戈娟，張偉，賀鳳寶

(大連工業(yè)大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼寧大連 116034)

隨著機械加工業(yè)的快速發(fā)展，對與之配套的測量設(shè)備也提出了更為嚴(yán)格的要求。衡量一臺精密測量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)之一就是設(shè)備的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌精度是一項復(fù)合精度，除本身精度外，還與基礎(chǔ)件的變形以及使用磨損有關(guān)。產(chǎn)品制造時，理論上要達(dá)到幾何誤差與變形誤差之差為0。導(dǎo)軌直線度是衡量導(dǎo)軌精度的一個重要指標(biāo)。導(dǎo)軌直線度誤差包括:導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差;導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差，一般的導(dǎo)軌直線度誤差都是看成以上兩種誤差的合成［1］。國內(nèi)外一般有如下幾種測量方法:橫向調(diào)制偏振光測量導(dǎo)軌直線度［1］、EST法測量機床導(dǎo)軌直線度［2］、基于激光剪切干涉的長導(dǎo)軌直線度［3－4］、水平儀測量法［4］、準(zhǔn)直儀測量法［4］。

基于某公司的刀具測量儀［5－6］，在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上檢測滑臺的直線度，并采用機械裝置進行調(diào)整，進而提高設(shè)備的測量精度。

1 實驗平臺

選取HIWIN的導(dǎo)軌型號為SSR 15XV 2型、精度為高級，垂直面內(nèi)的平行度為20 μm，北京北光的滑臺，搭建實驗平臺——刀具幾何參數(shù)測量系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 刀具幾何參數(shù)測量儀系統(tǒng)構(gòu)成框圖

該儀器采用三維工作臺的目的是帶動光學(xué)變倍鏡頭和CCD攝像機移動，從而完成圖像聚焦，使被測物體的輪廓形狀清晰地顯示在屏幕上;并通過三維工作臺的移動完成圖像被測點的坐標(biāo)采集，從而測量工件的線性長度。

2 導(dǎo)軌直線度的檢測

2.1 檢測導(dǎo)軌直線度的方法

以00級大理石為基準(zhǔn)面，將工作臺按照圖紙要求固定在大理石上，用打表的方法在00級大理石方箱進行找正，如圖2所示。

圖2 檢測導(dǎo)軌直線度

依據(jù)表頭指針的的讀數(shù)，導(dǎo)軌在豎直面內(nèi)直線度較好，偏差僅有5 μm，但在水平面內(nèi)有來回擺動的趨勢。相比較而言，誤差在水平面比較敏感。試驗中導(dǎo)軌從一極限位置開始，運動140 mm，導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的運動軌跡如表1和圖3所示。

該測量儀是依據(jù)鏡頭捕捉被測工作的位置，由光柵尺讀取所測工件的長度。導(dǎo)軌在移動過程中呈現(xiàn)往復(fù)擺動，進而使固定在移動滑臺上的鏡頭往復(fù)擺動，會造成所測結(jié)果偏大或偏小。試驗中選取長度為80 mm的標(biāo)準(zhǔn)量塊，在不同位置測量誤差相差一百多微米。

表1 導(dǎo)軌運動軌跡

圖3 導(dǎo)軌運動軌跡圖

2.2 導(dǎo)軌的3種運動軌跡及誤差

根據(jù)所測長度的不同，鏡頭起始位置可能出現(xiàn)在不同的范圍內(nèi)。經(jīng)過反復(fù)實驗，得出導(dǎo)軌有3種運動趨勢，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)軌運動趨勢

導(dǎo)軌運動趨勢如圖4(a)所示時，光柵尺裝在導(dǎo)軌的右側(cè)時，測量誤差為

α1、α2都很小，tanα1、tanα2可近似等于 α1、α2。在這種情況下，測量誤差偏大或偏小由α1、α2的大小決定，當(dāng) α1?α2時，Δ1?0、Δ2?0，此時測量的實際值比真實值偏小;當(dāng) α1?α2時，Δ1?0、Δ2?0，此時測量的實際值比真實值偏大。

導(dǎo)軌運動趨勢如圖4(b)時，光柵尺裝在導(dǎo)軌的右側(cè)時，測量誤差為

α1、α2都很小，tanα1、tanα2可近似等于 α1、α2。在這種情況下，測量值始終比真實值要小，而且隨著位置的不同，α1、α2大小也不同，誤差值也是變化的，呈現(xiàn)無規(guī)律性。

導(dǎo)軌運動趨勢如圖4(c)時，光柵尺裝在導(dǎo)軌的右側(cè)時，測量誤差為

α1、α2都很小，tanα1、tanα2可近似等于 α1、α2。在這種情況下，測量值始終比真實值要大，而且隨著位置的不同，α1、α2大小也不同，誤差值也是變化的，呈現(xiàn)無規(guī)律性。

3 調(diào)整導(dǎo)軌直線度

以上3種結(jié)果正好證實了測量值在不同位置測量誤差偏大或偏小這一現(xiàn)象。為此，設(shè)計了一套簡易的機械裝置針對導(dǎo)軌進行調(diào)整，以其中一只導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，來調(diào)節(jié)另外一只導(dǎo)軌。試驗中做好兩只薄鋼板來固定導(dǎo)軌，其中一端用調(diào)緊螺釘來進行調(diào)節(jié)，如圖5所示。

圖5 調(diào)整導(dǎo)軌直線度

調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上的螺釘，使導(dǎo)軌的直線度在5 μm內(nèi)。試驗中選取長度為80 mm的量塊，連續(xù)測量5次，最大誤差為9 μm。利用此方法，可以大大減小導(dǎo)軌回來擺動的趨勢，進而測量精度可以大大提高。

4 結(jié)論

通過分析導(dǎo)軌的運動軌跡，找出了在不同位置下測量誤差無規(guī)律性的主要原因，并推算出誤差公式。測量誤差的大小與導(dǎo)軌的擺角和被測工件到導(dǎo)軌中心的距離成正比。

試驗中采用固定板對導(dǎo)軌進行固定，其中一邊用帶有調(diào)緊螺釘?shù)幕顒影暹M行調(diào)整，進而對導(dǎo)軌進行找正。實驗表明:通過調(diào)整導(dǎo)軌，測量誤差可由之前的一百多微米減小到10微米以內(nèi)，大大提高了測量精度。

【1】朱凌建，李照鎖，劉君華，等.橫向調(diào)制偏振光測量導(dǎo)軌直線度［J］.光學(xué)學(xué)報，2009，24(4):955 －959.

【2】張軍峰，王燕燕.EST法測量機床導(dǎo)軌直線度誤差分析［J］.機床與液壓，2010，38(3):46 －49.

【3】王文丹，趙美蓉，付魯華，等.基于激光剪切干涉的長導(dǎo)軌直線度測量系統(tǒng)設(shè)計［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2009，28(12):77－79.

【4】黃天喜，嚴(yán)禎，曾韜.幾種測量機床導(dǎo)軌直線度誤差的方法［J］.機械工程與自動化，2008(2):186－188.

【5】陳應(yīng)州.非接觸式刀具幾何參數(shù)測量系統(tǒng)研究［D］.大連:大連輕工業(yè)學(xué)院，2004.

【6】趙耀.DJCLY92B刀具幾何參數(shù)測量儀誤差分析與精度補償［D］.大連:大連工業(yè)大學(xué)，2010.