机电设备几何精度检验是《机电设备安装》课程的重要组成部分，也是学生必须掌握的技能之一，在教学中占有重要地位。但从现行各版本教材来看，对这一部分内容介绍较为粗浅，有些内容甚至是含糊不清的，给教学带来一定困难。因此，本文以普通车床导轨在垂直平面内的直线度检验为例，探讨用气泡式水平仪检测导轨直线度时应注意的问题。

1 导轨直线度概述

导轨直线度是指组成 v 形（或矩形）导轨的平面与垂直平面（或水平面）交线的直线度，且常以交线在垂直平面和水平面内的直线度体现出来。在给定平面内，包容实际线的两平行直线的最小区域宽度即为直线度误差，导轨的直线度误差分为在垂直平面和水平平面内的直线度误差。

导轨直线度误差常用的检测方法：水平仪检测法、自准直仪测量法、钢丝测量法、垫塞法、研点法等。

弄清导轨直线度的定义，为后面弄清楚“水平仪不是测量水平的吗？为什么能用水平仪测量导轨直线度？”、“在测量导轨直线度时，对读数可以同加或同减任意一个数值”等问题打下坚实的基础。

2 水平仪的使用

水平仪是以水准器作为测量和读数元件，用于测量小倾角的量具。按水平仪的外形不同可分为：框式水平仪和尺式水平仪两种；按水平仪的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪；按工作原理又可分为：气泡式水平仪和电子式水平仪等。

（1）气泡式水平仪的工作原理

水平仪的水准管是由玻璃制成，水准管内壁是一个具有一定曲率半径的曲面，管内充满醚或酒精等液体，当水平仪发生倾斜时，水准管中气泡就向水平仪升高的一端移动。气泡水平仪的原理就是利用气泡在玻璃管内，气泡可经常保持在最高位置的特性从而确定水平面的位置。

（2）水平仪检测导轨直线度的原理

用水平仪测量导轨在垂直平面内直线度误差，属节距测量法。每次测量的长度就是板桥的长度，整条导轨测量的次数就是导轨长度除以板桥长度。

为什么能用水平仪测量导轨直线度呢？用水平仪测量导轨直线度，实际是测量每段导轨相对于自然水平面的倾斜度。将整条导轨分成长度等于板桥长度的若干段，测量每段导轨的水平度，然后将各段连接起来，就能反映整条导轨的直线度。

（3）水平仪的读数

水平仪刻度值用角度（秒）或斜率来表示，它的含义是以气泡偏移一格被测表面倾斜的角度，或以气泡偏移一格被测表面在一米长度上倾斜的高度表示。如灵敏度为0.02mm/m，即是表示当 1m 长直规或平板的两端点有 0.02mm的高低差异(相当于两端点相差 2 秒)时，用灵敏度为 0.02mm/m 气泡水平仪检测，该水平仪的气泡刚好偏移一个刻度。常用气泡水平仪的灵敏度为 0.01mm/m、0.02mm/m、0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m、0.3mm/m 和 0.4mm/m 等规格。

读数值正负的确定：气泡移动方向与水平仪移动方向一致时为“+”，反之为“-”。为“+”时表示后一段比前一段高。

使用水平仪时，应等到气泡静止不动，然后在垂直水准器的位置上进行读数，以减少视差对测量结果的影响。

（4）水平仪的检查

水平仪使用前应先进行检查，测量时只能使用合格的水平仪。水平仪检查内容包括水平仪的零位、水平仪工作面的平面度、水平仪精度等。

1）水平仪的零位检查

先将水平仪放在大致水平且固定的平板上，读取气泡的刻度位置并记为 0，然后将水平仪反转置于同一位置（利用限制块来确定位置），再读取其与刚才 0 位刻度的差值格数（只能是同一端，如左端），这个差值格数的 1/2 即为水平仪的零位误差。该值应符合下表的规定，如果不符合要求，则应按相应要求进行调整。

2）水平仪工作面的平面度检查

水平仪工作面不允许有凸起现象，其平面度应符合相关规定。工作面长度为 150mm～200mm，250mm～300mm 时，其平面度偏差＜0.003mm＜0.005mm。

3）水平仪精度检查，可用正弦杆和量块组成的已知角度大小来进行检查。

（5）被测导轨的水平度调整

用水平仪来测量导轨的直线度之前，应首先调整整条导轨的水平度。将水平仪置于导轨的中间和两端位置上，调整导轨的水平状态，使水平仪的气泡在导轨各个部位都能保持在两条长刻度线范围内，这样水平仪的读数差异才能显示出来。如果出现较大倾斜，每档测量时可在水平仪和桥板之间垫等高的纸条，因为测量的目的只是为了求出各档之间倾斜度的变化（要注意，测量导轨水平度时不能这样做）。

（6）水平仪零线的确定

水平仪玻璃管上的刻线及管内气泡如图 1 所示。在精度检验标准的附则第 2.1、2.3 条中，规定可任意确定刻线中的一条线为零线，但为读数方便，我们在实际工作中采取以第一次测量时气泡一端端部的刻线为零线的方法，如图 1 右端а点。注意，后面的测量都是以右端端部与а点相差的格数为测量的读数，如图 2 所示，该读数为-1（假设水平仪是从左向右移动），而不是 0。

（7）水平仪使用时的其他注意事项

1）水平仪的移动

床身导轨在纵向垂直平面内直线度的检验时，将方框水平仪纵向放置在刀架上靠近前导轨处，从刀架处于主轴箱一端的极限位置开始，从左向右移动刀架，每次移动距离应近似等于水平仪的边框尺长度（200mm），一般用大拖板的刻度盘来把握移动尺寸。

水平仪移动时禁止将水平仪掉头，以免水平仪的误差影响到测量。当移动水平仪时，不允许水平仪工作面与工件表面发生摩擦，应该提起来放置。

2）水平仪的选择

要根据被测量面的直线度、平面度和平行度等参数的公差要求以及被测量面的长度来选择水平仪。

3 导轨直线度检测实例

有一测量长度为 1600mm 的普通车床导轨，用精度为0.02/1000 的框式水平仪测量导轨直线度，每 200mm 为一测量段，求导轨直线度误差。

（1）选择合适水平仪并检查水平仪的好坏。检查内容主要是包括水平仪的零位、水平仪工作面的平面度、水平仪的精度等。

（2）擦净待测导轨，以防止脏物影响测量的准确性。

（3）粗调待测导轨的水平，保证水平仪的读数差异能显示出来。

（4）导轨直线度测量

测量时，正确手持水平仪。正确的方法是握持副测面内侧，使水平仪平稳、垂直地（调整气泡位于中间位置）贴在工件的垂直平面上，然后从纵向水准读出气泡移动的格数。从左到右各段读数依次为：0、+2、+2、0、-1、0、0、-0.5格，这样得到的读数是 8 个。

（5）绘制导轨的直线度曲线

作图时以水平仪读数为纵坐标，导轨的长度为横坐标。刀架在起始位置时的水平仪读数为起点，由坐标原点起作一折线段，其后每次读数都以前折线段的终点为起点，画出应折线段，各折线段组成的曲线，即为导轨在垂直平面内直线度曲线。

根据水平仪测量的数据，绘制的导轨曲线图如下：

（6）用两端点连接法确定最大误差格数

在导轨直线度误差曲线呈单凸（或单凹）时，作首尾两端点的连线ⅰ-ⅰ，并过曲线最高点，作ⅱ-ⅱ直线与ⅰ-ⅰ平行。两包容线间最大纵坐标值即为最大误差格数。在图 3 中，最大误差在导轨长为 600mm 处，按相似三角形解法，导轨600mm 处最大误差格数为 4-0.94 格=3.06 格。

（7）求导轨直线度误差

导轨直线度误差一般按下式换算：△=nil

式中：△——导轨直线度误差数值（mm）；

n ——曲线图中最大误差格数；

i ——水平仪的读数精度；

l ——每段测量长度（mm）；

在本例中计算如下：

△= nil=3.06*0.02/1000*200=0.012mm

4 结语

机电设备几何精度检验是机电设备安装必备的技能，只有掌握正确的检测方法，才能保证机电设备的安装精度满足生产。

【参考文献】

[1] 张普礼.机械加工设备[m].北京:机械工业出版社, 2005.

[2] 刘苍林.金属切削机床[m].北京:天津大学出版社，2009.

[3] 吴先文.机电设备维修[m].北京:机械工业出版社, 2005.

作者：熊小刚