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1、书名：数控机床几何精度检测ISBN：978-7-111-46649-9作者：李玉兰出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,项目一 知识准备 任务一 认识和使用工量具,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，
2、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,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0-3 mm、0-5 mm、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
3、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,表1-2 常用量具 续,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能,表1-3 常用检具 续,表1-3 常用检具
4、续,表1-3 常用检具 续,3.常用工装（1）综合桥板 如图1-1所示，综合桥板用于数控车床几何精度检验。例如检验数控车床主轴跳动误差时，桥板上放置磁力表座及百分表；检验数控车床导轨精度时，桥板上放置精密水平仪。,图1-1 综合桥板,（2）激光干涉仪 如图1-2所示，激光干涉仪的主要组成部件有激光头、直线度测量组件、垂直度测量组件和安装附件等。,图1-2 激光干涉仪的主要组成部件,（二）常用量具、检具和工装的使用方法1.使用百分表和千分表的注意事项（1）使用前，应检查测量杆活动的灵活性，即轻推测量杆时，测量杆在套筒内的移动要灵活，没有卡死现象，每次手松开后，指针能回到原来的刻度位置。（2）使用
5、时，必须把百分表或千分表固定在磁力表座上，否则容易造成测量结果不准确，或摔坏百分表，但是夹紧力不能过大，以免因套筒变形而使测量杆活动不灵活。（3）测量时，用0-5mm规格的百分表要有0.3-1mm的预压缩量，用0-1mm规格的千分表要有0.2-0.4mm的预压缩量，保持一定的初始测力，以免无法测出负偏差。（4）测量时，不要使测量杆的行程超过它的测量范围，不要使表头突然撞到工件上，也不能用百分表/千分表测量粗糙度大的表面或有显著凹凸不平的工作面。（5）测量平面时，百分表/千分表的测量杆要与平面垂直，测量圆柱形工件时，测量杆要与工件的中心线垂直，否则会使测量杆活动不灵或测量结果不准确。（6）为方便
6、读数，在测量前一般都让大指针指到刻度盘的零位。,2.数显千分表的使用方法（1）准备 1）用洁净柔软的不脱落棉织物清洁测量表面各部位。2）检查各按键是否灵活、有效，示值是否清楚稳定，笔划有无缺断现象。（2）操作1）打开电源（按“ZERO/ON”键可打开电源）。2）按“In/mm”键选择单位制（米制时有“mm”字符出现，英制时有“In”字符出现）。3）按“ABS/PRESET”键使数值置零，即可开始测量。4）长按“ZERO/ON”键断电。,3.杠杆表 杠杆百分表体积较小，适合检验数控车床主轴孔的径向圆跳动误差、检验加工中心中央T形槽的直线度误差等。如图1-3所示，杠杆千分表的测量杆轴线与被测工件表
7、面的夹角愈小，误差就愈小。如果由于测量需要，角无法调小时(当 15)，应对其测量结果应进行修正。,4.自准直仪 利用自准直仪可以精确地测量机床或仪器导轨的直线度误差，也可以测量平板等的平面度误差，再配上光学直角器和带磁性座的反射镜等附件，还可以测量垂直导轨的直线度误差，以及垂直导轨和水平导轨之间的垂直度误差，与多面体联用可以测量圆分度误差。,（1）检测原理 自准直仪原理如图1-4所示，光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。当反射镜倾斜一个微小角度角时，反射回来的光束就倾斜2角。,自准直仪的光学系
8、统是由光源发出的光经分划板、半透反射镜和物镜后射到反射镜上。如反射镜倾斜，则反射回来的十字标线像偏离分划板上的零位，如图1-5所示。,（2）使用方法 以自准直仪与多面棱镜联合使用检验数控转台分度误差为例，说明其使用方法，见图1-6。,检验数控转台分度误差时，先清洁数控转台和多面棱镜座相关部位，安装多面棱镜座并对其打表找正，使其与转台同轴（0.005mm内），将多面棱镜安装在镜座上，并对其进行紧固，然后安装自准直仪支架，将自准直仪置于支架上，并且将自准直仪电源线接好，调整水平和角度，完成对光。转动数控转台，通过目镜转动手轮，使其指示的黑线在亮十字像中间，依次记录数据，用公式计算出数控转台分度误差
9、。,图1-6 自准直仪检验数控转台分度误差,5.水平仪（1）工作原理 水平仪原理是利用气泡在玻璃管内，气泡保持在最高位置，如图1-7所示，表明该平面左端高于右端。,图1-7 精密水平仪气泡,1）水平仪刻度示值。实训室的水平仪灵敏度是0.02mm/m，此刻度示值是以1米为基长的倾斜值为0.02mm/1000mm，如图1-8所示。,图1-8 水平仪刻度示值为0.02/1000,2）测量时使水平仪工作面紧贴在被测表面，待气泡完全静止后方可进行读数。如需测量长度为L的实际倾斜值，则可通过下式进行计算：实际倾斜值刻度示值 L 偏差格数 例如：刻度示值为0.02mm/m，L200mm，偏差格数为2格。则：
10、实际倾斜值0.02mm/1000mm 200mm 20.008mm。为避免由于水平仪零位不准而引起的测量误差，必须在使用前对水平仪的零位 进行检查或调整。,（2）使用方法 在使用水平仪时要注意下列事项。,1）使用前，必须先将被测量面和水平仪的工作面擦试干净，并进行零位检查。,图1-9 调整工具和调整孔,2）测量时必须待气泡完全静止后方可读数。3）读数时，应垂直观察，以免产生视差。4）使用完毕，应进行防锈处理，放置时，注意防振、防潮。,6.量块 量块是一种精密的标准量具，它主要用于调整、校正或检验量仪、量具及各种精密工件。其精度等级分为K级、0级、1级、2级和3级。量块的外形一般为长方体，它具有
11、两个经精密加工、表面粗糙度值极小的平行测量面，两测量面之间的距离为测量尺寸，也就是量块的尺寸。量块的使用方法如下：（1）为了工作方便和减少测量积累误差，应尽量选最少的块数。83块一套的量块，选用一般不超过4块；46块一套的量块，选用一般不超过5块。（2）计算时，第一块应根据组合尺寸的最后一位数字选取，以后各块以此类推。例如，所需要测量的尺寸为48.245mm（组合尺寸），从87块一套的盒中选取：1.005mm、1.24mm、6mm和40mm四块。（3）可利用量块附件和量块调整尺寸，测量外径、内径和高度。（4）为了保持量块的精度，延长其使用寿命，一般不允许用量块直接测量工件。,7.平尺 平尺是具
12、有一定精度的平直基准线的实体，参照它可测定表面的直线度或平面度误差。平尺通常是水平使用，或依靠其侧面使工作面垂直，或依靠支承使其工作面水平。使用平尺时，支承位置选择应使自然挠度最小。如图1-10a所示，对均匀横截面的平尺，其支承应相隔5L/9，并位于距两端2L/9处。如图1-10b所示，如果平尺工作长度是500mm，最佳支承距离是300mm。当平尺不在最佳支承位置时，特别是在两端时，应考虑自然挠度。,8.检验棒检验棒代表在规定范围内所要检查的轴线，用它检查轴线的实际径向跳动或检查轴线相对机床其他部件的位置。（1）带锥柄检验棒1）规格 如图1-11所示，均有间隔90的4条基准线r（1、2、3和4
13、），每根检验棒应提供一个拔出螺母。,图1-11 带锥柄检验棒,2）使用注意事项 检验棒的锥柄和机床主轴的锥孔必须擦净，以保证接触良好；测量径向跳动时，检验棒应在相应 90的4个位置依次插入主轴，误差以4次结果的平均值计；检查零部件侧向位置精度或平行度误差时，应将检验棒和主轴旋转180,依次在检验棒圆柱表面两条相对的母线上进行检测；检验棒插入主轴后，应稍等一些时间，以消除操作者手传来的热量，使温度稳定。,（2）顶尖间的检验棒1）说明 如图1-12所示，安装在两顶尖之间的圆柱检验棒则代表通过两点间的一条直线。每端有4个位于两垂直的轴向平面的标记和带保护锥的中心孔。,图1-12 安装在两顶尖之间的检
14、验棒,2）使用注意事项 为检查平行度，在检验棒圆柱体表面上的一条素线上测得读数，然后将检验棒旋转180，在相对的素线上测得读数，将检验棒调头后在同样的那条素线上再重复检验一遍。平行度误差以4次读数的平均值计。这种测量力法可以消除因检验棒本身不精确而引起的大部分误差。,9.直角尺直角尺的基本型式有三角形、圆柱形和矩形（也称方尺），如图1-13所示，其尺寸一般不超过500mm。直角尺能方便测量机床垂直度公差从0.03mm/1000mm至0.05mm/1000mm的机床垂直度误差，对于更小公差要求的垂直度，则应考虑所用直角尺带来的误差。,图1-13 角尺的基本型式a）三角直角尺 b）圆柱直角尺 c）
15、棱柱直角尺 d）矩形直角尺,10.数控机床垫铁数控机床垫铁有小型数控机床垫铁和大型数控机床垫铁，如图1-14a所示小型数控机床垫铁是用于小型机床的支承安装和调整水平，见图1-14b所示大型数控机床垫铁多为三层结构，用于大型机床的支承安装和调整水平。,10垫铁 数控机床调整垫铁是按JB/T6607-2007标准制造，用于数控机床支承安装和调整水平。数控机床垫铁的使用方法如下。（1）根据数控机床重量选好垫铁型号和数量。（2）将所需垫铁放入数控机床地脚孔下，穿入螺栓，旋至和数控机床床身底面接实。（3）安装调平规范进行数控机床水平调整，螺栓顺时针旋转，数控机床抬起。（4）调好数控机床水平后，旋紧螺母。
16、（5）因为垫铁的橡胶存在蠕变现象，第一次使用的两星期后，需要再调整数控机床水平。,11.磁力表座磁性表座如图1-15所示。磁性表座有两个光面，一个是带V形槽，使用磁力表座时用其吸附在圆柱面或平面上。,a),b)图1-15 磁力表座实物图和原理图,（三）量具的维护和保养（1）在数控机床上检验几何精度时，数控机床部件运行要低速，保护量具的精度，且避免事故。（2）检验几何精度前，应把量具的测量面和机床部件的测量表面都要擦拭干净，以免因有脏物存在而影响测量精度。（3）量具在使用过程中，要放在安全位置，不要和工具如扳手、锤子等堆放在一起，以免损坏量具。也不要随便放在数控机床上，防止因数控机床振动而使量具
17、掉下来摔坏。（4）量具是检验用具，绝对不能作为其他工具随意使用。（5）温度对检验结果有影响，尽量保持在20左右下进行测量。温度对量具精度影响很大，量具不应放在阳光下或床头箱上，避免使量具受热变形而失去精度。,（三）量具的维护和保养（6）不要把精密量具放在磁场附近，例如数控磨床的磁性工作台上，以免使量具感磁。（7）发现精密量出现问题时，如量具表面不平、有毛刺、有锈斑以及刻度不准、尺身弯曲变形、表杆活动不灵活等，使用者不应当自行拆修，更不允许自行用锤子敲、锉刀锉、砂纸打光等办法修理，以免增大量具的误差，应该主动送计量站检修，并经检定量具精度后再继续使用。（8）量具使用后，应及时擦拭干净，除不锈钢量
18、具或有保护镀层者外，金属表面应涂上一层防锈油，放在专用的盒子里，保存在干燥的地方，以免生锈。（9）百分表、千分表、杠杆表在使用后，要擦净装盒，绝对不能任意涂擦油类，以防粘上灰尘影响灵活性。（10）精密量具应实行定期检定和保养，长期使用的精密量具，要定期送计量站进行保养和检定精度，以免因量具的示值误差而造成检验超差。,三、激光干涉仪,激光干涉仪是利用激光的波长作为长度最小单位，对数控设备(加工中心、数控车床、数控铣床等）的位置精度（反向间隙、定位精度、重复定位精度等）、几何精度（俯仰扭摆角度、直线度、垂直度、平行度等）进行精密测量的精密测量仪器。,1.激光及其重要特性,激光输出光波可视为一束正弦
19、波，例如雷尼绍XL-80激光头是一氦氖激光器（He、Ne)，其激光波长为0.633m，如图1-16所示。,图1-16 激光输出光波,激光具有以下三个重要特性：（1）激光波长非常稳定，可以满足精密测量的要求。（2）激光波长非常短，可以用于高精度测量。（3）激光具有干涉特性。,2.激光干涉仪测量距离的原理 测量技术的原理是把两束波长相同的光波重合在一起形成干涉。其合成结果因两个光波相位差不同而不同，用该相位差来确定两个光波的光路差值的变化。当两个相干光束波形在相同相位时，其合成结果被称作相长干涉，输出波的幅值等于两个输入波幅值之和，如图1-17a所示。,图1-17 光波原理,当两个相干光束波形在相
20、反相位时，其合成结果被称作相消干涉。输出波的幅值为两个输入波幅值之差，如图1-17b所示。,3.干涉原理在激光干涉仪中的实际应用 以激光干涉仪在线性测长中的应用来说明干涉原理的实际应用。,图1-18 线性测长原理光路图,图1-19所示是线性测长光学元件应用。,图1-19 线性测长光学元件应用（俯视图）,4.雷尼绍（Renishaw）激光干涉仪系统（1）系统综述 雷尼绍激光干涉仪基本系统是由光学组件和设备组成，其中有ML80GOLD激光头(带三角架)、DX10控制接口卡。光学器组件可按测量应用种类的要求分组任选，并可配置成各种不同应用组合。EC10环境补偿单元也是任选件，它可在线性位置精度测量中连续自动补偿周围环境条件的变化。雷尼绍激光干涉仪系统主要设计用于数控机床及三坐标测量机位置精度和几何精度的评价与标定。其功能强大，可以测量线性位移、速度、角度(俯仰和扭摆)、直线度、平面度、垂直度和平行度误差。,2）主要设备和光学组件（表1-4）。,表1-4 雷尼绍激光干涉仪系统的主要设备和光学组件,表1-4 主要设备和光学组件 续,表1-4 主要设备和光学组件 续,表1-4 主要设备和光学组件 续,（3）警告 1）为避免伤害眼睛，请勿直视激光头射出的光束。2）不要让激光光束直射或者通过光学元件或任何其他反射面反射到您的眼睛或任何其他人的眼睛。3）从侧面观看激光是相当安全的。,
