数控机床几何精度检测工具及使用方法.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,精度检测,工量具,及使用,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,，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,1,）活扳手,2,）呆扳手,3,）梅花扳手,开口宽度可以调节，能紧固或松开一定尺寸范围内的六角头或方头螺栓、螺钉和螺母,GB/T 4440-2008,活扳手,双头呆扳手用于紧固、拆卸两种尺寸的六角头、方头螺栓和螺母,GB/T 4393-2008,呆扳手、梅花扳手、两用扳手 技术规范,用于拧紧和松开两种尺寸的六角头螺栓、螺母，扳手可以从多种角度套入六角头，特别适于工作空间狭小、位于凹处的场合,4,）内六角扳手,5,）扭力扳手,6,）手动套筒扳手,供紧固或拆卸内六角螺钉用,GB/T 5356-2008,内六角扳手,与套筒扳手的套筒头相配，紧固六角头螺栓、螺母，用于对拧紧扭矩有明确规定的场合,GB/T 15729-2008,手用扭力扳手通用技术条件,除具有一般扳手功能外，特别适用旋转空间狭窄或深凹的地方,7,）钩形扳手,8,）一字槽螺钉旋具,9,）十字槽螺钉旋具,专用于扳动在圆周方向上开有直槽或孔的圆螺母,用于紧固或拆卸一字槽形的螺钉，,GB/T 10635-2003,螺钉旋具通用技术条件,用来紧固或拆卸十字槽形的螺钉和旋杆，,GB/T 10635-2003,螺钉旋具通用技术条件,10,）钢丝钳和尖嘴钳,11,）锤子,12,）铜棒和铝棒,用于夹持或弯折薄形片及金属丝材；在较窄小的工作空间夹持工件，用于夹持小零件和扭转细金属丝,用于一般锤击，也可平整部件或零件用,铜棒主要用于敲击机床部件，铜棒较软，不会损坏零件；铝棒比铜棒轻，敲起来力量小,13,）液压千斤顶,14,）油壶和油枪,15,）撬棍,利用油液的静压力来顶举重物，是数控机床安装常用的一种起重或顶压的手工工具，其行程有限,具有操作简单，携带方便，使用范围广的优点,是调整机床水平的辅助工具，本撬棍是搭配组合爪式起重装置,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,1,）百分表,2,）数显百分表,3,）千分表,百分表的外形和内部结构见上，主要用于直接或比较测量工件的长度尺寸、几何形状偏差，也用于检验机床几何精度或调整加工工件装夹位置偏差,高清晰度显示，任意位置测量、米制和英制单位转换、任意位置清零，具有精度高、读数直观和可靠等特点,千分表组成部件有：,主指针,1,、转数指示盘,2,、,防尘帽,3,、表盘,4,、转数指针,5,、表圈,6,、套筒,7,、量杆,8,、测头,9,4,）数显千分表,5,）杠杆表,6,）数显杠杆表,以数字方式显示的,千分表,，可以任意位置设置、起始值设置可满足特殊要求、公差值设置可进行公差判断、公英制转换,适用于测量百分表难以测量的小孔、凹槽、孔距和坐标尺寸等。杠杆百分表是一种借助于杠杆,-,齿轮或杠杆,-,螺旋传动机构，将测杆摆动变为指针回转运动的指示式量具，其测量范围一般为,0-0.8mm,模拟及数字双重显示，数字分辨率为,0.01mm/0.001mm,，可选标尺分度值为,0,、,20,、,50m/1,、,2,、,5m,，公英制制式转换，标称、最小、最大、最大,-,最小的模式显示和存储，自动关闭电源,表,1-2,常用量具 续,7,）平头测量头,8,）平头千分表,9,）平头数显百分表,安装在百分表或者千分表测量头上，方便找到主轴检验棒的测量位置,用于检验数控机床主轴径向跳动,用于检验数控机床主轴径向跳动,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,1,）平尺,2,）矩形角尺（铸铁和花岗石）,3,）三角形角尺,检验直线度或平面度用作基准的量尺,具有垂直平行的框式组合，检验,2,个坐标轴线的垂直度误差,与平尺和等高块共同检验坐标轴垂直度误差,4,）柱形角尺,5,）等高块,6,）可调等高块,圆柱角尺是检测垂直度的专用检具，常用规格：,80mm*400mm,和,100mm*500mm,等高块是六个工作面的正方体或长方体，通常三块为一组，对面工作面互相平行，相邻工作面互相垂直，用于机床调整水平,用于检验加工中心直线度误差或者平面度误差等,7,）方筒,8,）数控车床主轴用莫氏锥柄检验棒,9,）数控车床用长检验棒,检验坐标轴线的直线度或者垂直度误差,检验数控车床主轴和尾座部件的跳动及同轴度误差、平行度误差,检验数控车床主轴和尾座部件的等高度,10,）铣床或加工中心主轴用检验棒（带拉钉）,11,）磁性钢球（中心处）,12,）平盘（飞机胎）,检验数控铣床或加工中心主轴径向跳动、主轴轴线与,Z,轴轴线的平行度误差等,装入主轴短检验棒的中心孔中，检验主轴轴向窜动,用于数控车床刀架,X,向移动对主轴轴线的垂直度误差,表,1-3,常用检具,续,13,）自准直仪,14,）水平仪（框式、条状,15,）刀口尺,用于测量数控机床导轨的直线度误差，与多面棱镜联用可以测量圆分度误差,检验数控机床水平、加工中心工作台面的平面度误差,主要用于以光隙法进行直线度测量和平面度测量，也可与量块一起,16),刀口角尺,17,）步距规,18,）点温计,刀口角尺是精确检验工件垂直度误差的一种测量工具，也可以对工件进行垂直划线,检验定位精度和重复定位精度的量具,精度高，响应时间迅速，可以测量机床部件表面温度,表,1-3,常用检具,续,19,）声级计,20,）量块,在声频范围内，测量声级的仪器,量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准,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。,图,1-3,杠杆千分表测杆轴线位置引起的测量误差,当平面上升距离为,a,时，杠杆千分表摆动的距离为,b,，也就是杠杆千分表的读数为,b,，因为,ba,，所以指示读数增大。具体修正计算式如下：,例如，用杠杆千分表测量机床工作台平面时，测量杆轴线与工作台表面夹角,为,30,，测量读数为,0.048mm,，求正确测量值。,解：,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。,图,1-4,自准直仪原理,图,1-5,十字标线,自准直仪的光学系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。,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,，,L,200mm,，偏差格数为,2,格。,则：实际倾斜值,0.02mm/1000mm 200mm 2,0.008mm,。,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。,图,1-10,平尺最佳支承位置,a,）均匀横截面的平尺最佳支撑位置,b,）工作长度为,500mm,的平尺最佳支撑距离,a,）,b,）,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,），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,）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。,a),b),图,1-14,数控机床垫铁,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。,（,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。,a,）,b,）,图,1-17,光波原理,当两个相干光束波形在相反相位时，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,序号,名称,图示,1,激光头,2,线性测量组件,3,角度测量组件,表,1-4,主要设备和光学组件 续,序号,名称,图示,4,平面度测量组件,5,水平轴直线度测量组件,6,垂直轴直线度测量组件（水平轴直线度测量基础上，需增加的光学元件）,表,1-4,主要设备和光学组件 续,序号,名称,图示,7,垂直度测量组件（直线度测量基础上，需增加的光学元件）,8,环境补偿单元,9,云台,表,1-4,主要设备和光学组件 续,序号,名称,图示,10,三角架,11,安装附件,（,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。,