淺析機(jī)床幾何精度

任鵬飛

【摘要】了解機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)的內(nèi)容、原理、方法、誤差曲線的繪制。通過(guò)自準(zhǔn)直儀我們可測(cè)得導(dǎo)軌的實(shí)際形狀，被檢驗(yàn)機(jī)床的幾何精度狀況以及它和加工精度之間的關(guān)系。通過(guò)結(jié)論，徑向跳動(dòng)誤差的產(chǎn)生是滾動(dòng)軸承引起的。

【關(guān)鍵詞】自準(zhǔn)直儀；誤差曲線；徑向跳動(dòng)；檢驗(yàn)棒

引言

機(jī)床的幾何精度是指的是機(jī)床在不運(yùn)動(dòng)（如主軸不轉(zhuǎn)，工作臺(tái)不移動(dòng)）或運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)的精度。例如，床身導(dǎo)軌的直線度、工作臺(tái)面的平面度、主軸的回轉(zhuǎn)精度、刀架溜板移動(dòng)方向與主軸軸線的平行度等。在機(jī)床上加工的工件表面形狀，是由刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡決定的，而刀具和工件是由機(jī)床的執(zhí)行件直接帶動(dòng)的，所以機(jī)床的幾何精度是保證加工精度最基本的條件。

一、自準(zhǔn)直儀的測(cè)量原理

自準(zhǔn)直儀又稱自準(zhǔn)直測(cè)微平行光管，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。由光源發(fā)出的光線，通過(guò)十字分劃板成行為十字形光束，一部分光線由棱鏡的斜面直接反射到目鏡上，即目鏡視場(chǎng)中的基準(zhǔn)十字線；而另一部分光線則通過(guò)棱鏡的斜面射向物鏡；由于十字分劃板位于物鏡的焦面上，所以光線通過(guò)物鏡后，以平行光束投射到反射鏡上。反射鏡將這束光線再反射回目鏡中，因此在目鏡視場(chǎng)中還可觀察到一條十字線，謂之反射十字線或被測(cè)十字線，如果反射鏡與光軸垂直，則反射回的光線與物鏡射出的平行光線重合，在其焦面上所成之像（十字線），與前述基準(zhǔn)十字線重合，由于導(dǎo)軌在長(zhǎng)度方向上有直線誤差，造成微小的起伏，所以在各測(cè)點(diǎn)反射鏡與光軸傾斜，使反射十字線與基準(zhǔn)十字線不再重合。其傾斜角a可以通過(guò)測(cè)微螺絲移動(dòng)角度分劃板測(cè)得。

讀數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪，使角度分劃板的水平線（或垂直線）對(duì)準(zhǔn)反射十字從固定套管上讀出分值，從刻度套管上讀出秒值，此值即為所測(cè)之角度值。

測(cè)量時(shí)，將溜板移至導(dǎo)軌的一端，轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，讀出數(shù)值記作α0，在將溜板移動(dòng)一定距離，再讀數(shù)記作α1，依此類推，直至導(dǎo)軌全長(zhǎng)。角度分劃板水平移動(dòng)時(shí)，所測(cè)之值即為水平面內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。角度分劃板垂直移動(dòng)時(shí)，（水平面與垂直面轉(zhuǎn)換時(shí)，只需將目鏡部分旋轉(zhuǎn)90°），則測(cè)量的是垂直面的數(shù)據(jù)。

二、自準(zhǔn)直儀測(cè)量直線度

自準(zhǔn)直儀測(cè)量的是角度值，因此在做誤差曲線時(shí)還要換算成長(zhǎng)度值。L為溜板長(zhǎng)度，L為測(cè)量長(zhǎng)度，H為測(cè)量長(zhǎng)度上的高度差。所以有或由于△α一般很小，故考慮到作圖習(xí)慣和需要，將角度化為弧度，并使這樣一般為幾秒…幾十秒，故升差（或落差）的計(jì)算公式改寫為：

三、主軸徑向跳動(dòng)的測(cè)定

機(jī)床主軸的徑向跳動(dòng)是指主軸端的安裝基面（主軸錐孔及卡盤定心表面）的中心線在空載情況下主軸緩慢地旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程的徑向最大跳動(dòng)量。一般情況下旋轉(zhuǎn)軸線和軸端安裝基面中心線不僅不同心，而且也不平行，因此在沿軸向不同位置上的徑向跳動(dòng)是不同的。通常規(guī)定必須在軸向的兩個(gè)位置上來(lái)分別測(cè)定徑向跳動(dòng)，一個(gè)位置是靠近主軸軸端的一點(diǎn)A，稱為近軸點(diǎn)。另一位置是離A點(diǎn)一定距離（對(duì)于中型車床為300mm）的B點(diǎn)。

為了測(cè)定主軸的徑向跳動(dòng)，必須在主軸錐孔中插一根檢驗(yàn)棒，將千分表面定在機(jī)床上，千分表的觸頭頂在檢驗(yàn)棒的圓柱表面上。緩慢地旋轉(zhuǎn)主軸，分別在近軸點(diǎn)和遠(yuǎn)軸點(diǎn)讀千分表讀數(shù)，指針的擺動(dòng)量即為徑向跳動(dòng)。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，檢驗(yàn)棒本身的制造誤差必須小于測(cè)量誤差的1/3-1/5，同時(shí)在測(cè)量時(shí)設(shè)法消除它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，其方法是：將檢驗(yàn)棒緊密插入主軸錐孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)被檢驗(yàn)部件分別在A、B兩處檢驗(yàn)，并記下結(jié)果，然后取出檢驗(yàn)棒相對(duì)于主軸旋轉(zhuǎn)180°再插入重復(fù)檢驗(yàn)一遍A、B兩處分別計(jì)算，其兩次檢驗(yàn)讀數(shù)的代數(shù)和的一半即為徑向跳動(dòng)誤差。

四、機(jī)床溜板移動(dòng)對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)軸線平行度的測(cè)定

機(jī)床溜板移動(dòng)的軌跡和主軸旋轉(zhuǎn)軸線是兩條空間不相交的直線，它們之間的平行度必須分別在兩個(gè)互相垂直的投影面上進(jìn)行測(cè)量，一般取水平面和垂直面作為投影面，相應(yīng)的平行度稱為水平平面內(nèi)的平行度和垂直平面內(nèi)的平行度。

在主軸錐孔中插上檢驗(yàn)棒，將千分表固定在溜板上。測(cè)定在垂直面內(nèi)的平行度時(shí)，千分表觸頭頂在檢驗(yàn)棒的上母線上；測(cè)定在水平面內(nèi)的平行度時(shí)，千分表觸頭頂在檢驗(yàn)棒前側(cè)母線上。溜板從近軸點(diǎn)A移至遠(yuǎn)軸點(diǎn)B的過(guò)程中，千分表的最大擺動(dòng)量即為200毫米內(nèi)的差值，擺動(dòng)量為“正”表示軸線由近軸點(diǎn)到遠(yuǎn)軸點(diǎn)向上或向里傾斜，擺動(dòng)量為“負(fù)”表示向下或向內(nèi)傾斜。由于主軸錐孔和檢驗(yàn)棒都有徑向跳動(dòng)誤差，測(cè)量時(shí)必須設(shè)法消除其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因此，在一次測(cè)定后，還須將主軸連同檢驗(yàn)棒一起轉(zhuǎn)180°在同樣測(cè)定一次a、b兩項(xiàng)誤差分別按兩次測(cè)定誤差值的代數(shù)和的一半計(jì)算。

結(jié)論

所測(cè)的導(dǎo)軌的實(shí)際形狀對(duì)機(jī)床精度有決定性影響，它直接影響被加工零件的尺寸、形狀和位置誤差值，加工中出現(xiàn)錐體，凸凹不平曲線狀，在軸類零件上就會(huì)出現(xiàn)錐度，腰鼓形，凹鼓形，表面粗糙度變大，滾動(dòng)軸承的徑向跳動(dòng)誤差產(chǎn)生來(lái)自裝配，長(zhǎng)時(shí)間的磨損，本身的加工精度等因素決定的。