机床几何精度检测方法.docx

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机床几何精度检测方法

几何精度检测方法

一百分表、千分表及杠杆千分表的特点及适用范围

百分表的分度值为0.01mm，其读数清晰，表针跳动较小，常用的一般分为0～5、0～10mm两种量程，测量时测杆的压缩量一般为0.15～0.2mm（如图1），适用于较低精度要求的测量。

百分表经过震动后测杆可以很容易的回到原始位置，在震动的情况下检测不易磨损，损坏率低。

千分表（指常用的指针式或压杆式千分表）的分度值为0.001mm，因其比百分表的放大比更大，分度值更小，测量的精确度更高，适用于较高精度要求的测量。

千分表受到震动后测量杆不容易恢复到原始位置，可能会影响到检测数据的真实性，因此在震动较小的情况下使用较好（如图2）。

杠杆千分表体积小巧，测杆可以按需转动，并能以正反两个方向测量工件，因此常用于间隙较小的槽、孔、浮动件（如测量丝杠远端跳动）等千分表难以测量的情况，其测杆压缩量一般为0.03～0.06mm（如图3），灵敏度高。

同样杠杆千分表适合在震动小的情况下使用。

另外杠杆千分表不适合长期在压缩量较大的情况下工作，因为压缩量过大会造成测量数据失真，误差变大，而且会加快杠杆千分表各部件的磨损，使其老化，失去作用，因此在测量空间允许的情况下，一般优先选用千分表或百分表。

图1百分表

图2千分表

图3杠杆千分表

二测量前提说明

1.本说明所有图示均以Carver600G为例；

2.在检测前应保证测量所用仪器可以正常使用；

3.在检测前应保证测量所用工具以及被测部分的清洁；

4.在测量过程中移动各轴时，进给速度不能过大，一般为1.8m/min左右；

5.本说明所指方向（即前、后、左、右）均为人站立在机床正面，面对机床时（如图4）。

图4

三、各精度指标的检测方法

1.检测、调整床身水平度

1.1所需工具

水平仪（刻度值为0.02mm）、活动扳手

1.2准备工作

1）检查水平仪精度是否符合标准

将水平仪水平放置，读出气泡位置，然后将水平仪原地旋转180°，比较旋转前后水平仪气泡位置。

如果旋转水平仪之后，气泡的偏移方向不同，或者偏移方向相同但是气泡偏移的位置之差超过0.5格，则说明水平仪精度不符合要求（前提是检验水平仪的基准面是水平的）。

2）检查放置机床的地面是否符合要求

由于机床的四个地脚处的减震垫铁的调节范围为12mm，所以放置机床的地面高度差不能超过10mm。

1.3检测、调整床身水平度的方法

图1-1

1）粗略调整机床的四个地脚螺栓，使减震垫铁与地面完全接触（图1-1中A、B、C、D为四个地脚螺栓的位置）。

2）将X、Y轴运行到行程的中间位置。

3）将水平仪沿X轴方向放置在工作台面中央（如图1-2所示），观察水平仪气泡位置，若该气泡偏向右边，则降低B、C或者升高A、D螺钉（根据实际情况确定）；若该气泡偏向左边，则升高B、C或者降低A、D螺钉，使气泡中心向刻度中心位置靠近。

4）将水平仪沿Y轴方向放置在工作台面中央（如图1-3所示），观察水平仪气泡位置，若该气泡偏向后边，则降低A、B或者升高C、D螺钉（根据实际情况确定）；若该气泡偏向前边，则升高A、B或者降低C、D螺钉，使气泡中心向刻度中心位置靠近。

图1-2图1-3

5）重复上述3、4步骤，直到水平仪在X、Y方向的读数均不超过合格证上许可范围。

6）将水平仪沿X轴方向放置在工作台面中央，然后沿Y轴把工作台移动到Y轴行程为零的位置（即把工作台移动到Y轴最后端，如图1-4）。

观察水平仪气泡位置，若该气泡偏向右边，则降低B或者升高A螺钉（据实际情况确定）；若该气泡偏向左边，则升高B或者降低A两螺钉，使气泡中心向刻度中心位置靠近。

再沿Y轴把工作台移动到Y轴最大行程处（即把工作台移动到Y轴最前端，如图1-5），观察水平仪气泡位置，若气泡位置有偏移，需继续调整相应地脚螺栓使水平仪气泡处于中间位置，重复6步骤反复调整，使水平仪在工作台运行到Y轴行程为零处、中间位置、Y轴最大行程处三个位置读数都在合格范围之内。

图1-4图1-5

（注：

步骤6适用于精度要求较高的机床，如睿雕系列。

精度要求不高的机床操作到步骤5即可。

）

2.检测工作台平面度

2.1所需工具

百分表、磁力表架

因为工作台平面度相对于其他几何精度要求来讲所要求的合格范围较大，百分表完全可以满足测量工作台平面度的精度要求。

另外在检测工作台平面度时，因为工作台上面有T型槽，当表头经过T型槽时会引起表杆的震动，而千分表灵敏度高，受到震动后，测量杆不容易恢复到原始位置，可能会影响到检测数据的真实性。

而且杠杆千分表与工件接触的测量杆是可以在一定角度范围内任意摆动的（如图2-1、2-2所示），测量杆经过震动，就更不容易回复到原始位置。

再次由于检测时的震动较大，千分表精度高，很容易磨损，损坏率非常高；因此检测工作台平面度选择用百分表较合适。

。

图2-1图2-2

2.2工作台平面度的测量方法

图2-3图2-4

1）将机头移动到机床工作台面上的g点（如图2-3、2-4所示位置）。

2）将磁力表架吸到机头上，使百分表的表头与工作台相接触，测杆应尽量与工作台垂直（如图2-3），测杆压缩0.15～0.2mm，然后转动表盘使指针指向“0”位。

3）根据合格证上的要求调整“XY步长”，控制进给速度，使机头运动，把百分表分别移动到f、e、d、k、h、a、b、c八点（如图2-4），并记录每一点处表针对应的数值。

4）测量完毕后将机头移回到g点，如果此时百分表的表针仍指向“0”位，则说明所测出的数值有效；否则必须重新装卡百分表，重新测量。

5）计算九个点的测量值中最大值与最小值的差值，即为工作台的平面度。

3.检测各坐标轴轴线运动的直线度（选测）

3.1所需工具

平尺或方尺、百分表、千分表、磁力表架

（注：

在空间允许的情况下优先选用平尺，此处以方尺为例进行说明，使用平尺的测量方法相同。

）

3.2测量方法

测量前应先将工作台移动到Y轴行程中间位置。

3.2.1X轴轴线运动的直线度

X轴轴线运动的直线度是在两个平面内来检测的：

1）XY水平面内；

2）ZX垂直平面内。

3.2.1.1在XY水平面内的直线度

1）将磁力表架吸在机头上，装卡百分表，方尺放置在工作台面中央，方尺边框尽量与X坐标轴保持平行，将百分表的表头接触到方尺测量表面的一端（A点），测杆应尽量与测量表面垂直（如图3-1），测杆压缩0.15～0.2mm，然后转动表盘使指针指向“0”位。

根据方尺的边框尺寸，调整XY轴运动步长，将百分表移动到方尺测量表面的另一端（B点，如图3-2），根据百分表在A、B两点的测量值调整方尺在工作台面上的位置，使方尺两端A、B点的测量值大致相同，测量值的差值保持在0.02mm以内即可。

2）拆下百分表换上千分表，调整千分表位置，使千分表表头接触测量表面，测杆应尽量与测量表面垂直，测杆压缩0.05～0.1mm，调整方尺位置，使千分表A、B两点（如图3-1，3-2）的测量值相同。

在A点转动表盘使指针指向“0”位。

（注：

以上两步之所以先用百分表测量，目的是先用百分表粗调方尺a面与X轴的平行，如果直接用千分表测量，由于千分表量程太小，如果误差太大的话，容易超过千分表量程，从而造成千分表损坏。

）

3）使机头移动，将千分表从A点运动到B点，此过程中，千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为X轴在XY水平面内的直线度。

图3-1图3-2

3.2.1.2在ZX垂直平面内的直线度

图3-3图3-4

X轴在ZX垂直平面内的直线度与其在XY水平面内的直线度测量方法基本相同，主要区别在于方尺是竖直摆放在工作台面上，所测量b面与X轴基本平行，所以用千分表直接测量即可。

方法同样是调整方尺，用千分表测量A、B两点值，使A、B两点的测量值相等（这是测量直线度的前提，但因为受综合误差累积的影响，即使所测量的面与工作台平行，A、B两点的值也可能会不相同，必要时可在方尺下垫东西<如铜皮>，以保证A、B两点值相等），然后在A点转动表盘使指针指向“0”位，接着将千分表从A点运动到B点。

此过程中，千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为X轴在ZX垂直平面内的直线度（A、B点位置如图3-3、3-4所示）。

（注：

受条件所限，A、B两点的测量值不可能相等，所以此项检测数据并不是十分准确。

）

3.2.2Y轴轴线运动的直线度

Y轴轴线运动的直线度是在XY水平面以及ZY垂直平面两个平面内来测量的。

除方尺摆放位置和形式不同外，其他测量方法相同，不再重复说明。

3.2.2.1在XY水平面内的直线度

先用百分表粗调，再用千分表精调A、B两点值。

图3-5图3-6

3.2.2.2在ZY垂直平面内的直线度

直接用千分表测量即可。

图3-7图3-8

3.2.3Z轴轴线运动的直线度

Z轴轴线运动的直线度是在ZX以及ZY两个垂直平面内来测量的。

测量方法也基本相同，但是由于Z轴的特殊性，在测量时必须保证在Z轴行程足够，以防止撞表。

可先将千分表降至Z轴正向最大允许范围处，由此处对表，然后使千分表向上移动，就不会因为Z轴行程不够而撞表了。

而且所测量的方尺表面与工作台面垂直，用千分表直接测量使A、B两点测量值相等。

3.2.3.1在ZX平面内的直线度

直接用千分表测量即可。

图3-9图3-10

3.2.3.2在ZY平面内的直线度

直接用千分表测量即可。

图3-11图3-12

（注：

在ZX以及ZY两个垂直平面内检测Z轴轴线运动的直线度、在ZY垂直平面内检测Y轴轴线运动的直线度与在ZX垂直平面内检测X轴轴线运动的直线度一样。

受条件所限，A、B两点的测量值不可能完全相等，所以这三项所检测的数据和在ZX垂直平面内检测X轴轴线运动的直线度一样，都不是十分准确。

）

4.检测各坐标轴的垂直度

精雕机各坐标轴的垂直度一般是从两个方面来评价的：

1）X轴与Y轴的垂直度；

2）Z轴与工作台面的垂直度。

4.1所需工具

磁力表架、百分表、千分表、方尺

4.2检测方法

4.2.1检测X轴与Y轴的垂直度

1）将工作台移动到Y轴行程中间位置，然后将方尺放在工作台面上的中间位置，方尺的a面尽量与Y轴保持平行。

2）装卡百分表，使百分表表头与方尺的a面接触，测杆应尽量与测量表面垂直（如图4-1），测杆压缩0.15～0.2mm，根据方尺边框的尺寸确定XY轴的步长，使工作台沿Y轴反复移动，调整方尺位置，使百分表在方尺a面两端A、B两点（如图4-1，4-2）的测量值大概相同，测量值的差值保持在0.02mm以内即可（用百分表粗调方尺a面对Y轴的平行）。

3）拆下百分表换上千分表，调整千分表位置，使千分表表头接触方尺a面，测杆应尽量与测量表面垂直，测杆压缩0.05～0.1mm，调整方尺位置，使千分表在方尺a面两端A、B两点（如图4-1，4-2）的测量值相同（用千分表精调方尺a面对Y轴的平行）。

4）调整千分表位置，使千分表表头接触方尺b面的一端（如图4-3），测杆应尽量与测量表面垂直，测杆压缩0.05～0.1mm，然后转动表盘使指针指向“0”位。

使机头沿X轴方向移动，此过程中千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为X轴与Y轴的垂直度。

图4-1图4-2

图4-3

5）保持方尺位置不变化，重复步骤3，检查方尺的a面是否仍与Y轴保持平行，如仍平行则说明步骤4所测得的数值有效，若不平行，则需重复步骤3、4，重新测量。

（注：

在移动各轴时，进给速度不能过大<一般约为1.8m/min>，以防止因为进给速度过快引起千分表表针的震动，使测出的数值失去真实性。

）

4.2.2Z轴与工作台面的垂直度

Z轴轴线运动的垂直度是在ZX以及ZY两个垂直平面内来测量的。

由于Z轴的特殊性，在测量时必须保证在Z轴行程足够，以防止撞表。

可先将千分表降至Z轴正向最大允许范围处，由此处对表，然后使千分表向上移动，就不会因为Z轴行程不够而撞表了。

4.2.2.1Z轴在ZX平面内的垂直度

1）将方尺放置在工作台面上，方尺边框尽量与X坐标轴保持平行，将千分表的表头接触到方尺一端的测量表面（A点），测杆应尽量与测量表面垂直（如图4-4），测杆压缩0.05～0.1mm，然后转动表盘使指针指向“0”位。

2）根据方尺的边框尺寸，调整Z轴运动步长，将千分表从A点运动到B点（如图4-5），此过程中，千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为Z轴在ZX垂直平面内的垂直度。

图4-4图4-5

4.2.2.2Z轴在ZY平面内的垂直度

Z轴在ZY垂直平面内的垂直度与其在ZX垂直平面内的垂直度测量方法基本相同，主要区别在于方尺的摆放形式不同。

同样是使方尺b面尽量与Y坐标轴保持平行，将千分表的表头接触到方尺一端的测量表面（A点），测杆应尽量与测量表面垂直（如图4-6），测杆压缩0.05～0.1mm，然后转动表盘使指针指向“0”位，接着将千分表从A点运动到B点（如图4-7），此过程中，千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为Z轴在ZY垂直平面内的垂直度。

图4-6图4-7

5.检测夹紧套与Z轴的平行度（夹紧套与工作台的垂直度）

5.1所需工具

千分表、磁力表架、测试棒（依据夹紧套直径选择测试棒）

5.2检测方法

将机头移动到工作台中间位置。

1）将测试棒装入夹紧套，并拧紧螺钉，使Z轴行程为零。

然后将磁力表架吸在工作台上，千分表表头垂直于Z⊥Y平面与测试棒接触（如图5-1所示），使测杆压缩0.05～0.1mm。

将XY轴步长调整为0.10mm,前后移动Y轴，找出测试棒的最高点（前后移动时，千分表指针顺时针旋转到最大值时，即测试棒的最高点），旋转表盘使指针指向“0”位。

2）根据Z轴方向最大允许移动范围调整Z轴步长，使机头沿Z轴反复移动（如图5-2），在此过程中千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为夹紧套在Z⊥X平面内与Z轴的平行度。

图5-1图5-2

3）如图5-3所示将千分表表头垂直于Z⊥X平面与测试棒接触，使测杆压缩0.05～0.1mm。

将XY轴步长调整为0.10mm,左右移动X轴，找出测试棒的最高点（左右移动时，千分表指针顺时针旋转到最大值时，即测试棒的最高点），旋转表盘使指针指向“0”位。

4）根据Z轴方向最大允许移动范围调整Z轴步长，沿Z轴反复移动（如图5-4），在此过程中指针千分表读数的最大值与最小值之间的差值即为夹紧套在Z⊥Y平面内与Z轴的平行度。

图5-3图5-4

（注：

对于直径较大的夹紧套（如ф120主轴的夹紧套）也可以不用测试棒，如图5-5所示，可以把磁力表架从夹紧套内孔上方放入，然后吸在工作台面上，使千分表测杆压缩0.05-0.1mm。

将XY步长调整为0.10mm,前后移动Y轴，找出夹紧套内壁最低点，然后依据步骤2，测出夹紧套在Z⊥X平面内与Z轴的平行度。

如图5-6所示装卡千分表，找出夹紧套内壁最低点，依据步骤4，可测出夹紧套在Z⊥Y平面内与Z轴的平行度。

一定要注意将XY步长调整为0.10mm，防止撞表。

）

图5-5图5-6

6.检测灵敏度

6.1所需工具

千分表

6.2检测方法

因为在机床的加工过程中机头并不停留在Z轴行程为零的地方，加工所用的刀具装卡在Z轴的最下端，所以在测量时，Z轴部件应尽可能降低，并且去测量Z轴部件的最下端（测量夹紧套、主轴电机或者测试棒都可以，但是测量主轴电机以及测试棒时要使千分表表头与主轴电机或者测试棒的侧面最高点接触。

本说明以测量夹紧套为例）。

将工作台移动到Y轴行程的中间位置。

6.2.1X轴正反向灵敏度

1）如图6-1所示，使千分表表头与夹紧套侧面最下端接触，测杆应尽量与夹紧套侧面垂直，测杆压缩0.15mm左右。

旋转表盘使指针指向“0”位。

2）将XY轴步长设定为0.013mm，先将机头向右点动四次，记录此时千分表读数的绝对值，记为x1，并计算x1与0.05mm的差值的绝对值，记为x2。

3）然后再使机头向左点动四次，观察千分表指针是否回到“0”位，记录此时千分表读数的绝对值，用x3表示。

4）比较x2、x3的大小，选取两者中较大的数值作为X轴正反向灵敏度。

图6-1

6.2.2Y轴正反向灵敏度

Y轴的正反向灵敏度与X轴正反向灵敏度的测量方法相同，只是千分表测杆接触的是夹紧套正面，具体见图6-2。

1）如图6-2所示，使千分表表头与夹紧套正面最下端接触，测杆应尽量与夹紧套正面垂直，测杆压缩0.15mm左右。

旋转表盘使指针指向“0”位。

2）将XY步长设定为0.013mm，先将机头向前点动四次，记录此时千分表读数的绝对值，记为y1，并计算y1与0.05mm的差值的绝对值，记为y2。

3）然后再使机头向后点动四次，观察千分表指针是否回到“0”位，记录此时千分表读数的绝对值，用y3表示。

4）比较y2、y3的大小，选取两者中较大的数值作为Y轴正反向灵敏度。

图6-2

7.检测电主轴的旋转精度（主轴锥孔径向跳动）

如果电主轴的旋转精度低，则刀具装卡处的径向跳动就大，刀具刀尖处的径向跳动更大，将极大地增加加工误差，影响加工精度。

因此，一定要检测和保证电主轴的旋转精度。

7.1.检测电主轴旋转精度的工具

杠杆千分表

7.2.检测电主轴旋转精度的方法

电主轴旋转精度的检测方法如下：

1）将杠杆千分表放置在工作台中间，使表头与电主轴转子的锥孔接触，如图7-1所示，测杆压缩为0.03～0.06mm，旋转表盘使指针指向“0”位。

图7-1

2）用手平稳旋转电主轴转子，查看杠杆千分表读数的变化来判断误差的大小。

读数变化越大，电主轴锥孔处的径向跳动误差越大，主轴旋转精度越低。

3）读出测量过程中杠杆千分表读数的最大值和最小值之差，即为电主轴锥孔处的径向跳动误差。

对照机床配置的合格证，检查该误差值是否在许可范围之内。

（注：

检测电主轴的旋转精度，若将杠杆千分表打在电机的外表面上是没有意义的。

）

7.3.杠杆千分表使用中的要求及注意事项：

1、杠杆千分表的测杆轴线与被测工件表面的夹角需满足α≤15°。

当夹角α＞15°时会产生较大的测量误差。

2、杠杆千分表的测杆与被测工件表面严禁形成垂直状态，否则将损坏杠杆千分表的测杆。

3、杠杆千分表的测杆、测头极易损坏，不能经受大力的撞击，因此使用时要小心仔细，特别要做好对测杆的保护和保养。

4、因杠杆千分表的灵敏度非常高，所以测量时应使用表面粗糙度低的方尺或角尺，移动速度也应放慢。

特别需要注意的是：

因杠杆千分表的测量力小，极易损坏，严禁强烈地冲击，所以技术服务人员在使用过程中一定要小心。