导轨直线度误差测量.doc

实验二 导轨直线度误差测量
一、实验目得
1、了解合像水平仪或自准直仪得结构并熟悉使用它测量直线度方法;
2、掌握给定平面内直线度误差值得评定方法;
3、掌握按两端点连线与最小条件作图求解直线度误差值得方法。
二、实验内容:
1、了解实验使用得仪器得原理及使用方法;
2、测量给定导轨得直线度;
3、数据处理。
三、实验步骤及要求:
1、直线度误差得评定
直线度误差就是指实际被测直线对其理想直线得变动量,理想直线得位置符合最小条件。最小条件就是指实际被测直线对其理想直线(评定基准)得最大变动量为最小。测量数据可以用指示表测量实际被测直线上均匀布置得各测点相对平板(测量基准)得高度来获得,也可以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得高度差来获得。然后,按照最小条件或以首、尾两个测点得连线(两端点连线)评定基准,由获得得测量数据用作图或计算得方法求解直线度误差值。
2、用合像水平仪测量直线度误差
(1)量仪说明与测量原理
合像水平仪就是一种精密测角仪器,用自然水平面为测量基准。合像水平仪得结构见图 1,它得水准器8就是一个密封得玻璃管,管内注入精镏乙醚,并留有一定量得空气,以形成气泡。管得内壁在长度方向具有一定得曲率半径。气泡在管中停住时,气泡得位置必然垂直于重力方向。就就是说,当水平仪倾斜时,气泡本身并不倾斜,而始终保持水平位置。利用这个原理,将水平仪放在桥板上使用,便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距得两点间高度差,如图 2所示。
在水准器玻璃管管长得中部,从气泡得边缘开始向两端对称地按弧度值(mm/m)刻有若干条等距刻线。水平仪得分度值i用[角]秒与mm/m表示。合像水平仪得分度值为2",该角度相当于在1m长度上,对边高0、01mm得角度,这时分度值也用0、01mm/m或0、01/1000表示。

1－底板;2－杠杆;3－支承;4－壳体;5－支承架;6－放大镜;
7－棱镜;8－水准器;9－微分筒;10－测微螺杆;11－放大镜;12－刻线尺
图 1 合像水平仪

I－桥板;Ⅱ－水平仪;Ⅲ－实际被测直线;L－桥板跨距;0,1,2,…,n－测点序号
图 2 用水平仪测量直线度误差时得示意图
参瞧图 1与图 3,测量时,合像水平仪水准器8中得气泡两端经棱镜7反射得两半像从放大镜6观察。当桥板两端相对于自然水平面无高度差时,水准器8处于水平位置。则气泡在水准器8得中央,位于棱镜7两边得对称位置上,因此从放大镜6瞧到得两半像相合(如图 3(a)所示)。如果桥板两端相对于自然水平面有高度差,则水平仪倾斜一个角度α,因此,气泡不在水准器8得中央,从放大镜6瞧到得两半像就是错开得(如图 3(b)所示),产生偏移量△。

(a)相合 (b)错开
图 3 气泡得两半像
为了确定气泡偏移量A得数值,转动测微螺杆10使水准器8倾斜一个角度α,以使气泡返回到棱镜7两边得对称位置上。从放大镜中观察到气泡得两半像恢复成图 3(a)所示相合得两半像。偏移量A先从放大镜11由刻线尺12读数,它反映测微螺杆10转动得整圈数;再从测微螺杆手轮9(微分筒)得分度盘读数(该盘每格为刻线尺一格得百分之一);它就是螺杆10转动不足一圈得细分读数。读数取值得正负由测微螺杆手轮9指明。测微螺杆10转动得格数α、桥板跨距L(mm)与桥板两端相对于自然水平面得高度差h之间得关系为:
(2)实验步骤
1) 测量时,水平仪放置在实际被测直线得两端,把实际被测直线调整到大致水平,使水平仪在两端得示值不要相差太大。然后在实际被测直线旁标出均匀布置得各测点得位置。
2)根据两相邻测点间得距离选择跨距适当得桥板。将水平仪安放在桥板上,然后沿着实际被测直线把桥板放在该实际被测直线得一端,记下水平仪第一个示值△1(格数)。按各测点画得位置依次逐段地移动桥板,同时记录各测点得示值△i(格数)。注意每次移动时,应使桥板得支承在前后位置上首尾相接,而且水平仪不得相对于桥板产生位移。由始测点顺测到终测点后,再由终测点返测到始测点。返测时,桥板切勿调头。
3)将在各个测量间隔记录得两次示值得平均值分别作为各个测量间隔得测量数据,求解直线度误差值。若某个测量间隔两次示值得差异较大,则表明测量不正常,查明原因重测。
(3)直线度误差值得评定方法
1)按最小条件评定 直线度误差值应该采用最小包容区域来评定。参瞧图 4,由两平行直线包容实际被测直线时,实际被测直线得测点中应至少有三个测点分别与这两条直线接触(成高→底一高三极点或低一高一低三极点相间接触),则位于实际被测直线体外得那条包容直线得位置符合最小条件,它就就是评定基准。这两条平行直线之间得区域称为最小包容区域(简称最小区域)。最小包容区域宽度即为符合最小条件得直线度误差值fMZ。

(a)高－低－高三极点 (b)低－高－低三极点
○－高极点;□－低极点
图 4 直线度误差最小包容区域判别准则
2)按两端点连线评定 参瞧图 5,以实际被测直线两端点B与E得连线lBE作为评定基准,取各测点相对于该连线得偏离值hi中得最大偏离值hmax与最小偏离值hmin之差fBE作为直线度误差值。测点在连线lBE上方得偏离值取正值,测点在连线lBE下方得偏离值取负值。即

按最小条件评定得误差值小于或等于按两端点连线评定得误差值,因此前者可以获得最佳得技术经济效益。
(4)数据处理
1)按两端点连线法图解直线度误差 参瞧图 6,在坐标纸上用横坐标轴x表示测量间隔(各测点得序号),用纵坐标轴y表示测量方向上得数值。将它们分别按缩小与放大得比例把各测点标在坐标纸上,然后把各测点连成一条误差折线,该折线可以表示实际被测直线。在误差折线上,连接其两个端点B、E,得到两端点连线lBE。从误差折线上找出各测点中相对于两端点连线得最高点与最低点。从坐标纸上分别量取这两个测点至两端点连线得y坐标距离,它们得代数差即为直线度误差值fBE。

图 5 以两端点连线作为评定基准

图 6 图解直线度误差值
2)按最小条件图解直线度误差值 参瞧图 6,从误差折线上确定低－高－低(或高－低－高)相间得三个极点。过两个低极点(或两个高极点)作一条直线,再过高极点(或低极点)作一条平行与上述直线得直线,包容这条误差折线,从坐标纸上量取这两条平行线间得坐标距离,它得数值即为直线度误差值fMZ。
3)图解法处理数据示例 用分度值为0、01mm/m得合像水平仪测量工作长度为1400mm得导轨得直线度误差。所采用得桥板跨距为200mm,将导轨分成7段(8个测点)进行测量。测量数据见表4－3第二行所列得示值。
表4－3 直线度误差测量数据
测点序号i
0
1
2
3
4
5
6
7
示值Δi(格数)
0
＋1
＋2
＋1
0
－1
－1
＋1
示值累积值

0
＋1
＋3
＋4
＋4
＋3
＋2
＋3
参瞧图 6,按表4－3所列各测点得示值累积值,在坐标纸上画出误差折线。作通过误差折线首、尾两点得直线lBE。从该坐标纸上量得误差折线相对于直线lBE得最大偏离值hmax=+2、7格,最小偏离值hmin=0、6格。因此,按两端点连线评定得直线度误差值为
fBE=0、01×(2、7+0、6)×200=6、6μm
从误差折线上找出两个低极点(0,0)与(6,+2)及一个高极点(3,+4)。作通过两个低极点得直线,再作过高极点且平行于两低极点连线得直线,得到最小包容区域。从该坐标纸上量得该区域得y坐标宽度为3格。因此,按最小条件评定得直线度误差值为
fMZ=0、01×3×200=6μm
四、思考题
1、试简述直线度得基本概念;
2、测量导轨直线度得常见仪器有哪些？她们有何特点？
3、导轨直线度对机床得加工精度有什么影响？