機床導軌精度對加工誤差的影響及其測量

趙磊 王超

（山西工程技術學院機械電子工程系，山西 陽泉045000）

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

1 機床導軌導向誤差分析

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

機床導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、磨床等機床導軌的直線度誤差在水平面內是敏感方向，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對其影響很小，故可忽略。平磨機、銑床、刨床等機床導軌的誤差敏感方向為垂直面，故其垂直面內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。前后導軌的不平行會導致機床加工過程刀具與被加工零件之間的位置發生水平和垂直方向的偏移，使被加工零件的半徑產生誤差。導軌與主軸回轉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加工后獲得的實際形狀、尺寸及位置參數與圖紙所示理想參數之間的符合度[2]，所以機床的加工精度涉及形狀、位置精度以及尺寸精度。導軌是各類機床的重要組成部分，機床導軌面更是機床幾何及加工精度的測量基準面。刀具軌跡與導軌方向有關，導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，導軌基準面需具有足夠的精度保持性，才能使刀具按指定軌跡平穩運行。隨著高精度機床的發展，對導軌提出了更高的要求，導軌應使機床各運動部件能夠精確、平穩、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，導軌還會承受刀具、刀架等運動零部件的載荷，當運動部件作用于導軌表面時，其表面摩擦性能及制造質量會直接影響部件的運動性能，故需保證機床導軌面具有足夠的精度以滿足相關要求，否則會使機床的運動部件無法進行平穩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軌精度相關。要使被加工零件滿足精度要求，必須從根源上解決問題，即確保機床導軌本身滿足精度要求。在使用過程中，機床導軌會因為各種原因使其精度受到影響，因此為了減少導軌誤差對機件加工質量和精度的影響，應經常對機床導軌進行檢查和保養。

3 機床導軌精度的常用測量方法

測量機床導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，可用于測量導軌在水平面、垂直面內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

采用刮研法修復機床導軌直線度誤差時，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生形變，會影響導軌的測量精度，故此方法適用于長度較短的導軌。測量時，首先將紅丹油均勻涂于導軌表面，然后對平尺施加適當壓力并放置于導軌表面做短距往復運動，最后取下平尺觀察研點是否分布均勻。若導軌全長范圍內研點分布均勻則表示導軌直線度滿足要求。研點法缺點是無法讀出導軌直線度誤差具體數值，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據采集及整理較難，此方法主要適用于測量長度較短的導軌在垂直面內的直線度誤差。以框式水平儀為例，測量之前首先要根據精度要求選擇合適的水平儀以及合適步距的橋架。調零水平儀后將其并放置在選好的橋架上，將橋架放置在導軌上分段連續測量。然后分別記錄各段的水平儀氣泡讀數并做數據換算處理。最后根據各測量點的讀數做出曲線圖，經數據處理得出導軌直線度誤差。

3.3 激光干涉儀檢測法

除了傳統的測量方法外，機床導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。將激光干涉儀結合于各種不同的光學鏡組即可實現各項目的高精度檢測。此外，激光干涉儀還具有檢測速度快，檢測范圍大等優點。激光干涉儀檢測法應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，可得到被測導軌與激光光路參考線的誤差值。

4 結論

綜上所述，機床導軌誤差會影響機床加工精度，最終導致工件的精度無法滿足工藝要求。導軌精度需要在水平面及垂直面內的直線度、前后導軌的扭曲度以及主軸軸線和導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軌精度測量方法對可機床導軌精度進行實時監測，對機械加工質量的保證及被加工零件精度水平的提升具有重要意義。