車磨一體復合機床導軌裝配精度測量

于海蓮，劉龍斌，徐沖

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

機床導軌是確定機床中主要部件相對位置的基準，同時也是運動的基準，其誤差與被加工工件的加工精度有著直接的關系。機床導軌的裝配是整個機床制造的關鍵工作，裝配過程中必須要保證各個零部件達到規定的形位精度，才能保證機床最終的設計精度要求［1］。導軌的裝配過程就是測量與修研、調整的過程，從而保證各零部件最終的尺寸、形狀和位置關系［2］。

1 導軌安裝結構及精度要求

車磨一體復合機床的導軌及主軸結構布局如圖1所示。車磨一體復合機床的車刀導軌和磨刀導軌是兩副獨立的恒壓外C 結構靜壓導軌，兩副導軌的幾何尺寸及精度要求均相同。液體靜壓導軌結構布局如圖2 所示。

圖1 車磨一體復合機床的導軌及主軸結構布局

圖2 液體靜壓導軌結構布局

機床可以通過一次定位，完成車削工藝及磨削工藝，可以在減小定位誤差的同時提高效率。該機床的各項精度要求較高，因此對導軌的各項精度要求也較高。機床導軌精度的主要項目為:單副導軌的運動直線度、兩副導軌與主軸的平行度。

由圖1 可以看出:X 方向為切削的敏感方向，即在單副導軌沿Z 方向運動過程中，導軌在X 方向產生的誤差會直接傳遞到工件。X 方向的誤差主要體現在單副導軌在XZ 水平面內的運動直線度及兩副導軌和主軸在XZ 水平面內的平行度。Y 方向為切削的次敏感方向，即在單副導軌沿Z 方向運動過程中，導軌在Y 方向產生的誤差會一定程度地傳遞到工件。Y方向的誤差主要體現在單副導軌在YZ 垂直平面內的運動直線度及兩副導軌和主軸在YZ 垂直平面內的平行度。機床導軌的精度要求見表1。

表1 車磨一體機裝配調試精度要求

2 單副導軌的運動直線度測量

導軌在XZ 水平面內的運動直線度是為控制工作臺在運動過程中的左右彎曲，其誤差會直接影響所加工工件的幾何精度，其影響程度遠超過在YZ 垂直平面內的運動直線度誤差［3］。單副導軌在YZ 垂直平面內的運動直線度是工作臺在沿Z 方向運動過程中的高低起伏，理想的精度是保持工作臺臺面始終與主軸的軸心線平行，否則也將一定程度上影響到車削(或磨削)時的背吃刀量［4］。

單副導軌的運動直線度測量采用節距測量法，每300 mm 為一個測量段。使用的測量儀器為300 mm 平晶及TT80 電感測微儀，其中平晶的直線度為0.1 μm/300 mm，TT80 電感測微儀的精度為0.07 μm，均可以滿足測量要求。直線度誤差是相對于測量基準(理想直線)而確定的［5］。圖3 為單副導軌在XZ 水平面內的運動直線度測量示意圖，這里平晶側面上的直線即是測量基準。

圖3 單副導軌在水平面內的運動直線度測量示意圖

測量步驟如下:(1)移動工作臺至導軌一端，按圖3 放置平晶及TT80 電感測微儀觸頭，調節電感測微儀觸頭與平晶適當接觸;(2)移動工作臺，電感測微儀觸頭至平晶另一端，微調平晶與導軌在水平面內的距離，使電感測微儀示值在平晶兩端處相同;(3)緩慢移動工作臺從平晶一端至另一端，記錄電感測微儀示值最大及最小時的位置Z 及相對坐標值Xi(平晶上某位置的測量示值與平晶兩端的測量示值之差);(4)移動平晶在導軌運動方向上的位置，重復前3 步;(5)利用作圖法對數據進行處理［6－7］，如圖4所示，得到導軌在XZ 水平面內的運動直線度誤差為Xmax－Xmin。

圖4 作圖法求導軌的運動直線度

3 兩副導軌和主軸的平行度測量

對于車磨一體復合機床，兩副導軌在XZ 水平面內的平行度誤差將直接影響軸類零件的圓柱度［8］。按照加工工藝的原則，應以主軸為基準分別調整車刀導軌、磨刀導軌與它的平行度。由于相關零部件的加工進度關系，主軸部件安排在最后裝配，因此文中先測量并調整兩副導軌的平行度至滿足要求，再調整主軸與其中一副導軌的平行度滿足要求。

兩副導軌在XZ 水平面和YZ 垂直平面內的運動平行度測量均采用300 mm 平晶及TT80 電感測微儀，測量方法相似。對于水平平面內的平行度測量，以平晶的一個側工作面為基準，采用節距測量法，步驟如下:(1)如圖5 所示放置平晶、表架及兩根電感測微儀觸頭;調整平晶水平位置，使其中一個電感測微儀觸頭在平晶兩端的示值相同;(2)調節兩根電感測微儀觸頭位置，保證兩者在垂直方向上的一條線上，且盡量接近但不干涉;(3)設置電感測微儀面板顯示為兩根觸頭示值之差;(4)同時移動兩副導軌，盡量保證兩者同步移動，記錄電感測微儀示值最大及最小時的位置Z 及相對坐標值(平晶上某位置的測量示值與平晶兩端的測量示值之差);(5)移動平晶在導軌運動方向上的位置，重復前4 步;(6)利用作圖法對數據進行處理，得到兩副導軌運行時在水平平面內的平行度誤差

圖5 兩副導軌在水平平面內平行度測量示意圖

主軸與單副導軌在水平平面內的平行度測量采用長檢驗棒及TT80 電感測微儀。測量方法:(1)如圖6 所示，放置表架于導軌的一端，調整電感測微儀觸頭于適當位置;(2)緩慢移動導軌，記錄電感測微儀示值的最大值與最小值，兩者之差即為主軸與單副導軌在水平平面內的運動平行度誤差。

圖6 單副導軌與主軸在水平平面內的運動平行度測量示意圖

4 結論

由此可以看出:床身導軌在水平面內的直線度、在垂直面內的直線度及導軌與主軸的平行度誤差，將會直接影響機床最終的加工精度。在裝配過程中，要經過多次的測量、分析才能保證床身導軌的精度。按照以上方法，對車磨一體機的導軌及主軸進行測量與調試，最終結果可以達到要求的精度指標。

［1］李恒熙，胡志玲.機床導軌誤差對機械加工質量的影響［J］.機械制造與自動化，2006，35(3):34－35.

［2］向文良.超長直線滾動導軌精度的調試與測量［J］.機械制造，2002，40(2):52－54.

［3］陳艷.磨床床身導軌精度分析［J］.工藝與裝備，2005(4):57－58.

［4］韓麗娟，張立成，王幼勇，等.機床導軌直線度誤差的測量及數據處理［J］.煤礦機械，2007(9):83－85.

［5］龐誠.直線滾動導軌精度特點分析與研究［J］.機械設計與研究，1994(4):36－37.

［6］全國產品尺寸和幾何技術規范標準化技術委員會.GB/T 1958-2004 產品幾何量技術規范(GPS)形狀和位置公差 檢測規定［S］.北京:中國標準出版社，2005.

［7］全國形狀和位置公差標準化技術委員會.GB/T1182-1996 形狀和位置公差通則、定義、符號和圖樣表示方式［S］.北京:中國標準出版社，1997.

［8］雷賢卿，周彥偉，李言，等.機床導軌對主軸回轉軸線平行度的精密測量［J］.工藝與檢測，2006(5):68－70.