機床導(dǎo)軌精度對加工誤差的影響及其測量

趙磊 王超

（山西工程技術(shù)學(xué)院機械電子工程系，山西 陽泉045000）

機床在裝備制造業(yè)中具有舉足輕重的作用，素有“工作母機”之稱。隨著科技的發(fā)展和進步，高精機床的發(fā)展成為了機床行業(yè)的重點。導(dǎo)軌作為機床的主要組成部分之一，對機械加工品質(zhì)具有很大影響，故其幾何精度的測量具有重要意義。

1 機床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差分析

導(dǎo)軌作為各類機床的主要零部件之一，可以支承運動構(gòu)件并使其按規(guī)定方向運動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差會直接影響刀具的運動軌跡，最終導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。機床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差涉及導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度、前后導(dǎo)軌的扭曲度或平行度以及導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線之間的平行度等四個方面[1]。

機床導(dǎo)軌直線度誤差涉及水平面及垂直面兩個方向。與加工表面呈垂直的方向為原始誤差敏感方向。車床、磨床等機床導(dǎo)軌的直線度誤差在水平面內(nèi)是敏感方向，其誤差對被加工零件的尺寸及形狀精度影響比較大，但垂直面作為誤差非敏感方向?qū)ζ溆绊懞苄。士珊雎?。平磨機、銑床、刨床等機床導(dǎo)軌的誤差敏感方向為垂直面，故其垂直面內(nèi)的直線度誤差對被加工零件的尺寸及形狀精度影響比較大。機床前后導(dǎo)軌的扭曲度（平行度）可分解為水平方向和垂直方向兩個分量。前后導(dǎo)軌的不平行會導(dǎo)致機床加工過程刀具與被加工零件之間的位置發(fā)生水平和垂直方向的偏移，使被加工零件的半徑產(chǎn)生誤差。導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線之間的平行度亦會影響被加工零件的形位誤差，如鏜床可能會鏜出橢圓形孔。

2 導(dǎo)軌精度對機床加工精度的影響

機械加工精度指的是被加工工件經(jīng)加工后獲得的實際形狀、尺寸及位置參數(shù)與圖紙所示理想?yún)?shù)之間的符合度[2]，所以機床的加工精度涉及形狀、位置精度以及尺寸精度。導(dǎo)軌是各類機床的重要組成部分，機床導(dǎo)軌面更是機床幾何及加工精度的測量基準(zhǔn)面。刀具軌跡與導(dǎo)軌方向有關(guān)，導(dǎo)軌誤差會直接影響到刀具的運動精度。在空載或者工作過程中承受切削載荷時，導(dǎo)軌基準(zhǔn)面需具有足夠的精度保持性，才能使刀具按指定軌跡平穩(wěn)運行。隨著高精度機床的發(fā)展，對導(dǎo)軌提出了更高的要求，導(dǎo)軌應(yīng)使機床各運動部件能夠精確、平穩(wěn)、均勻地運動，保證被加工零件可以獲得理想的幾何、形位公差及表面粗糙度值。在機床工作過程中，導(dǎo)軌還會承受刀具、刀架等運動零部件的載荷，當(dāng)運動部件作用于導(dǎo)軌表面時，其表面摩擦性能及制造質(zhì)量會直接影響部件的運動性能，故需保證機床導(dǎo)軌面具有足夠的精度以滿足相關(guān)要求，否則會使機床的運動部件無法進行平穩(wěn)的運動和精確的定位而影響機件的加工精度。

機件的加工誤差與機床導(dǎo)軌精度相關(guān)。要使被加工零件滿足精度要求，必須從根源上解決問題，即確保機床導(dǎo)軌本身滿足精度要求。在使用過程中，機床導(dǎo)軌會因為各種原因使其精度受到影響，因此為了減少導(dǎo)軌誤差對機件加工質(zhì)量和精度的影響，應(yīng)經(jīng)常對機床導(dǎo)軌進行檢查和保養(yǎng)。

3 機床導(dǎo)軌精度的常用測量方法

測量機床導(dǎo)軌精度常用的方法包括研點法、水平儀檢測法和激光干涉儀檢測法等，可用于測量導(dǎo)軌在水平面、垂直面內(nèi)的直線度及平行度等，以保證被加工零件的精度滿足工藝要求。

3.1 研點測量法

采用刮研法修復(fù)機床導(dǎo)軌直線度誤差時，大多采用研點法進行測量[3]。由于超過2 米的平尺制造困難且容易產(chǎn)生形變，會影響導(dǎo)軌的測量精度，故此方法適用于長度較短的導(dǎo)軌。測量時，首先將紅丹油均勻涂于導(dǎo)軌表面，然后對平尺施加適當(dāng)壓力并放置于導(dǎo)軌表面做短距往復(fù)運動，最后取下平尺觀察研點是否分布均勻。若導(dǎo)軌全長范圍內(nèi)研點分布均勻則表示導(dǎo)軌直線度滿足要求。研點法缺點是無法讀出導(dǎo)軌直線度誤差具體數(shù)值，故用水平儀檢測時不用研點法做最后測量。

3.2 水平儀檢測法

使用水平儀測量導(dǎo)軌精度操作比較簡單，其測量精度高而且成本較低。但水平儀測量法受溫度影響較大且數(shù)據(jù)采集及整理較難，此方法主要適用于測量長度較短的導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差。以框式水平儀為例，測量之前首先要根據(jù)精度要求選擇合適的水平儀以及合適步距的橋架。調(diào)零水平儀后將其并放置在選好的橋架上，將橋架放置在導(dǎo)軌上分段連續(xù)測量。然后分別記錄各段的水平儀氣泡讀數(shù)并做數(shù)據(jù)換算處理。最后根據(jù)各測量點的讀數(shù)做出曲線圖，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得出導(dǎo)軌直線度誤差。

3.3 激光干涉儀檢測法

除了傳統(tǒng)的測量方法外，機床導(dǎo)軌精度還可以使用激光干涉儀進行檢測，此方法常用于精度要求較高的導(dǎo)軌幾何精度的檢測。激光干涉儀主要分單頻干涉儀和雙頻干涉儀兩種類型。將激光干涉儀結(jié)合于各種不同的光學(xué)鏡組即可實現(xiàn)各項目的高精度檢測。此外，激光干涉儀還具有檢測速度快，檢測范圍大等優(yōu)點。激光干涉儀檢測法應(yīng)用光波干涉的原理進行測量，通過檢測光路與鏡組之間的橫向位移，可得到被測導(dǎo)軌與激光光路參考線的誤差值。

4 結(jié)論

綜上所述，機床導(dǎo)軌誤差會影響機床加工精度，最終導(dǎo)致工件的精度無法滿足工藝要求。導(dǎo)軌精度需要在水平面及垂直面內(nèi)的直線度、前后導(dǎo)軌的扭曲度以及主軸軸線和導(dǎo)軌之間的平行度等方面滿足精度要求。本文提出的幾種常用的導(dǎo)軌精度測量方法對可機床導(dǎo)軌精度進行實時監(jiān)測，對機械加工質(zhì)量的保證及被加工零件精度水平的提升具有重要意義。