机床底座的平面度实际上是怎样测量的

对比平尺、精密水平仪、自准直仪、激光和三坐标测量机在大型机加工表面上的应用，说明会使测量结果失效的支撑、温度和测点密度影响，以及如何写出可检验的要求。

平面度是机床底座图纸上被规定得最多、却被定义得最少的要求。“平面度 0.05”随处可见，而在大型表面上，这还算不上一项技术规范。

平面度的准确含义

平面度是恰好包容该表面的两个平行平面之间的距离。仅此而已。它不需要基准，也不涉及方向，一个表面可以完全平整，却相对于零件上的其他所有部分呈倾斜状态。

这一点很重要，因为工程师常常在本意是相对于安装面的平行度或相对于基准的垂直度时，却写成了平面度。那些是不同的控制要求，需要基准，测量方法也不同。在几何公差 (GD&T) (英文) 中把这一点写对，就能在争议开始之前消除大部分分歧。

各种方法及其适用场合

平尺和塞尺。 快速、便宜、粗略。适合快速检查和找出明显的高点。它沿一条线测量，而不是覆盖整个面积，因此无法给出一个表面真实的平面度值。

精密水平仪。 将高灵敏度水平仪按网格在表面上逐点移动，把角度读数累积成高度图。它是大型机床底座测量的主力方法，因为它不需要比仪器本身更大的参照物，并且可以就地测量。速度慢，而且以重力为参照，因此无法发现整体倾斜。

自准直仪。 一种光学仪器，读取安装在滑架上、沿表面移动的反射镜的角度。在长距离上非常精确，在机床测量中早已成熟应用，需要畅通的光路和稳定的安装。

激光干涉仪或激光跟踪仪。 在大面积上测量速度快，能生成高密度的测量图，一次安装即可处理复杂几何形状和多个面。价格昂贵，并非每家加工厂都有。跟踪仪能测出整个零件；干涉仪则在一条线上精度更高。

三坐标测量机。 零件放得进去时是理想之选，而对于机床底座，这往往意味着放不进去。如果有大行程的三坐标测量机，它是最干净利落的答案，能在一次操作中依据真实的基准体系给出平面度、平行度和垂直度。

检验平板和百分表。 小零件的基准测量方法。需要比零件更大的平板以及把零件放上去的手段，因此对于任何尺寸的底座都很少具备条件。

使测量失效的因素

这是引发争议的部分，而且没有一项是仪器误差。

支撑方式。 大型结构会在自重作用下于支撑点之间下垂。三点支撑时是一种形状；六点支撑时是另一种形状；灌浆固定在基础上时又是另一种。三者都是对不同条件的正确测量。除非图纸说明检验时零件如何支撑，否则这个数字无法复现。

温度。 钢和铸铁会随温度明显膨胀，放在昼夜温差十度的车间里的大型底座，早上和下午的尺寸并不相同。更糟的是，贯穿结构的温度梯度会使它弯曲。在零件因机加工仍然发热时进行测量，测到的是错误的形状。

稳定时间。 用行车吊放到支撑上的零件，需要时间稳定下来，读数才会一致。立即测量一次、几小时后再测一次，数字会有差别。

测点密度。 在同一个表面上，用九个点得出的平面度和用一百个点得出的平面度是不同的数字，因为测点越多，发现的偏差就越多。请写明测量网格。

清洁度。 在大型机加工面上，支脚下的一片切屑或边缘上的一个毛刺，都会产生与表面本身毫无关系的读数。

写出可达到、可检验的要求

请规定以下全部六项：

1. 哪个表面，明确标识，是每个垫块分别要求，还是把整个面作为一个面。
2. 数值以及长度范围。 300 mm 内 0.05 mm 和 2000 mm 内 0.05 mm 是完全不同的工作，价格也完全不同。
3. 测量方法，或约定可接受的方法清单。
4. 检验时的支撑条件。
5. 温度，或可接受的温度范围，以及是否需要恒温保持时间。
6. 测点网格或扫描密度。

六行说明。它们能把争执变成检验，也能让三家加工厂报出同一份工作的价格，而不是三份不同的工作。

如实评估机床的需要

收紧平面度要求的成本不是线性增长的。每米从 0.10 mm 提高到 0.05 mm，往往只是多精切一刀。从 0.05 mm 提高到 0.02 mm，则可能意味着换用不同的机床、增加一次装夹、使用恒温车间以及第二次去应力处理。

这个行业里最昂贵的图纸，就是因为没有人问过哪些表面真正重要，而对每个表面都套用了严格默认公差的图纸。安装在灌浆平板上的导轨，不需要计量框架那样的精度。确定哪些面是功能面，对这些面作出恰当的规定，其余的面按机加工原样即可。

常见问题

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