精度检验标准的附则第2.1 、2 .3条中，规定可任意确定刻线中的任一条线为零线，但为观察读数方便起见，我们在实际工作中采用取观察时气泡端部的刻线为零线的方法，如图2 中的a 线。这样做的好处就是对检验数据合格与否易于判断（在生产现场，当水平仪的读数均为负值且后一读数的绝对值不小于前一读数的绝对值（保证误差方向正确）时，即可初步断定其为合格）。

(2) 水平仪的读数方法

桥板在初始位置时，起始为零点（如图1中的A点），即读数为零。水平仪的第二点读数（如图1中的B点）根据水平仪零线的确定方法，其读数亦为零。然后移动桥板到第二个位置上（如图1 中的从AB 段移动到BC 段），使尾部与前一位置的头部重合；此时水平仪的读数为第三点读数。依次测完。水平仪中气泡移动的方向和水平仪移动方向相同时，读数为正，反之为负。

2、导轨直线度全长误差和局部误差的确定

下面结合实例介绍导轨直线度全长和局部误差的确定方法。例如，某次检测时水平仪气泡位置及读数如图3（从BC 段开始）所示，求此件床身导轨在垂直平面内的直线度误差。

解：水平仪的读数分别依次为0 (AB段）、一1 、一1 、一2 、一2。下面分别用图解法和计算法进行解答。

（1）图解法

所谓图解法，就是用桥板移动的折线轨迹来代替导轨实际的直线度曲线。以上所测得的水平仪读数是水平仪处在各个测量位置时相对于水平方向的变化值（注意：在这里将图1 中AB 段的方向设定为水平方向）。根据水平仪读数，就可以依次画出每一折线段的起点与前一折线段的终点相重合的各折线线段，如图4 中的A 、B 、C 、D 、E 、F 折线。此折线亦称为导轨在垂直平面内的误差曲线。

在图4 中，折线两端点的连线方向即代表理想导轨的方向（图4 中的AF 连线）。各点到导轨两端点的连线的纵坐标值Aa、Bb、Cc 、Dd 、Ee 、Ff就是导轨上各点处用水平仪格数表示的直线度误差值。根据图4 所示，即可得出Aa=0 格、Bb = 1.2 格、Cc＝1.4 格、Dd = 1.6 格、Ee = 0.8 格、Ff=0 格。

①导轨全长直线度误差

所谓导轨全长直线度误差，就是导轨上各点到AF 连线的纵向最大坐标值。从图4 中可以直观地看出，导轨全长直线度误差在D 一d 段，为1.6 格。

②导轨局部直线度误差

所谓局部直线度误差，就是在指定的长度上两端点到FA 连线的纵向坐标值的差值。由图4 所示可算出各段的局部误差为：

AB 段：Bb-Aa=1.2 -0=1.2（格）

BC 段：Cc-Bb=1.4 -1.2=0.2（格）

CD 段：Dd-Cc=1.6-1.4=0.2（格）

DE 段：Ee-Dd=0.8-1.6=0.8（格）

EF 段：Ff-Ee=0-0.8= 0.8（格）

由此可知，最大的局部误差在AB 段，其数值为1.2（格）。

上述图解法比较直观、形象，但在生产现场使用起来却不太方便，所以经常采用下面所述的计算法求检验结果。

（2）计算法

如上述水平仪的读数为：0、-1、-1、-2、-2。

第一步：求水平仪读数的代数和S为:S=0+(-1)+(-1)+(-2)+(-2)=-6

第二步：确定测量段数N为:N=5段

第三步：求平均读数M为:M=S/N=-6/5=1.2

第四步：求各读数与平均读数的差：

0 -l -l -2 -2

-1.2 -1.2 -1.2 -1.2 -1.2

+1.2 +0.2 +0.2 -0.8 -0.8

上述计算结果即为各段的局部直线度误差（在图4 中表示为各段两端点的终点与始点到AF 连线的纵坐标的代数差）。

即：AB 段的局部直线度误差为＋1.2 （格）

BC 段的局部直线度误差为＋0.2 （格）

CD 段的局部直线度误差为＋0.2 （格）

DE 段的局部直线度误差为-0.8 （格）

EF 段的局部直线度误差为-0.8 （格）

由此可知，最大的局部直线度误差在AB 段，为1.2 格，与图解法所得结果相同。

第五步：求各点处直线度误差（即图4 中各点的纵坐标，计算时须注意正负号）：A点：由于Aa 段长度为零，该点处的直线度误差亦为零。

B点：A点误差与AB 段误差之和= (0) + (+1.2)= +1.2（格）

C点：B点误差与BC 段误差之和= (+1.2) + (+0.2)= +1.4 （格）

D点：C点误差与CD 段误差之和= (+1.4) + (+0.2)= +1.6 （格）

E点：D点误差与DE 段误差之和= (+1.6) + (-0.8)= +0.8 （格）

F点：E点误差与EF 段误差之和= (+0.8) + (-0.8)= 0（格）

由此可知，导轨全长上最大的直线度误差在D 点，即D一d 段最长（纵坐标值最大），为1.6 格，与图解法所得结果相同。

3、直线度误差表示方法的转换

可利用下式将用水平仪格数表示的直线度误差值换算成用mm 表示的直线度误差值：δ（mm）=水平仪读数（格）×水平仪分度值×桥板长度

所以，如上例用mm表示导轨全长的直线度误差为：

δ全=1.6（格）×0.02 / 1000×220 = 0.00704 ( mm )

式中1.6（格）是导轨全长范围内的最大的直线度误差，0.02 / 1000 是水平仪的分度值220 是桥板的长度。

最大的局部直线度误差为：δAB=1.2(格)×0.02/1000×220=0.00528(mm)

4、凸的导轨的判定方法

(l)在图解法中，当导轨上所有的点均位于共两端点之上时，即在图4 中，A、B、C 、D、E、F各点均位于AF连线之上时，则导轨是凸的。