数控机床工作台平面度检查方法

数控机床工业的精准化被视为我国工业化程度的指标。近年来，对航空航天和汽车行业的需求不断增长，而如今，随着对加工精度的要求日益提高，机械几何精度仍然是最重要的关键。

机床的平面度是几何精度的关键，通常使用水平仪或准直仪进行测量。

首先，解释平面度的定义和平面度的测量路径，解释平面度的定义，分析方法和计算方法，然后解释平面度测量的情况，最后解释什么是平面度的闭合误差。期望业界能够建立正确的测量概念，并有效地提高现有机床的精度，并提高机床的国际竞争力。

机床的安装标准表面或直线运动的导向表面是平坦的形状，因此对于组件装配和运动精度的平坦性要求更为重要。高精度机床不仅可以提高机床质量，而且可以保持机床质量。使用寿命更长。

根据在空载或精加工条件下机床的ISO 1101产品几何规格和ISO 230-1几何精度规格，将平面度定义为“机械几何平面偏差的大小”，这意味着将平面度定义为虚拟上下两个平行平面覆盖两个平面之间的最小距离，这称为平面度。

实际平面上有无限个点。因此，如果根据该定义对平坦度进行测试，则数据量巨大，并且实际测试将很困难。因此，实际上，将多个直线度组合以形成一个平面，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：（1）U-JACK（或米字形，对角线）。（2）网格（或正方形网格）。

当工作台较小时（例如1000 mm x 1000 mm或更小），无论使用哪种测量方法，误差都相似，但是对于大型平台（例如4000 mm x 2500 mm以上的大型龙门模型），使用U-JACK无法测量有很多位置，并且总体平面度误差不太客观。

因此，当前的ISO标准（例如ISO 10791切削中心机规格和ISO 8636龙门加工机规格）都建议使用网格法进行检查。

根据经验，众所周知，检查大型工作台（例如4000 mm x 2500 mm，跨度为500 mm）非常耗时，无法由一个人完成。因此，建议在大型机床总成的初始平面度验证中，使用U-JACK路径测量来确认规格，最后进行网格法验证，这样可以提高机床总成的效率和精度验收控制。

直线度

直线度是要测量的实际直线（路径）相对于理想直线的变化量。共有三种常见的分析方法，即“终点拟合”，“回归”和“最小区域法”。两端的归零方法最容易计算这三种方法。但是，最小二乘法和面积法由于计算复杂，因此需要使用软件进行分析和计算。

两端返回方法的校正线由穿过测量工作的第一个点和最后一个点的参考直线表示。它是测得的直线数据减去校正线，以生成用于度数据的新直线，该直线上第一个点和最后一个点的测量值将重置为零。

当使用最小二乘法计算直线度时，它将从测量的直线数据中减去此回归校正线以生成新的直线度数据。中心线由平行于测量轴的直线表示。

面积法是ISO 1101标准分析方法，它是两条平行的线，可以覆盖所有测量值，并且两条线之间的距离最小。

常用的直线度检查是液位计和准直仪。测量值均为角度误差。小角度机床的常规单位是弧秒。角度单位是1位的60位系统。它可以分为60分钟，而1分钟则分为60弧秒，因此1度= 3600弧秒。

另一个角度单位是斜率（mm / M）。传统气泡水平仪使用的测量标度是斜率单位；一般气泡液位的测量分辨率为0.02 / M，可以通过换算得到相应的角秒。单位是0.02 mm / 1m≒4arc-sec。直线测量需要满足以下三个条件：

1. 每一步的微小角度的测量值（由测量仪器决定）。

2. 每个步骤的长度（夹具与要测量的表面之间的接触长度）。

3. 每个步距的相互关系（链法则的两个点）。

对于第一点，测量仪器确定角度误差值。关于第二点，每个步骤的长度可以参考图8。如果使用准直仪进行测量，则必须将平面镜夹具套件模块视为固定跨度。距离长度，这是计算的基础。

角度误差用于以固定间隔转换直线度。如果假定跨度为斜边，则位移变化为Lsinθ，并且Lθ也可以直接用弦长计算。由于角度误差小，所以Lsinθ≒Lθ。

点3的每个步骤之间的相互关系意味着所有测量模式都必须符合端到端连接，并且可以使用链方法来测量被测对象的误差。

以准直仪的测量情况为例，反射镜跨度为103.5 mm，总测量长度为1242 mm。通过测量，可以获得每个线段的角度误差（弧秒）。相对高度可以通过H ＝Lsinθ来计算。该度数是连续误差，因此有必要计算累积高度差，然后获得连续曲线。最后，通过两点归零法，减去斜率误差后，将前后数据归零，得到两点归零法的代表线。

说明了液位计的检查方法：通过将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以及检查角度是否变化；该测量基于最近且易于阅读的基线，并且链方法用于测量每个测量线段的倾斜度，然后连接这些线段以获得连续曲线（累积位移），即直线度。

平整度

进行平面度检查时，必须确保要测量的表面的绝对高度，以避免不平衡的机器倾斜对精度的影响。将水平仪放置在要校准的工作面上，以确保水平仪0度和180度位置的值相同，建议将其调整为0.050 mm / M之内。

假设水平仪调整得很好，在0.050 mm / m以内（其平坦度为零），则无论水平仪的位置如何，此时获得的答案都是相似的。假设水平调整得不好，超过0.050 mm / m（平整度为零），此时的答案会有很大变化，因此，调整参考平面更为重要。如果绝对水平低于0.050 mm / m。

在上述情况下，必须首先画出平行线，并使用平行的直尺保持水平仪的水平，以消除水平误差。

当前的国际趋势主要是用于测量的ISO标准网格方法。网格法平均分布在测量表面上，沿着每个测量线获得平直度，最后，从平直度获得表面的总体平整度。以正方形平台为例：均匀分布X和Y的间距长度，然后测量并记录误差。

关闭错误

所谓的闭合误差是平面度测量质量的指标。当使用不同的路径计算测量点的高度时，闭合误差指的是网格中测量点的最大偏差。关闭错误的来源如下：

• 液位计和被测表面之间的温差（不同温度）。

• 更改原始测量位置或振动的影响。

• 没有按照正确的步骤进行测量。

• 被测表面或水平仪的底面很脏。

• 在仪器稳定之前（稳定时间不足），请捕获记录数据。

• 行程距离未正确首尾相连（略有重叠）。

• 计划的网格路径不正确。

• 测量底座的磨损和变形。

• 测量基座的摇动重复性差。

通常，闭合误差不能超过最大平整度误差的20％〜25％。如果超过，则应确认关闭错误的根源是否消除。

建立正确的测量概念以提高机器精度

首先介绍了平面度的定义和平面度的测量路径，然后介绍了平面度的定义，分析方法和计算方法，然后说明了平面度测量的情况，并说明了闭合误差的来源。闭合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组装精度的基础，例如主轴和工作台之间的X轴/ Y轴运动的平行度，主轴和工作台的垂直度以及XY平面，XZ平面和YZ平面的垂直度，上述各项均与平面度具有相互关系，因此对整个机床的几何精度有很大的影响。

文章来源：山东万汇数控机床有限公司（www.sdwhjc.com）