机床导轨精度对加工误差的影响及其测量

赵磊 王超

（山西工程技术学院机械电子工程系，山西 阳泉045000）

机床在装备制造业中具有举足轻重的作用，素有“工作母机”之称。随着科技的发展和进步，高精机床的发展成为了机床行业的重点。导轨作为机床的主要组成部分之一，对机械加工品质具有很大影响，故其几何精度的测量具有重要意义。

1 机床导轨导向误差分析

导轨作为各类机床的主要零部件之一，可以支承运动构件并使其按规定方向运动。导轨的导向误差会直接影响刀具的运动轨迹，最终导致工件产生加工误差。机床导轨导向误差涉及导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的扭曲度或平行度以及导轨与主轴回转轴线之间的平行度等四个方面[1]。

机床导轨直线度误差涉及水平面及垂直面两个方向。与加工表面呈垂直的方向为原始误差敏感方向。车床、磨床等机床导轨的直线度误差在水平面内是敏感方向，其误差对被加工零件的尺寸及形状精度影响比较大，但垂直面作为误差非敏感方向对其影响很小，故可忽略。平磨机、铣床、刨床等机床导轨的误差敏感方向为垂直面，故其垂直面内的直线度误差对被加工零件的尺寸及形状精度影响比较大。机床前后导轨的扭曲度（平行度）可分解为水平方向和垂直方向两个分量。前后导轨的不平行会导致机床加工过程刀具与被加工零件之间的位置发生水平和垂直方向的偏移，使被加工零件的半径产生误差。导轨与主轴回转轴线之间的平行度亦会影响被加工零件的形位误差，如镗床可能会镗出椭圆形孔。

2 导轨精度对机床加工精度的影响

机械加工精度指的是被加工工件经加工后获得的实际形状、尺寸及位置参数与图纸所示理想参数之间的符合度[2]，所以机床的加工精度涉及形状、位置精度以及尺寸精度。导轨是各类机床的重要组成部分，机床导轨面更是机床几何及加工精度的测量基准面。刀具轨迹与导轨方向有关，导轨误差会直接影响到刀具的运动精度。在空载或者工作过程中承受切削载荷时，导轨基准面需具有足够的精度保持性，才能使刀具按指定轨迹平稳运行。随着高精度机床的发展，对导轨提出了更高的要求，导轨应使机床各运动部件能够精确、平稳、均匀地运动，保证被加工零件可以获得理想的几何、形位公差及表面粗糙度值。在机床工作过程中，导轨还会承受刀具、刀架等运动零部件的载荷，当运动部件作用于导轨表面时，其表面摩擦性能及制造质量会直接影响部件的运动性能，故需保证机床导轨面具有足够的精度以满足相关要求，否则会使机床的运动部件无法进行平稳的运动和精确的定位而影响机件的加工精度。

机件的加工误差与机床导轨精度相关。要使被加工零件满足精度要求，必须从根源上解决问题，即确保机床导轨本身满足精度要求。在使用过程中，机床导轨会因为各种原因使其精度受到影响，因此为了减少导轨误差对机件加工质量和精度的影响，应经常对机床导轨进行检查和保养。

3 机床导轨精度的常用测量方法

测量机床导轨精度常用的方法包括研点法、水平仪检测法和激光干涉仪检测法等，可用于测量导轨在水平面、垂直面内的直线度及平行度等，以保证被加工零件的精度满足工艺要求。

3.1 研点测量法

采用刮研法修复机床导轨直线度误差时，大多采用研点法进行测量[3]。由于超过2 米的平尺制造困难且容易产生形变，会影响导轨的测量精度，故此方法适用于长度较短的导轨。测量时，首先将红丹油均匀涂于导轨表面，然后对平尺施加适当压力并放置于导轨表面做短距往复运动，最后取下平尺观察研点是否分布均匀。若导轨全长范围内研点分布均匀则表示导轨直线度满足要求。研点法缺点是无法读出导轨直线度误差具体数值，故用水平仪检测时不用研点法做最后测量。

3.2 水平仪检测法

使用水平仪测量导轨精度操作比较简单，其测量精度高而且成本较低。但水平仪测量法受温度影响较大且数据采集及整理较难，此方法主要适用于测量长度较短的导轨在垂直面内的直线度误差。以框式水平仪为例，测量之前首先要根据精度要求选择合适的水平仪以及合适步距的桥架。调零水平仪后将其并放置在选好的桥架上，将桥架放置在导轨上分段连续测量。然后分别记录各段的水平仪气泡读数并做数据换算处理。最后根据各测量点的读数做出曲线图，经数据处理得出导轨直线度误差。

3.3 激光干涉仪检测法

除了传统的测量方法外，机床导轨精度还可以使用激光干涉仪进行检测，此方法常用于精度要求较高的导轨几何精度的检测。激光干涉仪主要分单频干涉仪和双频干涉仪两种类型。将激光干涉仪结合于各种不同的光学镜组即可实现各项目的高精度检测。此外，激光干涉仪还具有检测速度快，检测范围大等优点。激光干涉仪检测法应用光波干涉的原理进行测量，通过检测光路与镜组之间的横向位移，可得到被测导轨与激光光路参考线的误差值。

4 结论

综上所述，机床导轨误差会影响机床加工精度，最终导致工件的精度无法满足工艺要求。导轨精度需要在水平面及垂直面内的直线度、前后导轨的扭曲度以及主轴轴线和导轨之间的平行度等方面满足精度要求。本文提出的几种常用的导轨精度测量方法对可机床导轨精度进行实时监测，对机械加工质量的保证及被加工零件精度水平的提升具有重要意义。