機床滾動直線導軌副裝配方法和裝配誤差評定

劉文濤， 張艷菊， 房紅軍， 段好運， 劉冰玉， 徐世棟

（1.河南商丘技師學院，河南商丘476000；2.北京微納精密機械有限公司，北京101399）

0 引言

機床有“工作母機”之稱，在機械制造中起著重要作用。導軌對機床各運動部件進行導向，是運動部件的基準，所以導軌精度控制是機床核心技術之一[1]。按照使用性能和特點，機床導軌可分為滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、磁浮導軌等。滑動導軌一般用于重負載的機床[2]。滾動導軌一般用于輕型較高精度場合，隨著數控機床高速高精度化發展，滾動導軌的應用越來越廣泛。靜壓導軌及

磁浮導軌用于超高速超精密機床，是未來機床發展方向，但因較高的技術要求及很多尚待解決的問題而沒有廣泛應用。滾動直線導軌副使導軌裝配和制造簡化，提高生產效率，精度容易控制，在機床制造中被廣泛使用。

對于機床這種復雜而龐大的結構,機床導軌是機床各主要部件相對位置和運動的基準,它的精度直接影響機床成形運動之間的相互位置關系。因此,它是產生工件形狀誤差和位置誤差的主要因素之一。滾動直線導軌副在安裝時要有高的導向精度、運動靈敏性、抗振及穩定性。若導軌安裝存在較大誤差將會使裝配后運動部件相對位置發生較大改變，驅動部件即使產生高精度位移時其相對位置準確性也不高[3]。當然，誤差是不可避免的，都可通過更高精度的測量手段進行測量，但測量本身也存在不確定度。單純依靠提升機械精度比較困難，機械制造和裝配系統誤差可通過數控系統進行補償。但系統補償較復雜且成本較高，而且在一定的精度之上進行補償，存在局限性。

本文研究滾動導軌裝配方法并對裝配后精度進行評定，最后裝配出符合精度要求的導軌。

1 滾動直線導軌副特點

滾動直線導軌副是由滑塊、導軌、滾動體、返回器等組成。一般常使用保持器防止鋼球散落和減少滾動體之間的摩擦提高使用壽命，也包括輔助系統（潤滑和防塵裝置）。線性導軌是作為一種滾動導引來使鋼珠在滑塊和導軌之間無限滾動循環的一個部件。為了適應高速大承載的要求，滾動直線導軌副的摩擦因數為滑軌的1/50。低速和高速摩擦因數穩定，導向系統隨動性好，反應靈敏。回流系統以及精簡化的結構減少噪聲并增加工作效率。由于摩擦力小，使電動機頻繁換向時無顫動、低速下無爬行。滑塊可以預加載荷以消除間隙并提高剛性和精度。滾動直線導軌副能補償和均化基準面誤差，使制造更加容易，精度更高。導軌摩擦小、溫升小、使用壽命高，可以進行專業化生產，使用成本相對較低。

2 滾動直線導軌裝配前檢測

1）清除導軌安裝面上的毛刺、污物及打擊傷痕等。用丙酮清洗床臺配合面，涂線性導軌防銹油。線性滑動導軌為了防銹，一般都涂適量防銹油，應先擦拭滑軌的防銹油，才可滑動滑塊。將床身和導軌清理干凈，以防止出現毛刺等異物影響裝配精度。

2）找準導軌基準面，基準軌和從動軌。機床導軌常用裝配形式如圖1，確定基準軌與從動軌十分重要。當非互換型線性滑軌配對使用時，需要注意基準軌與從動軌的差異。

基準軌側邊基準面精度比從動軌高，可作為床臺號。而且，雙規配對使用時，基準軌編號為奇數或標記有字母J或KB等，從動軌之滑軌編號為偶數，安裝時請依照符號的指示，按順序進行安裝（如001與002配對、003與004配對）。

3）確認安裝基準面。滑塊基準邊和導軌基準邊一般在同一側，若設計不在同一側需聲明。滑軌基準面有廠家字樣旁箭頭所指的側邊平面；而滑塊基準面則為經過研磨的光滑表面。

圖1 機床線性導軌常用安裝形式

3 滾動直線導軌副裝配方法

影響使用品質的最后關鍵因素在于導軌的安裝品質，即使選用正確型號的導軌，也容易因為安裝品質不良導致大幅度影響產品壽命與機構運作上的表現[4]，而良好安裝品質是建立在遵守導軌安裝設計原則與安裝步驟的基礎上，以下是安裝導軌應該注意的設計事項與安裝步驟事項。

1）安裝基準軌，將導軌輕輕放在底座上，找準基準面后預鎖螺釘使導軌與安裝面輕輕靠緊。在預緊螺釘時一定檢查基座螺釘孔和導軌孔是否吻合，強行擰緊會降低精度。基座螺釘孔要求相對較高位置精度。

2）按順序擰緊側頂螺釘，使導軌與側向安裝面靠緊。數控銑床工作時工作臺受到振動、沖擊力作用，可能使滑塊偏移原來固定位置，導軌副常采用側壓板、固定螺釘、楔塊、滾柱等進行固定。圖2為楔塊固定和滾柱固定形式。

圖2 導軌副楔塊固定和滾柱固定形式

3）按規定轉矩鎖緊裝配螺釘并進行預評定。較長導軌鎖緊順序為：從中間位置開始向軸端部分順序鎖緊，這樣鎖緊力不會對導軌產生扭曲力，使應力自然釋放。預緊后對導軌進行水平面、側面直線度（如圖3所示）及平行度檢測（如圖4所示），檢測復合公差要求后鎖緊所有螺釘，以防止導軌移動，然后進行精度檢測，直到符合要求。

4 直線度和平行度誤差評定

圖3 光學水平儀檢測

圖4 平行度檢測

機床導軌直線度和平行度誤差是裝配質量的最主要指標，必須找到正確測量和評定方法。一般直線度誤差測量有線差法和角差法。而線差法又有干涉法、跨步儀法、光軸法、激光準直儀法、雙頻激光準直儀等。結合車間實際，本機床裝配采用自準直儀測量，測出被測導軌相對于理想直線的偏差量，經數據處理求出被測導軌的直線度誤差。而評定方法又有兩端點連線法、最小區域法、最小二乘法[5-6]。兩端點連線法有直觀、運算簡便等優點，適合工人計算操作，但精度較低。采用兩端點連線法能適應本機床導軌的精度要求。

在直線度測量過程中，既要測量垂直面內直線度，又要測量水平面內直線度。

被測件對基準的偏差：

令a′i為儀器在被測點i上的讀數（格），c表示儀器分度（"），經單位換算后為

表1 光學自準直儀測量及兩端點連線法計算 μm

計算各點對評定基準的偏差Δi′：式中：n為測量段數；l為跨距長度。

計算導軌直線度誤差fBE=Δmax′－Δmin′。

導軌鎖緊后用光學自準直儀測量，首次測量水平面內直線度不符合裝配要求，分析原因可能是第N個頂絲過緊或導軌面有異物等，經重新安裝拋光后再次測量達到裝配要求。表1為光學自準直儀測量原始數據，并通過兩端點連線法計算得導軌的直線度誤差為7.875μm，基本符合裝配要求。

5 結語

導軌是保證機床精度的主要零件之一，導軌的裝配精度直接影響機床整體精度。滾動直線導軌具有很多優點，可進行專業化生產，進而使機床制造周期減少，加工成本降低。在清洗、去毛刺等必要的工作完成后，由于制造精度和基準的原因，應根據圖樣分析基準軌和從動軌，同時分析基準軌和從動軌的基準面。裝配時要注意安裝順序和步驟，這是保證裝配質量的前提，應讓導軌處于最小應力狀態。裝配完成后的檢測十分重要，光學自準直儀使用十分廣泛，在裝配現場，一般采用兩端點連線法對讀取的數據進行評定。兩導軌的平行度一般采用千分表進行測量。裝配過程中，要經過多次裝配和檢測才能達到要求。而大型機床在使用過程中一般都按機床精度檢驗標準的規定調成中凸曲線，需要合理地計算和試驗來保證工件加工面使用過程中的直線度。所以機床導軌的裝配和檢測十分復雜，需要更多的總結和積累才能得到更高要求的機床。