对几种机床导轨直线度误差检测方法及应用的探讨

摘 要：机床导轨直线度误差检验方法有很多，具体操作方法和关键差别很大。本文主要在操作方法、要点和应用场合方面进行比较和探讨。

关键词：机床导轨；直线度误差；检测

引言：

导轨是机床的重要运动部件之一。导轨保证运动部件在外力的作用下（运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等）能准确地沿着一定方向的运动。因此，导轨是保证工作台运动精度的关键。在导轨的各项质量指标中，导向精度是其首要指标。导向精度是指运动导轨沿支承导轨运动时直线运动导轨的直线性及圆周运动导轨的真圆性，以及导轨同其它运动件之间相互位置的准确性，影响导向精度的主要因素有：导轨的几何精度，导轨的接触精度及导轨的结构形式，导轨和基础件结构刚度和热变形等等。在这些因素中，导轨的直线度精度又起到举足轻重的作用。导轨直线度对机床加工精度的影响非常大，因此，在机床出厂、修理后都要进行精度测量，以期达到要求的精度。

在导轨的直线度检验中，目前应用较广的检测方法有研点法、垫塞法、平尺拉表法、拉钢丝法、水平仪法、自准直仪法和激光干涉仪法，现在对这几种检测方法的优缺及应用进行简单探讨。

1.研点法

研点法就是在被检查导轨的表面均匀的涂上一层显示剂，然后将校准平尺放在导轨上，向下施力按压住反复移动，然后拿走平尺，用方框检测导轨在一定平面内的研点数，一般要求每25mm×25mm内研点不少于10～20点。平尺的精度等级根据被检导轨的精度要求来选择，一般不可低于6级，长度不短于被检导轨的长度（在精度要求较低的情况下，平尺长度可比导轨短1/4）。这种方法简单易行，但是不能直接测出误差数值，而且因为平尺超过2000mm时容易变形，制造困难，测量精度难以保证。因此，在有水平仪时，一般不用研点法做最后检测。但是在缺乏测量仪器的情况下，可以采用检验平尺检测一般机床短导轨直线度误差。

2.垫塞法

垫塞法是指在被测导轨上放一标准平尺，在距离平尺两端约20%处，用两个等高垫块将平尺垫起来，然后用量块和塞尺检测平尺工作面和被测导轨面之间的间隙大小。测量精密机床导轨时，需要采用精度较高的量块。如果没有塞尺的话，也可以用百分表来代替塞尺，但是在操作的过程中，要适当增加等高垫块的厚度，以便百分表测头能进入测量间隙。塞垫法相对来说实施简单，操作方便，不需要太多仪器支持。但是塞尺和量块与导轨表面的接触精度对测量结果影响较大，因此塞垫法适用于检查经过研磨和表面粗糙度较低的平面导轨。

3.平尺拉表比较法

平尺拉表法就是在被测导轨侧面架起平尺，将平尺调整至与被测导轨平行，即使百分表在平尺两端读数相等。然后沿被测导轨纵向移动百分表，在移动过程中每隔200mm距离读百分表示数一次，并记录下来。然后，在导轨整个长度上，百分表读数的最大代数差就是被测导轨的直线度误差。平尺拉表法测量简单，因此通常用来检测1500mm以下短导轨在垂直面内和水平面内的直线度误差。但是采用平尺拉表比较法时要注意，为了提高测量读数的稳定性，在被检导轨上移动的垫铁长度一般不应超过200mm，且垫铁与导轨的接触面应与被检测导轨进行配刮，使其接触良好，否则就会影响测量的准确性。

4.拉钢丝法

一般情况下，钢丝被充分拉紧后，我们可以近似认为其侧面是一直线，因此，我们可以用一根被充分拉直的钢丝来作为基准测量导轨的直线度。测量时，先沿被测导轨纵向拉紧一根直径为0.1～0.3mm的钢丝，并使其平行与被测导轨，然后在导轨全长上移动一个带有微量移动装置的显微镜，在整个拉动的过程中，显微镜读数的最大代数差就是被测导轨的直线度误差。这种方法简单易行，成本较低，而且测距可达20m，适用于较大尺寸导轨等不具备节距测量条件下的导轨直线度误差测量。

5.水平仪法

水平仪法属节距测量法。测量时先根据导轨长度与桥板长度将导轨等分成若干等份，用粉笔标记分段。然后将水平仪沿导轨纵向放置，调整水平仪使水平仪主水准泡居中，如果导轨倾斜较大，可在水平仪和桥板之间垫纸条，使气泡居中。但是在操作时要注意垫纸要压实，而且在整个测量的过程中不能移动垫纸。调平之后，让水平仪从导轨一端开始，一步一跨，首尾相接，注意每次测量移过的间距应该与所用桥板的长度相等。记下各段读数，然后进行数据处理，绘出直线度曲线图，再用两端连线法或最小区域法即可计算出误差数值。为了保证水平仪在导轨全长上始终是沿着同一根直线运动，我们可以将水平仪和桥板一起放置在溜板箱上，然后用溜板箱带动水平仪和桥板沿导轨运动。水平仪法严格来说就是在垂直平面内将导轨的实际形状用最接近的折线代替，并将这些折线分段与理想导轨进行比较，从而确定导轨折线形状与理想导轨形状的偏差。在国家卧式车床精度检验标准GB/T4020中，对机床导轨在垂直平面内直线度误差的检测，推荐采用精密水平仪的比较测量法。这种测量方法相对简单，成本低廉，而且如果使用精密水平仪测量精度也较高，但如果分段太多就会使累积误差增大，影响最终精度，并且使用水平仪检测导轨在水平面内的直线度误差比较困难，因此只适用于一般精度的长、短导轨在垂直平面内的直线度。

6.自准直仪法

自准直仪法也是按节距法原理测量，在测量时，将自准直仪固定在被测导轨一端，反射镜放在检验导轨上，然后沿被测导轨分段首尾相接移动反射镜，记下每段读数，再进行数据处理绘出误差曲线图，最后依图计算误差数值。这种方法在测量过程中，仪器本身的精度受外界条件影响小，测量精度较高，而且这种方法不但可以测量导轨在垂直平面内的直线度，还可以测量导轨在水平面内的直线度。但是这种方法测量不易达到很高精度（5μm/m），而且如果测量10m以上的长导轨，由于光束通过的路程较长，呈像不够清晰，因此必须分段接长测量。但是这样操作后，测量范围越大，偏差越大，因此主要使用在中等长度导轨的直线度测量中。

7.激光干涉仪法

激光干涉法主要依据光的干涉与叠加原理进行检测，在测量时，将激光器安装在导轨一端，然后将反射镜沿被测导轨纵向移动，观察测量光束和参考光束在探测器中干涉条纹的变化，然后通过运算器计算直线度误差值。这种方法测量距离大，测量速度快，测量精度高（0.4μm/m），可以连续测量和采用计算机进行数据处理、显示和打印，而且抗干扰能力强，测量结果受温度、湿度等因素影响小。但是这种方法设备价格昂贵，因此一般用于对精度要求很高的场合。

8.总结

综上所述，在检测导轨直线度误差时，以上七种方法各有优缺，在选用时，应综合考虑被测导轨精度要求与现有测量设备、人员情况进行选择，以期达到最好效果。

参考文献：

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