几种测量机床导轨直线度误差的方法

1、|维普贽讯 nttp:/|第2勿価第147朗)机犠工毬与自功化Nn，2200S 年 4 月MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONApr.” Pa«S点基础研究发展计刘973ftJtrt）资助顼目20O5CB72U0O） 棚日期：2007-GB-20；聶回日祐2OW12-O1作若怖介：醴无盛门朋2-4畀.湖南徽阳人硕七硏究生.”二一”二”h _”J.丈章境号 11672-64 13(2008)02-0186-03几种测量机床导轨直线度误差的方法臥黄天喜，严祯，曾韬（中甫光爭铁道学院机电工程涉睫*制南 董沙410C75）摘要:介绍了3种酗最机床导轨

2、直线度的方搓.阐述了其基寧丽理，井对其进行了分析和比较.芙叢词：直堤虔促畫+水平仪*自准直锻光千涉仪中国分獎号：TH7I文就标识码t A|维普贽讯 nttp:/|维普贽讯 nttp:/|0引言机床导轨宜线度误差是被测导轨实际线对其理想 直线的变动量，对给定平面内导轨直线度溟差常用水 平仪、自准直仪、激光干涉供3种方法进行测量.在 实际测量过程屮.関量仪器及套数确定后，计算出测 址方法误差是非常必要的°下面介绍这3种测址方法 的基本原理并分析其误差。1水平仪测量法hl 贰平仪测量原理以普通气泡式水平仪为例进行分析亠首先根据机 床导轨直线度误差的精度要求.选择合适精度的水平 仪和合适步距

3、的专用桥架+然后将水平仪调零，放在 专用桥架上.把专用桥架放在械测导轨的-端开始进 行脚量，每次记录F相应段的水平仪气泡移动的榕数， 并按其正负记录下来，耕后逬行课差值换算数据处理卜 最后根据所测点数据做误差曲线图，使用嚴小包容平 存线法即可求出其直线度谋差*1*2误垄分析设每段测量的观测值为4,测it导轨的前料段累H积误差为a,由误差合成原理可知+心儿其中.A为整测量过揑的平均误差、心=丄（厶+ +丄片櫛为测量导轨全长总分段数，mL/KL为 所测St导轨检度”为関量所选择的步距儿 则I由于各测応段的测世值是等精度的独立的直接观测值*各段均含单次测量课差趴根据随机课差合成原 理:d mn *

4、m n2 _ *（1）为了求出逢.的最大悄*令« = 0Tl）则 式（"变成；A = ± 'frnS Jxj *其中，斥和击都是固定值。再令二后二PfOVzW D*很容易求出工=1允时，取嚴大值 = 1/2,所应用水平仪测量，单次测量课差诊一般从3方面 考虑：水平仪示值误差鬲，一般鬲不大于1/4刻度. 测量读数谋差花.一般心不大于1/5刻度*测鼠 位置引起的谋差西* 一般乳不大于1/4刻度。根据误差合成原理工$= 士十書i+雄+ 6即：S = ±/（f£尸+仃八*尸+八3严 丸V4540. 4rZn其中I是水平仪精度值亠实际测量中.如果

5、能满足缶*= 士今 占彳 为所允许的最大直线度俣莖值人则认为该测量方 法误差能够满足测量精度要求因此测量时要提高 團量精度，首先，要选择合适精度的水平仪，减小单 次测址误差趴 尽可能地减小移动桥架引起的测童拉2008年第2期黄无喜*等：几种测量机床导轨直議度溟羞的方冬 187 置误差；合理选择雋量段数拥，隔量段数过参虽然提 高了单次测最精度，但使累积误差增大，从而降低了 测量稱度.2自准直仪测法N1 自准直仪测董原理自准直仪主要由具有一定焦距的物镜（望远镜）、 带有分划板及照明装置的自礁直测微冃镜和置于被测 对象上的反射镜组成*目前使用的自准直仪主要有3 种：光学自准直仪、平直度检查仪和光电自

6、准直仪，下 面以光学自准直仪为例进行分析，其基本测量原理见 图1 一光潭：2分划板；3 期撓* 4-反射擂图1自准直仪离原理分划板置于物镜的焦平面上，其上的。点位于物 镜的光轴上，光源I发出的光线通过O点经过物镜后 成一束与光轴平行的平行光线射向反射镜仁当反射 镜面垂直于光轴时*光线仍按原路返回，经物镜后仍 成像在分划扳上O处，与惊目标重合*如果反射镜与 光轴有一倾角叭则反射光线的偏转角为甌"通过物镜 后成像在分划板上的O处，此时线位移OOf=Sf表示 了偏转角度的大小，即'S=f1 tan2«。其中：f为物镜的焦距。当&很小时+ tan险则；设反射镜桥板跨

7、距（测鼠间隔）为乩自准直仪读 得反射镜倾斜角“与倾料高度h的关系为见图 2人1 一反射憤：2被雋导轨面S2反射镜僮轴与高度的关系2.2 谋差分析对式2）两边微分可得日口=廿赳5-寻. 由式（加可见*角度误差是由测量像的线位移误差 和焦距误差所引起的焦距越长越有利，但却 会产生仪器过长而且笨重的问题。从式（2可知s由于把线量S和角量女保 持线性等比关系*即怙如.所以存在理论溟差" Q角越大，则理论误差越大，通常自准直仪的最大测角 值约为加=2X（5J = 1，所以当“±5时怡= tan2。 2a0 002* ;当 a= 土 '时 t（5=ian2a在实际测量过程中，自

8、准直仪测址误差还包括出 射光非严格平行光线所引起的误差、准宜系统的对准 误差、视差所引起的误差以及反射镜平面度误差所带 来的误差等，这些都是自准直仪测量误差的車要组成 部分叭3激光干涉仪测法3*1 激光干涉仪測量廉理激光具有方向性好、单色性好、能量集中和相干性 强等优点，使用澈光干涉法测量直线度精度较高。当前 多采用氮一氮激光，它是可见光，且功率和频率的稳定 性容易控制旗带比较窄。以雷尼绍公司的ML10澈 光器为例，其测議原理见图3.）MLlOfit光器讒一箱匱干涉憧4一角度反射報*一人射光束¥5Jfc束订运动轴方向图3ML10®光器测原理入射光束4被角度干涉镜中包含的分光

9、镜分为光 束5和光束6,光束5和光束6又分别被角度反射镜 反射回分光镜的同一位置，分光镜对两束光进行调制 后直接把光束传送到徼光发射器中从而使两束光在 探测器中产生干涉条纹。根据光的叠加和干涉原理.凡 光程差等于波长整数借的位置，振动加强.产生明条 纹；凡光程差等于半渡长奇数借的位置振动减弱，产 生暗条纹.使用激光干涉仪测量机床导轨时反射镜3 沿着导轨方向运动当反射镜有偏转角度时光束5和 光束6会产生光程差，即干涉条纹会产生相应的变化， 通过运算器可将其转换为直线度误差值*3.2 促差分析维普http:/www.cqvip.CQm* 188 *机械工样与自动化2OQ8年篥2期维普http:/w

10、ww.cqvip.CQm* 188 *机械工样与自动化维普http:/www.cqvip.CQm* 188 *机械工样与自动化激光干涉仅是一种髙精度的计就仪器自身的精 度狼高，但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度 和线膨胀系数不淮确等诸多因素的影响从而降低了 测量精度。激光干涉仪在机床导轨直线度醐量中的谋 差包括:澈光干涉仅的极限误差安 装误差帥=±匸(1g詔人其中为测就轴线与机床 导轨穆动的轴线之间的夹角*温度溟差普= 士- J曲十打*+十普几其中.聊为机床温度测量 误差为机床材料膨胀系数；为线性膨胀系数测世 误羞:叫4三种测逓方法忧缺点分析水平仪法操作简单、便用方便.成本较低

11、°，但是 箱度较低一般只能达到水平仪可以團量导 轨在垂直面内的直线度以及两条导轨之间的平行度* 但是测量水平面内的直线度很困难。用水平仪测试法. 数据的采集和整理容易出错*由于此滋是以导轨上某 些固定呆样点为测寵对象"所以测量距离氏了难豐保 证测试结果的真实性a自准直仪法的缺点是不易达到很高精度* 一般为 5pm/me因为光线在空气中并非绝对准直.测童范围 越大，其偏畫就越大，采用的光电位賈敏感元件的测 量精度较难大幅度提高，光東在传播过程中容易受到 各种干扰而出现偏差为非连续测量*结果具有很大 的随机性*成本相对謝光干涉仪低。澈光干涉仪的优点是测量距离大、测量速度快蘭 駐

12、精度高，而且可连续测量和釆用微计算机进行数据 处理、显示和打印"澈光抗干扰能力强*尤其是抗空 气扰动的能力强，因此它适于在车阿等环境稍差些的 场合应用*测懒精度可达0- 4m/mfl但是枷格昂贵，一 般用于对精度要求很高的场合*综上所述.各种检测直线度的方法都各有其优峽 点、企业在选用静量方法的时倏应该考虑两方面的要 求七一是精确度要求，即测量结果必须达到一定的可 信程度*二是经济性整求*即在保证测量结果精确性 的前提下，应使测量过程简单、经济、花费代价最小。參考文Kh门宋俊峰.怎样减少灣址误建：Ml北京t机械工业出版杜* 1084.2 陈家汉常用氏度计量仪器谋變和测址过程愎墨丸)

13、J-计址技术 11999(&) 150-53,3 曹永洁.激光干薜仪拄机味定位猜度稱附中的偎差分析 J * 机床焉涯压 2007(4 ), 153-164.蒋作民庄志诱-笛度测盘陋.北京：机械-工业出I®社. 1995.维普http:/www.cqvip.CQm* 188 *机械工样与自动化维普http:/www.cqvip.CQm* 188 *机械工样与自动化Several Methods of Measuring the LinearError of Machine Tool GuidewayHUANG Tian-KitYAlN 时临也Tao(Centrflil Sout

14、h UniversityiChangshfli J10075.China)Abstract! Three kindx of method for measuring the linear errors of machine tool guide way were introductd in this article* the baic prineipleH were expoundedfand rhe (eaTuresi of rhree merhods were analysed and compared.Key words：linear errortbubble levehuio coll

15、imfifor sister interferometer上接第185Material Wear Numerical Simulation Experimental StudyYAX Zhi-qrn1 .LIU ¥an-prrtgr(1. Schonl at MechantcAl RnLueermg. Jinzhan Ifnivtrsiiy, Jinahonn 0306004CItnA 2. -Colkg# of M电ehxnjc&l Engmepring- Tniyusn University of 'Pcthnolty.Tiiyuan 030024.China)A

16、ltracl： NumerEcsl pimulMion technology 宙 one of Tht major methcxis in the region of rrihoLogy rctarch because it can greatly promote th 卍 effirie ncy of tribology research and rhe accuracy of the system characrtr fur was T of rrihologyx Esrahlishing appropriate TnAfheniAfical MLmtUaiton model by uing >|>rtiFied matheniaficfll merhudii is the principal mi*炳on of nunierical simulaiion technology. In tl)is study»hy using least square method f rdftTionship btTwtMl the vnriarion of the wear amount of plasma carburization rrtfireri stainless steel and rhe change of load