趙磊 王超

（山西工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械電子工程系，山西 陽(yáng)泉045000）

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

1 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差分析

導(dǎo)軌作為各類機(jī)床的主要零部件之一，可以支承運(yùn)動(dòng)構(gòu)件并使其按規(guī)定方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差會(huì)直接影響刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，最終導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。機(jī)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(gè)方面[1]。

機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差涉及水平面及垂直面兩個(gè)方向。與加工表面呈垂直的方向?yàn)樵颊`差敏感方向。車(chē)床、磨床等機(jī)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(duì)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?，故可忽略。平磨機(jī)、銑床、刨床等機(jī)床導(dǎo)軌的誤差敏感方向?yàn)榇怪泵?，故其垂直面?nèi)的直線度誤差對(duì)被加工零件的尺寸及形狀精度影響比較大。機(jī)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(gè)分量。前后導(dǎo)軌的不平行會(huì)導(dǎo)致機(jī)床加工過(guò)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(huì)影響被加工零件的形位誤差，如鏜床可能會(huì)鏜出橢圓形孔。

2 導(dǎo)軌精度對(duì)機(jī)床加工精度的影響

機(jī)械加工精度指的是被加工工件經(jīng)加工后獲得的實(shí)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(jī)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(jī)床的重要組成部分，機(jī)床導(dǎo)軌面更是機(jī)床幾何及加工精度的測(cè)量基準(zhǔn)面。刀具軌跡與導(dǎo)軌方向有關(guān)，導(dǎo)軌誤差會(huì)直接影響到刀具的運(yùn)動(dòng)精度。在空載或者工作過(guò)程中承受切削載荷時(shí)，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(yùn)行。隨著高精度機(jī)床的發(fā)展，對(duì)導(dǎo)軌提出了更高的要求，導(dǎo)軌應(yīng)使機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件能夠精確、平穩(wěn)、均勻地運(yùn)動(dòng)，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(jī)床工作過(guò)程中，導(dǎo)軌還會(huì)承受刀具、刀架等運(yùn)動(dòng)零部件的載荷，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件作用于導(dǎo)軌表面時(shí)，其表面摩擦性能及制造質(zhì)量會(huì)直接影響部件的運(yùn)動(dòng)性能，故需保證機(jī)床導(dǎo)軌面具有足夠的精度以滿足相關(guān)要求，否則會(huì)使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件無(wú)法進(jìn)行平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)和精確的定位而影響機(jī)件的加工精度。

機(jī)件的加工誤差與機(jī)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(wèn)題，即確保機(jī)床導(dǎo)軌本身滿足精度要求。在使用過(guò)程中，機(jī)床導(dǎo)軌會(huì)因?yàn)楦鞣N原因使其精度受到影響，因此為了減少導(dǎo)軌誤差對(duì)機(jī)件加工質(zhì)量和精度的影響，應(yīng)經(jīng)常對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。

3 機(jī)床導(dǎo)軌精度的常用測(cè)量方法

測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌精度常用的方法包括研點(diǎn)法、水平儀檢測(cè)法和激光干涉儀檢測(cè)法等，可用于測(cè)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(diǎn)測(cè)量法

采用刮研法修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差時(shí)，大多采用研點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量[3]。由于超過(guò)2 米的平尺制造困難且容易產(chǎn)生形變，會(huì)影響導(dǎo)軌的測(cè)量精度，故此方法適用于長(zhǎng)度較短的導(dǎo)軌。測(cè)量時(shí)，首先將紅丹油均勻涂于導(dǎo)軌表面，然后對(duì)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(yùn)動(dòng)，最后取下平尺觀察研點(diǎn)是否分布均勻。若導(dǎo)軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)研點(diǎn)分布均勻則表示導(dǎo)軌直線度滿足要求。研點(diǎn)法缺點(diǎn)是無(wú)法讀出導(dǎo)軌直線度誤差具體數(shù)值，故用水平儀檢測(cè)時(shí)不用研點(diǎn)法做最后測(cè)量。

3.2 水平儀檢測(cè)法

使用水平儀測(cè)量導(dǎo)軌精度操作比較簡(jiǎn)單，其測(cè)量精度高而且成本較低。但水平儀測(cè)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(cè)量長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)量點(diǎn)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(cè)法

除了傳統(tǒng)的測(cè)量方法外，機(jī)床導(dǎo)軌精度還可以使用激光干涉儀進(jìn)行檢測(cè)，此方法常用于精度要求較高的導(dǎo)軌幾何精度的檢測(cè)。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(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目的高精度檢測(cè)。此外，激光干涉儀還具有檢測(cè)速度快，檢測(cè)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。激光干涉儀檢測(cè)法應(yīng)用光波干涉的原理進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)檢測(cè)光路與鏡組之間的橫向位移，可得到被測(cè)導(dǎo)軌與激光光路參考線的誤差值。

4 結(jié)論

綜上所述，機(jī)床導(dǎo)軌誤差會(huì)影響機(jī)床加工精度，最終導(dǎo)致工件的精度無(wú)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(cè)量方法對(duì)可機(jī)床導(dǎo)軌精度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)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。