瑞士WYLER电子水平仪测量机床导轨直线度的方法

瑞士WYLER电子水平仪测量机床导轨直线度的方法

一、测量原理

瑞士WYLER Bluelevel电子水平仪的核心是测量相对于水平面的角度变化。我们将导轨分成若干等距的段，水平仪依次测量每一段相对于水平面的倾角。通过数据处理，将这些微小的角度变化累积换算成高度差，从而描绘出导轨的轮廓曲线，并从中计算出直线度误差。

二、测量前准备

1. 设备与工具：

• 电子水平仪（分辨率通常为0.001mm/m或0.0005mm/m）

• 与水平仪配套的桥板（这是关键附件）

• 清洁工具（无尘布、高纯度酒精）

• 平板或大理石平台（用于校准或放置工具）

• 记录表格和笔

• 
  

2. 
   

3. 环境要求：

• 将机床放置在稳固的基础上，并静置足够长时间，使其与环境温度一致。

• 避免阳光直射、通风口和振动源。

• 清洁导轨，确保测量面无毛刺、灰尘和油污。

4. 桥板的选择：

• 桥板的作用是“跨接"在两个相邻的测点上，其支撑脚的中心距（记为 C ）就是你的节距。

• 节距 C 的选择取决于导轨的长度，通常为100mm, 200mm, 250mm等。导轨越长，节距可以适当增大。

三、测量步骤（节距法）

假设我们要测量一条长度为 L 的导轨。

1. 确定节距和测点：

• 将导轨划分为 n 段，每段长度为 C（桥板跨距）。

• 这样就有 n+1 个测点（从点0到点 n）。点0为起点，点 n 为终点。

2. 安装与调平：

• 将机床大致调平。这不是为了把导轨调直，而是为了让整个测量范围内的角度变化都在水平仪的量程内。

• 将桥板放置在导轨的起始位置，支撑脚分别位于点0和点1。

• 将电子水平仪平稳地放置在桥板中央。

3. 数据采集：

• 将电子水平仪清零（归零）。此时，水平仪的读数是相对于“假想水平面"的，读数为0。

• 记录第一个读数 A₁（通常是0）。

• 将桥板和水平仪作为一个整体，首尾相接地移动到下一个位置。即桥板的前支撑脚移动到原来后支撑脚的位置（点1），后支撑脚移动到点2。水平仪始终保持相同的朝向。

• 记录第二个读数 A₂。这个读数表示第1段（点1到点2）相对于第0段（点0到点1）的角度差。

• 重复此过程，依次移动并记录每个位置的读数 A₁, A₂, A₃, ..., Aₙ。

• 关键：在整个测量过程中，水平仪本身绝对不能移动或调零，必须保持其初始基准。

四、数据处理与作图

测量得到的数据是一系列角度值，单位通常是“秒(")"或“mm/m"。我们需要将其转换为高度差，并绘制误差曲线。

1. 单位换算
电子水平仪的读数通常是 格数 或 mm/m。

• 如果读数是 mm/m，它直接表示斜率。例如，读数为0.005 mm/m，意味着在1米长度上高度变化为0.005mm。

• 如果读数是 格数，需要乘以水平仪的分度值（如 0.001 mm/m/格）。

• 将斜率读数转换为在节距C上的高度差：
  Δhᵢ = Aᵢ * C

• Δhᵢ：第 i 段相对于第 i-1 段的高度差 (mm 或 μm)

• Aᵢ：第 i 个位置的读数 (mm/m)

• C：节距 (m)。例如，C=200mm，则 C=0.2m。

2. 计算累积高度（坐标点）
以起点0的高度为0。

• 点0: Y₀ = 0

• 点1: Y₁ = Y₀ + Δh₁

• 点2: Y₂ = Y₁ + Δh₂ = Δh₁ + Δh₂

• ...

• 点 i: Yᵢ = Yᵢ₋₁ + Δhᵢ = Σ(Δh₁ 到 Δhᵢ)

• 点 n: Yₙ = Σ(Δh₁ 到 Δhₙ)

3. 绘制误差曲线

• 以测点位置（0, 1, 2, ..., n）为横坐标（X轴）。

• 以累积高度（Y₀, Y₁, Y₂, ..., Yₙ）为纵坐标（Y轴）。

• 将各点连接起来，得到一条折线，这条线就近似代表了导轨的实际轮廓。

4. 计算直线度误差
直线度误差是指实际轮廓曲线相对于其理想直线的最大偏差。我们采用“最小区域法"来评定。

• 在绘制的误差曲线上，找到Z高点和Z低点。

• 作两条平行直线（包容线），将整个误差曲线包容在内。

• 调整这两条直线的方向，使它们之间的距离（垂直距离）为Zui小。

• 这个zui小的垂直距离，就是该导轨的直线度误差值。

【简单示例】
假设节距 C=200mm，测量5段（6个点），读数（mm/m）为：0, +0.005, +0.010, +0.005, 0, -0.005

• 绘制点 (0,0), (1,0), (2,1.0), (3,3.0), (4,4.0), (5,4.0), (6,3.0)。

• zui高点在点4和点5（Y=4.0μm），zui低点在点0和点1（Y=0μm）。

• 连接首尾点（点0和点6）得到一条理想直线。zui高点到此直线的距离就是直线度误差。如果用最小区域法，需要旋转坐标系，使zui高和zui低点与两条平行线接触，其距离可能略小于4.0μm，但在此简单例子中，误差值可视为 4.0μm。

五、注意事项

1. 首尾相接：移动桥板时务必保证位置连续，不能有间隔或重叠。

2. 基准一致：测量过程中水平仪绝对不能重新调零，否则基准丢失，数据作废。

3. 温度稳定：避免手直接接触水平仪和桥板，减少热变形影响。

4. 读数稳定：等待水平仪读数稳定后再记录。

5. 方向识别：注意水平仪的正负号约定（通常是“+"表示一侧高，“-"表示另一侧高），并在图中标明导轨的凹凸情况。

6. 数据处理：最小区域法是符合国家标准的评定方法，比简单的“首尾连线法"更科学、准确。

通过以上步骤，您就可以系统、专业地使用电子水平仪完成机床导轨直线度的测量与评定了。对于高精度机床，这项检测是保证其加工精度的基础。

除了以上手动计算的方法外，也可以利用瑞士WYLER 电子水平仪测量软件，有Elements、Professional、SPEC三个测量模块，可以根据需求选择，自动计算出导轨的直线度。