数控机床几何精度检测工具及使用方法

精度检测工量具及使用

数控机床几何精度检验具有重要的实际意义，不仅需要精密水平仪、平尺、角尺、检验棒、指示表（如千分表、百分表、杠杆表）和激光干涉仪等，还需要一些调整工具。为完成数控机床调平和几何精度检验，现介绍常用的工具、量具和检具。

常用工具有扳手类、螺钉旋具、钳子、锤子、铜棒、铝棒、千斤顶、油壶、油枪、撬棍等，其中扳手包括活扳手、呆扳手、梅花扳手、内六角扳手、扭力扳手、成套手动套筒扳手和钩型扳手等，常用的螺钉旋具有一字槽螺钉旋具和十字槽螺钉旋具，其实物和功能见表1-1。一、常用工具

表1-1常用工具的实物和功能

1）活扳手2）呆扳手3）梅花扳手开口宽度可以调节，能紧固或松开一定尺寸范围内的六角头或方头螺栓、螺钉和螺母GB/T4440-2008活扳手双头呆扳手用于紧固、拆卸两种尺寸的六角头、方头螺栓和螺母GB/T4393-2008呆扳手、梅花扳手、两用扳手技术规范用于拧紧和松开两种尺寸的六角头螺栓、螺母，扳手可以从多种角度套入六角头，特别适于工作空间狭小、位于凹处的场合4）内六角扳手5）扭力扳手6）手动套筒扳手供紧固或拆卸内六角螺钉用GB/T5356-2008内六角扳手与套筒扳手的套筒头相配，紧固六角头螺栓、螺母，用于对拧紧扭矩有明确规定的场合GB/T15729-2008手用扭力扳手通用技术条件除具有一般扳手功能外，特别适用旋转空间狭窄或深凹的地方7）钩形扳手8）一字槽螺钉旋具9）十字槽螺钉旋具专用于扳动在圆周方向上开有直槽或孔的圆螺母用于紧固或拆卸一字槽形的螺钉，GB/T10635-2003螺钉旋具通用技术条件用来紧固或拆卸十字槽形的螺钉和旋杆，GB/T10635-2003螺钉旋具通用技术条件10）钢丝钳和尖嘴钳11）锤子12）铜棒和铝棒用于夹持或弯折薄形片及金属丝材；在较窄小的工作空间夹持工件，用于夹持小零件和扭转细金属丝用于一般锤击，也可平整部件或零件用铜棒主要用于敲击机床部件，铜棒较软，不会损坏零件；铝棒比铜棒轻，敲起来力量小13）液压千斤顶14）油壶和油枪15）撬棍利用油液的静压力来顶举重物，是数控机床安装常用的一种起重或顶压的手工工具，其行程有限具有操作简单，携带方便，使用范围广的优点是调整机床水平的辅助工具，本撬棍是搭配组合爪式起重装置表1-1常用工具实物和功能

续二、量具、检具及工装

（一）常用量具、检具及工装的简介1.指示表

检验数控机床几何精度的指示器有百分表、千分表和杠杆表。百分表可检验数控机床几何精度，其分度值为0.01mm。百分表的测量范围一般有0-3mm、0-5mm、0-10mm，特殊情况下有0-20mm、0-30mm，甚至还有0-50、0-100mm大量程的百分表，在检验数控机床几何精度中常用0-5和0-10mm规格的百分表。还有数显百分表，常用规格是0-12.7mm。千分表的读数值为0.001mm，常用测量范围为0-1mm。数显千分表的规格是0-12.7mm，示值分辨力0.001mm。杠杆表有机械式和电子数显式，其规格有杠杆百分表和杠杆千分表，杠杆百分表的分度值为0.01mm，杠杆千分表的分度值为0.001mm和0.002mm。常用量具的实物和功能见表1-2。表1-2常用量具的实物和功能1）百分表2）数显百分表3）千分表百分表的外形和内部结构见上，主要用于直接或比较测量工件的长度尺寸、几何形状偏差，也用于检验机床几何精度或调整加工工件装夹位置偏差

高清晰度显示，任意位置测量、米制和英制单位转换、任意位置清零，具有精度高、读数直观和可靠等特点千分表组成部件有：主指针1、转数指示盘2、防尘帽3、表盘4、转数指针5、表圈6、套筒7、量杆8、测头94）数显千分表5）杠杆表6）数显杠杆表以数字方式显示的千分表，可以任意位置设置、起始值设置可满足特殊要求、公差值设置可进行公差判断、公英制转换适用于测量百分表难以测量的小孔、凹槽、孔距和坐标尺寸等。杠杆百分表是一种借助于杠杆-齿轮或杠杆-螺旋传动机构，将测杆摆动变为指针回转运动的指示式量具，其测量范围一般为0-0.8mm模拟及数字双重显示，数字分辨率为0.01mm/0.001mm，可选标尺分度值为0、20、50μm/1、2、5μm，公英制制式转换，标称、最小、最大、最大-最小的模式显示和存储，自动关闭电源表1-2常用量具续7）平头测量头8）平头千分表9）平头数显百分表安装在百分表或者千分表测量头上，方便找到主轴检验棒的测量位置用于检验数控机床主轴径向跳动用于检验数控机床主轴径向跳动表1-2常用量具续2.常用检具

检验数控机床几何精度的常用检具有平尺、方尺、角尺、等高块、方筒、检验棒、自准直仪，水平仪等，还有检验零件几何精度的刀口角尺等，以及检验数控机床性能的点温计等。常用检具的实物和功能见表1-3。表1-3常用检具的实物和功功能1）平尺2）矩形角尺（铸铁和花岗石）3）三角形角尺检验直线度或平面度用作基准的量尺具有垂直平行的框式组合，检验2个坐标轴线的垂直度误差与平尺和等高块共同检验坐标轴垂直度误差4）柱形角尺5）等高块6）可调等高块圆柱角尺是检测垂直度的专用检具，常用规格：80mm*400mm和100mm*500mm等高块是六个工作面的正方体或长方体，通常三块为一组，对面工作面互相平行，相邻工作面互相垂直，用于机床调整水平用于检验加工中心直线度误差或者平面度误差等7）方筒8）数控车床主轴用莫氏锥柄检验棒9）数控车床用长检验棒检验坐标轴线的直线度或者垂直度误差检验数控车床主轴和尾座部件的跳动及同轴度误差、平行度误差检验数控车床主轴和尾座部件的等高度10）铣床或加工中心主轴用检验棒（带拉钉）11）磁性钢球（中心处）12）平盘（飞机胎）检验数控铣床或加工中心主轴径向跳动、主轴轴线与Z轴轴线的平行度误差等装入主轴短检验棒的中心孔中，检验主轴轴向窜动用于数控车床刀架X向移动对主轴轴线的垂直度误差表1-3常用检具续13）自准直仪14）水平仪（框式、条状15）刀口尺用于测量数控机床导轨的直线度误差，与多面棱镜联用可以测量圆分度误差检验数控机床水平、加工中心工作台面的平面度误差主要用于以光隙法进行直线度测量和平面度测量，也可与量块一起16)刀口角尺17）步距规18）点温计刀口角尺是精确检验工件垂直度误差的一种测量工具，也可以对工件进行垂直划线检验定位精度和重复定位精度的量具

精度高，响应时间迅速，可以测量机床部件表面温度表1-3常用检具续19）声级计20）量块在声频范围内，测量声级的仪器量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准表1-3常用检具续3.常用工装（1）综合桥板板如图1-1所示，综合合桥板用于于数控车床床几何精度度检验。例如检验数数控车床主主轴跳动误误差时，桥桥板上放置置磁力表座座及百分表表；检验数数控车床导导轨精度时时，桥板上上放置精密密水平仪。。图1-1综合桥板（2）激光干涉涉仪如图1-2所示，激光干涉涉仪的主要要组成部件件有激光头头、直线度度测量组件件、垂直度度测量组件件和安装附附件等。图1-2激光干涉仪的主要组成部件（二）常用量具、、检具和工工装的使用方法1.使用百分表表和千分表表的注意事事项（1）使用前，，应检查测测量杆活动动的灵活性性，即轻推推测量杆时时，测量杆杆在套筒内内的移动要要灵活，没没有卡死现现象，每次次手松开后后，指针能能回到原来来的刻度位位置。（2）使用时，必须把百百分表或千分表固定定在磁力表表座上，否否则容易造造成测量结结果不准确确，或摔坏坏百分表，，但是夹紧紧力不能过过大，以免免因套筒变变形而使测测量杆活动动不灵活。。（3）测量时，，用0-5mm规格的百分分表要有0.3-1mm的预压缩量量，用0-1mm规格的千分分表要有0.2-0.4mm的预压缩量量，保持一一定的初始始测力，以以免无法测测出负偏差差。（4）测量时，，不要使测测量杆的行行程超过它它的测量范范围，不要要使表头突突然撞到工工件上，也也不能用百百分表/千分表测量量粗糙度大大的表面或或有显著凹凹凸不平的的工作面。。（5）测量平面面时，百分分表/千分表的测测量杆要与与平面垂直直，测量圆圆柱形工件件时，测量量杆要与工工件的中心心线垂直，，否则会使使测量杆活活动不灵或或测量结果果不准确。。（6）为方便读读数，在测测量前一般般都让大指指针指到刻刻度盘的零零位。2.数显千分表表的使用方方法（1）准备1）用洁净柔柔软的不脱脱落棉织物物清洁测量量表面各部部位。2）检查各按按键是否灵灵活、有效效，示值是是否清楚稳稳定，笔划划有无缺断断现象。（2）操作1）打开电源源（按“ZERO/ON”键可打开电电源）。2）按“In/mm”键选择单位位制（米制制时有“mm”字符出现，，英制时有有“In”字符出现））。3）按“ABS/PRESET”键使数值置置零，即可可开始测量量。4）长按“ZERO/ON”键断电。3.杠杆表杠杆百分表表体积较小小，适合检检验数控车车床主轴孔孔的径向圆圆跳动误差差、检验加加工中心中中央T形槽的直线线度误差等等。如图1-3所示，杠杆杆千分表的的测量杆轴轴线与被测测工件表面面的夹角愈愈小，误差差就愈小。。如果由于于测量需要要，α角无法调小小时(当α>15°)，应对其测测量结果应应进行修正正。图1-3杠杆千分表测杆轴线位置引起的测量误差当平面上升距离为a时，杠杆千分表摆动的距离为b，也就是杠杆千分表的读数为b，因为b>a，所以指示读数增大。具体修正计算式如下：例如，用杠杆千分表测量机床工作台平面时，测量杆轴线与工作台表面夹角α为30°，测量读数为0.048mm，求正确测量值。

解：

4.自准直仪利用自准直直仪可以精精确地测量量机床或仪仪器导轨的的直线度误误差，也可可以测量平平板等的平平面度误差差，再配上上光学直角角器和带磁磁性座的反反射镜等附附件，还可可以测量垂垂直导轨的的直线度误误差，以及及垂直导轨轨和水平导导轨之间的的垂直度误误差，与多多面体联用用可以测量量圆分度误误差。（1）检测原理理自准直仪原原理如图1-4所示，光线线通过位于于物镜焦平平面的分划划板后，经经物镜形成成平行光。。平行光被被垂直于光光轴的反射射镜反射回回来，再通通过物镜后后在焦平面面上形成分分划板标线线像与标线线重合。当当反射镜倾倾斜一个微微小角度α角时，反射射回来的光光束就倾斜斜2α角。图1-4自准直仪原理图1-5十字标线自准直仪的的光学系统统是由光源源发出的光光经分划板板、半透反反射镜和物物镜后射到到反射镜上上。如反射射镜倾斜，，则反射回回来的十字字标线像偏偏离分划板板上的零位位，如图1-5所示。（2）使用方法法以自准直仪仪与多面棱棱镜联合使使用检验数数控转台分分度误差为为例，说明明其使用方方法，见图图1-6。检验数控转转台分度误误差时，先先清洁数控控转台和多多面棱镜座座相关部位位，安装多多面棱镜座座并对其打打表找正，，使其与转转台同轴（（0.005mm内），将多多面棱镜安安装在镜座座上，并对对其进行紧紧固，然后后安装自准准直仪支架架，将自准准直仪置于于支架上，，并且将自自准直仪电电源线接好好，调整水水平和角度度，完成对对光。转动动数控转台台，通过目目镜转动手手轮，使其其指示的黑黑线在亮十十字像中间间，依次记记录数据，，用公式计计算出数控控转台分度度误差。图1-6自准直仪检检验数控转转台分度误误差5.水平仪（1）工作原理理水平仪原理理是利用气气泡在玻璃璃管内，气气泡保持在在最高位置置，如图1-7所示，表明该平平面左端高高于右端。。图1-7精密水平仪仪气泡1）水平仪刻刻度示值。实训室的的水平仪灵灵敏度是0.02mm/m，此刻度示示值是以1米为基长的的倾斜值为为0.02mm/1000mm，如图1-8所示。图1-8水平仪刻度度示值为0.02/10002）测量时使使水平仪工工作面紧贴贴在被测表表面，待气气泡完全静静止后方可可进行读数数。如需测量长长度为L的实际倾斜斜值，则可可通过下式式进行计算算：实际倾斜值值＝刻度示示值×L××偏差格数例如：刻度度示值为0.02mm/m，L＝200mm，偏差格数数为2格。则：实际倾倾斜值＝0.02mm/1000mm×200mm×2＝0.008mm。为避免由于于水平仪零零位不准而而引起的测测量误差，，必须在使使用前对水水平仪的零零位进行检查或或调整。（2）使用方法法在使用水平平仪时要注注意下列事事项。1）使用前，，必须先将将被测量面面和水平仪仪的工作面面擦试干净净，并进行行零位检查查。图1-9调整工具和和调整孔2）测量时必必须待气泡泡完全静止止后方可读读数。3）读数时，，应垂直观观察，以免免产生视差差。4）使用完毕毕，应进行行防锈处理理，放置时时，注意防防振、防潮潮。6.量块量块是一种种精密的标标准量具，，它主要用用于调整、、校正或检检验量仪、、量具及各各种精密工工件。其精精度等级分分为K级、0级、1级、2级和3级。量块的外形形一般为长长方体，它它具有两个个经精密加加工、表面面粗糙度值值极小的平平行测量面面，两测量量面之间的的距离为测测量尺寸，，也就是量量块的尺寸寸。量块的使用用方法如下下：（1）为了工作作方便和减减少测量积积累误差，，应尽量选选最少的块块数。83块一套的量量块，选用用一般不超超过4块；46块一套的量量块，选用用一般不超超过5块。（2）计算时，，第一块应应根据组合合尺寸的最最后一位数数字选取，，以后各块块以此类推推。例如，，所需要测测量的尺寸寸为48.245mm（组合尺寸寸），从87块一套的盒盒中选取：：1.005mm、1.24mm、6mm和40mm四块。（3）可利用量量块附件和和量块调整整尺寸，测测量外径、、内径和高高度。（4）为了保持持量块的精精度，延长长其使用寿寿命，一般般不允许用用量块直接接测量工件件。7.平尺平尺是具有有一定精度度的平直基基准线的实实体，参照照它可测定定表面的直直线度或平平面度误差差。平尺通通常是水平平使用，或或依靠其侧侧面使工作作面垂直，，或依靠支支承使其工工作面水平平。使用平尺时时，支承位位置选择应应使自然挠挠度最小。。如图1-10a所示，对均均匀横截面面的平尺，，其支承应应相隔5L/9，并位于距距两端2L/9处。如图1-10b所示，如果果平尺工作作长度是500mm，最佳支承承距离是300mm。当平尺不不在最佳支支承位置时时，特别是是在两端时时，应考虑虑自然挠度度。

图1-10平尺最佳支承位置a）均匀横截面的平尺最佳支撑位置b）工作长度为500mm的平尺最佳支撑距离a）b）8.检验棒检验棒代表表在规定范范围内所要要检查的轴轴线，用它它检查轴线线的实际径径向跳动或或检查轴线线相对机床床其他部件件的位置。。（1）带锥柄检检验棒1）规格如图1-11所示，均有有间隔90°的4条基准线r（1、2、3和4），每根检检验棒应提提供一个拔拔出螺母。。图1-11带锥柄检验验棒2）使用注意意事项检验棒的锥锥柄和机床床主轴的锥锥孔必须擦擦净，以保保证接触良良好；测量量径向跳动动时，检验验棒应在相相应90°的4个位置依次次插入主轴轴，误差以以4次结果的平平均值计；；检查零部部件侧向位位置精度或或平行度误误差时，应应将检验棒棒和主轴旋旋转180°,依次在检验验棒圆柱表表面两条相相对的母线线上进行检检测；检验验棒插入主主轴后，应应稍等一些些时间，以以消除操作作者手传来来的热量，，使温度稳稳定。（2）顶尖间的的检验棒1）说明如图1-12所示，安装装在两顶尖尖之间的圆圆柱检验棒棒则代表通通过两点间间的一条直直线。每端端有4个位于两垂垂直的轴向向平面的标标记和带保保护锥的中中心孔。图1-12安装在两顶顶尖之间的的检验棒2）使用注意意事项为检查平行行度，在检检验棒圆柱柱体表面上上的一条素素线上测得得读数，然然后将检验验棒旋转180°，在相对的的素线上测测得读数，，将检验棒棒调头后在在同样的那那条素线上上再重复检检验一遍。。平行度误误差以4次读数的平平均值计。。这种测量量力法可以以消除因检检验棒本身身不精确而而引起的大大部分误差差。9.直角尺直角尺的基基本型式有有三角形、、圆柱形和和矩形（也也称方尺）），如图1-13所示，其尺尺寸一般不不超过500mm。直角尺能方方便测量机机床垂直度度公差从0.03mm/1000mm至0.05mm/1000mm的机床垂直直度误差，，对于更小小公差要求求的垂直度度，则应考考虑所用直直角尺带来来的误差。图1-13角尺的基本本型式a）三角直角角尺b）圆柱直角角尺c）棱柱直角角尺d）矩形直角角尺10.数控机床垫垫铁数控机床垫垫铁有小型型数控机床床垫铁和大大型数控机机床垫铁，，如图1-14a所示小型数数控机床垫垫铁是用于于小型机床床的支承安安装和调整整水平，见见图1-14b所示大型数数控机床垫垫铁多为三三层结构，，用于大型型机床的支支承安装和和调整水平平。a)b)图1-14数控机床垫铁10垫铁数控机床调调整垫铁是是按JB/T6607-2007标准制造，，用于数控控机床支承承安装和调调整水平。。数控机床垫垫铁的使用用方法如下下。（1）根据数控控机床重量量选好垫铁铁型号和数数量。（2）将所需垫垫铁放入数数控机床地地脚孔下，，穿入螺栓栓，旋至和和数控机床床床身底面面接实。（3）安装调平平规范进行行数控机床床水平调整整，螺栓顺顺时针旋转转，数控机机床抬起。。（4）调好好数控控机床床水平平后，，旋紧紧螺母母。（5）因为为垫铁铁的橡橡胶存存在蠕蠕变现现象，，第一一次使使用的的两星星期后后，需需要再再调整整数控控机床床水平平。11.磁力表座座磁性表座座如图1-15所示。磁磁性表座座有两个个光面，，一个是是带V形槽，使使用磁力力表座时时用其吸吸附在圆圆柱面或或平面上上。a)b)图1-15磁力表座座实物图图和原理理图（三）量量具的维维护和保保养（1）在数控控机床上上检验几几何精度度时，数数控机床床部件运运行要低低速，保保护量具具的精度度，且避避免事故故。（2）检验几几何精度度前，应应把量具具的测量量面和机机床部件件的测量量表面都都要擦拭拭干净，，以免因因有脏物物存在而而影响测测量精度度。（3）量具在在使用过过程中，，要放在在安全位位置，不不要和工工具如扳扳手、锤锤子等堆堆放在一一起，以以免损坏坏量具。。也不要要随便放放在数控控机床上上，防止止因数控控机床振振动而使使量具掉掉下来摔摔坏。（4）量具是是检验用用具，绝绝对不能能作为其其他工具具随意使使用。（5）温度对对检验结结果有影影响，尽尽量保持持在20℃左右下下进行测测量。温温度对量量具精度度影响很很大，量量具不应应放在阳阳光下或或床头箱箱上，避避免使量量具受热热变形而而失去精精度。（三）量量具的维维护和保保养（6）不要把把精密量量具放在在磁场附附近，例例如数控控磨床的的磁性工工作台上上，以免免使量具具感磁。。（7）发现精精密量出出现问题题时，如如量具表表面不平平、有毛毛刺、有有锈斑以以及刻度度不准、、尺身弯弯曲变形形、表杆杆活动不不灵活等等，使用用者不应应当自行行拆修，，更不允允许自行行用锤子子敲、锉锉刀锉、、砂纸打打光等办办法修理理，以免免增大量量具的误误差，应应该主动动送计量量站检修修，并经经检定量量具精度度后再继继续使用用。（8）量具使使用后，，应及时时擦拭干干净，除除不锈钢钢量具或或有保护护镀层者者外，金金属表面面应涂上上一层防防锈油，，放在专专用的盒盒子里，，保存在在干燥的的地方，，以免生生锈。（9）百分表表、千分分表、杠杠杆表在在使用后后，要擦擦净装盒盒，绝对对不能任任意涂擦擦油类，，以防粘粘上灰尘尘影响灵灵活性。。（10）精密量量具应实实行定期期检定和和保养，，长期使使用的精精密量具具，要定定期送计计量站进进行保养养和检定定精度，，以免因因量具的的示值误误差而造造成检验验超差。。三、激光光干涉仪仪激光干涉涉仪是利利用激光光的波长长作为长长度最小小单位，，对数控控设备(加工中心心、数控控车床、、数控铣铣床等））的位置置精度（（反向间间隙、定定位精度度、重复复定位精精度等））、几何何精度（（俯仰扭扭摆角度度、直线线度、垂垂直度、、平行度度等）进进行精密密测量的的精密测测量仪器器。1.激光及其其重要特特性激光输出出光波可可视为一一束正弦弦波，例例如雷尼尼绍XL-80激光头是是一氦氖氖激光器器（He、Ne)，，其激光波长长为0.633μm，如图1-16所示。图1-16激光输出出光波激光具有有以下三三个重要要特性：：（1）激光波波长非常常稳定，，可以满满足精密密测量的的要求。。（2）激光波波长非常常短，可可以用于于高精度度测量。。（3）激光具具有干涉涉特性。。2.激光干涉涉仪测量量距离的的原理测量技术术的原理理是把两两束波长长相同的的光波重重合在一一起形成成干涉。。其合成成结果因因两个光光波相位位差不同同而不同同，用该该相位差差来确定定两个光光波的光光路差值值的变化化。当两个相相干光束束波形在在相同相相位时，，其合成成结果被被称作相相长干涉涉，输出出波的幅幅值等于于两个输输入波幅幅值之和和，如图图1-17a所示。a）

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