1、任务3.4 数控机床进给轴精度检测学习目标学习目标：1知道数控轴几何精度检测的原理和方法2能使用常规检验工具、量具检查进给轴几何精度3能用简易的方法检查重复定位精度4对精度超差能给出基本的界定和判断任务3.4 数控机床进给轴精度检测学习内容学习内容：1数控车床几何精度检测的项目、工具、方法和步骤。2数控铣床几何精度检测的项目、工具、方法和步骤。3数控精度检测的原理和方法4用简易方法检查重复定位精度5对精度超差项目如何进行界定和判断任务3.4 数控机床进给轴精度检测学习重点和难点学习重点和难点：1数控车床几何精度检测的项目、工具、方法和步骤。2数控铣床几何精度检测的项目、工具、方法和步骤。3对精
2、度超差项目如何进行界定和判断学习活动设计：学习活动设计：利用仿真软件进行精度仿真检测 数控机床合格证明书数控机床合格证明书n精密水平仪、准直仪、直角尺、精密方箱、精密水平仪、准直仪、直角尺、精密方箱、平尺、角尺、千分表、测微仪、高精度主平尺、角尺、千分表、测微仪、高精度主轴芯棒、激光干涉仪等。轴芯棒、激光干涉仪等。n工具精度必须比所测几何精度高一个等级。工具精度必须比所测几何精度高一个等级。平尺平尺桥型平尺桥型平尺角尺角尺方箱方箱弯板弯板水平仪水平仪检验棒检验棒激光干涉仪激光干涉仪平尺：平尺：主要作为主要作为测量基准测量基准，用于检验工件的直线度和平面度，用于检验工件的直线度和平面度误差，也可
3、作为刮研基准，有时还用来检验零部件的相互位误差，也可作为刮研基准，有时还用来检验零部件的相互位置精度。置精度。角尺：角尺：用来检验机床部件之间垂直度。用来检验机床部件之间垂直度。方箱：方箱：主要用于零部件的平行度、垂直度等的主要用于零部件的平行度、垂直度等的检验和划线。方箱是用铸铁制成的具有检验和划线。方箱是用铸铁制成的具有6个工个工作面作面的空腔正方体。的空腔正方体。水平仪水平仪 水平仪是测量相对水平面微小倾角水平仪是测量相对水平面微小倾角的仪器。的仪器。主要用于测量机床导轨的平直度，主要用于测量机床导轨的平直度，安装的水平位置和垂直位置的正确安装的水平位置和垂直位置的正确度。度。机械式水平
4、仪（气泡水平仪）和电机械式水平仪（气泡水平仪）和电子水平仪子水平仪 机械式分为：条式水平仪、框式水机械式分为：条式水平仪、框式水平仪和合像水平仪平仪和合像水平仪框式水平仪框式水平仪气泡水平仪：气泡水平仪：管内充满醚或酒精，并留有一管内充满醚或酒精，并留有一小小气泡，气泡，它在管中永远位于它在管中永远位于最最高点。高点。条式水平仪条式水平仪气泡水平仪气泡水平仪1.水平仪的灵敏度水平仪的灵敏度 常用气泡水平仪的灵敏度为常用气泡水平仪的灵敏度为0.01mm/m、0.02mm/m、0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m等规格。等规格。即是将水平仪置于即是将水平仪置于 1 m 长的直规或平板
5、之上，当其中一长的直规或平板之上，当其中一端点有灵敏度指示大小的差异时，如灵敏度为端点有灵敏度指示大小的差异时，如灵敏度为0.02 mm/m，即是表示直规或平板的两端点有，即是表示直规或平板的两端点有0.02 mm的的高低差异高低差异(相当于两端点相差相当于两端点相差4秒秒).当当1 m长的有长的有h mm高度差时，气泡会有一个刻度的差高度差时，气泡会有一个刻度的差异。异。气泡水平仪气泡水平仪2.倾斜角度和倾斜高度倾斜角度和倾斜高度 如下图所示，将灵敏度为如下图所示，将灵敏度为0.02mm/m的水平仪，放在的水平仪，放在底面长底面长L为为300mm的桥板上，测量图示位置，当气泡偏的桥板上，测量
6、图示位置，当气泡偏离格数离格数=3格，则被测表面的倾斜角为格，则被测表面的倾斜角为4”312”此时，在此时，在L=300mm处的倾斜高度差处的倾斜高度差h值为：值为：h=L灵敏度值灵敏度值偏离格数偏离格数 3000.02/1000 3=0.018mm气泡水平仪气泡水平仪3.水平仪的零位水平仪的零位 水平仪的下工作面称为水平仪的下工作面称为“基面基面”。水平仪的零位是指当基面处于水平状态时，水平仪的零位是指当基面处于水平状态时，气泡居中间位置，即处于零位线（中间两气泡居中间位置，即处于零位线（中间两条基准线）的对称位置。所谓对称位置，条基准线）的对称位置。所谓对称位置，就是气泡两端与基准线的间距
7、相等。就是气泡两端与基准线的间距相等。水平仪气泡的实际位置对中间位置的偏差称为零位误水平仪气泡的实际位置对中间位置的偏差称为零位误差，应不超过灵敏度的差，应不超过灵敏度的1/4。气泡水平仪气泡水平仪4.水平仪的读数方法水平仪的读数方法（1）读数值正负的确定）读数值正负的确定 水平仪读数值的正负，一般是根据气泡的移动方向和水水平仪读数值的正负，一般是根据气泡的移动方向和水平仪的移动方向来确定。平仪的移动方向来确定。气泡水平仪气泡水平仪4.水平仪的读数方法水平仪的读数方法（2）读数基准线的选择）读数基准线的选择水平仪读数的基准线有二：水平仪读数的基准线有二：u按按绝对绝对水平读数，就是以水水平读数
8、，就是以水平仪的平仪的零位线零位线为基准进行读为基准进行读数数（水平仪必须做好零位调（水平仪必须做好零位调整）整）气泡水平仪气泡水平仪4.水平仪的读数方法水平仪的读数方法（2）读数基准线的选择）读数基准线的选择水平仪读数的基准线有二：水平仪读数的基准线有二：u按按相对相对水平读数，这时的读水平读数，这时的读数值，是表示被测平面数值，是表示被测平面对所对所选基准线选基准线方向倾斜的角度，方向倾斜的角度，或在一定长度上对所选基准或在一定长度上对所选基准方向的高度差。方向的高度差。如：以如：以气泡任一端起始气泡任一端起始位置位置所在所在刻刻线为线为基准基准，数气泡，数气泡该端该端离开基准离开基准线的
9、线的格数格数，作为水平仪的读数。，作为水平仪的读数。按气泡按气泡左端起始位置左端起始位置为基准读数为基准读数气泡水平仪气泡水平仪4.水平仪的读数方法水平仪的读数方法（3）读数方法）读数方法u数格法：数格法：以以零位线为基准零位线为基准，数气泡任一端离开零位线的，数气泡任一端离开零位线的格数格数，作，作为水平仪的读数。为水平仪的读数。以以气泡任一端起始气泡任一端起始位置位置所在所在刻线为基准，数气泡刻线为基准，数气泡该端该端离离开基准线的格数，作为水平仪的读数。开基准线的格数，作为水平仪的读数。以以气泡任一端起始气泡任一端起始位置位置接近接近一刻线为基准，数气泡一刻线为基准，数气泡该端该端离开这
10、一刻线的格数，作为水平仪的读数。离开这一刻线的格数，作为水平仪的读数。u平均值法平均值法取气泡两端离开基准线格数之和的平均值，作为水平仪的取气泡两端离开基准线格数之和的平均值，作为水平仪的读数。（常用于精密测量中）读数。（常用于精密测量中）水平仪读数实例水平仪读数实例5.水平仪的使用水平仪的使用必须先将被测量面和水平仪的工作面擦洗干净必须先将被测量面和水平仪的工作面擦洗干净。检查水平仪的零位检查水平仪的零位是否正确。先将水平仪放在平是否正确。先将水平仪放在平板上，读取气泡的刻度大小，然后将水平仪板上，读取气泡的刻度大小，然后将水平仪反转反转置于同一位置置于同一位置，再读取其刻度大小，若读数相同
11、，再读取其刻度大小，若读数相同，即表示水平仪底座与气泡管相互间的关系是正确即表示水平仪底座与气泡管相互间的关系是正确的。否则，需用微调螺丝调整直到读数完全相同，的。否则，需用微调螺丝调整直到读数完全相同，才可作测量工作。才可作测量工作。测量装置要稳固，工作场地要防振，温度要稳定。测量装置要稳固，工作场地要防振，温度要稳定。测量时，必须待气泡完全静止后方可读数测量时，必须待气泡完全静止后方可读数，并且，并且应在垂直于水准泡的位置上读数应在垂直于水准泡的位置上读数使用完毕，应进行防锈处理，放置时，注意防震、使用完毕，应进行防锈处理，放置时，注意防震、防潮。防潮。3.4.2数控车床几何精度检测数控车
12、床几何精度检测1、直线度的检验、直线度的检验n一条直线在一个平面内的直线度：一条直线在一个平面内的直线度：在平面内的一条给定长度的线，当其上所有的点在平面内的一条给定长度的线，当其上所有的点均包含在平行于该线的总方向且相对距离与公差均包含在平行于该线的总方向且相对距离与公差相等的两条直线内时，该线被认为是直线。相等的两条直线内时，该线被认为是直线。直线度的测量方法有两种：直线度的测量方法有两种：长度测量法（比较法）长度测量法（比较法）平尺法平尺法 垂直面内和水平面内均可测量垂直面内和水平面内均可测量角度测量法角度测量法 水平仪仅可检查垂直平面内的直线度水平仪仅可检查垂直平面内的直线度检验项目一
13、：检验项目一：纵向导轨调平后纵向导轨调平后床身导轨在床身导轨在垂直平面内垂直平面内的直线度的直线度检验项目一：检验项目一：纵向导轨调平后纵向导轨调平后床身导轨在床身导轨在垂直平面内垂直平面内的直线度的直线度 在垂直面内测量导轨直线度图解1、2、3水平仪 4溜板 5导轨（1 1）直线度的角度测量法）直线度的角度测量法如图所示，水平仪如图所示，水平仪沿沿Z轴向轴向放放在溜板上，移动溜板，沿导轨在溜板上，移动溜板，沿导轨全长等距离地在各位置上检验，全长等距离地在各位置上检验，记录水平仪读数，并用作图法记录水平仪读数，并用作图法计算出床身导轨在垂直平面内计算出床身导轨在垂直平面内的直线度误差。的直线度
14、误差。（只许向上凸）（只许向上凸）也可将水平仪直接放在导轨也可将水平仪直接放在导轨上进行检验。上进行检验。用水平仪测量轮廓在垂直平面内的直线度误差的方法用水平仪测量轮廓在垂直平面内的直线度误差的方法将被测轮廓的实际长度分成将被测轮廓的实际长度分成8段，每段就是一个节段，每段就是一个节距（可考虑按桥板长度）距（可考虑按桥板长度）把长把长200mm分度值为分度值为0.031000的水平仪固定的水平仪固定在桥板上在桥板上沿被测轮廓一段接一段地移动桥板沿被测轮廓一段接一段地移动桥板水平仪读数（单位为格）水平仪读数（单位为格）描画出直线度误差曲线描画出直线度误差曲线用用图解法图解法处理数据。处理数据。用
15、角度法测量垂直导轨直线度示意图用角度法测量垂直导轨直线度示意图位置位置12345678气泡格数气泡格数+1+0.50+1-0.50-0.5-0.5全长误差全长误差0.012（中凸）（中凸）每米误差每米误差1（15）段）段（26）段）段（37）段）段（48）段）段+0.0054+0.0054+0.006+0.0063用图解法确定直线度误差用图解法确定直线度误差用图解法处理数据用图解法处理数据在坐标纸上以在坐标纸上以横坐标横坐标表示被测轮廓的表示被测轮廓的长度长度，按相应的节，按相应的节距等分为距等分为8段。段。再以再以纵坐标纵坐标表示以表示以“格格”为单位的误差值。为单位的误差值。根据测得的水平
16、仪读数值在坐标纸上按根据测得的水平仪读数值在坐标纸上按累计法累计法进行点图进行点图:由零点开始，点由零点开始，点O读数为零，读数为零，A比比O高高1格，点格，点B比点比点A高高0.5格（格（0.5），点），点C与点与点B等高，等高，D比比C高高1格（格（1）,E比比D低低0.5格格将点将点O、A、B、C、H连接起来，连接起来，即得被测轮廓的即得被测轮廓的直线度误差曲线。直线度误差曲线。按按两端点连接法两端点连接法评定出以评定出以格格为单位的直线度误差值。为单位的直线度误差值。进行单位进行单位换算换算，即可获得以线性值表示的直线度误差值。，即可获得以线性值表示的直线度误差值。2000.03/10
17、00 2=0.012mm将实测数据将实测数据0.012与精度标准允差与精度标准允差0.02比比较，较，结果合格。结果合格。为什么只允许为什么只允许向上凸？向上凸？数控车床床身导轨因溜板来回移动频率较大数控车床床身导轨因溜板来回移动频率较大,导轨导轨中间部位容易变形和磨损中间部位容易变形和磨损,因此修磨时要求中凸。因此修磨时要求中凸。2、平行度的检验、平行度的检验n平行度是用以控制平行度是用以控制被测要素被测要素相对于相对于基准要素基准要素的方向成的方向成0（或距离差值为（或距离差值为0）的要求。）的要求。平行度的测量方法有两种：平行度的测量方法有两种：（1）用平尺和指示器法。）用平尺和指示器法
18、。（2）用精密水平仪法）用精密水平仪法平行度测量示意图平行度测量示意图平尺和指示器法平尺和指示器法指示器安装在具有平底指示器安装在具有平底面并与导向平尺接触的面并与导向平尺接触的支座上。支座上。支座在一个平面上按规支座在一个平面上按规定的范围移动，测头沿定的范围移动，测头沿第二个平面滑动。第二个平面滑动。水平仪法水平仪法水平仪放在跨连在两个被水平仪放在跨连在两个被比较的平面的桥板上，沿两比较的平面的桥板上，沿两平面移动；平面移动；依次读数，取读数（角度依次读数，取读数（角度值）中的值）中的最大差值最大差值作为作为角度角度平行度误差，然后将其乘以平行度误差，然后将其乘以L变为线性值的平行度误差。
19、变为线性值的平行度误差。检验项目二：检验项目二：横向导轨调平后横向导轨调平后床身导轨的平行度床身导轨的平行度测量床身导轨平行度图解 水平仪法水平仪法如图所示，水平仪如图所示，水平仪沿沿X轴向轴向放放在溜板上，在导轨上移动溜板，在溜板上，在导轨上移动溜板，记录水平仪读数，其读数最大记录水平仪读数，其读数最大差值即为床身导轨的平行度误差值即为床身导轨的平行度误差。差。检验项目三：检验项目三：溜板移动在水平面内的直线度溜板移动在水平面内的直线度 检验项目三：检验项目三：溜板移动在水平面内的直线度溜板移动在水平面内的直线度 检验方法（检验方法（如图所示）如图所示）将长圆柱检验棒用前后顶尖将长圆柱检验棒
20、用前后顶尖顶紧，将指示器顶紧，将指示器2（如百分表）（如百分表）固定在溜板固定在溜板3上，使其测头触上，使其测头触及检验棒的及检验棒的侧母线侧母线（测头尽可（测头尽可能在两顶尖间轴线和刀尖所确能在两顶尖间轴线和刀尖所确定的平面内）定的平面内）调整尾座，使指示器在检验调整尾座，使指示器在检验棒棒两端的读数相等两端的读数相等。移动溜板在全行程上检验。移动溜板在全行程上检验。指示器读数的指示器读数的最大代数差最大代数差值就值就是直线度误差。是直线度误差。在水平面内测量溜板的直线度图解1检验棒；2指示器；3溜板 检验项目四：检验项目四：主轴轴线对溜板移动的平行度主轴轴线对溜板移动的平行度 检验项目四：
21、检验项目四：主轴轴线对溜板移动的平行度主轴轴线对溜板移动的平行度 检验方法（检验方法（如图所示）如图所示）将检验棒插在主轴锥孔内，将检验棒插在主轴锥孔内，把百分表安装在溜板（或刀把百分表安装在溜板（或刀架）。架）。（1）使百分表测头在）使百分表测头在垂直平垂直平面面内触及检验棒母线（如图内触及检验棒母线（如图a处）。移动溜板，记录百分表处）。移动溜板，记录百分表最小和最大读数的差值及方向；最小和最大读数的差值及方向；然后旋转主轴然后旋转主轴180，重复测，重复测量一次，取两次读数的算术量一次，取两次读数的算术平平均值均值作为在垂直平面内主轴轴作为在垂直平面内主轴轴线对溜板移动的平行度误差。线对
22、溜板移动的平行度误差。检测主轴轴线对溜板移动平行度图解 1主轴；2指示器；3检验棒；4溜板 精度允差：0.02/300mm,允许上凸超差超差加工产生锥度加工产生锥度检验项目四：检验项目四：主轴轴线对溜板移动的平行度主轴轴线对溜板移动的平行度 检验方法检验方法（如图所示）如图所示）（2）使百分表测头在）使百分表测头在水平平水平平面内面内垂直触及检验棒母线（如垂直触及检验棒母线（如图图b处），按上述（处），按上述（1）的方法）的方法重复测量一次，即得水平平面重复测量一次，即得水平平面内主轴轴线对溜板移动的平行内主轴轴线对溜板移动的平行度误差。度误差。检测主轴轴线对溜板移动平行度图解 1主轴；2指示
23、器；3检验棒；4溜板 如果该项精度不合格，将使如果该项精度不合格，将使加工零件产生锥度加工零件产生锥度 。精度允差：0.02/300mm,允许前凸(向刀具方向）向刀具方向）3、垂直度的检验、垂直度的检验n垂直度是用以控制垂直度是用以控制被测要素被测要素相对于相对于基准要素基准要素的方向成的方向成90的要求。的要求。垂直度的测量：垂直度的测量：（1）平面对直线的垂直度。）平面对直线的垂直度。（2）互成）互成90的两平面的垂直度的两平面的垂直度（3）其它形式的垂直度）其它形式的垂直度原理：将垂直度转换为平行度进行测量原理：将垂直度转换为平行度进行测量垂直度测量示意图垂直度测量示意图旋转轴对平面垂直
24、度测量旋转轴对平面垂直度测量将带有指示器的角形表杆装在轴上，并将测头调整至平行于旋转轴线。轴旋转时，指示器便画出一个圆，圆平面垂直于旋转轴线被测平面与圆平面的平行度偏差可以通过指示器测头在被测平面上的摆动的检测方法测得轴旋转一周，指示器读数的最大差值即为垂直度偏差。互为互为90平面的垂直度测量平面的垂直度测量将角尺放在一个平面上；将指示器沿另一个平面移动；在规定距离内记录读数，差值的最大值即为垂直度偏差直线与平面垂直度测量直线与平面垂直度测量平面与平面垂直度测量平面与平面垂直度测量检验项目五：检验项目五：刀架刀架X X轴方向移动对主轴轴线的垂直度轴方向移动对主轴轴线的垂直度 允差允差实测实测检
25、验项目五：检验项目五：刀架刀架X X轴方向移动对主轴轴线的垂直度轴方向移动对主轴轴线的垂直度 检验方法检验方法（如图所示）如图所示）将将圆盘圆盘安装在主轴锥孔内，百分安装在主轴锥孔内，百分表安装在刀架上，使百分表测头在表安装在刀架上，使百分表测头在水平平面内垂直触及圆盘表面，再水平平面内垂直触及圆盘表面，再沿沿X轴向移动刀架轴向移动刀架，记录百分表的，记录百分表的最大读数差值及方向；最大读数差值及方向；将圆盘旋转将圆盘旋转180，重新测量一，重新测量一次，取两次读数的算术平均值作为次，取两次读数的算术平均值作为横刀架横向移动对主轴轴线的垂直横刀架横向移动对主轴轴线的垂直度误差。度误差。精度允差
26、：0.02/300mm,90 检测刀架横向移动对主轴轴线的垂直度图解 如果该项精度不合格，将使加工零件端面与轴不垂直。3.4.3 数控铣床几何精度检验项目及方法数控铣床几何精度检验项目及方法检验项目一：检验项目一：机床调平机床调平 允差值：允差值：0.06/1000检验项目二：检验项目二：旋转轴对平面垂直度测量旋转轴对平面垂直度测量将带有指示器的角形表杆装在轴上，并将测头调整至平行于旋转轴线。轴旋转时，指示器便画出一个圆，圆平面垂直于旋转轴线被测平面与圆平面的平行度偏差可以通过指示器测头在被测平面上的摆动的检测方法测得轴旋转一周，指示器读数的最大差值即为垂直度偏差。检验项目三：检验项目三：检验
27、方法检验方法（如图所示）如图所示）将等高块将等高块沿沿Y轴轴向放在工作台上，平尺置于等高块上，将角尺置于平尺向放在工作台上，平尺置于等高块上，将角尺置于平尺上上（在（在Y-Z平面内），平面内），指示器固定在主轴箱上，指示器测头垂直触及角尺，指示器固定在主轴箱上，指示器测头垂直触及角尺，移动主轴箱，记录指示器读数及方向，其读数最大差值即为在移动主轴箱，记录指示器读数及方向，其读数最大差值即为在Y-Z平面内主平面内主轴箱垂直移动对工作台面的垂直度误差。轴箱垂直移动对工作台面的垂直度误差。同理，将等高块、平尺、角尺置于同理，将等高块、平尺、角尺置于X-Z平面平面内重新测量一次，指示器读内重新测量一次
28、，指示器读数最大差值即为在数最大差值即为在X-Z平面内主轴箱垂直移动对工作台面的垂直度误差。平面内主轴箱垂直移动对工作台面的垂直度误差。检验项目四：检验项目四：检验方法检验方法（如图所示）如图所示）将等高块将等高块沿沿Y轴轴向放在工作台上，平尺置于等高块上，把指示器固定在向放在工作台上，平尺置于等高块上，把指示器固定在主轴箱上，使指示器测头垂直触及平尺，主轴箱上，使指示器测头垂直触及平尺，Y轴方向移动工作台轴方向移动工作台，记录指示器，记录指示器读数及方向，其读数最大差值即为工作台读数及方向，其读数最大差值即为工作台Y轴向移动对工作台面的平行度误轴向移动对工作台面的平行度误差。差。同理，将等高
29、块、平尺同理，将等高块、平尺沿沿X轴轴向放在工作台上，向放在工作台上，X轴向移动工作台，重轴向移动工作台，重新测量一次，指示器读数最大差值即为工作台新测量一次，指示器读数最大差值即为工作台X轴向移动对工作台面的平行轴向移动对工作台面的平行度误差。度误差。检验项目五：检验项目五：检验方法检验方法（如图所示）如图所示）把指示器固定在主轴箱上，使指示器测头垂直触及基准（把指示器固定在主轴箱上，使指示器测头垂直触及基准（T型槽），型槽），X轴向移动工作台，记录指示器读数，其读数最大差轴向移动工作台，记录指示器读数，其读数最大差值即为工作台沿值即为工作台沿X坐标轴方向移动对工作台面基准的平行度误坐标轴方
30、向移动对工作台面基准的平行度误差。差。检验项目六：检验项目六：检验方法检验方法（如图所示）如图所示）工作台处于行程中间位置，将角尺置于工作台上，把指示器工作台处于行程中间位置，将角尺置于工作台上，把指示器固定在主轴箱上，使指示器测头垂直触及角尺（固定在主轴箱上，使指示器测头垂直触及角尺（Y轴向），轴向），Y轴轴向移动工作台，调整角尺位置，使角尺的一个边与向移动工作台，调整角尺位置，使角尺的一个边与Y轴轴线平轴轴线平行，再将指示器测头垂直触及角尺另一边（行，再将指示器测头垂直触及角尺另一边（X轴向），轴向），X轴向移轴向移动工作台，记录指示器读数，其读数最大差值即为工作台动工作台，记录指示器读数，其读数最大差值即为工作台X坐坐标轴方向移动对标轴方向移动对Y坐标轴方向移动的工作垂直度误差。坐标轴方向移动的工作垂直度误差。七、数控铣床几何精度检测项目及方法七、数控铣床几何精度检测项目及方法数控铣床几何精度检测项目及方法数控铣床几何精度检测项目及方法数控铣床几何精度检测项目及方法数控铣床几何精度检测项目及方法
