機床大跨度導軌的共面及平行度檢測

■ 山東威達重工股份有限公司 （山東滕州 277500） 張道東

導軌是機床運動部件導向的關鍵部位，在數(shù)控機床中，導軌按照摩擦方式分為滑動導軌和滾動導軌，其中滾動導軌在數(shù)控機床的應用越來越普及。

滾動導軌為了滿足機床運動的高直線度和整體高剛性的要求，對運動副中的滾珠（或滾柱）進行適當?shù)念A緊，且預緊力有日漸增大的趨勢。

根據(jù)約束的要求，通常機床每個方向的直線運動，導軌最少為兩條（有時為了增加支撐剛性會適當增加數(shù)量），此多條導軌的平行度數(shù)值的誤差直接復制為導軌運行中的額外變形。因此誤差數(shù)值直接影響機床運行的直線度，使導軌產(chǎn)生額外的熱量和振動，是影響機床運行速度和導軌副壽命的關鍵因素。

1. 通用測量方法

當兩條導軌的距離在3 000mm以內(nèi)時，最通用的平行度測量方法如圖1所示。測量時，在過橋的上面放置水平儀，均勻移動過橋，帶動放置在其上面的水平儀移動，每次移動時，記錄水平儀的數(shù)值，通常規(guī)定在全長度內(nèi)水平儀的數(shù)值≤1格（就是通常所說的0.02mm/1 000mm），但是當需要過橋的長度L超過3 000mm時，由于過橋的質(zhì)量過大，移動困難，且移動中會出現(xiàn)不均衡和不穩(wěn)定的問題，必須設法解決。

圖1 大跨度導軌平行度通用測量方法

2. 改進后的測量方法

對測量方法進行改進，如圖2所示，檢測跨距大的導軌Ⅰ和Ⅱ之間的平行度，在導軌Ⅰ和導軌Ⅱ的水平面上各安放兩個連通的指示器，指示器之間用軟管連接，兩個指示器和軟管中注入水（最好是有顏色的水，以便于觀察水面），根據(jù)連通器的原理，兩個指示器中的水面高度是絕對一樣的?，F(xiàn)場測量情況如圖3所示。

圖2 大跨度導軌改進后的平行度測量方法

圖3 現(xiàn)場測量情況

（1）指示器結構 兩個指示器的結構如圖4所示，其上、下面一起在平面磨床上精加工，保證兩個指示器的高度尺寸La和Lb一致（要求相差≤0.001 5mm）。高度一致的兩個測量座實物如圖5所示。

圖4 指示器結構

圖5 高度一致的兩個測量座

（2）測量方法 將兩個指示器用軟管連接，放置在兩個需要測量平行度的導軌面相同的一端，并且加滿水。將深度千分尺的下端測量柱更換為如圖6所示的下部為針形，這是為了提高液體在鋼件浸潤瞬間的靈敏度。如圖4b所示，用深度千分尺測量兩指示器的上面A1和A2到水面的尺寸分別為L1和L2，根據(jù)連通器原理，兩個指示器的水面是一個平面，按照前面介紹的加工方法，兩個指示器的高度La和Lb可以近似認為相同，所以這兩個尺寸的差值就是導軌面Ⅰ和Ⅱ的高度差，記錄此數(shù)值為△1，同時同方向移動兩個指示器相同的距離到導軌長度方向的第二個位置，按照剛才第一個位置的測量方法，讀取此位置兩個指示器的上面A1和A2到水面的尺寸分別為L1和L2，并且記錄此兩尺寸的數(shù)值差為△2。依次采用此方法沿導軌長度方向測量兩個指示器的高度差并且記錄，如圖7所示。假設兩個導軌的長度為10 000mm，指示器每次移動的距離為500mm，依次讀取并且計算的高度差值分別為△1～△20，制作成表1。機床導軌對于此項的控制要求為0.01mm/1 000mm、0.02mm/全長。

圖6 下部為針形的深度千分尺

圖7 水面高度測量示意

（3）測量方法的關鍵點 ①兩個指示器的高度尺寸La和Lb一致（要求相差≤0.001 5mm），這個相差的數(shù)值直接就復制為測量值。②針形千分尺測量水面的尺寸分別為L1和L2，L1和L2的測量方法有兩種，根據(jù)操作習慣選擇。第一種方法是千分尺的針尖由上向下逐漸靠近水面，根據(jù)液體表面有張力的原理，當針尖距離水的表面在0.2mm左右時，液體的表面會被針尖吸引而附著在針尖上面，此時的狀態(tài)被定義為測量位置。第二種方法是千分尺的針尖由下到向上逐漸露出水面，當針尖距離水的表面在0.2mm左右時，液體會因張力小于質(zhì)量而脫開針尖，此時的狀態(tài)定義為測量位置。兩種方法都經(jīng)常使用，尤其是第二種方法，由于操作時的注意力和觀察難度比第一種要小，使用得更加廣泛，但是兩種方法不能混用。

表1 導軌平行度測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3. 結語

新型測量方法經(jīng)過反復驗證，操作者熟練掌握了千分尺針尖接觸液面的經(jīng)驗和技巧。通過對多次測量結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和對比分析，最后得出測量結果的精度控制在0.004mm以內(nèi)，可以滿足大跨度導軌平行度檢測要求。