CN102759343A - 数显水平仪及机床导轨校平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数显水平仪及机床导轨校平方法，该数显水平仪包括水平仪和水槽；水平仪包括水平底座、竖向导轨、滚珠丝杠、竖向滑动块、步进电机、步进电机驱动器、手摇轮、数显光栅尺、导电丝、指示灯和工作电源；步进电机传动滚珠丝杠，滚珠丝杠带动竖向滑动块上下运动；数显光栅尺包括光栅尺、光栅尺读数头和光栅尺显示器；工作电源两端分别连接水槽和指示灯一端，指示灯另一端连接导电丝上端，导电丝下端对应水槽设置。该方法使用三台水平仪同时对机床导轨进行校平，第一台水平仪单独固定并提供水平面的参照坐标，另外两台水平仪分别放在平导轨和V型导轨上，用于动态测试导轨的相对水平度。该数显水平仪精确度高；采用该方法校平效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量机械设备平直度或平面度的仪器，具体的说，涉及了一种数显水平仪及机床导轨校平方法。
背景技术
现有技术中，对机床导轨的校平检测大多是采用框式水平仪，在使用前，必须把水平仪的水平珠对准两端刻度线中间，然后才能校平；技工人员位移测量时，水平仪容易和机床导轨微量碰撞或震动，从而易使水平珠偏离刻度中心，这就使得测量易产生累积误差。
采用半导体激光准直仪校验机床导轨，只能测量29米之内的平直度，其具有距离的限制，另外，使用时，要排除电磁干扰、环境振动、灰尘、温差等不确定因素，否则，其精度将会受到极大影响，再则，半导体激光准直仪价格昂贵，不利于控制生产成本。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种操作简单、使用方便、不受环境影响、不受距离限制、精确度高、无累计误差、成本低、利于提高工作效率的数显水平仪，还提供了一种简单实用、校平精度高、校平效率高的机床导轨校平方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种数显水平仪，它包括不少于一台水平仪和一个水槽；所述水平仪包括水平底座、设置在所述水平底座上的竖向导轨、竖向设置在所述竖向导轨内的滚珠丝杠、设置在所述竖向导轨内的竖向滑动块、安装在所述竖向导轨顶部的步进电机、与所述步进电机电连接的步进电机驱动器、与所述步进电机驱动器电连接的手摇轮、数显光栅尺、竖向设置在所述竖向滑动块上的导电丝、指示灯和工作电源；其中，所述步进电机的转轴通过联轴器与所述滚珠丝杠的顶部连接，所述竖向滑动块上设置有滚珠丝杠孔，所述滚珠丝杠设置在所述滚珠丝杠孔内；所述数显光栅尺包括竖向设置在所述水平底座上的光栅尺、安装在所述竖向滑动块上的光栅尺读数头和与所述光栅尺读数头电连接的光栅尺显示器，所述光栅尺读数头对应所述光栅尺设置；所述工作电源两端分别连接所述水槽和所述指示灯一端，所述指示灯另一端连接所述导电丝上端，所述导电丝下端对应所述水槽设置；所述工作电源分别电连接所述手摇轮和所述步进电机驱动器以提供工作电源。
基于上述，所述水平底座上竖向设置有光栅尺靠板，所述光栅尺设置在所述光栅尺靠板上。
基于上述，所述水平仪还包括有安装在所述光栅尺靠板上的电器控制箱，所述步进电机驱动器和所述工作电源分别安装在所述电器控制箱内，所述手摇轮、所述光栅尺显示器和所述指示灯分别安装在所述电器控制箱上。
基于上述，所述水平仪还包括有导电丝调整装置，所述导电丝调整装置包括一端具有竖孔的横向调整杆、锁紧螺栓和设置在所述竖孔内的竖向绝缘杆，所述横向调整杆上设置有连通所述竖孔的锁紧螺栓孔，所述锁紧螺栓设置在所述锁紧螺栓孔内；所述竖向滑动块上设置有横向插孔，所述横向调整杆设置在所述横向插孔内，所述导电丝竖向设置在所述竖向绝缘杆下端部。
基于上述，所述竖向滑动块上设置有连通所述横向插孔的锁紧螺钉孔，所述锁紧螺钉孔内设置有锁紧螺钉。
基于上述，所述竖向导轨上设置有燕尾状导轨槽，所述竖向滑动块上设置有滑动卡体，所述滑动卡体与所述燕尾状导轨槽间隙配合且安装在所述燕尾状导轨槽内。
基于上述，所述竖向滑动块包括与所述滚珠丝杠配套的滚珠丝杠螺母和具有滚珠丝杠竖向穿孔的滑块，所述滚珠丝杠螺母对应所述滚珠丝杠竖向穿孔设置并固定在所述滑块上，所述滚珠丝杠螺母与所述滚珠丝杠竖向穿孔构成所述滚珠丝杠孔。
一种机床导轨校平方法，采用上述数显水平仪对机床导轨进行校平，所述数显水平仪包括三台水平仪，所述机床导轨包括平导轨和V型导轨，具体包括以下步骤：
步骤1、在地面上安装水槽并向水槽内注入水，其中，水槽沿机床的平导轨和V型导轨铺设；
步骤2、将第一台水平仪安装在水平地面上，在所述平导轨和所述V型导轨上分别选取校平坐标参照点，并将第二和第三台水平仪分别放置在所述平导轨和所述V型导轨的校平坐标参照点上；
步骤3、检测和清零，包括以下子步骤：
步骤3.1、检测：分别通过三台水平仪的手摇轮调整导电丝的位置，使导电丝自上而下与水槽内的水微量接触并使指示灯点亮；
步骤3.2、清零：将三台水平仪的数显光栅尺分别清零，即，使三台水平仪的光栅尺显示器的测试值统一调整为零；
步骤4、机床导轨校平，包括以下子步骤：
步骤4.1、选取校平位置：将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至第一校平位置；
步骤4.2、检测并获取测试值：重复步骤3.1，并通过光栅尺显示器分别读取三台水平仪的测试值（H11，H12，H13）；
步骤4.3、测试值值差计算：第二台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD21= H12-H11，即为第二台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
第三台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD31= H13-H11，即为第三台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
步骤4.4、导轨调整：根据值差HD21和值差HD31，分别调整所述平导轨和所述V型导轨在该校平位置的水平；
步骤4.5、再校验：重复步骤4.2、步骤4.3和步骤4.4，直至值差HD21和值差HD31为零；
步骤5、将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至下一个校平位置，并重复步骤4.2、步骤4.3、步骤4.4和步骤4.5，直至将机床导轨校平完毕。
基于上述，在步骤1中，向水槽内的水中加入煤油，形成煤油漂浮层。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本发明具有以下优点：
1、该数显水平仪无检测长度限制，精度误差小，且不存在累计误差，其具有操作简单、使用方便、不受环境影响、不受距离限制、精确度高、无累计误差、成本低、利于提高工作效率的优点。
2、传统框式水平仪或台式电子水平仪只能对简单平面度调整校验，因为它是单件仪器，只能在本体显示读数，只能对机床导轨单面位移调整校验，但无法对床身的双导轨一次性进行调整校验。采用该机床导轨校平方法，使用三台水平仪同时对机床导轨进行校平，其中，第一台水平仪单独固定并提供水平面的参照坐标，另外两台水平仪分别放在平导轨和V型导轨的校平位置上，以用于动态测试导轨的相对水平度，通过三台水平仪的配合，使得机床导轨的校平精度和校平效率大大提高。
3、采用水槽内的水作为平面度基准坐标点，对水的平面度进行高精度的模拟。
附图说明
图1是单台水平仪与水槽的结构示意图。
图2是单台水平仪与水槽的侧面结构示意图。
图3是竖向导轨与竖向滑动块的横截面结构示意图。
图4是工作电源、指示灯、导电丝与水槽之间的电连接结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种数显水平仪，它包括不少于一台水平仪和一个水槽11，即，一台或多台水平仪共用一个水槽11，并将水槽11内的同一个水平面作为水平基准进行高精度的模拟。
所述水平仪包括水平底座1、设置在所述水平底座1上的竖向导轨2、竖向设置在所述竖向导轨2内的滚珠丝杠5、设置在所述竖向导轨2内的竖向滑动块3、安装在所述竖向导轨2顶部的步进电机4、与所述步进电机4电连接的步进电机驱动器18、与所述步进电机驱动器18电连接的手摇轮13、数显光栅尺、竖向设置在所述竖向滑动块3上的导电丝10、指示灯12和工作电源19；其中，所述步进电机4的转轴41通过联轴器6与所述滚珠丝杠5的顶部连接，所述竖向滑动块3上设置有滚珠丝杠孔31，所述滚珠丝杠5设置在所述滚珠丝杠孔31内；在手摇轮13的转动下，手摇轮13的转动量转变为脉冲信号并传递给步进电机驱动器18，步进电机驱动器18根据脉冲信号控制步进电机4转动，进而，步进电机4通过滚珠丝杠5带动竖向滑动块3上下运动，即，在手摇轮13的控制下，竖向滑动块3可带动导电丝10沿竖直方向进行精确的微调。
所述数显光栅尺包括竖向设置在所述水平底座1上的光栅尺7、安装在所述竖向滑动块3上的光栅尺读数头8和与所述光栅尺读数头8电连接的光栅尺显示器9，所述光栅尺读数头8对应所述光栅尺7设置；通过数显光栅尺，可提供导电丝10的准确位置，并可显示出来；在本实施例中，具体的是，手摇轮13转动一个刻度，通过光栅尺读数头8在光栅尺显示器9上显示出5秒的数据精度。
如图4所示，所述工作电源19两端分别连接所述水槽11和所述指示灯12一端，所述指示灯12另一端连接所述导电丝10上端，所述导电丝10下端对应所述水槽11设置；一旦导电丝10与水槽11内的水有微量接触，指示灯12马上点亮。所述工作电源19分别电连接所述手摇轮13和所述步进电机驱动器18以提供工作电源。在本实施例中，所述工作电源19是5V－24V电源，其中，为所述手摇轮13通过5V电源，为所述步进电机驱动器18和所述指示灯12提供24V电源。
如图1所示，在本实施例中，所述水平底座1上竖向设置有光栅尺靠板14，所述光栅尺7设置在所述光栅尺靠板14上；采用光栅尺靠板14，使光栅尺7的安装更为稳固、牢靠。
如图1和图4所示，在本实施例中，所述水平仪还包括有安装在所述光栅尺靠板14上的电器控制箱15，所述步进电机驱动器18和所述工作电源19分别安装在所述电器控制箱15内，所述手摇轮13、所述光栅尺显示器9和所述指示灯12分别安装在所述电器控制箱15上；采用电器控制箱15，使各个电气部件的安装整齐有序，便于使用。
如图1、图2和图3所示，在本实施例中，所述水平仪还包括有导电丝调整装置，所述导电丝调整装置包括一端具有竖孔的横向调整杆16、锁紧螺栓和设置在所述竖孔内的竖向绝缘杆17，所述横向调整杆16上设置有连通所述竖孔的锁紧螺栓孔，所述锁紧螺栓设置在所述锁紧螺栓孔内。所述竖向滑动块3上设置有横向插孔32，所述横向调整杆16设置在所述横向插孔32内，所述导电丝10竖向设置在所述竖向绝缘杆17下端部。所述竖向滑动块3上设置有连通所述横向插孔32的锁紧螺钉孔，所述锁紧螺钉孔内设置有锁紧螺钉。通过导电丝调整装置，可方便的调整导电丝10的位置，进而利于调整导电丝10与水槽11之间的位置关系，可使水平仪适合更多、更广的检测平台，也避免了滚珠丝杠5行程的局限性。
如图3所示，在本实施例中，所述竖向导轨2上设置有燕尾状导轨槽，所述竖向滑动块3上设置有滑动卡体，所述滑动卡体与所述燕尾状导轨槽间隙配合且安装在所述燕尾状导轨槽内；其中，在所述竖向导轨2上安装有滑动块压板20，以防止竖向滑动块3滑脱或移位；在所述燕尾状导轨槽内设置有间隙调整条21，以便于调整燕尾状导轨槽与滑动卡体之间的间隙。
需要说明的是，在其它实施例中，所述竖向滑动块包括与所述滚珠丝杠配套的滚珠丝杠螺母和具有滚珠丝杠竖向穿孔的滑块，所述滚珠丝杠螺母对应所述滚珠丝杠竖向穿孔设置并固定在所述滑块上，所述滚珠丝杠螺母与所述滚珠丝杠竖向穿孔构成所述滚珠丝杠孔。
所述水槽11的长度和形状，按照被测设备的长度和形状加工，以便于多台水平仪能够同时使用，使用时，确保水槽11内的水保持静态水平。
使用本数显水平仪，对被测设备进行校平时：1、可将不少于两台相同的水平仪放在被测设备的不同位置，在水槽11内添加用于导电的水，然后，调整每台水平仪，即，通过手摇轮13调整导电丝10的位置，使导电丝10与水槽11内的水自上而下微量接触并使指示灯12点亮，此时，数显光栅尺采集到光栅尺读数头8相对于水槽11内水平面的位置数据，然后，通过光栅尺显示器9读取，由此计算水平仪之间的数据差别，即，两台水平仪之间的数据差别为零时，则说明两台水平仪之间是水平的，反之，数据差别即二者之间的高度差，然后，再根据数据差别对被测设备进行调整；具体使用时，根据需要，可以采用两台水平仪测量两点之间的平直度，也可以使用三台或者三台以上的水平仪测量平面的平面度。2、也可将一台水平仪放在被测设备的不同位置分别进行校平：首先选取第一个位置作为校平坐标参照点，则第二个位置与第一个位置的位置数据之差，即是第二个位置与第一个位置的高度差，然后根据该数据差校平，同理，其它位置与第一个位置的位置数据之差，即是该位置与第一个位置的高度差，再据此校平即可。
需要特别说明的是：在本发明中，采用多台水平仪时，可以合用一个光栅尺显示器，也可以合用一个工作电源。
一种机床导轨校平方法，采用上述数显水平仪对机床导轨进行校平，所述数显水平仪包括三台水平仪，所述机床导轨包括平导轨和V型导轨，具体包括以下步骤：
步骤1、在地面上安装水槽，向水槽内注入水，并向水槽内的水中加入煤油，形成煤油漂浮层，其中，水槽沿机床的平导轨和V型导轨铺设；
在应用过程中，外部环境的微量震动或灰尘，会给水平面造成微量波纹或灰尘垃圾，导电丝10与水平面导电接通时，会产生微量的误差，因此，在水槽11内的水面上加上一点煤油，形成煤油漂浮层，即能够消除水平面的微量震动波纹，又能够浮起水平面上的灰尘垃圾，还能够控制水槽11内的水不再蒸发，这样，确保了水槽11内的水保持静态水平。使用时，导电丝10向下位移，穿过煤油漂浮层，直达静态的水平面，并与水接通点亮指示灯12。
步骤2、将第一台水平仪安装在水平地面上，在所述平导轨和所述V型导轨上分别选取校平坐标参照点，并将第二和第三台水平仪分别放置在所述平导轨和所述V型导轨的校平坐标参照点上；
步骤3、检测和清零，包括以下子步骤：
步骤3.1、检测：分别通过三台水平仪的手摇轮调整导电丝的位置，使导电丝自上而下与水槽内的水微量接触并使指示灯点亮；
步骤3.2、清零：将三台水平仪的数显光栅尺分别清零，即，使三台水平仪的光栅尺显示器的测试值统一调整为零，也就是指水的平面度设为坐标值的零点；
步骤4、机床导轨校平，包括以下子步骤：
步骤4.1、选取校平位置：将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至第一校平位置；
步骤4.2、检测并获取测试值：重复步骤3.1，并通过光栅尺显示器分别读取三台水平仪的测试值（H11，H12，H13）；此时，若不受外界影响，比如环境温度，水槽内的水的体积无变化，则第一台水平仪的测试值H11应该为零；换言之，设置第一台水平仪的目的，就是为了对水的平面度进行高精度的模拟，并提供一个参照的水平面值，确保另外两台水平仪的校平精度；即，实时监测水槽内的水，以防止水平面的微量变化对整个校平精度的影响。
步骤4.3、测试值值差计算：第二台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD21= H12-H11，即为第二台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
第三台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD31= H13-H11，即为第三台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
步骤4.4、导轨调整：根据值差HD21和值差HD31，采用垫铁分别调整所述平导轨和所述V型导轨在该校平位置的水平；
步骤4.5、再校验：重复步骤4.2、步骤4.3和步骤4.4，直至值差HD21和值差HD31为零；
步骤5、将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至下一个校平位置，并重复步骤4.2、步骤4.3、步骤4.4和步骤4.5，直至将机床导轨校平完毕。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种数显水平仪，其特征在于：它包括不少于一台水平仪和一个水槽；所述水平仪包括水平底座、设置在所述水平底座上的竖向导轨、竖向设置在所述竖向导轨内的滚珠丝杠、设置在所述竖向导轨内的竖向滑动块、安装在所述竖向导轨顶部的步进电机、与所述步进电机电连接的步进电机驱动器、与所述步进电机驱动器电连接的手摇轮、数显光栅尺、竖向设置在所述竖向滑动块上的导电丝、指示灯和工作电源；其中，所述步进电机的转轴通过联轴器与所述滚珠丝杠的顶部连接，所述竖向滑动块上设置有滚珠丝杠孔，所述滚珠丝杠设置在所述滚珠丝杠孔内；所述数显光栅尺包括竖向设置在所述水平底座上的光栅尺、安装在所述竖向滑动块上的光栅尺读数头和与所述光栅尺读数头电连接的光栅尺显示器，所述光栅尺读数头对应所述光栅尺设置；所述工作电源两端分别连接所述水槽和所述指示灯一端，所述指示灯另一端连接所述导电丝上端，所述导电丝下端对应所述水槽设置；所述工作电源分别电连接所述手摇轮和所述步进电机驱动器以提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的数显水平仪，其特征在于：所述水平底座上竖向设置有光栅尺靠板，所述光栅尺设置在所述光栅尺靠板上。
3.根据权利要求2所述的数显水平仪，其特征在于：所述水平仪还包括有安装在所述光栅尺靠板上的电器控制箱，所述步进电机驱动器和所述工作电源分别安装在所述电器控制箱内，所述手摇轮、所述光栅尺显示器和所述指示灯分别安装在所述电器控制箱上。
4.根据权利要求1或2或3所述的数显水平仪，其特征在于：所述水平仪还包括有导电丝调整装置，所述导电丝调整装置包括一端具有竖孔的横向调整杆、锁紧螺栓和设置在所述竖孔内的竖向绝缘杆，所述横向调整杆上设置有连通所述竖孔的锁紧螺栓孔，所述锁紧螺栓设置在所述锁紧螺栓孔内；所述竖向滑动块上设置有横向插孔，所述横向调整杆设置在所述横向插孔内，所述导电丝竖向设置在所述竖向绝缘杆下端部。
5.根据权利要求4所述的数显水平仪，其特征在于：所述竖向滑动块上设置有连通所述横向插孔的锁紧螺钉孔，所述锁紧螺钉孔内设置有锁紧螺钉。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的数显水平仪，其特征在于：所述竖向导轨上设置有燕尾状导轨槽，所述竖向滑动块上设置有滑动卡体，所述滑动卡体与所述燕尾状导轨槽间隙配合且安装在所述燕尾状导轨槽内。
7.根据权利要求1或2或3或5所述的数显水平仪，其特征在于：所述竖向滑动块包括与所述滚珠丝杠配套的滚珠丝杠螺母和具有滚珠丝杠竖向穿孔的滑块，所述滚珠丝杠螺母对应所述滚珠丝杠竖向穿孔设置并固定在所述滑块上，所述滚珠丝杠螺母与所述滚珠丝杠竖向穿孔构成所述滚珠丝杠孔。
8.一种机床导轨校平方法，其特征在于，采用权利要求1-7所述的数显水平仪对机床导轨进行校平，所述数显水平仪包括三台水平仪，所述机床导轨包括平导轨和V型导轨，具体包括以下步骤：
步骤1、在地面上安装水槽并向水槽内注入水，其中，水槽沿机床的平导轨和V型导轨铺设；
步骤2、将第一台水平仪安装在水平地面上，在所述平导轨和所述V型导轨上分别选取校平坐标参照点，并将第二和第三台水平仪分别放置在所述平导轨和所述V型导轨的校平坐标参照点上；
步骤3、检测和清零，包括以下子步骤：
步骤3.1、检测：分别通过三台水平仪的手摇轮调整导电丝的位置，使导电丝自上而下与水槽内的水微量接触并使指示灯点亮；
步骤3.2、清零：将三台水平仪的数显光栅尺分别清零，即，使三台水平仪的光栅尺显示器的测试值统一调整为零；
步骤4、机床导轨校平，包括以下子步骤：
步骤4.1、选取校平位置：将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至第一校平位置；
步骤4.2、检测并获取测试值：重复步骤3.1，并通过光栅尺显示器分别读取三台水平仪的测试值（H11，H12，H13）；
步骤4.3、测试值值差计算：第二台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD21= H12-H11，即为第二台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
第三台水平仪与第一台水平仪测试值值差HD31= H13-H11，即为第三台水平仪在第一校平位置处与在校平坐标参照点的高度差；
步骤4.4、导轨调整：根据值差HD21和值差HD31，分别调整所述平导轨和所述V型导轨在该校平位置的水平；
步骤4.5、再校验：重复步骤4.2、步骤4.3和步骤4.4，直至值差HD21和值差HD31为零；
步骤5、将第二和第三台水平仪分别沿所述平导轨和所述V型导轨向同一个方向移动至下一个校平位置，并重复步骤4.2、步骤4.3、步骤4.4和步骤4.5，直至将机床导轨校平完毕。
9.根据权利要求8所述的机床导轨校平方法，其特征在于：在步骤1中，向水槽内的水中加入煤油，形成煤油漂浮层。
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