機床導軌精度的常規檢測方法【上海弘測】

機床導軌的精度是機床其他部件精度的基準，合理地使用各種量具、量儀，選用正確的檢測方法，準確地進行誤差分析，是保證修理質量的關鍵。

一、機床導軌直線度的測量

　　機床導軌的直線度可以分解為水平面內的直線度和垂直面內的直線度兩部分。矩形導軌的水平面用來控制垂直面內的直線度，而兩側面用來控制水平面內的直線度。V形或山形導軌因其由兩個斜面組成，既控制了水平面內的直線度，又控制了垂直面內的直線度。

　　導軌直線度的測量方法主要有以下幾種：

　　1.研點法

　　用一根標準平尺與被檢導軌合研來檢驗導軌直線度的方法稱為研點法。用研點法檢驗導軌時，平尺的精度應滿足被檢導軌的精度要求，平尺的長度應大于被檢導軌的長度（在要求不高時，可比被檢測導軌短1/4）。研點法只適用于長度為1500mm以下的短導軌。

　　檢查時在被檢導軌表面均勻涂上一層很薄的紅丹粉，使平尺檢驗面與被檢導軌面貼合，在適當的壓力下做短距離的往復移動研點。然后取下平尺，用25mm×25mm方框罩在被檢測導軌上，觀察被檢導軌表面上接觸點的數量和分布情況。若研點在導軌全長上均勻分布，則表示導軌的直線度已達到與平尺相應的精度。接觸點的數量在25mm×25mm內，一般導軌應達到12～16點，精密導軌應達到16～20點。

　　用研點法檢查導軌直線度時，由于不能測量出實際數值，在有水平儀時，不以此法作為最終檢查。但在缺乏測量儀時，也可以解決一般機床短導軌直線度的檢查問題。

　　2.平尺接表比較法

　　此方法通常用來測量長度小于1500mm的短導軌在垂直和水平面內的直線度。

　　（1）測量導軌在垂直平面內的直線度

　　將平尺的工作面水平放置在被檢導軌旁，在導軌上放一個與導軌配刮好的墊鐵，將千分表測頭先后觸及平尺的兩端表面，調整平尺使千分表在兩端的讀數相等。然后移動墊鐵，每隔200mm記錄一次表的讀數值，各讀數的最大差值就是導軌直線度誤差。在測量時，為了避免局部不平而造成的影響，可在表的測頭下墊入量塊。

　　（2）測量導軌在水平面內的直線度

　　將平尺工作面側放在被測導軌一旁，其測量方法和誤差計算方法同上。

　　3.墊塞法

　　在被測平導軌上放置一標準平尺，并用兩個等高墊塊支撐在平尺下面，使其與兩端距離各為29L，用量塊和塞尺檢查平尺工作面和被測導軌之間的間隙。

　　如普通車床導軌直線度允差為0.021000，即用大于等高墊塊厚度0.02mm的量塊或塞尺，在導軌上相距1m長度的任何地方均不能塞入就為合格。這種方法用于精度較低或粗刮研中。做較精密測量時，應采用較精密的量塊，以便能測量出導軌直線度誤差的準確數值。

　　4.拉鋼絲和讀數顯微鏡測量法

　　利用拉緊后的鋼絲作為理想直線，用以測量導軌的直線度誤差，這種方法只可檢測導軌在水平面內的直線度誤差。在床身導軌的兩端各固定一個小滑輪，用一根直徑約為0.1mm的鋼絲，一端固定在滑輪上，另一端懸掛重錘，重錘的重量（拉緊力）應為鋼絲拉斷力的50%～80%。導軌上放置墊鐵，墊鐵上安裝一個讀數顯微鏡，鏡頭必須垂直放置，對準鋼絲。然后調整鋼絲兩端，使顯微鏡在導軌的兩端時，鋼絲與鏡頭的刻線相重合，記下可動分劃板手輪上的讀數。移動墊鐵，每隔500mm觀察一次顯微鏡，檢查鋼絲是否與刻線重合。如不重合，則調整顯微鏡的分劃板手輪使其重合，并記下讀數。在導軌全長上測量，按順序把讀數排列在坐標紙上，畫出墊鐵的運動曲線圖。在每1m長度上，運動曲線兩端點連線之間的最大坐標值就是1m長度的直線度誤差。如果形成的曲線是中凸或中凹線，則最凸或最凹點至兩端點連接的坐標差值即為導軌全長上的直線度誤差。如果形成的是波折線（即在橫坐標軸兩側分別有點），則采用包容線法，取距離最小的兩根平行線間的坐標差值為導軌全長上的直線度誤差。

　　5.水平儀檢查法

　　水平儀檢查法是最常用的檢查方法，使用方便，測量結果準確，精度較高。

　　（1）水平儀墊鐵的選擇

　　在用水平儀測量時，為了減少水平儀工作面的磨損，保證其測量精度和計算方便，常把水平儀固定在墊鐵上使用。墊鐵用于測平導軌，墊鐵用于測V形導軌。在一般情況下，測量長度在4m以內，常取墊鐵長度為200mm或250mm；超過4m的長導軌，可選用長度為500mm的墊鐵。

　　（2）水平儀的讀數方法

　　水平儀的讀數方法通常有兩種：相對讀數法和絕對讀數法。

　　起端測量位置的水平儀氣泡必須在中間，這種讀法稱為絕對讀數法。測量時，氣泡偏向起端讀“-”，偏離起端讀“+”。

　　相對讀數法對水平儀在起端測量位置總是讀作零位，不論此時氣泡的位置在中間或偏向一邊。然后依次移動水平儀墊鐵，記下每一位置的氣泡與前一位置的變化方向和格數，當氣泡移動方向與水平儀移動方向一致時讀“+”，表示導軌向上傾斜，用符號“+1”（其中的數字1表示水平儀氣泡的偏移格數）表示；若方向相反，則讀“-”，表示導軌向下傾斜，用符號“-1”表示。

　　實際工作中，水平儀的兩種讀數方法都可以采用。

　　（3）導軌直線度曲線圖的繪制方法

　　通常以x軸代表水平儀墊鐵的間距方向（導軌長度），z軸表示導軌的誤差方向，然后依據水平儀讀數值記錄并繪制曲線圖。

　　測量時，將導軌的全長分成若干等份，依次移動水平儀墊鐵，使每次測量的位置互相銜接，依次測出各段間的角度誤差。按水平儀讀數換算出相應的線值，在坐標上依次連接，成為水平儀墊鐵的運動曲線，也就是導軌直線度的曲線圖。

　　機床導軌長1m，采用讀數精度為0.02/1000的水平儀，墊鐵長度200mm，水平儀在導軌面0～200mm段時讀數為零；當墊鐵依次向前移動至導軌面200～400mm段時，水準器氣泡向前移動一格，為正值，表示此段導軌面向上傾斜0.004mm；當墊鐵移至400～600mm段時，氣泡恢復到零，表示這段導軌面與0～200mm段導軌面平行，但不在一個平面上，呈斜坡階梯形；當墊鐵移至600～800mm段時，氣泡向后移動一格，為負值，表示此段導軌面向下傾斜0.004mm，最后一段800～1000mm，水平儀氣泡又回到零位，曲線呈圖示形狀。對長導軌也是這樣測量，直到完畢。各段測得數據所連成的曲線就叫做導軌直線度曲線。

　　（4）用水平儀檢查直線度誤差的計算

　　水平儀在導軌每段長度上連續測得的數據，應按機床精度標準規定的計算方法進行誤差計算。其計算方法有角值法和線值法兩種。

　　①角值法（也稱水平儀讀數法）用水平儀傾斜角度的正切值來度量導軌直線度誤差，其允差值用0.02/1000、0.03/1000等表示。角值法計算方便，也能限制導軌的直線度，刮研時采用角值法計算很簡便，在某些高精度機床的導軌檢驗標準中采用。例如普通車床精度標準，其溜板縱向移動時在垂直平面內的直線度誤差的計算，規定用水平儀每米行程和全部行程上讀數的最大代數差的一半來計算。

　　②線值法（也稱坐標值法）以運動曲線的縱坐標值來計量導軌的直線度誤差，允差值用1m長度上0.02mm、全行程0.04～0.06mm等表示。注意0.02/1000和1m長度上0.02mm的誤差數值不一定相等。三條坐標曲線，用角值法計算的導軌直線度誤差都是0.02/1000，而用坐標值法計算導軌直線度的線值誤差時，1m長度內直線度誤差為0.01mm，由此可知兩種方法有以下區別：

　　①角值法和線值法的誤差值是不同的。

　　②角值法利用水平儀讀數直接計算，方法簡便，而線值法可形象地反映出導軌的實際幾何形狀。

　　③角值法的0.02/1000往往比線值法1m長度上的0.02mm小很多。0.01、0.0075、0.005分別比0.02小許多，因此采用角值法是用較高的精度指標控制誤差，易于保證質量。

　　④角值法和線值法的表示方法不同，應當依照機床精度標準的規定來選擇直線度誤差的計算方法。

　　線值法的計算有兩種方式，一種是導軌曲線的直線坐標法，也稱兩端點連線法；另一種是導軌曲線的包容線坐標法，也稱最小區域法。下面舉例說明。

　　對導軌的直線度要求只許中間凸，例如車床，它的運動曲線在兩端點連線的上方。最高點應位于床身的中部或距床頭1/3的位置。如有一導軌長2m，所用水平儀精度為每格0.02/1000，墊鐵長250mm，測量8擋。

　　繪成運動曲線，將曲線首尾兩點相連，其曲線在連線上方，是凸形（磨床要求中間凹，運動曲線應在首尾兩點連線的下方），找出曲線與直線之間的最大坐標值為0.0125mm，就是導軌在全長上的最大直線度誤差。再連接各相距1m處的兩點為一直線，分別計算出其直線度誤差。取其中的最大值0.0052mm（位于1～5之間）為該導軌在1m長度上的直線度誤差。誤差值可以直接從曲線圖上量取，或用數學方法計算求解。

　　如果機床導軌的直線度誤差沒有方向要求，則這種導軌中凸、中凹或呈波折狀均可。連接每米長度上運動曲線的兩端點、曲線與直線間的最大坐標值，即為每米長度上的直線度誤差。作運動曲線的包容線，過曲線上兩個最低點作一條包容線A-A，過曲線最高點作平行于A-A的另一條包容線B-B，把曲線全部包容在兩直線之間，則包容線間沿Z軸方向的最大坐標值即為導軌全長上的直線度誤差。

　　6.光電自準直儀（光學自準直儀，光學平直儀，平面度檢查儀）測量法【弘測公司推薦測量方法】

　　光電自準直儀（光學自準直儀，光學平直儀，平面度檢查儀）既能測量垂直面內的直線度，又能測量水平面內的直線度，故在機床精度測量中得到了普遍應用。但對于測量長度大于10m的長導軌，光束通過路程很長，光能損失較大，因而成像成像視場會變小；所以如果小于10米長的導軌，可以使用光電自準直儀或光學自準直儀來測量；如果大于10米長的導軌，建議使用光電自準直儀（長距離測量建議加配激光找像器來輔助）來測量。

　　（1）測量導軌直線度的方法

　　在導軌的一側的地上附近放置專用三腳架（也可配置二維可調平臺），二維可調平臺架可以升降或水平調整。光電自準直儀固定在專用三腳架上。反光鏡放置在被測導軌的滑塊上，并移至被測導軌靠近光電自準直儀的一端。調節自準直儀底部的二維可調底座，用目測使鏡頭基本上平行于被測導軌，高低也與反光鏡等高。接通儀器光源的電源，左右擺動反光鏡，同時觀察目鏡，使可動分劃板上映出的十字像位于視場中心位置，然后滑動標準反光鏡底部的滑塊，使反光鏡移至導軌另一端，再觀察十字線應出現在可動分劃板的視場中，否則需要重新調節專用三腳架（或二維可調底座）和儀器本體，使十字線圖像能很清晰、完整地出現在視場中。然后將儀器本體和反光鏡都固定好，避免在測量中因本體與支架、反光鏡與墊鐵之間產生相對移動而影響測量精度。反光鏡可用橡皮泥填在四周進行固定。

　　將被測導軌按墊鐵長度等分若干段做好記號，可依次由后向前移動反光鏡，反光鏡在第一擋位置時，觀察目鏡，調節微調手輪，使可動分劃板上的黑色基準指標線對準亮十字線的中央，記下手輪刻度值。順序向前移動一個墊鐵距離，再觀察目鏡中指標線與亮十字線是否重合。若不重合，則再調節微調手輪，使指標線又對準，記下手輪讀數。如此重復，順序前進，然后自前向后重復測量一次。若相同位置往返兩次讀數相差兩格以上，則可能是儀器等未固定好而造成誤差，應重新調整并檢查測量。

　　在每一擋位置上，將兩測量讀數的平均值作為測量的原始數據。

　　在測量導軌垂直平面內的直線度時，讀數目鏡的鏡座應按位置放置；當測量導軌水平面內的直線度時，讀數目鏡應按位置放置。在改變目鏡的位置時，應先松開鎖緊螺釘，將讀數目鏡轉90°，然后再固緊。

　　（2）計算直線度誤差的運算作圖法

　　例如，用光學平直儀測量2m長的導軌，墊鐵長200mm，現將測量導軌的兩組數據順序填入表中。也可使用弘測公司研發的《直線度數據分析軟件》；填寫步驟如下：

　　①由后向前測得的數據依次填入第一行。

　　②由前向后測得的數據按反順序填入第二行。

　　③取兩組讀數的平均值填入第三行。

　　④將平均值減去一個常數，其目的是使各讀數值靠近x軸以便于作圖，也有減少差錯的可能，因此這個數值應取與平均值接近的任意整數。在本例中，可取28～43內的任意數值。

　　⑤求算術平均值，即將各簡化數相加再除以測量次數。

　　⑥求減后讀數值，即將各簡化讀數減去算術平均值。

　　⑦求各點疊加數，即把各減后讀數值依次連續疊加。

　　由數列中看出，-21μm為導軌的最大直線度誤差。

　　用數學運算法計算的步驟最后一擋數值“零”是校驗運算是否正確的參考數。如果在取算術平均值時沒有余數和欠數，則該擋數值應為零，證明計算正確。若取近似值而有差額數（如0.96取1則差0.04，10擋差0.4），則最后第10擋為0.4，才證明計算正確。導軌最大直線度誤差為-21μm，位于第5擋。

　　當導軌的全長不能被反光鏡墊鐵長度整除時，如導軌長2.25m，墊鐵長200mm，則在250mm長度上最后一擋搭接測量兩次，讀數按兩擋計算，即以12擋讀數進行運算。

　　由于曲線首尾均為零，導軌的總方向線為橫坐標，所以直線度誤差就是曲線的最大縱坐標值21μm。

　　當數學運算出現正、負數時，說明曲線呈波折形，把最大正數和最小負數的絕對值相加，即為導軌直線度誤差。

　　例如用光學平直儀檢查2m長的導軌，反光鏡墊鐵長200mm，原始數據和數學運算過程，導軌的直線度誤差Δ=18μm。

　　按表中第5項的疊加數畫出坐標圖，曲線呈波折形，可見其誤差值相同。

　　（3）導軌直線度誤差方向的判斷

　　用光學平直儀測量導軌直線度時，其誤差方向的凸凹在讀數中不像水平儀讀數那樣比較容易判斷。各種不同型號的光學平直儀的規律也不一樣，一般可通過用薄紙墊高反光鏡墊鐵的一端來判斷十字像的移動方向是否與測微手輪上的讀數變化相一致來確定。按照HYQ003和HYQ011型光學平直儀的設計結構，可確定導軌的彎曲方向。

　　二、單導軌扭曲度的測量

　　對于每條導軌的表面形狀，除了在水平面內和垂直面內有直線度要求外，為了保證導軌和運動部件配合良好并提高接觸率，還有導軌表面的扭曲度要求，尤其對大型導軌特別重要。在刮研時，作為測量導軌間平行度用的基準導軌，對其扭曲度要求更為嚴格。

　　導軌扭曲度主要用水平儀進行測量。從任一端開始，每隔200～500mm依次進行測量，水平儀讀數的最大代數差值就是單導軌的扭曲度誤差。

　　三、導軌平行度的測量

　　機床的床身、立柱、滑座等零件通常由三條以上的導軌表面組成。這些導軌不僅要求單導軌精度，而且有嚴格的平行度要求。

　　1.拉表測量法

　　拉表測量法是利用各種墊鐵、橋板與千分表相配合來檢查導軌平行度的一種方法，對基準導軌的單導軌扭曲度誤差要求很嚴格。在導軌全長范圍內，千分表指針的最大差值就是平行度誤差。拉表測量法是機修常用的一種測量導軌平行度的方法。

　　2.千分尺測量法

　　千分尺測量法，多用于導軌刮研中，在兩端和中間測量三點。下接觸式燕尾導軌，利用兩根直徑相等的圓柱棒靠緊導軌面，用千分尺在導軌兩端和中間進行測量。千分尺讀數的最大差值就是其平行度誤差。被測尺寸太大時測量困難，測量誤差大，不宜采用千分尺測量法。

　　3.橋板和水平儀測量法

　　采用橋板和水平儀測量導軌的平行度操作簡便，測量精度高。

　　水平儀測量法所測得的誤差值一律采用角值法進行計算。在導軌全長上，每隔250mm（短導軌）或500mm（長導軌）依次測量，水平儀在每米行程上或全部行程上讀數的最大代數差就是導軌的平行度誤差。

　　例如：床身導軌長2m，平行度誤差在1m長度上為0.02/1000，在全長上為0.03/1000，所用水平儀精度為0.02/1000，檢驗橋板每隔250mm記錄一次讀數，測得8擋讀數，由測得的數據可查出每米長度上最大平行度誤差在3～6位置之間，其誤差值為0.011000-（-0.011000）=0.021000，故此項精度合格。

　　測量時所用的橋板應與被測導軌相適應，其與導軌接觸面積要小（線接觸較好）。

　　四、導軌與導軌之間、導軌與表面之間垂直度的測量法

　　車床溜板、鏜床溜板、銑床升降臺、牛頭刨床床身等都有互相垂直的導軌，必須保證有關導軌之間和導軌與表面之間的垂直度要求，這是保證總裝精度的重要基礎。

　　1.直角尺（或方尺）拉表測量法

　　車床溜板上面的燕尾導軌與下面的導軌之間有垂直度要求，否則就不能滿足被加工零件的精度要求。檢查時在床身導軌上放置一直角尺或方尺，千分表固定在溜板上，使表的測頭觸及方尺的a邊，移動溜板，調整方尺，使a邊與溜板移動方向平行。再在溜板燕尾導軌上安放一個固定有千分表的檢具，使千分表測頭觸及方尺的b邊，移動檢具進行測量，千分表讀數的最大差值就是導軌在測量長度上的垂直度誤差。

　　2.框式水平儀檢查法

　　框式水平儀工作面互成直角，可用來檢查垂直平面內的垂直度。測量鉆床工作臺表面1與表面2的垂直度。在檢查時，框式水平儀的方位應保持不變。如先在表面1上進行測量（框式水平儀要與表面2垂直），然后平移框式水平儀使其側工作面緊靠表面2進行測量，框式水平儀讀數的代數差就是兩個面的垂直度誤差。

　　3.回轉校表法

　　在不宜用水平儀進行測量的情況下，如銑床的主軸孔與立柱導軌的垂直度、鏜床的主軸孔與立柱導軌的垂直度等，均可采用回轉校表法進行檢查。測量鏜床主軸回轉中心線對前立柱導軌的垂直度可用回轉校表法。將主軸箱夾緊在立柱導軌的中間位置，使主軸伸出約5倍的主軸直徑。在工作臺上放一個角尺，使角尺檢驗面和橫向直立平面平行。在主軸上固定一個角形表桿，將千分表固定在表桿上，使千分表測頭觸及角尺的檢驗面。移動主軸箱，調整角尺，使角尺檢驗面與立柱平行，回轉主軸180°進行檢測，千分表讀數的最大差值就是垂直度誤差。

引用：

光電自準直儀：http://www.a023.net/category.php?id=118

光學自準直儀：http://www.a023.net/category.php?id=117

光電自準直儀附件：http://www.a023.net/category.php?id=121

光電自準直儀軟件：http://www.a023.net/category.php?id=126

金屬正多面棱體：http://www.a023.net/category.php?id=119

高精度精密多齒分度臺：http://www.a023.net/category.php?id=120

精密測角儀：http://www.a023.net/category.php?id=123

比較測角儀：http://www.a023.net/category.php?id=124

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關于我司全系列【自準直儀】 技術方案，請參考：

光電自準直儀-平面度檢查儀：http://www.a023.net/category.php?id=45

光電自準直儀 附件、軟件：http://www.a023.net/category.php?id=48

光電自準直儀 測量案例、測量方法：http://www.a023.net/article_cat.php?id=16

我們的光電自準直儀，主要用途是：

1、導軌安裝前的導軌安裝面的直線度/平面度的檢測；

2、導軌安裝過程中的直線度/平面度的檢測；

3、導軌安裝好后的直線度/平面度的檢測；

4、龍門/橋架等導軌直線度，平行度，垂直度，平面度等檢測；

5、轉臺/編碼器/電機等等旋轉角度定位和角度重復性的檢測；

6、多面棱體的檢定；

7、多齒分度臺的檢定；

8、其他平面，平臺等小角度偏移量的檢測；

9、圓柱/管道/炮筒等同軸度/直線度的檢測；