機電設備幾何精度檢驗是《機電設備安裝》課程的重要組成部分，也是學生必須掌握的技能之一，在教學中占有重要地位。但從現行各版本教材來看，對這一部分內容介紹較為粗淺，有些內容甚至是含糊不清的，給教學帶來一定困難。因此，本文以普通車床導軌在垂直平面內的直線度檢驗為例，探討用氣泡式水平儀檢測導軌直線度時應注意的問題。

1 導軌直線度概述

導軌直線度是指組成 v 形（或矩形）導軌的平面與垂直平面（或水平面）交線的直線度，且常以交線在垂直平面和水平面內的直線度體現出來。在給定平面內，包容實際線的兩平行直線的最小區域寬度即為直線度誤差，導軌的直線度誤差分為在垂直平面和水平平面內的直線度誤差。

導軌直線度誤差常用的檢測方法：水平儀檢測法、自準直儀測量法、鋼絲測量法、墊塞法、研點法等。

弄清導軌直線度的定義，為后面弄清楚“水平儀不是測量水平的嗎？為什么能用水平儀測量導軌直線度？”、“在測量導軌直線度時，對讀數可以同加或同減任意一個數值”等問題打下堅實的基礎。

2 水平儀的使用

水平儀是以水準器作為測量和讀數元件，用于測量小傾角的量具。按水平儀的外形不同可分為：框式水平儀和尺式水平儀兩種；按水平儀的固定方式又可分為：可調式水平儀和不可調式水平儀；按工作原理又可分為：氣泡式水平儀和電子式水平儀等。

（1）氣泡式水平儀的工作原理

水平儀的水準管是由玻璃制成，水準管內壁是一個具有一定曲率半徑的曲面，管內充滿醚或酒精等液體，當水平儀發生傾斜時，水準管中氣泡就向水平儀升高的一端移動。氣泡水平儀的原理就是利用氣泡在玻璃管內，氣泡可經常保持在最高位置的特性從而確定水平面的位置。

（2）水平儀檢測導軌直線度的原理

用水平儀測量導軌在垂直平面內直線度誤差，屬節距測量法。每次測量的長度就是板橋的長度，整條導軌測量的次數就是導軌長度除以板橋長度。

為什么能用水平儀測量導軌直線度呢？用水平儀測量導軌直線度，實際是測量每段導軌相對于自然水平面的傾斜度。將整條導軌分成長度等于板橋長度的若干段，測量每段導軌的水平度，然后將各段連接起來，就能反映整條導軌的直線度。

（3）水平儀的讀數

水平儀刻度值用角度（秒）或斜率來表示，它的含義是以氣泡偏移一格被測表面傾斜的角度，或以氣泡偏移一格被測表面在一米長度上傾斜的高度表示。如靈敏度為0.02mm/m，即是表示當 1m 長直規或平板的兩端點有 0.02mm的高低差異(相當于兩端點相差 2 秒)時，用靈敏度為 0.02mm/m 氣泡水平儀檢測，該水平儀的氣泡剛好偏移一個刻度。常用氣泡水平儀的靈敏度為 0.01mm/m、0.02mm/m、0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m、0.3mm/m 和 0.4mm/m 等規格。

讀數值正負的確定：氣泡移動方向與水平儀移動方向一致時為“+”，反之為“-”。為“+”時表示后一段比前一段高。

使用水平儀時，應等到氣泡靜止不動，然后在垂直水準器的位置上進行讀數，以減少視差對測量結果的影響。

（4）水平儀的檢查

水平儀使用前應先進行檢查，測量時只能使用合格的水平儀。水平儀檢查內容包括水平儀的零位、水平儀工作面的平面度、水平儀精度等。

1）水平儀的零位檢查

先將水平儀放在大致水平且固定的平板上，讀取氣泡的刻度位置并記為 0，然后將水平儀反轉置于同一位置（利用限制塊來確定位置），再讀取其與剛才 0 位刻度的差值格數（只能是同一端，如左端），這個差值格數的 1/2 即為水平儀的零位誤差。該值應符合下表的規定，如果不符合要求，則應按相應要求進行調整。

2）水平儀工作面的平面度檢查

水平儀工作面不允許有凸起現象，其平面度應符合相關規定。工作面長度為 150mm～200mm，250mm～300mm 時，其平面度偏差＜0.003mm＜0.005mm。

3）水平儀精度檢查，可用正弦桿和量塊組成的已知角度大小來進行檢查。

（5）被測導軌的水平度調整

用水平儀來測量導軌的直線度之前，應首先調整整條導軌的水平度。將水平儀置于導軌的中間和兩端位置上，調整導軌的水平狀態，使水平儀的氣泡在導軌各個部位都能保持在兩條長刻度線范圍內，這樣水平儀的讀數差異才能顯示出來。如果出現較大傾斜，每檔測量時可在水平儀和橋板之間墊等高的紙條，因為測量的目的只是為了求出各檔之間傾斜度的變化（要注意，測量導軌水平度時不能這樣做）。

（6）水平儀零線的確定

水平儀玻璃管上的刻線及管內氣泡如圖 1 所示。在精度檢驗標準的附則第 2.1、2.3 條中，規定可任意確定刻線中的一條線為零線，但為讀數方便，我們在實際工作中采取以第一次測量時氣泡一端端部的刻線為零線的方法，如圖 1 右端а點。注意，后面的測量都是以右端端部與а點相差的格數為測量的讀數，如圖 2 所示，該讀數為-1（假設水平儀是從左向右移動），而不是 0。

（7）水平儀使用時的其他注意事項

1）水平儀的移動

床身導軌在縱向垂直平面內直線度的檢驗時，將方框水平儀縱向放置在刀架上靠近前導軌處，從刀架處于主軸箱一端的極限位置開始，從左向右移動刀架，每次移動距離應近似等于水平儀的邊框尺長度（200mm），一般用大拖板的刻度盤來把握移動尺寸。

水平儀移動時禁止將水平儀掉頭，以免水平儀的誤差影響到測量。當移動水平儀時，不允許水平儀工作面與工件表面發生摩擦，應該提起來放置。

2）水平儀的選擇

要根據被測量面的直線度、平面度和平行度等參數的公差要求以及被測量面的長度來選擇水平儀。

3 導軌直線度檢測實例

有一測量長度為 1600mm 的普通車床導軌，用精度為0.02/1000 的框式水平儀測量導軌直線度，每 200mm 為一測量段，求導軌直線度誤差。

（1）選擇合適水平儀并檢查水平儀的好壞。檢查內容主要是包括水平儀的零位、水平儀工作面的平面度、水平儀的精度等。

（2）擦凈待測導軌，以防止臟物影響測量的準確性。

（3）粗調待測導軌的水平，保證水平儀的讀數差異能顯示出來。

（4）導軌直線度測量

測量時，正確手持水平儀。正確的方法是握持副測面內側，使水平儀平穩、垂直地（調整氣泡位于中間位置）貼在工件的垂直平面上，然后從縱向水準讀出氣泡移動的格數。從左到右各段讀數依次為：0、+2、+2、0、-1、0、0、-0.5格，這樣得到的讀數是 8 個。

（5）繪制導軌的直線度曲線

作圖時以水平儀讀數為縱坐標，導軌的長度為橫坐標。刀架在起始位置時的水平儀讀數為起點，由坐標原點起作一折線段，其后每次讀數都以前折線段的終點為起點，畫出應折線段，各折線段組成的曲線，即為導軌在垂直平面內直線度曲線。

根據水平儀測量的數據，繪制的導軌曲線圖如下：

（6）用兩端點連接法確定最大誤差格數

在導軌直線度誤差曲線呈單凸（或單凹）時，作首尾兩端點的連線ⅰ-ⅰ，并過曲線最高點，作ⅱ-ⅱ直線與ⅰ-ⅰ平行。兩包容線間最大縱坐標值即為最大誤差格數。在圖 3 中，最大誤差在導軌長為 600mm 處，按相似三角形解法，導軌600mm 處最大誤差格數為 4-0.94 格=3.06 格。

（7）求導軌直線度誤差

導軌直線度誤差一般按下式換算：△=nil

式中：△——導軌直線度誤差數值（mm）；

n ——曲線圖中最大誤差格數；

i ——水平儀的讀數精度；

l ——每段測量長度（mm）；

在本例中計算如下：

△= nil=3.06*0.02/1000*200=0.012mm

4 結語

機電設備幾何精度檢驗是機電設備安裝必備的技能，只有掌握正確的檢測方法，才能保證機電設備的安裝精度滿足生產。

【參考文獻】

[1] 張普禮.機械加工設備[m].北京:機械工業出版社, 2005.

[2] 劉蒼林.金屬切削機床[m].北京:天津大學出版社，2009.

[3] 吳先文.機電設備維修[m].北京:機械工業出版社, 2005.

作者：熊小剛