水平仪的使用方法

　　一、水平仪的使用和读数

　　水平仪是用于检查各种机床及其它机械设备导轨的不直度、机件相对位置的平行度以及设备安装的水平位置和垂直位置的仪器。水平仪是机床制造、安装和修理中最基本的一种检验工具。一般框式水平仪的外形尺寸是200×200mm，精度为0.02/1000。水平仪的刻度值是气泡运动一格时的倾斜度，以秒为单位或以每米多少毫米为单位，刻度值也叫做读数精度或灵敏度。若将水平仪安置在1米长的平尺表面上，在右端垫0.02毫米的高度，平尺倾斜的角度为4秒，此时气泡的运动距离正好为一个刻度。如图：1

　　计算如下：水平仪连同平尺的倾斜角α的大小可以从下式中求出：

　　从上式可知0.02/1000精度的框式水平仪的气泡每运动一个刻度，其倾斜角度等于4秒，这时在离左端200mm处（相当于水平仪的1个边长），计算平尺下面的高度H1为：

　　由上式可知，水平仪气泡的实际变化值与所使用水平仪垫铁的长度有关。假如水平仪放在500mm长的垫铁上测量机床导轨，那么水平仪的气泡每运动1格，就说明垫铁两端高度差是0.01mm。另外，水平仪的实际变化值还与读数精度有关。所以，使用水平仪时，一定要注意垫铁的长度、读数精度以及单独使用时气泡运动一格所表示的真实数值。

　　由此得知，水平仪气泡运动一格后的数值，是根据垫铁的长度来决定的。

　　水平仪的读数，应按照它的起点任意一格为0。气泡运动一格计数为1，再运动一格计数为2，以此进行累计。在实际生产中对导轨的最后加工，无论采用磨削、精磨还是手工刮研，多数导轨都是呈单纯凸或单纯凹的状态，机床导轨的直线度产生曲线性也是少见的（加工前的导轨会有曲线性的现象）。测量导轨时，水平仪的气泡一般按照一个方向运动，机床导轨的凸凹是由水平仪的移动方向和该气泡的运动方向来确定。如图：2

　　水平仪的移动方向与气泡的运动方向相反，呈凸，用符号“+”表示。

　　水平仪的移动方向与气泡的运动方向相同，呈凹，用符号“-”表示。

　　如果导轨是凸的情况下，水平仪（垫铁）从任意一个方向进行移动，水平仪的气泡向相反方向运动，如图2—（1）所示。

　　如果导轨是凹的情况下，水平仪（垫铁）从任意一个方向进行移动，水平仪的气泡向相同方向运动，如图2—（2）所示。

　　确定导轨的凹凸后，再根据所使用的垫铁长度和水平仪气泡运动格数和的一半进行计算，才能得到导轨的准确的直线度误差精度。

　　二、导轨直线度的检查调整和计算方法

　　水平仪是测量机床导轨直线度的常用的仪器，是用来检查导轨在垂直平面内的直线度和在水平面内的直线度。用水平仪来进行调整导轨的直线度之前，应首先调整整体导轨的水平。将水平仪置于导轨的中间和两端位置上，调整到导轨的水平状态，使水平仪的气泡在各个部位都能保持在刻度范围内。再将导轨分成相等的若干整段来进行测量，并使头尾平稳的衔接，逐段检查并读数，然后确定水平仪气泡的运动方向和水平仪实际刻度及格数。进行记录，填写“+”“-”符号，按公式进行计算机床导轨直线度精度误差值。

　　导轨直线度误差〈曲线图〉，在教材中所讲的是没有实际依据的，在生产现场适用很不方便，更不准确。它误导了人们的识别能力，在实际工作中不能应用，时常会给工作人员造成一种错觉。按此检查导轨直线度误差，是不能得到正确的精度数值的。例如：机床导轨平滑的凸或凹，在导轨的直线度误差〈曲线图〉中，都表示为一条直线。如果机床导轨前半段凸，后半段凹，在导轨直线度误差〈曲线图〉中，却表示该导轨呈凸。如果机床导轨前半段凹，后半段凸，在导轨直线度误差〈曲线图〉中，却表示该导轨呈凹。水平仪气泡沿一个方向运动，误认为是一条斜线（于水平面），这些现象在实际工作的测量检查中，经常发生争论，得不到统一，又没有具体的标准规定，只能按照书中的例题说明，错误的进行判断，给正常的生产工作带来了困难，造成了损失，使机床导轨的精度得不到保证。

　　导轨直线度误差值的计算方法比较简单方便，误差精度准确，适合于现场工作人员的操作和应用。计算公式如下：

　　格数和——水平仪（垫铁）在导轨全长上移动时气泡运动所产生的格数和

　　水平仪精度——一般200×200框式水平仪的精度为0.02/1000

　　垫铁长度——指放在导轨上的移动部件，水平仪所使用的垫铁和工作台

　　在书中提到的移动距离，作为一项计算数据是不够实际的，它代表不了任何的计算尺寸。移动距离是指在测量机床导轨时全长的分段，移动距离不等于垫铁长度，它不能用来作为计算中的数据，在测量机床导轨时应该采用垫铁的长度，在全长导轨上进行分段移动，调整机床导轨时用垫铁（小于工作台的长度）来进行，检查机床导轨的直线度误差值，水平仪一般放在工作台上进行测量，如图1所示。证明水平仪气泡的实际变化，是根据导轨上移动的部件长度来决定的。所以，检查机床导轨的直线度误差值，按照导轨的移动部件长度来计算，测量机床导轨时移动距离短，误差精度准确，形状清楚。在使用水平仪测量机床导轨时应注意重要的几个方面：部件的移动方向、水平仪气泡的运动方向、气泡变化的最大格数和在导轨上移动的部件（垫铁）长度。

　　调整导轨直线度误差值时，应使用比较短的垫铁，测量的数值比较准确。使用的垫铁长度不同，测得的数值和形状也不一样。上例证明的公式用来计算机床导轨工作长度的直线度误差值，就是指机床导轨全部长度减去垫铁长度（工作台长度）后那段导轨的直线度误差。检查机床导轨直线度误差值时，应注意技术标准中的导轨工作长度和导轨全部长度。如测量机床导轨全部长度的直线度误差值，则采用下例公式进行计算：

　　该公式是在上例公式的基础上，加上了垫铁（工作台）下面的那段导轨的直线度误差值。在机械制造行业和实际生产现场一般不采用这种计算方法。

　　三、角度作图法

　　角度作图法是根据水平仪气泡变化的规律来进行角度值的画法。纵坐标表示水平仪气泡的运动方向。水平仪的移动方向与该气泡的运动方向相反，表示导轨呈凸，纵坐标箭头向上；水平仪的移动方向与该气泡的运动方向相同，表示导轨呈凹，纵坐标箭头向下。横坐标表示水平仪的移动方向和导轨的长度，每段代表移动距离。例图：1证明水平仪气泡每运动1格，其倾斜角等于4秒。为了直观清楚，以导轨的另一头为中心，导轨长度为半径，画出弧线，在弧线上分成相等的段数，连接中心0点，每段的度数表示4秒和水平仪气泡的1格。根据导轨的凹凸，确定角度的方向，然后画出每次水平仪移动后测量到的格数，连接每个测量点，得出导轨的形状。例图：3所示，横坐标与导轨弧线之间最大的距离就是该导轨的直线度误差。因每段测量时水平仪的移动距离和该气泡的运动格数有误差，最后计算时，采用水平仪气泡运动的格数和，在机床导轨的形状凹凸不平的情况下，则采用角度作图法中的实际最大格数。如果水平仪从另一个方向进行移动，就将图：3按左右方向转180°，该导轨的形状在图中没有变化，在实际工作过程中可以简单的作图，将角度分成相等的等分，表示水平仪的格数，角度作图法能使工作人员直观准确地看到机床导轨的形状，便以技术精度的保留和存档。

　　四、例题

　　1.某一龙门铇床B2012A的导轨全长8米，工作台的长度4米，用200×200的框式水平仪，精度为0.02/1000，来检查该导轨的直线度误差值（精度要求的标准为导轨工作长度0.04mm），按500mm将导轨分成8段进行测量，逐段检查并读数为：0，+0.5，+1，+1.5，+2，+2.5，+3,+3.5,+4,水平仪的气泡运动方向和工作台的移动方向相反，证明该导轨呈凸。按公式计算如下：

　　如果按照教材和书中的计算方法，采用移动距离500mm作为计算尺寸，那么该导轨的直线度误差值是0.04mm。在导轨直线度误差值〈曲线图〉中，却表示出一条倾斜的直线，假如该导轨的形状是一条倾斜的直线，那么水平仪的气泡在导轨的任何位置上没有变化。

　　2. 某一导轨磨床M50100进行精度调整，该导轨长5米，工作台长度1.6米，使用200×200的框式水平仪，精度为0.02/1000，进行测量调整后的导轨直线度误差值（精度的技术要求标准是机床导轨全部长度0.02mm，只许凸），按照约500mm将导轨分为7段进行测量，逐段测量读数为：0，-0.5，-1，-1.5，-2，-2.5，-3,-3.5,水平仪的气泡运动方向与工作台的移动方向相同，证明该导轨呈凹。按公式计算如下：

　　经过测量后该导轨直线度误差值约0.082mm，超过了技术要求的精度标准。如果按照教材和书中的计算方法，以移动距离为计算尺寸，则该导轨的直线度误差值应是0.035mm。在导轨直线度误差值〈曲线图〉中，该导轨却表示出一条倾斜的直线（与水平面），误认为导轨直线度误差值为0，所以导轨直线度误差值〈曲线图〉是不能证明机床导轨的误差和形状的。基本原理上检查的是导轨的不弧度，在实际工作中是不能应用的。

　　上面两例题是在实际生产工作中发生的具体问题，最后的结论却都被误认为合格，使机床的导轨精度得不到保证，给正常的生产工作造成了困难。

　　正确的使用水平仪，才能使机械设备的精度更高、更准确。为加快机械工业的发展，使机械产品的质量满足更高的技术精度，这一方面是很重要的。