車磨一體復(fù)合機(jī)床導(dǎo)軌裝配精度測量

于海蓮，劉龍斌，徐沖

(中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

機(jī)床導(dǎo)軌是確定機(jī)床中主要部件相對位置的基準(zhǔn)，同時(shí)也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，其誤差與被加工工件的加工精度有著直接的關(guān)系。機(jī)床導(dǎo)軌的裝配是整個(gè)機(jī)床制造的關(guān)鍵工作，裝配過程中必須要保證各個(gè)零部件達(dá)到規(guī)定的形位精度，才能保證機(jī)床最終的設(shè)計(jì)精度要求［1］。導(dǎo)軌的裝配過程就是測量與修研、調(diào)整的過程，從而保證各零部件最終的尺寸、形狀和位置關(guān)系［2］。

1 導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)及精度要求

車磨一體復(fù)合機(jī)床的導(dǎo)軌及主軸結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。車磨一體復(fù)合機(jī)床的車刀導(dǎo)軌和磨刀導(dǎo)軌是兩副獨(dú)立的恒壓外C 結(jié)構(gòu)靜壓導(dǎo)軌，兩副導(dǎo)軌的幾何尺寸及精度要求均相同。液體靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)布局如圖2 所示。

圖1 車磨一體復(fù)合機(jī)床的導(dǎo)軌及主軸結(jié)構(gòu)布局

圖2 液體靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)布局

機(jī)床可以通過一次定位，完成車削工藝及磨削工藝，可以在減小定位誤差的同時(shí)提高效率。該機(jī)床的各項(xiàng)精度要求較高，因此對導(dǎo)軌的各項(xiàng)精度要求也較高。機(jī)床導(dǎo)軌精度的主要項(xiàng)目為:單副導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)直線度、兩副導(dǎo)軌與主軸的平行度。

由圖1 可以看出:X 方向?yàn)榍邢鞯拿舾蟹较?，即在單副?dǎo)軌沿Z 方向運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)軌在X 方向產(chǎn)生的誤差會(huì)直接傳遞到工件。X 方向的誤差主要體現(xiàn)在單副導(dǎo)軌在XZ 水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度及兩副導(dǎo)軌和主軸在XZ 水平面內(nèi)的平行度。Y 方向?yàn)榍邢鞯拇蚊舾蟹较?，即在單副?dǎo)軌沿Z 方向運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)軌在Y 方向產(chǎn)生的誤差會(huì)一定程度地傳遞到工件。Y方向的誤差主要體現(xiàn)在單副導(dǎo)軌在YZ 垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度及兩副導(dǎo)軌和主軸在YZ 垂直平面內(nèi)的平行度。機(jī)床導(dǎo)軌的精度要求見表1。

表1 車磨一體機(jī)裝配調(diào)試精度要求

2 單副導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)直線度測量

導(dǎo)軌在XZ 水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度是為控制工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中的左右彎曲，其誤差會(huì)直接影響所加工工件的幾何精度，其影響程度遠(yuǎn)超過在YZ 垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差［3］。單副導(dǎo)軌在YZ 垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度是工作臺(tái)在沿Z 方向運(yùn)動(dòng)過程中的高低起伏，理想的精度是保持工作臺(tái)臺(tái)面始終與主軸的軸心線平行，否則也將一定程度上影響到車削(或磨削)時(shí)的背吃刀量［4］。

單副導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)直線度測量采用節(jié)距測量法，每300 mm 為一個(gè)測量段。使用的測量儀器為300 mm 平晶及TT80 電感測微儀，其中平晶的直線度為0.1 μm/300 mm，TT80 電感測微儀的精度為0.07 μm，均可以滿足測量要求。直線度誤差是相對于測量基準(zhǔn)(理想直線)而確定的［5］。圖3 為單副導(dǎo)軌在XZ 水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度測量示意圖，這里平晶側(cè)面上的直線即是測量基準(zhǔn)。

圖3 單副導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度測量示意圖

測量步驟如下:(1)移動(dòng)工作臺(tái)至導(dǎo)軌一端，按圖3 放置平晶及TT80 電感測微儀觸頭，調(diào)節(jié)電感測微儀觸頭與平晶適當(dāng)接觸;(2)移動(dòng)工作臺(tái)，電感測微儀觸頭至平晶另一端，微調(diào)平晶與導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的距離，使電感測微儀示值在平晶兩端處相同;(3)緩慢移動(dòng)工作臺(tái)從平晶一端至另一端，記錄電感測微儀示值最大及最小時(shí)的位置Z 及相對坐標(biāo)值Xi(平晶上某位置的測量示值與平晶兩端的測量示值之差);(4)移動(dòng)平晶在導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向上的位置，重復(fù)前3 步;(5)利用作圖法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［6－7］，如圖4所示，得到導(dǎo)軌在XZ 水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差為Xmax－Xmin。

圖4 作圖法求導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)直線度

3 兩副導(dǎo)軌和主軸的平行度測量

對于車磨一體復(fù)合機(jī)床，兩副導(dǎo)軌在XZ 水平面內(nèi)的平行度誤差將直接影響軸類零件的圓柱度［8］。按照加工工藝的原則，應(yīng)以主軸為基準(zhǔn)分別調(diào)整車刀導(dǎo)軌、磨刀導(dǎo)軌與它的平行度。由于相關(guān)零部件的加工進(jìn)度關(guān)系，主軸部件安排在最后裝配，因此文中先測量并調(diào)整兩副導(dǎo)軌的平行度至滿足要求，再調(diào)整主軸與其中一副導(dǎo)軌的平行度滿足要求。

兩副導(dǎo)軌在XZ 水平面和YZ 垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)平行度測量均采用300 mm 平晶及TT80 電感測微儀，測量方法相似。對于水平平面內(nèi)的平行度測量，以平晶的一個(gè)側(cè)工作面為基準(zhǔn)，采用節(jié)距測量法，步驟如下:(1)如圖5 所示放置平晶、表架及兩根電感測微儀觸頭;調(diào)整平晶水平位置，使其中一個(gè)電感測微儀觸頭在平晶兩端的示值相同;(2)調(diào)節(jié)兩根電感測微儀觸頭位置，保證兩者在垂直方向上的一條線上，且盡量接近但不干涉;(3)設(shè)置電感測微儀面板顯示為兩根觸頭示值之差;(4)同時(shí)移動(dòng)兩副導(dǎo)軌，盡量保證兩者同步移動(dòng)，記錄電感測微儀示值最大及最小時(shí)的位置Z 及相對坐標(biāo)值(平晶上某位置的測量示值與平晶兩端的測量示值之差);(5)移動(dòng)平晶在導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向上的位置，重復(fù)前4 步;(6)利用作圖法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到兩副導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)在水平平面內(nèi)的平行度誤差

圖5 兩副導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)平行度測量示意圖

主軸與單副導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的平行度測量采用長檢驗(yàn)棒及TT80 電感測微儀。測量方法:(1)如圖6 所示，放置表架于導(dǎo)軌的一端，調(diào)整電感測微儀觸頭于適當(dāng)位置;(2)緩慢移動(dòng)導(dǎo)軌，記錄電感測微儀示值的最大值與最小值，兩者之差即為主軸與單副導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)平行度誤差。

圖6 單副導(dǎo)軌與主軸在水平平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)平行度測量示意圖

4 結(jié)論

由此可以看出:床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、在垂直面內(nèi)的直線度及導(dǎo)軌與主軸的平行度誤差，將會(huì)直接影響機(jī)床最終的加工精度。在裝配過程中，要經(jīng)過多次的測量、分析才能保證床身導(dǎo)軌的精度。按照以上方法，對車磨一體機(jī)的導(dǎo)軌及主軸進(jìn)行測量與調(diào)試，最終結(jié)果可以達(dá)到要求的精度指標(biāo)。

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