【知识目标】

1.掌握直线度公差的概念。

2.掌握直线度误差评定的方法。

【技能目标】

1.掌握合像水平仪的使用方法。

2.掌握最小包容法求直线度误差的方法。

5.3.1　实验设备

①合像水平仪。

②桥型平尺。

③桥板。

5.3.2　实验内容

①用合像水平仪测量桥型平尺直线度误差。

②对测量数据进行分析处理。

③评定桥型平尺直线度误差。

5.3.3　实验原理

直线度误差是指实际被测直线对其理想直线的变动量,理想直线的位置符合最小条件。最小条件是指实际被测直线对其理想直线(评定基准)的最大变动量为最小。测量数据可用指示表测量实际被测直线上均匀布置的各测点相对平板(测量基准)的高度来获得,也可用水平仪或自准直仪对实际被测直线均匀布点测量,测量两相邻测点之间的高度差来获得。然后按照最小条件或以首尾两个测点的连线(两端点连线)作为评定基准,将获得的测量数据用作图或计算的方法求解直线度误差值。

机床、仪器导轨面或其他窄而长的平面,为了控制其直线度误差,常在给定平面(垂直平面,水平平面)内进行检测。常用的计量器具有框式水平仪、合像水平仪、电子水平仪及自准直仪等。这类器具的共同特点是测量微小角度的变化。由于被测表面存在直线度误差,计量器具置于不同的被测部位上,其倾斜角度就要发生相应的变化。节距(相邻两测点的距离)一经确定,这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。通过对逐个节距的测量,得出变化的角度,通过作图或计算的方法求出被测表面的直线度误差值。由于合像水平仪的测量准确度高,测量范围大( ±10 mm/m),测量效率高,价格便宜,携带方便,因此,在检测工作中得到了广泛的应用。

合像水平仪的结构如图5.11(a)、(b)所示。由底板和壳体组成外壳基体。其内部由杠杆、水准器、棱镜组、测量系统以及放大镜组成。使用时,将合像水平仪放于桥板(见图5.12)上相对不动,再将桥板放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差,并与自然水平面基准平行,此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置,气泡边缘通过合像棱镜所产生的影像,在放大镜中观察将出现如图5.11(c)所示的情况。但在实际测量中,由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直,导致气泡移动,其视场情况将如图5.11(d)所示。此时,可转动测微螺杆,使水准器转动一个角度,从而使气泡返回棱镜组的中间位置,则图5.11(d)中两影像的错移量Δ 消失而恢复成一个光滑的半圆头,如图5.11(c)所示。测微螺杆移动量s 导致水准器的转角α 与被测表面相邻两点的高低差h(μm)有确定的对应关系,即

式中　C——合像水平仪的分度值,mm/m,取0.01 mm/m;

L——桥板节距,mm;

a——角度读数值,格(用格数来计数)。(www.daowen.com)

图5.11　合像水平仪结构简图

1—底座;2—杠杆;3—支点;4—壳体;5—悬臂;6—放大镜;7—棱镜组;8—水准器;9—微分旋钮;10—丝杠;11—放大镜

如此逐点测量,就可得到相应的ai 值,后面将结合实例对直线度误差的评定方法加以说明。

5.3.4　实验步骤

①量出被测表面总长,确定相邻两测点之间的距离(节距),按节距L 调整如图5.12 所示桥板的两圆柱中心距。

图5.12　桥板

②将合像水平仪放于桥板上,然后将桥板依次放在各节距的位置,每放一个节距后,要旋转微分旋钮合像,使放大镜中出现如图5.11(c)所示的情况,此时即可进行读数。先在放大镜处读数,它是反映丝杠的旋转圈数;微分旋钮(标有“+”“-”旋转方向)的读数则是丝杠旋转一圈(100 格)的细分读数;如此顺测(从首点至终点)、回测(由终点至首点)各一次。回测时,桥板不能调头,各测点两次读数的平均值作为该点测量数据。必须注意,如某测点两次读数相差较大,说明测量情况不正常,应检查原因并加以消除后重测。

③为了作图方便,最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差(见例5.1)。

④根据各测点的累积差,在坐标纸上取点。作图时,不要漏掉首点(零点),同时后一测点的坐标位置是以前一测点为基准,然后连接各点,得出误差折线。

⑤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(最低)点相切。在两切点之间,应有一个最低(最高)点与另一条平行直线相切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。两平行直线在纵坐标轴上的截距就是被测表面的直线度误差值f(格)。

⑥将误差值f(格)按式(5.3)折算成线性值f(μm),并按国家标准GB/T 1184—1996 判定被测表面直线度是否合格。

例5.1　用分度值为0.01 mm/m 的合像水平仪测量工作长度为1 200 mm 的导轨的直线度误差。所采用的桥板跨距为200 mm,将导轨分成6 段(7 个测点)进行测量。测量直线度记录数据和数据处理见表5.1。若被测平面直线度的公差等级为5 级,试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格。

表5.1　直线度数据记录及处理

注:1.表列读数:百位数是从图5.11 的11 处读得,十位、个位数是从图5.11 的9 处读得。
2.α 值可取任意数,但要有利于相对差数字的简化,例中取α=197 格。

解

图5.13　最小包容法求直线度误差

按国家标准GB/T 1184—1996,直线度5 级公差值为20 μm。测量误差值14 μm 小于公差值20 μm,故被测工件直线度误差合格。

5.3.5　思考题

①测量时,怎么保证来回两次测量尽量在同一位置?

②测量时,为什么要注意不能用手压实验桌?