工作台平面度检验方法

为什么需要对工作台进行平面度检测?

机床的平整度是几何精度的关键，一般采用水平仪或准直仪进行测量。

首先讲解平整度的定义及平整度的测量路径，讲解直线度的定义、分析方法、计算方法，然后讲解平整度测量的案例，最后讲解什么是平整度的封闭误差。期望业界能够树立正确的测量观念，有效提高现有机床的精度，增强机床的国际竞争力。

机床的安装标准面或直线运动的导向面为平面形状，因此对部件装配和运动精度的平整度要求更为重要。高精度机床不仅提高了机床的质量，而且保持了机床的质量。使用寿命更长。

根据ISO 1101产品几何规范和ISO 230-1机床空载或精加工条件下的几何精度规范，将平面度定义为“机械几何平面偏差的大小”，也就是说，将平面度定义为虚拟的上下两个平行平面覆盖两个平面之间的最小距离，称为平面度。

实际平面上有无限个点。因此，如果按照这个定义测试平整度，数据量巨大，实际测试难度较大。因此，在现实中，多个直线度组合成一个平面，最后进行误差计算和分析。平面测量的测量路径主要有两种类型:(1)U-JACK(或米字，对角线)。(2)网格(或方格网格)。

当工作台较小(如1000mm × 1000mm以下)时，无论采用什么测量方法，误差都是相似的，但对于大尺寸平台(如4000mm × 2500mm以上的大型龙门架型号)，使用U-JACK不测量的位置很多，整体平整度误差不太客观。

因此，目前的ISO标准如ISO 10791切割中心机规范、ISO 8636龙门加工机规范等都建议采用网格法进行检验。

根据经验，我们知道检查大型工作台(如4000mm × 2500mm，跨度500mm)是非常耗时的，不能由一个人完成。因此，建议在大型机床装配初始平整度验证时，采用U-JACK路径测量来确认规格，最后进行网格法验证，可以提高机床装配效率和精度验收控制。

平直度

直线度是实际待测直线(路径)与理想直线的变化量。常用的分析方法有三种，即终点拟合法、回归法和最小区域法。这三种方法是最容易计算的，两端都是零回报法。而最小二乘法和面积法由于计算复杂，需要使用软件进行分析计算。

终点返回法的修正线用一条经过测量工作的第一点和最后一点的参考直线来表示。它是用测量的直线数据减去校正线生成新的直线度数据，直线上的第一个点和最后一个点的测量值将重置为零。

使用最小二乘法计算直线度时，从实测直线数据中减去该回归修正线，生成新的直线度数据。中心线由一条平行于测量轴的直线表示。

面积法是ISO 1101标准的分析方法，它是两条平行线，可以覆盖所有的测量值，两条线之间的距离最小。

常用的直线度检测方法是水平仪和准直仪。测量值均为角度误差。机床小角度的常用单位是弧秒。角度单位是一个60位系统，也就是1度。可分为60分，1分又分为60角秒，所以1度= 3600角秒。

另一个角度单位是斜率(mm/M)。传统气泡水平仪的测量尺度为坡度单位;一般气泡液位的测量分辨率为0.02/M，通过换算得到相应的角秒。其单位为0.02 mm/1m的≒4arc-sec。直线测量需要满足以下三个条件:

1. 每个台阶的微小角度的测量值(由测量仪器决定)。
2. 每步的长度(夹具与待测表面的接触长度)。
3. 每步距离的相互关系(链式定律的两点)。

对于第一个点，测量仪器确定角度误差值。对于第二点，每个步骤的长度可以参考图8。如果使用准直仪进行测量，则必须将平镜夹具设置模块视为固定跨度。距离长度，这是计算的基础。

利用角度误差对直线度进行固定间隔的转换。如果假定跨度为斜边，则位移变化量为Lsinθ， Lθ也可以直接用弦长计算。由于角度误差很小，所以Lsinθ的≒为Lθ。

点3各步骤的相互关系意味着所有测量方式必须符合端到端连接，可以使用链式方法测量被测对象的误差。

以准直仪测量实例为例，镜幅为103.5 mm，总测量长度为1242 mm。通过测量，可以得到各线段的角度误差(弧秒)。相对高度可由H=Lsinθ计算。度是一个连续误差，因此需要计算累计高差，然后得到连续曲线。最后，通过两点归零法，减去斜率误差后对前后数据进行归零，得到两点归零法的代表线。

介绍了液位计的检测方法:通过气泡保持在最高位置的特性，可以检查机床是否处于绝对水平状态和检测角度的变化;测量以最近且易于读取的基线为基础，采用链式法测量每个测量线段的倾斜度，然后将线段连接起来，得到连续曲线(累计位移)，即直线度。

平面度

在进行平面度检测时，必须保证待测表面的绝对水平，以避免不平衡的机器倾斜对精度的影响。将液位计放置在待校准工作面上，确保液位计0度位置和180度位置的数值一致，建议调整到0.050 mm/M以内。

假设水平仪调整好，在0.050 mm/m以内(其平整度为零)，此时无论水平仪的位置如何，得到的答案都是相似的。假设水平度没有调整好，超过0.050 mm/m(平整度为零)，此时的答案会有很大的变化，所以调整好参考平面更为重要。绝对水位低于0.050 mm/m。

在上述情况下，必须先画平行线，并用平行直尺使水准仪保持直线，以消除水准仪误差。

目前国际上趋势主要是采用ISO标准网格法进行测量。网格法在测量面上均匀分布，沿每条测量线获得直线度，最后由直线度得到表面的整体平面度。以方形平台为例:将X、Y间距长度均匀分布，测量并记录误差。

闭合差

所谓闭合误差，是板形测量质量的一个指标。采用不同路径计算测点高度时，闭合误差是指测点在网格中的最大偏差。关闭错误的来源如下:

• 液位计与待测表面的温度差(不相同的温度)。
• 改变原测量位置或受振动影响。
• 测量没有按照正确的程序进行。
• 待测表面或水平仪底面脏。
• 在仪器稳定之前捕获记录数据(稳定时间不足)。
• 行程距离端对端连接不正确(稍有重叠)。
• 规划的网格路径不正确。
• 测量底座的磨损和变形。
• 测量底座晃动的重复性差。

一般关闭误差不能超过最大平面度误差的20%~25%。若超过，应确认闭合误差的来源是否消除。

建立正确的测量理念，提高机器精度

首先介绍了平整度的定义和平整度的测量路径，然后介绍了直线度的定义、分析方法和计算方法，然后对平整度测量的情况进行了说明，并对闭合误差的来源进行了说明。关闭误差必须在最大误差20% ~ 25%之内。工作台的平面度是几何精度和装配的准确性,如之间的并行性轴/轴运动的主轴和工作台,主轴和工作台的垂直和XY平面的垂直XZ平面和YZ平面,上面的东西都有一个共同与平面的关系,所以它有很大的影响在整个机床的几何精度。