水平仪的使用.docx

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水平仪的使用

水平仪的使用

水平仪是测量角度变化的一种常用量具，主要用于测量机件相互位置的水平位置和设备安装时的平面度、直线度和垂直度，也可测量零件的微小倾角。

常用的水平仪有条式水平仪、框式水平仪和数字式光学合象水平仪等。

一条式水平仪

图7-1是钳工常用的条式水平仪。

条式

水平仪由作为工作平面的V型底平面和与工

作平面平行的水准器（俗称气泡）两部分组

成。

工作平面的平直度和水准器与工作平面

的平行度都做得很精确。

当水平仪的底平面

放在准确的水平位置时，水准器内的气泡正

好在中间位置（即水平位置）。

在水准器玻

璃管内气泡两端刻线为零线的两边，刻有不

少于8格的刻度，刻线间距为2mm。

当水平图7-1条式水平仪

仪的底平面与水平位置有微小的差别时，也就是水平仪底平面两端有高低时，水准器内的气泡由于地心引力的作用总是往水准器的最高一侧移动，这就是水平仪的使用原理。

两端高低相差不多时，气泡移动也不多，两端高低相差较大时，气泡移动也较大，在水准器的刻度上就可读出两端高低的差值。

表7-1水平仪的规格

品种

外形尺寸（mm）

分度值

长

阔

高

组别

（mm/m）

框式

100

25～35

100

Ⅰ

0.02

150

30～40

150

200

35～40

200

250

40～50

250

Ⅱ

0.03～0.05

300

300

条式

100

30～35

35～40

150

35～40

35～45

200

40～45

40～50

Ⅲ

0.06～0.15

250

300

条式水平仪的规格见表7-1。

条式水平仪分度值的说明，如分度值0.03mm／m，即表示气泡移动一格时，被测量长度为1m的两端上，高低相差0.03mm。

再如，用200mm长，分度值为0.05mm／m的水平仪，测量400mm长的平面的水平度。

先把水平仪放在平面的左侧，此时若气泡向右移动二格，再把水平仪放在平面的右侧，此时若气泡向左移动三格，则说明这个平面是中间高两侧低的凸平面。

中间高出多少毫米呢？

从左侧看中间比左端高二格，即在被测量长度为1m时，中间高2×0.05=0.10mm，现实际测量长度为200mm，是1m的，所以，实际上中间比左端高0.10×=0.02mm。

从右侧看：

中间比右端高三格，即在被测量长度为1m时，中间高3×0.05=0.15mm，现实际测量长度为200mm，是1m的，所以，实际上中间比右端高0.15×=0.03mm。

由此可知，中间比左端高0.02mm，中间比右端高0.03mm，则中间比两端高出的数值为（0.02+0.03）÷2=0.025mm。

二框式水平仪

图7-2是常用的框式水平仪，主要由框架1和弧形玻璃管主水准器2、调整水准3组成。

利用水平仪上水准泡的移动来测量被测部位角度

的变化。

框架的测量面有平面和V形槽，V形槽便于在圆柱

面上测量。

弧形玻璃管的表面上有刻线，内装乙醚（或

酒精）,并留有一个水准泡，水准泡总是停留在玻璃管

内的最高处。

若水平仪倾斜一个角度，气泡就向左或向

右移动，根据移动的距离（格数）,直接或通过计算即可

知道被测工件的直线度，平面度或垂直度误差。

水平仪工作原理（图7-3）,精度为0.02mm/1000mm的

水平仪玻璃管，曲率半径R=103132mm，当平面在1000mm图7-2框式水平仪

长度中倾斜0.02mm，则倾斜角

为：

1-框架2-主水准器3-调整水准

水准泡转过的角度应与平面转过的角度

相等，则水准泡移动的距离（1格）为：

图7-3框式水平仪工作原理

水平仪的读数方法有直接读数法和平均读数法两种。

1）直接读数法以气泡两端的长刻线作为零线，气泡相对零线移动格数作为读数，这种读数方法最为常用，见图7-4。

（a）（b）（c）

图7-4直接读数法

图7-4a表示水平仪处于水平位置，气泡两端位于长线上，读数为“0”；图7-4b表示水平仪逆时针方向倾斜，气泡向右移动，图示位置读数为“+2”；图7-4c表示水平仪顺时针方向倾斜，气泡向左移动，图示位置读数为“-3”。

2）平均读数法由于环境温度变化较大，使气泡变长或缩短，引起读数误差而影响测量的正确性，可采用平均读数法，以消除读数误差。

平均读数法读数是分别从两条长刻线起，向气泡移动方向读至气泡端点止，然后取这两个读数的平均值作为这次测量的读数值。

图7-5a表示，由于环境温度较高，气泡变长，测量位置使气泡左移。

读数时，从左边长刻线起，向左读数“-3”；从右边长刻线起，向左读数“—2”。

取这两个读数的平均值，作为这次测量的读数值：

图7-5平均读数法

图7-5b表示，由于环境温度较低，气泡缩短，测量位置使气泡右移，按上述读数方法，读数分别为“+2”和“+1”，则测量的读数值是：

框架水平仪的使用方法：

1框架水平仪的两个V形测量面是测量精度的基准，在测量中不能与工作的粗糙面接触或摩擦。

安放时必须小心轻放，避免因测量面划伤而损坏水平仪和造成不应有的测量误差。

2用框架水平仪测量工件的垂直面时，不能握住与副侧面相对的部位，而用力向工件垂直平面推压，这样会因水平仪的受力变形，影响测量的准确性。

正确的测量方法是手握持副测面内侧，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。

3使用水平仪时，要保证水正确错误

平仪工作面和工件表面的清洁，以

防止脏物影响测量的准确性。

测量

水平面时，在同一个测量位置上，

应将水平仪调过相反的方向再进行

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。

如图7-6所示。

图7-6水平仪的使用方法

4当测量长度较大工件时，可将工件平均分若干尺寸段，用分段测量法，然后根据各段的测量读数，绘出误差坐标图，以确定其误差的最大格数。

如图7-7所示。

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（图7-7中位置A），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寸（200mm）。

依次记录刀架在每一测量长度位置时的水平仪读数。

将这些读数依次排列，用适当的比例画出导轨在垂直平面内的直线度误差曲线。

水平仪读数为纵坐标，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。

曲线相对其两端连线的最大坐标值，就是导轨全长的直线度误差，曲线上任一局部测量长度内的两端点相对曲线两端点的连线坐标差值，也就是导轨的局部误差。

A、B水平仪

图7-7纵向导轨在垂直平面内的直线度检验

例一台床身导轨长度为1600mm的卧式车床，用尺寸为200mm×200mm、精度为0.02mm／lOOOmm的方框水平仪检验其直线度误差。

将导轨分成8段，使每段长度为水平仪边框尺寸（200mm），分段测得水平仪的读数为：

+1、+2、+1、0、-1、0、-1、-0.5。

根据这些读数画出误差曲线图（图7-8）。

作图的坐标为：

纵轴方向每一格表示水平仪气泡移动一格的数值；横轴方向表示水平仪的每段测量长度。

作出曲线后再将曲线的首尾（两端点）连线I-I。

并经曲线的最高点作垂直于水平轴方向的垂线与连线相交的那段距离

n，即为导轨的直线度误差的格数。

从误差曲线图可以看到，导轨在全长范围内呈现出中间凸的状态，且凸起值最大在导轨600mm-800mm长度处。

5

+1+2+10-10-1-0.5

4

3

Ⅰ

2

1

02004006008001000120014001600

Ⅰ

导轨长/mm

图7-8导轨在垂直平面内直线度误差曲线图

将水平仪测量的偏差格数换算成标准的直线度误差值δ

式中——误差曲线中的最大误差格数；

——水平仪的精度（0.02mm／lOOOmm）；

——每段测量长度（mm）。

按误差曲线图各数值计算得

δ=3.5×0.02mm/1000mm×200mm=0.014mm

5机床工作台面的平面度检验方法如图7-9所

示，工作台及床鞍分别置于行程的中间位置，在工作

台面上放一桥板，其上放水平仪，分别沿图示各测量

方向移动桥板，每隔桥板跨距d记录一次水平仪读数。

通过工作台面上A、B、D三点建立基准平面，根据水

平仪读数求得各测点平面的坐标值。

误差以任意300mm测量长度上的最大坐标值计。

标准规定允差见表7-2。

图7-9检验工作台面的平面度

表7-2工作台面的平面度允差mm

工作台直径

≧500

›500～630

›630～1250

›1250～2000

在任意300mm测量

0.02

0.025

0.03

0.035

长度长允差值

1测量大型零件的垂直度时，如图7-10a

所示，用水平仪粗调基准表面到水平。

分别在基

准表面和被测表面上用水平仪分段逐步测量并用

图解法（图7-8）确定基准方位，然后求出被测

表面相对于基准的垂直度误差。

测量小型零件时，如图7-10b所示，先将水

平仪放在基准表面上，读气泡一端的数值，然后

用水平仪的一侧紧贴垂直被测表面，气泡偏离第

一次（基准表面）读数值，即为被测表面的垂直（a）（b）

度误差。

图7-10水平仪垂直度测量

7水平仪使用完后，应涂上防锈油并妥善保管好。

三光学合像水平仪

光学合像水平仪，广泛用于精密机械中，测量工件的平面度、直线度和找正安装设备的正确位置。

1合像水平仪的结构和工作原理

合像水平仪主要由测微螺杆、杠杆系统、水准器、光学合像棱镜和具有V型工作平面的底座等组成，图7-10所示。

水准器安装在杠杆架的底板上，它的水平位置用微分盘旋钮通过测微螺杆与杠杆系统进行调整。

水准器内的气泡圆弧，分别用三个不同方向位置的棱镜反射至观察窗，分成两个半像，利用光学原理把气泡像复合放大（放大5倍），提高读数精度，并通过杠杆机构提高读数的灵敏度和增大测量范围。

当水平仪处于水平位置时，气泡A与B重合，见图7-10c。

当水平仪倾斜时，气泡A与B不重合，见图7-10d。

测微螺杆的螺距P=0.5mm，微分盘刻线分为100等分。

微分盘转过一格，测微螺杆上螺母轴向移动0.005mm。

2使用方法

将水平仪放在工件的被测表面上，眼睛看窗口1，手转动微分盘，直至两个半气泡重合时进行读数。

读数时，从窗口4读出毫米数，从微分盘上读出刻度数。

图7-10数字式光学合像水平仪

1、4-窗口；2-微分盘旋钮；3-微分盘；5-水平仪底座；6-玻璃管；7-放大镜；

8-合成棱镜；9、11-弹簧；10-杠杆架；12-指针；13-测微螺杆。

例，分度值为0.01mm/1000mm的光学合像水平仪微分盘上的每一格刻度表示在1m长度上，两端的高度差为0.01mm。

测量时，如果从窗口读出的数值为1mm，微分盘上的刻度数为16，这次测量的读数就是1.16mm，即被测工件表面的倾斜度，在1m长度上高度差为1.16mm。

如果工件的长度小于或大于1m时，可按正比例方法计算:

1m长度上的高度差×工件长度。

3使用特点

1）测量工件被测表面误差大或倾斜程度大时，使用框式水平仪，气泡就会移至极限位置而无法测量，光学合像水平仪就设有这一弊病。

2）环境温度变化对测量精度有较大的影响，所以使用时应尽量避免工件和水平仪受热。

水平仪是一种测量小角度的常用量具。

在机械行业和仪表制造中,用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。

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；按水准器的固定方式又可分为：

可调式水平仪和不可调式水平仪。

水平仪简介

　　水平仪是一种测量小角度的常用量具。

在机械行业和仪表制造中,用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床

水平仪

类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。

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；按水准器的固定方式又可分为：

可调式水平仪和不可调式水平仪。

水平仪-仪器特点

　　水平仪主要应用于检验各种机床及其它类型设备导轨的直线度和设备安装的水平位置，垂直位置。

它也能应用于小角度的测量和带有V型槽的工作面，还可测量圆柱工件的安装平行度，以及安装的水平位置和垂直位置。

水平仪-主要类型

1.气泡水平仪（Spritlevels）

　　气泡水平仪系检验机器安装面或平板是否水平，及测知倾斜方向与角度大小的测量仪器，其外形系用高级钢料制造架座，经精密加工后，其架座底座必须平整，座面中央装有纵长圆曲形状的玻璃管，也有在左端附加横向小型水平玻璃管，管内充满醚或酒精，并留有一小气泡，它在管中永远位于最高点。

玻璃筒上在气泡两端均有刻度分划。

通常，工厂安装机器时，常用气泡水平仪的灵敏度为0.01mm/m、0.02mm/m、

气泡水平仪

0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m、0.3mm/m和0.4mm/m等规格，即是将水平仪置于1m长的直规或平板之上，当其中一端点有灵敏度指示大小的差异时，如灵敏度为0.01mm/m，即是表示直规或平板的两端点有0.01mm的高低差异（相当于两端点相差2秒），当1m长的有hmm高度差时，气泡会一个刻度的差异。

气泡水平仪的原理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

　　对于一定的倾斜角，而欲使气泡的移动量大（即所谓灵敏度良好），需增大圆弧半径（R）即可。

若水平仪每刻度距离为2mm和灵敏度为0.01mm/m时，相当1m的两端点相差2秒。

即是气泡管半径为206.185公尺，装置在框架内，不同灵敏度即有不同半径，而与框架长短并无直接关系。

　　使用水平仪应先行检查，先将水平仪放在平板上，读取气泡的刻度大小，然后将水平仪反转置于同一位置，再读取其刻度大小，若读数相同，即表示水平仪底座与气泡管相互间的关系是正确的。

否则，需用微调螺丝调整直到读数完全相同，才可作测量工作。

若想检查水平仪精度，可用正弦杆和量块组成的已知角度大小。

同时，欲测量较大倾斜角也可配合正弦杆与水平仪共同使用。

　　新式的水平仪作为传统水泡式倾角的替代品，现在更多的应用在道路工程，机械测量，建筑工程，工业平台，石油勘测，军工，船舶，以及其他需要重力参考系下的倾角或者水平的情况。

　　按照材质分类，水平仪又可以分为塑料水平仪，玻璃水平仪。

塑料水平仪精度低，玻璃水平仪精度比较高。

目前国外市场质量比较好的高精度水平仪如：

SOLA,BOSCH,ECONNS,EPOCH。

国内知名品牌有：

东方精工，长城等

2.电子水平仪（Electroniclevels）

　　电子式水平仪，它用来测量高精度的工具机，如NC车床、铣床、切削加工机、三次元量床等床面，其灵敏度非常高，若以测量时可左右偏移25刻度计算，测量工件只在一定的倾斜范围内均可测量。

框架电子水平仪

电子水平仪的主要原理有电感式和电容式等两种。

根据测量方向不同还可分为一维和二维电子水平仪.

　　电感式原理：

当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动所造成感应线圈的电压变化。

电容式水平仪其测量原理为一圆形摆锤自由悬挂在细在线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无摩擦状况。

摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪受待测工件所影响而造成，两间隙不同距离改变即产生电容不同，形成角度的差异。

水平仪-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，管内装有液体，当水平仪发

水平仪工作原理

生倾斜时，水准管中气泡就向水平仪升高的一端移动，从而确定水平面的位置。

水准管内壁曲率半径越大，分辨率就越高，曲率半径越小，分辨率越低，因此水准管曲率半径决定了水平仪的精度。

水平仪主要用于检验各种机床和工件的平面度、直线度、垂直度及设备安装的水平位置等。

特别是在测垂直度时，磁性水平仪可以吸咐在垂直工作面上，不用人工扶持，减轻了劳动强度，避免了人体热量辐射带给水平仪的测量误差。

　　水平仪底面及侧面长度均为200mm的直角形结构，精度一般为（0.02-0.025）mm/m，若用户有特殊要求，可单独定制。

水平仪调零结构有独特之处，较常规结构相比：

1.调零容易。

2.调整后，零位不易变动。

如图1所示。

水平仪底V型槽面绕芯轴转动5时，若气泡移动，可通过调整螺钉2来达到要求，该项在出厂时已调整好，一般不变。

　　水平仪的结构根据分类不同而有所区别。

框式水平仪一般由水平仪主体、横向水准器、绝热手把、主水准器、盖板和零位调整装置等零部件组成。

尺式水平仪一般由水平仪主体、盖板、主水准器和零位调整装置等零部件构成。

　　水平仪是以水准器作为测量和读数元件的一种量具。

水准器是一个密封的玻璃管，内表面的纵断面为具有一定曲率半径的圆弧面。

水准器的玻璃管内装有粘滞系数较小的液体，如酒精、乙醚及其混合体等,没有液体的部分通常叫作水准气泡。

玻璃管内表面纵断面的曲率半径与分度值之间存在着一定的关系,根据这一关系即可测出被测平面的倾斜度。

水平仪-仪器检验

　　水平仪的检验必须按照相应的标准进行。

检验室内的温度应为20±2℃,检验应在坚固无振动影响、并远离热源的条件下进行。

检验前,必须将水平仪的各部件擦洗干净,然后将水平仪置于检验室内金属平板上,同温时间不得少于3h。

水平仪

（1）外观检验：

　　对新出厂的水平仪,工作面应平整、光滑且不应有砂眼、气孔、碰伤、划痕、锈蚀等缺陷。

非工作面上不允许有脱漆、生锈和明显的缺陷。

水准器应清洁透明,其刻线应清晰、均匀,不应有脱色现象,刻线应与水准器轴线相垂直。

在水平仪非工作面上,应标有制造厂厂名、出厂编号和分度值。

（2）各部分相互作用：

　　主水准器安装应牢固，零位调节装置应保证使用方便、可靠。

气泡移动应平稳,不应有目力可见的跳动或停滞现象。

当室温为20℃时,，气泡长度应等于两条长刻度线之间的距离,其偏差对分度为0.02～0.05mm/m者不应超过±1格；对分度为0.06～0.10mm/m者不应超过±0.5格。

气泡的移动平稳性和气泡的长度,应在水平仪检定仪上进行检验。

（3）工作面的平面度：

　　水平仪工作面不允许有凸起现象，其平面度应符合表6—10—54的规定。

工作面长度150～200250～300，平面度偏差<0.003<0.005，对磨制和研磨的工作面,其平面度用尺寸不小于被检面长度的零级刀口尺,以光隙法进行检定,这一检定工作应在工作面的纵向、横向和对角线的方向的几个位置上进行。

以看到的最大间隙为该表面的平面度偏差。

在估计间隙大小时,可由量块组成的标准间隙进行比较。

　　对刮制工作面的平面度,用零级平板以涂色法进行检定。

在边长为25mm正方形面积内的斑点数,对于分度值为0.02～0.05mm/m的水平仪不应少于25点，对于分度值为0.06～0.10mm/m的水平仪不应少于20点,斑点分布应均匀。

　　V形工作面的直线度,用检定心轴以涂色法进行检定。

把涂有红铅粉的心轴放在V形面上转动,在V形面上看到的接触线,不允许有超过10mm的间断。

（4）水平仪的零位检验：

　　气泡对中间位置的偏移，不应超过分度值的1/4。

对于水平仪下工作面零位的检验可在零级平板上进行,也可以在水平仪检定仪上进行；对于水平仪的下V形工作面的零位检验，应在专用工具上进行；对于框式水平仪的上平面工作面，上V形工作面，侧平面工作面和侧V形工作面的零位，也应在专用工具上进行。

　　水平仪的零位稳定性，要求在检定下工作面零位合格后，相隔4h，再次对零位进行一次检定，其变化仍不得超过零位偏差的允许范围。

（5）水平仪分度值误差的检定：

　　应在水平仪检定仪上进行。

实测平均角值与公称角值之差，不应超过公称角值的10%。

分度值的不均匀性，不应超过分度值的20%。

即相邻读数差都在0.8～1.2格范围内。

水平仪分度值误差的检定,应在气泡的左右两个刻度上进行。

为消除水平仪检定仪微动螺钉死程的影响，微动螺钉应按一个方向旋转。

水平仪-检查调整

水平仪

　　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。

　　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。

　　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。

水平仪

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。

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，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。

水平仪-仪器测量

　　1、水平仪的两个V形测量面是测量精度的基准，在测量中不能与工作的粗糙面接触或摩擦。

安放时必须小心轻放，避免因测量面划伤而损坏水平仪和造成不应有的测量误差。

水平仪

2、用水平仪测量工件的垂直面时，不能握住与副侧面相对的部位，而用力向工件垂直平面推压，这样会因水平仪的受力变形，影响测量的准确性。

正确的测量方法是手握持副测面内侧，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。

　　3、使用水平仪时，要保证水平仪工作面和工件表面的清洁，以防止脏物影响测量的准确性。

测量水平面时，在同一个测量位置上，应将水平仪调过相反的方向再进行测量。

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。

　　4、当测量长度较大工件时，可将工件平均分若干尺寸段，用分段测量法，然后根据各段的测量读数，绘出误差坐标图，以确定其误差的最大格数。

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（200mm）。

依次记录刀架在每一测量长度位置时的水平仪读数。

将这些读数依次排列，用适当的比例画出导轨在垂直平面内的直线度误差曲线。

水平仪读数为纵坐标，