直線導(dǎo)軌安裝底座幾種尺寸標(biāo)注方法的比較與分析

郎 平 ，周啟舟

(北京中電科電子裝備有限公司，北京 100176)

直線導(dǎo)軌由于具有運動靈敏度高、低速運動平穩(wěn)性好、定位精度高、精度保持性好、磨損小、壽命長等特點[1]廣泛被應(yīng)用于各類精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床等設(shè)備，尤其是在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。直線導(dǎo)軌能否發(fā)揮其特性，與其安裝底座的加工質(zhì)量有非常大的關(guān)系，而零件的加工質(zhì)量與零件中關(guān)鍵尺寸的標(biāo)注方法也有非常大的關(guān)系，本文對直線導(dǎo)軌安裝底座中幾個關(guān)鍵尺寸的幾種常見的尺寸標(biāo)注方法進(jìn)行了總結(jié)，對各種標(biāo)注方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比和分析，這些對廣大機(jī)械設(shè)計人員有一定的參考意義。

1 直線導(dǎo)軌安裝底座結(jié)構(gòu)簡圖

常見的直線導(dǎo)軌安裝底座結(jié)構(gòu)如圖1所示。直線導(dǎo)軌通常是成對使用，每根導(dǎo)軌的底面放置在導(dǎo)軌安裝底座的A面和B面上，每根導(dǎo)軌的側(cè)向基準(zhǔn)面靠緊在導(dǎo)軌安裝底座的側(cè)向定位面C面和D面上，通過螺釘將直線導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌安裝底座上。A面、B面、C面和D面通常通過磨削加工，以保證各平面的平面度以及相關(guān)平面的平行度要求。為了保證直線導(dǎo)軌可靠的安裝，導(dǎo)軌安裝底座相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸必須滿足的要求：（1）尺寸d1必須滿足尺寸公差控制在±0.1mm以內(nèi)。由于尺寸d1直接決定了兩根直線導(dǎo)軌的位置，如果尺寸公差過大，則在導(dǎo)軌滑塊上進(jìn)行連接的零件就有可能因誤差的累積而無法安裝；（2）尺寸d2和d3尺寸公差控制在±0.1mm以內(nèi)。由于導(dǎo)軌在安裝時其側(cè)向的基準(zhǔn)面必須緊靠在平面C和D上，來保證兩根導(dǎo)軌的平行性，同時也能保證導(dǎo)軌的安裝更加可靠，并且可以承受一定的側(cè)向載荷。雖然直線導(dǎo)軌上的螺釘安裝孔與安裝螺釘之間會有一定的間隙，但綜合考慮導(dǎo)軌座上螺紋孔在長度方向誤差以及C面和D面平行度的影響，一般將d2和d3尺寸公差控制在±0.1mm以內(nèi)，否則導(dǎo)軌可能由于螺紋孔距離C面和D面太遠(yuǎn)而無法緊密地貼合在C面和D面上，或者由于螺紋孔距離C面和D面太近而無法安裝。

圖1 常見的直線導(dǎo)軌安裝底座結(jié)構(gòu)

2 幾種尺寸標(biāo)注方法的分析與比較

下面我們對導(dǎo)軌安裝底座中幾個關(guān)鍵尺寸的幾種常見尺寸標(biāo)注方法進(jìn)行分析，對各種尺寸標(biāo)注方法的優(yōu)缺點進(jìn)行比較。

（1）第一種常見尺寸標(biāo)注方法如圖2所示。這種標(biāo)注方法直接標(biāo)注出了導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的尺寸d1±0.1mm和兩螺釘孔分別到導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的尺寸d2±0.1和d3±0.1。這種標(biāo)注方法的優(yōu)點是：設(shè)計基準(zhǔn)和加工時的測量基準(zhǔn)是一致的，因此比較容易保證設(shè)計要求；這種標(biāo)注方法的缺點是：由于d2尺寸和d3尺寸標(biāo)注的是螺紋孔與導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離，因此在進(jìn)行螺紋孔加工時需要兩次對刀，并且每加工一個零件都需要重新對刀，這會大大增加零件加工時的對刀調(diào)整時間和加工者工作強(qiáng)度，勞動生產(chǎn)率比較低，同時對加工者的技術(shù)水平也有一定的要求，因此只能適用于加工數(shù)量比較少的零件。

圖2 第一種常見尺寸標(biāo)注方法

（2）第二種常見的尺寸標(biāo)注方法如圖3所示，這種標(biāo)注方法標(biāo)注出了兩螺紋孔的中心距B1、一端螺紋孔與導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離B2和導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離B3。由于另一端螺紋孔到導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面的尺寸公差是由這些尺寸間接保證，因此需要對這些尺寸進(jìn)行尺寸鏈計算，合理分配尺寸公差，以保證其與側(cè)向定位面的距離（B0）公差控制在±0.1mm，尺寸鏈如圖4所示。由尺寸鏈方面的知識[2，3]可知：加工過程中最后自然形成的一環(huán)為封閉環(huán)，因此另一端螺紋孔到導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面的尺寸及為本尺寸鏈的封閉環(huán)B0。封閉環(huán)公差等于所有組成環(huán)公差之和（如公式（1）所示），首先可以先計算各組成環(huán)的平均公差（公式（2））：

其中 T0為封閉環(huán)公差，Ti為組成環(huán)公差，m為組成環(huán)數(shù)量

Tav，L為平均公差

Δ為中間偏差ES為上偏差 EI為下偏差：

Δ0為封閉環(huán)中間偏差 Δi為增環(huán)中間偏差 Δj為減環(huán)中間偏差

T為尺寸公差

各尺寸的中間偏差為：Δ1=0.025，Δ3=-0.025，Δ0=0，根據(jù)公式（4）可得到：

這種尺寸標(biāo)注方法與第一種尺寸標(biāo)注方法相比其優(yōu)點是在進(jìn)行螺紋孔加工時一次對刀就可以將兩端螺紋孔加工出來，而且可以保證各尺寸公差都在要求的范圍內(nèi)，因此可以減少零件加工時的對刀調(diào)整時間，降低操作者的勞動強(qiáng)度；這種標(biāo)注方法的缺點也是每加工一個零件就需要進(jìn)行一次對刀過程，同時各組成環(huán)的尺寸公差精度比第一種標(biāo)注方法要求高，因此這種標(biāo)注方法適合小批量生產(chǎn)的零件。

圖3 第二種常見的尺寸標(biāo)注方法

圖4 尺寸鏈

（3）第三種尺寸標(biāo)注方法如圖5所示。這種標(biāo)注方法標(biāo)注出了兩螺紋孔的中心距C1、導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離C2和兩螺紋孔中心和導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面中心之間的對稱度C3。這種標(biāo)注方法只能直接控制導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離C2的公差在要求的公差范圍內(nèi)，而兩側(cè)螺紋孔到導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離是間接保證的，因此需要對這些尺寸進(jìn)行尺寸鏈計算，合理分配尺寸公差，以保證兩端螺紋孔與導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面的距離公差控制在±0.1mm，尺寸鏈如圖6所示。左側(cè)螺紋孔到導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離為D0，D3為兩螺紋孔中心和底座兩側(cè)向定位面中心之間的對稱度公差對尺寸鏈的影響（基本尺寸為0，尺寸公差為±C3/2），D1和D2為兩螺紋孔的中心距C1、導(dǎo)軌安裝底座兩側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離C2的一半。根據(jù)公式（2）、（3）可以先計算出各組成環(huán)的平均公差：

各尺寸的中間偏差為：Δ1=0.0125，Δ3=-0，Δ0=0，根據(jù)公式（4）可得到：

使用這種標(biāo)注方法的優(yōu)點是圖紙比較簡潔，同時在加工螺紋孔時只要一次對刀就可以將兩端螺紋孔加工出來，可以減少零件加工時的對刀調(diào)整時間，但每加工一個零件都得重新對刀一次，因此也只能適合于小批量的生產(chǎn)，同時對加工者的技術(shù)水平要求也比較高。

圖5 第三種尺寸標(biāo)注方法

圖6 尺寸鏈

（4）第四種尺寸標(biāo)注方法如圖7所示。這種標(biāo)注方法以導(dǎo)軌安裝底座上的A面為尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)，標(biāo)注出了導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面到A面的距離E1、兩導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離E2、左端螺紋孔到A面的距離E3和兩螺紋孔的中心距E4。在這種標(biāo)注方法標(biāo)注下，兩導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的尺寸公差可直接由尺寸E2保證，但左端和右端螺紋孔到兩導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面之間的距離是由這些尺寸間接保證，因此需要對這些尺寸進(jìn)行尺寸鏈計算，合理分配尺寸公差，以保證兩端螺紋孔與兩導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面的距離公差控制在±0.1mm，尺寸鏈如圖8所示，以右端螺紋孔到導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面的距離為封閉環(huán)E0進(jìn)行分析（因為此端的尺寸鏈比較長，因此只要此端滿足要求，則另一端必滿足要求）：E0的尺寸公差要控制在±0.1mm以內(nèi)，根據(jù)公式（2）、（3）可以先計算出各組成環(huán)的平均公差：

各尺寸的中間偏差為：Δ1=0.025，Δ2=-0.025，Δ4=0.025，Δ0=0，根據(jù)公式（4）可得到：

使用這種標(biāo)注方法的優(yōu)點是加工時只要以A面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位裝夾，只要一次將刀具位置調(diào)整好就可以將一批零件加工出來，因此適合于批量比較大的零件生產(chǎn)，同時對加工者的技術(shù)水平要求也不是特別高。這種標(biāo)注方法的缺點是由于組成環(huán)比較多，因此各組成環(huán)尺寸公差精度要求比較高，另外需要一些輔助的定位夾具來對底座進(jìn)行定位。

圖7 第四種尺寸標(biāo)注方法

圖8 尺寸鏈

3 結(jié) 論

本文對導(dǎo)軌安裝底座中的關(guān)鍵尺寸幾種常見的尺寸標(biāo)注方法進(jìn)行了比較和分析：第一種標(biāo)注方法由于設(shè)計基準(zhǔn)和加工時的測量基準(zhǔn)是一致的，所以不存在工藝尺寸換算問題，因此尺寸公差精度要求是最低的，比較容易保證設(shè)計要求；但在進(jìn)行兩端螺紋孔加工時需要分別兩次對刀，這會增加零件加工時的調(diào)整對刀時間和加工者的勞動強(qiáng)度，因此只能適用于件數(shù)比較少時的零件加工；第二種和第三種標(biāo)注方法由于部分螺紋孔和導(dǎo)軌安裝底座側(cè)向定位基準(zhǔn)面的尺寸是間接保證的，因此各組成環(huán)的尺寸公差比第一種要求要高，但只需要一次對刀就可以將兩端的螺紋孔都加工出來，因此零件加工時的調(diào)整對刀時間比第一種要少，因此適合小批量零件加工；第四種標(biāo)注方法以A面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位裝夾，加工時只要一次將刀具位置調(diào)整好就可以將一批零件加工出來，因此適合于批量比較大的零件生產(chǎn)，同時對加工者的技術(shù)水平要求也不是特別高。廣大機(jī)械設(shè)計工作者可根據(jù)所設(shè)計零件的加工數(shù)量，靈活的選用尺寸標(biāo)注方法。

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[1]THK Co.，Ltd.THK綜合商品目錄[Z].

[2]甘永立.幾何量公差與檢測[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[3]蔡光起，馬正元，孫鳳臣.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，1994.