机械测量技术课件 任务2 使用框式水平仪检测直线度误差

项目四形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差【任务分析】

图４－２－１所示为普通卧式车床上的导轨，它是支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件；主要是由Ｖ形导轨和平面导轨两部分组成，其精度高低直接影响到溜板箱移动方向的准确性。机床加工精度与导轨精度有直接的联系，因此评价机床导轨的直线度误差对零件加工有着至关重要的作用。本任务主要是利用框式水平仪检测机床导轨直线度误差并进行合格性判断。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差一、直线度的基本概念（一）直线度公差

直线度公差是指实际直线的形状对理想形状的允许变动量，

限制了加工面或线在某个方向上的偏差，主要用于对平面内的直线、回转体上的素线、平面与平面的交线和轴线等实际直线的形状精度提出要求。（二）直线度公差带（１）在给定平面内对直线提出要求的公差带：距离为公差值ｔ（0.1

ｍｍ）的一对平行直线之间的区域。只要被测直线不超出该区域即为合格，如图４－２－２所示。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差（２）在给定方向上对实际直线提出要求的公差带：是一对距离为公差值ｔ（0.1ｍｍ）的两平行平面之间的区域，

如图４－２－３所示。（３）在任意方向上对实际直线提出要求的公差带：是一个直径为公差值ｔ（ϕ０.1ｍｍ）的圆柱面内的区域。只要被测直线不超出该区域即为合格，如图４－２－４所示。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差（三）直线度误差

直线度误差是指实际被测直线对理想直线的变动量，理想直线的位置应符合最小条件，即实际被测直线对位置符合最小条件的理想直线的最大变动量为最小。

在满足被测零件功能要求的前提下，直线度误差值可以选用不同的评定方法来确定。合格条件是：直线度误差值不大于直线度公差值。二、直线度误差的评定

最小包容区域法：按最小条件评定直线度误差的方法。（一）提取组成要素（线、面轮廓度除外）

最小条件：理想要素位于实体之外与实际要素接触，并使被测要素对理想要素的最大变动量为最小（如图４－２－５所示的ｆ１）。（二）导出要素

最小条件：理想要素应穿过实际中心要素，并使实际中心要素对理想要素的最大变动量为最小（如图４－２－６所示的ϕｄ１）。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差三、水平仪水平仪是利用液面自然水平原理制造的一种测角量仪。水平仪主要用于测量微小角度，检验各种机床及其他类型设备导轨的直线度、平面度和设备安装的水平性、垂直性。常用的水平仪有框式水平仪和光学合像水平仪。（一）框式水平仪的结构

框式水平仪的结构如图４－２－７所示。它主要由主水准器、定位用的横水准器、做测量基面的框式金属主体、盖板和调零装置组成。主水准器的两端套以塑料管并用胶液黏结于金属座上，主水准器的气泡位置由偏心调节器进行调整。框式水平仪有两个测量面：一是安装水准器的下测量面；二是与下测量面垂直的侧测量面。框式水平仪的框架规格有１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、２００ｍｍ×２００ｍｍ、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ、３００ｍｍ×３００ｍｍ等几种，其中最为常用的水平仪规格为２００ｍｍ×２００ｍｍ。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差（二）水平仪的工作原理

水平仪的主要工作部分是一个封闭的弧形玻璃管，它被固定在水平仪内。玻璃管内装有对管壁附着力很小的乙醚之类的液体，并存在一定长度的气泡。水平仪倾斜一个角度α，气泡相对玻璃管移动相应距离。移动的格数与角度α成正比。玻璃管上可有间距为２ｍｍ的刻线，根据气泡移动方向和移过的格数，可以测量出被测零件的倾斜方向和角度。框式水平式分度值为0.02/1000

ｍｍ，它表示水平仪每变化一个刻度，在1000ｍｍ长度内高度变化了0.02ｍｍ。一般水平仪的工作长度为200ｍｍ。图４－２－８所示为水平仪刻线原理。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差四、直线度误差测量数据处理及评定方法检验一台车床的床身导轨在垂直平面内的直线度误差δ，导轨长度Ｄｃ＝1000ｍｍ，水平仪的精度值为0.02ｍｍ／1000ｍｍ，车床溜板箱每移动250ｍｍ测量一次，溜板箱在各个测量位置时水平仪的读数依次为：＋1.8

格、＋1.3格、－0.7格、－1.6格。请用计算和画图的方法评价直线度。计算法数据处理步骤如下：（1）将测量值（格）代数和，求出平均值；（2）求出相对值：测量值减去平均值；（3）将相对值的前一个数与后一个数相加，求出累积值；（4）将累积值中的最大值与最小值之差，求出格数；（5）利用δ=nli公式求出直线度误差。（n：格数l：节距长度i：精度值）。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差测值序号1234测量值（格）+1.8+1.3-0.7-1.6平均值（格）（1.8+1.3-0.7-1.6）/4=0.2相对值（格）+1.6+1.1-0.9-1.8累积值（格）+1.6+2.7+1.80格数nn=+2.7-0=2.7（格）最大值减最小值直线度根据δ=nli=2.7×200×0.02/1000=0.0108mm得知该导轨直线度为0.0108mm。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差（1）如图4-2-9所示，根据各测点的相对差，在坐标上描点。作图时不要漏掉零点，且后一点的坐标位置是在前一点坐标位置的基础上累加的。用直线依次连接各点，得出误差折线。（2）用两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高点（或最低点）相切，在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切。这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域。两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面直线度误差值角度格数n。（3）根据图中b-b′可知，n约为2.7格，则δ=nli=2.7×200×0.02/1000=0.0108mm2.绘图法图4-2-9绘图法项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差五、车床床身导轨调平车床所有几何项目精度检测前，需要对机床的床身导轨进行调平。即检测前，须将车床安装在适当的基础上，在床脚紧固的螺栓孔处设置可调垫铁，将机床调平。为此，水平仪应顺序地放在床身平导轨纵向a、b、c、d和床鞍横向f的位置上，如图4-2-10所示，调整可调垫铁使两条导轨的两端放置成水平，同时校正床身导轨的扭曲。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差六、直线度检测1.检查导轨

将待测车床导轨清理干净，擦除导轨面的铁屑和油污。2.校正水平仪取出水平仪，将框式水平仪校正并清理水平仪底部。3.导轨调平

将框式水平仪分别放置在机床导轨的中间和两端的位置上，对导轨进行调平。按照桥板的长度或者水平仪的长度对导轨进行分段，并做好标记，以便检测时首尾相连。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差4.直线度检测

从导轨的左端向右端依次在分段点位置进行测量，记录各段测量数据（气泡右移为正，左移为负）。到达终点后，再进行一次回测，同一测点两次读数的平均值为该点最终的测量数据。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差七、知识拓展（一）刀口直尺

刀口尺也称作刀口直尺、刀口平尺等。刀口尺主要用于以光隙法进行直线度测量、平面度和垂直度测量，也可与量块一起用于检验平面精度。测量效率高，是机械加工常用的测量工具。

刀口直尺的外形和结构如图4-2-11所示，具有结构简单，重量轻，不生锈，操作方便、表面镀暗铬，避免反光，便于观察等特点。刀口直尺规格用测量面刃口长度表示，常用的有75mm、125mm、175mm、200mm、225mm、300mm等。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差七、知识拓展（二）光隙法检测直线度光隙法是凭借人眼观察通过实际间隙的可见光隙量多少来判断间隙大小的一种基本方法。光隙法测量是将刀口尺置于被测实际线上并使刀口尺与实际线紧密接触，转动刀口直尺使其位置符合最小条件，然后观察刀口尺与被测线之间的最大光隙，此时的最大光隙即为直线度误差。当光隙值较大时，可用量块或塞尺测出其值。光隙值较小时，可通过标准光隙比较来估读光隙值大小。

例1:如图4-2-12(a)的图样标注，其检测方法如图4-2-12(b)所示。项目四、形状公差及检测任务2使用框式水平仪检测直线度误差七、知识拓展

将刀口尺与被测素线直接接触，并使刀口尺和被测素线间的最大间隙为最小，这个最大间隙就是被测素线的直线度误差。测量若干条素线，取其中最大的误差值作为被测零件的直线度误差值。

刀口尺做得足够精确，可以作为直线的理想形状。由于平尺的位置就是理想直线的位置,因此，测量时，应